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JPS5839067A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

Info

Publication number
JPS5839067A
JPS5839067A JP56137410A JP13741081A JPS5839067A JP S5839067 A JPS5839067 A JP S5839067A JP 56137410 A JP56137410 A JP 56137410A JP 13741081 A JP13741081 A JP 13741081A JP S5839067 A JPS5839067 A JP S5839067A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
voltage
floating gate
memory
semiconductor memory
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
JP56137410A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Kojima
芳和 小島
Masaaki Kamiya
昌明 神谷
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 Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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 Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP56137410A priority Critical patent/JPS5839067A/en
Publication of JPS5839067A publication Critical patent/JPS5839067A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不揮発性半導体メモリに関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to nonvolatile semiconductor memories.

半導体メモリは、磁気メ毫す等に比べ小型で、しかも情
報を高速に書込み、読み出しができるという利点をもっ
ている。磁気メモリ等のメモリに、比べ少なかった記憶
情報量も、最近のめざましい半導体技IWKよ〕急激に
増加している。不揮発性半導体メ篭りにおいても、記憶
情報量C以下半導体メ峰りに関しては集積度と呼ぶ)は
、同様に増加している。しかし、電気的に再書込み可能
な不揮発性半導体メモリは、一般に使用電圧が高いため
に耐圧を高くする必要がToシ、その結果、他の牛導体
メ篭りに比べあt〕微細化技衝による集積度の向上を道
れないという欠点を有している。不揮発性半導体メ篭す
の使用電圧が高い原因は、情報を記憶するために必要な
プログラム電圧が高いからである。そζで、高集積度な
不揮発性半導体メモリを実現するtめに1低プログラム
電圧の不揮発性半導体メモリの開発が望inている。
Semiconductor memory has the advantage of being smaller than magnetic memory and the like, and information can be written and read at high speed. The amount of information stored in memories such as magnetic memory, which used to be small, is rapidly increasing thanks to the recent remarkable semiconductor technology IWK. In the case of non-volatile semiconductor devices, the amount of storage information C or less (referred to as the degree of integration) is increasing as well. However, electrically rewritable non-volatile semiconductor memory generally requires high voltage resistance due to the high operating voltage. It has the disadvantage that it cannot improve the degree of integration. The reason why non-volatile semiconductor devices require a high operating voltage is that the programming voltage required to store information is high. Therefore, in order to realize a highly integrated nonvolatile semiconductor memory, it is desired to develop a nonvolatile semiconductor memory with a low programming voltage.

第1図は、従来の不揮発性半導体メモリの−実施例の断
面図である。動作原理をメモリトランジスメがN型M 
OS F X T (MefaL −0xide −B
mmiconducfor Ba1d −Effect
 −Tranaisfor )の場合について説明する
。P型の半導体基板1にN型のソース領域2及びドレイ
ン領域3が設けらnl ソース領域2とドレイン領域3
の間の半導体基板10表面に第1のゲート絶縁膜4t−
介して浮遊ゲート電極6を設け、浮遊ゲート電極6の上
に第2のゲート絶縁膜8を介して制御ゲート電極7を設
けた構造である。また、ドレイン領域3と浮遊ゲート絶
縁膜6との間には一部薄い絶縁膜5(膜厚がfax)が
設けられている。浮遊ゲート電極6は、前記第1及び第
2のゲート絶@M4,8及び薄い絶縁膜5′に−含む絶
縁膜にょシすべてのまゎシをおおわれている。制御ゲー
ト電極7は、他の領域(ソース領域2、ドレイン領域3
、基板1)に比べ、第2のゲート絶縁膜8により強く容
量結合している。即ち、制御ゲート電極7は、浮遊ゲー
ト電極6の電位を制御する電極になっている。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a conventional nonvolatile semiconductor memory. The operating principle is N type M memory transistor.
OS F XT (MefaL-0xide-B
mmiconductforBa1d-Effect
-Transaisfor) will be explained. An N-type source region 2 and a drain region 3 are provided on a P-type semiconductor substrate 1.
A first gate insulating film 4t- is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 between
In this structure, a floating gate electrode 6 is provided through the floating gate electrode 6, and a control gate electrode 7 is provided on the floating gate electrode 6 with a second gate insulating film 8 interposed therebetween. Further, a partially thin insulating film 5 (film thickness: fax) is provided between the drain region 3 and the floating gate insulating film 6. The floating gate electrode 6 covers all the insulating films included in the first and second gate electrodes M4, 8 and the thin insulating film 5'. The control gate electrode 7 is connected to other regions (source region 2, drain region 3
, the capacitive coupling is stronger with the second gate insulating film 8 than with the substrate 1). That is, the control gate electrode 7 is an electrode that controls the potential of the floating gate electrode 6.

第1図に示した不揮発性半導体メモリの記憶の読み出し
。書込み〔電子を基板子から浮遊ゲート電極6へ注入す
ること〕及び消去(電子を浮遊ゲーF電極6から基板l
へ流出すること〕の原理を説明する。
Reading the memory of the nonvolatile semiconductor memory shown in FIG. Writing (injecting electrons from the substrate element to the floating gate electrode 6) and erasing (injecting electrons from the floating gate F electrode 6 to the substrate l)
Explain the principle of "flowing into the water".

まず、読み出し方法について説明する。ドレイン領域3
に定電圧ドレイン電圧vDt−印加し、制御ゲート電1
i7に電圧V6oを印加すると、第2図に示す如(、ド
レイン電流、X oが流nる。制御ゲート電極7に正の
制御ゲート電圧Vcot印加してい(と、第1のゲート
絶縁!lE4の下の半導体表面(以下チャネルと呼ぶ)
は反転・しやすくなシ、ある制御ゲート電圧V6@を境
にして急にドレイン電流xDが流れる。このドレイン電
流Xvが急に流れ始める制御ゲージ電圧上閾値電圧vI
t呼ぶ。
First, the reading method will be explained. drain region 3
A constant voltage drain voltage vDt- is applied to the control gate voltage 1
When voltage V6o is applied to i7, a drain current, Xo, flows as shown in FIG. (hereinafter referred to as the channel)
is easy to reverse, and the drain current xD suddenly flows at a certain control gate voltage V6@. The threshold voltage vI above the control gauge voltage at which this drain current Xv suddenly begins to flow
Call t.

この閾値電圧VffXは、浮遊ゲート電極6に多数の電
子が注入されている(書込み)とチャネルは反転しに(
くなるから大患(なる。逆に、浮遊ゲート電極6から電
子が多数流出(消去コした状態では、チャネルは反転し
やすくなるから、閾値電圧Vqwは第2図の如(減少す
る。従って、制御ゲート電極7に読み出し用の定電圧を
印加し、Yの時のチャネルコンダクタンスを検出すnば
、浮遊ケート電極中の電子密度に対応して、メモリの記
憶を読み出すことができる。
This threshold voltage VffX is determined by the fact that when a large number of electrons are injected into the floating gate electrode 6 (writing), the channel is inverted (
On the other hand, when a large number of electrons flow out from the floating gate electrode 6, the channel tends to invert, so the threshold voltage Vqw decreases as shown in FIG. By applying a constant voltage for reading to the gate electrode 7 and detecting the channel conductance at Y, the memory of the memory can be read out in accordance with the electron density in the floating gate electrode.

次に、メモリデバイスの書込みについて説明する。ドレ
イン電極3に対し、正の電圧である書込み電圧Vvを制
御ゲート電極7に印加すると、ドレイン領域3の上の薄
い絶縁膜5にほぼ書込み電圧Vvが印加さ扛゛る。薄い
絶縁j[5にV買が印加されると、浮遊ゲート電極7か
らドレイン領域3に薄い絶縁膜5を介して第1図の矢印
五のようにトンネル電流が流れ、電子が浮遊ゲート電極
7へ注入される。薄い絶縁膜に生ずる電界が大きい程、
大きなトンネル電流が流詐る。
Next, writing to a memory device will be explained. When a write voltage Vv, which is a positive voltage with respect to the drain electrode 3, is applied to the control gate electrode 7, almost the write voltage Vv is applied to the thin insulating film 5 on the drain region 3. When V voltage is applied to the thin insulation layer 5, a tunnel current flows from the floating gate electrode 7 to the drain region 3 through the thin insulation film 5 as shown by arrow 5 in FIG. injected into. The larger the electric field generated in the thin insulating film, the more
A large tunnel current flows.

次に消去については、書込みと逆であり、制御ゲート電
極7に対し、ドレイン電領3に正の電圧である消去電圧
V#を印加する。すると、書込み時と同様に、浮遊ゲー
ト電極7とドレイン電極3との間の薄い絶縁M5にほぼ
電圧V#が印加さn1ドレイン領域3から浮遊ゲート電
極7に薄い絶縁膜5を介して第1図の矢印ムのようにト
ンネル電流がarする。即ち、浮遊ゲート電極7中の電
子がドレイン領域3Kfi出(消去ンする。
Next, for erasing, which is the opposite of writing, an erase voltage V#, which is a positive voltage, is applied to the control gate electrode 7 and the drain electric field 3. Then, as in writing, approximately voltage V# is applied to the thin insulation M5 between the floating gate electrode 7 and the drain electrode 3. A tunnel current ar flows as indicated by the arrow M in the figure. That is, electrons in the floating gate electrode 7 exit (erase) the drain region 3Kfi.

以上説明したように、第1図のようなトンネル注入手段
を利用した不揮発性メモリメモリの書込み、消去電圧(
両方まとめてプログラム電圧と呼ぶととKする)は、薄
い絶縁膜5の種類と膜厚foxに大きく依存する。第3
図は、薄い絶縁膜5が二酸化シリコン膜の場合の、プロ
グラム電圧Vpの膜厚foπ依存性を示すグラフである
。膜厚fox を薄(すnばする程、vpは小さくでき
る。
As explained above, the write and erase voltages (
Both program voltages are collectively referred to as program voltages), which greatly depend on the type and film thickness fox of the thin insulating film 5. Third
The figure is a graph showing the dependence of the program voltage Vp on the film thickness foπ when the thin insulating film 5 is a silicon dioxide film. The thinner the film thickness fox is, the smaller vp can be.

しかし、膜厚が薄(なると、記憶の保持特性が悪くなる
ために/@s = 200ムまでしか薄くできなかつ九
。その結果、プログラム電圧vpを低減できず、高集積
度な不揮発性メモリを困難にしていた。
However, if the film thickness is thin, the memory retention characteristics will deteriorate, so it can only be made as thin as /@s = 200 μm.As a result, the programming voltage vp cannot be reduced, making it difficult to use highly integrated non-volatile memory. It was making it difficult.

本発明は、上記のような従来の問題点を克服するために
なさ−rtたものであシ、保持特性に優nた高集積化に
適する低プログラム電圧の浮遊ゲート製不揮発性メ毫り
を提供するものである。
The present invention was made in order to overcome the above-mentioned conventional problems and to provide a floating gate non-volatile memory with excellent retention characteristics and a low programming voltage suitable for high integration. This is what we provide.

本発明の不揮発性半導体メモリについて、第1図及び第
4図を用いて詳細に説明する。
The nonvolatile semiconductor memory of the present invention will be explained in detail using FIGS. 1 and 4.

本発明の不揮発性半導体メモリハ、浮遊ゲート電極中の
電子を注入あるいは流出する薄い酸化膜の最適膜・厚を
設定したものである。第1図のような構造の不揮発性半
導体メモリにおいて、薄い酸化膜厚foxを薄くすると
、例えば60ムにすると、第4図に示す如く、書換回数
の増加と共に記憶保持時間が短(愈る。また、膜厚が1
00五のメモリにおいては、第4図に示す如く、書換え
回数の増加と共に保持時間は長くなる。従って、60作
製すると、第4図に示す如(、書換え回数の増加によっ
て、保持時間が減少しない膜厚が存在する。我々の試作
結果では、約fez=80ムの場合、保持時間の書換え
回数依存性が少なかった。この最適な膜厚は、プロセス
条件によって少し異なる。プロセスの条件によって異な
るが、この最適〜 膜厚fox 、は、70ム<fore<90ムの間に入
る、この最適膜厚でメモリを作製す扛ば、保持時間の長
い低プログラム電圧の不揮発性半導体メモリを形成する
ことができる。
In the nonvolatile semiconductor memory of the present invention, the optimum film and thickness of the thin oxide film from which electrons are injected or drained from the floating gate electrode are set. In a nonvolatile semiconductor memory having the structure as shown in FIG. 1, if the thin oxide film thickness fox is reduced to, for example, 60 μm, the memory retention time will shorten (elapse) as the number of rewrites increases, as shown in FIG. Also, the film thickness is 1
In the 005 memory, as shown in FIG. 4, the retention time increases as the number of rewrites increases. Therefore, when 60 μm is prepared, as shown in FIG. The dependence was small. This optimal film thickness slightly differs depending on the process conditions. Although it varies depending on the process conditions, this optimal film thickness fox falls within the range of 70 μm < fore < 90 μm. If the memory is made thicker, a non-volatile semiconductor memory with a long retention time and a low programming voltage can be formed.

本発明の実施例は、第1図のような構造のメモリに限る
ものではないことは言うまでもない。薄い酸化膜を介し
て、トンネル注入手段によシ浮遊ゲート電極に電子を注
入あるいは流出することt可能にならしめ九構造の不揮
発性半導体メモリであ牡ば、本発明は適用できる。
It goes without saying that the embodiments of the present invention are not limited to memories having the structure as shown in FIG. The present invention is applicable to any nonvolatile semiconductor memory having a structure in which electrons can be injected or flowed out to a floating gate electrode by tunnel injection means through a thin oxide film.

以上本発明によれば、浮遊ゲート電極に薄い酸化膜を介
してトンネル注入手段によ)電子を注入あるいは流出す
る浮遊ゲート型不揮発性半導体メモリにおいて、保持時
間の書換え回数による減少tなくす薄い酸化膜の最低膜
厚を70ム<fO為く90ムの関に設定することによシ
、保持特性を悪(せずに、書換え回数の向上及び低プロ
グラム電圧化を実現で龜る。その結果、メモリセルの設
計上考慮する必要のある耐圧は小さくな〕、不揮発性半
導体メ篭すの微細化技術による高集積化が可能になる。
As described above, according to the present invention, in a floating gate type non-volatile semiconductor memory in which electrons are injected or flowed out (by tunnel injection means) through a thin oxide film to a floating gate electrode, a thin oxide film that eliminates the decrease in retention time due to the number of rewrites. By setting the minimum film thickness to 90 μm, where 70 μm<fO, it is possible to increase the number of rewrites and reduce the programming voltage without deteriorating the retention characteristics.As a result, The breakdown voltage that needs to be taken into consideration in the design of memory cells is small], and high integration becomes possible through miniaturization technology for non-volatile semiconductor devices.

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

第1図は、一般的な従来の不揮発性半導体メモリの一実
施例の断面図であり、第2図はそのメモリのトランジス
タ特性を示すグラフ図である。 第3図は、第1図のメモリの薄い酸化膜厚とプログラム
電圧との関係を示すグラフ図である。 第4図は、本発明上説明するための記憶保持時間の書換
え回数依存性を示すグラフ図である。 1゜。P型半導体基板 2゜。M型ソース領域 3゜。夏型ドレイン領域 4゜。第1のゲート絶縁膜 5゜。薄い絶縁膜 6゜。浮遊ゲート電極 70.制御ゲート電極 8、。第2のゲート絶縁膜 9゜。フィールド絶縁膜 2a e 3 a −*アルミ電極     以上出願
人 株式会社第二精工舎 代理人 弁理士最上  務 第1図 箪2図
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a general conventional nonvolatile semiconductor memory, and FIG. 2 is a graph diagram showing transistor characteristics of the memory. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thin oxide film thickness of the memory of FIG. 1 and the programming voltage. FIG. 4 is a graph showing the dependence of memory retention time on the number of rewrites for explaining the present invention. 1°. P-type semiconductor substrate 2°. M-type source region 3°. Summer type drain region 4°. First gate insulating film 5°. Thin insulation film 6°. Floating gate electrode 70. control gate electrode 8; Second gate insulating film 9°. Field insulating film 2a e 3 a -*Aluminum electrode Applicant Daini Seikosha Co., Ltd. Agent Patent Attorney Mogami Fig. 1 Fig. 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 第1導電型の第1の半導体領域に設けらnている第1導
電型と異なる第二導電量のソース。ドレイン領域と、少
なくとも前記ソース。ドレイ/領域上及び前記ソース。 ドレイン間の前記第1の半導体メモリに絶縁膜を介した
設けらrtた浮遊ゲート電極と1少なくとも構成要素の
一部とするメモリセルにおいて、前記絶縁膜の一部が7
0〜90ムの薄い二酸化シリコン膜として、前記ソース
あるいは、前記ドレイン領域に前記第1の半導体領域に
対し第1の電圧を印加することにょ)前記薄い二酸化シ
リコンHを介して前記浮遊ゲート電極中に電荷をトンネ
ル注入手段によha入あるいは流出し、前記第1の半導
体領域に対して第2の電圧を前記ドレイン領域に対し印
加することによ〕前記浮遊ゲート電極中の電荷量を検出
することを特徴とする不揮発妹手導体メモリ。
Claims: A source of a second conductivity different from the first conductivity type provided in a first semiconductor region of the first conductivity type. a drain region and at least the source. on the drain/region and the source. In the memory cell in which at least a part of the constituent element is a floating gate electrode provided in the first semiconductor memory between the drains with an insulating film interposed therebetween, a part of the insulating film is
A first voltage is applied to the first semiconductor region in the source or drain region as a thin silicon dioxide film of 0 to 90 μm in thickness in the floating gate electrode through the thin silicon dioxide H. the amount of charge in the floating gate electrode is detected by applying a second voltage to the drain region with respect to the first semiconductor region; A non-volatile conductor memory characterized by:
JP56137410A 1981-09-01 1981-09-01 Non-volatile semiconductor memory Pending JPS5839067A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62119796A (en) * 1985-09-27 1987-06-01 テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド Eeprom memory cell and driving system
US5084745A (en) * 1983-04-18 1992-01-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device having a floating gate

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4969091A (en) * 1972-11-08 1974-07-04

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