DE4018118C2 - Nichtflüchtige Halbleiter-Speichervorrichtung - Google Patents
Nichtflüchtige Halbleiter-SpeichervorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Halb
leiter-Speichervorrichtung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Eine Halbleiter-Speichervorrichtung mit MOSFET-
Struktur-Speicherzellen mit freischwebenden bzw. sog.
"floating" Gates oder MNOS-Struktur-Speicherzellen, die
Dateneinschreib- und elektrischen Löschoperationen zu
gänglich sind, ist verbreitet als elektrisch löschbarer
programmierbarer Festwertspeicher, abgekürzt als
"EEPROM", bekannt. Das Speicherfeld oder -array eines
solchen EEPROMs kann durch Anordnung von Speicherzellen
in der Weise gebildet sein, daß diese Zellen jeweils an
Kreuzungs- bzw. Schnittpunkten zwischen parallelen Zei
lenleitungen und parallelen Spaltenleitungen unter Bil
dung einer Matrixzellenanordnung vorgesehen sind. Bei
einem derzeit verfügbaren EEPROM sind die Drainelektro
den von je zwei benachbarten Speicherzellen zusammen
als gemeinsame oder Sammel-Drainschicht ausgebildet,
mit der eine entsprechende Spaltenleitung in elektri
schem Kontakt steht; damit wird die nötige Zellenfläche
auf einem Chip-Substrat verkleinert. Mit einer derar
tigen Anordnung kann aber die Gesamt-Integrationsdichte
der Speicherzellen im EEPROM nicht in dem erforderli
chen Ausmaß erhöht werden, weil der elektrische Kon
taktteil immer noch einen vergleichsweise großen Teil
des Chip-Substrats einnimmt.
In neuerer Zeit ist ein weiterentwickelter EEPROM vor
geschlagen worden, der Speicherzelleneinheiten auf
weist, von denen jede aus einem Reihenarray einer vor
gewählten Zahl von Datenspeichertransistoren besteht.
Derartige Speicherzelleneinheiten werden als "NAND-
Typ-Zelle" oder "NAND-Zelleneinheit" bezeichnet. Mit
der NAND-Zellenanordnung kann die Zahl der Kontaktteile
erheblich verkleinert werden. Die
effektive Speicherfläche kann daher unter Verbesserung
der Gesamt-Integrationsdichte des EEPROMs vergrößert
werden.
Der NAND-Zellen-EEPROM krankt jedoch aus den im
folgenden angegebenen Gründen immer noch an einer un
zureichend großen Datenspeicherleistung bzw. -kapazi
tät. Beim herkömmlichen NAND-Zellen-EEPROM sind
Treiberschaltungen jeweils an die auch als "Wortlei
tungen" bezeichneten Steuergateleitungen der Speicher
zellentransistoren in jeder NAND-Zelleneinheit ange
schlossen. Die Steuergate-Treiberschaltung beim NAND-
Zellen-EEPROM ist komplizierter und größer als
beim herkömmlichen EEPROM, weil bei ersterem die Da
teneinschreib- und -löschoperationen nicht so einfach
ausführbar sind wie beim herkömmlichen EEPROM. Ein
kompliziertes Datenzugriffsschema verlangt eine Hoch
leistungs-Steuergate-Treiberschaltungsausgestaltung,
was natürlicherweise größere Abmessungen bedingt. Grö
ßere Abmessungen der Steuergate-Treiberschaltung füh
ren zu einer Verkleinerung der effektiven Speicherflä
che auf dem Chip-Substrat auch bei Anwendung der NAND-
Zellenanordnung zwecks Verkleinerung der Kontaktteile
in den Speicherzellen. Aus diesem Grund kann auch beim
NAND-Zellen-EEPROM eine Verbesserung oder Erhöhung
der Speicher-Integrationsdichte nicht erwartet werden.
In der EP 0 297 540 A2 ist eine nichtflüchtige
Halbleiter-Speichervorrichtung der eingangs genannten
Art beschrieben. Diese Halbleiter-Speichervorrichtung
hat insbesondere eine Steuergate-Treiberschaltung, wel
che Signale für auf einem Substrat ausgebildete Leitun
gen erzeugt. Diese Leitungen sind aber auf nur einer
Seite der einzelnen Speicherzellenblöcke angeordnet.
Weiterhin ist aus der EP 0 342 880 A2 eine nicht
flüchtige Halbleiter-Speichervorrichtung bekannt, bei
der eine Steuergate-Treiberschaltung gemeinsam für
Speicherzelleneinheiten vorgesehen und mit diesen über
Übertragungsgatterabschnitte verbunden ist. Steuer
leitungen sind mit der Steuergate-Treiberschaltung ver
bunden, die aus einem einzigen Schaltungsabschnitt
besteht, wobei die einzelnen Steuerleitungen auf nur
einer Seite der Speicherzelleneinheiten auf einem
Substrat liegen.
Schließlich ist aus der US 4 481 609 ein EPROM
bekannt, bei dem zwei getrennte Wortansteuerschaltungen
vorgesehen sind. Dabei hat jede Wortansteuerschaltung
einen Decodierer, so daß insgesamt zwei Decodierer
angeordnet sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
nichtflüchtige Halbleiter-Speichervorrichtung anzugeben,
bei der aufgrund eines kompakten Layouts der Verdrah
tungsleitungen eine weitere Erhöhung der Integrations
dichte möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Halbleiter-Speicher
vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem
Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen 2 bis 7.
