JPH0376163A - 半導体不揮発性メモリ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体不揮発性メモリに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体不揮発性メモリにおいて、半導体基体
中に形成された第１の半導体領域と第２の半導体領域と
の間における半導体基体上にフローティングゲート及び
コントロールゲートが形成され、コントロールゲートは
第１の半導体領域側では半導体基体上に第１の絶縁膜を
介して直接形成され、かつ第２の半導体領域側ではフロ
ーティングゲート上に第２の絶縁膜を介して形成され、
データ書き込み時には第１の半導体領域及び第２の半導
体領域がそれぞれソース領域及びドレイン領域とされ、
データ読み出し時には第１の半導体領域及び第２の半導
体領域がそれぞれドレイン領域及びソース領域とされる
。これによって、高速動作が可能でしかも書き込み特性
が良好な半導体不揮発性メモリを実現することができる
。

〔従来の技術〕

従来、半導体不揮発性メモリの一種としてＥＰＲＯＭ　
（Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌ
ｅ　Ｒｅａｄ　ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）が知られている
。このＥＰＲＯＭにおいては、フローティングゲートに
電荷を蓄積することによりデータの記憶を行い、データ
の消去はフローティングゲートに蓄積された電荷を紫外
線の照射により外部に逃がすことにより行う。

このＥＰＲＯＭにおいてデータの書き込みを行う場合に
は、コントロールゲート及びドレイン領域に電圧ＶＰＰ
を加え、なだれ降伏により発生したホットキャリアまた
はチャネル部に発生したホットキャリアをフローティン
グゲートに注入し、これによってメモリトランジスタの
しきい値電圧■いを変える。

なお、特願昭６２−９３３６６号公報においては、ゲー
ト直下のチャネル領域をはさんで高不純物濃度領域と低
不純物濃度領域とから成る二重構造の不純物領域と高不
純物濃度領域とを形成し、データ書き込み時には二重構
造の不純物領域をソース領域とし、データ読み出し時に
は高不純物濃度領域をソース領域とし、これによって書
き込み特性の向上を図りつつソフトライトを防止した半
導体不揮発性メモリが本出願人により提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のＥＦＲＯＭにおいては、データ読み出し時にもコ
ントロールゲート及びドレイン領域に電圧を加える。こ
のため、データ読み出し時にもドレイン領域近傍で発生
したホットキャリアがフローティングゲートに注入され
やすい。この結果、特にＥＦＲＯＭを長期間使用する場
合に１よ、いわゆるソフトライト（ｓｏｆｔ　ｗｒｉｔ
ｅ）　　（読み出し時に徐々に書き込みが起きる現象）
が発生してメモリトランジスタのしきい値電圧■いの変
動が引き起こされ、誤ったデータが読み出されてしまう
おそれがある。

このような問題を回避するために、データ読み出し時に
は、ドレイン領域には例えば約１Ｖ程度の低い電圧しか
加えることができない。この結果、データ読み出し時に
メモリセルを流れる電流値が小さく、これがＥＦＲＯＭ
の高速化を阻む一つの要因となっていた。

本発明の目的は、高速動作が可能でしかも書き込み特性
が良好な半導体不揮発性メモリを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を遠戚するために、本発明は、半導体不揮発性
メモリにおいて、半導体基体（１）中に形成された第１
の半導体領域（５）と第２の半導体領域（６）との間に
おける半導体基体（１）上にフローティングゲート（Ｆ
Ｇ）及びコントロールゲー）　（ＣＧ）が形成され、コ
ントロールゲー）　（ＣＧ）は第１の半導体領域（５）
側では半導体基体（１）上に第１の絶縁膜（２）を介し
て直接形成され、かつ第２の半導体領域（６）側ではフ
ローティングゲート（ＦＧ）上に第２の絶縁膜（３）を
介して形成され、データ書き込み時には第１の半導体領
域（５）及び第２の半導体領域（６）がそれぞれソース
領域及びドレイン領域とされ、データ読み出し時には第
１の半導体領域（５）及び第２の半導体領域（６）がそ
れぞれドレイン領域及びソース領域とされる。

〔作用〕

フローティングゲート（ＦＣ）及びコントロールゲー）
　（ＣＧ）は第１の半導体領域（５）及び第２の半導体
領域（６）に対して非対称な構造を有する。この場合、
第２の半導体領域（６）とフローティングゲート（ＦＣ
）とは接近しており、第１の半導体領域（５）とフロー
ティングゲート（ＦＧ）とは離れている。そして、デー
タ書き込み時には第１の半導体領域（５）及び第２の半
導体領域（６）がそれぞれソース領域及びドレイン領域
とされることから、フローティングゲート（ＦＧ）と第
２の半導体領域（６）との間の部分の近傍で電界集中が
起こり、このためホットキャリアがフローティングゲー
）　（ＦＣ）に注入されやすい。これによって、良好な
書き込み特性を得ることができる。

一方、データ読み出し時には第１の半導体領域（５）及
び第２の半導体領域（６）がそれぞれドレイン領域及び
ソース領域とされることから、コントロールゲー）　（
ＣＧ）と第１の半導体領域（５）との間の部分の近傍で
電界集中が起こる。

すなわち、電界集中が起こる場所はフローティングゲー
ト（ＦＧ）から離れた場所となる。このため、フローテ
ィングゲー）　（ＦＣ）にはホットキャリアが注入され
に＜＜、従ってソフトライトが起こりにくくなる。この
結果、データ読み出し時にドレイン領域により高い電圧
を加えることができるようになるため、メモリセルを流
れる電流値を大きくすることができる。これによって、
半導体不揮発性メモリの高速動作化を図ることができる
。

以上により、高速動作が可能でしかも書き込み特性が良
好な半導体不揮発性メモリを実現することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、本発明を紫外線消去型のＥＦＲ
ＯＭに適用した実施例である。

第１図は本発明の一実施例によるＥＦＲＯＭを示す。

第１図に示すように、この実施例によるＥＦＲＯＭにお
いては、例えば図示省略したフィールド絶縁膜によりあ
らかじめ素子間分離が行われた例えばｐ型シリコン（Ｓ
ｔ）基板１上に例えばＳｉＯ□膜のようなゲート絶縁膜
２が形成されている。このゲート絶縁膜２上には、フロ
ーティングゲートＦＣが形成されている。このフローテ
ィングゲートＦＧは、例えばリン（Ｐ）のようなｎ型不
純物がドープされたｎ゛型の多結晶Ｓｔ膜により形成す
ることができる。符号３は、例えば５ｉＯｔ膜や、Ｓｉ
ｎ、膜／Ｓｉ、Ｎ、膜／Ｓｉｎｇ膜（ＯＮＯ膜）のよう
な絶縁膜を示す、また、ＣＧはコントロールゲートを示
す。このコントロールゲートＣＧは、フローティングゲ
ートＦＧ上にまたがって形成されている。そして、この
コントロールゲートＣＧは、フローティングゲー）ＦＧ
上では絶縁膜３を介して形成され、ｐ型Ｓｉ基板１上で
はゲート絶縁膜２を介して形成されている。このコント
ロールゲー）ＣＧは、例えばｎ゛型の多結晶Ｓｔ膜や、
このｎ゛型の多結晶Ｓｔ層膜上例えばタングステンシリ
サイド（ＷＳｉｚ　）膜のような高融点金属シリサイド
膜を重ねたポリサイド膜により形成することができる。

一方、ｐ型Ｓｉ基板１中には、コントロールゲー）ＣＧ
に対して自己整合的に例えばｎ゛型の半導体領域５．６
が形成されている。そして、これらのコントロールゲー
トＣＧ、フローティングゲー）ＦＣ及び半導体領域５，
６により、ｎチャネル型のメモリトランジスタが形成さ
れている。

次に、上述のように構成されたこの実施例によるＥＰＲ
ＯＭの動作について説明する。

まず、データ書き込み時には、半導体領域５がソース領
域とされ、半導体領域６がドレイン領域とされる。そし
て、ソース領域とされる半導体領域５及びｐ型Ｓｔ基板
１はともに約Ｏｖとされ、ドレイン領域とされる半導体
領域６には例えば１０Ｖ程度の正電圧ＶＰＰ′が加えら
れ、またコントロールゲー）ＣＧには同じく例えばＩＯ
Ｖ程度の正電圧Ｖ□″が加えられる。この場合には、ソ
ース領域とされる半導体領域５からドレイン領域とされ
る半導体領域６に電子が流れる。そして、この際にフロ
ーティングゲー）ＦＧにホットエレクトロンが注入され
、これによってデータの書き込みが行われる。

次に、データ読み出し時には、半導体領域６がソース領
域とされ、半導体領域５がドレイン領域とされる。そし
て、ソース領域とされる半導体領域６及びＰ型Ｓｉ基板
１はともに約Ｏ■とされ、ドレイン領域とされる半導体
領域５には例えば１゜５ｖ程度の正電圧Ｖ。′が加えら
れ、またコントロールゲー）ＣＧには例えば５ｖ程度の
正電圧ｖ４１′が加えられる。この場合には、ソース領
域とされる半導体領域６からドレイン領域とされる半導
体領域５に電子が流れる。

以上のように、この実施例によれば、コントロールゲー
トＣＧは半導体領域５側ではゲート絶縁膜２を介して直
接形成され、半導体領域６側ではフローティングゲート
ＦＧ上に絶縁膜３を介して形成されており、これらのフ
ローティングゲートＦＣ及びコントロールゲートＣＧは
半導体領域５゜６に対して非対称な構造を有する。そし
て、データ書き込み時には半導体領域５，６はそれぞれ
ソース領域及びドレイン領域とされ、データ書き込み時
には半導体領域５，６はそれぞれドレイン領域及びソー
ス領域とされる。このため、データ書き込み時にはフロ
ーティングゲートＦＧと半導体領域６との重なり部の近
傍で電界集中が起こり、従ってフローティングゲートＦ
Ｃへのホットキャリアの注入が起こりやすい。これによ
って、良好な書き込み特性が得られる。一方、データ読
み出し時にはフローティングゲートＦＧから遠く離れた
場所で電界集中が起こるので、フローティングゲートＦ
Ｇへのホットエレクトロンの注入は起こりにくい。この
ため、ソフトライトが起こりにくくなることから、デー
タ読み出し時にドレイン領域とされる半導体領域５に従
来に比べて高い電圧を加えることができるようになる。

これによって、メモリセルを流れる電流値を大きくする
ことができるので、ＥＦＲＯＭの高速動作化を図ること
ができる。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、データ書き込み時またはデータ読み出し時に半
導体領域５．６やコントロールゲートＣＧなどに加える
電圧は上述の実施例において述べた値に限定されるもの
ではなく、必要に応じて選定することが可能である。

また、上述の実施例においては、本発明をｎチャネル型
のメモリトランジスタを用いたＥＦＲＯＭに適用した場
合について説明したが、本発明は、ｐチャネル型のメモ
リトランジスタを用いたＥＰＲＯＭに適用することも可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、データ書き込み
時には第１の半導体領域及び第２の半導体領域がそれぞ
れソース領域及びドレイン領域とされ、データ読み出し
時には第１の半導体領域及び第２の半導体領域がそれぞ
れドレイン領域及びソース領域とされることから、デー
タ書き込み時にはフローティングゲートと第２の半導体
領域との間の部分の近傍で電界集中が起こり、従ってフ
ローティングゲートにホットキャリアが注入されやすい
。一方、データ読み出し時にはフローティングゲートか
ら離れた場所で電界集中が起こるので、フローティング
ゲートにホットキャリアが注入されにくい、このため、
ソフトライトが起こりにくくなるので、データ読み出し
時にドレイン領域とされる第１の半導体領域により高い
電圧を加えることができるようになり、従ってメモリセ
ルを流れる電流値を大きくすることができる。これによ
って、高速動作が可能でしかも書き込み特性が良好な半
導体不揮発性メモリを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるＥＰＲＯＭを示す断面
図である。 図面における主要な符号の説明 Ｉｍｐ型Ｓｉ基板、　２：ゲート絶縁膜、　３゜４：絶
縁膜、　５．６二半導体領域、　ＦＧ：フローティング
ゲート、　ＣＧ：コントロールケート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基体中に形成された第１の半導体領域と第２の半
   導体領域との間における上記半導体基体上にフローティ
   ングゲート及びコントロールゲートが形成され、 上記コントロールゲートは上記第１の半導体領域側では
   上記半導体基体上に第１の絶縁膜を介して直接形成され
   、かつ上記第２の半導体領域側では上記フローティング
   ゲート上に第２の絶縁膜を介して形成され、 データ書き込み時には上記第１の半導体領域及び上記第
   ２の半導体領域がそれぞれソース領域及びドレイン領域
   とされ、データ読み出し時には上記第１の半導体領域及
   び上記第２の半導体領域がそれぞれドレイン領域及びソ
   ース領域とされることを特徴とする半導体不揮発性メモ
   リ。