JPH02218158A - 不揮発性半導体メモリ装置 - Google Patents
不揮発性半導体メモリ装置Info
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- JPH02218158A JPH02218158A JP1038791A JP3879189A JPH02218158A JP H02218158 A JPH02218158 A JP H02218158A JP 1038791 A JP1038791 A JP 1038791A JP 3879189 A JP3879189 A JP 3879189A JP H02218158 A JPH02218158 A JP H02218158A
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- JP
- Japan
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- gate
- memory
- floating gate
- field effect
- transistor
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-
- 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
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は不揮発性半導体メモリに関し、特に浮遊ゲート
、制御ゲート、消去ゲートで構成される3層ゲートを有
するMIS電界効果トランジスタで構成する電気的書込
み、消去可能な不揮発′性半導体メモリに関する。
、制御ゲート、消去ゲートで構成される3層ゲートを有
するMIS電界効果トランジスタで構成する電気的書込
み、消去可能な不揮発′性半導体メモリに関する。
[従来の技術]
従来、電気的に書込み並びに電気的に消去可能な不揮発
性半導体記憶装置は、ROM(ReadOn l y
Memo r y)の一種として用いられており、そ
の動作機構からEE−PROM (E 1ectric
al Elasable ROM)と称せられる。
性半導体記憶装置は、ROM(ReadOn l y
Memo r y)の一種として用いられており、そ
の動作機構からEE−PROM (E 1ectric
al Elasable ROM)と称せられる。
現在提案されているEE−PROMの1種に浮遊ゲート
、制御ゲート、消去ゲートを有する3層ゲート型がある
。データの書込および消去は、浮遊ゲートに電荷を注入
および注出することによってなされる。電荷の注入、す
なわちデータの書込みはアバランシェブレークダウンに
よるホットエレクトロン注入あるいはチャネル内の高電
界を利用するホットエレクトロン注入によって行われ、
データの消去は消去ゲートと浮遊ゲート間のFOw l
e r N o r d h e i m T
u n n e l i ng効果による電子注出によ
って行われる。
、制御ゲート、消去ゲートを有する3層ゲート型がある
。データの書込および消去は、浮遊ゲートに電荷を注入
および注出することによってなされる。電荷の注入、す
なわちデータの書込みはアバランシェブレークダウンに
よるホットエレクトロン注入あるいはチャネル内の高電
界を利用するホットエレクトロン注入によって行われ、
データの消去は消去ゲートと浮遊ゲート間のFOw l
e r N o r d h e i m T
u n n e l i ng効果による電子注出によ
って行われる。
第4A図及至第4C図は、従来の3Nゲート型EE−F
ROMの一例を示す平面図およびそのA−A’およびB
−B’断面図であり、第5図は第4A図に示す3層ゲー
ト型EE−FROMの等価回路図である。
ROMの一例を示す平面図およびそのA−A’およびB
−B’断面図であり、第5図は第4A図に示す3層ゲー
ト型EE−FROMの等価回路図である。
この3層ゲート型EE−FROMはチャネルからのホッ
トエレクトロン注入による書込みと、Fowler
Nordheim Tunneling効果による電
子注出による消去を行うNチャネル3層ゲート型EE−
FROMであって、図は2×2ビット分のメモリセルを
示す。第4A図及至第4C図において、Wl、W2はポ
リシリコンからなるワード線、DI、D2はアルミニウ
ムからなるデイジット線である。メモリトランジスタM
ll、M12のドレイン9はコンタクト12を介してデ
イジット線DIに接続され、M21.M22のドレイン
9はコンタクト12を介してデイジット線D2に接続さ
れている。さらに各メモリトランジスタのソース8はコ
ンタクト13を介してアルミニウムからなるVSS線に
接続されている。
トエレクトロン注入による書込みと、Fowler
Nordheim Tunneling効果による電
子注出による消去を行うNチャネル3層ゲート型EE−
FROMであって、図は2×2ビット分のメモリセルを
示す。第4A図及至第4C図において、Wl、W2はポ
リシリコンからなるワード線、DI、D2はアルミニウ
ムからなるデイジット線である。メモリトランジスタM
ll、M12のドレイン9はコンタクト12を介してデ
イジット線DIに接続され、M21.M22のドレイン
9はコンタクト12を介してデイジット線D2に接続さ
れている。さらに各メモリトランジスタのソース8はコ
ンタクト13を介してアルミニウムからなるVSS線に
接続されている。
例えば、メモリトランジスタMllにデータを書き込む
場合、ワード線W1に約20Vを印加し、デイジット線
DIに約14Vを印加し、ワード線D2とVSS線と消
去ゲー)EGとP型基板7を接地する。この時、メモリ
トランジスタMllのみがオンし、メモリトランジスタ
Mllのドレイン近傍のピンチオフ領域でキャリアであ
る電子が高電界に加速されて第1のゲート酸化膜10の
障壁を越えるに十分なエネルギーを持ったホットエレク
トロンとなり、浮遊ゲート方向に加速され、浮遊ゲート
FG11に注入されてトラップされる。
場合、ワード線W1に約20Vを印加し、デイジット線
DIに約14Vを印加し、ワード線D2とVSS線と消
去ゲー)EGとP型基板7を接地する。この時、メモリ
トランジスタMllのみがオンし、メモリトランジスタ
Mllのドレイン近傍のピンチオフ領域でキャリアであ
る電子が高電界に加速されて第1のゲート酸化膜10の
障壁を越えるに十分なエネルギーを持ったホットエレク
トロンとなり、浮遊ゲート方向に加速され、浮遊ゲート
FG11に注入されてトラップされる。
また、例えばメモリトランジスタM21を読出す場合は
ワード線W1に約5v、デイジット線D2に約2.5■
印加し、ワード線とデイジット線の交点にあるメモリト
ランジスタM21のオン・オフを判定する。従ってM1
2が書込まれていれば浮遊ゲートに蓄積された電子によ
り浮遊ゲート電位が低下するためコントロールゲートす
なわちワード線FG21からみたしきい値電位が高くな
っており、約5V程度でオフし、逆にデータを書込んで
いないセルのしきい値電位は5V以下に設定しであるた
めオンする。
ワード線W1に約5v、デイジット線D2に約2.5■
印加し、ワード線とデイジット線の交点にあるメモリト
ランジスタM21のオン・オフを判定する。従ってM1
2が書込まれていれば浮遊ゲートに蓄積された電子によ
り浮遊ゲート電位が低下するためコントロールゲートす
なわちワード線FG21からみたしきい値電位が高くな
っており、約5V程度でオフし、逆にデータを書込んで
いないセルのしきい値電位は5V以下に設定しであるた
めオンする。
第6図はNチャネルトランジスタのホットエレクトロン
注入によるゲート電流のゲート電位とドレイン電位への
依存性を示す特性図である。
注入によるゲート電流のゲート電位とドレイン電位への
依存性を示す特性図である。
ホットエレクトロンがゲート電極に注入された後に流れ
るゲート電流Igは、ゲート電位Vg。
るゲート電流Igは、ゲート電位Vg。
ドレイン電位VDに依存する。このゲート電流Igはゲ
ート電位Vgがドレイン電位VDにほぼ同じになったと
き最大となり、またドレイン電位VDが大きくなる程ゲ
ート電流が大きくなる。この2つのことが特徴となって
いる。
ート電位Vgがドレイン電位VDにほぼ同じになったと
き最大となり、またドレイン電位VDが大きくなる程ゲ
ート電流が大きくなる。この2つのことが特徴となって
いる。
3層ゲート型EE−FROMメモリトランジスタの場合
、第2図のゲート電極に相当するのは浮遊ゲートの電位
であるが、令書込もうとするメモリトランジスタMll
の浮遊ゲー)FGIIの電位は、容量カップリングから
ほぼ14Vとなり、大きなホットエレクトロン注入ゲー
ト電流を得て注入されトラップされる。この時、デイジ
ット線D1に接続されているメモリトランジスタM21
はワード線W2が接地されているために浮遊ゲー)FG
21の電位がほぼ接地電位となっており、ホットエレク
トロン注入は生じない。また同じワード線W1にあるメ
モリトランジスタM12はデイジット線D2の電位が接
地されているためホットエレクトロン注入は生じない。
、第2図のゲート電極に相当するのは浮遊ゲートの電位
であるが、令書込もうとするメモリトランジスタMll
の浮遊ゲー)FGIIの電位は、容量カップリングから
ほぼ14Vとなり、大きなホットエレクトロン注入ゲー
ト電流を得て注入されトラップされる。この時、デイジ
ット線D1に接続されているメモリトランジスタM21
はワード線W2が接地されているために浮遊ゲー)FG
21の電位がほぼ接地電位となっており、ホットエレク
トロン注入は生じない。また同じワード線W1にあるメ
モリトランジスタM12はデイジット線D2の電位が接
地されているためホットエレクトロン注入は生じない。
さらにメモリトランジスタM22はデイジット線D2.