Die Erfindung schafft also eine spezielle nichtflüch
tige Halbleiter-Speichervorrichtung mit einem Sub
strat, auf dem Substrat geformten parallelen
Datenübertragungsleitungen, einem Speicherteil und
einer Steuergate-Treiberschaltung. Der Speicherteil um
faßt ein Feld oder Array von NAND-Zelleneinhei
ten, die je einer betreffenden der Datenübertragungs
leitungen zugeordnet sind. Jede der NAND-Zellenein
heiten enthält eine Reihenschaltung aus einer
vorgegebenen Zahl von Datenspeichertransisto
ren und einem Schalttransistor. Die Datenspeichertran
sistoren weisen jeweils Trägerspeicherschichten und
Steuergates auf. Der ein Wählgate aufweisende Schalt
transistor ist zwischen der Reihenschaltung der Daten
speichertransistoren und einer betreffenden Datenüber
tragungsleitung angeordnet. Die Steuergate-Treiber
schaltung ist auf dem Substrat angeordnet und gemein
sam für eine Anzahl bestimmter NAND-Zelleneinheiten
vorgesehen, die unter den der betreffenden Datenüber
tragungsleitung zugeordneten NAND-Zelleneinheiten
ausgewählt sind.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er
findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Hauptteils eines elek
trisch löschbaren programmierbaren Festwert
speichers (EEPROMs) vom NAND-Typ gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild der internen Schaltungskonfi
guration einer der NAND-Zelleneinheiten des
EEPROMs nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf den prakti
schen Musterplan der NAND-Zellen
einheiten nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in
Fig. 3,
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,
Fig. 6 ein Schaltbild eines Hauptteils eines elek
trisch löschbaren programmierbaren Festwert
speichers (EEPROMs) vom NAND-Typ gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 ein Schaltbild der internen Schaltungskonfi
guration einer der NAND-Zelleneinheiten vom
EEPROM nach Fig. 6,
Fig. 8 eine schematische Aufsicht auf den prakti
schen Musterplan der NAND-Zellen
einheiten nach Fig. 6,
Fig. 9 ein Schaltbild der Äquivalentschaltungskonfi
guration einer Steuergate-Treiberschaltung,
wie sie bevorzugt für Betrieb nach der ersten
möglichen Datenzugriffsmethode benutzt wird,
Fig. 10 ein Schaltbild der internen Schaltungskonfi
guration einer in der Steuergate-Treiber
schaltung nach Fig. 9 vorgesehenen Spannungs
anhebeschaltung
Fig. 11 ein Schaltbild der Äquivalentschaltungskonfi
guration einer Steuergate-Treiberschaltung
wie sie bevorzugt für Betrieb nach der zwei
ten möglichen Datenzugriffsmethode benutzt
wird,
Fig. 12 ein Schaltbild der internen Schaltungskonfi
guration einer in der Steuergate-Treiber
schaltung nach Fig. 11 vorgesehenen Span
nungsanhebeschaltung,
Fig. 13 ein Schaltbild der Äquivalentschaltungskonfi
guration einer Steuergate-Treiberschaltung,
wie sie bevorzugt für Betrieb nach der drit
ten möglichen Datenzugriffsmethode benutzt
wird,
Fig. 14 ein Schaltbild einer abgewandelten internen
Schaltungskonfiguration einer der NAND-Zel
leneinheiten beim EEPROM nach Fig. 6 und
Fig. 15 und 16 schematische Darstellungen einiger
möglicher Abwandlungen der Erfindung.
Gemäß Fig. 1 weist ein elektrisch löschbarer program
mierbarer Festwertspeicher vom NAND-Zellentyp bzw.
EEPROM gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er
findung auf einem Halbleiter-Substrat (später anhand
von Fig. 3 noch näher zu beschreiben) eine vorgewählte
bzw. vorgegebene Zahl von NAND-Zelleneinheiten U auf,
die einer bestimmten Bitleitung BL1, d. h. einer Bit
leitung aus einer gegebenen Zahl von z. B. 256 paralle
len Bitleitungen BL im EEPROM, zugeordnet sind. Zur
Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 1 nur vier
NAND-Zelleneinheiten U1-U4 veranschaulicht.
Gemäß Fig. 2 weist die NAND-Zelleneinheit Ui (z. B. i =
1, 2, 3, . . . , n) eine Reihenschaltung aus acht als
"Speicherzellentransistoren" oder "Zellentransistoren"
bezeichneten Datenspeichertransistoren M1-M8 in sol
cher Anordnung auf, daß je zwei benachbarte Zellen
transistoren Mi und M(i+1) zusammen in einer gemeinsa
men Drainschicht gebildet und die Drains bzw. Drainelektro
den je zwei benachbarter Zellentransistoren Mi und
M(i+1) aus einer gemeinsamen Drainschicht geformt sind.
Die NAND-Zelleneinheit U1 weist zwei Ansteuer- oder
Wähltransistoren SD und SS auf. Die Reihenschaltung der
Zellentransistoren M1-M8 ist an der einen Seite über
den Wähltransistor SD mit der betreffenden Bitleitung
BL1 verbunden, wenn der Transistor SD durchgeschaltet
ist. Die Reihenschaltung der Zellentransistoren M1-M8
ist an der anderen Seite bei durchgeschaltetem Wähl
transistor SS über diesen mit Massepotential verbun
den. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zahl der in
Reihe geschalteten Zellentransistoren nach Bedarf auf
4, 16 o. dgl. änderbar ist.
Die Speicherzellentransistoren M in der NAND-Zellenein
heit U1 können Metalloxidhalbleiter-Feldeffektransi
storen (MOSFETs) sein, die je ein Steuergate und ein
freischwebendes ("floating") Gate, das unter Isolierung
über dem schwach dotierten Substrat 20 vom p-Typ
(p⁻-Typ) angeordnet ist, aufweisen. Die Steuergates der
Zellentransistoren M1, M2, . . . , M8 sind jeweils an als
"Steuergateleitungen" bezeichnete parallele, leit
fähige Leiterzüge CG11, CG12, . . . , CG18
angeschlossen, die im EEPROM als "Wortleitungen" die
nen.
Die Wähltransistoren SD und SS können MOSFETs ohne frei
schwebende Gates sein. Die Steuergates der Wähltransi
storen SD und SS sind an leitende Wählgateleitungen
SGD1 bzw. SGS1, die parallel zu den Steuergateleitungen
CG liegen, angeschlossen.
Gemäß Fig. 1 ist die an der Drainelektrode des Zellen
transistors M1 in der NAND-Zelleneinheit U1 angeordnete
Wählgateleitung SGD1 über ein Übertragungsgatter,
das aus einem MOS-Transistor vom Ver
armungstyp (kurz: D-Typ) besteht, mit der einen Aus
gangsklemme eines Zellendecodiererteils 22 verbunden.
