JPH0424969A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH0424969A
JPH0424969A JP2124742A JP12474290A JPH0424969A JP H0424969 A JPH0424969 A JP H0424969A JP 2124742 A JP2124742 A JP 2124742A JP 12474290 A JP12474290 A JP 12474290A JP H0424969 A JPH0424969 A JP H0424969A
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JP
Japan
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region
gate
floating gate
conductivity type
control gate
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JP2124742A
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Inventor
Masamitsu Yabaneta
矢羽田 正光
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/68Floating-gate IGFETs
    • H10D30/6891Floating-gate IGFETs characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the floating gate electrode
    • H10D30/6892Floating-gate IGFETs characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the floating gate electrode having at least one additional gate other than the floating gate and the control gate, e.g. program gate, erase gate or select gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/021Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/0411Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of FETs having floating gates
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0408Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors
    • G11C16/0425Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors comprising cells containing a merged floating gate and select transistor

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Dram (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体記憶装置に関し、特に、高速でのデー
タ読み出しに適した電荷蓄積型半導体記憶装置(以下、
EFROMと称する。)に適用して好適な半導体記憶装
置に関する。
(従来の技術) 第3図は、従来の半導体装″it(EFROM)の断面
図である。この第3図に示すように、EFROMは、ソ
ースSとドレインDの間のチャネルC上に、浮遊ゲート
(フローティングゲート)FGとコントロールゲー)C
Gが絶縁膜11゜I2を介して積層されている。そして
、コントロールゲートCGと浮遊ゲートFGの間には容
量成分C2が存在し、浮遊ゲートFGと基盤の間には容
量成分C1が存在している。
このようなEFROMにおいて、格納データの“1”ま
たは“0”の判定は、浮遊ゲートFGの電荷の蓄積の有
無により生じるスレッシュホールド電圧(しきい値電圧
)の差によって行なわれる。
つまり、浮遊ゲートFGに電荷が蓄積されていない場合
を、情報が書き込まれていないとして、“12が格納さ
れているとする。この場合は、しきい値電圧は第1の値
(後述の第2の値よりも小さい値)をとる。一方、ドレ
インDとコントロールゲートCGに高い電圧を印加する
と、ホットエレクトロンが発生し、これが浮遊ゲートF
Gに注入、蓄積される。これにより、しきい値電圧は、
前記第1の値よりも大きい、第2の値となる。つまり、
しきい値電圧が大きくなる。この状態を、情報が書き込
まれているとして、“0”が格納されているとしている
いま、コントロールゲートCGに第4図に示す読み出し
ゲート電圧v6を印加する。この時得られるドレイン電
流I、の有無(大きさ)を、図示しないセンスアンブリ
ファイアで判定すれば、情報の読み出しを行うことがで
きる。例えば、“1” (消去状態)のセルでは、読み
出しゲート電圧Vcはこのときのスレッシュホールド電
圧V  よりも大きく、このためトルイン電流l。
HI が流れる。このときを、“1”が読み出されたとする。
一方、 #0# (書き込み状態) のセルでは、 読み出しゲートVcはスレッシュホールド電圧V  よ
りも小さく、このためドレイン電流lDH2 は流れない。このときを、“0′が読み出されたとする
一般に用いられる簡単なドレイン電流I、の式で表わさ
れる。ここでμは移動度、εoxは絶縁膜の誘電率、L
はチャネル長さ、Wはチャネル幅、T は絶縁膜厚さ、
■ はゲート反転電圧、■。
Ox             t はドレイン電圧、■ はソース電圧、VGはゲート電圧
である。
従来、上記各定数は、セルの書き込み特性、信頼性等か
ら最適値に設定されていた。ゲートはコントロールゲー
トCGと浮遊ゲートFGの2層構造である。このため、
コントロールゲートCGに加えた読み出しゲート電圧■
。は、容量成分C1と容量成分C2とで分圧され、更に
ゲート反転電圧V0は書き込み特性により制限される。
一方、紫外線の照射等を行えば、浮遊ゲートFG中の電
荷に対して、浮遊ゲートFGを囲む絶縁層のエネルギー
障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを与えることがで
きる。その電荷を浮遊ゲートから放電させて、書き込み
状態“0”を消去状態“1”とすることができる。
(発明が解決しようとする課題) 近年、マイクロコンピュータなどのプロセッサの高速化
に伴い、EFROMなどの半導体装置にも高速応答性か
要求されるようになってきている。
EFROMの読み出し速度を決める要素の一つとして、
“1″状態の素子のドレイン電流1oの値の大きさが挙
げられる。“1”状態の読み出し時には、ドレイン電流
IDが流れるのを、図示しないセンスアンブリファイア
で感知する。即チ、センスアンブリファイアは、ドレイ
ン電流IDが流れ始め、その値が徐々に上昇し、ある程
度大きくなってから“1”と判定する。このため、デー
タ読み出し時に“1”状態のセルに流れるドレイン電流
IDが大きいほうが、センスアンブリファイアは速く応
答し、高速動作を行なうことになる。
これに対し、従来の2層ゲート構造のセルにおいては、
読み出しと書き込みを、1つのチャネルで行なっていた
。しかも、そのチャネルは浮遊ゲートFGの下方に位置
するものである。そのため、書込み特性に影響する短チ
ャンネル効果を抑えるためにB濃度を高くすると、逆に
読み出し電流IDが低下するという難点があった。また
、2層であるために、コントロールゲートCGに加えら
れたゲート電圧V。は、容量成分C1と容量成分C2で
分圧される。このため、同じトランジスタサイズの1層
のものに比べて、チャネル形成が遅れるだけでなく、チ
ャンネル形成に直接役立つ電圧が低下する為、電流■、
が少なくなる。
つまり、従来の2層ゲート構造のセルでは、情報の読み
出しと書き込みを浮遊ゲートFG下の同一チャネルで行
なうために、1層ゲートのトランジスタよりもドレイン
電流IDを規制する要素が多く、高速読み出し動作の妨
げになっていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、
記憶された情報、特に“1”データを高速で読み出しす
ることのできる電荷蓄積型の半導体記憶装置を提供する
ことにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明の第1の半導体記憶装置は、第1導電型半導体基
板の表面にチャネル領域を挟んでソース領域及びドレイ
ン領域を形成し、前記チャネル領域の上方に第1絶縁膜
を介してフローティングゲートを形成し、そのフローテ
ィングゲートの上方に第2絶縁膜を介して第1コントロ
ールゲートを形成した記憶素子の複数を有する半導体記
憶装置において、 前記チャネル領域のうちの前記ソース領域側の上方に第
3絶縁膜を介して、前記第1コントロールゲートと電気
的に導通ずる第2コントロールゲートを形成することに
より選択トランジスタを形成し、 前記チャネル領域のうち、前記第2コントロールゲート
の下方部分を第1導電型層とし、前記フローティングゲ
ートの下方部分を第2導電型層としたものとして構成さ
れる。
本発明の第2の半導体記憶装置は、前記第1の装置にお
いて前記第2導電型層の不純物濃度を、前記フローティ
ングゲートに電荷が蓄積されたときに、第1導電型に反
転する濃度に設定したものとして構成される。
本発明の第3の半導体記憶装置は、前記第2の装置にお
いて、前記第1及び第2導電型層の下層を第1導電型層
と同種で高濃度に設定したものとして構成される。
(作 用) 第1導電型(P型)半導体基板においてチャネルのうち
の浮遊ゲートの下方のチャネルでは、その浮遊ゲートに
電荷が蓄積された時に第1導電型(P型)に反転する程
度の濃度に第2導電型(N型)低濃度領域を形成してい
る。一方、チャネルのうちの制御ゲートの下方のチャネ
ルを第1導電型(P型)低濃度領域としている。これに
より、“1′状態の情報の読み出しは1層のゲートで行
なわれる。これにより、情報の読み出しは高速で行なわ
れる。
(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例の断面図である。この第1図
において、半導体基板1は例えばP型シリコンで構成さ
れている。この基板1の表面には、ソース領域2とドレ
イン領域3がチャネルを介してイオン打ち込みにより形
成されている。チャネル上方のドレイン領域3側には、
第1絶縁膜4を介して、例えばポリシリコンのフローテ
ィングゲート(浮遊ゲート)5が形成されている。そし
て、このフローティングゲート5の上方には、第2絶縁
膜6を介して、例えばポリシリコンの第1コントロール
ゲート(制御ゲート)7が形成される。
このコントロールゲート7は、チャネルの上方のソース
領域2側の第3絶縁膜8の上方に一体的に形成された第
2コントロールゲート7aを有スる。
この第2コントロールゲート7aは、選択トランジスタ
を構成するものである。
更に、チャネルの下方の半導体基板1の深い領域には、
150A程度の酸化膜を介して例えば加速電圧80ke
vでドーズ量I X 1013cm−2程度のボロン(
B)のイオン打ち込みにより、P壁高濃度領域9を形成
している。第1絶縁膜4の下方のチャネル表面には、1
50A程度の酸化膜を介して例えば加速電圧80kev
でドーズ量1×1012、−2程度の砒素(As)のイ
オン打ち込みにより、N型低濃度領域10が形成されて
いる。
このN型低濃度領域10は、フローティングゲート5に
電荷が蓄積された時に、P型の反転層を形成する程度の
濃度に設定している。更に、第3絶縁膜8の下方のチャ
ネル表面には、150人程度の酸化膜を介して例えば加
速電圧40kevでドーズii2 X 1012cm−
2程度のボoン(B)(7)I’オン打ち込みによりP
型紙濃度領域11を形成している。これにより、第1絶
縁膜4には容量成分C1が、第2絶縁膜6には容量成分
C2が、第3絶縁膜8には容量成分C3がそれぞれ存在
することになる。
以上の構成において、“1”状態(消去状態)にあるセ
ルの読み出し時には、チャネルにおけるフローティング
ゲート5の下方がD型になる。このため、チャネルに流
れるドレイン電流IDの値は、コントロールゲート7の
読み出し部7aによって決まる。即ち、コントロールゲ
ート7の読み出し部7aによって決まる。即ち、コント
ロールゲート7に加えられた読み出しゲート電圧V。6
は、分圧されることなく容量成分C3を介してチャネル
に加えられる。
つまり、第1絶縁膜4側の書き込み領域と、第3絶縁膜
8側の読み出し領域とが別々に形成されることになる。
このため、読み出し領域のP型紙濃度領域11の表面濃
度を、書き込み領域とは無関係に薄くして、ドレイン電
流IDを増大させることが可能となる。また、“O“の
書き込まれているセルでは、フローティングゲート5の
下方のN型低濃度領域10がP型に反転する。このため
、“0”の素子のスレッシュホールドレベルは“ドのセ
ルのそれよりも大きくなる。これにより、“1′又は“
0”の判定読み出しが可能となる。
上記第1図の素子は次のようにして構成される。
即ち、イオンの打ち込みにより、P壁高濃度領域9、P
型紙濃度領域11、N型低濃度領域10を順次形成する
。次に、フローティングゲート5、コントロールゲー)
7,7aを形成し、それらのゲートをマスクとしてドレ
イン、ソース領域3゜2をイオンの打ち込みにより、形
成する。
フローティングゲート5の下方のD型の領域のドレイン
3からの長さを調整すれば、書き込み状態におけるチャ
ネルのピンチオフ点を、ソース2の領域側に近いフロー
ティングゲート5の下方またはその付近に設定すること
ができる。これにより、従来通りの書き込みが可能であ
る。
また、第1絶縁膜4を第3絶縁膜8より薄くするように
設定しても良い。
なお、上記実施例では、エレクトロンのアバランシェ注
入による書き込みの場合を例示したが、第3図に示すよ
うに第1絶縁膜4Aを薄いトンネル酸化膜にして、トン
ネル効果によりフローティングゲート5にエレクトロン
を注入する構成としても良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フローティングゲート中に電子を注入
していないセルの読み出し時にコントロールゲートに加
えられるゲート電圧V6は、そのほとんどが実際に読み
出しに寄与する電圧となり、また読み出し領域と書き込
み領域とを°’l々にしたので、書き込み特性に左右さ
れずに7レツシユホールド電圧を下げることが可能にな
り、このため・高速動作に対応した半導体記憶装置を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の第1実然;例及び第2実施
例の一部を示す断面図、第3図は従来の半導体記憶装置
の一部を示す断面図、第41図は第3図の装置の特性図
である。 1・・・P型半導体基板、2・・・ソース領域、3・・
・ドレイン領域、4・・・第1絶縁膜、5・・・フロー
テイングゲート、6・・・第2絶縁膜、7・・・コント
ロールゲート、8・・・第3絶縁膜、9・・・P型高濃
度領域、10・・・N型低濃度領域、1]・・・P型低
濃度領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1導電型半導体基板の表面にチャネル領域を挟ん
    でソース領域及びドレイン領域を形成し、前記チャネル
    領域の上方に第1絶縁膜を介してフローティングゲート
    を形成し、そのフローティングゲートの上方に第2絶縁
    膜を介して第1コントロールゲートを形成した記憶素子
    の複数を有する半導体記憶装置において、 前記チャネル領域のうちの前記ソース領域側の上方に第
    3絶縁膜を介して、前記第1コントロールゲートと電気
    的に導通する第2コントロールゲートを形成することに
    より選択トランジスタを形成し、 前記チャネル領域のうち、前記第2コントロールゲート
    の下方部分を第1導電型層とし、前記フローティングゲ
    ートの下方部分を第2導電型層とした、 ことを特徴とする半導体記憶装置。 2、前記第2導電型層の不純物濃度を、前記フローティ
    ングゲートに電荷が蓄積されたときに、第1導電型に反
    転する濃度に設定した ことを特徴とする、請求項1記載の半導体記憶装置。 3、前記第1及び第2導電型層の下層を第1導電型層と
    同種で高濃度に設定した ことを特徴とする、請求項2記載の半導体記憶装置。
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