JPH0334671B2 - - Google Patents
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- JPH0334671B2 JPH0334671B2 JP57084536A JP8453682A JPH0334671B2 JP H0334671 B2 JPH0334671 B2 JP H0334671B2 JP 57084536 A JP57084536 A JP 57084536A JP 8453682 A JP8453682 A JP 8453682A JP H0334671 B2 JPH0334671 B2 JP H0334671B2
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- JP
- Japan
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- transistor
- mnos
- silicon oxide
- oxide film
- sidewalk
- 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.)
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/69—IGFETs having charge trapping gate insulators, e.g. MNOS transistors
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は不揮発性トランジスタに関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to nonvolatile transistors.
不揮発性メモリとして、代表的なMNOS型不
揮発性メモリトランジスタは、そのゲート酸化膜
である窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の界面に
存在するトラツプに、電子あるいは正孔を捕獲、
放出することにより謂ゆるMOSトランジスタと
してのしきい電圧を変化することが可能であり、
この特性がデータの記憶保持機能として利用され
るものである。例えば、第1図にNチヤネル
MOS型不揮発性メモリトランジスタの典型的な
ゲート電圧に対するドレイン電流特性を示す。I
は、ゲート酸化膜中に電子が捕獲された場合であ
り、書き込み状態を示し、は酸化膜中の電子が
放出された場合であり、消去状態を示している。
は本来理想的な書き込みにより、VTWなるしき
い電圧を示すべきものであるが第1図のごとく、
VTWより低いゲート電圧VTSにおいても電流が流
れる現象が見られる。これは、書き込みのサイド
ウオーク効果として知られている現象である。従
来、このサイドウオーク現象の大小を製造プロセ
ス上精度よくコントロールすることは原理的にも
困難であつた。 As a nonvolatile memory, the typical MNOS type nonvolatile memory transistor captures electrons or holes in traps that exist at the interface between its gate oxide film, silicon nitride film and silicon oxide film.
It is possible to change the threshold voltage as a so-called MOS transistor by releasing it.
This characteristic is utilized as a data storage retention function. For example, in Figure 1, N channel
This figure shows typical drain current characteristics with respect to gate voltage of a MOS type nonvolatile memory transistor. I
indicates a case where electrons are captured in the gate oxide film, indicating a written state, and indicates a case where electrons in the oxide film are released, indicating an erased state.
should originally indicate a threshold voltage of V TW by ideal writing, but as shown in Figure 1,
A phenomenon in which current flows can be observed even at a gate voltage V TS lower than V TW . This is a phenomenon known as the write sidewalk effect. Conventionally, it has been theoretically difficult to accurately control the magnitude of this sidewalk phenomenon in the manufacturing process.
本発明は以上のようなサイドウオーク現象を利
用することにより、第1図中示すような消去時の
しきい電圧VTE、書き込み時のしきい電圧VTWの
ほかに、さらにVTSで示される第3のしきい値を
もつ不揮発性メモリが実現可能で、これら3種の
しきい電圧をもつ不揮発メモリ装置を活用するこ
とにより、従来なかつた新回路システムの実現を
も容易ならしめるものである。すなわち、本発明
はMNOS型トランジスタのチヤネル形状におい
て、同チヤネルを電流の流れる方向に対し並列、
複数個に分割することで、前記サイドウオーク効
果を積極的に増大せしめ、書き込み時のトランジ
スタ特性に個有の機能を付与したメモリ装置の実
現を目的としたものである。以下にこの発明につ
いて、NチヤネルMNOS型メモリトランジスタ
を例として詳述し、さらにその応用例について説
明する。 By utilizing the above-mentioned sidewalk phenomenon, the present invention has a threshold voltage V TE during erasing and a threshold voltage V TW during writing as shown in FIG. 1, as well as V TS . Non-volatile memory with a third threshold voltage can be realized, and by utilizing non-volatile memory devices with these three threshold voltages, it will be easier to realize new circuit systems that have never existed before. . In other words, in the channel shape of the MNOS transistor, the present invention is arranged such that the channel is parallel to the direction of current flow.
