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JPS6344307B2 - - Google Patents
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JPS6344307B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6344307B2
JPS6344307B2 JP54062001A JP6200179A JPS6344307B2 JP S6344307 B2 JPS6344307 B2 JP S6344307B2 JP 54062001 A JP54062001 A JP 54062001A JP 6200179 A JP6200179 A JP 6200179A JP S6344307 B2 JPS6344307 B2 JP S6344307B2
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JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
mos
transistor
gate
stacked
Prior art date
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Expired
Application number
JP54062001A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS55153375A (en
Inventor
Masanori Kikuchi
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Publication of JPS55153375A publication Critical patent/JPS55153375A/ja
Publication of JPS6344307B2 publication Critical patent/JPS6344307B2/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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は不揮発性半導体記憶装置にかかり、
特に、新規な構造を有する電気的に書き換え可能
な不揮発性半導体記憶装置に関する。
従来この種の不揮発性半導体記憶装置には、一
般にスタツクド・ゲート型メモリと呼ばれている
ものがあり、例えばISSCC′77Digest of
Technical Papers,15―4にその一つの例が示
されている。この引例中に明記してあるごとく、
このスタツクド・ゲート型メモリはP型半導体基
体の主表面近傍に互に間隔を置いて設けられた1
対のソース、ドレインN型領域と、この両領域間
の主表面上にSiO2膜でくるまれた浮遊ゲート電
極と、この上に制御ゲート電極とを有する。この
スタツクド・ゲート型メモリでは作製時点、すな
わち浮遊ゲート電極が中性の状態で制御ゲート電
極から見た初期のスレツシヨルド電圧、例えば
VT0=2Vが存在する。書込操作は、基体、ソース
端子を接地し、制御ゲート電極とドレイン端子に
正パルスの高電圧、例えば25Vを印加するとチヤ
ンネル電流が流れ、この電流によりドレイン近傍
のピンチオフ領域で発生した高エネルギーの電子
が浮遊ゲート電極内へいわゆるチヤンネル注入さ
れスレツシヨルド電圧は例えばVT=10Vにシフ
トする。消去操作は、書込まれたメモリに紫外線
を照射することにより浮遊ゲート中の注入電子を
エネルギーに励起し、基体に放出させメモリのス
レツシヨルド電圧をVT0に戻すことにより行われ
る。従つて読出し時に制御ゲート電極に例えば
5Vを印加すると、消去されたメモリは導通し、
書込まれたメモリは非導通で、これより“1”,
“0”の記憶状態の検出が可能である。しかるに
この様なメモリ装置に電気的消去という機能を付
加しようとする場合、いかなる方法、メカニズム
に依るにせよ発生する最大の問題は、消去により
初期のスレツシヨルド電圧を回復することの難し
さである。すなわち、消去によりスレツシヨルド
電圧が初期値まで戻りきらなかつたり、又初期値
よりも戻り過ぎてしまうということがしばしば発
生し、特に多数個のメモリを集積化した場合には
この現象は益々顕著になり、実用化を障げる要因
となつている。
この発明の目的は、上記の如きスタツクド・ゲ
ート型メモリに電気的消去という特性を安定かつ
容易に付加せしめることを可能にし、先に述べた
ごとき問題点を全く含まず、製造プロセスの簡略
化、集積度の向上、信頼性の向上、特性の安定化
等々の利点を具備した不揮発性半導体記憶装置を
提供することにある。
この発明の不揮発性半導体記憶装置では、半導
体基体の主表面近傍に互に間隔を置いて設けられ
た、基体と反対導電型のソース、ドレイン領域
と、この領域間の基体主表面上に第1のゲート絶
縁膜と、この上に導電膜からなる浮遊ゲート電極
と、この上に第2のゲート絶縁膜と、さらにこの
上に導電膜からなる制御ゲート電極とを備えたス
タツクド・ゲートMOS型メモリトランジスタお
よびこのメモリトランジスタに直列接続され、メ
モリトランジスタのドレイン領域を共通のソース
領域とし、ゲート電極がメモリトランジスタの制
御ゲート電極に共通接続されたMOSトランジス
タとを有し、装置全体としての共通ゲート電極か
ら見たスレツシヨルド電圧が、書込状態に於いて
はスタツクド・ゲートMOS型トランジスタによ
つて決定され、又消去状態に於いてはMOSトラ
ンジスタにより決定されている。本発明の他の装
置ではスタツクド・ゲートMOS型メモリトラン
ジスタの第1ゲート絶縁膜はMOSトランジスタ
のゲート絶縁膜よりも薄くなつている。又本発明
の他の装置ではスタツクド・ゲートMOS型メモ
リトランジスタの浮遊ゲート電極が制御ゲート電
極に対し少くとも1部分自己整合的に形状決定さ
れている。さらに本発明の他の装置ではスタツク
ド・ゲートMOS型メモリトランジスタの浮遊ゲ
ート電極と制御ゲート電極およびMOSトランジ
スタのゲート電極のいづれもが多結晶シリコンよ
り構成されている。
この発明の不揮発性半導体記憶装置では、書込
動作にいわゆるチヤンネル注入法を利用できる。
すなわちスタツクド・ゲートMOS型メモリトラ
ンジスタのチヤンネル電流に浮遊ゲート電極に電
子を注入しスレツシヨルド電圧を上昇させること
で装置全体としてのスレツシヨルド電圧を上昇で
きる。又消去動作には、いわゆるアバランシエ注
入を用いることができる。すなわちスタツクド・
ゲートMOS型メモリトランジスタのソースと基
体間のP―N接合をアバランシエ・ブレークダウ
ンさせ、この時発生する高エネルギーの正孔を浮
遊ゲート電極に注入することによりスタツクド・
ゲートMOS型メモリトランジスタのスレツシヨ
ルド電圧を低下させ、このスレツシヨルド電圧が
直列接続されたMOSトランジスタのスレツシヨ
ルド電圧よりも低い値になる様に条件設定するこ
とにより、装置全体としての消去後のスレツシヨ
ルド電圧として、常にMOSトランジスタのスレ
ツシヨルド電圧が確保できる。
上述の説明の如く、本発明の不揮発性半導体記
憶装置では書込動作も消去動作も電気的方法が可
能であるばかりでなく、消去後の装置全体として
のスレツシヨルド電圧として装置の記憶状態と無
関係に決まる一定値が確保できる。このことは単
にこの装置の安定性や実現の容易さを保証してい
るだけでなく、電気的消去動作そのものを可能に
する最大の要因になつていることは容易に理解で
きる。又この発明の不揮発性半導体記憶装置は、
スタツクド・ゲートMOS型メモリトランジスタ
とMOSトランジスタから構成されているが、実
質的に1素子の如く実現できるので高集積度、高
製造歩留りが確保できる。
次にこの発明の特徴をより解り易くするために
実施例につき図面を参照しながら詳しく説明す
る。
第1図は本発明の不揮発性半導体記憶装置の一
実施例に於ける平面模型図、第2図は第1図のA
―A′部に於ける装置の断面模型図である。これ
らの図に於いて装置の同一部分には同一記号を付
して示してある。第1,2図で、1は比抵抗約10
Ω―cmのP型単結晶Si半導体基体、2は面指数
(100)を有する1の主表面、3はSi基体の熱酸化
法によつて形成した厚さ約300Åの第1ゲート
SiO2膜、4はリンが添加された厚さ約0.3μの多結
晶Siよりなる浮遊ゲート電極、5は4の熱酸化法
によつて形成した厚さ約1000Åの第2ゲート
SiO2膜、6はリンを添加した厚さ約0.5μの多結晶
Siよりなる制御ゲート電極、7,8は2の近傍の
1内にリンを拡散して形成したN型のソース領
域、ドレイン領域である。これらはいわゆるスタ
ツクド・ゲートMOS型メモリトランジスタを構
成するが、ここで浮遊ゲート電極4は、制御ゲー
ト電極6をマスクにして多結晶Siをエツチングす
ることにより、平面形状が一部自己整合的に決定
されていると共に、ソース領域7、ドレイン領域
8は4,5の両ゲート電極のいづれに対しても自
己整合的にリンを拡散することにより形成されて
いる。この発明の装置では、上記のスタツクド・
ゲートMOS型メモリトランジスタに直列にMOS
トランジスタが形成されており、9はSi基体1の
熱酸化法によつて成長した厚さ約1000Åのゲート
SiO2膜、10はリンを添加した厚さ約0.5μの多結
晶Siよりなるゲート電極、11はリンを主表面2
近傍のSi基体1内にリンを拡散して形成したドレ
イン領域である。このMOSトランジスタに於い
て、ソース領域はスタツクド・ゲートMOS型メ
モリトランジスタのドレイン領域8と共通になつ
ており、ソース領域8、ドレイン領域11はゲー
ト電極10に対して自己整合的にリンを拡散する
ことにより形成されていると共に、第1図から明
らかな様に、ゲート電極10はスタツクド・ゲー
トMOS型メモリトランジスタの制御ゲート電極
6に共通接続されている。装置全体としてのソー
ス引き出しA1電極12はコンタクト孔13を通
じてソース領域7に、又ドレイン引き出しA1電
極14はコンタクト孔15を通じてドレイン領域
11に接続されており、さらにスタツクド・ゲー
トMOS型メモリトランジスタの制御ゲート電極
6とMOSトランジスタのゲート電極10に対す
る共通ゲート引き出しA1電極16がコンタクト
孔17を通じて両ゲート電極に接続されている。
第3図Aは本発明の不揮発性半導体記憶装置の記
号図で、T1はスタツクド・ゲートMOS型メモリ
トランジスタ部、T2はMOSトランジスタ部を示
し、又基体、ソース、ゲート、ドレインの各端子
への印加電圧をそれぞれ記号VB,VS,VG,VD
示してある。第3図Bに書込操作および消去操作
に於ける上記端子電圧の典型的な1つの例が示し
てある。書込操作に於いては、ゲート電極VG
25Vによつて、T1,T2は共に導通状態に在り、
T1とT2のコンダクタンス比によつてV1=25Vの
分割電圧がメモリトランジスタT1のドレインに
印加され、この時T1に流れるチヤンネル電流に
よつて電子が浮遊ゲート電極に注入される、いわ
ゆるチヤンネル注入書込が起る。このチヤンネル
注入により、メモリトランジスタT1のスレツシ
ヨルド電圧VTは上昇する。次に消去操作に於い
ては、メモリトランジスタT1のソース印加電圧
VS=25Vにより、ソースN型領域とP型基体間の
ゲート・コントロール・ダイオードにアバランシ
エブレークダウンが起り、発生した高エネルギー
の正孔が浮遊ゲート電極に注入され、メモリトラ
ンジスタT1のスレツシヨルド電圧は低下する。
第3図Cは第3図Bに示した電圧条件で、書込・
消去時間をそれぞれTW=1ms,TE=10msに設定
した時の1つの典型的な特性図を示している。こ
の図ではMOSトランジスタT2の特性でスレツ
シヨルド電圧は1Vである。又,はそれぞれ
スタツクド・ゲートMOS型メモリトランジスタ
の書込後、消去後の特性でスレツシヨルド電圧は
それぞれ+10V,−5Vである。従つて装置全体と
してのスレツシヨルド電圧は書込後はスタツク
ド・ゲートMOS型メモリトランジスタT1で決定
されていて+10V、消去後はMOSトランジスタ
T2で決定されていて+1Vとなる。この装置の記
憶保持書込/消去の繰り返し動作等の信頼性、安
定性面での諸特性も非常に秀れている。
上述の実施例は単に例示のためのものであり、
本発明がこれに限定されるものでないことは上述
の説明からも明らかである。即ち装置各部の材質
や製法を変えることもできるし、導電型や導電型
不純物の選択も自由である。又装置各部の寸法の
変更もある範囲内では可能である。要するにこの
明細書および付属の請求範囲に記載されている如
き本発明の精神と範囲を逸脱することなく当業者
は種々の改変をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の不揮発性半導体記憶装置の平
面模型図、第2図は第1図のA―A′断面に於け
る断面模型図である。第3図Aは本発明装置の等
価回路図、第3図Bは書込・消去に於ける典型的
な端子電圧条件を示す図、第3図Cは典型的な特
性図である。 尚、第1図、第2図において、1……Si単結晶
半導体基体、2……1の主表面、3……薄い第1
ゲートSiO2膜、4……多結晶Si浮遊ゲート電極、
5……第2ゲートSiO2膜、6……多結晶Si制御
ゲート電極、7,8,11……ソース,ドレイン
領域、9……ゲートSiO2膜、10……多結晶Si
ゲート電極、12,14,16……ソース、ドレ
イン、ゲートA1引き出し電極、13,15,1
7……ソース、ドレイン、ゲートコンタクト孔で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一導電型の半導体基体の主表面近傍に互に間
    隔を置いて設けられた1対の逆導電型を有するソ
    ース、ドレイン領域と、該両領域間の基体主表面
    上に設けられた第1のゲート絶縁膜と、この上に
    設けられた金属又は半導体層からなる浮遊ゲート
    電極と、該浮遊ゲート電極上に設けられた第2の
    ゲート絶縁膜と、該第2のゲート絶縁膜上に設け
    られた金属又は半導体からなる制御ゲート電極と
    を具備したスタツクド・ゲートMOS型メモリト
    ランジスタを有し、さらに該メモリトランジスタ
    に直列接続されたMOSトランジスタを有すると
    共に、該MOSトランジスタのゲート電極とソー
    ス領域とが前記スタツクド・ゲート型MOSメモ
    リトランジスタの制御ゲート電極とドレイン領域
    とにそれぞれ共通接続されてなる不揮発性半導体
    記憶装置であつて、前記ゲート電極及び前記
    MOSトランジスタのドレイン電極に高電圧を印
    加して書込み、前記ゲート電極に低電圧を印加す
    ると共に前記スタツクド・ゲート型MOSメモリ
    トランジスタのソース電極に高電圧を印加して消
    去し、該記憶装置のスレツシヨルド電圧が書込状
    態に於いては前記スタツクド・ゲートMOS型メ
    モリトランジスタにより、又消去状態に於いては
    前記MOSトランジスタにより決定されているこ
    とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 2 前記スタツクド・ゲートMOS型メモリトラ
    ンジスタの第1ゲート絶縁膜が、前記MOSトラ
    ンジスタのゲート絶縁膜よりも薄いことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の不揮発性半導体
    記憶装置。 3 前記スタツクド・ゲートMOS型メモリトラ
    ンジスタの浮遊ゲート電極と制御ゲート電極とが
    少なくとも1部分平面的に同一配置形状を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項もしくは
    第2項記載の不揮発性半導体記憶装置。 4 前記スタツクド・ゲートMOS型メモリトラ
    ンジスタの浮遊ゲート電極と制御ゲート電極およ
    び前記MOSトランジスタのゲート電極のいずれ
    もが多結晶シリコンよりなることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項、第2項もしくは第3項記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
JP6200179A 1979-05-18 1979-05-18 Non-volatile semiconductor memory device Granted JPS55153375A (en)

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JPS55153375A JPS55153375A (en) 1980-11-29
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3482847D1 (de) * 1983-04-18 1990-09-06 Toshiba Kawasaki Kk Halbleiterspeichervorrichtung mit einem schwebenden gate.
US5066992A (en) * 1989-06-23 1991-11-19 Atmel Corporation Programmable and erasable MOS memory device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5747515B2 (ja) * 1974-09-30 1982-10-09
JPS5612956B2 (ja) * 1975-09-01 1981-03-25

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JPS55153375A (en) 1980-11-29

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