Die an der Sourceelektrode des Zellentransistors M8
angeordnete Wählgateleitung SGS1 ist unmittelbar mit
einer der Ausgangsklemmen des Zeilende
codiererteils 22 verbunden. Die Wählgateleitungen der
restlichen NAND-Zelleneinheiten U2, U3 und U4 entspre
chen im wesentlichen derjenigen bei der Einheit U1, so
daß auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird. Der
Zeilendecodiererteil 22 umfaßt eine Hauptzeilende
codiererschaltung 24 und eine Nebenzei
lendecodiererschaltung 26. Gemäß Fig. 2 ist
die Wählgateleitung SGD1 auch an eine Spannungsanhebe
schaltung 28 angeschlossen, die dazu dient, nach Bedarf
eine spezifische Spannung eines erhöhten Spannungspoten
tialpegels zu erzeugen, welche der Wählgateleitung SGD1
im Dateneinschreib- und im Datenlöschmodus des EEPROMs
als hochpegelige Spannung zu
gespeist wird.
Die Steuergate-Treiberschaltung 32 ist gemeinsam für
die NAND-Zelleneinheiten U1, U2, . . . vorgesehen, die
der gleichen Bitleitung BL1 zugeordnet sind. Steuergate
leitungen CG11, CG12, . . ., CG18 der NAND-Zelleneinheit
U1 sind über ein Übertragungsgatter 30 aus D-Typ-
MOSFETs mit Ausgangsleitungen CG1, CG2, . . . , CG8 (vgl.
Fig. 2) der Steuergate-Treiberschaltung 32 verbunden.
Steuergateleitungen CG21, CG22, . . . , CG28 der NAND-Zel
leneinheit U2 sind über ein Übertragungsgatter aus
D-Typ-MOSFETs an Ausgangsleitungen CG1, CG2, . . . , CG8
der Steuergate-Treiberschaltung 32 angeschlossen. Das
gleiche gilt für die restlichen NAND-Zelleneinheiten 3
und 4 gemäß Fig. 1. Sehr wesentlich ist dabei, daß die
betreffenden oder jeweiligen Steuergateleitungen ver
schiedener NAND-Zelleneinheiten U1, U2, U3, U4, z. B.
Leitungen CG11, CG21, . . . , CG41, zusammen über jeweils
verschiedene Übertragungsgatter an die gleiche
Ausgangsleitung CG1 angeschlossen sind. In diesem Sinne
wird die Schaltung 32 im folgenden als "gemeinsamer"
oder "Sammel-Steuergatetreiber" bezeichnet werden.
Aus Fig. 1 geht hervor, daß der Sammel-Steuergatetrei
ber 32 nicht längs der parallelen Steuergateleitungen
der NAND-Zelleneinheiten U, sondern in einem Umfangs
bereich der NAND-Zelleneinheiten U positioniert
ist. "Gemeinsame" bzw. "Sammel"-Ausgangsleitungen CG
sind in einem Substratflächenbereich ausgebildet, der
zwischen dem Zeilendecodiererteil 22 und den Bitlei
tungen BL festgelegt ist, und sie verlaufen parallel zu
den Bitleitungen BL des EEPROMs, um in den Sammel-Steu
ergatetreiber 32 einzutreten. Der Sammel-
Steuergatetreiber 32 enthält eine gegebene Zahl von Ne
bentreibereinheiten 34, deren Zahl der Zahl der Steuer
gateleitungen CGi1-CGi8 der Zellentransistoren M1-M8
in jeder NAND-Zelleneinheit Ui entspricht. Die ge
meinsamen oder Sammel-Steuergateausgangsleitungen CG1-CG8
sind mithin mit Nebentreibern 34-1, 34-2, . . . , 34-8
verbunden.
Insbesondere ist die Ausgangsleitung CG1 der Nebentrei
bereinheit 34-1 mit den Steuergateleitungen CG11, CG21,
CG31 und CG41 gemeinsam verbunden. Auf ähnliche Weise
ist die Ausgangsleitung CG2 der Nebentreibereinheit
34-2 mit den Steuergateleitungen CG12, CG22, CG32 und
CG42 gemeinsam verbunden. Das Übertragungsgatterarray
30 ist bezüglich jeder NAND-Zel
leneinheit Ui vorgesehen, um jede der Steuergateleitun
gen CGi1, CGi2, . . . , CGi8 selektiv mit einer betreffen
den der Ausgangsleitungen CG zu verbinden. Die MOSFETs
des Übertragungsgatterarrays 30 sind an ihren Gates mit
der betreffenden Wählgateleitung SGDi verbunden, die an
das Steuergate des Wähltransistors SD in der NAND-Zel
leneinheit Ui angeschlossen ist; das Übertragungsgat
terarray 30 kann über die Wählgateleitung SGDi gesteu
ert werden.
Die Aufsicht von Fig. 3 veranschaulicht 256 NAND-Zel
leneinheiten U1-U256, die Bitleitungen BL1-BL256
zugeordnet sind. Schnitte längs der Linien IV-IV und
V-V (in Fig. 3) sind in Fig. 4 bzw. 5 dargestellt. Eine
als Elementtrennschicht dienende Isolierschicht 40 ist
auf dem Substrat 20 ausgebildet, bei dem es sich um ein
schwach dotiertes p-Typ-(p⁻-Typ)-Siliziumsubstrat
handeln kann. Ein gemäß Fig. 5 auf dem Substrat 20 er
zeugter erster Gateisolier-Dünnfilm 42 dient als Durch
tunnelungs-Isolierschicht. Ein erster polykristalliner
Silizium-Dünnfilm 41 ist auf dem ersten Gateisolier-
Dünnfilm 42 als freischwebende Gateschicht eines
entsprechenden Speicherzellentransistors Mi ausgebil
det. Ein zweiter Gateisolier-Dünnfilm 45 ist die
freischwebende Gateschicht 41 bedeckend ausgebildet,
und ein zweiter polykristalliner Silizium-Dünnfilm 44
ist auf dem zweiten Gateisolier-Dünnfilm 44 als
Steuergateschicht des Zellentransistors Mi ausgebildet.
