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JP2004281970A - Electrically erasable programmable logic device - Google Patents

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JP2004281970A
JP2004281970A JP2003074914A JP2003074914A JP2004281970A JP 2004281970 A JP2004281970 A JP 2004281970A JP 2003074914 A JP2003074914 A JP 2003074914A JP 2003074914 A JP2003074914 A JP 2003074914A JP 2004281970 A JP2004281970 A JP 2004281970A
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pmos transistor
doping region
programmable logic
electrically erasable
logic device
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Shikun Shu
朱志勳
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沈士傑
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楊青松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrically erasable programmable logic device having a small chip area and a simple structure. <P>SOLUTION: The electrically erasable programmable logic device comprises a P type semiconductor substrate, an N type well formed on the P type semiconductor substrate, a first PMOS transistor formed on the N type well and including a floating gate electrode , a first P<SP>+</SP>doping region and a P<SP>-</SP>doping region surrounding the an N<SP>+</SP>doping region being used for erasing the first PMOS transistor, and a second PMOS transistor formed on the N type well, connected in series with the first PMOS transistor through the first P<SP>+</SP>doping region being shared as the source electrode of the second PMOS transistor and including a select gate electrode and a second P<SP>+</SP>doping region. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置及び操作方法に関し、特に高密度、低消費電力、高書込み/消去効率及び書換え可能などの長所を持つ単層多結晶シリコンにおける電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)或いはフラッシュで電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ(Flash EEPROM)は、電源を切ってもメモリの内容を保つ長所を具え、データを書き換えられる功能を具え、更に伝送速度が速いので、応用範囲が非常に広い。色々な情報、通信及び消費者向け電子商品(consumer electronics)の中で、不揮発性メモリは、もう欠かせないデバイスとされている。PDA、携帯電話のような小さいモバイル電子商品の要求が増えつつあることに従って、EEPROM及びロジック回路を含んだ埋め込まれるICチップ(Embedded Chip)或いはシステム・オン・チップ(SOC)の要求も増えてくる。EEPROMは、必ずCMOS工程との互換性があり、低消費電力、高書込効率、低コスト、高集積密度の方向に向かって開発されて行き、それこそ今後の商品要求に合うようになる。
【0003】
図1は従来技術によるEEPROMセル(10)の断面図である。図1に開示するように、従来技術によるEEPROMセル(10)は、NMOSトランジスタ(28)とPMOSトランジスタ(30)を含み、NMOSトランジスタ(28)とPMOSトランジスタ(30)が絶縁フィールド酸化膜(24)で隔離される。NMOSトランジスタ(28)は、P型基板(12)の上に形成され、第一フローティングゲート電極(32)とNソース電極ドーピング領域(14)とNドレイン電極ドーピング領域(16)を含む。PMOSトランジスタ(30)は、N型イオンウエル(18)の上に形成され、第二フローティングゲート電極(34)とPソース電極ドーピング領域(20)とPドレイン電極ドーピング領域(22)を含む。その他、Pソース電極ドーピング領域(20)の隣に高濃度添加のN型チャンネルストッパー(channel stop region)(38)を埋め込み、このN型チャンネルストッパー(38)が第二フローティングゲート電極(34)の下方にある。第一フローティングゲート電極(32)と第二フローティングゲート電極(34)がフローティングゲート導線(36)を介して互いに接続し、第一フローティングゲート電極(32)と第二フローティングゲート電極(34)を同じ電位に維持させる。第一フローティングゲート電極(32)がコントロールゲート電極の電圧によって対応する電位を生じる時に、第二フローティングゲート電極(34)はフローティングゲート導線(36)で第一フローティングゲート電極(32)と接続しているので、第二フローティングゲート電極(34)も第一フローティングゲート電極(32)と同じ電位をもち、更にPソース電極ドーピング領域(20)とN型チャンネルストッパー(38)の空乏領域から生じるホットエレクトロンを吸い込むことによって電子を第二フローティングゲート電極(34)の中に束縛する。
【0004】
従来技術によるEEPROMセル(10)は、下のような欠点を具える。まず、従来技術によるEEPROMセル(10)がPMOSトランジスタ(30)とNMOSトランジスタ(28)から構成されるので、比較的に大きなチップ面積を占める。次に、従来技術によるEEPROMセル(10)はもう一つN型チャンネルストッパー(38)を要する。そして、従来技術によるEEPROMセル(10)では必ずフローティングゲート導線(36)で第一フローティングゲート電極(32)と第二フローティングゲート電極(34)を電気的に接続する。更にNMOSトランジスタ(28)とPMOSトランジスタ(30)の間をフィールド酸化膜領域(24)で隔てる必要がある。上述のとおり、従来技術による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、チップ面積が大きくなり過ぎ、構造が複雑であるので、生産コストと困難度を増した。
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、チップ面積が小さく、構造が簡単である電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスを提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、P型半導体基板と、N型ウエルと、第一PMOSトランジスタと、第二PMOSトランジスタとを含む電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスの構造によって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。
【0006】
以下、この発明について具体的に説明する。
請求項1に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、P型半導体基板と、N型ウエルと、第一PMOSトランジスタと、第二PMOSトランジスタと含んでなり、前記N型ウエルは、前記P型半導体基板の上に形成され、前記第一PMOSトランジスタは、前記N型ウエルの上に形成され、フローティングゲート電極と、前記第一PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第一Pドーピング領域と、前記第一PMOSトランジスタのメモリを消去することに使われる、Nドーピング領域を囲むPドーピング領域と含み、前記第二PMOSトランジスタは、前記N型ウエルの上に形成され、前記第二PMOSトランジスタのソース電極とされ、前記第一PMOSトランジスタのドレインと共用される前記第一Pドーピング領域を介して、前記第一PMOSトランジスタと直列的に繋がり、更に選択ゲート電極と、前記第二PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第二Pドーピング領域とを含む。
【0007】
請求項2に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1における第一PMOSトランジスタが、更に前記Nドーピング領域と同じく前記Pドーピング領域の中に形成され、前記Nドーピング領域と重ならない第三Pドーピング領域を含む。
【0008】
請求項3に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項2における第三Pドーピング領域と前記Nドーピング領域は互いに絶縁層で隔てられる。
【0009】
請求項4に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1における前記第一Pドーピング領域と前記Nドーピング領域と前記第二Pドーピング領域の上には、金属珪化物を覆いかぶせることができる。
【0010】
請求項5に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1における予定されるドレイン電極のバイアスVdのもとで、前記フローティングゲート電極がキャパシタンスカップリング効果によって低電圧を得ることができ、前記第一PMOSトランジスタのP型チャンネルが開くために、最大値に近いゲート電極の電流を生じ、書込み動作を起こす。
【0011】
請求項6に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項5における予定されるバイアスが約5Vである。
【0012】
請求項7に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1におけるフローティングゲート電極の上には、コントロールゲート電極を設けていない。
【0013】
請求項8に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1におけるフローティングゲート電極が、単層多結晶シリコンである。
【0014】
請求項9に記載する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、請求項1における第二Pドーピング領域がビット線に電気的に接続され、前記電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスのビット線信号を提供する。
【0015】
【発明の実施の形態】
電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは、P型半導体基板の上に形成されるN型ウエルと、前記N型ウエルの上に形成された、フローティングゲート電極と、前記第一PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第一Pドーピング領域と、前記第一PMOSトランジスタでのメモリを消去することに使われるNドーピング領域を囲むPドーピング領域とを含む第一PMOSトランジスタと、前記N型ウエルの上に形成された、第二PMOSトランジスタのソース電極とされ、前記第一PMOSトランジスタのドレイン電極と共用される前記第一Pドーピング領域を介して、前記第一PMOSトランジスタと直列的に繋がり、更に選択ゲート電極と、前記第二PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第二Pドーピング領域とを含む第二PMOSトランジスタとを含む。
かかる電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスの構造と特徴を詳述するために、具体的な実施例を挙げ、図を参照して以下に説明する。
【0016】
【実施例】
図2と図3とを参照して下さい。図2は、本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)の局部を表す平面図である。図3は、図2の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)に開示するA−A’線の断面図である。図2に開示するように、電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)はPMOSトランジスタ(101)と、共用ドーピング領域を介してPMOSトランジスタ(101)に直列に接続されるPMOSトランジスタ(102)とを含む。PMOSトランジスタ(101)とPMOSトランジスタ(102)がN型ウエル(110)の上に形成される。PMOSトランジスタ(101)は、フローティングゲート電極トランジスタであり、フローティングゲート電極(122)とPドーピング領域(132)とNドーピング領域(134)とを含む。Nドーピング領域(134)がPドーピング領域(140)の中に形成され、フローティングゲート電極(122)の中に記憶されている情報を消去することに使われる。Pドーピング領域(140)はフローティングゲート電極(122)と部分的に重なっており、傾斜イオン注入或いは、熱ドライブイン技術などの方法によって形成されることができる。本発明によるフローティングゲート電極(122)は単層多結晶シリコンによって形成され、上方にコントロール電極がないし、必要もない。その他、Pドーピング領域(140)の中に、Pドーピング領域(142)があり、同じくPドーピング領域(140)の中に形成されるNドーピング領域(134)とはフィールド酸化膜領域(150)或いは浅い溝の絶縁層で隔てられる。前に述べたように、PMOSトランジスタ(101)とPMOSトランジスタ(102)がPドーピング領域(132)を共用し、これによって直列の両トランジスタが形成される。PMOSトランジスタ(102)は選択ゲート電極(124)と、PMOSトランジスタ(101)と共用されるPドーピング領域(132)と、Pドーピング領域(136)とを含む。その他、Nドーピング領域(134)及びPドーピング領域(142)の上に金属珪化物層(表われていない)を形成するのを選択することができる。
【0017】
図3の中に示すように、PMOSトランジスタ(101)は、更にフローティングゲート電極(122)の下方に設けられるフローティングゲート電極酸化層(122a)を含む。PMOSトランジスタ(102)は、更にゲート電極酸化層(124a)を含む。Pドーピング領域(136)が誘電層(162)の中に形成されるコンタクトプラグを介してビット線と接続し、これによって電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)にビット線信号を供給する。本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)は低電圧で操作されるので、フローティングゲート電極酸化層(122a)とゲート電極酸化層(124a)の厚さがロジック回路の中にあるゲート電極酸化層と同じであることができるが、状況によって厚さを増やすことができる。どちらにしても、本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)の構造は、標準のCMOS半導体工程と互換性がある。
【0018】
図4を参照して下さい。図4は、本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)が書き込み動作を起こす説明図である。図4に開示するように、書き込み動作が起こる時には、PMOSトランジスタ(102)のPドレイン電極ドーピング領域(136)にビット線電圧(V)=0の電圧を加えて、選択ゲート電極(124)にビット線電圧(V)より少なくとも一つの閾値電圧の値の低いワード線電圧(V)(例えば、V=−2V)を加えることによって、選択ゲート電極(124)の下方にPチャンネルが開き、更にPドレイン電極ドーピング領域(132)とPドレイン電極ドーピング領域(136)を同じ電位にさせる。即ち0Vである。N型ウエル(110)にウエル電圧(V)=5Vを加え、PMOSトランジスタ(101)のフローティングゲート電極(122)がフローティング状態になり、Nドーピング領域(134)とPソース電極ドーピング領域(142)にそれぞれ消去電圧(V)=5Vとソース電極線電圧(V)=5Vを加え、Pドーピング領域(140)とN型ウエル(110)を同じ電位にさせる。上に述べた条件のもとで、フローティングゲート電極(122)がキャパシタンスカップリング効果によって低電圧(例えば、3〜4Vである。)を得ることができるので、フローティングゲート電極(122)の下方にあるP型チャンネルを開け、ホットエレクトロンがチャンネル正孔との衝突によって生じ、空乏領域の電場を介して、加速され、フローティングゲート電極酸化層(122a)を超えて、フローティングゲート電極(122)の中に捕捉される。
【0019】
図5を参照して下さい。図5は、PMOSトランジスタ(101)のドレイン電極とN型ウエル(110)に加える種々のバイアス条件(Vd=V−V)の下でフローティングゲート電極とゲート電流との関係を表す説明図である。図5に開示するように、バイアス電圧(Vd)が−5Vである条件の下で、フローティングゲート電極(122)がキャパシタンスカップリング効果によって約−1〜−2Vの低電圧を得る。この時、PMOSトランジスタ(101)のチャンネルが開いたばかりで、ゲート電流が最大値に近づく。言い換えると、本発明による動作モードでは、ゲート電流のドレイン電流に対する割合(Ig/Id)が比較的大きいので、書き込み動作を起こす時に比較的よい効果を得ることができる。
【0020】
図6を参照して下さい。図6は本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)が消去動作を起こす説明図である。図6に開示するように、消去動作を起こす時には、PMOSトランジスタ(102)のPドレイン電極ドーピング領域(136)にビット線電圧(V)=0Vの電圧を加えて、選択ゲート電極(124)にワード線電圧(V)=0Vを加えることによって、選択ゲート電極(124)の下方にあるPチャンネルが開かない。N型ウエル(110)にウエル電圧(V)=0Vを加え、PMOSトランジスタ(101)のフローティングゲート電極(122)がフローティング状態になり、Nドーピング領域(134)とPドーピング領域(142)にそれぞれ消去電圧(V)=5Vとソース電極線電圧(V)=−3Vを加えると、Nドーピング領域(134)とPドーピング領域(142)がバイアスされ、空乏領域が生じる。上に述べた条件のもとで、空乏領域の中では電子正孔対が生じ、正孔が帯間遷移トンネルリング(band−to−band tunneling)を介してフローティングゲート電極酸化層(122a)のエネルギー障壁を越えて、フローティングゲート電極(122)の中に入って、捕捉された電子と中和する。
【0021】
図7を参考して下さい。図7は本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス(100)が読取動作を起こす説明図である。図7に開示するように、読取動作を起こす時には、PMOSトランジスタ(102)のPドレイン電極ドーピング領域(136)にビット線電圧(V)=VDD−Vの電圧を加えて、Vは0Vより大きくすると、ビット線のソース電極線に対する電圧差があり、選択ゲート電極(124)にワード線電圧(V2)=0を加えることによって、選択ゲート電極(124)の下方にPチャンネルが開く。N型ウエル(110)にウエル電圧(V)=(VDD)を加え、PMOSトランジスタ(101)のフローティングゲート電極(122)がフローティング状態になり、Nドーピング領域(134)とPソース電極ドーピング領域(142)にそれぞれ消去電圧(V)=(VDD)とソース電極線電圧(V)=(VDD)を加える。
【0022】
以上は、この発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正、もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれもこの発明の特許請求の範囲に属するものとする。
【0023】
【発明の効果】
従来技術と比べて、本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスは低電圧で動作することができ、更に本発明による独特な設計によって、PMOSトランジスタ(101)がチャンネルが開いたばかりである時に、ゲート電流(Ig)がもう最大値に近づく。本発明による動作モードの下で、ゲート電流のドレイン電流に対する割合(Ig/Id)が比較的大きいので、省電力及び省エネルギーの長所を具え、更に書き込み動作を起こす時に、比較的よい効能を得ることができ、書き込み動作の時間を節約する。その他、消去Nドーピング領域(134)を使ってメモリに効率よく帯間遷移トンネルリング正孔で消去動作を行う。更に本発明が両PMOSトランジスタを直列に接続するので、大幅にチップの使用面積を減らし、高密度メモリの領域で運用することができる。また、本発明による構造が簡単であり、従来技術によるCMOSロジック工程との互換性があるので、製造コストが減らされ、システム・オン・チップ(SOC)の領域に応用することが適切である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるEEPROMセルの断面図である。
【図2】本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスの部分を表す平面図である。
【図3】図2に開示する電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスのAA線の断面図である。
【図4】本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスが書き込み動作を起こす説明図である。
【図5】PMOSトランジスタのドレイン電極とN型ウエルに加える種々のバイアス条件(Vd=V−V)の下でフローティングゲート電圧とゲート電流との関係を表す説明図である。
【図6】本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスが消去動作を起こす説明図である。
【図7】本発明による電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスが読取動作を起こす説明図である。
【符号の説明】
10 EEPROMセル
12 P型基板
14 Nソース電極ドーピング領域
16 Nドレイン電極ドーピング領域
18 N型イオンウエル
20 Pソース電極ドーピング領域
22 Pドレイン電極ドーピング領域
24 フィールド酸化膜領域
28 NMOSトランジスタ
30、101、102 PMOSトランジスタ
32 第一フローティングゲート電極
34 第二フローティングゲート電極
36 フローティングゲート導線
38 N型チャンネルストッパー
100 電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス
110 N型ウエル
122 フローティングゲート電極
122a フローティングゲート電極酸化層
124 選択ゲート電極
124a ゲート電極酸化層
132、136、142 Pドーピング領域
134、144 Nドーピング領域
140 Pドーピング領域
150 酸化層領域
162 誘電層
ビット電圧
ワード電圧
消去電圧
ソース電極線電圧
ウエル電圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and an operation method, and more particularly to an electrically erasable programmable logic device in single-layer polycrystalline silicon having advantages such as high density, low power consumption, high write / erase efficiency, and rewritability.
[0002]
[Prior art]
An electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) or a flash electrically erasable programmable read only memory (Flash EEPROM) has the advantage of maintaining the contents of the memory even when the power is turned off, and allows data to be rewritten. It is effective and has a high transmission speed, so its application range is very wide. 2. Description of the Related Art In various information, communication and consumer electronics, non-volatile memory has become an indispensable device. As the demand for small mobile electronic products such as PDAs and mobile phones increases, so does the demand for embedded IC chips or system-on-chip (SOC) including EEPROM and logic circuits. . EEPROMs are always compatible with the CMOS process, and are being developed in the direction of low power consumption, high writing efficiency, low cost, and high integration density, which will meet future product requirements.
[0003]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an EEPROM cell (10) according to the prior art. As shown in FIG. 1, a conventional EEPROM cell (10) includes an NMOS transistor (28) and a PMOS transistor (30), and the NMOS transistor (28) and the PMOS transistor (30) are insulated field oxide films (24). ). The NMOS transistor (28) is formed on a P-type substrate (12) and includes a first floating gate electrode (32), an N + source electrode doping region (14), and an N + drain electrode doping region (16). The PMOS transistor (30) is formed on the N-type ion well (18) and includes a second floating gate electrode (34), a P + source electrode doping region (20), and a P + drain electrode doping region (22). . In addition, a heavily doped N-type channel stopper (38) is buried next to the P + source electrode doping region (20), and the N-type channel stopper (38) serves as the second floating gate electrode (34). Is below. The first floating gate electrode (32) and the second floating gate electrode (34) are connected to each other via a floating gate conductor (36), and the first floating gate electrode (32) and the second floating gate electrode (34) are the same. The potential is maintained. The second floating gate electrode (34) is connected to the first floating gate electrode (32) by a floating gate conductor (36) when the first floating gate electrode (32) generates a corresponding potential according to the voltage of the control gate electrode. Therefore, the second floating gate electrode (34) also has the same potential as the first floating gate electrode (32), and further has a hot potential generated from the depletion region of the P + source electrode doping region (20) and the N-type channel stopper (38). The electrons are bound into the second floating gate electrode (34) by absorbing the electrons.
[0004]
The prior art EEPROM cell (10) has the following disadvantages. First, the conventional EEPROM cell (10) includes a PMOS transistor (30) and an NMOS transistor (28), and thus occupies a relatively large chip area. Next, the prior art EEPROM cell (10) requires another N-type channel stopper (38). And in the EEPROM cell (10) according to the prior art, the first floating gate electrode (32) and the second floating gate electrode (34) are always electrically connected by the floating gate conductor (36). Further, it is necessary to separate the NMOS transistor (28) and the PMOS transistor (30) by the field oxide film region (24). As described above, the electrically erasable programmable logic device according to the prior art has an excessively large chip area and a complicated structure, thereby increasing the production cost and difficulty.
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an electrically erasable programmable logic device having a small chip area and a simple structure.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has conducted intensive studies in view of the drawbacks of the prior art, and as a result, has found that the electrically erasing including the P-type semiconductor substrate, the N-type well, the first PMOS transistor, and the second PMOS transistor can be performed. The present inventors have focused on the point that the problem can be solved by the structure of a programmable logic device, and completed the present invention based on such knowledge.
[0006]
Hereinafter, the present invention will be described specifically.
The electrically erasable programmable logic device according to claim 1, comprising a P-type semiconductor substrate, an N-type well, a first PMOS transistor, and a second PMOS transistor, wherein the N-type well comprises: The first PMOS transistor is formed on a P-type semiconductor substrate, and the first PMOS transistor is formed on the N-type well and has a floating gate electrode and a first P + doping region serving as a drain electrode of the first PMOS transistor. A P - doping region surrounding an N + doping region used for erasing a memory of the first PMOS transistor, wherein the second PMOS transistor is formed on the N-type well, and the second PMOS transistor is formed on the N-type well. The source electrode of the transistor, the second PMOS transistor being shared with the drain of the first PMOS transistor. Through the P + doping region, connected to the first PMOS transistor and the series, further includes a select gate electrode and a second P + doped region is a drain electrode of the second PMOS transistor.
[0007]
Electrically erasable programmable logic device as in claim 2, the first PMOS transistor of claim 1, further wherein the N + doped region and also the P - formed in the doped region, said N + doping Including a third P + doping region that does not overlap with the region.
[0008]
An electrically erasable programmable logic device according to claim 3, wherein the third P + doping region and the N + doping region in claim 2 are separated from each other by an insulating layer.
[0009]
5. The electrically erasable programmable logic device according to claim 4, wherein the first P + -doped region, the N + -doped region and the second P + -doped region according to claim 1 have a metal silicide. Can be covered.
[0010]
An electrically erasable programmable logic device according to claim 5, wherein the floating gate electrode obtains a low voltage due to a capacitance coupling effect under the predetermined drain electrode bias Vd according to claim 1. Since the P-type channel of the first PMOS transistor is opened, a current near the maximum value of the gate electrode is generated, and a write operation is performed.
[0011]
An electrically erasable programmable logic device according to claim 6, wherein the predetermined bias in claim 5 is about 5V.
[0012]
In the electrically erasable programmable logic device according to the seventh aspect, no control gate electrode is provided on the floating gate electrode in the first aspect.
[0013]
In the electrically erasable programmable logic device according to claim 8, the floating gate electrode in claim 1 is a single-layer polycrystalline silicon.
[0014]
10. The electrically erasable programmable logic device according to claim 9, wherein the second P + doping region according to claim 1 is electrically connected to a bit line, wherein the bit line of the electrically erasable programmable logic device is provided. Provide a signal.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An electrically erasable programmable logic device includes an N-type well formed on a P-type semiconductor substrate, a floating gate electrode formed on the N-type well, and a drain electrode of the first PMOS transistor. and a first P + doped region which is, P surrounds the N + doped region which is used to erase the memory in the first PMOS transistor - a first PMOS transistor including a doped region, said N-type well A source electrode of a second PMOS transistor formed thereon, connected in series with the first PMOS transistor via the first P + doping region shared with a drain electrode of the first PMOS transistor, Furthermore the second P is a selected gate electrode, a drain electrode of the second PMOS transistor And a second PMOS transistor and a doped region.
In order to describe the structure and features of such an electrically erasable programmable logic device in detail, a specific embodiment will be described below with reference to the drawings.
[0016]
【Example】
Please refer to FIG. 2 and FIG. FIG. 2 is a plan view illustrating a portion of an electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ disclosed in the electrically erasable programmable logic device (100) of FIG. As disclosed in FIG. 2, the electrically erasable programmable logic device (100) comprises a PMOS transistor (101) and a PMOS transistor (102) connected in series to the PMOS transistor (101) via a shared doping region. And A PMOS transistor (101) and a PMOS transistor (102) are formed on the N-type well (110). The PMOS transistor (101) is a floating gate electrode transistor and includes a floating gate electrode (122), a P + doping region (132), and an N + doping region (134). N + doped region (134) is P - formed in the doping region (140) is used to erase the information stored in the floating gate electrode (122). The P - doping region 140 partially overlaps the floating gate electrode 122 and can be formed by a method such as a gradient ion implantation or a thermal drive-in technique. The floating gate electrode (122) according to the present invention is formed of single-layer polycrystalline silicon, and has no or need for a control electrode above. Other, P - in the doping region (140), there are P + doped region (142), also P - field oxide region and the N + doped region (134) formed in the doping region (140) (150) or separated by a shallow trench insulating layer. As previously mentioned, the PMOS transistor (101) and the PMOS transistor (102) share a P + doping region (132), thereby forming both transistors in series. The PMOS transistor (102) includes a select gate electrode (124), a P + doping region (132) shared with the PMOS transistor (101), and a P + doping region (136). Alternatively, one can choose to form a metal silicide layer (not shown) over the N + doping region (134) and the P + doping region (142).
[0017]
As shown in FIG. 3, the PMOS transistor (101) further includes a floating gate electrode oxide layer (122a) provided below the floating gate electrode (122). The PMOS transistor (102) further includes a gate electrode oxide layer (124a). A P + doping region (136) connects to the bit line via a contact plug formed in the dielectric layer (162), thereby providing a bit line signal to the electrically erasable programmable logic device (100). I do. Since the electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention is operated at low voltage, the thickness of the floating gate electrode oxide layer (122a) and the gate electrode oxide layer (124a) are in the logic circuit. It can be the same as the gate electrode oxide layer, but the thickness can be increased depending on the situation. In either case, the structure of the electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention is compatible with standard CMOS semiconductor processing.
[0018]
Please refer to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram in which the electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention performs a write operation. As shown in FIG. 4, when a write operation occurs, a voltage of bit line voltage (V 1 ) = 0 is applied to the P + drain electrode doping region (136) of the PMOS transistor (102) to select the select gate electrode (124). ) Is applied with a word line voltage (V 2 ) (for example, V 2 = −2 V) having at least one threshold voltage lower than the bit line voltage (V 1 ), so that P is located below the select gate electrode (124). The channel is opened, and the P + drain electrode doping region (132) and the P + drain electrode doping region (136) are brought to the same potential. That is, it is 0V. When a well voltage (V 5 ) = 5 V is applied to the N-type well (110), the floating gate electrode (122) of the PMOS transistor (101) enters a floating state, and the N + doping region (134) and the P + source electrode doping region The erase voltage (V 3 ) = 5 V and the source electrode line voltage (V 4 ) = 5 V are applied to (142), respectively, so that the P doping region (140) and the N-type well (110) have the same potential. Under the above-described conditions, the floating gate electrode (122) can obtain a low voltage (for example, 3 to 4 V) by the capacitance coupling effect. A certain P-type channel is opened, and hot electrons are generated by collision with channel holes, accelerated via an electric field in a depletion region, and exceed the floating gate electrode oxide layer (122a) to be in the floating gate electrode (122). Is captured by
[0019]
Please refer to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the floating gate electrode and the gate current under various bias conditions (Vd = V 1 -V 5 ) applied to the drain electrode of the PMOS transistor (101) and the N-type well (110). It is. As disclosed in FIG. 5, under the condition that the bias voltage (Vd) is −5 V, the floating gate electrode 122 obtains a low voltage of about −1 to −2 V due to the capacitance coupling effect. At this time, the channel of the PMOS transistor (101) has just opened, and the gate current approaches the maximum value. In other words, in the operation mode according to the present invention, since the ratio (Ig / Id) of the gate current to the drain current is relatively large, a relatively good effect can be obtained when a write operation is performed.
[0020]
Please refer to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram in which the electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention causes an erasing operation. As shown in FIG. 6, when an erasing operation is performed, a voltage of bit line voltage (V 1 ) = 0 V is applied to the P + drain electrode doping region (136) of the PMOS transistor (102) to select the selection gate electrode (124). ) to the word line voltage (V 2) = by adding 0V, it does not open the P-channel at the bottom of the selection gate electrode (124). When a well voltage (V 5 ) = 0 V is applied to the N-type well (110), the floating gate electrode (122) of the PMOS transistor (101) enters a floating state, and the N + doping region (134) and the P + doping region (142) ), The erasing voltage (V 3 ) = 5 V and the source electrode line voltage (V 4 ) = − 3 V, respectively, bias the N + doping region (134) and the P + doping region (142) to generate a depletion region. . Under the conditions described above, electron-hole pairs are generated in the depletion region, and holes are generated in the floating gate electrode oxide layer (122a) via band-to-band tunneling. Crossing the energy barrier, it enters the floating gate electrode (122) and neutralizes the trapped electrons.
[0021]
Please refer to FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a read operation performed by the electrically erasable programmable logic device (100) according to the present invention. As shown in FIG. 7, when a read operation is performed, a voltage of bit line voltage (V 1 ) = V DD −V X is applied to the P + drain electrode doping region (136) of the PMOS transistor (102), and V When X is greater than 0 V, there is a voltage difference between the bit line and the source electrode line, and by applying the word line voltage (V2) = 0 to the select gate electrode (124), the P-channel is provided below the select gate electrode (124). Opens. A well voltage (V 5 ) = (V DD ) is applied to the N-type well (110), and the floating gate electrode (122) of the PMOS transistor (101) enters a floating state, and the N + doping region (134) and the P + source An erasing voltage (V 3 ) = (V DD ) and a source electrode line voltage (V 4 ) = (V DD ) are applied to the electrode doping region (142), respectively.
[0022]
The above is a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the scope of the present invention. Therefore, any modification or alteration that can be made by those skilled in the art and that is made in the spirit of the present invention and that has an equivalent effect on the present invention shall fall within the scope of the claims of the present invention. I do.
[0023]
【The invention's effect】
Compared with the prior art, the electrically erasable programmable logic device according to the present invention can operate at a low voltage, and the unique design according to the present invention allows the PMOS transistor (101) to operate when the channel is just opened. , The gate current (Ig) already approaches the maximum value. Under the operation mode according to the present invention, the ratio of the gate current to the drain current (Ig / Id) is relatively large, so that it has the advantages of power saving and energy saving, and obtains a relatively good effect when a write operation is performed. Saves time for write operations. In addition, the erase operation is performed with the inter-band transition tunneling holes efficiently in the memory using the erase N + doping region (134). Further, since the present invention connects both the PMOS transistors in series, the use area of the chip can be greatly reduced and the operation can be performed in a high density memory area. In addition, since the structure according to the present invention is simple and compatible with the conventional CMOS logic process, the manufacturing cost is reduced, and it is suitable for application in the area of system-on-a-chip (SOC).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional EEPROM cell.
FIG. 2 is a plan view illustrating a portion of an electrically erasable programmable logic device according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of the electrically erasable programmable logic device disclosed in FIG. 2, taken along the line AA.
FIG. 4 is an explanatory diagram in which an electrically erasable programmable logic device according to the present invention causes a write operation.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a floating gate voltage and a gate current under various bias conditions (Vd = V 1 -V 5 ) applied to a drain electrode and an N-type well of a PMOS transistor.
FIG. 6 is an explanatory diagram in which an electrically erasable programmable logic device according to the present invention causes an erasing operation.
FIG. 7 is a diagram illustrating a read operation performed by the electrically erasable programmable logic device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 EEPROM cell 12 P-type substrate 14 N + source electrode doping region 16 N + drain electrode doping region 18 N-type ion well 20 P + source electrode doping region 22 P + drain electrode doping region 24 field oxide film region 28 NMOS transistor 30 101, 102 PMOS transistor 32 First floating gate electrode 34 Second floating gate electrode 36 Floating gate conductor 38 N-type channel stopper 100 Electrically erasable programmable logic device 110 N-type well 122 Floating gate electrode 122a Floating gate electrode oxide layer 124 selection gate electrode 124a gate electrode oxide layers 132, 136, 142 P + doping region 134, 144N + doping region 1 40 P - doping region 150 oxide layer region 162 dielectric layer V 1 bit voltage V 2 word voltage V 3 erase voltage V 4 source electrode line voltage V 5 well voltage

Claims (9)

電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスにおいて、P型半導体基板と、N型ウエルと、第一PMOSトランジスタと、第二PMOSトランジスタと含んでなり、
前記N型ウエルは、前記P型半導体基板の上に形成され、
前記第一PMOSトランジスタは、前記N型ウエルの上に形成され、フローティングゲート電極と、前記第一PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第一Pドーピング領域と、前記第一PMOSトランジスタのメモリを消去することに使われる、Nドーピング領域を囲むPドーピング領域とを含み、
前記第二PMOSトランジスタは、前記N型ウエルの上に形成され、前記第二PMOSトランジスタのソース電極とされ、前記第一PMOSトランジスタのドレインと共用される前記第一Pドーピング領域を介して、前記第一PMOSトランジスタと直列的に繋がり、更に選択ゲート電極と、前記第二PMOSトランジスタのドレイン電極とされる第二Pドーピング領域とを含むことを特徴とする電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。
An electrically erasable programmable logic device comprising a P-type semiconductor substrate, an N-type well, a first PMOS transistor, and a second PMOS transistor.
The N-type well is formed on the P-type semiconductor substrate;
The first PMOS transistor is formed on the N-type well, and erases a floating gate electrode, a first P + doping region serving as a drain electrode of the first PMOS transistor, and erases a memory of the first PMOS transistor. And a P - doping region surrounding the N + doping region,
The second PMOS transistor is formed on the N-type well, serves as a source electrode of the second PMOS transistor, and via the first P + doping region shared with a drain of the first PMOS transistor. An electrically erasable programmable logic connected in series with the first PMOS transistor and further including a select gate electrode and a second P + doping region serving as a drain electrode of the second PMOS transistor. device.
前記第一PMOSトランジスタは、更に前記Nドーピング領域と同じく前記Pドーピング領域の中に形成され、前記Nドーピング領域と重ならない第三Pドーピング領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The first PMOS transistor further the N + doped region and also the P - formed in the doped region, claim 1, characterized in that it comprises a third P + doped region which does not overlap with the N + doped region 3. The electrically erasable programmable logic device according to claim 1. 前記第三Pドーピング領域と前記Nドーピング領域は互いに絶縁層で隔てられることを特徴とする請求項2に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The electrically erasable programmable logic device of claim 2, wherein the third P + doping region and the N + doping region are separated from each other by an insulating layer. 前記第一Pドーピング領域と前記Nドーピング領域と前記第二Pドーピング領域の上には、金属珪化物を覆いかぶせることができることを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The electrically erasable device according to claim 1, wherein a metal silicide can be overlaid on the first P + doping region, the N + doping region, and the second P + doping region. Programmable logic device. 予定されるドレイン電極のバイアスVdのもとで、前記フローティングゲート電極がキャパシタンスカップリング効果によって低電圧を得ることができ、前記第一PMOSトランジスタのP型チャンネルが開くために、最大値に近いゲート電極の電流を生じ、書込み動作を起こすことを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。Under the predetermined drain electrode bias Vd, the floating gate electrode can obtain a low voltage due to the capacitance coupling effect, and the P-type channel of the first PMOS transistor opens, so that the gate close to the maximum value can be obtained. 2. The electrically erasable programmable logic device according to claim 1, wherein a current is applied to the electrode to cause a write operation. 前記予定されるバイアスが約5Vであることを特徴とする請求項5に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The electrically erasable programmable logic device of claim 5, wherein said predetermined bias is about 5V. 前記フローティングゲート電極の上には、コントロールゲート電極を設けていないことを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The electrically erasable programmable logic device according to claim 1, wherein a control gate electrode is not provided on the floating gate electrode. 前記フローティングゲート電極は、単層多結晶シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。2. The electrically erasable programmable logic device according to claim 1, wherein the floating gate electrode is a single-layer polycrystalline silicon. 前記第二Pドーピング領域がビット線に電気的に接続され、前記電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイスのビット線信号を提供することを特徴とする請求項1に記載の電気的に消去可能なプログラマブルロジックデバイス。The electrically erasable of claim 1, wherein the second P + doping region is electrically connected to a bit line to provide a bit line signal of the electrically erasable programmable logic device. Programmable logic device.
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