JPH0480544B2 - - Google Patents
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- JPH0480544B2 JPH0480544B2 JP57003584A JP358482A JPH0480544B2 JP H0480544 B2 JPH0480544 B2 JP H0480544B2 JP 57003584 A JP57003584 A JP 57003584A JP 358482 A JP358482 A JP 358482A JP H0480544 B2 JPH0480544 B2 JP H0480544B2
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- impurity diffusion
- diffusion layer
- floating gate
- gate conductor
- drain
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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
- H10D30/683—Floating-gate IGFETs having only two programming levels programmed by tunnelling of carriers, e.g. Fowler-Nordheim tunnelling
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は電気的書込みおよび電気的消去が可
能な半導体不揮発性記憶装置(以下「不揮発性メ
モリ」と呼ぶ)の書き込み及び消去方法に関する
ものである。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a writing and erasing method for a semiconductor nonvolatile memory device (hereinafter referred to as "nonvolatile memory") that can be electrically written and erased. be.
[従来の技術]
近年、非常に注目を浴びている、電気的書込み
および電気的消去が可能な不揮発性メモリとし
て、EEPROM(Electrically Erasable Read
Only Memory)がある。[Prior Art] EEPROM (Electrically Erasable Read
Only Memory).
この発明の理解を容易にするために、
EEPROMの概要を述べる。 To facilitate understanding of this invention,
I will give an overview of EEPROM.
通常、酸化シリコン(SiO2)膜に20〜30V程度
の電圧が印加されても極めて微少なリーク電流し
か流れない。しかし、SiO2膜がこのような良好
な絶縁特性を示すのは、SiO2膜の膜厚が500Å程
度以上である場合に限られ、このSiO2膜の膜厚
を例えば100〜200Å程度に薄くしてこのSiO2膜
に20V程度の電圧を印加すると約107V/cm以上
の電界が生じ、この電界によつて電子が負極側か
ら正極側へこのSiO2膜のエネルギ障壁を飛び越
えるのではなくこのSiO2膜の禁止帯を通り抜け
て移動してこのSiO2膜に電流が流れる。これは、
すでに周知であるFowler−Nordheimトンネル
現象(以下「トンネル現象」と呼ぶ)であり、こ
のトンネル現象は、電子がSiO2膜に生ずる電界
の方向に従つていずれの方向にも移動し得る両方
向性である。このトンネル現象をメモリトランジ
スタに利用したものがEEPROMである。 Normally, even when a voltage of about 20 to 30 V is applied to a silicon oxide (SiO 2 ) film, only an extremely small leakage current flows. However , the SiO 2 film exhibits such good insulating properties only when the thickness of the SiO 2 film is approximately 500 Å or more. When a voltage of about 20 V is applied to this SiO 2 film, an electric field of about 10 7 V/cm or more is generated, and this electric field causes electrons to jump from the negative electrode side to the positive electrode side over the energy barrier of this SiO 2 film. The current flows through the SiO 2 film without passing through the forbidden band of the SiO 2 film. this is,
This is the already well-known Fowler-Nordheim tunneling phenomenon (hereinafter referred to as "tunneling phenomenon"), and this tunneling phenomenon is bidirectional in that electrons can move in either direction according to the direction of the electric field generated in the SiO 2 film. be. EEPROM is a memory transistor that utilizes this tunneling phenomenon.
以下、電界効果トランジスタ(FET)構造の
フローテイングゲート形メモリセルを用いたnチ
ヤネル形EEPROMを例にとり説明する。 An example of an n-channel EEPROM using a floating gate memory cell having a field effect transistor (FET) structure will be described below.
第1図は従来のnチヤネル形EEPROMのメモ
リセル部を示す側断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view showing a memory cell portion of a conventional n-channel type EEPROM.
図において、1はp形シリコン(Si)基板、2
および3はそれぞれp形Si基板1の一方の主面部
に互いに所定間隔をおいて形成されたn形ドレイ
ン不純物拡散層(以下「ドレイン」と呼ぶ)およ
びn形ソース不純物拡散層(以下「ソース」と呼
ぶ)、4はドレイン2、ソース3およびp形Si基
板1の各表面上にわたつて形成されたSiO2膜で
ある。5はSiO2膜4内に、ドレイン2の上方か
らドレイン2およびソース3間のp形Si基板1の
上方を通つてソース3の上方に達するように埋設
されたフローテイングゲート導電体層(以下「浮
遊ゲート」と呼ぶ)、6は浮遊ゲート5のドレイ
ン2側の端部とドレイン2との間のSiO2膜4か
らなりその膜厚を、トンネル現象が生じ得るよう
に、10〜300Å程度にしたトンネルSiO2膜であ
る。なお、浮遊ゲート5のドレイン2側の端部以
外の直下のSiO2膜4の膜厚は、トンネル現象が
生じないように、500Å以上になつている。7は
SiO2膜4内の浮遊ゲート5の上方の部分に、浮
遊ゲート5との間にトンネル現象が生じないよう
な距離をおいて埋設された制御ゲート導電体層
(以下「制御ゲート」と呼ぶ)である。 In the figure, 1 is a p-type silicon (Si) substrate, 2
and 3 are an n-type drain impurity diffusion layer (hereinafter referred to as "drain") and an n-type source impurity diffusion layer (hereinafter referred to as "source") formed at a predetermined distance from each other on one main surface of the p-type Si substrate 1, respectively. ), 4 is a SiO 2 film formed over each surface of the drain 2, source 3, and p-type Si substrate 1. 5 is a floating gate conductor layer (hereinafter referred to as "floating gate conductor layer") embedded in the SiO 2 film 4 so as to pass from above the drain 2 to above the p-type Si substrate 1 between the drain 2 and the source 3 and reach above the source 3. 6 is a SiO 2 film 4 between the end of the floating gate 5 on the drain 2 side and the drain 2. The film thickness is set to about 10 to 300 Å so that the tunneling phenomenon can occur. This is a tunnel SiO 2 film. The thickness of the SiO 2 film 4 immediately below the floating gate 5 other than the end on the drain 2 side is set to 500 Å or more to prevent tunneling. 7 is
A control gate conductor layer (hereinafter referred to as "control gate") is buried above the floating gate 5 in the SiO 2 film 4 at a distance that prevents a tunneling phenomenon from occurring between the floating gate 5 and the floating gate 5. It is.
次に、この従来例の動作について説明する。 Next, the operation of this conventional example will be explained.
ここで、浮遊ゲート5に電子を充電することを
書込みと言い、浮遊ゲート5から電子を放出する
ことを消去と言う。 Here, charging the floating gate 5 with electrons is called writing, and releasing electrons from the floating gate 5 is called erasing.
まず、書込みの場合には、ドレイン2、ソース
3およびp形Si基板1を接地し、トンネルSiO2
膜6にトンネル現象を生じさせるに必要な大きさ
の電界が発生するように、p形Si基板1に対して
正の電圧を制御ゲート7に印加すると、電子がp
形Si基板1からドレイン2を通りトンネルSiO2
膜6をトンネル現象によつて通り抜けて浮遊ゲー
ト5に注入される。この浮遊ゲート5への注入電
子によつて、浮遊ゲート5が充電されて、書込み
が終了する。この浮遊ゲート5を充電した電子
は、浮遊ゲート5がSiO2膜4によつて取り囲ま
れているので、制御ゲート7に印加されている正
の電圧を取り除いても、浮遊ゲート5に保持され
ている。 First, in the case of writing, the drain 2, source 3 and p-type Si substrate 1 are grounded, and the tunnel SiO 2
When a positive voltage is applied to the control gate 7 with respect to the p-type Si substrate 1 so as to generate an electric field of a magnitude necessary to cause a tunneling phenomenon in the film 6, electrons are
Tunnel SiO 2 from Si substrate 1 through drain 2
It passes through the membrane 6 by tunneling and is injected into the floating gate 5. The floating gate 5 is charged by the electrons injected into the floating gate 5, and writing is completed. Since the floating gate 5 is surrounded by the SiO 2 film 4, the electrons that have charged the floating gate 5 are retained in the floating gate 5 even if the positive voltage applied to the control gate 7 is removed. There is.
次に、消去の場合には、制御ゲート7、ソース
3およびp形Si基板1を接地し、トンネルSiO2
膜6にトンネル現象を生じさせるに必要な大きさ
の電界が発生するように、p形Si基板1に対して
正の電圧をドレイン2に印加すると、トンネル
SiO2膜6に上記書込みの場合とは逆方向の電界
が生じ、浮遊ゲート5に蓄積されている電子が浮
遊ゲート5からトンネルSiO2膜6をトンネル現
象によつて通り抜けドレイン2を経てp形SiO基
板1に放出されて、消去が終了する。 Next, in the case of erasing, the control gate 7, source 3 and p-type Si substrate 1 are grounded, and the tunnel SiO 2
When a positive voltage is applied to the drain 2 with respect to the p-type Si substrate 1 so as to generate an electric field of a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the film 6, tunneling occurs.
An electric field is generated in the SiO 2 film 6 in the opposite direction to that in the writing case, and the electrons accumulated in the floating gate 5 pass through the tunnel SiO 2 film 6 from the floating gate 5 to the p-type via the drain 2. It is released onto the SiO substrate 1, and erasing is completed.
さらに、読み出しの場合には、浮遊ゲート5に
電子が蓄積されているかどうかによつて制御ゲー
ト7のしきい値電圧が変化するので、このしきい
値電圧の変化に基づくドレイン2およびソース3
間のON状態とOFF状態とによつて“1”と
“0”との論理信号を得ることができる。 Furthermore, in the case of reading, since the threshold voltage of the control gate 7 changes depending on whether or not electrons are accumulated in the floating gate 5, the drain 2 and source 3
Logic signals of "1" and "0" can be obtained depending on the ON state and OFF state in between.
一般に、トンネル現象によつてトンネルSiO2
膜を通り抜ける電子の一部がトンネルSiO2膜中
のトラツプに捕獲されてトンネルSiO2膜中に残
留し、このトンネルSiO2膜中の残留電子数は電
子のトンネルSiO2膜を通り抜ける回数に比例し
て増加する。 Generally, tunneling SiO 2 by tunneling phenomenon
Some of the electrons passing through the film are captured by traps in the tunnel SiO 2 film and remain in the tunnel SiO 2 film, and the number of remaining electrons in this tunnel SiO 2 film is proportional to the number of times the electrons pass through the tunnel SiO 2 film. and increase.
[発明が解決しようとする課題]
ところで、この従来例のメモリセルでは、書込
み時と消去時とにおいて同一のトンネルSiO2膜
6を電子が通り抜けるので、トンネルSiO2膜6
中に残留する電子数の、書込みと消去とを繰返え
す書換え回数に比例して増加する割合が大きい。
従つて、少ない書換え回数で、トンネルSiO2膜
6中に、制御ゲート7のしきい値電圧を変化させ
る程の電子数が残留して書換えが不可能になるの
で、メモリセルの寿命が短いという欠点があつ
た。また、書込み時に電子の移動する方向と、消
去時に電子の移動する方向とが全く逆方向である
ので、電子の移動方向が一方向である場合に比べ
て、トンネルSiO2膜6の劣化が早くなり、メモ
リセルの信頼性が悪いという欠点もあつた。[Problems to be Solved by the Invention] Incidentally, in the memory cell of this conventional example, since electrons pass through the same tunnel SiO 2 film 6 during writing and erasing, the tunnel SiO 2 film 6
The number of electrons remaining in the memory increases in proportion to the number of times writing and erasing are repeated.
Therefore, even if the number of rewrites is small, enough electrons remain in the tunnel SiO 2 film 6 to change the threshold voltage of the control gate 7, making rewriting impossible, which shortens the lifespan of the memory cell. There were flaws. In addition, since the direction in which electrons move during writing and the direction in which electrons move during erasing are completely opposite, the tunnel SiO 2 film 6 deteriorates more quickly than when the electrons move in one direction. However, it also had the disadvantage of poor memory cell reliability.
この発明は、上述の欠点に鑑みてなされたもの
で、ソース拡散層およびドレイン拡散層が形成さ
れた半導体基板上に、基板上、ソース拡散層上、
ドレイン拡散層上の各部が同一の膜厚を有するト
ンネル絶縁膜を介してこの2つの拡散層上方にわ
たつてフローテイングゲートを形成し、かつその
上方に第2の絶縁膜を介してフローテイングゲー
トとほぼ同一幅の制御ゲートを形成し、かつ浮遊
ゲートへの電荷の書き込みをソース側またはドレ
イン側のいずれか一方から行ない、電荷の読み出
しをその他方から行なうようにすることにより、
浮遊ゲートへの電荷の書き込み、消去を異なる経
路で実行でき、絶縁膜中の電荷の滞留を減少で
き、信頼性がよく、しかも、寿命が長く、消去が
容易でデータの読み出しスピードが速いメモリセ
ルを有する不揮発性メモリの書き込み及び消去方
法を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks, and includes a semiconductor substrate on which a source diffusion layer and a drain diffusion layer are formed.
A floating gate is formed above these two diffusion layers via a tunnel insulating film in which each part on the drain diffusion layer has the same thickness, and a floating gate is formed above the tunnel insulating film through a second insulating film. By forming a control gate with approximately the same width as , and writing charges into the floating gate from either the source side or the drain side, and reading charges from the other side,
Memory cells that can write and erase charges to the floating gate using different paths, reduce charge retention in the insulating film, have good reliability, have a long life, are easy to erase, and have fast data read speeds. An object of the present invention is to provide a method for writing and erasing a nonvolatile memory.
[課題を解決するための手段]
上記目的を達成するために、本発明は半導体基
板の主面部に互いに所定間隔をおいて形成された
ドレイン不純物拡散層及びソース不純物拡散層
と、上記半導体基板と上記ドレイン不純物拡散層
と上記ソース不純物拡散層の各表面上にわたつて
形成された第1絶縁膜、この第1絶縁膜上に配設
されたフローテイングゲート導電体層と、このフ
ローテイングゲート導電体層上に第2絶縁膜を介
して対向配設された制御ゲート導電体層とを有し
た不揮発性メモリセルの書き込み及び消去方法に
おいて、上記フローテイングゲート導電体層は上
記ドレイン不純物拡散層の上方から上記ドレイン
不純物拡散層及び上記ソース不純物拡散層間の上
記半導体基板の上方を通つて上記ソース不純物拡
散層の上方に達して設けられ、上記第1絶縁膜に
おける上記フローテイングゲート導電体層直下の
厚さは10〜300Åの範囲内で同一厚さとし、上記
制御ゲート導電体層に正の電位を印加するととも
に上記ドレイン不純物拡散層及び上記ソース不純
物拡散層の一方の不純物拡散層に上記制御ゲート
導電体層に印加する正の電位より低い電位を印加
して、上記一方の不純物拡散層側に位置する上記
第1の絶縁膜を通り抜けさせてフローテイングゲ
ート導電体層に電子を蓄積させ、上記制御ゲート
導電体層に接地電位を印加するとともに上記ドレ
イン不純物拡散層及び上記ソース不純物拡散層の
他方の不純物拡散層に正の電位を印加して、上記
他方の不純物拡散層と上記フローテイングゲート
導電体層との間に介在する上記第1の絶縁膜のト
ンネル現象によつて上記フローテイングゲート導
電体層に蓄積された電子を上記他方の不純物拡散
層に引き抜くことを特徴とする半導体不揮発性記
憶装置の書き込み及び消去方法を提供しようとす
るものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a drain impurity diffusion layer and a source impurity diffusion layer formed on the main surface of a semiconductor substrate at a predetermined distance from each other, and the semiconductor substrate and the source impurity diffusion layer. a first insulating film formed over each surface of the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer; a floating gate conductive layer disposed on the first insulating film; and a floating gate conductive layer disposed on the first insulating film. In a method for writing and erasing a nonvolatile memory cell having a control gate conductor layer disposed on a body layer facing each other with a second insulating film interposed therebetween, the floating gate conductor layer is connected to the drain impurity diffusion layer. from above, passing above the semiconductor substrate between the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer, reaching above the source impurity diffusion layer, and directly below the floating gate conductor layer in the first insulating film. The thickness is the same within the range of 10 to 300 Å, and a positive potential is applied to the control gate conductor layer, and the control gate conductor layer is applied to one of the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer. Applying a potential lower than the positive potential applied to the body layer to cause electrons to pass through the first insulating film located on the one impurity diffusion layer side and accumulate in the floating gate conductor layer, and perform the control described above. A ground potential is applied to the gate conductor layer, and a positive potential is applied to the other impurity diffusion layer of the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer to separate the other impurity diffusion layer and the floating gate conductor. A semiconductor nonvolatile memory device characterized in that electrons accumulated in the floating gate conductor layer are extracted to the other impurity diffusion layer by a tunneling phenomenon of the first insulating film interposed between the floating gate conductor layer and the floating gate conductor layer. The present invention aims to provide a writing and erasing method.
[発明の実施例]
第2図はこの発明の一実施例のnチヤネル形
EEPROMのメモリセル部を示す側断面図であ
る。[Embodiment of the Invention] Figure 2 shows an n-channel type embodiment of the invention.
FIG. 3 is a side sectional view showing a memory cell portion of an EEPROM.
図において、第1図に示した従来例の符号と同
一符号は同等部分を示し、その説明は省略する。 In the figure, the same reference numerals as those of the conventional example shown in FIG. 1 indicate equivalent parts, and the explanation thereof will be omitted.
6cは浮遊ゲート5直下に形成されたSiO2膜
であり、ドレイン2上、ソース3上およびその間
の半導体基板上ですべて同じ膜厚を有し、かつそ
の膜厚をトンネル現象が生じ得るように10〜300
Å程度にしたトンネルSiO2膜である。 6c is a SiO 2 film formed directly under the floating gate 5, and has the same film thickness on the drain 2, the source 3, and the semiconductor substrate between them, and the film thickness is set so that a tunneling phenomenon can occur. 10~300
This is a tunnel SiO 2 film with a thickness of approximately 1.5 Å.
次に、この実施例の動作について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be explained.
まず、書込みの場合には、ソース3およびp形
Si基板1を接地し、ドレイン側トンネルSiO2膜
およびソース側トンネルSiO2膜にトンネル現象
を生じさせるに必要な大きさの電界が発生するよ
うに、p形Si基板1に対して正の電圧を制御ゲー
ト7に印加するとともに、ドレイン2にもこれと
同程度の正の電圧を印加する。この状態では、制
御ゲート7とドレイン2とはほぼ同電位で電位差
がないから、ドレイン側トンネルSiO2膜に電界
がほとんど発生しないので、ドレイン2からドレ
イン側トンネルSiO2膜を通しての浮遊ゲート5
への電子のトンネル注入が行なわれることなく、
電子がp形Si基板1からソース3を経てソース側
トンネルSiO2膜をトンネル現象で通り抜けて浮
遊ゲート5に注入される。この浮遊ゲート5への
注入電子によつて、浮遊ゲート5が充電されて、
書込みが終了する。 First, for writing, source 3 and p-type
The Si substrate 1 is grounded, and a positive voltage is applied to the p-type Si substrate 1 so as to generate an electric field of a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the drain-side tunnel SiO 2 film and the source-side tunnel SiO 2 film. is applied to the control gate 7, and a positive voltage of the same order of magnitude is also applied to the drain 2. In this state, since the control gate 7 and the drain 2 are at almost the same potential and there is no potential difference, almost no electric field is generated in the drain side tunnel SiO 2 film .
without tunnel injection of electrons into
Electrons pass from the p-type Si substrate 1, through the source 3, through the source-side tunnel SiO 2 film by a tunneling phenomenon, and are injected into the floating gate 5. The floating gate 5 is charged by the electrons injected into the floating gate 5,
Writing ends.
次に、消去の場合には、第1図に示した従来例
の消去の場合と同様に、制御ゲート7、ソース3
およびp形Si基板1を接地し、ドレイン側トンネ
ルSiO2膜にトンネル現象を生じさせるに必要な
大きさの電界が発生するように、p形Si基板1に
対して正の電圧をドレイン2に印加すると、浮遊
ゲート5に蓄積されている電子が浮遊ゲート5か
らトンネルSiO2膜をトンネル現象によつて通り
抜けドレイン2を経てp形Si基板1に放出され
て、消去が終了する。 Next, in the case of erasing, the control gate 7, the source 3
Then, the p-type Si substrate 1 is grounded, and a positive voltage is applied to the drain 2 with respect to the p-type Si substrate 1 so that an electric field of a magnitude necessary to cause a tunnel phenomenon in the drain-side tunnel SiO 2 film is generated. When the voltage is applied, the electrons accumulated in the floating gate 5 pass through the tunnel SiO 2 film from the floating gate 5 by a tunneling phenomenon and are emitted to the p-type Si substrate 1 via the drain 2, thereby completing erasing.
また、読み出しの場合は、第1図に示した従来
例の読み出しの場合と同様であるので、その説明
を省略する。 Furthermore, since the readout is similar to the readout in the conventional example shown in FIG. 1, the explanation thereof will be omitted.
この実施例のメモリセルでは、書込み時と消去
時とにそれぞれソース側トンネルSiO2膜とドレ
イン側トンネルSiO2膜とを電子がトンネル現象
によつて通り抜けるようにしたので、両トンネル
SiO2膜中にそれぞれ残留する電子数の、書換え
回数に比例して増加する割合が、第1図に示した
従来例のメモリセルにおける残留電子数の増加割
合に比べて1/2になるので、書換え不能になるま
での書換え回数が、上記従来例のメモリセルの場
合における書換可能回数の2倍になり、メモリセ
ルの寿命を長くすることができる。また、トンネ
ル現象による両トンネルSiO2膜中の電子の移動
方向が一方向となり、上記従来例のメモリセルの
場合における両方向であるのに比べて、両トンネ
ルSiO2膜の劣化を抑制することができるので、
メモリセルの信頼性をよくすることができる。 In the memory cell of this example, electrons are made to pass through the source-side tunnel SiO 2 film and the drain-side tunnel SiO 2 film by tunneling during writing and erasing, respectively.
The rate at which the number of electrons remaining in each SiO 2 film increases in proportion to the number of rewrites is 1/2 compared to the rate at which the number of remaining electrons increases in the conventional memory cell shown in Figure 1. The number of times of rewriting until the memory cell becomes unrewritable is twice the number of times that it can be rewritten in the case of the conventional memory cell, and the life of the memory cell can be extended. Furthermore, the direction of movement of electrons in both tunnel SiO 2 films due to the tunneling phenomenon is unidirectional, which suppresses deterioration of the both tunnel SiO 2 films, compared to both directions in the case of the conventional memory cell described above. Because you can
The reliability of memory cells can be improved.
また、この実施例ではソース3およびドレイン
2が形成された半導体基板1上に、2つの拡散層
2,3およびその間の半導体基板1表面にわたつ
て形成した第1絶縁膜4cの厚さを、トンネル現
象を生じうる10ないし300Åとし、さらにその厚
みをソース3上、ドレイン2上、および半導体基
板1上の各部分で同一にしたので、基板と接触す
る部分の第1の絶縁膜の厚みがソース、ドレイン
と接触する部分と同一で薄く、このため、基板と
フローテイングゲート間の容量が大きく、Vccを
立ち上げたときにフローテイングゲートとソース
(ドレイン)との間の電位差(電界)が大きくな
つて、消去が容易になり、かつフローテイングゲ
ートと基板間の間隔か狭く、チヤネルに生じる電
界が大きいため、ソース・ドレイン間に大量のチ
ヤネル電流を流すことができ、読み出しを高速に
行なうことができる。 In addition, in this embodiment, the thickness of the first insulating film 4c formed on the semiconductor substrate 1 on which the source 3 and drain 2 are formed, over the two diffusion layers 2, 3 and the surface of the semiconductor substrate 1 between them is as follows: The thickness of the first insulating film is set to 10 to 300 Å, which can cause a tunnel phenomenon, and the thickness is made the same on the source 3, the drain 2, and the semiconductor substrate 1, so that the thickness of the first insulating film in the portion that contacts the substrate is It is the same and thinner than the part that contacts the source and drain, so the capacitance between the substrate and the floating gate is large, and when Vcc is raised, the potential difference (electric field) between the floating gate and the source (drain) increases. This makes erasing easier, and because the distance between the floating gate and the substrate is narrow and the electric field generated in the channel is large, a large amount of channel current can flow between the source and drain, making readout faster. can be done.
なお、これまで、nチヤネル形EEPROMのメ
モリセルを例にとり述べたが、この発明はこれに
限らず、pチヤネル形EEPROMのメモリセルに
も適用することができる。 Although the present invention has been described using an n-channel type EEPROM memory cell as an example, the present invention is not limited thereto, and can also be applied to a p-channel type EEPROM memory cell.
[発明の効果]
以上、説明したように、この発明の半導体不揮
発性記憶装置の書き込み及び消去方法はソース拡
散層およびドレイン拡散層が形成された半導体基
板上に第1の絶縁膜を介してこの2つの拡散層上
方にわたつてフローテイングゲートを形成し、か
つその上方に第2の絶縁膜を介してフローテイン
グゲートとほぼ同一幅の制御ゲートを形成し、か
つ浮遊ゲートへの電荷の書き込みをソース側また
はドレイン側のいずれか一方から行ない、電荷の
読み出しをその他方から行なうようにしたので、
上記ドレイン側トンネル絶縁膜および上記ソース
側トンネル絶縁膜中にそれぞれ残留するキヤリア
数の、書換え回数に比例して増加する割合が、従
来例の場合における残留キヤリア数の増加割合に
比べて、1/2になるから、書換え可能回数が、従
来例のそれに比べて、2倍になり、メモリセルの
寿命を長くすることができる。また、トンネル現
象による上記両トンネル絶縁膜膜中のキヤリアの
移動方向が一方向になるので、従来例の場合にお
ける両方向性であるのに比べて、上記両トンネル
絶縁膜の劣化を抑制することが可能となり、メモ
リセルの信頼性をよくすることができる。[Effects of the Invention] As explained above, the method for writing and erasing a semiconductor non-volatile memory device of the present invention is to write and erase a semiconductor non-volatile memory device by using a first insulating film on a semiconductor substrate on which a source diffusion layer and a drain diffusion layer are formed. A floating gate is formed above the two diffusion layers, and a control gate with approximately the same width as the floating gate is formed above the floating gate via a second insulating film, and charges are not written to the floating gate. Since it is done from either the source side or the drain side, and the charge is read from the other side,
The rate at which the number of carriers remaining in the drain-side tunnel insulating film and the source-side tunnel insulating film increases in proportion to the number of rewrites is 1/1/2 compared to the rate of increase in the number of residual carriers in the conventional example. 2, the number of rewrites can be doubled compared to the conventional example, and the life of the memory cell can be extended. Furthermore, since the direction of carrier movement in both tunnel insulating films due to the tunneling phenomenon is unidirectional, deterioration of both tunnel insulating films can be suppressed compared to the bidirectional movement in the conventional example. This makes it possible to improve the reliability of memory cells.
第1図は従来のnチヤネル形EEPROMのメモ
リセル部を示す側断面図、第2図はこの発明の一
実施例のnチヤネル形EEPROMのメモリセル部
を示す側断面図である。
図において、1はp形Si基板(第1伝導形の半
導体基板)、2はn形ドレイン不純物拡散層(第
2伝導形のドレイン不純物拡散層)、3はn形ソ
ース不純物拡散層(第2伝導形のソース不純物拡
散層)、4はSiO2膜(絶縁膜)、5はフローテイ
ングゲート導電体層、6cはトンネルSiO2膜
(第1絶縁膜)、7は制御ゲート導電体層である。
なお、図中同一符号はそれぞれ同一もしくは相当
部分を示す。
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a memory cell portion of a conventional n-channel type EEPROM, and FIG. 2 is a side cross-sectional view showing a memory cell portion of an n-channel type EEPROM according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a p-type Si substrate (first conduction type semiconductor substrate), 2 is an n-type drain impurity diffusion layer (second conduction type drain impurity diffusion layer), and 3 is an n-type source impurity diffusion layer (second conduction type). 4 is a SiO 2 film (insulating film), 5 is a floating gate conductor layer, 6c is a tunnel SiO 2 film (first insulating film), and 7 is a control gate conductor layer. .
Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
て形成されたドレイン不純物拡散層及びソース不
純物拡散層と、上記半導体基板と上記ドレイン不
純物拡散層と上記ソース不純物拡散層の各表面上
にわたつて形成された第1絶縁膜、この第1絶縁
膜上に配設されたフローテイングゲート導電体層
と、このフローテイングゲート導電体層上に第2
絶縁膜を介して対向配設された制御ゲート導電体
層とを有した不揮発性メモリセルの書き込み及び
消去方法において、上記フローテイングゲート導
電体層は上記ドレイン不純物拡散層の上方から上
記ドレイン不純物拡散層及び上記ソース不純物拡
散層間の上記半導体基板の上方を通つて上記ソー
ス不純物拡散層の上方に達して設けられ、上記第
1絶縁膜における上記フローテイングゲート導電
体層直下の厚さは10〜300Åの範囲内で同一厚さ
とし、上記制御ゲート導電体層に正の電位を印加
するとともに上記ドレイン不純物拡散層及び上記
ソース不純物拡散層の一方の不純物拡散層に上記
制御ゲート導電体層に印加する正の電位より低い
電位を印加して、上記一方の不純物拡散層側に位
置する上記第1の絶縁膜を通り抜けさせてフロー
テイングゲート導電体層に電子を蓄積させ、上記
制御ゲート導電体層に接地電位を印加するととも
に上記ドレイン不純物拡散層及び上記ソース不純
物拡散層の他方の不純物拡散層に正の電位を印加
して、上記他方の不純物拡散層と上記フローテイ
ングゲート導電体層との間に介在する上記第1の
絶縁膜のトンネル現象によつて上記フローテイン
グゲート導電体層に蓄積された電子を上記他方の
不純物拡散層に引き抜くことを特徴とする半導体
不揮発性記憶装置の書き込み及び消去方法。1. A drain impurity diffusion layer and a source impurity diffusion layer formed at a predetermined distance from each other on the main surface of a semiconductor substrate, and formed over each surface of the semiconductor substrate, the drain impurity diffusion layer, and the source impurity diffusion layer. a first insulating film, a floating gate conductor layer disposed on the first insulating film, and a second insulating film disposed on the floating gate conductor layer.
In a method for writing and erasing a nonvolatile memory cell having a control gate conductor layer facing each other with an insulating film interposed therebetween, the floating gate conductor layer diffuses the drain impurity from above the drain impurity diffusion layer. The first insulating film has a thickness of 10 to 300 Å directly under the floating gate conductor layer. A positive potential is applied to the control gate conductor layer, and a positive potential is applied to the control gate conductor layer to one of the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer. Applying a potential lower than the potential of , electrons are accumulated in the floating gate conductor layer by passing through the first insulating film located on the one impurity diffusion layer side, and are grounded to the control gate conductor layer. Applying a potential and applying a positive potential to the other impurity diffusion layer of the drain impurity diffusion layer and the source impurity diffusion layer to interpose between the other impurity diffusion layer and the floating gate conductor layer. A method for writing and erasing a semiconductor nonvolatile memory device, characterized in that electrons accumulated in the floating gate conductor layer are extracted to the other impurity diffusion layer by a tunneling phenomenon of the first insulating film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57003584A JPS58121679A (en) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | Semiconductor nonvolatile memory |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57003584A JPS58121679A (en) | 1982-01-12 | 1982-01-12 | Semiconductor nonvolatile memory |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
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1982
- 1982-01-12 JP JP57003584A patent/JPS58121679A/en active Granted
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|---|---|
| JPS58121679A (en) | 1983-07-20 |
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