JPH06188429A - Semiconductor storage device - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に関す
る。さらに詳しくは、ドレイン領域の高耐圧化を図り、
書込みおよび消去をともにFN電流で行うことができる
半導体記憶装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device. More specifically, by increasing the breakdown voltage of the drain region,
The present invention relates to a semiconductor memory device capable of both writing and erasing with an FN current.
【0002】[0002]
【従来の技術】電気的にデータの書換えが可能で無電源
状態でもデータ保持ができるEEPROMが幅広く使用
されている。このEEPROMにはフローティングゲー
トにホットエレクトロンを注入するフラッシュメモリ型
と、絶縁膜にFNトンネリングやダイレクトトンネリン
グなどにより、電子を注入する金属−酸化膜−チッ化膜
−酸化膜−半導体構造のMONOS(metal oxide nitr
ide oxide semiconductor)型や金属−チッ化膜−酸化膜
−半導体構造のMNOS(metal nitride oxide semicon
ductor) 型とがある。2. Description of the Related Art EEPROMs, which are electrically rewritable and can hold data even in a non-powered state, are widely used. This EEPROM has a flash memory type in which hot electrons are injected into a floating gate, and a metal-oxide film-nitride film-oxide film-semiconductor structure MONOS (metal) which injects electrons by FN tunneling or direct tunneling in an insulating film. oxide nitr
ide oxide semiconductor) type or MNOS (metal nitride oxide semicon) of metal-nitride film-oxide film-semiconductor structure
ductor) type.
【0003】フローティングゲートを有する半導体記憶
装置のメモリセルは、たとえば図6に示されるように、
シリコンからなるp型の半導体基板21にチャネル領域22
を挟んでその両側にリンなどの不純物が導入されたn-
型の低濃度領域23aとヒ素などが導入されたn+ 型の高
濃度領域23bからなるソース領域23およびヒ素などのn
+ 型の不純物が導入されたドレイン領域24が形成され、
前記チャネル領域22の上面には、酸化法などにより酸化
ケイ素などからなるトンネル絶縁膜25が設けられたの
ち、CVD法などによりフローティングゲート26、層間
絶縁膜27およびコントロールゲート28が順次設けられ、
前記ソース領域23およびドレイン領域24はそれぞれソー
ス線29およびビット線30に連結されてメモリセルを構成
している。ソース領域23を二重拡散構造にする理由は、
消去の際高電圧をソースに印加するため、耐圧を向上さ
せる目的で低濃度領域23aを設けている。A memory cell of a semiconductor memory device having a floating gate has, for example, as shown in FIG.
A channel region 22 is formed on a p-type semiconductor substrate 21 made of silicon.
N − with impurities such as phosphorus introduced on both sides of the n −
Type low concentration region 23a and n + type high concentration region 23b into which arsenic or the like is introduced, and a source region 23 and n such as arsenic
A drain region 24 in which a + type impurity is introduced is formed,
A tunnel insulating film 25 made of silicon oxide or the like is provided on the upper surface of the channel region 22 by an oxidation method or the like, and then a floating gate 26, an interlayer insulating film 27 and a control gate 28 are sequentially provided by a CVD method or the like,
The source region 23 and the drain region 24 are connected to the source line 29 and the bit line 30, respectively, to form a memory cell. The reason why the source region 23 has the double diffusion structure is
Since a high voltage is applied to the source during erasing, the low concentration region 23a is provided for the purpose of improving the breakdown voltage.
【0004】この半導体記憶装置の書込みおよび消去を
行うばあい、以下の手順で行われる。Writing and erasing of this semiconductor memory device are performed in the following procedure.
【0005】書込みを行うばあい、まず、ソース電極29
を接地した状態で、コントロールゲート28に12Vとビッ
ト線30に6〜7V程度の比較的高い電圧を印加する。こ
れにより、ソース領域23とドレイン領域24のあいだに電
流が流れ、ドレイン領域24近傍の高電界の部分に高エネ
ルギーのホットエレクトロンが発生する。このホットエ
レクトロンはトンネル絶縁膜25のエネルギー凖位を上回
るため、トンネル絶縁膜25を通過し、フローティングゲ
ート26に注入される。このようにして、所望のセルのフ
ローティングゲート26にのみホットエレクトロンの注入
を行い、書込みを行う。When writing, first the source electrode 29
In the state in which is grounded, a relatively high voltage of about 12V is applied to the control gate 28 and about 6 to 7V is applied to the bit line 30. As a result, a current flows between the source region 23 and the drain region 24, and high-energy hot electrons are generated in the high electric field portion near the drain region 24. Since the hot electrons exceed the energy level of the tunnel insulating film 25, they pass through the tunnel insulating film 25 and are injected into the floating gate 26. In this way, hot electrons are injected only into the floating gate 26 of a desired cell to perform writing.
