JPS6331113B2 - - Google Patents
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- JPS6331113B2 JPS6331113B2 JP18095180A JP18095180A JPS6331113B2 JP S6331113 B2 JPS6331113 B2 JP S6331113B2 JP 18095180 A JP18095180 A JP 18095180A JP 18095180 A JP18095180 A JP 18095180A JP S6331113 B2 JPS6331113 B2 JP S6331113B2
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- gate
- erase
- insulating film
- memory cell
- layer
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-
- 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]
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- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はデータの電気的消去が可能なプログ
ラマブルROMに好適な半導体記憶装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor memory device suitable for a programmable ROM in which data can be electrically erased.
EP−ROM(Erasable Programable−ROM)
は製造後にデータの書込みあるいは消去が可能で
あり、これを大きく別けると紫外線消去型のもの
と電気的消去型のものの2つになる。このうち紫
外線消去型のEP−ROMは1つのメモリセルを1
つのトランジスタで構成することができるために
高集積化が可能であり、現在までに32Kビツトお
よび64Kビツトの集積度を持つものが開発されて
いる。しかしながらこの紫外線消去型のものは紫
外線を通すパツケージを必要とするため、価格が
高価となる。一方、電気的消去型のものは(これ
を特にE2P−ROM(Electrically Erasable P−
ROM)と称する)、1つのメモリセルを最低2
つのトランジスタで構成するために、集積度をあ
まり高くすることはできず、現在までに16Kビツ
トの集積度を持つものまでしか発表されていな
い。しかしこの電気的消去型のものはパツケージ
として安価なプラスチツクが使用可能なため、製
造コストを低くすることができるという利点をも
つている。 EP-ROM (Erasable Programmable-ROM)
Data can be written or erased after manufacturing, and there are two main types: ultraviolet erasable type and electrically erased type. Among these, UV-erasable EP-ROM has one memory cell.
Since it can be configured with one transistor, it is possible to achieve high integration, and to date, devices with 32K bits and 64K bits of integration have been developed. However, this ultraviolet-erasable type requires a package that allows ultraviolet light to pass through, making it expensive. On the other hand, the electrically erasable type (especially E 2 P-ROM (Electrically Erasable P-ROM)
(referred to as ROM), one memory cell is divided into at least two
Because it consists of only one transistor, it is not possible to increase the degree of integration very high, and to date only 16K bits of integration have been announced. However, this electrically erasable type has the advantage of being able to use inexpensive plastic as a package, thereby reducing manufacturing costs.
このうち第1図は、1980年2月、ISSCCにおい
て発表された、1つのメモリセルを2つのトラン
ジスタで構成した従来のE2P−ROMの1つのメ
モリセル部分を示す構成図である。図において1
はデイジツト線、2は選択線、3はデータプログ
ラム線であり、デイジツト線1と接地電位点との
間には、ビツト選択用のMOSトランジスタ4と
データ記憶用でコントロールゲートとフローテイ
ングゲートを持つ二重ゲート型のMOSトランジ
スタ5とが直列接続されている。そして上記一方
のMOSトランジスタ4のゲートは上記選択線2
に接続され、他方のMOSトランジスタ5のコン
トロールゲートは上記データプログラム線3に接
続される。 Of these, FIG. 1 is a configuration diagram showing one memory cell portion of a conventional E 2 P-ROM, which was announced at the ISSCC in February 1980, in which one memory cell is composed of two transistors. In the figure 1
is a digit line, 2 is a selection line, and 3 is a data program line. Between the digit line 1 and the ground potential point, there is a MOS transistor 4 for bit selection, a control gate and a floating gate for data storage. A double gate type MOS transistor 5 is connected in series. The gate of the one MOS transistor 4 is connected to the selection line 2.
The control gate of the other MOS transistor 5 is connected to the data program line 3.
このような構成でなる従来のE2P−ROMには
次のような欠点がある。 The conventional E 2 P-ROM having such a configuration has the following drawbacks.
第1図から明らかなように、1つのメモリセ
ルを2つのトランジスタによつて構成している
ため、紫外線消去型のものに比較して素子数は
2倍、集積度は1/2となり、集積化するには不
利である。 As is clear from Figure 1, since one memory cell is made up of two transistors, the number of elements is twice as high as that of the ultraviolet erasable type, and the degree of integration is half. It is disadvantageous to become
データの書込みおよび消去の際に正負両極性
の電圧が必要であり、印刷配線板等に実装した
場合、電気的にデータの書き換えを行なうため
には、正負両極性の電源が必要である。 When writing and erasing data, voltages with both positive and negative polarities are required, and when mounted on a printed wiring board or the like, a power source with both positive and negative polarities is required to electrically rewrite data.
ワード単位、全ビツト単位で同時にデータを
消去するのが困難である。 It is difficult to erase data simultaneously in word units or all bit units.
短時間で全ビツトのデータを消去するのが困
難である。 It is difficult to erase all bits of data in a short time.
5ボルト単一電源でデータを消去することが
不可能である。 It is impossible to erase data with a single 5 volt power supply.
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、上
記のような欠点を除去できるものでありながら、
メモリーセルへのデータ書き込み効率がよくかつ
メモリーセルの保持電荷量のチエツクが簡易化で
きる半導体記憶装置を提供しようとするものであ
る。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and although the above-mentioned drawbacks can be eliminated,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor memory device in which the efficiency of writing data into memory cells is high and the amount of charge held in the memory cells can be easily checked.
以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第2図aないしdはこの発明の第1の実施
例のメモリーセルの構成を示すものであり、メモ
リセル4ビツト分のみが示されている。このうち
第2図aはパターン平面図、第2図bは同図aの
−′線に沿う構造断面図、第2図cは同図a
の−′線に沿う構造断面図、第2図dは同図
aの−′線に沿う構造断面図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 2a to 2d show the structure of a memory cell according to a first embodiment of the present invention, and only four bits of memory cells are shown. Of these, Fig. 2a is a pattern plan view, Fig. 2b is a structural sectional view taken along the -' line of Fig. 2a, and Fig. 2c is a pattern plan view.
FIG. 2d is a structural cross-sectional view taken along the line -' in FIG. 2A.
第2図において11はP型シリコンからなる半
導体基板であり、この基板11の表面にはゲート
絶縁膜12a,12b,12c,12dが一定の
間隔でXYマトリクス状に配置形成されている。
さらに上記基板11の表面には、図中上下方向に
隣り合う各2箇所のゲート絶縁膜12aと12
c,12bと12dを対とし、このゲート絶縁膜
対相互間にはフイールド絶縁膜13が形成されて
いる。またこのフイールド絶縁膜13上には、P
あるいはAsを含むポリシリコンからなる第1層
目の導電体層14が形成されている。さらに上記
各ゲート絶縁膜12a,12b,12c,12d
上には、ポリシリコンからなる第2層目の導電体
層15a,15b,15c,15dそれぞれが互
いに分離して形成されている。そして図中第1層
目の導電体層14に対して左側に位置している2
箇所の第2層目の導電体層15a,15cの各右
側端部は、絶縁膜16を介して上記第1層目の導
電体層14の左側端部と重なり合つている。また
導電体層14に対して右側に位置している2箇所
の第2層目の導電体層15b,15dの各左側端
部は、上記絶縁膜16を介して導電体層14の右
側端部と重なり合つている。さらにまた図中左右
の方向に隣り合う第2層目の導電体層15a,1
5b上には、これを覆うように絶縁膜17を介し
て、この両導電体層15a,15bとほぼ同じ幅
に設定されたポリシリコンからなる第3層目の導
電体層18Aが形成されると共に、これと同様に
図中左右の方向に隣り合う第2層目の導電体層1
5c,15d上にはこれを覆うように、上記絶縁
膜17を介して、この両導電体層15c,15d
とほぼ同じ幅に設定されたポリシリコンからなる
もう1つの第3層目の導電体層18Bが形成され
ている。そしてまた、図中上下方向に隣り合う2
箇所のゲート絶縁膜12aと12cとの間の基板
11の表面領域には、N+型半導体層19Aが形
成され、これと同様に2箇所のゲート絶縁膜12
bと12dとの間の基板11の表面領域には、
N+型半導体層19Bが形成されている。さらに
各ゲート絶縁膜12a,12b,12c,12d
に対して、上記N+型半導体層19Aあるいは1
9B形成側とは反対側の基板11の表面領域に
は、連続したN+型半導体層19cが形成されて
いる。また上記第3層目の導電体層18A,18
B上には、絶縁膜20を介してAlからなる第4
層目の導電体層21A,21Bが形成されてい
て、このうち一方の導電体層21Aと前記N+型
半導体層19Aとがコンタクトホール22Aによ
つて接続され、他方の導電体層21Bと前記N+
型半導体層19Bとがもう1つのコンタクトホー
ル22Bによつて接続されている。そして前記
N+型半導体層19cは基準電位点たとえば接地
電位点に接続されている。 In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a semiconductor substrate made of P-type silicon. On the surface of this substrate 11, gate insulating films 12a, 12b, 12c, and 12d are arranged at regular intervals in an XY matrix.