By dividing the memory into a plurality of parts, the sidewalk effect is actively increased, and the purpose is to realize a memory device in which a unique function is imparted to the transistor characteristics during writing. The present invention will be described in detail below using an N-channel MNOS type memory transistor as an example, and its application examples will also be explained.
第2図に第1図中,で示した特性を有する
一般的なMNOS型トランジスタの要部平面図を
示す。第2図中のA−A軸による断面図を第3図
に示す。第2図、第3図において、1はP型シリ
コン基板、2,3はN型拡散層でなるソース、ド
レイン領域、4はゲート電極、5はチヤネル部、
6は窒化シリコン膜、7,8は酸化シリコン膜
で、厚いフイールド部および極薄のゲート部を示
す。MNOS型メモリトランジスタのしきい電圧
に影響を与えるゲート絶縁膜中のトラツプ9は、
第3図に示すように極薄の酸化シリコン膜8と窒
化シリコン膜6との界面近傍に存在し、そのトラ
ツプ9への電子あるいは正孔の注入、放出は、第
3図Bの領域に示す極薄の酸化シリコン膜9を介
して、トンネリング現象にて行なわれる。一方、
第3図中C1、C2の領域は、酸化シリコン膜が順
次厚くなつているため、トラツプへの注入、放出
は起こりにくい。しかしこれらC1、C2の領域の
トラツプに捕獲された電子あるいは正孔は、B部
分とは独立にトランジスタのしきい電圧に影響を
与える。これが、前記したサイドウオーク現象を
生じせしめるものである。つまり、第3図示の
MNOS型トランジスタにおいて、その書き込み
状態にあつては、B領域の大部分のトラツプが電
子で満されているため、そのトランジスタの本来
のしきい値は、第1図中のVTWで示される。しか
し、C1、C2部分のトラツプは酸化シリコン膜厚
が厚いため正孔の注入は十分行なわれず、その部
分のしきい電圧はVTWより小さい値であるVTSで
示される。従つて第2図および第3図で示したよ
うなMNOS型メモリトランジスタは、第1図中
の′の様なサイドウオーク現象を示す。これは
C1、C2部分で表わされる寄生MNOSメモリトラ
ンジスタのコンダクタンスに依存する。すなわ
ち、かかるサイドウオーク現象を顕著ならしめる
には、チヤネルを電流通路方向に対し並列に複数
分割することにより、一般のMNOS型トランジ
スタの場合に比して、C1、C2で表わされるチヤ
ネル周辺境界部を多くするという手段で、等価的
に上記寄生MNOS型トランジスタのチヤネル幅
を広くすることにより容易に実現できる。第4図
の要部面図および第5図のB−B断面図を示す。
尚、第4図、第5図で第2図、第3図と同一番号
は同一部分を示す。第4図、第5図のとおり、
MNOS型トランジスタのチヤネル領域をW2、
W3、W4で、それぞれ並列に分割配置し、チヤネ
ル周辺境界部を単一チヤネルの場合より多くする
ことで上記サイドウオーク現象を増大せしめるこ
とが可能となる。第2図、第4図において、例え
ば、
L1=L2
W1=W2+W3+W4
の関係がある場合、第4図に示すMNOS型メモ
リトランジスタの書き込み特性は、第1図の,
′で示すようになり、サイドウオーク部分の
′は′の3倍の電流値を示すことになる。この
ように同一半導体基板内に上記の様なチヤネル分
割の数が異なるMNOS型メモリトランジスタを
構成し相互の特性を比較検出する手段を用いるこ
とや、分割数を多くとり、充分サイドウオーク効
果に差の出るよう余裕度を大きくすれば、製造ロ
ツト間によるサイドウオークの絶対値のばらつき
を心配する必要なしに、積極的にサイドウオーク
効果を活用することができる。 FIG. 2 shows a plan view of the main parts of a general MNOS transistor having the characteristics shown in FIG. 1. FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the A-A axis in FIG. 2. In FIGS. 2 and 3, 1 is a P-type silicon substrate, 2 and 3 are source and drain regions made of N-type diffusion layers, 4 is a gate electrode, 5 is a channel portion,
6 is a silicon nitride film, and 7 and 8 are silicon oxide films, showing a thick field portion and an extremely thin gate portion. Trap 9 in the gate insulating film, which affects the threshold voltage of the MNOS memory transistor, is
As shown in FIG. 3, it exists near the interface between the extremely thin silicon oxide film 8 and the silicon nitride film 6, and the injection and release of electrons or holes into the trap 9 is shown in the region B of FIG. This is done by a tunneling phenomenon through the extremely thin silicon oxide film 9. on the other hand,
In the regions C 1 and C 2 in FIG. 3, the silicon oxide film is successively thicker, so injection into and release from the trap is difficult to occur. However, the electrons or holes trapped in the C 1 and C 2 regions affect the threshold voltage of the transistor independently of the B region. This is what causes the sidewalk phenomenon described above. In other words, as shown in the third diagram
In the MNOS type transistor, in its write state, most of the traps in region B are filled with electrons, so the original threshold value of the transistor is indicated by V TW in FIG. However, since the traps in the C 1 and C 2 portions have a thick silicon oxide film, holes are not sufficiently injected, and the threshold voltage in those portions is indicated by V TS , which is a smaller value than V TW . Therefore, the MNOS type memory transistor shown in FIGS. 2 and 3 exhibits a sidewalk phenomenon as shown in FIG. 1. this is
It depends on the conductance of the parasitic MNOS memory transistor represented by C 1 and C 2 parts. In other words, in order to make this sidewalk phenomenon more noticeable, by dividing the channel into multiple parallels in the current path direction, the periphery of the channel represented by C 1 and C 2 is This can be easily achieved by increasing the number of boundary portions, which equivalently widens the channel width of the parasitic MNOS transistor. The main part sectional view of FIG. 4 and the BB sectional view of FIG. 5 are shown.
Note that the same numbers in FIGS. 4 and 5 as in FIGS. 2 and 3 indicate the same parts. As shown in Figures 4 and 5,
The channel area of the MNOS transistor is W 2 ,
By dividing and arranging W 3 and W 4 in parallel and increasing the number of channel peripheral boundaries than in the case of a single channel, it is possible to increase the above-mentioned sidewalk phenomenon. In FIGS. 2 and 4, for example, if there is a relationship of L1=L2 W1=W 2 +W 3 +W 4 , the write characteristics of the MNOS type memory transistor shown in FIG. 4 are as shown in FIG.
′, and ′ in the side walk portion shows a current value three times that of ′. In this way, it is possible to configure MNOS memory transistors with different numbers of channel divisions on the same semiconductor substrate and use means to compare and detect their mutual characteristics, or to increase the number of divisions to sufficiently reduce the sidewalk effect. By increasing the margin so that the sidewalk effect is increased, it is possible to actively utilize the sidewalk effect without having to worry about variations in the absolute value of the sidewalk between production lots.
次に、本発明の実施例装置を回路要素として用
いた応用例として、書き込み状態における
MNOS型トランジスタのしきい電圧変動を観測
し、設定した値まで減衰した時を検出すると同時
に再書き込み等の警報信号を発生するためのリフ
レツシユ検出回路を例にとつて説明する。第6図
に該回路の概路図を示し、第7図にMNOS型メ
モリトランジスタ10,11の特性を示す。トラ
ンジスタ10は、本発明実施例のMNOS型メモ
リトランジスタであつて、サイドウオーク効果を
本発明の手段により大きくしたもので、書き込み
初期特性は18で示される。同様に、トランジス
タ11は、通常のMNOS型メモリトランジスタ
で、書き込み初期の特性は19で示される。1
2,13は、定電流源で、双方とも等しい定電流
源値を示し、その価値をIDIとする。14は動作
点16,17の信号を入力とする差動型検出器で
あり17と16の各動作点の電位がほぼ等しくな
つた時、出力端子15に信号を出力する機能を有
するものである。書き込み直後第7図の18,1
9の各特性より理解できるように、17と16の
両動作点には電位差があり、トランジスタ11の
ドレイン側動作点16よりトランジスタ10のド
レイン側動作点17が低電位である。この時、同
回路の出力動作点15には何も信号は発生してい
ない。時間と共にトランジスタのしきい電圧は低
い方向に減衰し、初期特性18をもつトランジス
タ10が、所定時間経過後、特性20へ、また、
初期特性19をもつトランジスタ11が同様に、
特性21へと、それぞれ変化すると、特性20の
トランジスタ10の大きなサイドウオーク成分が
ほとんど消失し、両トランジスタの電流値がIDI
に一致する様になる。この時、17,16の各動
作点にはほぼ同一電圧が発生し、出力端子15に
はリフレツシユのための警報信号が発生される。
なお、図中の符号22は電源端子を示す。この回
路例は自動的に不揮発性メモリのリフレツシユ期
間を検出する一手段であり、消去状態と書き込み
状態の間に存在するサイドウオーク現象を効果的
に使用することで、簡単な回路にて実現できる。 Next, as an application example using the embodiment device of the present invention as a circuit element,
An example of a refresh detection circuit will be explained, which monitors the threshold voltage fluctuation of an MNOS transistor, detects when it has attenuated to a set value, and simultaneously generates an alarm signal for rewriting, etc. FIG. 6 shows a schematic diagram of the circuit, and FIG. 7 shows the characteristics of the MNOS type memory transistors 10 and 11. The transistor 10 is an MNOS type memory transistor according to an embodiment of the present invention, and the sidewalk effect is increased by the means of the present invention, and the initial write characteristic is indicated by 18. Similarly, the transistor 11 is a normal MNOS type memory transistor, and the characteristics at the initial stage of writing are indicated by 19. 1
Reference numerals 2 and 13 are constant current sources, both of which have the same constant current source value, and their value is IDI . Reference numeral 14 denotes a differential type detector which receives signals at operating points 16 and 17, and has a function of outputting a signal to an output terminal 15 when the potentials at operating points 17 and 16 become approximately equal. . Immediately after writing, 18, 1 in Figure 7
As can be understood from the characteristics of transistor 9, there is a potential difference between the operating points 17 and 16, and the drain-side operating point 17 of the transistor 10 has a lower potential than the drain-side operating point 16 of the transistor 11. At this time, no signal is generated at the output operating point 15 of the circuit. The threshold voltage of the transistor attenuates in the lower direction with time, and the transistor 10 having the initial characteristic 18 changes to the characteristic 20 after a predetermined time, and
Similarly, the transistor 11 with the initial characteristic 19 becomes
When each changes to characteristic 21, the large sidewalk component of transistor 10 of characteristic 20 almost disappears, and the current value of both transistors becomes I DI
will match. At this time, substantially the same voltage is generated at each operating point 17 and 16, and an alarm signal for refreshing is generated at the output terminal 15.
Note that the reference numeral 22 in the figure indicates a power supply terminal. This circuit example is a means of automatically detecting the refresh period of nonvolatile memory, and can be realized with a simple circuit by effectively using the sidewalk phenomenon that exists between the erase state and write state. .
以上の説明のように、本発明は、MNOS型ト
ランジスタの書き込み特性におけるサイドウオー
ク効果を積極的に増大するための手段を提供する
ものであり、これにより、従来問題となつていた
製造プロセス上のばらつき要因に制約されること
なく、回路、デバイス設計面での自由度お大きく
向上せしめることが可能である。 As explained above, the present invention provides a means for actively increasing the sidewalk effect in the write characteristics of MNOS transistors, and thereby solves the problem in the manufacturing process, which has conventionally been a problem. It is possible to greatly improve the degree of freedom in circuit and device design without being restricted by variation factors.