Bei dem Herstellungsprozeß des EEPROM werden nach Bil
dung einer solchen Mehrschichten-Datenspeichertransi
storstruktur Fremdstoffe in die Struktur dotiert, so
daß stark dotierte n-Typ- (n⁺-Typ-) Halbleiterschich
ten 46 als die Sources und Drains von in Reihe verbun
denen Zellentransistoren M1 bis M8 dienen, wie dies in
Fig. 4 gezeigt ist.
Was die Wähltransistoren SD und SS anbelangt, so haben
diese Transistoren eine ähnliche doppellagige poly
kristalline Gatestruktur wie die Strukturen in den
Speicherzellentransistoren M: Sie weicht von den Spei
cherzellentransistoren dadurch ab, daß die untere poly
kristalline Schicht, beispielsweise der erste polykri
stalline Dünnfilm, nicht der Musterbildung für die Her
stellung freischwebender Gates in Zellentransistoren M
unterworfen ist und daher unverändert bleibt.
Nach Herstellung der Speicherzellentransistoren von
allen NAND-Zelleneinheiten im EEPROM wird das Chipsub
strat 20 vollständig mit einem CVD-Isolationsdünnfilm
48 (CVD = chemische Dampfabscheidung) bedeckt. Danach
wird der CVD-Isolationsdünnfilm 48 dem Musterbildungs
prozeß unterworfen, so daß Kontaktlöcher im CVD-Isola
tionsdünnfilm 48 gebildet werden. Aluminiumverdrah
tungsschichten 50 werden auf der Oberseitenfläche des
CVD-Isolationsdünnfilmes 48 gebildet; sie sind elek
trisch mit der Drain des Wähltransistors SD verbunden, um
als die Bitleitungen BL zu dienen.
Die oben erläuterte Schaltungskonfiguration des NAND-
Zellen-EEPROM gemäß der Erfindung kann abgewandelt
werden, wie dies aus den Fig. 6 und 7 zu ersehen ist:
Diese Figuren sind gleichwertig zu Schaltungsdiagram
men, die in entsprechender Weise wie in den Fig. 1 und
2 dargestellt sind.
Der vorliegende EEPROM zeichnet sich dadurch aus, daß
die gemeinsame Steuergate-Treiberschaltung 32 in zwei
Abschnitte unterteilt ist: Nämlich in einen rechtsseiti
gen Treiberabschnitt 32R und einen linksseitigen Trei
berabschnitt 32L, wobei "R" und "L" jeweils "rechts"
bzw. "links" bedeuten. Diese beiden Treiberabschnitte
32R und 32L sind auf den entgegengesetzten Seiten eines
Speicherabschnittes positioniert, der NAND-Zellenein
heiten U enthält, wie dies am deutlichsten aus der Fig. 6
zu ersehen ist. Jeder der Treiberabschnitte 32R und
32L umfaßt vier Hilfstreibereinheiten 34, da jede NAND-
Zelleneinheit Ui aus acht Speicherzellentransistoren M1
bis M8 besteht, wie dies auch aus dem Ausführungsbei
spiel zu ersehen ist.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hat der Treiberabschnitt 32R
eine erste Gruppe von Steuergate-Ausgangsleitungen CG1,
CG3, CG5 und CG7, während der Treiberabschnitt 32L eine
zweite Gruppe von Steuergate-Ausgangsleitungen CG2,
CG4, CG6 und CG8 aufweist. Diese ersten und zweiten
Gruppen von Steuergate-Ausgangsleitungen sind an den
entgegengesetzten Seiten des Speicherzellenabschnittes
des EEPROM positioniert; sie verlaufen parallel mit
Bitleitungen BL1 bis BL256.
In jeder der der entsprechenden Bitleitung BLi (i =
2, . . . , 256) zugeordneten NAND-Zelleneinheiten sind
Steuergateleitungen CGi1, CGi2, . . . , CGi8 alternativ
aus dem Speicherzellenabschnitt herausgeführt und mit
entsprechenden Steuergate-Ausgangsleitungen CG über
entweder das rechtsseitige Transfer- oder Übertragungs
gatterarray 30R oder das linksseitige Transfer- oder
Übertragungsgatterarray 30L verbunden. Mit anderen Wor
ten, jede Steuergateleitung ist aus den Steuergates eines
Arrays oder einer Anordnung von Datenspeichertransi
storen, beispielsweise Speicherzellentransistoren M,
herausgeführt in die entgegengesetzten Seiten des Spei
cherzellenabschnittes derart, daß beispielsweise in
einer NAND-Zelleneinheit U1 eine Steuergateleitung SGD1
in die rechte Seite der NAND-Zelleneinheit herausge
führt und mit einer entsprechenden Ausgangsleitung CG1
über ein Transfergatterarray 30R verbunden ist, daß wei
terhin die nächste Steuergateleitung SGD2 in die entge
gengesetzte Seite der NAND-Zelleneinheit, beispielswei
se die linke Seite, herausgeführt und mit einer ent
sprechenden Ausgangsleitung CG2 über das andere Trans
fergatterarray 30L verbunden ist, und daß noch eine an
dere Steuergateleitung SGD3 in die rechte Seite der
NAND-Zelleneinheit herausgeführt und mit einer ent
sprechenden Ausgangsleitung CG3 über ein Transfergatter
array 30R verbunden ist. Eine derartige Anordnung führt
zu abwechselnden Verdrahtungsmustern von Steuergate
leitungen CGi1 bis CGi8, wie dies in Fig. 6 gezeigt
ist, wobei die Steuergateleitungen der linken Hälfte in
jeder NAND-Zelleneinheit einem Treiberabschnitt 32R
über die erste Gruppe von Ausgangsleitungen zugeordnet
ist und wobei die zweite Hälfte der Steuergateleitun
gen dem anderen Treiberabschnitt 32L über die zweite
Gruppe von Ausgangsleitungen zugeordnet ist.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht des tatsächlichen Ver
drahtungsmuster-Layouts der NAND-Zelleneinheiten des
EEPROMs. Es ist durch einfaches Vergleichen dieser Figur
mit Fig. 3 sofort zu verstehen, daß der entsprechende
Oberflächenbereich in Fig. 8 im Vergleich mit demje
nigen von Fig. 3 stark verkleinert werden kann, um so
die Integrationsdichte des EEPROM zu verbessern. Eine
derartige Verringerung in der Fläche beruht hauptsäch
lich darauf, daß Kontaktteile CT zum Verbin
den von Steuergateleitungen CG mit den entsprechenden
Ausgangsleitungen CG1, CG3, CG5, CG7 (oder CG2, CG4,
CG6, CG8) des Treiberabschnittes 32R (32L) linear pa
rallel mit den Bitleitungen BL ausgerichtet werden kön
nen, selbst wenn die gleiche Musterbildungsregel für
beide oben erwähnten Ausführungsbeispiele angewandt
wird. Mit dem Merkmal der "abwechselnden Leitungs
herausführung" des in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Aus
führungsbeispiels kann genügend Raum für jede Kontakt
schicht zwischen einer Steuergateleitung und einer Aus
gangsleitung von jedem einzelnen der Treiberabschnitte
32R oder 32L auf dem Substrat 20 erhalten werden. Dies
erlaubt eine Ausrichtung der Kontaktteile CT entlang
einer Linie parallel zu den Bitleitungen BL, wie dies
in Fig. 8 gezeigt ist, wodurch die gesamte eingenommene
Fläche, die für derartige Verdrahtungsleitungen benö
tigt wird, welche die Kontaktabschnitte CT enthalten,
komprimiert werden kann, so daß die Chipfläche, die für
den Speicherzellenabschnitt reserviert werden muß, der
die NAND-Zelleneinheiten U enthält, erfolgreich ver
größert werden kann.
