JPS5999760A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS5999760A
JPS5999760A JP57210725A JP21072582A JPS5999760A JP S5999760 A JPS5999760 A JP S5999760A JP 57210725 A JP57210725 A JP 57210725A JP 21072582 A JP21072582 A JP 21072582A JP S5999760 A JPS5999760 A JP S5999760A
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JP
Japan
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memory element
memory device
floating gate
transistor
insulating film
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JP57210725A
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Ryuichi Matsuo
龍一 松尾
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
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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】 この発明は、メモリ素子の記憶跡態を検出スる差動セン
スアンプ用のレファレンス用トランジスタのソ、フトラ
イトを防止する。半導体記憶装置に門するものである。
第1図は可変しきい値型電界効果不揮発性記憶素子・(
以、購メモリ素、子と呼ぶ)の断面図であや。
図においてP型Si半導体基板(1)内にドレインN、
型不純物拡散層(2〕(以後ドレインと呼ぶ)およびソ
−スN型不純物拡散層(3)(以後ソースと呼ぶ)が離
れて形成されている。このドレイン(2)とソース(3
)の間の表面に近い部分がチャネル領域であり、このチ
ャネル領域上に第1の絶縁膜(4)、フローティングゲ
ート(5)、第2の絶縁膜(6)、コントロールゲート
(7)が順番に積層されている。
第2図はメモリ素子を利用した従来のレファレンス用ト
ランジスタを用いて構成した半導体記憶装置の読み出し
に係わるメモリ素子から出力までのブロック回路図であ
る。第2図において複数個のメモリ素子(8)がマトリ
ックス状に配列されてメモリエリア(9)が構成され、
メモリ素子(8)のコントロールゲート(7)はXデコ
ーダαOで選択されるように接続され、ドレイン(2)
はYデコーダOpで選択されるように接続され、ソース
(1)はGND(イ)に接続されている。Yデコーダα
ηで選択されたときにドレイン(2)は抵抗(至)を介
して電源α荀に接続されると共に差動アンプα6)の一
方の入力に接続されている。
またメモリ素子を利用したレファレンス用トランジスタ
Q6のゲート(7)は電源α◆に接続され、ドレイン(
2)は差動センスアンプ(15+の他方の入力に接続さ
れると共に抵抗αのを介して電源α機に接続され、ソー
ス(3)はGND(2)に接続されている。さらに差動
センスアンプ(16)の出力は出力バッファ0→の入力
に接続され、出力バッファ(嗜の出力は出力端子09)
に接続されている。
次に動作について説明する。まず第1図に示すメモリ素
子(8)において、書き込みは、P型半導体基板(1)
トソース(3)を接地し、ドレイン(2)とコントロー
ルゲート(7)に高電圧を加えてドレイン(2)とソー
ス(3)間のドレイン(2)近傍でアバランシェブレイ
クダウンを生じさせ、ホットエレクトロンを70−ティ
ングゲート(5)に注入することによって行なわれる。
読み出しは、フローティングゲート(5)に電子が注入
されているか否かによってコントロールゲート(7)の
しきい値電圧が異なシ、したがってコントロールゲート
(7)に高低2つのしきい値電圧の中間の電圧を印加し
たときチャネル電流が異なるので、この差を検出するこ
とによって行なえる。
次に第2図においてメモリ情報の読み出し方法について
説明する。まずメモリエリア(9)内のメモリトランジ
スタ(8)の選択はXデコーダ(10でコントロールゲ
ート(7)を選択し、Yデコーダα◇でドレイン(2)
を選択し、1つのメモリ素子(8)のみがコントロール
ゲート(7)とドレイン(2)の両方に電圧が印加され
る。フローティングゲート(5)に電子が無い場合は、
メモリ素子のドレイン(2)、ソース(3)間は導通し
、差動センスアンプQ61に接地レベルすなわち「Lo
w jレベルの電圧が伝わる。フローテイングゲ−) 
(5)に電子が蓄積されている場合は、メモリ素子のド
レイン(2)、ソース(3)間にはほとんど電流が流れ
ず、電源α→から抵抗0を通って[I−1l−1iレベ
ル艇差動センスアンプ(16+に伝わる。一方しファレ
ンス用トランジスタOユは、メモリ素子と同じ構造・機
能を持っているが、メモリ素子として用いるのでなく電
子をフローティングゲート(5)に注入することなくト
ランジスタとして用いる。この場合レファレンス用トラ
ンジスタα→は常に導通状態とナリ、差動センスアンプ
(151の他の入力には常に「Low Jレベルの電圧
が伝わる。したがってレファレンス用トランジスタαQ
からの「Low Jと同程度の信号がメモリエリア(9
)から差動センスアンプ([51に伝われば”1”と判
定し、レファレンスαQからの「LOW」レベルよシ高
い「HighJレベルの信号が伝われば0”と判淀し、
出力バッファQ8]を通って出力端09)に出力される
。ここでレファレンス用トランジスタ0的の構造・機能
が、メモリ素子(8)のそれと同じものが使われている
のは以上説明したように、メモリ素子(8)の消去状態
のID−VG特性と同じ特性を持つトランジスタを容易
に得られるからである。
ところが、上記のようにレファレンス用トランジスタの
ドレインとソース間に常に電圧を加えておく必要がちシ
、レファレンス用トランジスタの構造・機能をメモリ素
子のそれと同じにした場合、長時1’jiの動作でフロ
ーティングゲート構造特有の、ドレイン・ソース間の低
電圧で少しずつフローティングゲートに電子が注入され
て電荷が保持される現象でるるソフトライトが起こるこ
とがめる。
ソフトライト状態になると基準となるレフアレンス用ト
ランジスタのしきい値が変化してしまい、しきい値変化
が大きくなった場合誤った信号を読み出して伝えること
になり、信頼性が悪くなるという欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、フローティングゲートとコントロ
ールゲートとを有する電界効果不揮発性記憶素子と、フ
ローティングゲートを持たない電界効果トランジスタと
、前記記憶素子によって得る可変信号および前記電界効
果トランジスタによって得る信号を2つの入力とする差
動七/スアンプとを備えることによシ、ソフトライトを
防ぎしたがって信頼性を向上させる半導体記憶装置を提
供することを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第8
図は半導体記憶装置の側断面図である。
第8図においてP型S1半導体基板(1)にメモリ素子
゛(8)すなわち電界効果型不揮発性記憶素子からなる
。
メモリ素子群C21)、内部回路のエンハンスメントト
ランジスタ122およびデプレッショントランジスタ(
財)からなるトランジスタ群(財)、レファレンス用ト
ランジスタ(ハ)が形成されている。メモリ素子群@1
)においてドレイン(2〕およびソース(3)が所定間
隔離れて形成され、そのソース・ドレイン聞出すなわち
チャネル領域上には第1の絶縁膜(4)、ポリシリコン
等の電荷の保持および放出が可能な導電体のフローテイ
ングゲー)’ (5)、第2の絶縁膜(6)、ポリ、シ
リコン等の導電体□のコントロールゲート(7)が積層
のブレイクダウン電圧を下げてフローテイングゲー)(
51zの電子注入効率を上げるため、8xxou〜10
 、X 、10 ’、’儂で平均値が6.、 X 10
”cxのボロンが注入されてP型不純物拡散層(261
(以後rと呼ぶ)が    ゛形成されている。トラン
ジスタ群Hにおいては、チャネル領域上に第1の絶縁M
(4)、フローティングゲート(5)と同時に形成さ糺
るゲートシカが積層さ1       。
トド多ンジスタ翰の一合はメモリ□素子(8)のP+1
よシ少ない平均値で4×10”cIrLのボロンが五人
されてP型不純物拡散層(ハ)(品後 と呼ぶ)が形成
され、デプレッショントランジスタ(2)の場合はリン
が注入されてN型不純物拡散層@(以後N++と呼ぶ)
が形成されている。レファレンス用トランジ′スタ0力
においては、チャネル領域上にメモリ素子(8)の第1
の絶縁膜(4)および第2の絶縁膜(6)と同時に形成
されるゲート絶縁膜、コントロールゲート(7)と同時
に形成されるゲート国が積層され、ドレイン(2)とソ
ース(3)間にはメモリ素子(8)のp++ fiおよ
びエンハンスメントトランジスタ(社)のP+□□□の
少なくとも一方の注入量と同じボロンが注入されてP型
不純物拡散層0υが形成されている。
上記のように構成したものにおいて、レファレンス用ト
ランジスターにはフローティングゲート(5)は無いが
メモリ素子(8)で使われている第1の絶縁膜(4)お
よび第2の絶縁膜(6)がゲート絶縁膜として使われて
いる。一般に第1の絶縁膜(4)おより第2の絶縁膜(
6)の膜厚は400〜700穴なので、レファレンス用
トランジスタ彌のゲート絶縁膜の厚みはそれの2倍程に
なり、しき買値電圧は0.1〜0.8 V程上がる。第
4図にしきい値電産とゲート膜厚の関係を示す。第4図
においてしきい値電圧のばらつきは±0.1v程度であ
る。さらにP型不純物拡散層SOには、平均f 6X1
0”c7iL”か、4X10”l”か、両方を合わせた
1θxio”(7)のボロンが注入されているので、第
5図のしき鳩値電圧〜ボロン注大量特性に示すようにレ
ファレンス用トランジスタ(社)のしきい値電圧は広い
範囲に亘って変えられる。通常メモリ素子(8)の消去
状態のしきい値電圧は1.0〜2.QVであシ、レファ
レンス用トラニ/ジスタ(社)のゲート膜厚を厚くする
ことと、チャネル領域を含むP型不純物拡散層0◇のボ
ロン注入量を調節することで、レファレンス用トランジ
スタ(社)のしきい値電圧も1.0〜2.OV K設定
でき、メモリ素子(8]とほぼ同じ工程で作ることがで
きるので、メモリ素子(8)の消去状態の電流・電圧特
性と同、じ特性を容易に持たせることができる。したが
ってこのレファレンス用トランジスタ(21itを第2
図のレファレンス用トランジスタaQと替えて用いるこ
とにょシ、従来と同様に出力端子(iから所望の“1”
または0”の出力を取り出すことができ、且っし7アレ
ンス用トランジスタt2aにはフローティングゲート(
5)が存在しないので、ソフトライトが生じることがな
くしたがって読み出しの信頼性を向上させることができ
る。
なお、上記実施例ではレファレンス用トランジスタ(2
句はメモリ素子(8)の消去時のID−■G特性と同じ
特性したがこれに限るものでなく、特性に差があっても
メモリ素子(8)と同じ出力であればよく、さらにメモ
リ素子(8)と異なる出力であってもよい。
また上記実施例ではレファレンス用トランジスタ(2均
のゲート彌はメモリ素子(8)のコントロールゲ−ト(
7)の材質と同じとしたが、異なる材質であってもよく
、ゲート絶縁膜はメモリ素子(8〕の第1の絶縁膜(4
)および第2の絶縁膜(6)を積層した構造であったが
、例えば第1の絶縁膜(4)のみとした他の構造であっ
てもよく、さらKP型不純物拡散層0])のボロン注入
量はメモリ素子(8)のP++(26)のボロン注入量
および内部回路のエンノ・ンスメントトランジスタ翰の
P+e28)のボロン注入量の少なくとも一方の注入量
としたが、他の注入量でもよく、また他の不純物でもよ
く、同様に所期の目的を達し得る。
以上のように、この発明によればフローティングゲート
とコントロールゲートとを有する電界効果不揮発性記憶
素子と、フローティングゲートを持たない電界効果トラ
ンジスタと、前記記憶素子によって得る可変信号および
前記電界効果トランジスタによって得る信号を2つの入
力とする差動センスアンプとを備えたので、前記電界効
果トランジスタを前記記憶素子のレファレンス用トラン
ジスタとし動作させることができ、且つソフトライトを
防止することができ、したがって信頼性を向上させるこ
とができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は電界効果不揮発性記憶素子を示す側断面図、第
2図は従来の半導体記憶装置の読み出し回路図、第8図
はこの発明の一実施例による半導体記憶装置の側断面図
、第4図はしきい値電圧−ゲート膜厚特性図、第5図は
しきい値電圧−ボロン注入量特性図である。 図において(1)は半導体基板、(5)はフローティン
グゲート、(7)はコントロールゲート、(8)は電界
効果不揮発性記憶素子、θ51は差動センスアンプ、伐
4)ハ電界効果トランジスタである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人 葛野信− 第1図 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板内に形成され、コント白−ルゲートに
    電圧を印加するととによって、フローティ7グゲートが
    消萎・書き込みのどちらかの状態にあるかを読み出し可
    能な可変しきい値型電界効果不揮発性記憶素子、前記半
    導体基板と四二基板内に形成された電界効果トランジス
    タ、前記記憶素子から得る可変信号および前記トランジ
    スタから得る信号を2つの入力とする差動センスアンプ
    を備えた半導体記憶装置。
  2. (2)電界効果トランジスタは記憶素子の消去状態の出
    力と同じ出力を持つ特許請求の範囲第1項に記載の半導
    体記憶装置。     □
  3. (3)電界効果トランジスタのゲート絶縁膜は、記憶□
    素子のフローティングゲート絶縁膜にコントロニールゲ
    ート絶縁膜を積層させた構造である特許請求の範囲第1
    項ま、たは第2項に記載の半導体記憶装置。
  4. (4)電界効果トランジスタのゲートの材質は記憶素子
    (D ニア 7 )ロールゲートの材質勺同じである特
    許請求の範囲第1項ないし第8項のいずれかに記載の半
    導体記憶装置。 (5J電界効果トランジスタのチャネル領域の不純物注
    入量、は記憶素子のチャネル領域の不純物注入量および
    同一半導体基板内の他のMOS)ランジスタノチャネル
    領域の不純物注入量の少なくとも一方の不純物注入量で
    ある特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記
    載の半導体記憶装置。
JP57210725A 1982-11-29 1982-11-29 半導体記憶装置 Pending JPS5999760A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4947221A (en) * 1985-11-29 1990-08-07 General Electric Company Memory cell for a dense EPROM
US5243210A (en) * 1987-02-21 1993-09-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US5642308A (en) * 1989-10-20 1997-06-24 Fujitsu Limited Nonvolatile semiconductor memory apparatus

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