JPS6310586B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6310586B2
JPS6310586B2 JP17956083A JP17956083A JPS6310586B2 JP S6310586 B2 JPS6310586 B2 JP S6310586B2 JP 17956083 A JP17956083 A JP 17956083A JP 17956083 A JP17956083 A JP 17956083A JP S6310586 B2 JPS6310586 B2 JP S6310586B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
potential
well
type
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP17956083A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6072275A (ja
Inventor
Sunao Shibata
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP58179560A priority Critical patent/JPS6072275A/ja
Priority to EP84306502A priority patent/EP0138439B1/en
Priority to DE8484306502T priority patent/DE3483765D1/de
Publication of JPS6072275A publication Critical patent/JPS6072275A/ja
Publication of JPS6310586B2 publication Critical patent/JPS6310586B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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]

Landscapes

  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、電気的書替え可能な不揮発性半導体
記憶装置に関するものである。
[発明の技術的背景とその問題点] 現在EEPROM(Electrically Erasable
Programable Read Only Memory)には、電
気的に絶縁された浮遊ゲート(フローテイング・
ゲート)にトンネル電流により電荷を注入するこ
とによりメモリの内容を書替える方式の不揮発性
メモリセルが広く用いられている。この様な
EEPROMセルに選択的にデータを書き込んだり
あるいは消去したりするには、トンネル電流を誘
起するに十分な高電圧、例えば18V〜25Vを所望
のセルに選択的に供給する必要がある。従つて各
メモリセルはこの様な高電圧に対し、十分な絶縁
耐圧を保持することが要求されこれがセルの微細
化や性能の向上に大きな妨げとなつていた。以
下、この問題を図面を参照しながら詳しく説明す
る。
第1図a〜cは2つのコントロールゲートを持
つ、EEPROMセルの平面図及び断面図である。
このEEPROMセルは、2つのコントロールゲ
ートを持つためDCセル(Dual−Control Gate
Cell)と呼ばれている。フローテイングゲート
FGは各セル毎に設けられ、これと容量結合する
第1コントロールゲートCG1と第2コントロー
ルゲートCG2が図の様に互いに直交する方向に
共通に配置されている。これらのゲートFG,CG
1,CG2は通常不純物をドープした多結晶シリ
コンで形成されており、P型のSi基板1内に形成
されたN+型の拡散層2,3はこのメモリセルの
データを読み出す際にはそれぞれドレイン及びソ
ースとなる。書替え領域には拡散層3と連続的に
形成された拡散層4が設けられている。51〜54
はゲート酸化膜であり、FGは薄い酸化膜54を介
して拡散層4に対向させている。このメモリセル
に選択的にデータを書き込むにはCG1,CG2を
共に高電位、例えば20Vとし、拡散層3を低電
位、即ち0Vとすることにより、薄い酸化膜54
通して電子をFGに注入することにより行つてい
る。CG1,CG2のいずれか一方が0Vのセルで
は書き込みが生じない。これは、FGと拡散層間
にトンネル電流を生ぜしめるに十分な電界が生じ
ないからである。又、セルのデータを選択的に消
去するためには、CG1,CG2をともに、0Vと
し、拡散層3を20Vとすることにより、FG内の
電子を薄い酸化膜5を通して放出することにより
行つている。
一方、基板1は通常0Vに設定されているので、
消去時には拡散層3と基板1の間のN+P接合に
は高電圧20Vが印加されることになる。従つて拡
散層3の接合耐圧を20V以上にする必要がある。
接合耐圧を決めているのは、第1図cのAで示
した部分のサーフエスブレークダウンで、20V以
上とするためにはCG1下のゲート酸化膜52の膜
厚を例えば800Å以上、拡散層3の接合深さ
(Xj)を0.6〜0.7μm以上とする必要がある。然
し、64Kビツト、256Kビツトあるいはそれ以上
の高集積化されたEEPROMを実現するために
は、セルを微細化することが必要であり、その為
にはCG1下のゲート酸化膜52はもつと薄くする
必要があり、又Xjもさらに浅くする必要がある。
この様な要請を満たすべく例えば第2図に示し
た様な構造が採用されている。第2図は第1図c
の断面図に相当する断面を示している。この構造
ではCG1近傍には不純物濃度の低いN-拡散層
6,7が形成されており、このためゲート酸化膜
2を800Å以下にうすくしてもサーフエス・ブレ
ークダウン電圧を20V以上にすることが可能とな
る。
しかし、この構造を用いた場合、N-拡散層6,
7の部分はN+拡散層2,3にくらべて通常抵抗
が高くなるので読み出しに際しセルの電流を減少
させ、読み出しの速度を遅くしたり、又動作マー
ジンを小さくするなどの問題があつた。又さらに
微細化した場合にはN-拡散層の抵抗は更に大き
くなりこれらの不都合はより深刻になる。加えて
この構造の問題は、N-拡散層6,7の形成のた
めのマスク合せ工程が入るため工程が複雑さを増
し、又且つN-拡散層形成のための余分の面積を
必要とするためセルの微細化、高集積化の大きな
さまたげとなつていたことなどである。
[発明の目的] 本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、
十分な耐圧を保持しながらメモリセルの微細化、
高集積化を図つた不揮発性半導体記憶装置を提供
るすことを目的とする。
[発明の概要] 本発明はマトリクス状に配置される電気的書替
え可能な不揮発性メモリセルのすべてを、第1導
電型半導体基板内に形成された共通の第2導電型
ウエル内に集積して、動作モードに応じて上記第
2導電型ウエルの電位を適宜設定するようにした
ことを特徴としている。
[発明の効果] 本発明によれば、従来固定電位とされていた基
板をウエル構造として、動作モードに応じてウエ
ルの電位を選ぶことにより、メモリセル部でのサ
ーフエスブレークダウン現象を防止することがで
きる。これによりセルの読出し特性を悪化させた
り、あるいは工程を複雑化させることなくメモリ
セルの微細化と高集積化を実現することが可能と
なつた。
[発明の実施例] 以下本発明の一実施例を第3図を用いて説明す
る。第3図a,bはN型Si基板10内に形成され
たP型ウエル11内に形成されたEEPROMセル
の第1図b,cに対応する断面を示している。図
面には便宜上基板周辺にある1個のセルしか示し
ていないが、マトリクス状に配置された複数個の
セルがすべて同一のP型ウエル11内に形成され
ている。セルの構造は従来と同様であり、ドレイ
ン、ソースとなるN+拡散層12,13、書替え
領域のN+拡散層14、ゲート酸化膜151〜15
を介して重ねられたFG,CG1,CG2を有す
る。
このメモリセルの動作を説明する。基板電位
VsubはVDD(=+5V)の固定電位とする。まずフ
ローテイングゲートFGから電子を放出する場合
には、CG1及びCG2をともに例えば−15Vに設
定し、拡散層13の電位Vsを例えば+5Vに設定
する。この場合セルの各電極間の電位関係は従来
例とほぼ同じになり、ほぼ同様に電子が放出され
セルの閾値は負方向にシストする。この場合どち
らか一方のコントロールゲートの電位が例えば+
5Vに設定されていると、FGと拡散層13間には
十分な電位差が発生せず、電子の放出は起こらな
い。
又一方、P型ウエル11の電位Vwは通常Vss
(=0V)に設定されており、この場合だと拡散層
13との間に形成されるPN接合には5Vの電位差
しかかからないため、ブレークダウンは生じな
い。ただCG1は12−15Vが印加されている為、
サーフエスブレークダウンが生じる可能性はあ
る。これに対しては、Vs=Vwとして、ともに
5Vまで上昇させてやればサーフエスブレークダ
ウンを完全に回避することが可能となる。Vs=
Vw=5VとしてもVsub=5Vにバイアスされてい
るため、ウエルと基板間で電流の流れることもな
い。
次にFGに電子を注入する場合について述べる。
この場合は例えばCG1,CG2ともに+5Vを与
え、Vs=Vw=−15Vとする。これによりセルの
各電極間の電位関係は従来例とほぼ同様となり、
ほぼ同様に電子が注入されてセルの閾値が正方向
にシフトする。又、CG1,CG2のいずれか一方
が−15Vに設定されているセルでは電子の注入が
生じないのも従来例と同様である。この場合、P
型ウエル11と基板10間のPN接合に15Vが印
加されるのみであり、ウエルの耐圧はセルの微細
化とは関係なく、常に15Vより大きくすることが
可能であるから、やはりブレークダウンの問題は
全く生じない。
以上述べた様に本実施例に於ては、セルに於け
るサーフエスブレークダウン現象を合理的に回避
することが出来るため、セル部のゲート酸化膜の
膜厚や接合深さ等を、セルの微細化に合せて自由
に設定することができ、セルの微細化にとつて極
めて有利である。又第2図で示した従来例の如く
余分のN-拡散層を設けて耐圧を上げる必要がな
いため、製造プロセスが複雑になつたり又セルの
読出し特性を劣化させたりすることがないなどの
特徴を持つている。
又、本実施例の如くN型基板を用いてP型ウエ
ルを形成した場合には、負の電位をチツプ内で発
生させたり、又、デコードして必要なコントロー
ルゲートにのみ供給することが容易である。なぜ
なら負の電位はP型ウエル領域に電荷を蓄積させ
ることによりチツプ内で発生させることができ、
又他の0voltにバイアスされているウエルとはn
型の基板で電気的に分離されているからである。
上記実施例は、EEPROMセルがNチヤネルの
場合であるが、本発明はPチヤネルにも適用でき
る。その場合の第3図a,bに対応する構造を第
4図a,bに示す。この実施例ではN型Si基板2
0にN型ウエル21を形成し、このN型ウエル2
1内に全てのセルを形成している。セル構造が、
ドレイン、ソースとなるP+拡散層22,23、
書替え領域のP+拡散層24、ゲート酸化膜251
〜254を介して重ねられたFG,CG1,CG2を
有することは、基本的に先の実施例と同じであ
る。
この実施例の場合、基板電位VsubはVss(=
0V)の固定電位とする。
このメモリセルのフローテイングゲートFGへ
電子を注入する際には、2つのコントロールゲー
トCG1及びCG2をともに例えば+20Vに上げ、
拡散層23の電位Vsを例えば0Vに設定する。こ
れにより、FGに電子が注入されセルの閾値は正
方向にシフトする。この場合どちらか一方向のコ
ントロールゲートの電位が例えば0Vに設定され
ていると、FGと拡散層23の間には十分な大き
さの電位差が発生せず、電子の注入は起こらな
い。
又一方N型ウエル21の電位Vwは通常VDD(=
+5V)に設定されており、この場合だと拡散層
23との間に形成されるPN接合には5Vの電位差
しかかからないためブレークダウンは生じない。
CG1に20Vが印加されているのでサーフエスブ
レークダウンを生じる可能性があるが、これに対
してはVs=Vwとしてともに接地電位にしてやれ
ば、この問題は完全に解決される。Vs=Vw=
0Vとしても、Vsub=0Vとバイアスされている
のでウエルと基板間に電流の流れることもない。
次にFGより拡散層23に電子を放出させる場
合について述べる。この場合には例えばCG1,
CG2ともに0Vを与えVs=Vw=20Vとする。こ
うすれば電子の放出が生じ、これによりセルの閾
値は負方向にシフトする。又CG1,CG2のいず
れか一方が20Vに設定されている場合には電子の
放出が生じない。これも従来例と同様である。基
板20とN型ウエル21間の耐圧を20V以上とす
ることは、素子の微細化と関係なく容易である。
こうして、この実施例によつても、先の実施例
と同様の効果が得られる。
尚、以上の実施例において、何れをソース、ド
レインと称するかは、単に呼称上の問題にすぎな
い。
また以上の実施例では、電源電圧が5V、Nチ
ヤネルの場合の書込み、消去用電圧として−
15V、Pチヤネルの場合の書込み、消去用電圧と
して+20Vの例を説明したが、これらの電位関係
は適宜変更し得る。
またメモリセル構造としてDCセルを用いたが、
これ以外の電気的書替え可能なEEPROMに対し
ても本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図a〜cは従来のEEPROMセルの一例を
示す平面図とその−′,−′断面図、第2
図は同じく従来の他のEEPROMセルの第1図c
に対応する断面図、第3図a,bは本発明の一実
施例のEEPROMセルを第1図b,cに対応させ
て示す断面図、第4図a,bは他の実施例の
EEPROMセルを第1図b,cに対応させて示す
断面図である。 10……N型Si基板、11……P型ウエル、1
2,13,14……N+型拡散層、151〜154
……ゲート酸化膜、FG……フローテイングゲー
ト、CG1,CG2……コントロールゲート、20
……P型Si基板、21……N型ウエル、22,2
3,24……P+型拡散層、251〜254……ゲー
ト酸化膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基板に形成された第2導
    電型ウエル内に、フローテイングゲートと、これ
    に容量結合するコントロールゲートと、前記フロ
    ーテイングゲートとの間でトンネル効果により電
    子の授受を行うべく前記ウエルに形成された第1
    導電型書替え領域とからなるメモリセルをマトリ
    クス状に配列形成し、前記第2導電型ウエルの電
    位を動作モードに応じて適宜設定するようにした
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 2 メモリセルは、第1導電型のソース、ドレイ
    ン領域およびソースあるいはドレイン領域と連続
    的に形成されて薄いゲート酸化膜を介してフロー
    テイングゲートに対向する書替え領域を有し、コ
    ントロールゲートは、マトリクスの互いに直交す
    る方向にそれぞれ他のメモリセルと共通接続され
    る第1および第2のコントロールゲートからなる
    特許請求の範囲第1項記載の不揮発性半導体記憶
    装置。 3 第1導電型はN型であり、第2導電型はP型
    であり、前記第2導電型領域からフローテイング
    ゲートに電子を注入するに際し、前記第2導電型
    領域及び前記ウエルの電位がともに負の同一の値
    に設定される特許請求の範囲第1項記載の不揮発
    性半導体記憶装置。 4 第1導電型はP型であり、第2導電型はN型
    であり、前記第2導電型領域へフローテイングゲ
    ートから電子を放出するに際し、前記第2導電型
    領域及び前記ウエルの電位がともに正の同一の値
    に設定される特許請求の範囲第1項記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
JP58179560A 1983-09-28 1983-09-28 不揮発性半導体記憶装置 Granted JPS6072275A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58179560A JPS6072275A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 不揮発性半導体記憶装置
EP84306502A EP0138439B1 (en) 1983-09-28 1984-09-24 Electrically erasable programable nonvolatile semiconductor memory device having dual-control gate
DE8484306502T DE3483765D1 (de) 1983-09-28 1984-09-24 Elektrisch loeschbare und programmierbare nichtfluechtige halbleiterspeicheranordnung mit zwei gate-elektroden.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58179560A JPS6072275A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 不揮発性半導体記憶装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6072275A JPS6072275A (ja) 1985-04-24
JPS6310586B2 true JPS6310586B2 (ja) 1988-03-08

Family

ID=16067866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58179560A Granted JPS6072275A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 不揮発性半導体記憶装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6072275A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6072275A (ja) 1985-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5812449A (en) Flash EEPROM cell, method of manufacturing the same, method of programming and method of reading the same
US6486509B1 (en) Non-volatile memory cell
JP3068291B2 (ja) 半導体記憶装置
JP3238461B2 (ja) Epromセルアレイ
JPH0685283A (ja) 多結晶シリコントンネルスペーサを備えた高密度eepromセル及び製造方法
JP2877642B2 (ja) 半導体記憶装置およびその駆動方式
EP0443515B1 (en) Nonvolatile semiconductor device
JP3183326B2 (ja) 読出専用半導体記憶装置
JPH11238814A (ja) 半導体記憶装置およびその制御方法
JP3216230B2 (ja) 不揮発性半導体メモリセルの書き換え方式
JP3288099B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置及びその書き換え方法
US6329688B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
JP3069607B2 (ja) 半導体不揮発性メモリの動作方法
US5400280A (en) Nonvolatile memory and a method of writing data thereto
JP3186209B2 (ja) 半導体装置の使用方法
US6642571B2 (en) Nonvolatile semiconductor memory
JP2877641B2 (ja) 半導体記憶装置およびその駆動方式
JP2872873B2 (ja) 半導体記憶装置
JPH05326892A (ja) 半導体記憶装置およびその駆動法
JPH07112018B2 (ja) 半導体記憶装置
JPS6072275A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JPS6318864B2 (ja)
JP3104978B2 (ja) 不揮発性半導体記憶装置の制御方法
JP3422812B2 (ja) 不揮発性半導体メモリセルの書き換え方式
JPH05226665A (ja) 半導体記憶装置