Die Betriebsarten der erfindungsgemäßen EEPROMs werden
im folgenden näher erläutert. Der Dateneinschreib/Lösch
betrieb kann im wesentlichen unter drei verschiedenen
Methoden erfolgen: Eine erste Methode, eine zweite Me
thode und eine dritte Methode. Es wird in der folgen
den Beschreibung gezeigt werden, daß das oben erwähnte
erfindungsgemäße Konzept einer "gemeinsamen Treiber
schaltung" in NAND-Zellentyp-EEPROMs verwendet werden
kann, die so ausgelegt sind, daß sie Dateneinschreib/- und
-löschoperationen unter irgendeiner der drei er
wähnten Betriebsarten ausführen. Es sei in der folgen
den Beschreibung darauf hingewiesen, daß alle Speicher
zellentransistoren vom n-Kanal-Typ sind.
Gemäß der ersten Methode wird das Auslösen oder Frei
machen von Elektronen, die in den freischwebenden Gates
von Speicherzellentransistoren gespeichert sind, in das
Substrat als die "Dateneinschreib"-Operation bezeich
net. Wenn der EEPROM so ausgelegt ist, daß er gemäß der
ersten Methode arbeitet, so wird eine Decodierschaltung
22 hiervon wie folgt angeordnet: Wenn Daten in einen
gewünschten Zellentransistor eingeschrieben werden, der
in einer gewissen NAND-Zelleneinheit gewählt ist, so
erzeugt dies eine "L"-Pegelspannung (L = niedrig), die
am Steuergate CGi des gewählten Speicherzellentransi
stors liegt und die auch an den Steuergates der Zellen
transistoren der gleichen NAND-Zelleneinheit liegt, wo
bei diese Transistoren zwischen dem gewählten Zellen
transistor und der entsprechenden Bitleitung angeordnet
sind, die dieser NAND-Zelleneinheit zugeordnet ist, und
eine "H"-Pegelspannung (H = hoch), die an dieser Bit
leitung liegt. Unter einer derartigen Bedingung liegen
die verbleibenden Zellentransistoren in der gleichen
NAND-Zelleneinheit an ihren Steuergates an der "L"-Pe
gelspannung; somit wird die "H"-Pegelspannung zum Drain
des gewählten Zellentransistors übertragen. Mit einem
derartigen Anlegen der "H"- und "L"-Pegelspannungen
werden Elektronen von dem freischwebenden Gate 41 zum
Substrat 20 in dem gewählten Zellentransistor Mi frei
gegeben, so daß der Schwellenspannungswert dieses Tran
sistors derart verschoben wird, daß er eine negative
Polarität hat; der "1"-Zustand kann so erhalten werden.
Wenn andererseits Daten gelöscht werden,
liefert die Decodierschaltung 22 die "H"- und "L"-Pe
gelspannungen auf die im folgenden erläuterte Art. Die
"H"-Pegelspannung wird an die Steuergates von allen
Speicherzellentransistoren gelegt, welche die NAND-Zel
leneinheit Ui bilden, während die Kanäle hiervon auf
das "L"-Pegelspannungspotential gesetzt werden. Mit
einer derartigen Spannungsanlegung werden Elektronen
aus dem Kanalbereich von jedem NAND-Speicherzellen
transistor M in dessen freischwebendes Gate injiziert.
Als Ergebnis wird der schwellenspannungswert des NAND-
Zellentransistors Mi in Richtung positiver Polarität
verschoben; der "0"-Zustand kann so erhalten werden.
Mit dieser Technik kann das obige Datenlöschen gleich
zeitig bei Bedarf bezüglich aller NAND-Zellentransi
storen M durchgeführt werden.
Die zweite Methode ist zur ersten Methode insofern im
Gegensatz als das Injizieren von Elektronen in das
freischwebende Gate als die "Dateneinschreib"-Opera
tion festgelegt ist. Im Löschbetrieb werden Elektronen
aus dem freischwebenden Gate 41 in das Drain 46 eines
gewissen NAND-Zellentransistors freigegeben.
Ein derartiges Freigeben von Elektronen wird
einzeln für jeden Transistor in allen NAND-Zellenein
heiten U wiederholt, bis der Schwellenwert aller Tran
sistoren auf einen bestimmten Wert negativer Polarität
verschoben ist.
