JPH026233B2 - - Google Patents
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- JPH026233B2 JPH026233B2 JP59038128A JP3812884A JPH026233B2 JP H026233 B2 JPH026233 B2 JP H026233B2 JP 59038128 A JP59038128 A JP 59038128A JP 3812884 A JP3812884 A JP 3812884A JP H026233 B2 JPH026233 B2 JP H026233B2
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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]
- H10D30/68—Floating-gate IGFETs
- H10D30/681—Floating-gate IGFETs having only two programming levels
- H10D30/684—Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection
- H10D30/685—Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by hot carrier injection from the channel
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- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、MOS構造を有する浮遊ゲート型不
揮発性半導体メモリに関する。さらに詳細には、
低い電圧でかつ高い注入効率で電荷の浮遊ゲート
電極への書込みを可能とする不揮発性半導体メモ
リに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a floating gate nonvolatile semiconductor memory having a MOS structure. In more detail,
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory that allows charge to be written to a floating gate electrode with low voltage and high injection efficiency.
従来、チヤネル注入方式を用いた浮遊ゲート型
不揮発性メモリの書込み(電荷を浮遊ゲート電極
に注入すること)電圧は最低7V程度の書込み電
圧を必要としていた。回転システムの動作電圧と
して5V単一化が進んでいる現在、4.0V以下で書
込み・読出し可能の不揮発性メモリの必要性が高
まつている。第1図に7V程度でチヤネル注入に
より書込み可能な従来の浮遊ゲート型不揮発性メ
モリの断面図を示す。P型のシリコン半導体基板
1(n型基板上に作られたP―ウエルでもよい)
にn+のソース領域2とドレイン領域3が形成さ
れ、電極8及び9により外部と接続されている。 Conventionally, a writing voltage (injecting charge into the floating gate electrode) of a floating gate nonvolatile memory using a channel injection method has required a writing voltage of at least 7V. Nowadays, the operating voltage of rotating systems is becoming more and more common to 5V, and the need for non-volatile memory that can be written and read at 4.0V or less is increasing. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a conventional floating gate nonvolatile memory that can be written to by channel injection at about 7V. P-type silicon semiconductor substrate 1 (a P-well made on an n-type substrate may also be used)
An n + source region 2 and a drain region 3 are formed in and connected to the outside through electrodes 8 and 9.
ソース領域2と接する第1のチヤネル領域11
にはゲート酸化膜4を介して選択ゲート電極7が
形成されている。また、ドレイン領域3及びドレ
イン領域3と隣接する第2のチヤネル領域12の
上には、薄い(100Å〜200Å)ゲート酸化膜5を
介して多結晶シリコンよりなる浮遊ゲート電極6
が形成され酸化膜10により電気的に孤立させら
れている。 First channel region 11 in contact with source region 2
A selection gate electrode 7 is formed with a gate oxide film 4 interposed therebetween. A floating gate electrode 6 made of polycrystalline silicon is provided on the drain region 3 and the second channel region 12 adjacent to the drain region 3 with a thin (100 Å to 200 Å) gate oxide film 5 interposed therebetween.
is formed and electrically isolated by the oxide film 10.