尚、以上の説明ではNチヤネル型MNOSトラ
ンジスタについて説明したが、Dチヤネル型
MNOSトランジスタについても全く同様であり、
また、トラツプ機能として、窒化シリコン膜のほ
かに、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜と酸
化シリコン膜との二重膜よりなる不揮発性メモリ
についても適用できることは当然である。 In addition, in the above explanation, an N-channel type MNOS transistor was explained, but a D-channel type MNOS transistor is explained.
The same is true for MNOS transistors.
In addition to the silicon nitride film, the trap function can also be applied to nonvolatile memories made of aluminum oxide films, double films of tantalum oxide films and silicon oxide films.
第1図はMNOS型トランジスタの特性図、第
2図は従来のMNOS型トランジスタの要部平面
図、第3図は第2図のMNOS型トランジスタの
A−A断面図、第4図および第5図は本発明によ
るMNOS型トランジスタの平面図およびB−B
断面図、第6図は本発明を応用したメモリリフレ
ツシユ検出回路図、第7図は第6図中に使用され
たMNOS型トランジスタの特性図を示す。
1……基板、2……N型ソース拡散層、3……
N型ドレイン拡散層、4……ゲート電極、5……
MNOS型チヤネル領域、6……窒化シリコン膜、
7,8……酸化シリコン膜、9……電荷トラツ
プ、10,11……MNOS型メモリトランジス
タ。
Fig. 1 is a characteristic diagram of an MNOS transistor, Fig. 2 is a plan view of main parts of a conventional MNOS transistor, Fig. 3 is a sectional view taken along line A-A of the MNOS transistor in Fig. 2, and Figs. The figure is a plan view of the MNOS transistor according to the present invention and B-B.
A sectional view, FIG. 6 shows a memory refresh detection circuit to which the present invention is applied, and FIG. 7 shows a characteristic diagram of the MNOS type transistor used in FIG. 1...Substrate, 2...N-type source diffusion layer, 3...
N-type drain diffusion layer, 4... gate electrode, 5...
MNOS type channel region, 6...silicon nitride film,
7, 8...Silicon oxide film, 9...Charge trap, 10, 11...MNOS type memory transistor.
Claims (1)
酸化シリコン膜および所定誘電体被膜でなる電荷
蓄積機能を有する絶縁膜と、この絶縁膜を介して
前記半導体基板内に形成される導電チヤネル部の
電流を制御し得る電極とを有し、前記極薄酸化シ
リコン膜が前記チヤネル部の長手方向に沿つて厚
い酸化シリコン膜で複数条に分割されたことを特
徴とする不揮発性トランジスタ。1. An insulating film having a charge storage function consisting of an extremely thin silicon oxide film and a predetermined dielectric film between a source and a drain on a semiconductor substrate, and a conductive channel portion formed in the semiconductor substrate via this insulating film. What is claimed is: 1. A nonvolatile transistor comprising an electrode capable of controlling a current, and wherein the ultra-thin silicon oxide film is divided into a plurality of strips by a thick silicon oxide film along the longitudinal direction of the channel portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57084536A JPS58200581A (en) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | Nonvolatile transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57084536A JPS58200581A (en) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | Nonvolatile transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58200581A JPS58200581A (en) | 1983-11-22 |
| JPH0334671B2 true JPH0334671B2 (en) | 1991-05-23 |
Family
ID=13833358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57084536A Granted JPS58200581A (en) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | Nonvolatile transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58200581A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011071240A (en) | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Toshiba Corp | Semiconductor storage device and method for manufacturing the same |
-
1982
- 1982-05-18 JP JP57084536A patent/JPS58200581A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58200581A (en) | 1983-11-22 |
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