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JPH01283967A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH01283967A
JPH01283967A JP11523688A JP11523688A JPH01283967A JP H01283967 A JPH01283967 A JP H01283967A JP 11523688 A JP11523688 A JP 11523688A JP 11523688 A JP11523688 A JP 11523688A JP H01283967 A JPH01283967 A JP H01283967A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
transistor
source
selection transistor
drain
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.)
Pending
Application number
JP11523688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Maruo
丸尾 豊
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP11523688A priority Critical patent/JPH01283967A/en
Publication of JPH01283967A publication Critical patent/JPH01283967A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent charges stored at a floating gate at the time of reading from leaking by designating a first selected transistor source as a memory transistor drain, and connecting a second selected transistor source to a charging region of the memory transistor. CONSTITUTION:A source 6 and a gate 4 of a first selected transistor are isolated from a source 7 and a gate 2 of a second selected transistor. Drains 1 of both transistors are connected to each other; the source 6 becomes the drain 6 of a memory transistor, and the source 7 is connected to a charging region 8 of the memory transistor. Accordingly, the drain 6 is completely electrically isolated from the charging region 8 of the memory transistor. Thus, even if a voltage for reading is applied between a control gate 9 and the drain 6, a voltage applied to a heavily doped impurity diffusion layer of the charging region 8 can be given arbitrarily, thereby reducing an electric field between a floating gate where charges are stored and another electrode at the time of reading data and thus preventing the charges from leaking.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置に関し、特に電気的に書換え可能
な半導体不揮発性メモリーの構造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to the structure of an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory.

〔従来の技術1 従来の電気的に書換え可能な半導体不揮発性メモリーは
、例えば、多結晶シリコン1層を用いたものでは、公知
資料[1985lSSCCD1g、Tech、P2p、
Symp、VSLITechnol  PP100−1
01]に示すものが挙げられる0本従来例において、第
2図に示すように、1つの選択トランジスタと1つのメ
モリートランジスタで構成され、選択トランジスタのソ
ース16は、メモリートランジスタのドレイン16とな
り、1f荷注入領域17にも接続されている。
[Prior art 1] Conventional electrically rewritable semiconductor non-volatile memories using a single layer of polycrystalline silicon, for example, are described in publicly known materials [1985lSSCCD1g, Tech, P2p,
Symp, VSLI Technology PP100-1
In the conventional example, as shown in FIG. 2, it is composed of one selection transistor and one memory transistor, the source 16 of the selection transistor becomes the drain 16 of the memory transistor, It is also connected to the loading area 17.

ここで、データの書込みと消去および、読出しについて
説明する。
Here, writing, erasing, and reading data will be explained.

まず、データの書込み・消去を行なう場合、第2図に示
す選択トランジスタを導通状態にし、メモリー・トラン
ジスタのドレイン16とコントロールゲート18間にあ
る電圧を印加し、メモリー・トランジスタのドレイン1
6の一部に設けられた電荷注入領域の高濃度不純物拡散
層17とフローティングゲート19間にFouler−
Nordheim トンネル電流が流れるようにする。
First, when writing or erasing data, the selection transistor shown in FIG. 2 is turned on, a voltage is applied between the drain 16 of the memory transistor and the control gate 18, and the
A Fouler layer is formed between the floating gate 19 and the high concentration impurity diffusion layer 17 in the charge injection region provided in a part of the
Nordheim Allows tunnel current to flow.

それにより、メモリートランジスタのフローティングゲ
ート19中に電荷を蓄積させて、データの書込みが行な
われる。一方、データの消去については、メモリートラ
ンジスタのドレイン16とコントロールゲート18間に
、書込みの場合と反対の極性の電圧を印加し、メモリー
トランジスタのフローティングゲート19中から、電荷
を放出し、データの消去を行なう。
Thereby, charges are accumulated in the floating gate 19 of the memory transistor, and data is written. On the other hand, for erasing data, a voltage of the opposite polarity to that for writing is applied between the drain 16 and control gate 18 of the memory transistor, and charges are released from the floating gate 19 of the memory transistor, thereby erasing the data. Do the following.

次に、データの読出しの場合1選択トランジスタを導通
状態にし、メモリートランジスタのトレイン16に電圧
を与えることができるようにして、メモリートランジス
タのしきい値電圧の大小により、データを読み取る。
Next, in the case of reading data, one selection transistor is made conductive so that a voltage can be applied to the train 16 of the memory transistors, and data is read depending on the magnitude of the threshold voltage of the memory transistors.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、前述の従来技術では、データの書込み消去後、
フローティングゲートに蓄えられた電荷のため、電荷注
入領域の拡散層とフローティングゲート間にある電界が
生じる。
However, in the above-mentioned conventional technology, after writing and erasing data,
Due to the charge stored in the floating gate, an electric field is created between the diffusion layer of the charge injection region and the floating gate.

更に、データの読出し時において1選択トランジスタが
導通状態になるとメモリートランジスタのドレインの一
部に設けられた電荷注入領域にも読出し時に必要な電圧
が加わるため、データの書込み後、または、消去後、電
荷注入領域の拡散層とフローティングゲート間に、より
高い電界が加わってしまう。
Furthermore, when the 1 selection transistor becomes conductive when reading data, the voltage necessary for reading is applied to the charge injection region provided in a part of the drain of the memory transistor. A higher electric field is applied between the diffusion layer of the charge injection region and the floating gate.

それにより、フローティングゲートに蓄積された電荷が
放出されてしまい、読出し時にデータが正しく読取れな
いことが起りつるという問題点を有する。
As a result, the charges accumulated in the floating gate are discharged, resulting in a problem that data cannot be read correctly at the time of reading.

そのため、電荷放出を防ぐためには、メモリートランジ
スタのフローティングゲートとドレイン間の電位差を少
なくすることが考えられている。
Therefore, in order to prevent charge discharge, it has been considered to reduce the potential difference between the floating gate and the drain of the memory transistor.

すなわち、読出し時におけるコントロールゲート及び、
ドレインに印加される電圧を内部回路内で低下させ、こ
のような読出し時における誤動作を防いでいる。
That is, the control gate at the time of reading and
The voltage applied to the drain is lowered within the internal circuit to prevent such malfunctions during reading.

しかし、この方法では、読出し時専用に、電圧低下のた
めの内部回路が必要となること、それに付随して、電圧
低下による回路動作の反応速度が低くなるという問題点
を有する。
However, this method has the problem that an internal circuit for voltage reduction is required only for reading, and that the response speed of the circuit operation due to the voltage drop is accordingly low.

そこで、本発明は、このような問題点を解決するもので
、その目的とするところは、読出し時におけるコントロ
ールゲート及びドレインに印加される電圧を低下させる
ことなく、フローティングゲート中に蓄積された電荷が
漏れることを抑えられる電気的に書換え可能な半導体不
揮発性メモリーを提供するところにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve these problems, and its purpose is to reduce the charge accumulated in the floating gate without reducing the voltage applied to the control gate and drain during readout. The purpose of the present invention is to provide an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory that can suppress leakage of data.

[課題を解決するための手段] 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して形成され、
且つ前記半導体基板との間にトンネルゲート絶縁膜を介
し、選択トランジスタ側に向って突出した電荷注入領域
を具備するフローティングゲートと該フローティングゲ
ート上または、該フローティングゲート下に第2のゲー
ト絶縁膜を介して形成されたコントロールゲートとを備
えたメモリートランジスタ及び、該メモリートランジス
タを選択するための選択トランジスタを含むメモリーセ
ルにおいて、2つの選択トランジスタを有し、第1の選
択トランジスタのソース、ゲートは第2の選択トランジ
スタのソース、ゲートと分離され、第1の選択トランジ
スタのドレインは、第2の選択トランジスタのトレイン
と接続され、前記第1の選択トランジスタのソースは、
メモリートランジスタのドレインとなり、前記第2の選
択トランジスタのソースは、メモリートランジスタの電
荷注入領域に接続されていることを特徴とする特 [作 用1 本発明の上記の構成によれば、メモリートランジスタの
ドレインと電荷注入領域とは、電気的に完全に分離され
、コントロールゲート、ドレイン間に読出しのための電
圧が印加されても、電荷領域の高濃度不純物拡散層にか
かる電圧は、任意に与えることが可能となる。
[Means for solving the problem] Formed on a semiconductor substrate via a first gate insulating film,
and a floating gate having a charge injection region protruding toward the selection transistor side with a tunnel gate insulating film interposed between the semiconductor substrate and a second gate insulating film on or below the floating gate. In a memory cell including a memory transistor with a control gate formed through the gate and a selection transistor for selecting the memory transistor, the memory cell includes two selection transistors, and the source and gate of the first selection transistor are connected to the first selection transistor. The source and gate of the second selection transistor are separated from each other, the drain of the first selection transistor is connected to the train of the second selection transistor, and the source of the first selection transistor is separated from the source and gate of the second selection transistor.
According to the above structure of the present invention, the drain of the memory transistor is characterized in that the source of the second selection transistor is connected to the charge injection region of the memory transistor. The drain and charge injection region are completely electrically separated, and even if a read voltage is applied between the control gate and the drain, the voltage applied to the high concentration impurity diffusion layer in the charge region can be applied arbitrarily. becomes possible.

従って、読出しの際、例λば、電荷注入領域の高濃度不
純物拡散層は、コントロールゲートと同電位または、オ
ーブン状態にすると、フローティングゲートと電荷注入
領域の高濃度不純物拡散層間の電界は、メモリートラン
ジスタに関係なく、低くすることができる。
Therefore, during readout, for example, if the high concentration impurity diffusion layer in the charge injection region is placed at the same potential as the control gate or in an oven state, the electric field between the floating gate and the high concentration impurity diffusion layer in the charge injection region is It can be lowered regardless of the transistor.

〔実 施 例] 第1図は、本発明の実施例における平面図であり、以下
に詳細に説明する。
[Embodiment] FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention, which will be described in detail below.

この実施例では、コントロールゲートをフローティング
ゲート下のシリコン基板上に高濃度不純物拡散層で形成
されるタイプの電気的に書換え可能な半導体不揮発性メ
モリーである。
This embodiment is an electrically rewritable semiconductor non-volatile memory of a type in which a control gate is formed of a high concentration impurity diffusion layer on a silicon substrate under a floating gate.

まず、構造は、第1図に示すように、第1の選択トラン
ジスタは、ドレイン領域1とゲート電極4および、ソー
ス領域6を有し、前記第1の選択トランジスタのソース
領域6は、メモリー・トランジスタのトレイン領域6と
接続され、前記第1の選択トランジスタのゲート電極4
は、他のゲート電極から独立に形成され前記第1の選択
トランジスタのドレイン領域lは前記第2の選択トラン
ジスタのトレイン領域1と同一である。また、第2の選
択トランジスタのゲート電極も、前記第1の選択トラン
ジスタのゲート電極と同様、他のゲート電極と独立に形
成され、第2の選択トランジスタのソース領域7は、電
荷注入領域8の高濃度の不純物拡散層に接続されている
。メモリー・トランジスタは、他の拡散層と独立に形成
されているソース領域11、多結晶シリコンにより形成
されているフローティングゲート10、および高濃度の
不純物拡散層によって形成されたコントロールゲート9
によって構成されている。
First, as shown in FIG. 1, the first selection transistor has a drain region 1, a gate electrode 4, and a source region 6, and the source region 6 of the first selection transistor is a memory. The gate electrode 4 of the first selection transistor is connected to the train region 6 of the transistor.
is formed independently from other gate electrodes, and the drain region 1 of the first selection transistor is the same as the train region 1 of the second selection transistor. Further, the gate electrode of the second selection transistor is also formed independently of other gate electrodes, similar to the gate electrode of the first selection transistor, and the source region 7 of the second selection transistor is formed in the charge injection region 8. Connected to a highly concentrated impurity diffusion layer. The memory transistor includes a source region 11 formed independently of other diffusion layers, a floating gate 10 formed of polycrystalline silicon, and a control gate 9 formed of a high concentration impurity diffusion layer.
It is made up of.

次に、本発明の構造をN型メモリートランジスタとし、
動作について以下に説明する。
Next, the structure of the present invention is made into an N-type memory transistor,
The operation will be explained below.

ここで、データの消去をフローティングゲートlO中に
電子を注入することとし、フローティングゲート10か
ら電子を放出することをデータの書込みと定義する。
Here, erasing data is defined as injecting electrons into the floating gate 10, and emitting electrons from the floating gate 10 is defined as writing data.

すると、書込み時は、コントロールゲート9、P型基板
を接地し、メモリートランジスタのソース11を開放状
態とし第2の選択トランジスタのゲート2および、第2
の選択トランジスタのドレインに0.01秒間15Vを
印加する。それにより、フローティングゲート10と電
荷注入領域の高濃度不純物拡散層8の間に、Fowle
r−Nordheimトンネル現象を起こし、フローテ
ィングゲート10から、電子を放出させる。その結果、
メモリートランジスタのしきい値電圧は、−4V以下と
なる。
Then, during writing, the control gate 9 and the P-type substrate are grounded, the source 11 of the memory transistor is opened, and the gate 2 of the second selection transistor and the second
Apply 15V to the drain of the selection transistor for 0.01 seconds. As a result, Fowle is formed between the floating gate 10 and the high concentration impurity diffusion layer 8 in the charge injection region.
An r-Nordheim tunneling phenomenon is caused and electrons are emitted from the floating gate 10. the result,
The threshold voltage of the memory transistor is -4V or less.

また、消去時は、P基板を接地し、メモリートランジス
タのソース11を開放状態とし、第2の選択トランジス
タのゲート2に5Vを印加し、第2の選択トランジスタ
のドレインlを接地し、コントロールゲート9に、0.
01秒間20Vの電圧を印加する。それにより、フロー
ティングゲートlOと電荷注入領域の高濃度不純物拡散
層8の間にFowler−Nordheim トンネル
現象を起こし、フローティングゲートlO中に電子を注
入させる。
When erasing, the P substrate is grounded, the source 11 of the memory transistor is left open, 5V is applied to the gate 2 of the second selection transistor, the drain 1 of the second selection transistor is grounded, and the control gate 9, 0.
Apply a voltage of 20V for 01 seconds. This causes a Fowler-Nordheim tunneling phenomenon between the floating gate IO and the high concentration impurity diffusion layer 8 in the charge injection region, causing electrons to be injected into the floating gate IO.

その結果、メモリートランジスタのしきい値電圧は、6
V以上となる。
As a result, the threshold voltage of the memory transistor is 6
It becomes V or more.

そして、読出し時は、メモリートランジスタのソース1
1および、基板を接地し、第1の選択トランジスタのゲ
ート4および、第1の選択トランジスタのドレイン1に
5vを印加し、第2の選択トランジスタのゲートを接地
する。それから、コントロールゲートをOvとすること
によって、メモリートランジスタのソース11とドレイ
ン6間に電流が流れるか否かにより、メモリートランジ
スタのしきい値電圧を判断し、データを読みとる。
When reading, the source 1 of the memory transistor
1 and the substrate are grounded, 5V is applied to the gate 4 of the first selection transistor and the drain 1 of the first selection transistor, and the gate of the second selection transistor is grounded. Then, by setting the control gate to Ov, the threshold voltage of the memory transistor is determined depending on whether or not current flows between the source 11 and drain 6 of the memory transistor, and data is read.

このように、読出し時に、第1、第2の選択トランジス
タのゲートに与えられる電圧が独立であるため、メモリ
ートランジスタは、従来通りの電圧で動作させ、コント
ロールゲート9と電荷注入領域の高濃度不純物拡散N8
間の電界を下げることにより、フローティングゲート1
0と電荷注入領域の扁濃度不純物拡散層8間の電界を低
くすることができる。
In this way, since the voltages applied to the gates of the first and second selection transistors are independent during readout, the memory transistors are operated at conventional voltages and the high concentration impurities in the control gate 9 and the charge injection region are Diffusion N8
By lowering the electric field between floating gate 1
0 and the low concentration impurity diffusion layer 8 in the charge injection region can be lowered.

[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、従来の読出し電圧
を下げることなくデータの読出し時でも電荷を蓄積させ
たフローティングゲートと他の電極との電界は低くなり
、電荷の漏れを防ぐことができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the electric field between the floating gate that has accumulated charge and other electrodes is lowered even during data readout without lowering the conventional readout voltage, and the charge is reduced. Can prevent leakage.

したがって、内部回路の追加や電圧低下によるスピード
ダウンをともなうことなく、フローティングゲート中に
蓄積された電荷が失われ、誤ったデータとなることを防
ぎ、記憶素子としての信穎性が向上するという効果を有
する。
Therefore, without adding internal circuits or reducing speed due to voltage drop, the charge accumulated in the floating gate is prevented from being lost and erroneous data is generated, and the reliability of the memory element is improved. has.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)は、本発明の半導体装置の一実施例を示す
平面図。 第1図(b)、(c)は第1図(a)に示されるAA’
線、BB′線に沿って割った本発明の半導体装置の一実
施例を示す断面図。 第2図は、従来の半導体装置の平面図。 1・・・・・・・第1および第2の選択トランジスタの
ドレイン 2・・・・・・ 第2の選択トランジスタのゲート 3.5.12.21.22 ・・・・・・・AI配線 4・・・・・・・第1の選択トランジスタのゲート 6・・・・・・・第1の選択トランジスタのソースかつ
、メモリートラ ンジスタのドレイン 7・・・・・・・第2の選択トランジスタのソース 8.17・・・・電荷注入領域 9.18・・・・コントロール・ゲート10.19・・
・・フローティングゲート11.20・・・・メモリー
・トランジスタのソース 13・・・・・・・シリコン基板 14・・・・・・・選択トランジスタのドレイン 15・・・・・・・選択トランジスタのゲート16・・
・・・・・選択トランジスタのソースかつ、メモリート
ラントジ スタのドレイン 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上 柳 雅 誉(他1名)魂1国Cc
L) 為11¥1  (1)、1
FIG. 1(a) is a plan view showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention. Figures 1(b) and (c) are AA' shown in Figure 1(a).
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the semiconductor device of the present invention taken along lines BB' and BB'. FIG. 2 is a plan view of a conventional semiconductor device. 1...Drain of first and second selection transistor 2...Gate of second selection transistor 3.5.12.21.22...AI wiring 4... Gate of the first selection transistor 6... Source of the first selection transistor and drain of the memory transistor 7.... of the second selection transistor Source 8.17...Charge injection region 9.18...Control gate 10.19...
...Floating gate 11.20...Source 13 of memory transistor...Silicon substrate 14...Drain 15 of selection transistor...Gate of selection transistor 16...
... Source of selection transistor and drain of memory transistor Applicant Seiko Epson Corporation Representative Patent attorney Masaharu Kamiyanagi (1 other person) Soul 1 country Cc
L) Tame 11 yen 1 (1), 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して形成され
、且つ前記半導体基板との間にトンネルゲート絶縁膜を
介し、選択トランジスタ側に向かって突出した電荷注入
領域を具備するフローティングゲートと、該フローティ
ングゲート上または、該フローティングゲート下に第2
のゲート絶縁膜を介して形成されたコントロールゲート
とを備えたメモリー・トランジスタ及び、該メモリー・
トランジスタを選択するための選択トランジスタを含む
メモリーセルにおいて、2つの選択トランジスタを有し
、第1の選択トランジスタのソース、ゲートは、第2の
選択トランジスタのソース、ゲートと分離され、第1の
選択トランジスタのドレインは、第2の選択トランジス
タのドレインと接続され、前記第1の選択トランジスタ
のソースは、メモリー・トランジスタのドレインとなり
、前記第2の選択トランジスタのソースはメモリー・ト
ランジスタの電荷注入領域に接続されることを特徴とす
る半導体装置。
a floating gate formed on a semiconductor substrate via a first gate insulating film, and having a charge injection region protruding toward a selection transistor side with a tunnel gate insulating film interposed between the floating gate and the semiconductor substrate; A second layer on the floating gate or below the floating gate.
A memory transistor comprising a control gate formed through a gate insulating film;
A memory cell including a selection transistor for selecting a transistor has two selection transistors, the source and gate of the first selection transistor are separated from the source and gate of the second selection transistor, and the source and gate of the first selection transistor are separated from the source and gate of the second selection transistor. The drain of the transistor is connected to the drain of a second selection transistor, the source of the first selection transistor becomes the drain of the memory transistor, and the source of the second selection transistor is connected to the charge injection region of the memory transistor. A semiconductor device characterized in that it is connected.
JP11523688A 1988-05-11 1988-05-11 Semiconductor device Pending JPH01283967A (en)

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