Further, on the surface of the substrate 11, gate insulating films 12a and 12 are formed at two locations adjacent to each other in the vertical direction in the figure.
c, 12b and 12d are paired, and a field insulating film 13 is formed between the pair of gate insulating films. Moreover, on this field insulating film 13, P
Alternatively, a first conductor layer 14 made of polysilicon containing As is formed. Furthermore, each of the gate insulating films 12a, 12b, 12c, 12d
Above, second conductive layers 15a, 15b, 15c, and 15d made of polysilicon are formed separately from each other. 2 located on the left side of the first conductor layer 14 in the figure.
The right end portions of the second conductive layers 15a and 15c overlap the left end portions of the first conductive layer 14 with the insulating film 16 interposed therebetween. Further, the left end portions of the two second conductive layers 15b and 15d located on the right side with respect to the conductive layer 14 are connected to the right end portions of the conductive layer 14 via the insulating film 16. It overlaps with Furthermore, second conductor layers 15a and 1 adjacent in the left and right direction in the figure
A third conductor layer 18A made of polysilicon and having a width set to be approximately the same as both conductor layers 15a and 15b is formed on the conductor layer 5b via an insulating film 17 so as to cover it. Similarly, the second conductor layer 1 adjacent in the left and right direction in the figure
5c, 15d are covered with conductive layers 15c, 15d via the insulating film 17.
Another third conductor layer 18B made of polysilicon and having a width set to be approximately the same as that is formed. And also, 2 adjacent vertically in the figure
An N + type semiconductor layer 19A is formed in the surface region of the substrate 11 between the gate insulating films 12a and 12c at two locations, and similarly the gate insulating film 12 at two locations is formed.
In the surface area of the substrate 11 between b and 12d,
An N + type semiconductor layer 19B is formed. Furthermore, each gate insulating film 12a, 12b, 12c, 12d
In contrast, the N + type semiconductor layer 19A or 1
A continuous N + -type semiconductor layer 19c is formed in the surface region of the substrate 11 on the opposite side from the side where 9B is formed. Further, the third conductive layer 18A, 18
A fourth layer made of Al is placed on B with an insulating film 20 interposed therebetween.
Conductive layers 21A and 21B are formed, one of which is connected to the N + type semiconductor layer 19A through a contact hole 22A, and the other conductive layer 21B is connected to the N + type semiconductor layer 19A through a contact hole 22A. N +
type semiconductor layer 19B through another contact hole 22B. and said
The N + type semiconductor layer 19c is connected to a reference potential point, for example, a ground potential point.
また第2図aにおいて記号ABCDを付して示
す破線で囲こまれた領域はこの半導体記憶装置の
1ビツト分のメモリセルを示し、このメモリセル
は第2図bから明らかなように、第2層目の導電
体層15をフローテイングゲート(浮遊ゲート)、
第3層目の導電体層18をコントロールゲート
(制御ゲート)、第1層目の導電体層14をイレー
スゲート(消去ゲート)、N+型半導体層19Aを
ドレイン、N+型半導体層19cをソースとする
MOSトランジスタから構成され、さらに第2図
bに示す2ビツト分をみた場合、上記コントロー
ルゲートとイレースゲートはそれぞれ共通であ
り、イレースゲートに関して左右対称に構成され
た一対のMOSトランジスタから構成されている。
そして上記コントロールゲートは絶縁膜を介して
半導体基板11上に設けられ、またフローテイン
グゲートとイレースゲートは上記コントロールゲ
ートと基板11によつて挾まれた絶縁膜内に並設
された構成となつている。またイレースゲートは
フイールド絶縁膜13上に形成されているため、
各フローテイングゲートとイレースゲートとの重
なり合つている部分はフイールド領域内に存在す
ることになる。さらに第2図bに示すように、上
記重なり合つている部分において、第2層目の導
電体層15すなわちフローテイングゲートが、第
1層目の導電体層14すなわちイレースゲートの
上部に位置し、基板11と導電体層14との間の
距離が基板11と導電体層15との間の距離より
も短かくなつている。 In addition, in FIG. 2a, the area surrounded by broken lines with the symbol ABCD indicates a memory cell for one bit of this semiconductor memory device, and as is clear from FIG. 2b, this memory cell is The second conductor layer 15 is a floating gate,
The third conductor layer 18 is a control gate, the first conductor layer 14 is an erase gate, the N + type semiconductor layer 19A is a drain, and the N + type semiconductor layer 19c is an erase gate. source
It is composed of MOS transistors, and when looking at the 2 bits shown in Figure 2b, the control gate and erase gate are each common, and it is composed of a pair of MOS transistors configured symmetrically with respect to the erase gate. .
The control gate is provided on the semiconductor substrate 11 via an insulating film, and the floating gate and erase gate are arranged in parallel in the insulating film sandwiched between the control gate and the substrate 11. There is. Furthermore, since the erase gate is formed on the field insulating film 13,
The overlapping portions of each floating gate and erase gate exist within the field region. Further, as shown in FIG. 2b, in the overlapping portion, the second conductor layer 15, ie, the floating gate, is located above the first conductor layer 14, ie, the erase gate. , the distance between the substrate 11 and the conductor layer 14 is shorter than the distance between the substrate 11 and the conductor layer 15.
第3図は上記第2図に示す半導体記憶装置の等
価回路図である。図において31,32は前記第
4層目の導電体層21A,21Bからなるデイジ
ツト線、33,34は前記第1層目の導電体層1
4が延長されて形成された消去線、35,36は
前記第3層目の導電体層18A,18Bが延長さ
れて形成された選択線(行線)である。またM1
〜M4はメモリセルであり、各メモリセルはコン
トロールゲートCG、フローテイングゲートFG、
イレースゲートEG、ドレインDおよびソースS
から構成され、メモリセルM1,M2のドレイン
Dは上記一方のデイジツト線31に、メモリセル
M3,M4のドレインDは他方のデイジツト線3
2に、そしてすべてのメモリセルのソースSは接
地電位点にそれぞれ接続される。 FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device shown in FIG. 2 above. In the figure, 31 and 32 are digit lines made up of the fourth conductor layers 21A and 21B, and 33 and 34 are the first conductor layers 1.
4 is an erase line formed by being extended, and 35 and 36 are selection lines (row lines) formed by extending the third conductor layers 18A and 18B. Also M1
~M4 is a memory cell, and each memory cell has a control gate CG, a floating gate FG,
Erase gate EG, drain D and source S
The drains D of the memory cells M1 and M2 are connected to one of the digit lines 31, and the drains D of the memory cells M3 and M4 are connected to the other digit line 3.
2, and the sources S of all memory cells are respectively connected to the ground potential point.
次に上記第3図して示す等価回路を用いて、こ
の発明の半導体記憶装置の作用を説明する。いま
第3図中のメモリセルM1に注目すると、初期状
態ではこのメモリセルM1のフローテイングゲー
トFGには電子が注入されておらず、そのしきい
電圧VTHは低い状態になつている。 Next, the operation of the semiconductor memory device of the present invention will be explained using the equivalent circuit shown in FIG. 3 above. Now, paying attention to the memory cell M1 in FIG. 3, in the initial state, no electrons are injected into the floating gate FG of this memory cell M1, and its threshold voltage V TH is in a low state.
このメモリセルM1にデータを書き込む場合に
は、選択線35に正極性の高電圧たとえば+20ボ
ルトを、デイジツト線31に正極性の高電圧たと
えば+20ボルトをそれぞれ印加することにより、
メモリセルM1のソースSからドレインDに向つ
て熱電子の流れが生じ、ソース・ドレイン間すな
わちチヤネル領域からこの熱電子がフローテイン
グゲートFGに注入される。これによつてこのメ
モリセルM1のしきい電圧VTHが上昇する。なお
このデータ書込みの時、消去線33には高電圧た
とえば+20ボルトのパルスを印加するか、あるい
は+5ボルト、0ボルトの直流電圧を印加しても
よいし、あるいは開放にしてもよい。 When writing data to this memory cell M1, by applying a positive high voltage, e.g., +20 volts, to the selection line 35 and a positive high voltage, e.g., +20 volts, to the digit line 31,
A flow of hot electrons occurs from the source S to the drain D of the memory cell M1, and the hot electrons are injected into the floating gate FG from between the source and drain, that is, from the channel region. This increases the threshold voltage V TH of this memory cell M1. When writing data, the erase line 33 may be applied with a pulse of a high voltage, for example, +20 volts, or may be applied with a DC voltage of +5 volts or 0 volts, or may be left open.
次にこのメモリセルM1からデータを読み出す
場合には、選択線35が選択されてメモリセルM
1のコントロールゲートCGに高レベル信号(+
5ボルト)が印加される。この高レベル信号が印
加された時、しきい電圧VTHが低くければ、この
メモリセルM1はオンし、一方のデイジツト線3
1からメモリセルM1を通り接地電位点に向つて
電流が流れる。一方、上記高レベル信号が印加さ
れた時、しきい電圧VTHが高ければ、このメモリ
セルM1はオフとなり電流は流れない。この時、
メモリセルM1を介して電流が流れる状態を論理
“1”レベル、電流が流れない状態を論理“0”
レベルとすれば、この装置は記憶装置として使用
することができる。またフローテイングゲート
FGは前記したように、その周囲を絶縁膜によつ
て取り囲こまれ他とは絶縁分離されているので、
ここにいつたん注入された電子は通常の使用状態
においては外に逃げることができず、したがつて
データ不揮発性の記憶装置として使用することが
できる。 Next, when reading data from this memory cell M1, the selection line 35 is selected and the memory cell M
A high level signal (+
5 volts) is applied. When this high level signal is applied, if the threshold voltage V TH is low, this memory cell M1 is turned on and one digit line 3 is turned on.
A current flows from M1 to the ground potential point through memory cell M1. On the other hand, if the threshold voltage V TH is high when the high level signal is applied, this memory cell M1 is turned off and no current flows. At this time,
A state in which current flows through memory cell M1 is a logic "1" level, and a state in which no current flows is a logic "0" level.
level, this device can be used as a storage device. Also floating gate
As mentioned above, the FG is surrounded by an insulating film and is isolated from others, so
Once the electrons are injected here, they cannot escape under normal usage conditions, so it can be used as a non-volatile data storage device.
また一度書き込まれたデータを消去する場合に
は、選択線35およびデイジツト線31それぞれ
を0ボルトに設定し、消去線33に高電圧たとえ
ば+40ボルトのパルス電圧を印加する。このよう
な電圧を印加することにより、メモリセルM1の
フローテイングゲートFGとイレースゲートEGと
の間にフイールドエミツシヨン(電界放出)が生
じて、いままでフローテイングゲートFGに蓄積
されていた電子がイレースゲートEGおよび消去
線33を介して外部に流出される。この結果、こ
のメモリセルM1のしきい電圧VTHは、初期状態
と同様に低い状態に戻る。 Further, when erasing data that has been written once, the selection line 35 and the digit line 31 are each set to 0 volts, and a high voltage, for example, a pulse voltage of +40 volts, is applied to the erase line 33. By applying such a voltage, field emission occurs between the floating gate FG and the erase gate EG of the memory cell M1, and the electrons that had been accumulated in the floating gate FG are removed. is leaked to the outside via the erase gate EG and the erase line 33. As a result, the threshold voltage V TH of this memory cell M1 returns to a low state similar to the initial state.
このように上記実施例の半導体記憶装置では、
通常の二重ゲート型のMOSトランジスタのフロ
ーテイングゲートに対してイレースゲートを並設
して1ビツト分のメモリセルを構成するようにし
たので、次のような種々の効果を得ることができ
る。 In this way, in the semiconductor memory device of the above embodiment,
Since the erase gate is arranged in parallel to the floating gate of a normal double-gate type MOS transistor to form a memory cell for one bit, various effects such as those described below can be obtained.
1つのメモリセルを1つのトランジスタで構
成することができ、しかもデータの電気的消去
が行なえる。したがつて電気的消去型のEP−
ROMとして紫外線消去型と同程度の集積度を
もつものが実現できる。またパツケージとして
安価なプラスチツクのものが使用できるため低
コストである。 One memory cell can be composed of one transistor, and data can be electrically erased. Therefore, electrically erasable EP−
It is possible to realize a ROM with the same degree of integration as the ultraviolet erasable type. Furthermore, since inexpensive plastic can be used as the package, the cost is low.
データの書込み、消去および読み出しを単一
極性の電源で行なうことができる。すなわち、
例えば書き込み時には+20ボルト、消去時には
+40ボルト、読み出し時には+5ボルトの正極
性の電源があればよく、また+5ボルトの電圧
から昇圧回路によつて+20ボルト、+40ボルト
を得るようにすれば電源は+5ボルトの一つで
済ませることもできる。したがつて印刷配線板
等に実装した状態でデータの書き込み、消去お
よび読み出しが可能である。 Writing, erasing, and reading data can be performed using a single polarity power supply. That is,
For example, you only need a positive polarity power supply of +20 volts for writing, +40 volts for erasing, and +5 volts for reading.Also, if you obtain +20 volts and +40 volts from the +5 volt voltage with a booster circuit, the power supply will be +5 volts. You can also do it with just one bolt. Therefore, data can be written, erased, and read while mounted on a printed wiring board or the like.
ビツト選択用のトランジスタがないので、ワ
ード単位、全ビツト単位で同時にデータを消去
することができる。 Since there is no transistor for bit selection, data can be erased simultaneously in units of words and units of all bits.
データ消去の際フイールドエミツシヨンを利
用しているので、短時間で消去が可能である。 Since field emission is used to erase data, data can be erased in a short time.
3層のポリシリコン構造を形成するのみで他
のプロセスを必要としないので、通常のシリコ
ンゲートプロセスを用いて製造が可能である。 Since only a three-layer polysilicon structure is formed and no other process is required, it can be manufactured using a normal silicon gate process.
次に第2図に示すこの発明に係る半導体記憶装
置を製造するための製造方法の一例を、第4図a
ないしeに示すパターン平面図および第5図aな
いしeに示すそれらの−′線に沿う断面図を
用いて説明する。まず、第4図aおよび第5図a
に示すように、P型シリコンからなる半導体板1
1の表面に光触刻法により絶縁膜を1μm成長さ
せてフイールド絶縁膜13,13′を形成し、さ
らに第4図a中の斜線を付した領域にPあるいは
Asをインプランテーシヨン法あるいは拡散法に
よつて拡散し、N型半導体層19C′を形成する。
上記拡散終了後、上記フイールド絶縁膜13,1
3′形成領域以外の領域の基板11表面を露出さ
せた後、ここに熱酸化法によつて1000Å〜2000Å
と比較的膜厚の薄い酸化膜を形成して、前記ゲー
ト絶縁膜12を形成する。次に基板11の全体に
6000Åの厚みのポリシリコンを成長させ、これに
PあるいはAsをドーピングした後、光触刻法に
よつて第4図bの実線領域に第1層目の導電体層
14を形成する。ここで隣り合うフイールド絶縁
膜13′上には上記第1層目の導電体層14を形
成していない例を示しているが、これは必要に応
じて形成してもよい。次に上記第1層目の導電体
層形成後、第4図cおよび第5図cに示すよう
に、熱酸化法によつて500Åの厚さ絶縁膜16を
成長させ、さらにこれに続いてCVD法により
5000Åの厚さのポリシリコン膜を成長させ、これ
を光触刻法を適用してフローテイングゲートとし
ての第2層目の導電体層15a,15b,15
c,15dを形成する。ここで第5図cには、図
から明らかなように、フローテイングゲートとな
る導電体層15a,15bのフイールド絶縁膜1
3上に延在する一方側の端部のみが絶縁膜16を
介して第1層目の導電体層14と少なくとも一部
が重なり合う例を示した。そして導電体層15
a,15bの他端については導電体層14と重な
り合つていない。フローテイングゲート形成後、
第4図dおよび第5図dに示すように、熱酸化法
によつて1000〜2000Åの厚さの絶縁膜17を形成
し、その上にポリシリコンを堆積形成し、これに
光触刻法を適用してコントロールゲートとなる第
3層目の導電体層18A,18Bを形成すると同
時に第2層目の導電体層15a,15b,15
c,15dをセルフアラインにより形成する。次
に第4図e中の斜線を付した領域にPあるいは
Asを拡散してN+型半導体層19A,19B,1
9Cを形成する。さらに第4図eおよび第5図e
に示すように、基板11全体に絶縁膜20および
Al膜を連続して堆積形成し、このAl膜に光触刻
法を適用して第4層目の導電体層21A,21B
を形成すると共に、コンタクト部分22A,22
Bによつて上記N+型半導体層19A,19Bそ
れぞれと接続することによりこの半導体記憶装置
は完成する。 Next, an example of a manufacturing method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention shown in FIG. 2 is shown in FIG.
This will be explained using the pattern plan views shown in FIGS. First, Figure 4a and Figure 5a
As shown in FIG.
An insulating film 1 μm thick is grown on the surface of 1 by photolithography to form field insulating films 13, 13', and P or
As is diffused by an implantation method or a diffusion method to form an N-type semiconductor layer 19C'.
After the completion of the diffusion, the field insulating films 13, 1
After exposing the surface of the substrate 11 in the area other than the 3' forming area, a 1000 Å to 2000 Å layer is applied here by thermal oxidation.
Then, a relatively thin oxide film is formed to form the gate insulating film 12. Next, the whole board 11
After growing polysilicon to a thickness of 6000 Å and doping it with P or As, a first conductive layer 14 is formed in the solid line region in FIG. 4b by photolithography. Although an example is shown in which the first conductor layer 14 is not formed on the adjacent field insulating films 13', it may be formed if necessary. Next, after forming the first conductive layer, as shown in FIGS. 4c and 5c, an insulating film 16 with a thickness of 500 Å is grown by thermal oxidation, and then By CVD method
A polysilicon film with a thickness of 5000 Å is grown, and a photolithography method is applied to this to form second conductor layers 15a, 15b, 15 as floating gates.
c, 15d are formed. As is clear from the figure, FIG.
An example has been shown in which only one end portion extending over the first conductive layer 14 overlaps with the first conductive layer 14 with the insulating film 16 interposed therebetween. and conductor layer 15
The other ends of a and 15b do not overlap with the conductor layer 14. After forming the floating gate,
As shown in FIG. 4d and FIG. 5d, an insulating film 17 with a thickness of 1000 to 2000 Å is formed by thermal oxidation, polysilicon is deposited thereon, and then photolithography is applied to this. is applied to form the third conductor layers 18A, 18B which will become control gates, and at the same time, the second conductor layers 15a, 15b, 15 are formed.
c and 15d are formed by self-alignment. Next, P or
By diffusing As, N + type semiconductor layers 19A, 19B, 1
Forms 9C. Furthermore, Figures 4e and 5e
As shown in FIG.
A fourth conductor layer 21A, 21B is formed by continuously depositing an Al film and applying a photolithography method to this Al film.
and contact portions 22A, 22
This semiconductor memory device is completed by connecting each of the N + type semiconductor layers 19A and 19B with B.
第6図aないしcはこの発明の第2の実施例の
メモリーセルの構成を示すものであり、第6図a
はパターン平面図、第6図bは同図aの−′
線に沿う構造断面図、第6図cは同図aの−
′線に沿う構造断面図である。 6a to 6c show the configuration of a memory cell according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
is a pattern plan view, and Fig. 6b is -' in Fig. 6a.
A cross-sectional view of the structure along the line, Fig. 6c, is - in Fig. 6a.
FIG.
第6図において111はP型シリコンからなる
半導体基板であり、この基板111の表面にはゲ
ート絶縁膜112a〜112fが一定の間隔で
XYマトリクス状に配置形成されている。さらに
上記基板111の表面には、図中上下方向に隣り
合う各箇所のゲート絶縁膜112aと112d,
112bと112e,112cと112fを対と
し、このゲート絶縁膜対相互間にはフイールド絶
縁膜113,113′が形成されている。また上
記1箇所のフイールド絶縁膜113上には、Pあ
るいはAsを含むポリシリコンからなる第1層目
の導電体層114が形成されている。さらに上記
各ゲート絶縁膜112a〜112f上には、ポリ
シリコンからなる第2層目の導電体層115a〜
115fそれぞれが互いに分離して形成されてい
る。そして図中第1層目の導電体層114に対し
て左側に位置している2箇所の第2層目の導電体
層115b,115eの各右側端部は、絶縁膜1
16を介して上記第1層目の導電体層114の左
側端部と重なり合つている。また導電体層114
に対して右側に位置している2箇所の第2層目の
導電体層115c,115fの各左側端部は、上
記絶縁膜116を介して導電体層114の右側端
部と重なり合つている。さらにまた図中左右の方
向に隣り合う第2層目の導電体層115a,11
5b,115c上には、これを覆うように絶縁膜
117を介して、これら各導電体層115a,1
15b,115cとほぼ同じ幅に設定されたポリ
シリコンからなる第3層目の導電体層118Aが
形成されると共に、これと同様に図中左右の方向
に隣り合う第2層目の導電体層115d,115
e,115f上には、これを覆うように上記絶縁
膜117を介して、これら各導電体層115d,
115e,115fとほぼ同じ幅に設定されたポ
リシリコンからなるもう1つの第3層目の導電体
層118Bが形成されている。そしてまた、図中
上下方向に隣り合う2箇所のゲート絶縁膜112
aと112dとの間の基板111の表面領域には
N+型半導体層119Aが形成され、また2箇所
のゲート絶縁膜112bと112eとの間の基板
111の表面領域にはN+型半導体層119Bが、
同様に2箇所のゲート絶縁膜112cと112e
との間の基板111の表面領域にはN+型半導体
層119Cが形成されている。さらに各ゲート絶
縁膜112a〜112eに対して、上記N+型半
導体層119A,119B,119C形成側とは
反対側の基板111の表面領域には、連続した
N+型半導体層119Dが形成されている。また
上記第3層目の導電体層118A,118B上に
は、絶縁膜120を介してAlからなる配線層1
21A,121B,121C,121Dが形成さ
れていて、このうち1つの配線層121Aと前記
N+型半導体層119Aとがコンタクトホール1
22Aによつて接続され、配線層121BとN+
型半導体層119Bとがコンタクトホール122
Bによつて接続され、配線層121Cと前記第1
層目の導電体層114とがコンタクトホール12
2Cによつて接続され、また配線層121Dと
N+型半導体層119Cとがコンタクトホール1
22Dによつて接続されている。そして前記N+
型半導体層119Dは基準電位点たとえば接地電
位点に接続されている。 In FIG. 6, 111 is a semiconductor substrate made of P-type silicon, and gate insulating films 112a to 112f are formed at regular intervals on the surface of this substrate 111.
They are arranged in an XY matrix. Further, on the surface of the substrate 111, gate insulating films 112a and 112d are formed at respective locations adjacent to each other in the vertical direction in the figure.
112b and 112e and 112c and 112f are paired, and field insulating films 113 and 113' are formed between the gate insulating film pairs. Further, a first conductive layer 114 made of polysilicon containing P or As is formed on the field insulating film 113 at one location. Further, on each of the gate insulating films 112a to 112f, second conductor layers 115a to 115a made of polysilicon are formed.
115f are formed separately from each other. The right end portions of the two second conductor layers 115b and 115e located on the left side with respect to the first conductor layer 114 in the figure are connected to the insulating film 1.
It overlaps with the left end portion of the first conductor layer 114 via the conductor layer 16 . In addition, the conductor layer 114
The left end portions of the two second conductor layers 115c and 115f located on the right side of the conductor layer 115 overlap the right end portion of the conductor layer 114 with the insulating film 116 interposed therebetween. . Furthermore, second conductor layers 115a and 11 adjacent in the left and right direction in the figure
5b, 115c, each of these conductive layers 115a, 1
A third conductive layer 118A made of polysilicon and having a width set to be approximately the same as that of 15b and 115c is formed, and similarly a second conductive layer 118A adjacent to the third conductive layer 118A in the left and right direction in the figure is formed. 115d, 115
The conductor layers 115d, 115f are formed on the conductor layers 115d, 115f via the insulating film 117 so as to cover them.
Another third conductor layer 118B made of polysilicon is formed and has approximately the same width as 115e and 115f. Furthermore, there are two gate insulating films 112 adjacent to each other in the vertical direction in the figure.
In the surface area of the substrate 111 between a and 112d,
An N + type semiconductor layer 119A is formed, and an N + type semiconductor layer 119B is formed in the surface region of the substrate 111 between the two gate insulating films 112b and 112e.
Similarly, there are two gate insulating films 112c and 112e.
An N + type semiconductor layer 119C is formed in the surface region of the substrate 111 between the substrate 111 and the substrate 111. Furthermore, for each gate insulating film 112a to 112e, a continuous
An N + type semiconductor layer 119D is formed. Further, a wiring layer 1 made of Al is placed on the third conductive layer 118A, 118B with an insulating film 120 interposed therebetween.
21A, 121B, 121C, and 121D are formed, of which one wiring layer 121A and the above wiring layer 121A are formed.
Contact hole 1 is connected to N + type semiconductor layer 119A.
22A, and is connected to the wiring layer 121B by N +
type semiconductor layer 119B is the contact hole 122.
B, and the wiring layer 121C and the first
The contact hole 12 is connected to the conductor layer 114 of the second layer.
2C, and is also connected to the wiring layer 121D.
The contact hole 1 is connected to the N + type semiconductor layer 119C.
22D. and said N +
The type semiconductor layer 119D is connected to a reference potential point, such as a ground potential point.
また第6図aにおいて記号ABCDを付して示
す破線で囲こまれた領域はこの半導体記憶装置の
1ビツト分のメモリセルを示し、このメモリセル
は第2層目の導電体層115をフローテイングゲ
ート(浮遊ゲート)、第3層目の導電体層118
をコントロールゲート(制御ゲート)、第1層目
の導電体層114をイレースゲート(消去ゲー
ト)、N+型半導体層119Bをドレイン、N+型
半導体層119DをソースとするMOSトランジ
スタから構成され、さらに第6図bに示す2ビツ
ト分をみた場合、上記コントロールゲートとイレ
ースゲートはそれぞれ共通であり、イレースゲー
トに関して左右対称に構成された一対のMOSト
ランジスタから構成されている。そして上記コン
トロールゲートは絶縁膜を介して半導体基板11
1上に設けられ、またフローテイングゲートとイ
レースゲートは上記コントロールゲートと基板1
11によつて挾まれた絶縁膜内に並設された構成
となつている。またイレースゲートはフイールド
絶縁膜113上に形成されているため、各フロー
テイングゲートとイレースゲートとの重なり合つ
ている部分はフイールド領域内に存在することに
なる。さらに第6図bに示すように、上記重なり
合つている部分において、第2層目の導電体層1
15すなわちフローテイングゲートが、第1層目
の導電体層114すなわちイレースゲートの上記
に位置し、基板111と導電体層114との間の
距離が基板111と導電体層115との間の距離
よりも短かくなつている。また第6図aから明ら
かなように、前記第1層目の導電体層114は4
ビツトのメモリセルに対して1箇所だけ設けら
れ、この各1箇所の導電体層114は1箇所のコ
ンタクトホール122Cで前記配線層121Cと
接続されている。 In addition, in FIG. 6a, the area surrounded by broken lines with the symbol ABCD indicates a memory cell for one bit of this semiconductor memory device, and this memory cell flows through the second conductor layer 115. floating gate, third conductor layer 118
The first conductive layer 114 is an erase gate, the N + type semiconductor layer 119B is a drain, and the N + type semiconductor layer 119D is a source. Furthermore, when looking at the two bits shown in FIG. 6b, the control gate and erase gate are common, and are composed of a pair of MOS transistors that are symmetrically arranged with respect to the erase gate. The control gate is connected to the semiconductor substrate 11 through an insulating film.
1, and the floating gate and erase gate are provided on the control gate and the substrate 1.
They are arranged in parallel in an insulating film sandwiched by 11. Furthermore, since the erase gate is formed on the field insulating film 113, the overlapping portion of each floating gate and erase gate exists within the field region. Further, as shown in FIG. 6b, in the overlapping portion, the second conductive layer 1
15, that is, the floating gate is located above the first conductive layer 114, that is, the erase gate, and the distance between the substrate 111 and the conductive layer 114 is the same as the distance between the substrate 111 and the conductive layer 115. It's shorter than that. Further, as is clear from FIG. 6a, the first conductor layer 114 has four
Only one location is provided for each bit memory cell, and each one location of the conductor layer 114 is connected to the wiring layer 121C through one contact hole 122C.
上記第6図に示す半導体記憶装置の等価回路図
は前記第3図に示すものと同様であり、その作用
も同様であるので説明は省略する。 The equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device shown in FIG. 6 is the same as that shown in FIG. 3, and its operation is also the same, so a description thereof will be omitted.
また上記実施例の半導体記憶装置では前記実施
例装置のもつ〜の効果の他に、次の〜の
効果も得ることができる。 Further, in addition to the effects of the semiconductor memory device of the embodiment described above, the following effects can also be obtained.
イレースゲート(第1層目の導電体層)11
4を構成するポリシリコンによつて配線をする
のではなく、Alからなる配線層121Cによ
つて消去線を配線形成するようにしたので、こ
の消去線と基板との間の絶縁膜の厚さを比較的
厚くすることができ、したがつて消去線に高い
電圧を印加してもリークが発生することはな
い。 Erase gate (first conductor layer) 11
Since the wiring layer 121C made of Al is used to form the erase line instead of using the polysilicon that constitutes 4, the thickness of the insulating film between the erase line and the substrate is can be made relatively thick, so even if a high voltage is applied to the erase line, leakage will not occur.
イレースゲートと配線層121Cとを接続す
るコンタクトホールは、メモリセル4ビツトに
1箇所設ければよいので、1ビツト当りのコン
タクト数は1/4であり高集積化が可能である。 Since one contact hole connecting the erase gate and the wiring layer 121C needs to be provided for every four bits of the memory cell, the number of contacts per one bit is 1/4, and high integration is possible.
データ書き込み時には熱電子の注入を、消去
時にはフイールドエミツシヨンをそれぞれ利用
するため、フローテイングゲートの周囲の絶縁
膜は比較的厚いものが使用でき、不揮発特性す
なわちデータ保持特性は良好となる。 Since hot electron injection is used when writing data and field emission is used when erasing data, a relatively thick insulating film can be used around the floating gate, resulting in good non-volatile characteristics, that is, data retention characteristics.
次に第6図に示すこの発明に係る半導体記憶装
置を製造するための製造方法の一例を、第7図a
ないしeに示すパターン平面図および第8図aな
いしeに示すそれらの−′線に沿う断面図を
用いて説明する。まず、第7図aおよび第8図a
に示すように、P型シリコンからなる半導体基板
111の表面に光触刻法により絶縁膜を1μm成
長させてフイールド絶縁膜113,113′を形
成する。なおこのとき、フイールド絶縁膜11
3,113′間には膜厚の薄い絶縁膜123が形
成されている。次に基板111の全面に6000Åの
厚みにポリシリコンを成長させ、これにPあるい
はAsをドーピングした後、光触刻法によつて第
7図b中実線で示すように上記1箇所のフイール
ド絶縁膜113上に第1層目の導電体層114を
形成する。ここで隣り合うフイールド絶縁膜11
3′上には上記導電体層114を形成していない
例を示しているが、これは必要に応じて形成して
もよい。次に第1層目の導電体層114形成後、
第7図cおよび第8図cに示すように、熱酸化法
によつて500Åの厚さの酸化膜を成長させて前記
ゲート絶縁膜112a〜112fおよび絶縁膜1
16を形成し、さらにれに続いてCVD法により
5000Åの厚さにポリシリコンを成長させ、これを
光触刻法を適用してフローテイングゲートとして
の第2層目の導電体層115a〜115fを形成
する。ここで第8図cには、図から明らかなよう
に、フローテイングゲートとなる導電体層115
b,115cのフイールド絶縁膜113上に延在
する一方側の端部のみが絶縁膜116を介して第
1層目の導電体層114と少なくとも一部が重な
り合う例を示した。そして導電体層115b,1
15cの他端については導電体層114と重なり
合つていない。フローテイングゲート形成後は、
第7図dおよび第8図dに示すように、熱酸化法
によつて1000Å〜2000Åの厚さの絶縁膜117を
形成し、その上にポリシリコンを堆積形成し、こ
れに光触刻法を適用してコントロールゲートとな
る第3層目の導電体層118A,118Bを形成
すると同時に第2層目の導電体層115a〜11
5fをセルフアラインにより形成する。次に第7
図e中の斜線を付した領域にPあるいAsを拡散
してドレインとなるN+型半導体層119A,1
19B,119CおよびソースとなるN+型半導
体層119Dそれぞれを形成する。さらに第7図
eおよび第8図eに示すように、基板111全体
に絶縁膜120およびAl膜を連続して堆積形成
し、このAl膜に光触刻法を適用して配線層12
1A,121B,121C,121Dを形成す
る。なおこのととき予めコンタクトホール122
A,122B,122C,122Dを開孔してお
き、コンタクトホール122A,122B,12
2DそれぞれによつてN+型半導体層119A,
119B,119Cと配線層121A,121
B,121Dそれぞれを、コンタクトホール12
2Cによつて第1層目の導電体層114と配線層
121Cとを接続することによりこの半導体記憶
装置は完成する。 Next, an example of a manufacturing method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention shown in FIG. 6 is shown in FIG. 7a.
This will be explained using pattern plan views shown in FIGS. 8a to 8e and sectional views taken along the line -' shown in FIGS. First, Figure 7a and Figure 8a
As shown in FIG. 2, field insulating films 113 and 113' are formed by growing an insulating film to a thickness of 1 μm on the surface of a semiconductor substrate 111 made of P-type silicon by photolithography. Note that at this time, the field insulating film 11
A thin insulating film 123 is formed between 3 and 113'. Next, polysilicon is grown to a thickness of 6000 Å on the entire surface of the substrate 111, and after doping it with P or As, the field insulation is formed in the above one place as shown by the solid line in FIG. A first conductor layer 114 is formed on the film 113. Here, adjacent field insulating films 11
Although an example is shown in which the conductor layer 114 is not formed on the conductor layer 3', it may be formed if necessary. Next, after forming the first conductor layer 114,
As shown in FIGS. 7c and 8c, an oxide film with a thickness of 500 Å is grown by a thermal oxidation method to form the gate insulating films 112a to 112f and the insulating film 1.
16, and then by CVD method.
Polysilicon is grown to a thickness of 5000 Å, and a photolithography method is applied to the polysilicon to form second conductor layers 115a to 115f as floating gates. As is clear from the figure, FIG. 8c shows a conductive layer 115 that becomes a floating gate.
An example has been shown in which only one end of the field insulating film 113 extending over the field insulating film 113 at least partially overlaps with the first conductive layer 114 with the insulating film 116 interposed therebetween. And conductor layer 115b, 1
The other end of 15c does not overlap with conductor layer 114. After forming the floating gate,
As shown in FIG. 7 d and FIG. 8 d, an insulating film 117 with a thickness of 1000 Å to 2000 Å is formed by thermal oxidation, polysilicon is deposited thereon, and then photolithography is applied to this. is applied to form the third conductive layers 118A and 118B which will become control gates, and at the same time, the second conductive layers 115a to 11 are formed.
5f is formed by self-alignment. Next, the seventh
N + type semiconductor layer 119A, 1 which becomes a drain by diffusing P or As into the shaded region in Figure e
19B, 119C and an N + type semiconductor layer 119D which will serve as a source are formed. Further, as shown in FIGS. 7e and 8e, an insulating film 120 and an Al film are successively deposited over the entire substrate 111, and a photolithography method is applied to this Al film to form a wiring layer 120.
1A, 121B, 121C, and 121D are formed. Note that at this time, the contact hole 122 is
A, 122B, 122C, 122D are opened and contact holes 122A, 122B, 12
N + type semiconductor layer 119A,
119B, 119C and wiring layers 121A, 121
B, 121D, respectively, in the contact hole 12
This semiconductor memory device is completed by connecting the first conductor layer 114 and the wiring layer 121C with 2C.
第9図はこの発明の一実施例を示すもので、前
記第2図または第6図に示す半導体記憶装置を用
いてM×Nビツトの半導体記憶装置を構成したも
のである。図においてM11…M1M…MN1…MNMは、
列方向にM個および行方向にN個マトリクス状に
配置形成された各1ビツトのメモリセルであり、
これら各メモリセルは前記と同様にコントロール
ゲートCG、フローテイングゲートFG、イレース
ゲートEG、ドレインDおよびソースSから構成
される。そして同一列に配置された各個のメモリ
セルのドレインDは、N本の各デイジツト線41
1〜41Nそれぞれに共通接続されている。また上
記N本のデイジツト線411〜41Nは、列アドレ
スが入力されデータ読み出し時あるいはデータ書
き込み時にその列アドレスに応じて1つの出力端
が選択されこの選択された出力端のみから高レベ
ル信号、たとえば+5、+20ボルトを出力し、選
択されない出力端すべてから低レベル信号、たと
えば0ボルトを出力する列デコーダ42の出力端
に接続されている。さらに同一行に配置された各
N個のメモリセルのコントロールゲートCGは、
M本の行選択線431〜43Mそれぞれに共通接続
されている。さらに上記M本の行選択線431〜
43Mは、行アドレスが入力されデータ読み出し
時あるいはデータ書き込み時にその行アドレスに
応じて1つの出力端が選択されこの選択された出
力端のみから高レベル信号を出力し、選択されな
い出力端すべてから低レベル信号を出力する行デ
コーダ44の出力端に接続されている。またすべ
てのメモリセルのイレースゲートEGは共通接続
され、さらに保護抵抗45を介して消去端子46
に接続されている。そしてすべてのメモリセルの
ソースSは共通接続されさらに接地電位点に接続
されている。 FIG. 9 shows an embodiment of the present invention, in which an M.times.N bit semiconductor memory device is constructed using the semiconductor memory device shown in FIG. 2 or FIG. 6. In the figure, M 11 …M 1M …M N1 …M NM is
1-bit memory cells each arranged in a matrix of M cells in the column direction and N cells in the row direction;
Each of these memory cells is composed of a control gate CG, a floating gate FG, an erase gate EG, a drain D, and a source S as described above. The drain D of each memory cell arranged in the same column is connected to each N digit line 41.
1 to 41 N are commonly connected to each other. Further, for the N digit lines 41 1 to 41 N , a column address is input, and one output terminal is selected according to the column address when reading or writing data, and a high level signal is output from only the selected output terminal. , e.g., +5, +20 volts, and outputs a low level signal, e.g., 0 volts, from all unselected outputs. Furthermore, the control gate CG of each N memory cells arranged in the same row is
It is commonly connected to each of M row selection lines 43 1 to 43 M. Furthermore, the M row selection lines 43 1 to
43 M selects one output terminal according to the row address when a row address is input and data is read or written, and outputs a high level signal only from this selected output terminal, and outputs a high level signal from all unselected output terminals. It is connected to the output end of the row decoder 44 which outputs a low level signal. In addition, the erase gates EG of all memory cells are commonly connected, and the erase terminal 46 is further connected via a protective resistor 45.
It is connected to the. The sources S of all memory cells are commonly connected and further connected to a ground potential point.
上記消去端子46は上記各メモリセルに記憶さ
れているゲートを消去する際にデータ消去電圧、
たとえば+40ボルトが印加されるようになつてい
る。 The erase terminal 46 is connected to a data erase voltage when erasing the gate stored in each memory cell.
For example, +40 volts is applied.
このような構成でなる記憶装置において、浮遊
ゲートFGと制御ゲートCGとの間の容量をCFCと
すると、浮遊ゲートFGに−Qの電荷(電子)が
入いれば、そのメモリーセルのトランジスタの閾
値電圧の変化分ΔVTは
ΔVT=Q/CFC ……(1)
となる。従つて−Qの電荷が入つたことにより、
(1)式のように閾値電圧が変化するから、メモリ−
セルの記憶データ“1”或いは“0”を判定でき
る。 In a memory device with such a configuration, if the capacitance between the floating gate FG and the control gate CG is CFC , if a charge (electron) of -Q enters the floating gate FG, the transistor of the memory cell will The amount of change in the threshold voltage ΔV T is ΔV T =Q/C FC (1). Therefore, due to the charge of -Q,
Since the threshold voltage changes as shown in equation (1), the memory
It is possible to determine whether the stored data in the cell is "1" or "0".
一方、消去端子46を介して消去ゲートEGに
電圧VEを印加すると、ΔVTは
ΔVT=Q−CFEVE/CFC ……(2)
で示される。ここでCFEは浮遊ゲートFGと消去ゲ
ートEG間の容量である。このようにΔVTは(2)式
で表わされ、見かけ上浮遊ゲートに蓄積された電
荷−Qは、消去ゲートEGに電圧VEを印加するこ
とにより、減らしたり増加させたりすることがで
き、浮遊ゲートFG中に注入された電圧量を、定
量的に消去ゲートEGに印加した電圧により知る
ことができる。即ち或るΔVTを得るために必要な
消去ゲート印加電圧VEが測定でき、(2)式よりQ
が分かる。 On the other hand, when the voltage V E is applied to the erase gate EG via the erase terminal 46, ΔV T is expressed as ΔV T =Q−C FE V E /C FC (2). Here, C FE is the capacitance between the floating gate FG and the erase gate EG. In this way, ΔV T is expressed by equation (2), and the apparent charge -Q accumulated in the floating gate can be reduced or increased by applying voltage V E to the erase gate EG. , the amount of voltage injected into the floating gate FG can be quantitatively known from the voltage applied to the erase gate EG. In other words, the erase gate applied voltage V E required to obtain a certain ΔV T can be measured, and from equation (2), Q
I understand.
上記電荷量Qの測定法の具体例を示せば、デコ
ーダ42,44によりメモリーセルを選択し、消
去端子46の電圧VEを変化させて前記選択メモ
リーセルのデイジツト線のデータが反転する時の
電圧VEを知ればよい。またデータ書き込み直後
の電荷量Qをまず測定し、次に所定期間が経過し
てから再び電荷量Qを測定すれば、両測定結果か
ら経年変化による電荷減衰量を定量的に予測する
ことができ、従つて各メモリーセルの保持特性を
推定できることから、メモリーセルの保持特性の
悪いビツトを予めスクリーニングできるものであ
る。 To give a specific example of the method for measuring the amount of charge Q described above, when a memory cell is selected by the decoders 42 and 44 and the voltage V E of the erase terminal 46 is changed, the data on the digit line of the selected memory cell is inverted. All you need to know is the voltage V E. In addition, by first measuring the amount of charge Q immediately after data is written, and then measuring the amount of charge Q again after a predetermined period of time, it is possible to quantitatively predict the amount of charge decay due to aging from both measurement results. Therefore, since the retention characteristics of each memory cell can be estimated, bits with poor retention characteristics of memory cells can be screened in advance.
一方効率よく電荷量Qを知るためには、(2)式か
ら
CFECFC ……(3)
の方がよいが、書き込み効率上からは、
CFC>CFE ……(4)
の傾向がより大の方がよく、従つて容量CFEはあ
る程度以上の大きさを具備することが要求される
ため、上記書き込み効率上及び電荷量チエツクの
上から
CFC>CFE≧CFC/5 ……(5)
を満足することが望ましい。 On the other hand, in order to efficiently know the amount of charge Q, it is better to use C FE C FC ... (3) from equation (2), but from the viewpoint of writing efficiency, the tendency is C FC > C FE ... (4) It is better to have a larger value, and therefore, the capacitance C FE is required to have a certain size or more. Therefore, from the above writing efficiency and charge amount check, C FC > C FE ≧ C FC /5 ...It is desirable to satisfy (5).
第10図は上記第9図に示す実施例の第1の変
形例の構成図であり、前記抵抗45と前記消去端
子46との間に、一端が接地電位点に接続された
抵抗47の他端を接続するようにしたものであ
る。このような構成にすると、データ非消去時に
消去端子46がオープン状態になつても、抵抗4
7により各メモリセルのイレースゲートEGは接
地電位に設定されてフローテイング状態になるこ
とがないので、ノイズによる誤動作の防止が計れ
る。またデータ非消去時、イレースゲートEGは
接地電位に設定されるため、フローテイングゲー
トFGとイレースゲートEGとの間の前記重なり合
い部分におけるカツプリングによりフローテイン
グゲートFGがより接地電位に近い電位にバイア
スされることになり、この結果メモリセルの閾値
電圧VTHは深くなる。 FIG. 10 is a configuration diagram of a first modified example of the embodiment shown in FIG. The ends are connected. With such a configuration, even if the erase terminal 46 becomes open when data is not erased, the resistor 4
7, the erase gate EG of each memory cell is set to the ground potential and does not go into a floating state, so malfunctions due to noise can be prevented. Furthermore, when data is not erased, the erase gate EG is set to the ground potential, so the coupling at the overlapping portion between the floating gate FG and the erase gate EG biases the floating gate FG to a potential closer to the ground potential. As a result, the threshold voltage V TH of the memory cell becomes deeper.
第11図は第9図に示す実施例の第2の変形例
の構成図であり、上記第10図の抵抗47の代り
に、前記抵抗45と前記消去端子46との間に、
一端が正極性の電源電圧VCC(+5ボルト)印加
点に接続された抵抗48の他端を接続するように
したものである。このような構成にすると、上記
と同様、データ非消去時に消去端子46がオープ
ン状態になつても、抵抗48により各メモリセル
のイレースゲートEGはVCC電位に設定されてフ
ローテイング状態になることがないので、ノイズ
による誤動作の防止が計れる。またデータ非消去
時、イレースゲートEGはVCC電位に設定される
ため、前記と同様にフローテイングゲートFGと
イレースゲートEGとの間の重なり合い部分にお
けるがプリングによりフローテイングゲートFG
がよりVCC電位に近い電位にバイアスされること
になり、この結果メモリセルの閾値電圧は浅くな
る。 FIG. 11 is a configuration diagram of a second modification of the embodiment shown in FIG. 9, in which, instead of the resistor 47 in FIG.
One end of the resistor 48 is connected to the positive polarity power supply voltage V CC (+5 volts) application point, and the other end thereof is connected to the resistor 48 . With this configuration, even if the erase terminal 46 is open when data is not erased, the erase gate EG of each memory cell is set to the V CC potential by the resistor 48 and becomes a floating state, as described above. Since there is no noise, malfunctions due to noise can be prevented. In addition, when data is not erased, the erase gate EG is set to the V CC potential, so the floating gate FG is
is biased closer to the V CC potential, resulting in a shallower threshold voltage of the memory cell.
第12図は第9図に示す実施例の第3の変形例
の構成図であり、第9図の回路に第10図中の抵
抗47と第11図中の抵抗48とを両方設けるよ
うにしたものである。このような構成にすると、
データ非消去時、イレースゲートEGは接地電位
とVCC電位との間にある電位に設定されることに
なる。 FIG. 12 is a block diagram of a third modification of the embodiment shown in FIG. 9, in which both the resistor 47 in FIG. 10 and the resistor 48 in FIG. 11 are provided in the circuit in FIG. This is what I did. With this configuration,
When data is not erased, the erase gate EG is set to a potential between the ground potential and the V CC potential.
なお本発明は上記実施例のみに限定されるもの
ではなく、種々の応用が可能である。例えば第2
図または第6図において第2層目の導電体層15
または115の各右側端部或いは各左側端部のみ
が第1層目の導電体層14または114の少なく
とも一部と重なり合つている場合につき説明した
が、これは導電体層15または115の両端部が
導電体層14または114と重なり合うようにし
てもよい。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied in various ways. For example, the second
In the figure or FIG. 6, the second conductive layer 15
The case has been described in which only the right end portion or the left end portion of the conductor layer 115 overlaps at least a portion of the first conductor layer 14 or 114; The conductor layer 14 or 114 may be overlapped with the conductor layer 14 or 114.
以上説明した如く本発明の半導体記憶装置は、
1つのメモリ−セルを1つのトランジスタで構成
することができしかもデータを電気的に消去でき
るため、集積度、コスト等の面で従来の問題点を
改善でき、またメモリーセルの各ゲート間容量を
最適に設定したため、メモリーセルへのデータ書
き込み効率がよくかつメモリーセルの保持電荷量
のチエツクが簡易に行なえるものである。 As explained above, the semiconductor memory device of the present invention includes
One memory cell can be configured with one transistor, and data can be erased electrically, which improves the conventional problems in terms of integration density and cost, and also reduces the capacitance between each gate of the memory cell. Since it is set optimally, the efficiency of writing data into the memory cell is high, and the amount of charge held in the memory cell can be easily checked.
第1図は従来のE2P−ROMの1つのメモリセ
ル部分の構成図、第2図aないしdはこの発明の
第1の実施例のメモリーセルの構成を示すもので
あり、第2図aはパターン平面図、第2図bは同
図aの−′線に沿う構造断面図、第2図cは
同図aの−′線に沿う構造断面図、第2図d
は同図aの−′線に沿う構造断面図、第3図
は第2図に示す装置の等価回路図、4図aないし
eおよび第5図aないしeはそれぞれ上記第2図
に示す装置を製造するための製造方法の一例を説
明するためのもので、第4図aないしeはパター
ン平面図、第5図aないしeは第4図aないしe
の各−′線に沿う断面図、第6図aないしc
はこの発明の第2の実施例のメモリーセルの構成
を示すものであり、第6図aはパターン平面図、
第6図bは同図aの−′に沿う構造断面図、
第6図cは同図aの−′線に沿う構造断面図、
第7図aないしeおよび第8図aないしeはそれ
ぞれ上記第6図に示す装置を製造するための製造
方法の一例を説明するためのもので、第7図aな
いしeはパターン平面図、第8図aないしeは第
7図aないしeの各−′線に沿う断面図、第
9図はこの発明の一実施例の回路構成図、第10
図は上記実施例の第1の変形例の回路構成図、第
11図は上記実施例の第2の変形例の回路構成
図、第12図は上記実施例の第3の変形例の回路
構成図である。
11,111……半導体基板、12,112…
…ゲート絶縁膜、13,113……フイールド絶
縁膜、14,114……第1層目の導電体層(イ
レースゲート)、15,115……第2層目の導
電体層(フローテイングゲート)、16,116,
17,117,20,120,123……絶縁
膜、18,118……第3層目の導電体層(コン
トロールゲート)、19,119……N+型半導体
層、21……第4層目の導電体層、121……配
線層、22,122……コンタクトホール、3
1,32……デイジツト線、33,34……消去
線、35,36……選択線、M1,M2,M3,
M4……メモリセル、CG……コントロールゲー
ト(制御ゲート)、FG……フローテイングゲート
(浮遊ゲート)、EG……イレースゲート(消去ゲ
ート)、D……ドレイン、S……ソース、M11〜
M1M〜MN1〜MNM……メモリセル、41……デイ
ジツト線、42……列デコーダ、43……行選択
線、44……行デコーダ、45,47,48……
抵抗、46……消去端子。
FIG. 1 is a configuration diagram of one memory cell portion of a conventional E 2 P-ROM, and FIGS. 2a is a pattern plan view, FIG. 2b is a structural cross-sectional view taken along line -' in figure a, FIG. 2c is a structural cross-sectional view taken along line -' in figure a, and figure 2d is
3 is an equivalent circuit diagram of the device shown in FIG. 2, and FIGS. 4 a to 5 e and 5 a to e are the device shown in FIG. 4A to 4E are pattern plan views, and FIGS. 5A to 5E are pattern plan views.
Cross-sectional views along lines -' of Figures 6a to 6c.
6 shows the configuration of a memory cell according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6a is a pattern plan view;
Fig. 6b is a structural cross-sectional view taken along -' of Fig. 6a;
Fig. 6c is a structural sectional view taken along the -' line of Fig. 6a;
7a to 8e and 8a to 8e are for explaining an example of a manufacturing method for manufacturing the device shown in FIG. 6, respectively, and FIGS. 7a to 7e are pattern plan views, 8a to 8e are sectional views taken along the lines -' of FIGS. 7a to 7e, FIG. 9 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a circuit configuration diagram of a first modification of the above embodiment, FIG. 11 is a circuit diagram of a second modification of the above embodiment, and FIG. 12 is a circuit diagram of a third modification of the above embodiment. It is a diagram. 11,111...Semiconductor substrate, 12,112...
...Gate insulating film, 13,113...Field insulating film, 14,114...First conductor layer (erase gate), 15,115...Second conductor layer (floating gate) ,16,116,
17,117,20,120,123...Insulating film, 18,118...Third conductor layer (control gate), 19,119...N + type semiconductor layer, 21...Fourth layer conductor layer, 121... wiring layer, 22, 122... contact hole, 3
1, 32...digit line, 33, 34...erasure line, 35, 36...selection line, M1, M2, M3,
M4...memory cell, CG...control gate, FG...floating gate, EG...erase gate, D...drain, S...source, M11 ~
M 1M ~M N1 ~M NM ...Memory cell, 41...Digit line, 42...Column decoder, 43...Row selection line, 44...Row decoder, 45, 47, 48...
Resistor, 46... Erase terminal.
Claims (1)
御ゲートと、この制御ゲートと前記基体によつて
挾まれた前記絶縁膜内に設けられる消去ゲート
と、前記絶縁膜内に前記消去ゲートと並設されそ
の端部が絶縁膜を介して消去ゲートの少なくとも
一部と重なり合つている浮遊ゲートと、ソース及
びドレインとから構成されたメモリーセルを具備
し、該メモリーセルは、前記浮遊ゲートと制御ゲ
ートとの間の容量をCFCとしまた浮遊ゲートと消
去ゲートとの間の容量をCFEとした時CFC>CFE≧
CFC/5の関係を満足する構成としたことを特徴
とする半導体記憶装置。1. A control gate provided on a semiconductor substrate via an insulating film, an erase gate provided in the insulating film sandwiched between the control gate and the base, and a control gate provided in parallel with the erase gate in the insulating film. The memory cell includes a floating gate whose end overlaps with at least a portion of the erase gate via an insulating film, a source and a drain, and the memory cell includes the floating gate and the control gate. C FC is the capacitance between the floating gate and the erase gate, and C FE is the capacitance between the floating gate and the erase gate.C FC >C FE ≧
A semiconductor memory device characterized by having a configuration that satisfies the relationship C FC /5.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18095180A JPS57104263A (en) | 1980-12-20 | 1980-12-20 | Semiconductor memory storage |
| DE8181305349T DE3175125D1 (en) | 1980-11-20 | 1981-11-11 | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same |
| EP81305349A EP0052982B1 (en) | 1980-11-20 | 1981-11-11 | Semiconductor memory device and method for manufacturing the same |
| US06/321,322 US4803529A (en) | 1980-11-20 | 1981-11-13 | Electrically erasable and electrically programmable read only memory |
| US07/193,079 US4910565A (en) | 1980-11-20 | 1988-05-12 | Electrically erasable and electrically programmable read-only memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18095180A JPS57104263A (en) | 1980-12-20 | 1980-12-20 | Semiconductor memory storage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57104263A JPS57104263A (en) | 1982-06-29 |
| JPS6331113B2 true JPS6331113B2 (en) | 1988-06-22 |
Family
ID=16092122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18095180A Granted JPS57104263A (en) | 1980-11-20 | 1980-12-20 | Semiconductor memory storage |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS57104263A (en) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0640588B2 (en) * | 1987-03-13 | 1994-05-25 | 株式会社東芝 | Semiconductor memory device |
| JPH0191395A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-11 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor memory |
| US5436480A (en) * | 1993-02-22 | 1995-07-25 | Yu; Shih-Chiang | Integrated circuit interconnection programmable and erasable by a plurality of intersecting control traces |
-
1980
- 1980-12-20 JP JP18095180A patent/JPS57104263A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57104263A (en) | 1982-06-29 |
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