第1のチヤネル領域と第2のチヤネル領域の間
には極めて短い第3のチヤネル領域が形成されて
いる浮遊ゲート電極6の電位VFはドレイン領域
3と浮遊ゲート電極6の間の静電容量のためドレ
イン領域3に印加されるドレイン電圧VDにより
制御される。今、浮遊ゲート電極6の中に電子が
注入されていない場合、ドレイン電圧VD=5Vを
印加すると、浮遊ゲート電極6の電位VFもほぼ
5V程度になる。従つて浮遊ゲート電極6の下の
第2のチヤネル領域12の表面電位SFはドレイ
ン領域3の電位に近づく。一方選択ゲート電極7
にはそのしきい値電圧にほぼ等しい電圧が与えら
れるため、選択ゲート電極7の下の第1のチヤネ
ル領域11の表面電位SSはソース領域2の電位
にほぼ等しくなる。従つて第1のチヤネル領域1
1から第2のチヤネル領域12にかけて、表面電
位Sは表面電位SSから表面電位SFまで急峻に変
化する。電子はこの境界で電界加速されて浮遊ゲ
ート6の下でホツトエレクトロンになり、浮遊ゲ
ート6に飛び込む。詳細には基板シリコンと二酸
化シリコンの電位障壁3.2eV以上のエネルギーを
得たホツトエレクトロンのみが薄いゲート酸化膜
5を通り抜け浮遊ゲート6に入り込むことができ
る。 An extremely short third channel region is formed between the first channel region and the second channel region. The potential V F of the floating gate electrode 6 is the capacitance between the drain region 3 and the floating gate electrode 6. Therefore, it is controlled by the drain voltage V D applied to the drain region 3. Now, when no electrons are injected into the floating gate electrode 6, when drain voltage V D =5V is applied, the potential V F of the floating gate electrode 6 is also approximately
It will be around 5V. Therefore, the surface potential SF of the second channel region 12 under the floating gate electrode 6 approaches the potential of the drain region 3. On the other hand, selection gate electrode 7
Since a voltage approximately equal to the threshold voltage is applied to , the surface potential SS of the first channel region 11 under the selection gate electrode 7 becomes approximately equal to the potential of the source region 2 . Therefore the first channel region 1
From the first channel region 1 to the second channel region 12, the surface potential S changes sharply from the surface potential SS to the surface potential SF . Electrons are accelerated by the electric field at this boundary, become hot electrons under the floating gate 6, and jump into the floating gate 6. In detail, only hot electrons that have obtained energy equal to or higher than the potential barrier of 3.2 eV between the substrate silicon and silicon dioxide can pass through the thin gate oxide film 5 and enter the floating gate 6.
第2図に第1図に示した構成のメモリ素子にお
ける表面電位Sの分布の例を示す。領域,,
,,はそれぞれ第1図のソース領域2、第
1のチヤネル領域11、第3のチヤネル領域1
3、第2のチヤネル領域12、ドレイン領域3に
対応している。実線はP型基板1の不純物濃度が
高い場合の表面電位Sの分布である。領域側で
の表面電位の変化は急峻であるが、領域側では
基板1の不純物濃度が高いため浮遊ゲート電極6
の電位がその下の表面を十分に反転できず表面電
位の変化はゆるやかとなる。破線はP型基板1の
不純物濃度の低い場合の表面電位Sの分布を示し
ている。領域側での表面電位Sの電位降下はみ
られないが、領域側での表面電位Sの変化がゆ
るやかになる。表面電位Sの変化がゆるやかであ
ると、加速電界が弱くなり高いエネルギーを有す
るホツトエレクトロンの発生確率が小さく書込み
電圧を低くできなかつた。 FIG. 2 shows an example of the distribution of the surface potential S in the memory element having the configuration shown in FIG. 1. region,,
, , are the source region 2, first channel region 11, and third channel region 1 in FIG. 1, respectively.
3, the second channel region 12 corresponds to the drain region 3. The solid line shows the distribution of the surface potential S when the impurity concentration of the P-type substrate 1 is high. The change in surface potential on the region side is steep, but since the impurity concentration of the substrate 1 is high on the region side, the floating gate electrode 6
The potential of the surface cannot sufficiently invert the surface below it, and the change in surface potential becomes gradual. The broken line shows the distribution of the surface potential S when the impurity concentration of the P-type substrate 1 is low. Although there is no potential drop in the surface potential S on the region side, the change in the surface potential S on the region side becomes gradual. When the surface potential S changes slowly, the accelerating electric field becomes weaker and the probability of generating hot electrons with high energy is small, making it impossible to lower the write voltage.