ワード線W2ともに接地電位であるためホットエレ
クトロン注入は全く生じない。この様に第6図のゲート
電位、ドレイン電位依存性の特徴を利用することにより
、非選択メモリトランジスタへの誤書込みは防止される
。
ワード線W2ともに接地電位であるためホットエレ
クトロン注入は全く生じない。この様に第6図のゲート
電位、ドレイン電位依存性の特徴を利用することにより
、非選択メモリトランジスタへの誤書込みは防止される
。
消去は全メモリセルに関して同時に行われる。
消去ゲー)EGを約40Vに印加し、全てのワード線を
接地することにより、浮遊ゲートFGと消去ゲート酸化
膜の酸化膜でFowler Nordheim T
unneling効果による浮遊ゲートからの電子注出
が生じ、全メモリセルの同時消去が行われる。消去の際
、過剰な電子注出が行われた場合、そのメモリトランジ
スタはデイプレッション型となりデイジット線を接地し
た場合でもメモリトランジスタはオンし誤動作となる。
接地することにより、浮遊ゲートFGと消去ゲート酸化
膜の酸化膜でFowler Nordheim T
unneling効果による浮遊ゲートからの電子注出
が生じ、全メモリセルの同時消去が行われる。消去の際
、過剰な電子注出が行われた場合、そのメモリトランジ
スタはデイプレッション型となりデイジット線を接地し
た場合でもメモリトランジスタはオンし誤動作となる。
このため、誤動作防止のためのセレクトゲートをソース
と浮遊ゲート間に設ける構成となっていた。
と浮遊ゲート間に設ける構成となっていた。
[発明が解決しようとする問題点コ
上述した従来の3層ゲート型EE−FROMでは、消去
の際に過剰な電子注出が行われた場合、そのメモリトラ
ンジスタはデイプレッション動作することになるため、
浮遊ゲートとソース間にセレクトゲート部を設け、デイ
プレッション動作した場合でもそのメモリトランジスタ
をオフさせる必要がある。従ってセレクトゲート部を設
ける領域が必要となる。また、3Nゲート構造のため消
去ゲート設置領域が必要であり、なおかつ消去ゲートを
浮遊ゲートとオーバーラツプさせなくてはならない。さ
らに、メモリセルアレイはデイジット線にメモリトラン
ジスタが並列に接続されていることが最大の特徴となっ
ているため、第4A図のセルアレイでも、デイジット線
とメモリトランジスタのドレインとのコンタクト12が
メモリトランジスタ2個に対して必ず1つ必要であり、
ソースの拡散層配線も同様にメモリトランジスタ2個に
対して必ず1つ必要となる。
の際に過剰な電子注出が行われた場合、そのメモリトラ
ンジスタはデイプレッション動作することになるため、
浮遊ゲートとソース間にセレクトゲート部を設け、デイ
プレッション動作した場合でもそのメモリトランジスタ
をオフさせる必要がある。従ってセレクトゲート部を設
ける領域が必要となる。また、3Nゲート構造のため消
去ゲート設置領域が必要であり、なおかつ消去ゲートを
浮遊ゲートとオーバーラツプさせなくてはならない。さ
らに、メモリセルアレイはデイジット線にメモリトラン
ジスタが並列に接続されていることが最大の特徴となっ
ているため、第4A図のセルアレイでも、デイジット線
とメモリトランジスタのドレインとのコンタクト12が
メモリトランジスタ2個に対して必ず1つ必要であり、
ソースの拡散層配線も同様にメモリトランジスタ2個に
対して必ず1つ必要となる。
従って、3層ゲート型EE−FROMによるメモリセル
アレイは大きな領域を必要とし、高集積密度が阻害され
ているという欠点がある。
アレイは大きな領域を必要とし、高集積密度が阻害され
ているという欠点がある。
[問題点を解決するための手段]
本発明の要旨はキャリアの注入される浮遊ゲートと該浮
遊ゲートの上方に配置された制御ゲートと浮遊ゲートか
らキャリアを注出させる消去ゲートとを有する電界効果
トランジスタで構成されるメモリセルを複数備えた不揮
発性半導体メモリ装置において、2個以上の上記メモリ
セルを直列に接続してメモリセル群を構成し、該メモリ
セル群を構成する複数の隣接する電界効果トランジスタ
の消去ゲートを該電界効果トランジスタ間に共通させて
配置し、浮遊ゲートに絶縁膜を介して対向させたことで
ある。
遊ゲートの上方に配置された制御ゲートと浮遊ゲートか
らキャリアを注出させる消去ゲートとを有する電界効果
トランジスタで構成されるメモリセルを複数備えた不揮
発性半導体メモリ装置において、2個以上の上記メモリ
セルを直列に接続してメモリセル群を構成し、該メモリ
セル群を構成する複数の隣接する電界効果トランジスタ
の消去ゲートを該電界効果トランジスタ間に共通させて
配置し、浮遊ゲートに絶縁膜を介して対向させたことで
ある。
[発明の従来技術に対する相違点コ
上述した従来の3層ゲート型EE−FROMに対し、本
発明は消去ゲシトをワード線間に配置することで拡散層
上において消去ゲートを浮遊ゲートの側壁と対向させ、
電界効果トランジスタで構成するメモリトランジスタを
少なくとも2個直列に接続してメモリトランジスタ群を
構成し、セレクトゲート部を不要とするという相違点を
有する。
発明は消去ゲシトをワード線間に配置することで拡散層
上において消去ゲートを浮遊ゲートの側壁と対向させ、
電界効果トランジスタで構成するメモリトランジスタを
少なくとも2個直列に接続してメモリトランジスタ群を
構成し、セレクトゲート部を不要とするという相違点を
有する。
[実施例コ
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1A図及至第1B図は本発明の第1実施例を示す平面
図及びそのA−A’断面図であり、第2図はその等価回
路図である。
図及びそのA−A’断面図であり、第2図はその等価回
路図である。
不揮発性半導体メモリはPチャネルMIS電界効果トラ
ンジスタM、Rmn(又=1,2、m=1゜2、 3.
4、n=1,2)を直列に接続してメモリトランジス
タ群を構成し、各ワード線Wの間に消去用ゲートEGを
配置したことが特徴である。
ンジスタM、Rmn(又=1,2、m=1゜2、 3.
4、n=1,2)を直列に接続してメモリトランジス
タ群を構成し、各ワード線Wの間に消去用ゲートEGを
配置したことが特徴である。
更に詳しく説明すると、PチャネルMIS電界効果トラ
ンジスタM又mnは浮遊ゲー)FG又mnを有し、複数
個が直列接続され、各々の浮遊ゲ−)FGλmnの間に
消去用ゲートEGを配置し、デイジット線とvSS線と
の間のセレクトトランジスタS又nを介して接続される
。換言すれば、トランジスタM又りn、M又2n、M又
3n、M9、4 nはその一端側のトランジスタM、J
lnがセレクトトランジスタS又nを介してデイジット
線Dnに接続し、他端側のトランジスタM 9.4 n
がVSS線に接続する。そして、ワード線W又nはトラ
ンジスタM又ml、Mλm2のゲートに接続する。ワー
ド線W又m間に消去ゲー)EGをそれぞれ配置する。直
列に接続されたトランジスタM又りn、M文2n、M又
3n、M又4nは1つのメモリトランジスタ群を構成す
る。
ンジスタM又mnは浮遊ゲー)FG又mnを有し、複数
個が直列接続され、各々の浮遊ゲ−)FGλmnの間に
消去用ゲートEGを配置し、デイジット線とvSS線と
の間のセレクトトランジスタS又nを介して接続される
。換言すれば、トランジスタM又りn、M又2n、M又
3n、M9、4 nはその一端側のトランジスタM、J
lnがセレクトトランジスタS又nを介してデイジット
線Dnに接続し、他端側のトランジスタM 9.4 n
がVSS線に接続する。そして、ワード線W又nはトラ
ンジスタM又ml、Mλm2のゲートに接続する。ワー
ド線W又m間に消去ゲー)EGをそれぞれ配置する。直
列に接続されたトランジスタM又りn、M文2n、M又
3n、M又4nは1つのメモリトランジスタ群を構成す
る。
ワード線W1mとW2m(具体的にはWllとW2LW
12とW22、W13とW23.W14とW24)はそ
れぞれ同じデコーダ出力が入力される。セレクト線SR
はセレクトトランジスタ群M又1 n、 M、5(2n
、 M又3n、M又4nとデイジット線Dnとの接続あ
るいは切り離しを行う。
12とW22、W13とW23.W14とW24)はそ
れぞれ同じデコーダ出力が入力される。セレクト線SR
はセレクトトランジスタ群M又1 n、 M、5(2n
、 M又3n、M又4nとデイジット線Dnとの接続あ
るいは切り離しを行う。
これらのトランジスタM又mnはPチャネルであるから
この実施例の半導体メモリは第1A図及至第1B図に示
すようにN型半導体基板1にソース及びドレイン領域で
あるP型拡散P!2を設け、第1ゲート酸化膜4を介し
てワード線(制御ゲートを兼ねる)Wλmを設け、各ワ
ード線W又mの間に消去ゲー)EGを設けることにより
形成される。更に最下段のトランジスタM又4mはコン
タクト6を介してVSS線に接続し、セレクトトランジ
スタSRnのドレイン2はコンタクト5を介してデイジ
ット線Dnに接続する。従ってFlash−EEPRO
M特有の消去ゲートEGをワード線Wλmとワード線W
又mの間に設置するため、メモリセルアレイの面積の増
加はなく、高集積密度化が実現する。またメモリトラン
ジスタをm個直列接続する場合、デイジット線Dnとの
コンタクトはメモリトランジスタ2×m個に1つとなり
■SS拡散層配線も同様にメモリトランジスタ2×m個
に1つとなり、セレクトトランジスタが直列接続された
メモリトランジスタ群に1つずつ加わるものの、その数
はメモリトランジスタm個に1つてあり、直列接続する
メモリトランジスタの数mが増えるほどデイジット線と
のコンタクト。
この実施例の半導体メモリは第1A図及至第1B図に示
すようにN型半導体基板1にソース及びドレイン領域で
あるP型拡散P!2を設け、第1ゲート酸化膜4を介し
てワード線(制御ゲートを兼ねる)Wλmを設け、各ワ
ード線W又mの間に消去ゲー)EGを設けることにより
形成される。更に最下段のトランジスタM又4mはコン
タクト6を介してVSS線に接続し、セレクトトランジ
スタSRnのドレイン2はコンタクト5を介してデイジ
ット線Dnに接続する。従ってFlash−EEPRO
M特有の消去ゲートEGをワード線Wλmとワード線W
又mの間に設置するため、メモリセルアレイの面積の増
加はなく、高集積密度化が実現する。またメモリトラン
ジスタをm個直列接続する場合、デイジット線Dnとの
コンタクトはメモリトランジスタ2×m個に1つとなり
■SS拡散層配線も同様にメモリトランジスタ2×m個
に1つとなり、セレクトトランジスタが直列接続された
メモリトランジスタ群に1つずつ加わるものの、その数
はメモリトランジスタm個に1つてあり、直列接続する
メモリトランジスタの数mが増えるほどデイジット線と
のコンタクト。
■SS拡散層配線及びセレク))ランジスタのメモリセ
ルアレイに占める割合は小さくなり、高集積密度化が実
現する。またセレクトトランジスタは1つに限らず、複
数個用いても同様である。このようにして消去ゲート接
地によるメモリセルアレイ面積の増加を避けることがで
き、さらにコンタクト数とVSS拡散層配線、すなわち
ソース拡散層配線を減らすことができるので高集積密度
化が実現できる。更にコンタクトを減らすことは信頼性
の向上にもなり高信頼性が実現される。
ルアレイに占める割合は小さくなり、高集積密度化が実
現する。またセレクトトランジスタは1つに限らず、複
数個用いても同様である。このようにして消去ゲート接
地によるメモリセルアレイ面積の増加を避けることがで
き、さらにコンタクト数とVSS拡散層配線、すなわち
ソース拡散層配線を減らすことができるので高集積密度
化が実現できる。更にコンタクトを減らすことは信頼性
の向上にもなり高信頼性が実現される。
次にこの実施例の動作について説明する。このメモリに
おいては、書込み動作はPチャネルトランジスタのホッ
トエレクトロン注入によるゲート電流を利用しているの
で、書込み動作を説明する前にその原理であるPチャネ
ルトランジスタにおけるホットエレクトロン注入による
ゲート電流について説明する。
おいては、書込み動作はPチャネルトランジスタのホッ
トエレクトロン注入によるゲート電流を利用しているの
で、書込み動作を説明する前にその原理であるPチャネ
ルトランジスタにおけるホットエレクトロン注入による
ゲート電流について説明する。
Pチャネルトランジスタのキャリアである正孔はNチャ
ネルトランジスタの電子と同様にドレイン近傍のピンチ
オフ領域で高電界に加速され高エネルギーを得る。しか
しながら、ゲート酸化膜の障壁の高さは正孔に対して約
4.3eVであり、電子の約3.IeVに対して高く、
ホットな正孔注入によるゲート電流は生じにくい。しか
し正孔が高エネルギーを得ることによりインパクトイオ
ン化が激しくなり、多数の正孔−電子対が発生する。
ネルトランジスタの電子と同様にドレイン近傍のピンチ
オフ領域で高電界に加速され高エネルギーを得る。しか
しながら、ゲート酸化膜の障壁の高さは正孔に対して約
4.3eVであり、電子の約3.IeVに対して高く、
ホットな正孔注入によるゲート電流は生じにくい。しか
し正孔が高エネルギーを得ることによりインパクトイオ
ン化が激しくなり、多数の正孔−電子対が発生する。
生成される電子の数は、インパクトイオン化が激しいほ
ど多いから、ピンチオフ領域のドレイン近傍での電界が
大きいほど、またキャリアの数が大きいほど激しく、両
者のかねあいからゲート電圧IVGIがしきい値電圧よ
り1〜2■高い電圧の時、生成される電子の数は最大と
なる。ピンチオフ領域の電界が大きいほどキャリアであ
る正孔が高エネルギーとなり、生成される電子がホット
となる可能性も高く、さらに生成された電子が電界に加
速されホットとなる可能性が高い。従って、ホットな電
子の数は生成される電子数が多い条件はど多くなる。
ど多いから、ピンチオフ領域のドレイン近傍での電界が
大きいほど、またキャリアの数が大きいほど激しく、両
者のかねあいからゲート電圧IVGIがしきい値電圧よ
り1〜2■高い電圧の時、生成される電子の数は最大と
なる。ピンチオフ領域の電界が大きいほどキャリアであ
る正孔が高エネルギーとなり、生成される電子がホット
となる可能性も高く、さらに生成された電子が電界に加
速されホットとなる可能性が高い。従って、ホットな電
子の数は生成される電子数が多い条件はど多くなる。
この様にして生成されたホットエレクトロンに対するゲ
ート酸化膜の障壁高さは約3.1eVでホットな正孔よ
り注入が生じやすい。また、注入はホットエレクトロン
がゲート方向の電界に引き寄せられてなされるから、ゲ
ート方向電位の方が低いI VG I > l VD
+ではゲート電流はない。
ート酸化膜の障壁高さは約3.1eVでホットな正孔よ
り注入が生じやすい。また、注入はホットエレクトロン
がゲート方向の電界に引き寄せられてなされるから、ゲ
ート方向電位の方が低いI VG I > l VD
+ではゲート電流はない。
第3図はPチャネルトランジスタのホットエレクトロン
注入によるゲート電流のゲート電位及びドレイン電位へ
の依存性を示す特性図である。
注入によるゲート電流のゲート電位及びドレイン電位へ
の依存性を示す特性図である。
ゲート電流は、ゲート電圧IVGIが小さい所ニヒーク
ヲ持チチ、IVGI>IVD+ではゲート電流は流れな
いこと、I VD +が大きいほどゲート電流が大きく
なることの2点に特徴がある。
ヲ持チチ、IVGI>IVD+ではゲート電流は流れな
いこと、I VD +が大きいほどゲート電流が大きく
なることの2点に特徴がある。
次に、この実施例の書込み動作を説明する。今、例えば
メモリトランジスタM121を書込むとする。説明の便
宜上N型基板電位を接地電位とする。
メモリトランジスタM121を書込むとする。説明の便
宜上N型基板電位を接地電位とする。
メモリトランジスタM121の接続されているデイジッ
ト線D1に約−16■、セレクト線Slに約−20Vを
印加し、ワード線Wl 2 (=W22)以外のワード
線に約−20Vを印加し、W12(=W22)を接地あ
るいは0〜約−3Vを印加し、VSS線は接地する。こ
れらのバイアスによりメモリトランジスタM121と直
列に接続されているトランジスタ群(Ml 11.M1
2]、M131、M141)ではセレクトトランジスタ
S11゜メモリトランジスタM111がオンしてM12
1のドレインには十分絶対値の大きい電圧が印加され、
さらにM131.M141がオンするからM121のソ
ース電位の絶対値は十分小さく、W12の電位は接地レ
ベルであるから、M121の浮遊ゲー)FG121の電
位の絶対値は十分小さく、第3図に示すように十分大き
なホットエレクトロン注入ゲート電流1gが得られ、ト
ランジスタM121の浮遊ゲートに電子が注入される。
ト線D1に約−16■、セレクト線Slに約−20Vを
印加し、ワード線Wl 2 (=W22)以外のワード
線に約−20Vを印加し、W12(=W22)を接地あ
るいは0〜約−3Vを印加し、VSS線は接地する。こ
れらのバイアスによりメモリトランジスタM121と直
列に接続されているトランジスタ群(Ml 11.M1
2]、M131、M141)ではセレクトトランジスタ
S11゜メモリトランジスタM111がオンしてM12
1のドレインには十分絶対値の大きい電圧が印加され、
さらにM131.M141がオンするからM121のソ
ース電位の絶対値は十分小さく、W12の電位は接地レ
ベルであるから、M121の浮遊ゲー)FG121の電
位の絶対値は十分小さく、第3図に示すように十分大き
なホットエレクトロン注入ゲート電流1gが得られ、ト
ランジスタM121の浮遊ゲートに電子が注入される。
この時、ワード線W12を接地電位にしてもトランジス
タM121のドレインにかかる電圧がドレインでアバラ
ンシェブレークダウンが生じる電圧以上であれば初期的
にアバランシェブレークダウンによるホットエレクトロ
ンが注入され、浮遊ゲート電位が低下し、M121がオ
ンしてキャリアである正孔に起因したインパクト化によ
るホットな電子が注入される。電子が浮遊ゲー)FG1
21に注入されることにより、トランジスタM121の
しきい値は正シフトして正値となり、トランジスタM1
21はデイプレッション動作する様になる。この書込み
動作時、トランジスタM121と直列接続されているト
ランジスタMl 11. M131゜M141では、M
121の書込みが進んでデイプレッション動作してオン
抵抗が小さくなり、各メモリトランジスタのSD間電位
が抵抗分割されるようになってもSD間電位は3〜4V
であり、しかもデイジット線DIの電位は一20Vであ
るから、浮遊ゲートFGI l 1.FG131.FG
I41の電位は容量カップリングから約−14Vて、そ
の絶対値はSD間電電位差りも十分大きく、第3図から
明らかなようにホットエレクトロン注入電流はない。従
って、誤書込みは生じない。また同じデイジット線DI
に接続されている直列接続されたメモリトランジスタ群
M211.M221゜M231.M241はセレクトト
ランジスタS21がオフしているため誤書込みは生じな
い。また他デイジット線D2に接続されているメモリト
ランジスタ群ではデイジット線D2の電位が接地電位で
あるため書込みは生じない。
タM121のドレインにかかる電圧がドレインでアバラ
ンシェブレークダウンが生じる電圧以上であれば初期的
にアバランシェブレークダウンによるホットエレクトロ
ンが注入され、浮遊ゲート電位が低下し、M121がオ
ンしてキャリアである正孔に起因したインパクト化によ
るホットな電子が注入される。電子が浮遊ゲー)FG1
21に注入されることにより、トランジスタM121の
しきい値は正シフトして正値となり、トランジスタM1
21はデイプレッション動作する様になる。この書込み
動作時、トランジスタM121と直列接続されているト
ランジスタMl 11. M131゜M141では、M
121の書込みが進んでデイプレッション動作してオン
抵抗が小さくなり、各メモリトランジスタのSD間電位
が抵抗分割されるようになってもSD間電位は3〜4V
であり、しかもデイジット線DIの電位は一20Vであ
るから、浮遊ゲートFGI l 1.FG131.FG
I41の電位は容量カップリングから約−14Vて、そ
の絶対値はSD間電電位差りも十分大きく、第3図から
明らかなようにホットエレクトロン注入電流はない。従
って、誤書込みは生じない。また同じデイジット線DI
に接続されている直列接続されたメモリトランジスタ群
M211.M221゜M231.M241はセレクトト
ランジスタS21がオフしているため誤書込みは生じな
い。また他デイジット線D2に接続されているメモリト
ランジスタ群ではデイジット線D2の電位が接地電位で
あるため書込みは生じない。
次に読出し動作について説明する。読出し動作は、例え
ばメモリド、ランジスタM121を読出す場合、デイジ
ット線D1に約−3V、 セレクト線S1に約−5V
を印加し、他デイジット線D2゜セレクト線S2は接地
し、ワード線W12(=W22)以外のワード線に約−
5vを印加し、ワード線Wl 2 (=W22)を接地
する。メモリトランジスタM121が書込んであればオ
ンし、書込んでなければオフしデータを識別する。
ばメモリド、ランジスタM121を読出す場合、デイジ
ット線D1に約−3V、 セレクト線S1に約−5V
を印加し、他デイジット線D2゜セレクト線S2は接地
し、ワード線W12(=W22)以外のワード線に約−
5vを印加し、ワード線Wl 2 (=W22)を接地
する。メモリトランジスタM121が書込んであればオ
ンし、書込んでなければオフしデータを識別する。
次に消去動作について説明する。
消去は全メモリセルに関して同時に行われ、消去ゲー)
EGに約−40Vを印加し、すべてワード線を接地する
ことにより、浮遊ゲートFGと消去ゲー)EGO間の酸
化膜でFowler N。
EGに約−40Vを印加し、すべてワード線を接地する
ことにより、浮遊ゲートFGと消去ゲー)EGO間の酸
化膜でFowler N。
rdheim Tunneling効果による電子注
出が生じ、全メモリセルが同時消去される。
出が生じ、全メモリセルが同時消去される。
消去に際し、過剰な電子注出が行われた場合にはしきい
値電位の絶対値が大きくなるため、そのメモリトランジ
スタはオンしなくなるが、PチャネルMIS電界効果ト
ランジスタでメモリ素子を構成しているため、消去時間
に対するしきい値電位の変化が小さく、従ってしきい値
電位の制御すなわち電子注出の制御が容易に行うことが
できるので、誤動作防止のためのセレクトゲート部を必
要としない。
値電位の絶対値が大きくなるため、そのメモリトランジ
スタはオンしなくなるが、PチャネルMIS電界効果ト
ランジスタでメモリ素子を構成しているため、消去時間
に対するしきい値電位の変化が小さく、従ってしきい値
電位の制御すなわち電子注出の制御が容易に行うことが
できるので、誤動作防止のためのセレクトゲート部を必
要としない。
[発明の効果コ
以上説明したように本発明は、PチャネルMIS711
界効果トランジスタの直列接続によりコンタクト数を減
らし、消去ゲートをワード線の間に配置することにより
浮遊ゲートの側壁と対向させ、メモリセルアレイ高集積
密度化が可能になり、また高信頼性を得ることができる
ため、高集積密度。
界効果トランジスタの直列接続によりコンタクト数を減
らし、消去ゲートをワード線の間に配置することにより
浮遊ゲートの側壁と対向させ、メモリセルアレイ高集積
密度化が可能になり、また高信頼性を得ることができる
ため、高集積密度。
高信頼度の不揮発性半導体メモリを得ることができる。
集積度に間しては、例えば2μmルールで設計した場合
、従来の3Nゲ一ト層EE−FROMでメモリセル面積
64μm2であったのが、本発明では例えばメモリセル
8個を直列接続することにより、31.5μm2となり
、メモリセル面積を49%まで減らすことができる効果
がある。
、従来の3Nゲ一ト層EE−FROMでメモリセル面積
64μm2であったのが、本発明では例えばメモリセル
8個を直列接続することにより、31.5μm2となり
、メモリセル面積を49%まで減らすことができる効果
がある。
第1A図は本発明の3層ゲート型EE−PROMの一実
施例を示す平面図、第1B図は第1A図のA−A’線断
面図、第2図は第1A図に示す3層ゲート型EE−FR
OMの等価回路図、第3図はPチャネルトランジスタの
ホットエレクトロン注入によるゲート電流のゲート電位
とドレイン電位への依存性を示す特性図、第4A図は従
来のFl ash−EEPROMの一例を示す平面図、
第4B図は第4A図のA−A’線断面図、第4C図は第
4A図のB−B’線断面図、第5図は第4A図に示すF
lash−EEPROMの等価回路図、第6図はNチャ
ネルトランジスタのホットエレクトロン注入によるゲー
ト電流のゲート電位とドレイン電位への依存性を示す特
性図である。 1 ・ ・ 2 ・ ・ 4・ ・ 5.6 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ 10 ・ ・N型基板、 ・P型拡散層、 ・第1ゲート酸化膜、 ・第2ゲート酸化膜、 ・コンタクト、 ・P型半導体基板、 ・ソース、 ・ドレイン、 ・第1ゲート酸化膜、 11・・・・・・・・・第2ゲート酸化膜、12.13
・・・・・・コンタクト、 DI、D2・・・・・・デイジット線、FGmn (
m==1. 2、 n=1.2)・ ・ ・ ・ ・・
・・・・・・・・・・・・・・・浮遊ゲート、Mmn
(m= 1. 2 、 n=1. 2)−
−−−−−・・・・・・・・・・・・・メモリトランジ
スタ、W又m(n=1,2、m=1,2,3.4)−−
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ワード線、EG
争 ・消去ゲート。
施例を示す平面図、第1B図は第1A図のA−A’線断
面図、第2図は第1A図に示す3層ゲート型EE−FR
OMの等価回路図、第3図はPチャネルトランジスタの
ホットエレクトロン注入によるゲート電流のゲート電位
とドレイン電位への依存性を示す特性図、第4A図は従
来のFl ash−EEPROMの一例を示す平面図、
第4B図は第4A図のA−A’線断面図、第4C図は第
4A図のB−B’線断面図、第5図は第4A図に示すF
lash−EEPROMの等価回路図、第6図はNチャ
ネルトランジスタのホットエレクトロン注入によるゲー
ト電流のゲート電位とドレイン電位への依存性を示す特
性図である。 1 ・ ・ 2 ・ ・ 4・ ・ 5.6 7 ・ ・ 8 ・ ・ 9 ・ ・ 10 ・ ・N型基板、 ・P型拡散層、 ・第1ゲート酸化膜、 ・第2ゲート酸化膜、 ・コンタクト、 ・P型半導体基板、 ・ソース、 ・ドレイン、 ・第1ゲート酸化膜、 11・・・・・・・・・第2ゲート酸化膜、12.13
・・・・・・コンタクト、 DI、D2・・・・・・デイジット線、FGmn (
m==1. 2、 n=1.2)・ ・ ・ ・ ・・
・・・・・・・・・・・・・・・浮遊ゲート、Mmn
(m= 1. 2 、 n=1. 2)−
−−−−−・・・・・・・・・・・・・メモリトランジ
スタ、W又m(n=1,2、m=1,2,3.4)−−
・・・・・・・・・・・・・・・・・・ワード線、EG
争 ・消去ゲート。
Claims (1)
- キャリアの注入される浮遊ゲートと該浮遊ゲートの上方
に配置された制御ゲートと浮遊ゲートからキャリアを注
出させる消去ゲートとを有する電界効果トランジスタで
構成されるメモリセルを複数備えた不揮発性半導体メモ
リ装置において、2個以上の上記メモリセルを直列に接
続してメモリセル群を構成し、該メモリセル群を構成す
る複数の隣接する電界効果トランジスタの消去ゲートを
該電界効果トランジスタ間に共通させて配置し、浮遊ゲ
ートに絶縁膜を介して対向させたことを特徴とする不揮
発性半導体メモリ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038791A JPH02218158A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 不揮発性半導体メモリ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1038791A JPH02218158A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 不揮発性半導体メモリ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02218158A true JPH02218158A (ja) | 1990-08-30 |
Family
ID=12535128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038791A Pending JPH02218158A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 不揮発性半導体メモリ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02218158A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007012931A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Sharp Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
| US7449746B2 (en) | 1996-02-28 | 2008-11-11 | Sandisk Corporation | EEPROM with split gate source side injection |
| WO2009107241A1 (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | 株式会社 東芝 | マルチドットフラッシュメモリ |
| JP2010199300A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Toshiba Corp | マルチドットフラッシュメモリ及びその製造方法 |
| JP2012094929A (ja) * | 2012-02-17 | 2012-05-17 | Spansion Llc | 半導体メモリ及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1038791A patent/JPH02218158A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7449746B2 (en) | 1996-02-28 | 2008-11-11 | Sandisk Corporation | EEPROM with split gate source side injection |
| JP2007012931A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Sharp Corp | 不揮発性半導体記憶装置 |
| WO2009107241A1 (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-03 | 株式会社 東芝 | マルチドットフラッシュメモリ |
| US8223546B2 (en) | 2008-02-29 | 2012-07-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-dot flash memory |
| JP2010199300A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Toshiba Corp | マルチドットフラッシュメモリ及びその製造方法 |
| US8456908B2 (en) | 2009-02-25 | 2013-06-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-dot flash memory and method of manufacturing the same |
| JP2012094929A (ja) * | 2012-02-17 | 2012-05-17 | Spansion Llc | 半導体メモリ及びその製造方法 |
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