JPH0582748B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0582748B2 JPH0582748B2 JP15218685A JP15218685A JPH0582748B2 JP H0582748 B2 JPH0582748 B2 JP H0582748B2 JP 15218685 A JP15218685 A JP 15218685A JP 15218685 A JP15218685 A JP 15218685A JP H0582748 B2 JPH0582748 B2 JP H0582748B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate electrode
- insulating film
- film
- memory device
- semiconductor
- 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 - Lifetime
Links
Landscapes
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は電気的に書換え可能な半導体不揮発性
記憶装置と、その書込み方法とに関する。
〔従来の技術〕
絶縁ゲート形電界効果トランジスタ構造を有す
る電気的に書換え可能な半導体不揮発性記憶装置
(以下EEPROMと記載する)は、キヤリアの捕
獲に異種絶縁膜界面の自然発生的捕獲中心を用い
ている。
MNOS,MAOS形のEEPROMや、人為的ポ
テンシヤル井戸の形成を用いるフローテイング形
のEEPROMが一般に知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のようなEEPROMは、シリコン基板上に
形成した絶縁膜を介して直接トンネルや、フアウ
ラーノルドハイムトンネル電流を用いてキヤリア
の注入を行つている。このため捕獲効率を考慮し
て、書込み時には、電圧20V以上の高電圧を印加
している。
したがつて、上述のEEPROMを構成するメモ
リトランジスタを、マトリツクス状に配列したメ
モリアレイでは、書込み時あるいは消去時の高電
圧印加による誤動作を避けるため、アドレス用の
MOSトランジスタをメモリトランジスタとは別
に設けるセル構造が必要となる。このメモリセル
の面積が大きくなり、このメモリセルの面積を小
さくすることは難しい。この従来のメモリセルを
第2図に示す。
第2図に示すように、メモリセルはアドレスト
ランジスタaとメモリトランジスタbとの2つの
トランジスタで構成する。ソースおよびドレイン
となる不純物層1と、不純物層2との間に不純物
層3を設ける。
したがつてメモリセル面積は、アドレストラン
ジスタaとメモリトランジスタbとの間の半導体
領域に不純物層3を必要とすることと、さらに半
導体不揮発性記憶装置を製造するときの重ね合わ
せ精度を考慮した冗長分を必要とすることから、
微細化は困難である。
さらにメモリトランジスタbのゲート絶縁膜
は、超薄膜の絶縁膜で構成されているため、書込
み時の高電圧がドレイン領域である不純物層2に
印加されると、ドレイン領域近傍のゲート絶縁膜
に損傷を与え、書込み回数の制限や、絶縁膜破壊
が生じるという欠点がある。
近年VLSIの発展に伴い、記憶素子の大容量化
が要求され、メモリセルの微細化が余儀なくされ
ている。したがつてEEPROMの低電圧駆動の要
望が高まつている。
しかし一般に低電圧駆動は、トランジスタのゲ
ート絶縁膜の薄膜化で行うため、EEPROMの書
込み時、あるいは消去時の電界によつてゲート絶
縁膜ダメージの発生や、ドレイン降伏を発生し
て、素子の電気的特性の不安定性や経時変化によ
る劣化を生じ、問題が大きい。
そこで、例えば特表昭58−500683号公報に見ら
れるように、半導体不揮発性メモリにおいて、ゲ
ート電極下の絶縁膜を酸化シリコン・窒化シリコ
ン・酸化シリコンの3層構造(SONOS構造)と
し、ゲート電圧に対する耐圧を高め、常に安定し
た動作を実現しようとするもがある。
また、上記公報および特表昭57−502024号公報
にも見られるように、半導体基板上にそれぞれ絶
縁層によつて絶縁した3つのゲート電極を設け、
1個のメモリトランジスタとその両側に一対のア
クセストランジスタを形成し、そのメモリトラン
ジスタをゲート電極下の絶縁膜が二酸化シリコ
ン・窒化シリコンの2層構造をなすMNOS型と
し、ソースおよびドレインとなる不純物層の間の
不純物層を不要にしたものもある。
しかしながら、このような半導体不揮発性メモ
リ(EEPROM)によつて、前述のようにトンネ
ル現象などの材料固有の物理的現象を用いて情報
の書込みや消去を行なうため、回路的記憶手段を
用いる場合に比較して、書込み速度が著しく遅
い。そのため、使用範囲が限定されてしまうとい
う問題が解決されない。
さらに、後者の場合には、情報の消去、書込
み、および読出しに際して、各メモリセル毎にそ
れを構成する3個のトランジスタの各ゲート電極
をそれぞれ個別に制御する必要があるので、その
制御回路および配線が複雑になり、多数のメモリ
セルを集積配置して大容量化した場合に不都合で
ある。
本発明は、このような現状に鑑みてなされたも
のであり、メモリセルの面積の微細化、ゲート電
圧に対する耐圧の向上、および高速書込みを実現
でき、しかもそれに情報の消去、書込、および読
出しを行なうための制御回路および配線が複雑化
しないようにすることを目的とし、そのための半
導体不揮発性記憶装置とそれに対する情報の書込
方法を提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体不揮発性記憶装置は、上記の目
的を達成するため次のように構成したものであ
る。
第1の導電性を有する第1のゲート電極と、該
第1のゲート電極と絶縁して設ける第2の導電性
を有する第2のゲート電極と、上記第1のゲート
電極下に設ける複数層からなる第1の絶縁膜と、
上記第2のゲート電極下に設ける少なくとも1層
でかつ上記第1の絶縁膜を構成するどの膜より厚
さが厚い第2の絶縁膜と、上記第1のゲート電極
および第2のゲート電極が第1の絶縁膜および第
2の絶縁膜を介して設けられる半導体領域とを有
する。
そして、上記第1のゲート電極をゲート電極と
するメモリトランジスタと、その両側に上記第2
のゲート電極を共通のゲート電極とする一対のア
ドレストランジスタとを形成する。
なお、上記第1の絶縁膜を、シリコン酸化膜
と、該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜と、該
シリコン窒化膜上のシリコン酸化膜とによつて形
成するとよい。
また、上記第1のゲート電極を、シリコン酸化
膜と該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜と該シ
リコン窒化膜上のシリコン酸化膜とからなる絶縁
膜か、あるいは絶縁体によつて、第2のゲート電
極から絶縁するようにするとよい。
あるいは、上記第1のゲート電極を、オキシナ
イトライド膜と該オキシナイトライド膜上のシリ
コン窒化膜と該シリコン窒化膜上のシリコン酸化
膜とからなる絶縁膜によつて、第2のゲート電極
から絶縁するようにしてもよい。
そして、多数のメモリセルの第1のゲート電極
を書込み線に接続し、その書込み線によつてすべ
ての第1のゲート電極が接続されるようにすると
よい。
また、本発明の半導体不揮発性記憶装置の書込
み方法は、上記本発明による半導体不揮発性記憶
装置に対する情報の書き込み方法であつて、上記
の目的、特に高速書込を達成するために、少くと
も次の1〜3の段階を有する。
1 上記第1のゲート電極下の半導体領域にキヤ
リアを誘起する電圧を該第1のゲート電極及び