本発明は、上記のような欠点を克服するために
なされたものであり、低い書込み電圧メモリを提
供するものである。 The present invention has been made to overcome the above-mentioned drawbacks and provides a low write voltage memory.
本発明の不揮発性メモリについて第3図〜第5
図を用いて詳細に説明する。 Figures 3 to 5 regarding the nonvolatile memory of the present invention
This will be explained in detail using figures.
第3図は、本発明の不揮発性半導体メモリの一
実施例を示す断面図である。第3図に示すように
浮遊ゲートの下にn型の不純物領域14が設けら
れた構造となつている。基板1の不純物濃度は高
いものを用いる。 FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the nonvolatile semiconductor memory of the present invention. As shown in FIG. 3, the structure is such that an n-type impurity region 14 is provided under the floating gate. The substrate 1 used has a high impurity concentration.
第4図に第3図のメモリの選択ゲート電極7に
そのしきい値電圧近傍の電圧を印加し、ドレイン
領域3に書込みに必要な電圧を与えた時の表面電
位Sの分布を示す。領域,,,,はそ
れぞれ第3図のソース領域2、第1のチヤネル領
域11、第3のチヤネル領域13、第2のチヤネ
ル領域12、ドレイン領域3に対応している。P
型基板1の不純物濃度を高くすると前述の如く、
領域での表面電位が上がり急峻な表面電位Sの
変化が得られなかつたが、n型不純物領域14を
設けたことにより、領域の表面電位SFを充分
ドレイン領域3の電位近くまで引下げることが可
能となる。従つて領域から領域にかけての表
面電位Sの変化は極めて急峻となりドレイン・ソ
ース間電圧VDSに近ずく。これにより加速電界は
強くなり、かつその加速領域も短くなるので散乱
によるエネルギー損失が少なくなりホツトエレク
トロンの発生確率が高くなるので、低いドレイン
電圧(例えば4V)での書込みが可能となる。又
チヤネル電子の浮遊ゲートへの注入効率が高くな
るため、低電流消費、高速で書き込みを行なうこ
とも可能となる。 FIG. 4 shows the distribution of surface potential S when a voltage near the threshold voltage is applied to the selection gate electrode 7 of the memory shown in FIG. 3, and a voltage necessary for writing is applied to the drain region 3. The regions , , , correspond to the source region 2, first channel region 11, third channel region 13, second channel region 12, and drain region 3 in FIG. 3, respectively. P
As mentioned above, when the impurity concentration of the mold substrate 1 is increased,
Although the surface potential of the region increased and a steep change in surface potential S could not be obtained, by providing the n-type impurity region 14, the surface potential SF of the region could be sufficiently lowered to near the potential of the drain region 3. It becomes possible. Therefore, the change in surface potential S from region to region becomes extremely steep and approaches the drain-source voltage V DS . This strengthens the accelerating electric field and shortens the accelerating region, reducing energy loss due to scattering and increasing the probability of hot electron generation, allowing writing at a low drain voltage (for example, 4 V). Furthermore, since the injection efficiency of channel electrons into the floating gate is increased, it becomes possible to perform writing at high speed with low current consumption.
次にメモリの読出しは、選択ゲート電極7にそ
の下のチヤネル領域を充分強く反転するような電
圧を印加し、さらにドレイン領域3に読み出し電
圧であるVRを印加すると、浮遊ゲート電極6の
中の電子の量に応じたチヤネル電流がソースドレ
イン領域間に流れることから可能となる。電子が
浮遊ゲート電極6の中に多数注入された書込み状
態では低コンダクタンスであり、逆に電子の注入
のない状態では高コンダクタンスである。 Next, to read the memory, when a voltage is applied to the selection gate electrode 7 to invert the channel region under it strongly enough, and a read voltage V R is applied to the drain region 3, the inside of the floating gate electrode 6 is This is possible because a channel current corresponding to the amount of electrons flows between the source and drain regions. In a write state in which a large number of electrons are injected into the floating gate electrode 6, the conductance is low, and conversely, in a state in which no electrons are injected, the conductance is high.
第5図に本発明の不揮発性半導体メモリーの他
の実施例の断面図を示す。第3図においては、高
濃度のP型基板を用いていたのに対し、第5図で
は低濃度のP型基板1に、浮遊ゲート6の下のn
型領域14と選択ゲート7の下の高濃度P型領域
15を設けたものである。n型領域14は浮遊ゲ
ート6と選択ゲート7の境界からドレイン側にか
けてわずかに存在するだけでも、書込み電圧を低
下せしめることが可能である。この場合のメモリ
の読出しは、浮遊ゲート電極6中の電子の量によ
り、浮遊ゲート6の下のチヤネル領域のしきい値
電圧が変化することを利用する。 FIG. 5 shows a sectional view of another embodiment of the nonvolatile semiconductor memory of the present invention. In FIG. 3, a highly doped P-type substrate is used, whereas in FIG.
A type region 14 and a heavily doped P-type region 15 under the selection gate 7 are provided. Even if n-type region 14 exists only slightly from the boundary between floating gate 6 and selection gate 7 to the drain side, it is possible to lower the write voltage. Memory reading in this case utilizes the fact that the threshold voltage of the channel region under the floating gate 6 changes depending on the amount of electrons in the floating gate electrode 6.
以上説明したように、本発明によれば、書込み
電圧の低い不揮発性半導体メモリをつくることが
できる。 As described above, according to the present invention, a nonvolatile semiconductor memory with a low write voltage can be manufactured.
本発明の説明には、P型シリコン基板を用いた
N型のメモリを用いたが、N型シリコン基板を用
いたP型のメモリも全く同様に形成されることは
いうまでもない。 Although the present invention has been described using an N-type memory using a P-type silicon substrate, it goes without saying that a P-type memory using an N-type silicon substrate can be formed in exactly the same manner.
第1図は、従来の不揮発性半導体メモリを示す
断面図、第2図は第1図の不揮発性半導体メモリ
の書込み時における半導体表面の電位分布図、第
3図は本発明の不揮発性半導体メモリの一実施例
の断面図、第4図は第3図の不揮発性半導体メモ
リの書込み時における半導体表面の電位分布図、
第5図は本発明の他の実施例を示す断面図であ
る。
1…P型シリコン基板、2…n+ソース領域、
3…n+ドレイン領域、4,5…ゲート絶縁膜、
6…浮遊ゲート電極、7…選択ゲート電極、8…
ソース電極、9…ドレイン電極、10…絶縁膜、
11…第1のチヤネル領域、12…第2のチヤネ
ル領域、13…第3のチヤネル領域、14…n型
不純物領域、15…P型不純物領域。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional nonvolatile semiconductor memory, FIG. 2 is a potential distribution diagram of the semiconductor surface during writing in the nonvolatile semiconductor memory of FIG. 1, and FIG. 3 is a nonvolatile semiconductor memory of the present invention. A sectional view of one embodiment, FIG. 4 is a potential distribution diagram of the semiconductor surface during writing of the nonvolatile semiconductor memory of FIG. 3,
FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. 1...P-type silicon substrate, 2...n + source region,
3...n + drain region, 4, 5... gate insulating film,
6... Floating gate electrode, 7... Selection gate electrode, 8...
Source electrode, 9... Drain electrode, 10... Insulating film,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... First channel region, 12... Second channel region, 13... Third channel region, 14... N type impurity region, 15... P type impurity region.
Claims (1)
隔を置いて設けられた第1導電型と異なる第2導
電型のソース・ドレイン領域と、前記ソース・ド
レイン領域間に作られる前記ソース領域と接する
第1のチヤネル領域と前記ソース・ドレイン間に
作られ前記ドレイン領域と接する第2のチヤネル
領域と、前記第1のチヤネル領域と前記第2のチ
ヤネル領域との間に作られる第3のチヤネル領域
と、前記第1のチヤネル領域上に設けられた第1
のゲート絶縁膜と、前記第2のチヤネル領域と前
記ドレイン領域の上に設けられた第2のゲート絶
縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた
選択ゲート電極と、前記第2のゲート絶縁膜上に
設けられた浮遊ゲート電極と、前記第3のチヤネ
ル領域上に設けられた前記選択ゲート電極と浮遊
ゲート電極との間の分離絶縁膜と、前記第2のチ
ヤネル領域内から前記第3のチヤネル領域内にか
けて設けられた第2導電型の不純物領域とから成
る不揮発性半導体メモリ。 2 前記第2の導電型の不純物領域が前記ドレイ
ン領域まで達している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メモリ。 3 前記第1のチヤネル領域に前記第1の導電型
の不純物のイオンが注入されていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項または第2項記載の不
揮発性半導体メモリ。 4 前記第1のゲート電極に前記第1のチヤネル
のしきい値電圧近傍の電圧を印加すると共に所定
の電圧を前記ドレイン領域に与えて前記浮遊ゲー
トに電荷の注入を行なうことを特徴とする特許請
求範囲第1項から第3項いずれか記載の不揮発性
半導体メモリ。 5 前記第1のゲート電極に前記第1のチヤネル
のしきい値電圧より十分高い電圧を印加して、前
記ソース・ドレイン間の導電状態を検出するこに
より前記浮遊ゲート電極の電荷情報を読み出すこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項から第4項
いずれか記載の不揮発性半導体メモリ。[Scope of Claims] 1. Source/drain regions of a second conductivity type different from the first conductivity type provided at intervals on the surface portion of the semiconductor region of the first conductivity type, and a source/drain region formed between the source/drain regions. a first channel region in contact with the source region, a second channel region formed between the source and drain and in contact with the drain region, and a second channel region formed between the first channel region and the second channel region. a third channel region provided on the first channel region; and a first channel region provided on the first channel region.
a second gate insulating film provided on the second channel region and the drain region, a selection gate electrode provided on the first gate insulating film, and a second gate insulating film provided on the second channel region and the drain region; a floating gate electrode provided on the gate insulating film; a separation insulating film between the selection gate electrode and the floating gate electrode provided on the third channel region; and a second conductivity type impurity region provided within the third channel region. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the second conductivity type impurity region reaches the drain region. 3. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1 or 2, wherein impurity ions of the first conductivity type are implanted into the first channel region. 4. A patent characterized in that charge is injected into the floating gate by applying a voltage near the threshold voltage of the first channel to the first gate electrode and applying a predetermined voltage to the drain region. A nonvolatile semiconductor memory according to any one of claims 1 to 3. 5. Reading charge information of the floating gate electrode by applying a voltage sufficiently higher than the threshold voltage of the first channel to the first gate electrode and detecting a conductive state between the source and drain. A nonvolatile semiconductor memory according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038128A JPS60182777A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | non-volatile semiconductor memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038128A JPS60182777A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | non-volatile semiconductor memory |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60182777A JPS60182777A (en) | 1985-09-18 |
| JPH026233B2 true JPH026233B2 (en) | 1990-02-08 |
Family
ID=12516812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59038128A Granted JPS60182777A (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | non-volatile semiconductor memory |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60182777A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4794565A (en) * | 1986-09-15 | 1988-12-27 | The Regents Of The University Of California | Electrically programmable memory device employing source side injection |
| US5262987A (en) * | 1988-11-17 | 1993-11-16 | Seiko Instruments Inc. | Floating gate semiconductor nonvolatile memory having impurity doped regions for low voltage operation |
| JP2008118040A (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Sharp Corp | Nonvolatile semiconductor memory device, manufacturing method thereof, and information writing method using the same |
-
1984
- 1984-02-29 JP JP59038128A patent/JPS60182777A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60182777A (en) | 1985-09-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |