JPH03211874A - 不揮発性半導体記憶装置のメモリセル - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置のメモリセル

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JPH03211874A
JPH03211874A JP2007815A JP781590A JPH03211874A JP H03211874 A JPH03211874 A JP H03211874A JP 2007815 A JP2007815 A JP 2007815A JP 781590 A JP781590 A JP 781590A JP H03211874 A JPH03211874 A JP H03211874A
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JP
Japan
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gate
voltages
low
control gate
voltage
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Pending
Application number
JP2007815A
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English (en)
Inventor
Minoru Aoki
実 青木
Masanobu Yoshida
吉田 正信
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の概要] 不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに関し、低い電圧
でもまた高い電圧でも正常に動作するEFROMセルを
提供することを目的とし、半導体基板にソース、ドレイ
ン領域を形成し、これらのソース、ドレイン領域の間の
半導体基板上に絶縁膜を介してフローティングゲートと
コントロールゲートを設けた不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルにおいて、フローティングゲートと容量結合
する第2のコントロールゲートを設け、該第2のコント
ロールゲートに、半導体記憶装置の電源電圧の高、低に
応じて低、高電圧を加えるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに関す
る。
不揮発性半導体記憶装置の代表的なものとしてEFRO
Mが広く知られている。
EFROMは5V程度の電源で動作するのが一般的であ
るが、電池で動作する小容量機器に取付けるものでは1
.5vなどの低電圧で動作することが望まれる。本発明
はか\る通常電圧(5■)でも低電圧(1,5V)でも
動作できるEFROMメモリセル構造に係るものである
(従来の技術〕 EFROMのメモリセルは第3図に示すようなものであ
る。5IJBはP型シリコン基板、FCは例えば多結晶
シリコンからなるフローティングゲート、CGはこれも
多結晶シリコンなどで構成されるコントロールゲート、
S、Dは基板SUBに例えばヒ素(A s )イオンを
打込んで形成されるN型領域で、ソース領域、ドレイン
領域として機能する。
このメモリセルは、いわばNチャネルMOSトランジス
タのゲートの下にもう1つのゲート(フローティングゲ
ート)がある構造になっている。
紫外線を照射するとフローティングゲートFCから電荷
が逃げ、FCの電荷がOになる。この状態でコントロー
ルゲートCGに適当な電圧を印加するとトランジスタ(
メモリセル)は導通状態になる。コントロールゲートC
GとドレインDに高電圧を印加するとアバランシェブレ
ークダウンが起き、高エネルギを得た電子の一部がフロ
ーティングゲートFCに捕られれる。すると、フローテ
ィングゲートFGに電荷(電子)があるため闇値が上り
、コントロールゲートCCに電圧を印加してもトランジ
スタは導通しない。このフローティングゲー)FCに電
荷あり/なしをデータI10に対応させ、情報記憶(書
込み)、その読出し可能とする。消去は紫外線照射で行
なう。
EPROMはシステムの制御プログラムを格納したり、
大規模なデータを記憶するために利用されることが多い
。このような装置が、ラップトツブ型などで小型化され
電池駆動される場合は、その低電圧でも動作することが
要求される。しかしながら従来のEPROMセルでは、
導通時の閾値vthが1゜5■程度と高(,1,5■の
ような低電圧電源での動作に向いていない。
従来のセル寸法例等を第4図(a)(b)に、その等価
回路を第4図(C)に示す。幅方向ではフローティング
ゲートFCとコントロールゲートCCは重なっており、
これらの幅W、は1μm、ソースドレインの幅W2は2
μm、、S、DからのFCの突出し長W3は4um、C
GとFGの間隔gIおよびFGとSOBの間隔g2はと
もに350人である。
CGとFCとSUBは絶縁層を介して対向しているから
コンデンサになっており、CGとFGの容量CcF、F
GとSUBの容量CFSは、第4図(C)に示すように
直列になっている。フローティングゲートFCの電位を
VFC1FC中の電荷をQ FG、コントロールゲート
CGの電位をVC(iとすると、次式が成立する。
こ\でCct/ (CCF+CFS)がC比と呼ばれる
この値が大きい程、導通時すなわちQFc−0時にVF
C,がVCGに近い値になり、低電圧動作しやすくなる
。従って低電圧用にはC比を大きくしてVFGをVCG
に近付け、等価的にvthを下げるとよく、高電圧用に
はこの逆にC比を小さ(してvthを上げればよい。し
かし高/低電圧両用となると、このC比変更だけでは対
応できない。
上記の寸法ではCcy=IO,IIfF 、 CFs=
2.02fPになる(こ\でf = 10−15)。こ
のメモリセルはVrc=IVで導通ずるトランジスタと
する。導通時はQ、、=Oであり、非導通時はFGに2
5万個の電荷が蓄積されているとする。コントロールゲ
ートCGから見たこのトランジスタの閾値vthは、導
通状態で1.2■、非導通状態で5.18Vとなり、電
源Vccは5■±10%とすると、Vcc=5゜5vの
ときは非導通のはずが導通になり、正常に動作しな(な
ってしまう。
第5図に示すように、他の寸法を同じとして、C比を小
にすべく、S、DからのFCの突出長W。
を2μmと、第4図の場合の半分にすると、CCF=6
.07fFとなり(Crs=2.02fFテ不変)、コ
ントロールゲートCGからみたvthは導通状態で1,
33■、非導通状態で7.93Vとなり、Vcc=5V
±10%では正常動作するが、Vcc=1.5±10%
のような低電圧電源では、Vcc=1.35Vのときは
上記1.33Vと殆んど差がなくなり、導通状態になら
ない恐れがある。
〔発明が解決しようとする課B] このようにEPROMセルではC比を大にすると導通/
非導通状態のvthが下って高電圧動作に支障を生じ、
C比を小にすると導通/非導通状態のvthが」二って
低電圧動作に難がある。
電源に低、高電圧があるなら、EFROMを高電圧用と
低電圧用に分けて、製作し、それぞれに適したものを使
用するのも一方法であるが、これでは2種類のEFRO
Mを作らねばならず、不経済である。
そこで本発明は、低い電圧でもまた高い電圧でも正常に
動作するEPROMセルを提供することを目的とするも
のである。
1課題を解決するための手段] 第1図に示すように本発明では第2のコントロールゲー
トCG zを設ける。第1図(a)は概略平面図で、こ
の図のA−A線断面が第1図(b)、B−B線断面が第
1図(C)である。本例では第2のコントロールゲート
cc、は基板S U Bに形成した拡散層(PM板なら
N型層)であるが、これは第1図(e)に示すように基
板上の配線であってもよい。
このメモリセルの等価回路は第1図(d)に示す如くで
、第1のコントロールゲートCG、がフローティングゲ
ートFCに対して容量CCFIを持ち、第2のコントロ
ールゲートCG、がフローティングゲー)FGに対して
容量CCFZを持つ。
〔作用) コントロールゲートを2つ設け、これらに電圧VCG1
.■CC2を加えると、フローティングゲートFCの電
圧VFGは次式の如くなる。
この第1.第2のコントロールゲートの電圧V CGI
、 V CG2を電源高電圧、低電圧で変えることによ
り、高電圧でも、低電圧でも正常に動作するEPROM
セルが得られる。
例えばCcr+=8.09fF、 Ccpz=2.02
fF、 CFS−2,02fFとし、メモリセルはVp
c=IVで導通ずるトランジスタとすると、導通/非導
通時の第1コントロールゲー)CG、から見た閾値vt
hは、電源Vcc=5Vのとき、Vcaz=OVとする
と、導通状態(QFG=o)で1.49V、非導通状態
(Q、。
=25XlO’電子)で6.42Vとなり、Vccが1
0%範囲で増減しても何ら支障なく、正常に動作する。
またVcc= 1.5 V時は、V ccz= 1.5
 Vとすると、CG1から見たvthは導通状態で1.
2V、非導通状態で5.18 Vとなり、Vccが10
%範囲で増減しても、正常に動作する。
〔実施例] このメモリセルの寸法例を挙げると、第1図(a)のW
L即ちFC,CG、の幅は1μm、Wz即ちソース/ド
レインの幅は2μm、S、DからのFGの突出長W6は
1μm、S、DとCC,の間隔W4は2 J!7 m、
 CG2の幅W、は2am、CGzからのFCの突出長
W7は1μmである。FGの長さはこれらの和で8μm
である。またCG、とFGの間隔g1と、FCとSUB
の間隔g2は、共に350人である。
第2図にこのメモリセルを用いた記憶装置を示す。10
はセルマトリンクスであり、第1図のメモリセルM、、
、M、□、・・・・・・を、ワードMW L 、、 W
L2+・・・・・・とビット線B L 1. B L 
z、・・・・・・の各交点に配列してなる。詳しくは、
メモリセルM、1のドレインDがBL、に接続され、第
1コントロールゲートCG、がワード線WL、に接続さ
れる(WLとCG、は一体)。他のメモリセルM1□、
・・・・・・もこれに準する。各メモリセルの第2コン
トロールゲートCG2は切替線SLに接続され(CG2
とSLは一体)、切替線SLはCMOSインバータ18
の出力端に接続される。12はワード線WL、、WL 
2+・・・・・・の選)Rを行なうXデコーダ、16は
Yデコーダで、ビット線BL、、BL、、・・・・・・
の選択を行なうYデー1−14をオン/オフする。
各メモリセルのソースSはグランドに接続されるが、こ
れは第2図(b)に示すようにグランド線GNDにより
行なわれる。この第2図(b)の斜線部はフローティン
グゲートFCである。
この記憶装置を高電圧電源で動作させるときは信号φを
H(ハイ)レヘルにし、Pチ・ヤネルトランジスタQ1
をオフ、NチャネルトランジスタG2をオンにし、切替
線SL従って第2コントロールゲートCG2をOVにす
る。この記憶装置を低電圧で動作させるときは信号φを
Lにし、トランジスタQ1をオン、G2をオフにして、
切替線S1、を電源電圧Vcc(これは5■または]、
5■、こ\では1.5 V )にする。これで前述のよ
うに高電圧でも低電圧でも正常に動作できる。
このE F ROMの読出しは既知のそれと同様で、X
デコーダ12によりワード線を選択して例えばWL、を
VCCにし、またYデコーダ16によりビット線を選択
して例えばBL、を図示しないセンスアンプへ接続し、
こうして本例ではメモリセルM1を選択し、このメモリ
セルのフローティングゲートに電荷が注入されておれば
オフ、注入されていなければオンになって、ビット線B
L、に電流が流れまたは流れないから、これにより記憶
データを読出ず。既知のlEPROMと異なるのは、電
源Vccが高電圧ならφをH1低電圧ならφをLにする
点である。
切替線SLへ与える電圧はVccと0■の他に、(2)
式のVFGを適当値にする他の電圧(V ccと0■の
間の電圧など)であってもよい。
C発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、高電圧でも低電圧
で動作するEFROMが得られる。高/低電圧作用の第
2のコントロールゲートの配線は各メモリセルに共通で
よいから、配線をそれ程複雑化することはない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図 第2図は本発明の詳細な説明図、 第3図はEFROMの説明図、 第4図および第5図はEFROMセルの寸法等の説明図
である。 第1図でSUBは半導体基板、Sはソース領域、Dはド
レイン領域、FGはフローティングゲート、CG、、C
G2 は第1゜ 第2のコントロールゲート である。 出 願 人 イr 士 通 株 式 %式% 本発明の原11B!図 第1図 本発明の詳細な説明図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板にソース、ドレイン領域を形成し、これ
    らのソース、ドレイン領域の間の半導体基板上に絶縁膜
    を介してフローティングゲート(FG)とコントロール
    ゲート(CG_1)を設けた不揮発性半導体記憶装置の
    メモリセルにおいて、フローティングゲートと容量結合
    する第2のコントロールゲート(CG_2)を設け、 該第2のコントロールゲートに、半導体記憶装置の電源
    電圧の高、低に応じて低、高電圧を加えるようにしたこ
    とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置のメモリセル。
JP2007815A 1990-01-17 1990-01-17 不揮発性半導体記憶装置のメモリセル Pending JPH03211874A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5455791A (en) * 1994-06-01 1995-10-03 Zaleski; Andrzei Method for erasing data in EEPROM devices on SOI substrates and device therefor
JP2000200843A (ja) * 1998-12-04 2000-07-18 Gatefield Corp 書き込み可能埋込ビット線を有する改善された不揮発性再書き込み可能インタ―コネクトセル
US6456533B1 (en) * 2001-02-28 2002-09-24 Advanced Micro Devices, Inc. Higher program VT and faster programming rates based on improved erase methods

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