【0006】一方、消去を行うばあいには、コントロー
ルゲート28を接地し、かつビット線30側をフロートにし
た状態でソース電極29に12V程度の高電圧を印加するこ
とにより、ホットエレクトロンをフローティングゲート
26から引き抜くことにより行う。On the other hand, when erasing, hot electrons are floated by applying a high voltage of about 12 V to the source electrode 29 with the control gate 28 grounded and the bit line 30 side floated. Gate
It is done by pulling out from 26.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、叙上の半導体
記憶装置では、書込みを行うばあいにホットエレクトロ
ンを用いている。そのため、高エネルギーを有するホッ
トエレクトロンはソースとドレインのあいだに流れる電
流の1%にもみたなく、大部分の電流は無駄となり、注
入効率が非常にわるく、消費電流が多くなる。しかも、
高エネルギーを有するホットエレクトロンがトンネル絶
縁膜を通過するため、トンネル絶縁膜にストレスが発生
し、書込み回数に制限が生じる。However, in the above semiconductor memory device, hot electrons are used when writing data. Therefore, hot electrons having high energy account for less than 1% of the current flowing between the source and the drain, most of the current is wasted, the injection efficiency is very poor, and the current consumption increases. Moreover,
Since hot electrons having high energy pass through the tunnel insulating film, stress is generated in the tunnel insulating film and the number of times of writing is limited.
【0008】本発明者は、この問題を解決するため、フ
ローティングゲートを有するメモリセルの駆動方式とし
てFN電流によりフローティングゲートに電子を注入す
ることにより消去状態とし、電子を引き抜くことにより
書込み状態とする方式を考え出した。この方法によれ
ば、注入効率を大幅に向上させることができるが、FN
電流を発生させて書込み操作を行うときにドレイン側に
高電圧(約12V程度)が印加されるためドレイン領域24
の耐圧がもたないという問題が生じる。したがって従来
のフローティングゲートを有するメモリセルにFN電流
による書込みをするためには、ドレイン領域の高耐圧化
が不可欠となる。In order to solve this problem, the inventor of the present invention uses a FN current to inject electrons into the floating gate as an erasing state as a driving method of a memory cell having a floating gate, and pulls out the electrons to enter a writing state. Figured out a scheme. Although this method can significantly improve the injection efficiency,
Since a high voltage (about 12 V) is applied to the drain side when a write operation is performed by generating a current, the drain region 24
There is a problem that the withstand voltage is not high. Therefore, in order to write in the memory cell having the conventional floating gate by the FN current, it is indispensable to increase the breakdown voltage of the drain region.
【0009】一方、MOSICの高密度化につれてゲー
ト長が1μm以下にまで短縮されてくると、ドレイン近
傍の電界強度が大きくなり、電子のゲート絶縁膜へのト
ラップなど、トランジスタの特性、信頼性上好ましくな
いため、ドレイン領域を二重拡散構造とするLDD形M
OSトランジスタが実用化されている。しかし、この構
造はとくに短かいゲート長のMOSトランジスタでホッ
トキャリアの発生を防止することを目的として採用され
るもので、ドレイン領域の低濃度領域の端部がゲート電
極の端部下側に位置するもので、高濃度領域の端部はゲ
ート電極よりはるかに外側に存在するものである。On the other hand, when the gate length is shortened to 1 μm or less as the density of the MOSIC becomes higher, the electric field strength near the drain increases, and the characteristics and reliability of the transistor such as trapping of electrons in the gate insulating film are increased. LDD type M having a double diffusion structure in the drain region because it is not preferable
OS transistors have been put to practical use. However, this structure is adopted for the purpose of preventing the generation of hot carriers in a MOS transistor having a particularly short gate length, and the end of the low concentration region of the drain region is located below the end of the gate electrode. However, the end of the high-concentration region exists far outside the gate electrode.
【0010】本発明ではかかる問題を解決するためにな
されたものであり、フローティングゲートを有する半導
体記憶装置のドレインの高耐圧化を達成し、書込み、消
去の両方共をFN電流を用いる半導体記憶装置を提供す
ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve such a problem, and achieves a high breakdown voltage of the drain of a semiconductor memory device having a floating gate, and uses a FN current for both writing and erasing. The purpose is to provide.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、(a)半導体基板に設けられた(イ)ドレイン領
域、(ロ)ソース領域および(ハ)該ドレイン領域とソ
ース領域で挟まれたチャネル領域と、(b)該チャネル
領域上で前記半導体基板表面に順次設けられた(ニ)ト
ンネル絶縁膜、(ホ)フローティングゲート、(ヘ)層
間絶縁膜および(ト)コントロールゲートとからなるメ
モリセルがマトリックス状に配列されてなる半導体記憶
装置であって、前記各メモリセルのドレイン領域が高濃
度領域とその外周に設けられた低濃度領域の二重拡散層
からなり、前記ドレイン領域の高濃度領域の端部が前記
各メモリセルのフローティングゲートの下方に位置する
ように形成されてなることを特徴としている。A semiconductor memory device according to the present invention is sandwiched between (a) a drain region, (b) a source region, and (c) a drain region and a source region provided on a semiconductor substrate. A channel region, and (b) a tunnel insulating film, (e) a floating gate, (f) an interlayer insulating film, and (g) a control gate, which are sequentially provided on the surface of the semiconductor substrate on the channel region. In a semiconductor memory device in which memory cells are arranged in a matrix, the drain region of each memory cell is composed of a high concentration region and a double diffusion layer of a low concentration region provided around the high concentration region, It is characterized in that the end portion of the high concentration region is formed below the floating gate of each memory cell.
【0012】[0012]
【作用】本発明の半導体記憶装置によれば、各メモリセ
ルのドレイン領域の周囲にドレイン領域より低濃度の拡
散層が設けられているため、書込み時にコントロールゲ
ートを接地した状態でドレイン電極に高電圧を印加して
も、基板とのあいだに充分な高耐圧化がえられる。しか
もゲート領域の高濃度領域がフローティングゲートの端
部下にかかっているため、書込み時にフローティングゲ
ートからの電子の引抜きも効率的に行える。According to the semiconductor memory device of the present invention, since the diffusion layer having a concentration lower than that of the drain region is provided around the drain region of each memory cell, the drain electrode has a high potential when the control gate is grounded during writing. Even if a voltage is applied, a sufficiently high breakdown voltage can be obtained with the substrate. Moreover, since the high-concentration region of the gate region extends below the end of the floating gate, electrons can be efficiently extracted from the floating gate during writing.
【0013】これにより、FN電流によりフローティン
グゲートに電子を注入することにより記憶の消去状態と
し、コントロールゲートに対しドレインを高電位にする
ことにより、フローティングゲートから電子を引き抜き
書込み状態とすることができるため、書込み、消去共に
両電極間に印加された電圧に基づき電子が移動するFN
電流により行われ、電流に相当する電子の注入、引抜き
が行われ、無駄な消費電流が激減する。また、高エネル
ギーを有する電子を注入するというホットエレクトロン
の利用ではないため、半導体基板とフローティングゲー
ト間のトンネル絶縁膜の劣化が少なく、書換え回数を大
幅に増加できる。Thus, by injecting electrons into the floating gate by the FN current, the memory is erased, and by setting the drain to a high potential with respect to the control gate, electrons can be extracted from the floating gate to be in the writing state. Therefore, in both writing and erasing, the FN in which electrons move based on the voltage applied between both electrodes
It is performed by an electric current, and electrons corresponding to the electric current are injected and extracted, so that a wasteful consumption current is drastically reduced. In addition, since the use of hot electrons for injecting electrons having high energy is not used, deterioration of the tunnel insulating film between the semiconductor substrate and the floating gate is small, and the number of times of rewriting can be significantly increased.
【0014】[0014]
【実施例】つぎに図面を参照しながら、本発明の半導体
記憶装置の説明を行う。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0015】図1は、本発明の半導体記憶装置の一実施
例を示す各記憶素子の平面配置を示す平面図、図2は図
1のII−II線断面図、図3は図2の要部拡大断面図、図
4は本発明の半導体記憶装置の消去、書込みの方法を説
明する図で、(a)が消去法の説明図、(b)が書込み
法の説明図、図5はフローティングゲートを有するメモ
リトランジスタをマトリックス状に配列したスタック型
半導体記憶装置の等価回路図である。FIG. 1 is a plan view showing a planar arrangement of respective memory elements showing an embodiment of a semiconductor memory device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion, FIG. 4 is a diagram for explaining a method of erasing and writing in the semiconductor memory device of the present invention. FIG. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a stack type semiconductor memory device in which memory transistors having gates are arranged in a matrix.
【0016】図1〜3において、半導体基板1にフィー
ルド絶縁膜2がマトリックス状に形成され、図1におい
て縦方向に並ぶメモリセルを分離している。メモリセル
は図2に示されるように、ソース領域3とドレイン領域
4とのあいだのチャネル領域11上の表面にトンネル絶縁
膜5を介して第1のポリシリコン層からなるフローティ
ングゲート6、層間絶縁膜7および第2のポリシリコン
層からなるコントロールゲート8が積層され、その表面
を覆う層間膜9に設けたコンタクト孔にビットコンタク
ト10が設けられ、横方向に並ぶセルの各ドレイン領域4
を電気的に接続するビット線Bが設けられている。各メ
モリセルのドレイン領域4は高濃度領域4aと低濃度領
域4bとからなる二重拡散層で形成され、高濃度領域4
aの端部もフローティングゲート6の下方に延びてい
る。これはフローティングゲート6からドレイン領域4
に電子を引き抜くためである。1 to 3, field insulating films 2 are formed in a matrix on a semiconductor substrate 1 to separate memory cells arranged in the vertical direction in FIG. As shown in FIG. 2, the memory cell has a floating gate 6 made of a first polysilicon layer and an interlayer insulating film on a surface on a channel region 11 between a source region 3 and a drain region 4 via a tunnel insulating film 5. A control gate 8 composed of a film 7 and a second polysilicon layer is laminated, a bit contact 10 is provided in a contact hole provided in an interlayer film 9 covering the surface thereof, and each drain region 4 of cells arranged in the lateral direction is formed.
A bit line B is provided for electrically connecting the. The drain region 4 of each memory cell is formed of a double diffusion layer composed of a high concentration region 4a and a low concentration region 4b.
The end portion of a also extends below the floating gate 6. This is from floating gate 6 to drain region 4
This is because the electron is pulled out.
【0017】このような構造にすることにより、ドレイ
ン領域4の濃度勾配がなだらかになり、逆バイアス印加
時に電界が緩和され、高耐圧化が達成される。With such a structure, the concentration gradient in the drain region 4 becomes gentle, the electric field is relaxed when a reverse bias is applied, and a high breakdown voltage is achieved.
【0018】この半導体記憶装置を製造するには、まず
図1の平面図に示すようにフィールド絶縁膜2を酸化法
などにより半導体基板1の表面に設けたのち、図2〜3
の断面図に示すように、活性領域上にたとえば酸化ケイ
素膜からなるトンネル絶縁膜5を80〜120 Åの厚さで設
ける。To manufacture this semiconductor memory device, first, as shown in the plan view of FIG. 1, a field insulating film 2 is provided on the surface of a semiconductor substrate 1 by an oxidation method or the like, and then, as shown in FIGS.
, A tunnel insulating film 5 made of, for example, a silicon oxide film is provided on the active region with a thickness of 80 to 120 Å.
【0019】つぎに、フローティングゲート6とするた
とえば第1のポリシリコンをたとえばCVD法により10
00〜2000Åの厚さ堆積し、層間絶縁膜7とする酸化ケイ
素、チッ化ケイ素、酸化ケイ素からなるONOの3層構
造の絶縁膜を全体で200 〜300 Åになるように同じくC
VD法などで堆積する。さらにコントロールゲート8と
する第2のポリシリコン層を同様に3000〜4000Åの厚さ
設けたのちパターニングし、各メモリセルのフローティ
ングゲート6、層間絶縁膜7およびコントロールゲート
8を設ける。そののちドレイン領域の低濃度領域4bを
形成するため、レジスト膜などでマスキングしてたとえ
ばリンイオンをドーズ量1E14〜5E14/cm2 、50〜150
keVのエネルギーで打込み、不純物濃度が1E18〜1E19
/cm3の低濃度領域とする。つぎに、コントロールゲ
ート8などをマスクとしてヒ素イオンなどを5E14〜5E15
/cm2 のドーズ量で50〜100 keVの注入エネルギー
によりイオン打込みすることにより、ソース領域3およ
びドレイン領域の高濃度領域4aがそれぞれ不純物濃度
1E20〜5E20/cm3 で形成される。さらに酸化ケイ素な
どからなる絶縁膜を全体に被膜し横方向に並ぶ各セルの
ドレイン領域を結ぶビット線11や縦方向に並ぶ各メモリ
セルのコントロールゲートを連結するワード線(図示せ
ず)をAl−SiまたはAl−Si−Cuなどにより10
000 Å程度の厚さで設ける。Next, for example, the first polysilicon to be the floating gate 6 is formed by CVD, for example.
Deposited to a thickness of 00 to 2000Å, and an interlayer insulating film 7 with an ONO three-layered insulating film composed of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide is also formed so as to have a total thickness of 200 to 300Å.
It is deposited by the VD method or the like. Further, a second polysilicon layer to be the control gate 8 is similarly provided with a thickness of 3000 to 4000 Å and then patterned to provide the floating gate 6, the interlayer insulating film 7 and the control gate 8 of each memory cell. After that, in order to form the low-concentration region 4b of the drain region, it is masked with a resist film or the like and phosphorus ions, for example, are dosed at 1E14 to 5E14 / cm 2 , 50 to 150.
Implanted with the energy of keV, the impurity concentration is 1E18 to 1E19
/ Cm 3 of low concentration region. Next, using the control gate 8 as a mask, arsenic ions and the like are exposed to 5E14 to 5E15.
By ion-implanting with a dose amount of 50/100 keV with a dose amount of / cm 2 , the high-concentration regions 4a of the source region 3 and the drain region respectively have impurity concentrations.
It is formed at 1E20 to 5E20 / cm 3 . Further, an insulating film made of silicon oxide or the like is entirely coated, and a bit line 11 connecting the drain regions of the cells arranged in the horizontal direction and a word line (not shown) connecting the control gates of the memory cells arranged in the vertical direction are formed of Al. -Si or Al-Si-Cu etc. 10
Provide a thickness of about 000 Å.
【0020】前述のフローティングゲート6とコントロ
ールゲート8とのあいだの層間絶縁膜をONOの3層構
造にしたのは、絶縁性を高めるためであるが、いずれか
1層または2層で構成してもよい。また、ドレイン領域
をリンによる低濃度領域とヒ素による高濃度領域の例で
説明したが、リン不純物は周囲に拡散し易くヒ素不純物
は拡散しにくく高濃度を維持するため好ましいが、必ず
しも限定されない。さらに、p型半導体基板にn型のソ
ース、ドレイン領域の例で説明したが、それぞれ逆の導
電型でもよい。The interlayer insulating film between the floating gate 6 and the control gate 8 has a three-layer structure of ONO in order to enhance the insulating property, but it is constituted by any one layer or two layers. Good. Although the drain region has been described as an example of a low-concentration region of phosphorus and a high-concentration region of arsenic, the phosphorus impurity is easily diffused to the surroundings and the arsenic impurity is difficult to diffuse to maintain a high concentration, which is preferable, but not limited thereto. Furthermore, although the n-type source and drain regions have been described as an example on the p-type semiconductor substrate, they may have opposite conductivity types.
【0021】つぎに、本発明の半導体記憶装置の駆動法
を説明する。Next, a method of driving the semiconductor memory device of the present invention will be described.
【0022】従来のフローティングゲートを有するフラ
ッシュメモリはフローティングゲートにホットエレクト
ロンを注入することにより書込みを行い、電子を引き抜
くことにより消去をしていたが、本発明では、電子をフ
ローティングゲートに注入することにより消去状態と
し、各セルごとに電子を引き抜くことにより書込み状態
とすることによって、電子の移動を両電極間に印加され
た電圧に基づくFN電流で行うことに特徴がある。In a conventional flash memory having a floating gate, writing is performed by injecting hot electrons into the floating gate and erasing is performed by drawing out electrons, but in the present invention, electrons are injected into the floating gate. Is erased, and electrons are extracted from each cell to be written, whereby electrons are moved by an FN current based on a voltage applied between both electrodes.
【0023】まず、記憶状態を消去する方法は、図4
(a)のようにコントロールゲートが半導体基板1に対
して高電位になるように電圧を印加し、基板から電子を
フローティングゲートに注入することによって行う。た
とえば、コントロールゲート8に18V、ソース領域3お
よび半導体基板1を接地(0V)にすることにより半導
体基板1からコントロールゲート8にFN電流が流れ、
フローティングゲート6にトンネル絶縁膜5を通り抜け
て電子が注入される。ドレイン領域4はフロート状態と
しておく。この消去はワードラインごとに一括して行わ
れる。そのため、他のワードライン(他の列のメモリト
ランジスタのコントロールゲート)は0Vとする。First, the method of erasing the storage state will be described with reference to FIG.
As in (a), a voltage is applied so that the control gate has a high potential with respect to the semiconductor substrate 1, and electrons are injected from the substrate into the floating gate. For example, when the control gate 8 is set to 18V and the source region 3 and the semiconductor substrate 1 are grounded (0V), an FN current flows from the semiconductor substrate 1 to the control gate 8.
Electrons are injected into the floating gate 6 through the tunnel insulating film 5. The drain region 4 is left floating. This erase is collectively performed for each word line. Therefore, other word lines (control gates of memory transistors in other columns) are set to 0V.
【0024】つぎに、書込みは図4(b)のように選択
セルP1 のコントロールゲート1を接地し、ドレイン領
域4が12V程度の高電位になるように電圧VPPを印加し
フローティングゲート6から電子を引き抜くことによっ
て行う。このとき、非選択セルのコントロールゲート8
には6V程度の禁止電位Vi を印加し、書込みを防止す
る。Next, write grounded control gate 1 of the selected cell P 1 as shown in FIG. 4 (b), the drain region 4 by applying a voltage V PP to be the high potential of about 12V floating gates 6 This is done by pulling out electrons from. At this time, the control gate 8 of the non-selected cell
Is applied with a prohibiting potential V i of about 6 V to prevent writing.
【0025】書込み時の電位の印加状態はこの例に限ら
ず、たとえばコントロールゲート8を接地するのではな
く、負の電位−7V程度を印加することにより、ドレイ
ン領域4に5V程度の低い電位を印加することもでき
る。その結果、ドレイン領域4と基板1間の電位差は小
さくなりリーク電流も減少し、耐圧的にも向上する。The applied state of the potential at the time of writing is not limited to this example. For example, a low potential of about 5V is applied to the drain region 4 by applying a negative potential of about -7V instead of grounding the control gate 8. It can also be applied. As a result, the potential difference between the drain region 4 and the substrate 1 is reduced, the leak current is reduced, and the breakdown voltage is improved.
【0026】このメモリトランジスタのセルが図5のよ
うにマトリックス状に配列され、各列のセルのコントロ
ールゲートを連結してワード線W1 、W2 ……が形成さ
れ、各行のセルのドレインを接続してビット線B1 、B
2 ……が形成され、各メモリトランジスタのソースが連
結されてソース線とされることにより、スタック型半導
体記憶装置が形成される。The cells of this memory transistor are arranged in a matrix as shown in FIG. 5, the control gates of the cells in each column are connected to form word lines W 1 , W 2, ... And the drains of the cells in each row are connected. Connect and connect bit lines B 1 , B
2 ... Is formed, and the sources of the respective memory transistors are connected to form a source line to form a stacked semiconductor memory device.
【0027】この半導体記憶装置のマトリックス状に形
成された各セルのうち選択セルP1の消去、書込み、読
出しの方法について説明する。A method of erasing, writing, and reading the selected cell P 1 among the cells formed in a matrix of this semiconductor memory device will be described.
【0028】まず、消去に関しては、選択セルP1 の存
在するワード線W3 に高電位(約18V)を印加し、他の
列のワード線W1 、W2 、W4 、ソース線および基板に
0Vまたはそれに近い低電位を印加し、各ビット線をフ
ロート状態Fにすることにより、FNトンネリングによ
る電子の注入が行われ、ワード線単位で消去される。こ
の電位の印加法としては、ワード線W3 に11Vを印加
し、基板に−7Vを印加し、他のワード線W1 、W2 、
W4 ……を0Vにすると共にビット線B1 、B2……お
よびソース線をフロート状態Fにすることによっても同
様にワード線単位で消去される。First, for erasing, a high potential (about 18 V) is applied to the word line W 3 in which the selected cell P 1 is present, and the word lines W 1 , W 2 , W 4 , the source line and the substrate of the other columns are applied. By applying 0V or a low potential close thereto to each bit line in a floating state F, electrons are injected by FN tunneling and erased in word line units. As a method of applying this potential, 11 V is applied to the word line W 3 , -7 V is applied to the substrate, and the other word lines W 1 , W 2 ,
Similarly, by setting W 4 ... To 0V and setting the bit lines B 1 , B 2 ...
【0029】つぎに、セルP1 のメモリトランジスタに
書き込むばあいは、ワード線W3 を接地し、他の列のワ
ード線W1 、W2 、W4 ……には禁止電位Vi(約6
V)を印加する。また、セルP1 のビット線B1 には高
電位(約12V)を印加し、セルP1 の行以外のビット線
B2 ……はフロート状態Fとする。また、各セルのソー
スと基板は0Vにする。そうすると、セルP1 のトラン
ジスタはドレインがコントロールゲートに対して高電位
になり、フローティングゲートからドレイン側に電子が
引き抜かれて書込みがなされる。一方、他のセルは、異
なる列のセルは全てワード線に禁止電位約6Vが印加さ
れており、ドレインとの電圧が低く、書込みは行われ
ず、セルP1 と同じ列にあり、セルP1 以外の下の行の
各セルは、ビット線B2 ……がフロート状態Fになって
おり、電流が流れないため書込みはなされない。したが
って、セルP1 以外のセルには書込みが行われず、セル
P1 のみに書込みが行われる。また、コントロールゲー
トに負の電位を印加するときは、ワード線W3 に−7
V、ビット線B1 に5Vを印加し、他のワード線W1 、
W2 、W4 ……および基板を0V、ビット線B2 ……お
よびソース線をフロートとすることにより同様に書込み
をできる。Next, when writing to the memory transistor of the cell P 1 , the word line W 3 is grounded, and the word lines W 1 , W 2 , W 4, ...
V) is applied. Further, the bit line B 1 cell P 1 applies a high potential (about 12V), the bit line B 2 ...... other than rows of cells P 1 is the float F. The source of each cell and the substrate are set to 0V. Then, the drain of the transistor of the cell P 1 has a high potential with respect to the control gate, and electrons are extracted from the floating gate to the drain side to perform writing. On the other hand, other cells is different columns inhibit potential of about 6V cells to all the word lines of the applied, low voltage between the drain, the write is not performed, in the same column as the cell P 1, cell P 1 Bit lines B 2 ... Are in a floating state F and no current flows in each cell in the lower row except that no writing is performed. Thus, writing is not performed in the cell other than the cell P 1 is, writing is performed only in the cell P 1. In addition, when a negative potential is applied to the control gate, the word line W 3 is -7
V, 5V is applied to the bit line B 1 , other word lines W 1 ,
Writing can be performed in the same manner by setting W 2 , W 4, ... And the substrate to 0V, and setting the bit line B 2 ... And the source line to float.
【0030】さらに、読出しに関しては、たとえばセル
P1 の読出しを行うばあい、書込みの際の高電圧より低
い電位(約5V)をワード線W3 に印加し、ビット線B
1 に1V程度を印加し、他の列のワード線W1 、W2 、
W4 ……および他の行のビット線B2 ……ならびにソー
ス線と基板を0Vにすることにより読出しができる。す
なわち、セルP1 のみが、ドレインの電位がソースの電
位より1V程度高くてこのトランジスタに電流が流れう
る状態にあり、コントロールゲートに印加された電圧と
フローティングゲートに注入された電子の状態によるし
きい値電圧に応じてONになったり、OFFになること
により、「1」または「0」の状態を読み出すことがで
きる。Further, regarding reading, for example, when reading the cell P 1, a potential (about 5 V) lower than the high voltage for writing is applied to the word line W 3 , and the bit line B 3 is applied.
Applying about 1 V to 1 and applying word lines W 1 , W 2 , and
W 4 ...... and other bit line B 2 ...... and source line and the substrate row can be read by a 0V. That is, only the cell P 1 is in a state where the drain potential is higher than the source potential by about 1 V and a current can flow through this transistor, and it depends on the voltage applied to the control gate and the state of electrons injected to the floating gate. The state of "1" or "0" can be read by turning on or off according to the threshold voltage.
【0031】これらの関係を表にまとめると表1のよう
になる。Table 1 summarizes these relationships.
【0032】[0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】また、負電圧を用いたばあいの電圧の関係
は表2のようになる。Table 2 shows the voltage relationship when a negative voltage is used.
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明によれば、ドレイン領域の高耐圧
化を達成することができるため、フローティングゲート
を有するメモリトランジスタの消去をフローティングゲ
ートに電子を注入することにより行い、書込みをフロー
ティングゲートから電子を引抜くことにより行え、書込
み、消去のいずれもFN電流で行うことができる。その
結果、電子の注入効率がほぼ 100%となり、無駄な電流
がないため、低消費電力化を達成でき、電池駆動のパソ
コンなどにおいても電池の交換または充電を大幅に減少
できる。さらに、FN電流による電子の注入、引抜きを
行い、高いエネルギーを有するホットエレクトロンの注
入がなされないため、トンネル絶縁膜の劣化が少なく、
書換え回数も大幅に向上する。According to the present invention, since the breakdown voltage of the drain region can be increased, the memory transistor having the floating gate is erased by injecting electrons into the floating gate, and writing is performed from the floating gate. It can be performed by extracting electrons, and both writing and erasing can be performed with an FN current. As a result, the injection efficiency of electrons is almost 100%, and there is no wasted current, so low power consumption can be achieved, and battery replacement or charging can be greatly reduced even in a battery-operated personal computer. Furthermore, since electrons are injected and extracted by FN current and hot electrons having high energy are not injected, deterioration of the tunnel insulating film is small,
The number of rewrites is also greatly improved.
【図1】本発明の半導体記憶装置の一実施例を示す平面
説明図である。FIG. 1 is an explanatory plan view showing an embodiment of a semiconductor memory device of the present invention.
【図2】図1のII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図3】図2の要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of FIG.
【図4】本発明の半導体記憶装置の消去、書込みの方法
を説明する図で、(a)が消去法の説明図、(b)が書
込み法の説明図である。4A and 4B are diagrams illustrating an erasing / writing method of a semiconductor memory device of the present invention, FIG. 4A is an explanatory diagram of an erasing method, and FIG. 4B is an explanatory diagram of a writing method.
【図5】フローティングゲートを有するメモリトランジ
スタをマトリックス状に配列したスタック型半導体記憶
装置の等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a stack type semiconductor memory device in which memory transistors having floating gates are arranged in a matrix.
【図6】従来の半導体記憶装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional semiconductor memory device.
1 半導体基板 3 ソース領域 4 ドレイン領域 4a 高濃度領域 4b 低濃度領域 5 トンネル絶縁膜 6 フローティングゲート 7 層間絶縁膜 8 コントロールゲート 1 semiconductor substrate 3 source region 4 drain region 4a high concentration region 4b low concentration region 5 tunnel insulating film 6 floating gate 7 interlayer insulating film 8 control gate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/04 H01L 27/115 7210−4M H01L 27/10 434 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location G11C 16/04 H01L 27/115 7210-4M H01L 27/10 434
Claims (1)
レイン領域、(ロ)ソース領域および(ハ)該ドレイン
領域とソース領域で挟まれたチャネル領域と、 (b)該チャネル領域上で前記半導体基板表面に順次設
けられた(ニ)トンネル絶縁膜、(ホ)フローティング
ゲート、(ヘ)層間絶縁膜および(ト)コントロールゲ
ートとからなるメモリセルがマトリックス状に配列され
てなる半導体記憶装置であって、 前記各メモリセルのドレイン領域が高濃度領域とその外
周に設けられた低濃度領域の二重拡散層からなり、前記
ドレイン領域の高濃度領域の端部が前記各メモリセルの
フローティングゲートの下方に位置するように形成され
てなる半導体記憶装置。1. (a) a drain region, (b) a source region, and (c) a channel region sandwiched between the drain region and the source region, which are provided on a semiconductor substrate, and (b) on the channel region. A semiconductor memory in which memory cells each including (d) a tunnel insulating film, (e) a floating gate, (f) an interlayer insulating film, and (g) a control gate, which are sequentially provided on the surface of the semiconductor substrate, are arranged in a matrix. In the device, the drain region of each memory cell comprises a high-concentration region and a double-diffusion layer of a low-concentration region provided on the periphery thereof, and an end portion of the high-concentration region of the drain region of each memory cell is A semiconductor memory device formed so as to be located below a floating gate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33621192A JP2872873B2 (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Semiconductor storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33621192A JP2872873B2 (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Semiconductor storage device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188429A true JPH06188429A (en) | 1994-07-08 |
| JP2872873B2 JP2872873B2 (en) | 1999-03-24 |
Family
ID=18296787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33621192A Expired - Fee Related JP2872873B2 (en) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | Semiconductor storage device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2872873B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030057897A (en) * | 2001-12-29 | 2003-07-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Nonvolatile memory device and method of manufacturing the same |
| US6597038B1 (en) | 1998-02-24 | 2003-07-22 | Nec Corporation | MOS transistor with double drain structure for suppressing short channel effect |
| CN1305130C (en) * | 2003-12-01 | 2007-03-14 | 联华电子股份有限公司 | A kind of non-volatile memory and its operation method |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP33621192A patent/JP2872873B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6597038B1 (en) | 1998-02-24 | 2003-07-22 | Nec Corporation | MOS transistor with double drain structure for suppressing short channel effect |
| KR20030057897A (en) * | 2001-12-29 | 2003-07-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | Nonvolatile memory device and method of manufacturing the same |
| CN1305130C (en) * | 2003-12-01 | 2007-03-14 | 联华电子股份有限公司 | A kind of non-volatile memory and its operation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2872873B2 (en) | 1999-03-24 |
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