JPS6393158A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPS6393158A
JPS6393158A JP61238385A JP23838586A JPS6393158A JP S6393158 A JPS6393158 A JP S6393158A JP 61238385 A JP61238385 A JP 61238385A JP 23838586 A JP23838586 A JP 23838586A JP S6393158 A JPS6393158 A JP S6393158A
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JP
Japan
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floating
junction
dart
floating gate
control
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Application number
JP61238385A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Kanebako
和範 金箱
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
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6393158A publication Critical patent/JPS6393158A/ja
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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) 本発明は浮遊ダートに電子を蓄えることにょ)清報を記
憶し、該情報を電気的に消去可能な不揮発性半導体記憶
装置に関する。
(従来の技術) 従来、電気的に消去を行なう不揮発性半導体記憶装置で
典型的なものKは、第5図ないし第7図のようなものが
ある。
第5図(1981Proceeding of Int
ernationalRellabl l ity P
hysics P、 11〜16参考)(っまシ国際信
頼性物理シンポジウム会報)において、1はソース、2
はドレイン、3は浮遊ダート、4は制!ゲート、5はダ
ート酸化膜、6はトンネル酸化膜である。この構造では
、浮遊)y”−トsに蓄えられた電子を電気的に抜くた
めに、制御ダート4を接地し、ドレイン2に高い正の電
圧を印加してトンネル酸化膜6を電子が流れるようにし
ている。この場合電子がトンネル酸化膜を通シ抜ける仕
゛組みはファウラー・ノルドハイムトンネリング(F−
N・トンネリング)である。
第6図(Technical dlgest of I
EDM 1984P、480〜483参考)(つまシ国
際電子素子会誌の予稿集)において11は1層目ポリシ
リコン。
12は浮遊ダート、13は消去グー)、J(は浮遊ゲー
トポリシリコン上面の凹凸である。この構造では、浮遊
ダート12に蓄えられた電子を電気的に抜くためには、
1層目のポリシリコン11f。
接地し、消去f−1−13VC高い正の電圧を印加する
ことKより、浮遊ダート12から消去ゲート13へ電子
がフ1ウラ−・ノルドノ−イムトンネリングを起こすよ
うにしている。この構造の場合は浮遊r−トポリシリコ
ンの上面の凹凸14が電界の局所的な増加をもたらし、
電子のトンネリングを増進しているのが特徴である。
第7図(Technical dIgest of I
 B D M1985  P、616〜619)におい
て、21はソース、22はドレイン、23は浮遊r−ト
24は消去ダートを兼ねた制御f−ト、25は基板であ
る。この構造では、浮遊r−ト23に蓄えられた電子を
電気的に抜くためにソース21.ドレイン22.基板2
5を接地し、消去ダートを兼ねた制御ゲート24に高い
正の電圧を印加することKよシ、浮遊r−ト23から消
去r−ト24へ電子がフ1ウラ−・ノルドハイムトンネ
リングを起こす。
(発明が解決しようとする問題点) 以上の3例とも、電気的に電子を抜くために電子のフ1
ウラ−・ノルドハイムトンネリング(参考、 Jour
nal of Applied Physlcs Vo
140゜P、278〜283 (1969))を用いて
いるが、このメカニズムで電子が二酸化シリコンを流れ
るためには、かな)大きな電界を加えなければならない
。(6〜7MV/c7!L以上)このため第5図の例で
は非常に薄いトンネル用の二酸化シリコン膜を形成する
が、非常に薄い二酸化シリコン膜は形成が困難で信頼性
にも問題がある。
電子のトンネリングが起きるために印加しなければなら
ない電界(電圧)を低減するために、第6図、第7図の
例では浮遊ダートポリシリコン上面の凹凸による電界の
局所的な増加を用いている。
これ以外にも、シリコンを多く含む二酸化シリコンを浮
遊ダートの間の絶縁膜に用いることによってもトンネリ
ングに必要な電界を下げることができる。(参考、 J
ournal of ApplIed Physlcs
5.4 、P 5801〜5827 (1983))し
かし、上の2つの方法は浮遊r−)K蓄えられている電
子の保持を悪くする(情報を消したくない場合に情報が
消えやすい)傾向があるので、ポリシリコン上面の凹凸
の程度や二酸化シリコン中の余分のシリコンの量のコン
トロールが微妙になるという欠点がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、高電界を印
加しないでも浮遊ダートに蓄えられた電子を抜くことが
でき、信頼性が向上する不揮発性半導体記憶装置を提供
することを目的とする。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段と作用)本発明は、浮遊
ゲートKよ!ll情報を記憶する不揮発生半導体記憶装
置において、浮遊ダート内KPN接合を形成し、容量に
よる結合でこのPN接合の電位をコントロールしシ シ てアバランノエプレークダウンを起こし、それにより生
じたホットキャリアを浮遊ダートの外へ引き抜くことに
より消去を行彦うようKしたものである。
(実施例) 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。はじ
めに、二酸化シリコン中を電子が伝導ランシェ注入は低
電界でも伝導が非常に起こ夛やすく、抵抗のオーダが何
桁も異なることは知られており、電界による抵抗率を比
較したものを第4図に引用しておく。(引用文献 H,
C,Cord andM、iJ31masry rpu
rc口anal Modelling of Non−
Volatlle MOS memory devic
es J 5olid−8tateElectroni
cs Vol 19 P、863〜870 (1976
) )第1図は本実施例の断面図、第2図は第1図の■
−…線に沿う断面図である。図中31は浮遊ダートのN
型部、32は浮遊ダート上の1番目の制御ダート、33
は基板、34は浮遊ダートのP型部、35はゲート側方
の2番目の制御y−)1゜36はソース層、37はドレ
イン層、38は絶縁膜でらシ、この構成の特徴は、浮遊
ダートにPN接合を設けた点である。
第1図、第2図において「書き込み」の場合は、ソース
36と基板33を接地し、制御ゲート32と2番目の制
wUダート35とドレイン37に正の高[王を印加し、
第2図に見られるNチャネルMO8型トランジスタのド
レインアバランシェ現象により生じたホットキャリアを
、浮遊グー)K注入を行なう点で従来例と同様である。
「消去」の場合は制御グー)32に正の高電圧V、を印
加し2番目−の制御r −) 35を接地しておく。こ
の時、浮遊ゲートのN型部31とP型部34の電位がど
のようになるかを第3図をもとに考えてみる。ここでV
、は制御ダート32に印加した電圧1 ■SDBはソー
ス36.基板33.ドレイン37の電位だが、計算の簡
略化のためOvとする。Ct−tは浮遊ダートのN型部
31と制御ダート32間の容ffi = Ct−hは浮
遊ダートのPN接合容8.C4−5は浮遊ダートのP型
部34と第2の制御ダート35間の容量、Cl−8DB
は浮遊r−トとソース、ドレイン、基板の間容量とする
。浮遊ダートのP型部34と制mil?”−)sx間の
容量はオーバーラツプが非常に小さいので無視する。制
御r−ト32と第2の制御ダート35間の容量は層間膜
厚が厚いので無視する。簡単のため浮遊ダートの持つ電
荷を0とする。
浮遊ダートのN型部31の電位v8は ただしく1)弐においてにとなるためKは、セルの条件
゛をC1−4<< Ct−*  s C1−4<(Cま
−、とする。また浮遊ダートのP型部34の電位v4は
、zO・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・(2)ただしく2)式においてたとなるためには、
セルの条件をC1一番<<C4−1とし、浮遊ダートの
PN接合にはおよそ の電位差が印加されることになる。通常C!−1はCl
−8BD の数倍の値をとるので、PN接合にはvlの
大部分が加わる。よってPN接合のブレークダウンを生
じさせることは不純物の度を調整することKよシ十分可
能である。−担プレークダウンを生ずると01−4はシ
ョートされた状態になり、浮遊ゲートの電位v′は、P
N接合のブレークダウン電圧が充分低いとすれば、 に落ちつく。この時までにアバランシェで生じた電荷は
正、負おのおの Q”C4−1(V”−V4) トナルo Ct−x= C4−1> C1−5DB  
J: ’) Q=C鵞−t・v、/2のオーダである。
アパランシェブレークダウンで生じたホットエレクトロ
ンのわずかな部分が制御1llIダートへ抜けるので、
制御e−)32と第2の制御ゲート35をまとめてダー
トと見なしたMOS )ランジスタのしきい値電圧を十
分大きく変動させるためには高′f!L田の印加と切断
をくり返してアパランシェブレークダウンを繰り返し発
生させることが必要になるだろう。(ホットホールは二
酸化シリコンの障壁が電子よシ高いので、電子の抜けと
くらべると無視できる)本実施例の場合、フ1ウラ−・
ノルドハイムトンネリングで電子を浮遊ダートから抜く
場合にくらべ、低電界で電子を浮遊ダートから抜くこと
ができるので使用′J1掠電圧電圧くでき、キャリアと
Kより、保持特性の向上も期待できる。
なお本発明は実施例に限られず種々の応用が可能である
。例えば本実施例の製造プロセスは特に複雑な工程は用
いないが、できることならば浮遊ダートはポリシリコン
をレーデ−アニールする事によfi、PN接合の特性を
バルクのPN接合特性に近づけておくことが望ましい。
また浮遊ダートのP型部の形成は制till”−ト32
をマスクにして行なうと、ホットキャリアの大量に生成
されるPN接合部がわずかに制御n” −) s 2の
下にはいるため、ホットキャリアを引き抜く効率が良い
〔発明の効果〕
以上に述べたように、浮遊ダートに形成したPN接合の
アパランシェブレークダウンをさせて生じたホットエレ
クトロンを抜くことKよシ、情報の消去を行なうようK
したため、従来のフ1ウラ−・ノルドハイム・トンネリ
ングで電子を抜く方法にくらべて印加する電界を低くす
ることができ、電録電圧を低くでき、絶縁膜の信頼性を
上げることもできる。また従来の例のように絶縁膜のリ
ーク特性を悪く (リークを大きく)することはないの
で、保持特性(浮遊r−トに蓄えられた電子の保持)K
は問題を生ずることなく、低電界で消去できる分だけ絶
縁膜厚を厚くすることにより保持特性を向上させること
も可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は第1
図の■−■線に沿う断面図、第3図は同実施例の消去時
の電位を求めるための等価回路図、第4図は二酸化シリ
コン膜における電界強度と抵抗率の関係を示す特性図、
第5図ないし第7図は従来装置の断面図である。 31・・・浮遊ダートのN型部、32・・・制御r−)
、33・・・基板、34・・・浮遊ゲートのP型部、3
5・・・2番目の制御ダート、36・・・ソース層、3
7・・・ドレイン層、38・・・絶縁膜。 出願人代理人弁理士 鈴 江 武 彦 ■ 第 1 図 第2 口 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  浮遊ゲートに電子を蓄えることにより情報を記憶する
    不揮発性半導体記憶装置において、前記浮遊ゲート内に
    PN接合を形成し、容量による結合で前記PN接合の電
    位をコントロールしてアパランシェブレークダウンを起
    こし、それにより生じたホットキャリアを前記浮遊ゲー
    トの外へ引き抜くことで消去を行なう手段を具備したこ
    とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
JP61238385A 1986-10-07 1986-10-07 不揮発性半導体記憶装置 Pending JPS6393158A (ja)

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