上記第2のゲート電極に印加する段階、
2 上記第1のゲート電極下の半導体領域に誘起
したキヤリアを該第1のゲート電極下の半導体
領域に保持する電圧を上記第1のゲート電極に
印加する段階、
3 上記第1のゲート電極下の半導体領域に保持
したキヤリアを上記第1の絶縁膜中に注入する
電圧を上記第1のゲート電極のみに印加する段
階、
そして、上記誘起したキヤリアを上記第1のゲ
ート電極下の半導体領域に保持する電圧を、該保
持したキヤリアを上記第1の絶縁膜中に注入する
電圧より低くする。
〔作用〕
本発明の半導体不揮発性記憶装置は、メモリト
ランジスタと一対のアドレストランジスタとによ
つて1個のメモリセルを構成するが、そのソース
とドレイン間に不純物層を設ける必要がなく、製
造時の重ね合わせ精度の冗長分を軽減され、且つ
一対のアドレストランジスタのゲート電極が1つ
の共通の電極(第2のゲート電極)であるので、
メモリセル面積の微細化を図ることができ、高集
積度の大容量半導体不揮発性記憶装置を実現でき
る。
また、メモリトランジスタの第1ゲート電極下
の第1の絶縁膜は複数層からなり、アドレストラ
ンジスタの第2のゲート電極下の絶縁膜は第1の
絶縁膜を構成するどの膜より厚いので、ゲート電
圧に対する耐圧も充分にある。
しかも、各メモリセルに情報の消去、書込み、
読出しを行なう場合には、第1と第2の2つのゲ
ート電極を制御するだけで済むので、制御回路や
配線をあまり複雑化せずに大容量化を実現でき
る。
さらに、この発明による半導体不揮発性記憶装
置の書込み方法を実施することにより、高速書込
が可能になる。
すなわち、従来のこの種の半導体不揮発性記憶
装置への情報の書込みは、メモリトランジスタの
ゲート電極下にキヤリア(一般に電子)を誘起
し、その誘起したキヤリアを絶縁膜中に注入する
ことにより行ない、このキヤリアの誘起と注入
は、各メモリセル毎にメモリトランジスタのゲー
ト電極と一方のアドレストランジスタのゲート電
極への電圧印加によつて連続して行なわれ、それ
に約10ミリ秒を要するため、多数のメモリセルに
情報を書き込むにはかなりの時間を要していた。
これに対し、この発明による書込み方法は、各
メモリセルのメモリトランジスタのゲート電極下
の半導体領域にキヤリアを誘起した後、そのキヤ
リアを第1のゲート電極下の半導体領域に保持す
るので、必要なメモリセルに対して全てその第1
のゲート電極下の半導体領域にキヤリアを保持さ
せた後、その保持したキヤリアを第1の絶縁膜中
に注入する電圧を全ての第1のゲート電極に印加
することにより、一度に各メモリセルにおけるキ
ヤリアの注入を行なうことができる。
メモリトランジスタのゲート電極下の半導体領
域にキヤリアを誘起して保持するまでには数ナノ
秒しかからないので、メモリセル数が多くてもそ
れに要する時間は僅かであり、約10ミリ秒を要す
る第1の絶縁膜中にキヤリアを注入する段階を一
度で済ませることによつて、大幅な書込み時間の
短縮を実現することができる。
〔実施例〕
次に本発明における実施例を図面を用いて説明
する。
第1図aは本発明の半導体不揮発性記憶装置の
第1の実施例を示す。
シリコン基板11上の半導体領域10の表面に
所定の間隔を設けて不純物層4,5を形成する。
さらに不純物層4と不純物層5との間のチヤネル
領域に接して、アドレストランジスタのゲート絶
縁膜Cを設ける。このゲート絶縁膜Cは、シリコ
ン酸化膜で構成する。チヤネル領域上のゲート絶
縁膜Cの一部分を開口し、露出したシリコン基板
11上の半導体領域10の表面にゲート絶縁膜C
より厚さが薄いシリコン酸化膜Dを形成する。さ
らにゲート絶縁膜Cおよびシリコン酸化膜Dの上
部に、いずれもゲート絶縁膜Cより厚さが薄いシ
リコン窒化膜Bと、シリコン酸化膜Fとを形成す
る。さらに、シリコン酸化膜Fの上に不純物層
4,5と重ならないように、第1のゲート電極で
あるメモリトランジスタのゲート電極Gを設け
る。さらに、そのゲート電極G上に絶縁体Hを介
して、不純物層4の上部から不純物層5の上部に
達するように、第2のゲート電極である一対のア
ドレストランジスタの共通のゲート電極Iを形成
する。
すなわち、この実施例の半導体不揮発性記憶装
置は、メモリトランジスタのゲート電極G上に、
そのメモリトランジスタの両側に形成される一対
のアドレストランジスタの共通のゲート電極I
が、絶縁体Hを介して重なる構成となる。
したがつて、従来必要あつたメモリトランジス
タとアドレストランジスタとの間の不純物層は不
要になる。したがつて従来必要であつたメモリト
ランジスタとアドレストランジスタとの間の不純
物層は不要となる。
アドレストランジスタのゲート電極Iとメモリ
トランジスタのゲート電極Gとは、導電性が異な
る導電材で構成する。
第1図bは、本発明の半導体不揮発性記憶装置
の第2の実施例を示す。
シリコン基板11の半導体領域10の表面に、
所定の間隔を設けて不純物層6,7を形成する。
さらに不純物層6,7間のチヤネル領域上に、不
純物層6,7に重ならないように、シリコン酸化
膜Jと、シリコン窒化膜Kと、シリコン酸化膜L
と、ゲート電極Mとを順に積層したメモリトラン
ジスタを設ける。さらに、このメモリトランジス
タのゲート電極(第1のゲート電極)M上に、該
メモリトランジスタの両側に形成される一対のア
ドレストランジスタの共通のゲート電極(第2の
ゲート電極)Oを、そのゲート絶縁膜Nを介し
て、不純物層6の上部からゲート電極Mの上を覆
つて不純物層7の上部に達するように設けてい
る。
すなわち、この実施例においても、メモリトラ
ンジスタのゲート電極M上に、そのメモリトラン
ジスタの両側に形成される一対のアドレストラン
ジスタの共通のゲート電極Oが、絶縁膜Nを介し
て重なる構成となる。
第1図cは、本発明の半導体不揮発性記憶装置
の第3の実施例を示す。
ゲート絶縁膜Pを介して一対のアドレストラン
ジスタの共通のゲート電極(第2のゲート電極)
Qを設ける。ゲート電極Qと一部重なるように、
シリコン基板11の半導体領域10に不純物層
8,9を設ける。この不純物層8,9の間のチヤ
ネル領域上の一部分を開口し、半導体領域10を
露出させて、シリコン酸化膜Rと、シリコン窒化
膜Sと、シリコン酸化膜Tと、第2のゲート電極
Uとを順に積層して、メモリトランジスタとす
る。この第1図cに示す半導体不揮発性記憶装置
では、一対のアドレストランジスタの共通のゲー
ト電極Qと、メモリトランジスタのゲート電極U
とが、絶縁膜を介して重なるように配置してい
る。
以上の第1図a〜cを用いて説明した実施例で
は、トランジスタのチヤネルを形成する領域は、
シリコン基板11上の半導体領域10で説明した
が、半導体基板の表面領域や、半導体基板上に分
離した領域や、SOS基板のように異種基板上に形
成した半導体薄膜にも、本発明の半導体不揮発性
記憶装置は形成することができる。
さらに上記の実施例では、メモリトランジスタ
のゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒
化膜とシリコン酸化膜との3層で構成したが、ゲ
ート電極側からシリコン酸化膜と、化学気相成長
法で形成したシリコン窒化膜と、シリコン基板を
直接窒化したシリコン窒化膜との積層構造でも良
く、さらにゲート電極側からシリコン酸化膜と、
化学気相成長法で形成したシリコン窒化膜と、オ
キシナイトライド膜との積層構造でも良い。
さらにメモリトランジスタのゲート絶縁膜は、
シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との2層構造で
も良い。とくに第1図cに示す実施例では、メモ
リトランジスタのゲート絶縁膜が、アドレストラ
ンジスタのゲート絶縁膜より後工程で形成する。
したがつて、シリコン窒化膜などのメモリトラン
ジスタの絶縁膜が高温にされされる機会が少な
く、2層構造で良好な記憶特性を実現できる。
さらにアドレストランジスタのゲート電極とメ
モリトランジスタのゲート電極とを、シリコン酸
化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との3層
の絶縁膜で絶縁分離することができるので、2つ
のゲート電極間のリーク電流の発生を抑え、かつ
耐圧を改善することができる。
さらに不純物層4〜9は、半導体領域10と逆
導電形の不純物を導入した領域で半導体領域10
とPN接合を形成しても良いし、金属あるいはシ
リサイド層のように半導体領域10と整流接合を
形成する領域としても良い。
半導体領域10の薄膜である場合は、半導体領
域11とオーミツク接触を有する低抵抗領域で代
えることもできる。
これらの不純物層とこの不純物層のチヤネル領
域との領域は、情報の読出し書込みに用いるの
で、読出し書込み領域となる。
次に本発明における半導体不揮発性記憶装置の
書込み方法を、第1図bに示す構造を例にして、
第3図を用いて説明する。第3図は本発明の半導
体不揮発性記憶装置を用いたメモリマトリツクス
の構成を示し、第3図における斜線部分がメモリ
トランジスタであり、黒丸部分が電気的接点であ
る。
第3図に示すように、不純物層6,7は、各々
データ線D1,D2,D3,D4に接続する。さらに一
対のアドレストランジスタの共通のゲート電極O
は、それぞれアドレス線A1,A2に接続する。メ
モリトランジスタのゲート電極Mは、書込み線W
に接続し、しかもすべてのゲート電極Mは、1つ
の書込み線Wに接続する。
たとえば第3図に示すように、2行2列のメモ
リマトリツクス構成において、(1,1)番地と
(2,2)番地とに情報“1”を(1,2)番地
と(2,1)番地とに情報“0”を書込む場合を
考えることにする。
ここで情報“1”の状態とは、メモリトランジ
スタのゲート絶縁膜を構成するシリコン窒化膜に
電子がトラツプされた状態のことをいう。
次ページに示す表1に、データ線D1,D2,D3,
D4、アドレス線A1,A2、および書込み線Wに、
それぞれ印加するバイアス電圧の関係を示す。
なお表1におけるHW,H,L,LWの各バイ
アス電圧の大小関係は、HW>H>L>LWであ
る。
[Industrial Application Field] The present invention relates to an electrically rewritable semiconductor nonvolatile memory device and a writing method therefor. [Prior Art] An electrically rewritable semiconductor non-volatile memory device (hereinafter referred to as EEPROM) having an insulated gate field effect transistor structure uses naturally occurring capture centers at the interface of different types of insulating films to capture carriers. ing. MNOS and MAOS type EEPROMs and floating type EEPROMs that use artificial potential well formation are generally known. [Problems to be Solved by the Invention] The EEPROM described above performs carrier injection using direct tunneling or Fauler-Nordheim tunneling current through an insulating film formed on a silicon substrate. Therefore, in consideration of capture efficiency, a high voltage of 20 V or more is applied during writing. Therefore, in a memory array in which the memory transistors constituting the EEPROM mentioned above are arranged in a matrix, the address
A cell structure in which the MOS transistor is provided separately from the memory transistor is required. The area of this memory cell becomes large, and it is difficult to reduce the area of this memory cell. This conventional memory cell is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the memory cell is composed of two transistors, an address transistor a and a memory transistor b. An impurity layer 3 is provided between an impurity layer 1 serving as a source and a drain, and an impurity layer 2. Therefore, the memory cell area is determined by the need for an impurity layer 3 in the semiconductor region between address transistor a and memory transistor b, and by taking into account the overlay accuracy when manufacturing a semiconductor nonvolatile memory device. Since it requires minutes,
Miniaturization is difficult. Furthermore, since the gate insulating film of memory transistor b is composed of an ultra-thin insulating film, when a high voltage during writing is applied to the impurity layer 2, which is the drain region, the gate insulating film near the drain region is damaged. However, there are disadvantages in that the number of times of writing is limited and insulation film breakdown occurs. In recent years, with the development of VLSI, there has been a demand for larger capacity storage elements, forcing the miniaturization of memory cells. Therefore, there is an increasing demand for low voltage drive of EEPROM. However, in general, low-voltage driving is achieved by thinning the gate insulating film of the transistor, so the electric field during EEPROM writing or erasing can damage the gate insulating film or cause drain breakdown, causing This is a major problem as it causes instability in physical characteristics and deterioration due to changes over time. Therefore, as seen in Japanese Patent Application Publication No. 58-500683, for example, in semiconductor non-volatile memory, the insulating film under the gate electrode has a three-layer structure (SONOS structure) of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxide, and the gate voltage Some attempt to achieve stable operation at all times by increasing the withstand voltage. In addition, as seen in the above publication and Japanese Patent Publication No. 57-502024, three gate electrodes are provided on a semiconductor substrate, each insulated by an insulating layer,
One memory transistor and a pair of access transistors are formed on both sides of the memory transistor, and the memory transistor is an MNOS type in which the insulating film under the gate electrode has a two-layer structure of silicon dioxide and silicon nitride, and an impurity layer that becomes the source and drain. There are also products that do not require an impurity layer between them. However, with such semiconductor nonvolatile memory (EEPROM), information is written and erased using physical phenomena unique to the material, such as tunneling, as described above, so it is difficult to use circuit storage means. In comparison, the writing speed is significantly slower. Therefore, the problem that the range of use is limited remains unsolved. Furthermore, in the latter case, when erasing, writing, and reading information, it is necessary to individually control each gate electrode of the three transistors that make up each memory cell, so the control circuit and The wiring becomes complicated, which is inconvenient when a large number of memory cells are arranged in an integrated manner to increase the capacity. The present invention has been made in view of the current situation, and it is possible to miniaturize the area of memory cells, improve the withstand voltage with respect to gate voltage, and realize high-speed writing, as well as erase, write, and read information. The purpose of the present invention is to provide a semiconductor non-volatile memory device and a method for writing information thereto in order to avoid complication of control circuits and wiring for performing this purpose. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention is configured as follows. a first gate electrode having a first conductivity; a second gate electrode having a second conductivity provided insulated from the first gate electrode; and a plurality of layers provided under the first gate electrode. a first insulating film consisting of;
a second insulating film that is at least one layer provided under the second gate electrode and is thicker than any of the films constituting the first insulating film; and the first gate electrode and the second gate electrode. It has a semiconductor region provided through a first insulating film and a second insulating film. A memory transistor having the first gate electrode as a gate electrode, and a memory transistor having the second gate electrode on both sides thereof.
A pair of address transistors having a common gate electrode are formed. Note that the first insulating film is preferably formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film on the silicon oxide film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film. The first gate electrode may be formed of an insulating film consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film on the silicon oxide film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film, or a second gate electrode made of an insulator. It is preferable to insulate it from the gate electrode. Alternatively, the first gate electrode is separated from the second gate electrode by an insulating film consisting of an oxynitride film, a silicon nitride film on the oxynitride film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film. It may be insulated. Then, it is preferable to connect the first gate electrodes of a large number of memory cells to a write line so that all the first gate electrodes are connected by the write line. Furthermore, the method for writing information into a semiconductor non-volatile memory device according to the present invention is a method for writing information into the semiconductor non-volatile memory device according to the present invention, and in order to achieve the above-mentioned purpose, particularly high-speed writing, at least the following: It has 1 to 3 stages. 1 applying a voltage that induces carriers in the semiconductor region under the first gate electrode to the first gate electrode and the second gate electrode; 2 inducing carriers in the semiconductor region under the first gate electrode; applying a voltage to the first gate electrode to hold the carrier in the semiconductor region under the first gate electrode; 3. applying a voltage to the first gate electrode to hold the carrier in the semiconductor region under the first gate electrode; applying a voltage to be injected into the semiconductor region only to the first gate electrode; and applying a voltage to hold the induced carriers in the semiconductor region under the first gate electrode; The voltage should be lower than the voltage injected into the insulating film. [Function] The semiconductor nonvolatile memory device of the present invention constitutes one memory cell by a memory transistor and a pair of address transistors, but there is no need to provide an impurity layer between the source and drain, and the process of manufacturing is simple. Since the redundancy in the overlay accuracy is reduced, and the gate electrodes of the pair of address transistors are one common electrode (second gate electrode),
The memory cell area can be miniaturized, and a highly integrated, large-capacity semiconductor nonvolatile memory device can be realized. Furthermore, the first insulating film under the first gate electrode of the memory transistor is composed of multiple layers, and the insulating film under the second gate electrode of the address transistor is thicker than any of the films constituting the first insulating film. It also has sufficient voltage resistance. Furthermore, each memory cell can be erased, written, and
In the case of reading, it is sufficient to control the first and second gate electrodes, so that a large capacity can be achieved without complicating the control circuit or wiring. Furthermore, by implementing the writing method for a semiconductor nonvolatile memory device according to the present invention, high-speed writing becomes possible. That is, conventional writing of information into this type of semiconductor nonvolatile memory device is performed by inducing carriers (generally electrons) under the gate electrode of a memory transistor and injecting the induced carriers into an insulating film. This induction and injection of carriers is performed continuously by applying voltage to the gate electrode of the memory transistor and the gate electrode of one of the address transistors for each memory cell, and it takes about 10 milliseconds. It took a considerable amount of time to write information into memory cells. In contrast, the write method according to the present invention induces carriers in the semiconductor region under the gate electrode of the memory transistor of each memory cell, and then retains the carriers in the semiconductor region under the first gate electrode. For memory cells all the first
After carriers are held in the semiconductor region under the gate electrode of each memory cell, a voltage is applied to all the first gate electrodes to inject the held carriers into the first insulating film. Carrier injection can be performed. It takes only a few nanoseconds to induce and hold carriers in the semiconductor region under the gate electrode of a memory transistor, so even if there are a large number of memory cells, the time required for this is small; By completing the step of injecting carriers into the insulating film only once, it is possible to significantly shorten the writing time. [Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1a shows a first embodiment of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention. Impurity layers 4 and 5 are formed on the surface of semiconductor region 10 on silicon substrate 11 with a predetermined interval.
Furthermore, a gate insulating film C of an address transistor is provided in contact with the channel region between impurity layer 4 and impurity layer 5. This gate insulating film C is composed of a silicon oxide film. A part of the gate insulating film C on the channel region is opened, and the gate insulating film C is formed on the exposed surface of the semiconductor region 10 on the silicon substrate 11.
A silicon oxide film D having a thinner thickness is formed. Furthermore, on top of the gate insulating film C and silicon oxide film D, a silicon nitride film B and a silicon oxide film F, both of which are thinner than the gate insulating film C, are formed. Further, a gate electrode G of the memory transistor, which is a first gate electrode, is provided on the silicon oxide film F so as not to overlap the impurity layers 4 and 5. Furthermore, a common gate electrode I of the pair of address transistors, which is a second gate electrode, is formed on the gate electrode G via an insulator H so as to reach from the upper part of the impurity layer 4 to the upper part of the impurity layer 5. do. That is, in the semiconductor nonvolatile memory device of this embodiment, on the gate electrode G of the memory transistor,
Common gate electrode I of a pair of address transistors formed on both sides of the memory transistor
are overlapped with each other with an insulator H interposed therebetween. Therefore, the impurity layer between the memory transistor and the address transistor, which was conventionally necessary, becomes unnecessary. Therefore, the impurity layer between the memory transistor and the address transistor, which was conventionally necessary, is no longer necessary. The gate electrode I of the address transistor and the gate electrode G of the memory transistor are made of conductive materials having different conductivities. FIG. 1b shows a second embodiment of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention. On the surface of the semiconductor region 10 of the silicon substrate 11,
Impurity layers 6 and 7 are formed with a predetermined interval.
Further, on the channel region between the impurity layers 6 and 7, a silicon oxide film J, a silicon nitride film K, and a silicon oxide film L are formed so as not to overlap the impurity layers 6 and 7.
A memory transistor is provided in which a gate electrode M and a gate electrode M are sequentially stacked. Further, on the gate electrode (first gate electrode) M of this memory transistor, a common gate electrode (second gate electrode) O of a pair of address transistors formed on both sides of the memory transistor is connected to the gate insulator. It is provided to cover the top of the gate electrode M from the top of the impurity layer 6 and reach the top of the impurity layer 7 via the film N. That is, in this embodiment as well, the common gate electrode O of a pair of address transistors formed on both sides of the memory transistor overlaps on the gate electrode M of the memory transistor with the insulating film N interposed therebetween. FIG. 1c shows a third embodiment of the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention. A common gate electrode (second gate electrode) of a pair of address transistors via a gate insulating film P
Set up Q. so that it partially overlaps with the gate electrode Q,
Impurity layers 8 and 9 are provided in a semiconductor region 10 of a silicon substrate 11. A part of the channel region between the impurity layers 8 and 9 is opened to expose the semiconductor region 10, and the silicon oxide film R, the silicon nitride film S, the silicon oxide film T, and the second gate electrode U are formed. are stacked in order to form a memory transistor. In the semiconductor nonvolatile memory device shown in FIG. 1c, a common gate electrode Q of a pair of address transistors and a gate electrode U of a memory transistor
are arranged so as to overlap with each other with an insulating film interposed therebetween. In the embodiment described above using FIGS. 1a to 1c, the region forming the channel of the transistor is
Although the semiconductor region 10 on the silicon substrate 11 was explained, the semiconductor non-volatile film of the present invention can also be applied to the surface region of the semiconductor substrate, a separated region on the semiconductor substrate, and a semiconductor thin film formed on a different substrate such as an SOS substrate. Sexual memory can be formed. Furthermore, in the above embodiment, the gate insulating film of the memory transistor was composed of three layers: a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film. A laminated structure of the formed silicon nitride film and a silicon nitride film obtained by directly nitriding the silicon substrate may be used, and a silicon oxide film may be further formed from the gate electrode side.
A stacked structure of a silicon nitride film formed by chemical vapor deposition and an oxynitride film may also be used. Furthermore, the gate insulating film of the memory transistor is
A two-layer structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be used. In particular, in the embodiment shown in FIG. 1c, the gate insulating film of the memory transistor is formed in a later step than the gate insulating film of the address transistor.
Therefore, there are few chances that the insulating film of the memory transistor, such as a silicon nitride film, is exposed to high temperatures, and good memory characteristics can be achieved with the two-layer structure. Furthermore, since the gate electrode of the address transistor and the gate electrode of the memory transistor can be insulated and separated by a three-layer insulating film consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film, leakage current between the two gate electrodes is reduced. It is possible to suppress the occurrence of and improve the withstand voltage. Further, the impurity layers 4 to 9 are regions into which impurities of conductivity type opposite to the semiconductor region 10 are introduced.
A PN junction may be formed with the semiconductor region 10, or a region such as a metal or silicide layer may be used to form a rectifying junction with the semiconductor region 10. If the semiconductor region 10 is a thin film, it can be replaced with a low resistance region having ohmic contact with the semiconductor region 11. The region between these impurity layers and the channel region of this impurity layer is used for reading and writing information, and thus becomes a reading and writing region. Next, the writing method of the semiconductor non-volatile memory device according to the present invention will be explained using the structure shown in FIG. 1b as an example.
This will be explained using FIG. FIG. 3 shows the structure of a memory matrix using the semiconductor non-volatile memory device of the present invention, in which the shaded areas are memory transistors and the black circles are electrical contacts. As shown in FIG. 3, impurity layers 6 and 7 are connected to data lines D 1 , D 2 , D 3 and D 4 , respectively. Furthermore, a common gate electrode O of a pair of address transistors
are connected to address lines A 1 and A 2 respectively. The gate electrode M of the memory transistor is connected to the write line W.
Furthermore, all gate electrodes M are connected to one write line W. For example, as shown in FIG. 3, in a memory matrix configuration of 2 rows and 2 columns, information "1" is stored at addresses (1, 1) and (2, 2). 1) Let us consider the case where information "0" is written to address. Here, the state of information "1" refers to a state in which electrons are trapped in the silicon nitride film constituting the gate insulating film of the memory transistor. Table 1 shown on the next page shows data lines D 1 , D 2 , D 3 ,
D 4 , address lines A 1 , A 2 , and write line W;
The relationship between the applied bias voltages is shown. Note that the magnitude relationship of each bias voltage of HW, H, L, and LW in Table 1 is HW>H>L>LW.
以上の説明で明らかなように本発明によれば、
従来のメモリセルで必要であつた不純物層が不要
になる。さらに半導体不揮発性記憶装置を製造す
るときに必要であつた、重ね合わせ精度の冗長分
も軽減される。このため、大幅なメモリセル面積
の縮小が実現できる。
さらに情報の書込み時に、ドレイン領域に高電
圧が印加されても、メモリトランジスタの超薄膜
からなるゲート絶縁膜は、このメモリトランジス
タのゲート絶縁膜に比較して、充分に厚いアドレ
ストランジスタのゲート絶縁膜によりドレイン領
域から絶縁分離されているため、絶縁破壊に対す
る耐圧を著しく向上させることができる。
しかも、各メモリセルに情報の消去、書込み、
読出しを行なう場合には、第1と第2の2つのゲ
ート電極を制御するだけで済むので、制御回路や
配線をあまり複雑化せずに、大容量化を実現でき
る。
また、本発明による半導体不揮発性記憶装置の
書込み方法によれば、情報の書込みに要する時間
を大幅に短縮して高速書込みが可能になる。
すなわち、前記表1に示した各段階に要する時
間は、情報を書込み番地にあるメモリトランジス
タのゲート絶縁膜下にのみ電子を保持する段階
から段階が数ナノ秒から数十ナノ秒、一括消去
の段階と書込みの段階とが、それぞれ数ミリ
秒から数十ミリ秒である。したがつてたとえば、
8キロアドレスラインのメモリマトリツクスの場
合、ここで1アドレスラインに8ビツトのメモリ
が接続されているときは64キロビツトにおいて、
表1の段階から段階が10ナノ秒、段階と
段階とがそれぞれ10ミリ秒とすると、
10×10-9×8×103+10×10-3×2=2.0×10-2
[秒]となる。一方、従来の書込み方法では、1
アドレスライン毎に10ミリ秒の書込み時間を要す
る。上記と同じ8キロアドレスラインでは、
10×10-3+10×10-3×8×103=80[秒]要するこ
とになる。
したがつて本発明による書込み方法は、メモリ
が大容量化すればするほど、有効であることがわ
かる。
As is clear from the above description, according to the present invention,
The impurity layer required in conventional memory cells becomes unnecessary. Furthermore, redundant overlay accuracy required when manufacturing semiconductor nonvolatile memory devices is also reduced. Therefore, a significant reduction in memory cell area can be achieved. Furthermore, even if a high voltage is applied to the drain region during information writing, the ultra-thin gate insulating film of the memory transistor is sufficiently thicker than the gate insulating film of the address transistor. Since it is insulated from the drain region, the withstand voltage against dielectric breakdown can be significantly improved. Furthermore, each memory cell can be erased, written, and
When reading data, it is sufficient to control only two gate electrodes, the first and second, so that a large capacity can be achieved without complicating the control circuit or wiring. Further, according to the method for writing in a semiconductor nonvolatile memory device according to the present invention, the time required to write information can be significantly shortened and high-speed writing can be performed. In other words, the time required for each step shown in Table 1 is from several nanoseconds to several tens of nanoseconds from the stage of holding electrons only under the gate insulating film of the memory transistor at the address where information is written, to the time required for batch erasing. The phase and writing phase each last from a few milliseconds to several tens of milliseconds. Therefore, for example,
In the case of a memory matrix with 8 kilo bits of address line, when 8 bits of memory is connected to one address line, at 64 kilo bits,
Assuming that the steps from Table 1 are 10 nanoseconds and each step is 10 milliseconds, then 10×10 -9 ×8×10 3 +10×10 -3 ×2 = 2.0×10 -2
[seconds]. On the other hand, in the conventional writing method, 1
Each address line requires a write time of 10 milliseconds. For the same 8 km address line as above, it will take 10 x 10 -3 + 10 x 10 -3 x 8 x 10 3 = 80 [seconds]. Therefore, it can be seen that the writing method according to the present invention is more effective as the capacity of the memory increases.
第1図a、第1図b、第1図cはいずれも本発
明の実施例における半導体不揮発性記憶装置を示
す断面図、第2図は従来のメモリセルを示す断面
図、第3図は本発明の半導体不揮発性記憶装置を
用いたメモリマトリツクスを示す回路図である。
4,5,6,7,8,9……不純物層、10…
…半導体領域、C,N,P……ゲート絶縁膜、
D,J,R……シリコン酸化膜、E,K,S……
シリコン窒化膜、F,L,T……シリコン酸化
膜、G,M,U……ゲート電極、H……絶縁体、
I,O,Q……ゲート電極、A1,A2……アドレ
ス線、D1,D2,D3,D4……データ線、W……書
込み線。
1a, 1b, and 1c are all cross-sectional views showing a semiconductor nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional memory cell, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional memory cell. FIG. 2 is a circuit diagram showing a memory matrix using the semiconductor nonvolatile memory device of the present invention. 4, 5, 6, 7, 8, 9... impurity layer, 10...
...semiconductor region, C, N, P...gate insulating film,
D, J, R...silicon oxide film, E, K, S...
Silicon nitride film, F, L, T... silicon oxide film, G, M, U... gate electrode, H... insulator,
I, O, Q...gate electrode, A1 , A2 ...address line, D1 , D2 , D3 , D4 ...data line, W...write line.
Claims (1)
該第1のゲート電極と絶縁して設ける第2の導電
性を有する第2のゲート電極と、前記第1のゲー
ト電極下に設ける複数層からなる第1の絶縁膜
と、前記第2のゲート電極下に設ける少なくとも
1層でかつ前記第1の絶縁膜を構成するどの膜よ
り厚さが厚い第2の絶縁膜と、前記第1のゲート
電極および第2のゲート電極が前記第1の絶縁膜
および第2の絶縁膜を介して設けられる半導体領
域とを有し、 前記第1のゲート電極をゲート電極とするメモ
リトランジスタと、その両側に前記第2のゲート
電極を共通のゲート電極とする一対のアドレスト
ランジスタとを形成することを特徴とする半導体
不揮発性記憶装置。 2 第1の絶縁膜が、シリコン酸化膜と、該シリ
コン酸化膜上のシリコン窒化膜と、該シリコン窒
化膜上のシリコン酸化膜とからなることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の半導体不揮発性
記憶装置。 3 第1のゲート電極が、シリコン酸化膜と該シ
リコン酸化膜上のシリコン窒化膜と該シリコン窒
化膜上のシリコン酸化膜とからなる絶縁膜か、あ
るいは絶縁体によつて、第2のゲート電極から絶
縁されていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の半導体不揮発性記憶装置。 4 第1のゲート電極が、オキシナイトライド膜
と該オキシナイトライド膜上のシリコン窒化膜と
該シリコン窒化膜上のシリコン酸化膜とからなる
絶縁膜によつて、第2のゲート電極から絶縁され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の半導体不揮発性記憶装置。 5 第1のゲート電極が書込み線に接続され、該
書込み線によつてすべての第1のゲート電極が接
続されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の半導体不揮発性記憶装置。 6 第1の導電性を有する第1のゲート電極と、
該第1のゲート電極と絶縁して設ける第2の導電
性を有する第2のゲート電極と、前記第1のゲー
ト電極下に設ける複数層からなる第1の絶縁膜
と、前記第2のゲート電極下に設ける少なくとも
1層でかつ前記第1の絶縁膜を構成するどの膜よ
り厚さが厚い第2の絶縁膜と、前記第1のゲート
電極および第2のゲート電極が前記第1の絶縁膜
および第2の絶縁膜を介して設けられる半導体領
域とを有し、 前記第1のゲート電極をゲート電極とするメモ
リトランジスタと、その両側に前記第2のゲート
電極を共通のゲート電極とする一対のアドレスト
ランジスタとを形成した半導体不揮発性記憶装置
に対する情報の書き込み方法であつて、 前記第1のゲート電極下の半導体領域にキヤリ
アを誘起する電圧を該第1のゲート電極及び前記
第2のゲート電極に印加する段階と、 前記第1のゲート電極下の半導体領域に誘起し
たキヤリアを該第1のゲート電極下の半導体領域
に保持する電圧を前記第1のゲート電極に印加す
る段階と、 前記第1のゲート電極下の半導体領域に保持し
たキヤリアを前記第1の絶縁膜中に注入する電圧
を前記第1のゲート電極のみに印加する段階とを
少なくとも有し、 前記誘起したキヤリアを前記第1のゲート電極
下の半導体領域に保持する電圧を、該保持したキ
ヤリアを前記第1の絶縁膜中に注入する電圧より
低くすることを特徴とする半導体不揮発性記憶装
置の書込み方法。[Claims] 1. A first gate electrode having a first conductivity;
a second gate electrode having a second conductivity provided insulated from the first gate electrode; a first insulating film consisting of a plurality of layers provided under the first gate electrode; and the second gate electrode. a second insulating film that is at least one layer provided under the electrode and is thicker than any film constituting the first insulating film; and the first gate electrode and the second gate electrode are connected to the first insulating film. a semiconductor region provided through a film and a second insulating film, the memory transistor having the first gate electrode as a gate electrode, and the second gate electrode on both sides thereof as a common gate electrode. 1. A semiconductor nonvolatile memory device comprising a pair of address transistors. 2. The method according to claim 1, wherein the first insulating film is composed of a silicon oxide film, a silicon nitride film on the silicon oxide film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film. Semiconductor non-volatile memory device. 3. The first gate electrode is an insulating film consisting of a silicon oxide film, a silicon nitride film on the silicon oxide film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film, or the second gate electrode is made of an insulator. 2. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the semiconductor nonvolatile memory device is insulated from the semiconductor nonvolatile memory device. 4 The first gate electrode is insulated from the second gate electrode by an insulating film consisting of an oxynitride film, a silicon nitride film on the oxynitride film, and a silicon oxide film on the silicon nitride film. A semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, characterized in that: 5. The semiconductor nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the first gate electrode is connected to a write line, and all the first gate electrodes are connected by the write line. 6 a first gate electrode having a first conductivity;
a second gate electrode having a second conductivity provided insulated from the first gate electrode; a first insulating film consisting of a plurality of layers provided under the first gate electrode; and the second gate electrode. a second insulating film that is at least one layer provided under the electrode and is thicker than any film constituting the first insulating film; and the first gate electrode and the second gate electrode are connected to the first insulating film. a semiconductor region provided through a film and a second insulating film, the memory transistor having the first gate electrode as a gate electrode, and the second gate electrode on both sides thereof as a common gate electrode. A method of writing information to a semiconductor nonvolatile memory device formed with a pair of address transistors, the method comprising: applying a voltage that induces carriers in a semiconductor region under the first gate electrode to the first gate electrode and the second gate electrode; applying a voltage to the first gate electrode to maintain carriers induced in the semiconductor region under the first gate electrode in the semiconductor region under the first gate electrode; applying a voltage only to the first gate electrode to inject carriers held in the semiconductor region under the first gate electrode into the first insulating film, and injecting the induced carriers into the first insulating film. A method for writing in a semiconductor nonvolatile memory device, characterized in that a voltage held in a semiconductor region under a first gate electrode is lower than a voltage at which the held carriers are injected into the first insulating film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15218685A JPS6214473A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Semiconductor nonvolatile storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15218685A JPS6214473A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Semiconductor nonvolatile storage device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6214473A JPS6214473A (en) | 1987-01-23 |
JPH0582748B2 true JPH0582748B2 (en) | 1993-11-22 |
Family
ID=15534938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15218685A Granted JPS6214473A (en) | 1985-07-12 | 1985-07-12 | Semiconductor nonvolatile storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6214473A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DK0740854T3 (en) * | 1991-08-29 | 2003-08-18 | Hyundai Electronics Ind | Automatically adjusted dual-bit split gate (DSG) flash EEPROM cell |
US6166409A (en) | 1996-09-13 | 2000-12-26 | Alliance Semiconductor Corporation | Flash EPROM memory cell having increased capacitive coupling |
-
1985
- 1985-07-12 JP JP15218685A patent/JPS6214473A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6214473A (en) | 1987-01-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2817500B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
US5904518A (en) | Method of manufacturing a semiconductor IC device having single transistor type nonvolatile memory cells | |
US5243559A (en) | Semiconductor memory device | |
JPS6341240B2 (en) | ||
TWI390713B (en) | Non-volatile semiconductor memory device and method of manufacturing same | |
EP0443515B1 (en) | Nonvolatile semiconductor device | |
JPH0536991A (en) | Semiconductor memory device | |
JP3049100B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US10892341B2 (en) | Flash memory with assistant gate and method of fabricating the same | |
US5763308A (en) | Method for fabricating flash memory cells using a composite insulating film | |
JP4969748B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing nonvolatile memory cell | |
JPS6057673A (en) | MOS type semiconductor device | |
JPH0582748B2 (en) | ||
JP2643860B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JP3563310B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor memory device | |
JPS6367783A (en) | Semiconductor storage device | |
JPH10326881A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same | |
JPS6352478A (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2797466B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
JPH065875A (en) | Nonvolatile memory | |
JPH0450754B2 (en) | ||
JPH04348568A (en) | Semiconductor ic device and manufacture thereof | |
JP2815262B2 (en) | Non-volatile memory | |
JPH10125809A (en) | Nonvolatile semiconductor memory | |
JPH0277169A (en) | non-volatile memory device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |