JPS63178563A - 不揮発性半導体記憶装置及びそのプログラム方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置及びそのプログラム方法

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JPS63178563A
JPS63178563A JP62009024A JP902487A JPS63178563A JP S63178563 A JPS63178563 A JP S63178563A JP 62009024 A JP62009024 A JP 62009024A JP 902487 A JP902487 A JP 902487A JP S63178563 A JPS63178563 A JP S63178563A
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JP
Japan
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impurity region
insulating film
gate
substrate
impurity
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JP62009024A
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English (en)
Inventor
Masashi Wada
和田 正志
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Non-Volatile Memory (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) 本発明は半導体基板上に集積形成される記憶装置に係り
、特に電気的に消去可能な不揮発性の記憶装置の構造及
びそのプログラム方法に関する。
(従来の技術) 半導体基板上に形成される記憶装置は近年著しい発展を
とげている。特にシリコン基板を用いたMOS型のメモ
リは、システムの高機能化、小型化低価格化をうながす
原動力となっている。
MOSメモリは大別すると、電源しゃ断時に情報の失わ
れる揮発性メモリと情報の失われる事のない不揮発性の
メモリに分けられる。後者は、内容の書き換えが比較的
少なく、長期間情報を保持する必要のあるデータを記憶
する場合に用いられている。この様な不揮発性を有しか
つ、その内容を電気的に消去可能なメモリ構造として、
第2図に示すものが知られている。即ち、p型シリコン
基板(200)上にその一部が薄い酸化膜(〜100人
)(201)を介してシリコン基板(200)中のn型
不純物領域(202)と対向する如く形成された浮遊ゲ
ート(203)と、浮遊ゲート(203)上の絶縁膜(
204)上に設置された制御ゲート(205)よりなる
記憶トランジスタ(20B)が形成されている。(20
7)はn型不純物層であり、トランジスタ(206)の
ソースとなっている。一方、シリコン基板(200)上
の絶縁膜(208)を介してゲート電極(209)が設
置され、n型不純物層(210) (202)より、ド
レイン・ソースが形成された選択トランジスタ(211
)が形成され、1つの記憶素子となっている。本記憶素
子に情報の記憶を行うには、制御ゲート(205)に高
電圧を印加し、n型不純物1i(202)を接地電位に
保つ事により、薄い酸化膜(201)でトンネル電流を
流し、浮遊ゲート(203)に電荷を注入してなされる
。情報を書き換える際には、逆に制御ゲート(205)
を接地電位とし、選択トランジスタ(211)のドレイ
ン(210)及びゲート(209)に高電圧を印加し、
n型不純物層(202)に高電圧を印加し、電荷を放出
する事によってなされる。
この様な記憶装置の問題点の一つに書き換えに要する時
間が長いという点がある。即ち、情報の読み出しは通常
の半導体装置で達成されているアクセス時間〜200 
ns程度となるのに対し、書き換えはうすい酸化膜のト
ンネル現象を利用しているため、注入電流密度を上げる
と酸化膜の破壊が起るといった問題がおり、早くする事
ができず、〜10 Ill S程度必要とする。ところ
が、この様な記憶装置が使用されるシステムでは周辺の
演算機等は読み出し時間程度の早さで動作しており、さ
き込みに時間がかかると全体の効率を大巾に低下させる
といった問題点があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものでおり、トン
ネル電流により、書き換え可能な不揮発性の半導体記憶
装置において、その書き換え時間を大巾に短縮し、ユー
ザにとってより使いやすい記憶装置を提供する事を目的
としている。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明の構成を図面を用いて説明する。第1図(2)に
その平面図、υ、(C)にそのA−A’断面、B−8’
断面、ゆにその等何回路を示したように、本発明におけ
る記憶素子は番地選択トランジスタ(100)、 (1
01)と、記憶トランジスタ(102)により構成され
ている。番地選択トランジスタ(100)。
(101)は半導体基板(110)上に形成された。ゲ
ー上絶縁1ll(111)とゲート電極(112)によ
りなり、記憶トランジスタ(102)は半導体基板(1
10)表面に形成された基板と逆導電型の不純物領域(
113)とその表面のうすい絶縁膜領域(114)を介
して設置された浮遊ゲート(115)及び不純物領域(
113)とは互いに隔てて形成された他の不純物領域(
116)が浮遊ゲート(115)と絶縁膜(111)を
介して対向する如く形成されている。不純物領域(ii
e)は記憶トランジスタ(102)の制御ゲートとして
作用する。半導体基板表面には更に半導体基板とは逆導
電型の高濃度不純物領域(117)、 (11B)、 
(119)が形成され、各々、ドレイン・ソース領域を
形成している。また、トレイン(117)、 (11B
)には各々コンタクト穴を介して金属配線(120)、
 (121)が接続されている。(122)は素子保護
用の絶縁膜である。
(作 用) 次に本発明の記憶装置の動作について説明する。
本発明の記憶装置において書き換えを行うには、第3図
(2)に示すように選択トランジスタ(100)。
(101)のゲートに高電圧(VpI))を印加し、ソ
ース(119)に電源電圧(VCC)を印加する。更に
、2つの金属配線(120)、 (121)には、自き
込むべきデータに対応して、一方にVpp、他方に接地
電位を印加する。例えば、金属配線(120)にVpp
と印加し、金属配線(121)を接地電位とした場合、
制御ゲート(116)は接地され、電極(113)は高
電圧が印加されるため、うすい酸化膜に高電界が印加さ
れ、トンネル現象により電子が浮遊ゲート(115)か
ら基板(113)へ放出される。逆に金属配線(121
)に高電圧を印加し、金属配線(120)を接地電位と
した場合は、基板(113)から浮遊ゲート(115)
に電子が注入される。情報の読み出しは第3図0に示す
ように、選択トランジスタ(100)、 (101)の
ゲート(112)に電源電圧(VCC)を印加し、ソー
ス(119)は接地する。更に、金属配線(121)は
接地電位とし、金属配線(120)によみ出し電圧(V
R)を印加する。例えば、半導体基板がp型シリコンの
場合、浮遊ゲート(115)に電子の注入されている場
合は、浮遊ゲート電位が負となり、ドレイン(113)
 、ソース(119)間にはチャネルが形成されず、電
流が流れないのに対し、浮遊ゲート(115)から電子
が放出されている場合は浮遊ゲート(115)の電位が
正となるためチャネルが形成され電流が流れる。この様
にして、記憶素子に書き込まれている情報が読み出され
る。
ところで、第2図に示した従来構造の記憶素子では、情
報の白き込みは同様の原理により行われるが、書き換え
は、一旦、浮遊ゲート(203)に電子を注入した後、
データに応じて浮遊ゲート(203)から放出するか、
否かが決定される。従って、書き換えには2つの段階を
必要とする。これは、記憶素子を多数集積形成した大容
量メモリでは、書き換えを行う前に浮遊ゲート(203
)に電荷の注入された原子とそうでない素子が同時に存
在し、書き換える場合は、そのうちの例えば8個を選び
データに応じて浮遊ゲートに電荷を注入する素子とそう
でない素子を実現しなければならないからである。一方
、本発明の素子ではこれまでの説明で明らかなように、
浮遊ゲート(115)に電荷を注入した素子とそうでな
い素子を実現するには、単に2つの金属配線(120)
、 (121)に印加する電位をデータに応じて変える
のみで可能でおり、これは一つの動作で実現する事がで
きる。従って、従来に比べて書き込み時間を短縮する事
が可能である。
更に、本発明においては、大巾な書き込み時間の短縮が
できる。即ち、本発明の素子を多数同一半導体基板上に
形成し、書き込みを行う際には選択トランジスタ(10
0)、 (101)のゲート(112)に高電圧を印加
し、書き込みデータに応じて2つの金属配線(120)
、 (121)の一方に高電圧を印加し、他方を接地電
位とする。次に直ちにゲート(112)を接地電位とし
、外部回路からは見かけ上書き込みを終了し、別の素子
の書き込みに移る。この時、ゲート(112)は接地電
位となるため、選択トランジスタ(100)、 (10
1)はオフするため、基板中の不純物領域(113)、
 (11B)は高電位、あるいは低電位が保たれるため
、書き込み状態が記憶され、不純物領域(113)、 
(116)の電位が基板とのもれ電流により低下するま
で保持される。従って、一つの素子を書き換えるのに要
する時間は不純物領域(113)あるいは(116)の
電位をもち上げる時間だけであり、従来に比べて充分小
ざくする事ができる。
(実施例) 次に、本発明を一実施例を用いて説明する。第4図に)
に示すようにp型シリコン基板(400)表面に素子分
離用の厚い酸化膜を形成した後、例えばヒ素をイオン注
入し、n領域(401)、 (402)を形成する。続
いて、400人程度の酸化膜(403)を基板表面に成
長させ、第4図0に示すようにうすい酸化膜を形成する
領域(404)の酸化膜(403)を除去する。次に、
(C)に示すように100人程度のうすい酸化膜(40
5)を成長させ、多結晶シリコン層(406)を堆積す
る。次に顧に示すように多結晶シリコン(406)を所
望の形状にパターニングし選択トランジスタゲート(4
07) 、浮遊ゲート(408)を形成する。最後に(
e)に示すように低濃度n型不純物層(408) 、 
(409)を例えばリンのイオン注入により形成し、更
にn十不純物層(410)、 (411)を例えばヒ素
のイオン注入により形成した侵、保護膜(412)を堆
積し、コンタクト穴を開口し、M配線(413)を形成
する。尚、図面には明示しなかったが制御ゲートとなる
m型不純物領域も同時に(ハ)の断面の工程において形
成される。
この様な素子を半導体基板上に集積形成した記憶装置の
ブロック図を第5図に示す。記憶素子をマトリックス状
に配置したメモリセルマトリックスと、それらを選択す
るカラムデコーダ、ロウデコーダ、外部とデータのやり
とりを行うI10回路、高電圧を供給する昇圧回路、こ
れらを制御する制御回路等より構成されている。本装置
においては、書き換えを行う際、I10回路を通してと
り込まれたデータがカラムデコーダ、ロウデコーダによ
り選ばれたセルに送られ、データに応じて2本のM配線
のどちらかに高電圧、他に低電圧が与えられる。また、
外部よりとり込まれたデータは次々と選ばれた番地のセ
ルに送られ、高速の書き込みが実現される。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の記憶装置では、不揮発性の半
導体メモリであり、かつ高速の書き換えを実現する事が
できるため、従来、使うことのできなかった大量データ
を高速でヤリとりするシステムにおいて不揮発性メモリ
を使用する事が可能となった。従来、この様な用途には
電池によるバックアップを用いたRAMを用いるのが通
常であったが、電池の寿命交換等の点で制限がめったが
この点が改善される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概略を示す説明図、第2図は本発明の
詳細な説明するための回路図、第3図は本発明の一実施
例を説明するための工程断面図、第4図は本発明の一実
施例を説明するためのブロック図、第5図は従来例を説
明するための断面図である。 100、101・・・番地選択トランジスタ102・・
・記憶トランジスタ 110・・・半導体基板   111・・・ゲート絶縁
膜112・・・ゲート電極   113,116・・・
不純物領域114・・・絶縁膜領域   115・・・
浮遊ゲート117、118.119・・・高濃度不純物
領域120、121・・・金属配線 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    竹 花 喜久男 (c) (a)           (b) 第2図 (a) (b) 第8図 第4図 第5図    シθ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に形成された記憶装置であり、第1
    の金属配線が接続された第1の半導体基板と逆導電型の
    高濃度不純物領域と互いに隔てて形成された第2の逆導
    電型の不純物領域と、該第1、第2の不純物領域間の基
    板表面に絶縁膜を介して設けられた選択トランジスタの
    ゲートと第2の不純物領域と互いに隔てて形成された第
    3の逆導電型の不純物領域と、該第2、第3の不純物領
    域間の基板表面に絶縁膜を介して設置され、該第2の不
    純物領域上で該絶縁膜よりもうすい絶縁膜を介して設置
    された浮遊ゲートと、第2の金属配線が接続された、前
    記第1、第2、第3の不純物領域と分離された第4の基
    板と逆導電型の不純物領域と該第1、第2、第3、第4
    の不純物領域と分離され、前記浮遊ゲートと絶縁膜を介
    して対向する第5の不純物領域と前記第4、第5の不純
    物領域間の基板表面に絶縁膜を介して形成され前記選択
    トランジスタのゲートと共通に接続されたゲートより成
    る事を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. (2)半導体基板上に形成された記憶装置であり、第1
    の金属配線が接続された第1の半導体基板と逆導電型の
    高濃度不純物領域と互いに隔てて形成された第2の逆導
    電型の不純物領域と、該第1、第2の不純物領域間の基
    板表面に絶縁膜を介して設けられた選択トランジスタの
    ゲートと第2の不純物領域と互いに隔てて形成された第
    3の逆導電型の不純物領域と、該第2、第3の不純物領
    域間の基板表面に絶縁膜を介して設置され、該第2の不
    純物領域上で該絶縁膜よりもうすい絶縁膜を介して設置
    された浮遊ゲートと、第2の金属配線が接続された、前
    記第1、第2、第3の不純物領域と分離された第4の基
    板と逆導電型の不純物領域と該第1、第2、第3、第4
    の不純物領域と分離され、前記浮遊ゲートと絶縁膜を介
    して対向する第5の不純物領域と前記第4、第5の不純
    物領域間の基板表面に絶縁膜を介して形成され前記選択
    トランジスタのゲートと共通に接続されたゲートより成
    り、前記第1、第2の金属配線には、書き込みデータに
    応じて一方を高電位、他方を低電位となる電圧を印加す
    る事を特徴とする不揮発性半導体記憶装置のプログラム
    方法。
  3. (3)第1、第2の金属配線に、書き込データに応じて
    一方に高電圧、他方に低電圧と印加し、選択ゲートに高
    電圧を印加した後、直ちに低電位となる電圧を印加し、
    記憶素子の書き込みが行われるまで保持する事を特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の不揮発性半導体記憶装
    置のプログラム方法。
JP62009024A 1987-01-20 1987-01-20 不揮発性半導体記憶装置及びそのプログラム方法 Pending JPS63178563A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002830B2 (en) 1990-07-12 2006-02-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002830B2 (en) 1990-07-12 2006-02-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device
US7212425B2 (en) 1990-07-12 2007-05-01 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device
US7336535B2 (en) 1990-07-12 2008-02-26 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device

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