Im Schreibbetrieb liegt eine "H"-Pegelspannung an einem
ausgewählten oder Zielzellentransistor, der aus den
Transistoren einer NAND-Zelleneinheit Ui ausgewählt
ist, während die verbleibenden, nicht gewählten Zel
lentransistoren in dieser NAND-Zelleneinheit mit einer
Zwischenspannung beaufschlagt sind, die nur hoch genug ist,
um diese Transistoren leitend zu machen. Zu dieser Zeit
ist die der NAND-Zelleneinheit Ui zugeordnete Bitlei
tung mit einer "L"-Pegelspannung beaufschlagt. Als Er
gebnis werden Ladungsträger aus dem Kanalbereich des
gewählten Zellentransistors in das freischwebende Gate
41 hiervon injiziert, so daß der Schwel
lenwert in Richtung positiver Polarität verschoben
wird, wodurch der "0"-Zustand erhalten werden kann.
Die dritte Methode ist, was die Dateneinschreibtechnik
anbelangt, gleich wie die zweite Methode und unter
scheidet sich von den vorangehenden Methoden dadurch,
daß ein Löschen so durchgeführt wird, daß eine "L"-Pe
gelspannung an allen Steuergates einer NAND-Zellenein
heit liegt, während eine "H"-Pegelspannung positiver
Polarität den gesamten Kanalbereichen angelegt ist, um
so das zu liefern, was als das "gleichzeitige Löschen"
bezeichnet ist.
Ein Datenlesen kann so durchgeführt werden, daß ein ge
wählter Zellentransistor Mi in einer NAND-Zelleneinheit
Ui an seinem Steuergate mit einer Zwischenspannung mit
einem bestimmten Potentialpegel beaufschlagt ist, der
höher ist als die "L"-Pegelspannung und niedriger als
die "H"-Pegelspannung. Zu dieser Zeit sind die verblei
benden, nicht gewählten Zellentransistoren M1, M2,
M(i-1), M(i+1), . . . , M8 mit einer spezifischen Spannung
beaufschlagt, die höher ist als der entlang der Rich
tung positiver Polarität pegelverschobene Schwellen
wert, um so einen "pegelwertfreien" Zustand zu liefern.
In dem gewählten Zellentransistor gespeicherte Daten
können abgegriffen und bestimmt werden, indem erfaßt
wird, ob der gewählte Zellentransistor Mi leitend ge
macht ist oder nicht leitend gehalten ist.
Im folgenden wird die erste Methode näher erläutert.
Bei der ersten Methode erzeugt ein Zeilendecodierer 22
die "H"-Pegelspannung, wie beispielsweise 20 Volt, wel
che dann an die Steuergates aller Speicherzellentran
sistoren M in einer gewählten NAND-Zelleneinheit Ui ge
legt wird. Die dieser NAND-Zelleneinheit zugeordnete
Bitleitung ist dann mit der "L"-Pegelspannung von z. B.
0 Volt beaufschlagt. Beispielsweise ist
lediglich das Wählgate SGD1 durch den Zeilendecodierer
22 bezeichnet und mit einer angehobenen Spannung des
"H"-Pegelpotentiales beaufschlagt; die verbleibenden
Wählgateleitungen SGD2 bis SGD4 sind auf der "L"-Pegel
spannung gehalten. Unter einem derartigen Zustand wird
die "H"-Pegelspannung des Ausgangssignales der in Fig. 1
gezeigten Steuergate-Treiberschaltung 32 über das
Übertragungsgatter 30 lediglich zu einer
gewählten NAND-Zelle übertragen, die die gewählte NAND-
Zelleneinheit U1 enthält, die durch die Wählgateleitung
SGD1 bezeichnet ist. Als Ergebnis werden alle Spei
cherzellentransistoren, die in dem gewählten NAND-Zel
lenblock enthalten sind, gleichzeitig leitend gemacht,
so daß Elektronen vom Substrat 20 in dessen freischwe
bende Gates injiziert werden. Das "gleichzeitige Da
tenlöschen" kann so durchgeführt werden. Der Schwellen
wert der NAND-Zellentransistoren M wird in die positive
Polarität pegelverschoben, um den "0"-Zustand zu lie
fern.
Ein Datenschreiben wird sequentiell bezüglich der Zel
lentransistoren in einer NAND-Zelleneinheit Ui in der
folgenden Reihenfolge durchgeführt: Der Zellentransi
stor M8, der am weitesten von einem Knoten zwischen
dieser NAND-Zelleneinheit und der hiermit zugeordneten
entsprechenden Bitleitung positioniert ist, der Zellen
transistor M7, der neben dem Transistor M8 angeordnet
ist, usw. Mit anderen Worten, in der NAND-Zellenein
heit U1 wird der Zellentransistor M8 zuerst einem Da
teneinschreiben ausgesetzt. Der Zellentransistor M7
wird dann einem Schreiben unterworfen. Die verbleiben
den Transistoren M6, M5, M4, . . . werden sequentiell
einem Dateneinschreiben in dieser Reihenfolge ausge
setzt. Das Datenschreiben endet in der NAND-Zellenein
heit U1, wenn der Zellentransistor M1, der am nächsten
zu der entsprechenden Bitleitung BL1 positioniert ist,
einem Dateneinschreiben ausgesetzt ist.
Im Dateneinschreibbetrieb ist die Bitleitung Bli mit
einer "H"-Pegelspannung von beispielsweise 23 Volt be
aufschlagt. Eine Spannung von 0 Volt liegt an der Steu
ergateleitung, die mit dem gewählten Speicherzellen
transistor Mi verbunden ist; die "H"-Pegelspannung von
23 Volt liegt an den verbleibenden, nicht gewählten
Zellentransistoren in dieser NAND-Zelleneinheit, die
zwischen dem gewählten Zellentransistor und der ent
sprechenden Bitleitung liegen, welche dieser NAND-Zel
leneinheit zugeordnet ist. Eine Spannung von 0 Volt
wird an die Steuergateleitung gelegt werden, die mit
einem Speicherzellentransistor und den verbleibenden,
nicht gewählten Zellentransistoren verbunden ist, in
welche Daten geschrieben wurden. Mit einer derartigen
Spannungsanlegung kann die "H"-Pegelspannung, die an
der Bitleitung BLi liegt, zu der Drain des gewählten
Zellentransistors Mi übertragen werden, wodurch Elek
tronen, die im freischwebenden Gate des gewählten Zel
lentransistors gespeichert sind, in dessen Drain frei
gegeben werden, so daß der "1"-Zustand erhalten werden
kann, wobei der Schwellenwert in der Richtung negati
ver Polarität verschoben wird. Unter diesem Zustand
werden Speicherzellentransistoren M1, M2, . . ., M(i-1),
die zwischen dem gewählten Zellentransistor Mi und der
Bitleitung BLi oder einem Wähltransistor SD positio
niert sind, in den "neutralen" Zustand gesetzt, da kein
elektrisches Feld zwischen den Steuergates 41 und dem
Substrat 20 hervorgerufen wird.
In dem Fall des Einschreibens von Daten "0" liegt die
Zwischenspannung von beispielsweise 11,5 Volt an der
Bitleitung BLi, die der gewählten NAND-Zelleneinheit Ui
zugeordnet ist. Kein "Überlöschen" tritt zu dieser Zeit
aus den folgenden Gründen auf: Die Speicherzellentran
sistoren M1, M2, . . ., M(i-1), die zwischen dem gewähl
ten Zellentransistor Mi und der Bitleitung BLi oder dem
Wähltransistor SD positioniert sind, werden in eine
leichte "Lösch"-Betriebsart gesetzt; jedoch ist das
elektrische Feld so schwach, daß der obige Zustand
nicht zu der "Überlösch"-Erscheinung unter einer Be
dingung führt, bei der keine Daten darin eingeschrie
ben wurden. In der Dateneinschreibbetriebsart wird die
"H"-Pegelspannung, die durch die gemeinsame Steuergate-
Treiberschaltung 32 ausgegeben ist, nur zu einem spezi
fischen NAND-Zellenblock, der die gewählte NAND-Zellen
einheit Ui enthält, über ein entsprechendes Transfer- oder
Übertragungsgatter 30 gespeist, das abhängig von
der "H"-Pegelspannung, die an einer Wählgatterleitung
SGDi auftritt, welche durch den Zeilendecodierer 22
bezeichnet ist, gewählt und aktiviert.
Ein Datenauslesen kann derart durchgeführt werden, daß
eine Lesespannung, beispielsweise eine Spannung von 0
Volt, an dem Steuergate eines gewählten Speicherzellen
transistors Mi liegt, wobei die verbleibenden Zellen
transistoren M1, M2, . . ., M(i-1), M(i+1), . . ., M8 in
dieser NAND-Zelleneinheit Ui mit einer Spannung von 5
Volt beaufschlagt sind. Der Datenwert kann abgetastet
werden, indem erfaßt wird, ob ein Strom in dieser NAND-
Zelleneinheit fließt oder nicht.
Der praktische Schaltungsaufbau der Steuergate-Treiber
schaltung 32 zum Durchführen der oben erwähnten ver
schiedenen Betriebsarten ist in den Fig. 9 und 10 ge
zeigt. Die Beziehung der logischen Werte unter verschie
denen Hauptsignalen ist aus der folgenden Tabelle 1 für
einen Fall zu ersehen, in welchem eine Ausgangsleitung
CG5 der Steuergate-Treiberschaltung 32 gewählt ist, und
in welchem Signale XN1 und XN2, die in Fig. 9 ge
zeigt sind, ein logisches "H"-Pegelsignal sind, wohin
gegen ein Signal XN3 das "L"-Pegelsignal bedeutet. Wei
terhin zeigt die anschließende Tabelle 2 die Betriebs
beziehung in der in Fig. 10 dargestellten Spannungsan
hebeschaltung.
Wenn XN1 = H, XN2 = H und XN3 = L vorliegen, gelten
Löschsignal E = L und Schreibsignal = H in der
Lesebetriebsart. Ausgangssignale Φcg1 bis Φcg4 und Φcg6 bis
Φcg8 in der in Fig. 9 gezeigten Schaltung sind auf die
"L"-Pegelspannung Vss gesetzt; lediglich das Aus
gangssignal Φcg5 liegt auf der Versorgungsspannung Vcc.
Diese Spannungen werden invertiert, wie dies aus der
Fig. 10 und der Tabelle 2 zu ersehen ist, und dann zur
Steuergate-Ausgangsleitung CGn gespeist, so daß nur
die Ausgangsleitung CG5 auf die "L"-Pegelspannung
gesetzt ist. Mit einer derartigen Spannungsanlegung
wird der oben erläuterte Lesebetrieb durchgeführt.
In der Löschbetriebsart ist E = H und = H gesetzt.
Unter dieser Bedingung sind alle Steuergate-Ausgangs
signale Φcg1 bis Φcg8 in Fig. 10 auf den "L"-Pegel
gesetzt; alle Steuergate-Ausgangsleitungen CG1 bis CG8
sind auf eine Spannung Vpp - E (beispielsweise 20 Volt)
durch die in Fig. 10 gezeigte Spannungsanhebeschaltung
festgelegt. Als Ergebnis kann der gleichzeitige Lösch
betrieb in der Weise durchgeführt werden, wie dies oben
erläutert wurde.
In der Schreibbetriebsart werden = L und E = L
gesetzt. Unter dieser Bedingung sind die Ausgangssignale
Φcg1 bis Φcg4 in der in Fig. 9 gezeigten Schaltung auf
die "L"-Pegelspannung gesetzt, und die Ausgangssignale
Φcg5 bis Φcg8 sind auf die "H"-Pegelspannung (Vss)
gesetzt. Ausgangsleitungen CG1 bis CG4 sind auf eine
Spannung Vpp - W von z. B. 23 Volt durch die in
Fig. 10 gezeigte Spannungsanhebeschaltung 28-2 gesetzt,
während die verbleibenden Ausgangsleitungen CG5 bis CG8
auf die "L"-Pegelspannung, beispielsweise die
Substratspannung Vss, gesetzt sind. Mit einer der
artigen Spannungsanlegung kann das Dateneinschreiben
bezüglich eines gewählten Speicherzellentransistors M5
in der NAND-Zelleneinheit Ui, die durch die Ausgangs
leitung CG5 gewählt ist, in der gleichen Weise durch
geführt werden, wie dies oben erläutert wurde.
Im folgenden wird eine genaue Beschreibung der zweiten
Methode gegeben. Das Datenlesen mit der zweiten Metho
de erfolgt in gleicher Weise wie dies oben anhand der
ersten Methode erläutert wurde. Das sequentielle Daten
löschen in der zweiten Methode wird ebenfalls in glei
cher Weise wie bei der oben beschriebenen ersten Metho
de vorgenommen. Es sei darauf hingewiesen, daß in der
Datenlöschbetriebsart die Speicherzellentransistoren M
in einer bestimmten NAND-Zelleneinheit Ui, die in einem
NAND-Zellenblock enthalten ist, der durch die Wählgat
terleitung SGD festgelegt ist, sequentiell einem Daten
löschen unterworfen sind, da in der zweiten Methode das
gleichzeitige Löschen nicht verfügbar ist. In diesem
Fall werden die Zellentransistoren M8, M7, M6,
M3, M2 und M1 sequentiell in dieser Reihenfolge
gelöscht.
In der Datenschreibbetriebsart werden Speicherzellen
transistoren M in einer gewählten NAND-Zelleneinheit Ui
sequentiell einem Datenschreiben in einer derartigen
Reihenfolge unterworfen, daß der Zellentransistor Mi8,
der am weitesten von der entsprechenden Bitleitung BLi
entfernt ist, zuerst dem Datenschreiben ausgesetzt ist,
und daß der Zellentransistor Mi1, der am nächsten zur
entsprechenden Bitleitung BLi liegt, zuletzt dem Daten
einschreiben ausgesetzt ist. Zu dieser Zeit liegt die
"H"-Pegelspannung, die auf beispielsweise 20 Volt an
gehoben ist, am Steuergate eines gewünschten Speicher
zellentransistors, der gerade in der NAND-Zelleneinheit
Ui gewählt ist, während die verbleibenden Steuergates
mit einer Zwischenspannung von beispielsweise 10 Volt
beaufschlagt sind. Um logische Daten "1" einzuschrei
ben, werden Elektronen in das freischwebende Gate des
gewählten Transistors injiziert, indem an die Bitlei
tung BLi eine Spannung von 0 Volt angelegt wird. Um da
gegen logische Daten "0" zu schreiben, wird eine Span
nung von 10 Volt an die Bitleitung BLi angelegt. Unter
einer derartigen Bedingung wird der gewählte Zellentran
sistor in eine schwache Elektroneninjektionsbetriebsart
gesetzt; jedoch wird der Schwellenwert hiervon nicht
verschoben, da das elektrische Feld so schwach ist.
Der praktische Schaltungsaufbau der Steuergate-Trei
berschaltung 32 zum Durchführen der obigen verschiede
nen Betriebsarten ist in den Fig. 14 und 12 gezeigt. Die
Beziehung der logischen Werte unter den verschiedenen
Hauptsignalen ist in der folgenden Tabelle 3 für einen
Fall dargestellt, bin welchem die Ausgangsleitung CG5
der Steuergate-Treiberschaltung 32 gewählt ist, wobei
in Fig. 9 gezeigte Signale XN1 und XN2 das logische
"H"-Pegelsignal sind, wohingegen das Signal XN3 das
"L"-Pegelsignal ist. Weiterhin zeigt die folgende Tabel
le 4 die Betriebsbeziehung in der in Fig. 12 darge
stellten Spannungsanhebeschaltung.
Wenn XN1 = H, XN2 = H und XN3 = L in der Lesebetriebs
art vorliegen, sind die Ausgangsleitungen CG1 bis CG4
und CG6 bis CG8 auf die Versorgungsspannung Vcc ge
setzt, während die Ausgangsleitung CG5 auf der Sub
stratspannung Vss gehalten ist. Mit einer derartigen
Spannungsanlegung wird der gleiche Betrieb durchge
führt, wie dies oben anhand der ersten Methode erläu
tert wurde.
In der Löschbetriebsart wird eingestellt, daß E = L und
W = L vorliegt. Unter diesen Bedingungen sind die Aus
gangssignale Φcg1 bis Φcg4 auf den "L"-Pegel einge
stellt, während die Ausgangssignale Φcg6 bis Φcg8 auf
den "H"-Pegel eingestellt sind, wie dies aus Fig. 11 zu
ersehen ist. Die Steuergate-Ausgangsleitungen CG1 bis
CG4 sind durch die Spannungsanhebeschaltung 28-3 (vgl.
Fig. 12) auf die Spannung Vpp-E (beispielsweise 23
Volt) eingestellt. Gleichzeitig sind die Ausgangslei
tungen CG5 bis CG8 durch die gleiche, in Fig. 12 ge
zeigte Spannungsanhebeschaltung 28-3 auf eine Spannung
von 0 Volt eingestellt. Als Ergebnis liegt eine Span
nung von 0 Volt an den Steuergateleitungen, die mit
Speicherzellentransistoren einer gewählten NAND-Zellen
einheit Ui verbunden sind, welche zwischen dem gewähl
ten Zellentransistor und der entsprechenden Bitleitung
BLi angeordnet sind; eine Spannung von 23 Volt liegt an
den verbleibenden Steuergateleitungen, die mit Spei
cherzellentransistoren einer gewählten NAND-Zellenein
heit Ui verbunden sind, welche zwischen dem gewählten
Zellentransistor und dem zweiten Wähltransistor SS an
geordnet sind, wodurch der Löschbetrieb in der gleichen
Weise durchgeführt werden kann, wie dies oben erläutert
wurde.
In der Schreibbetriebsart wird eingestellt, daß W = H
und E = H vorliegen. Unter diesen Bedingungen ist das Aus
gangssignal Φcg5 der in Fig. 11 gezeigten Spannung auf
die "H"-Pegelspannung eingestellt; die verbleibenden
Ausgangssignale sind auf die "L"-Pegelspannung einge
stellt. Die Ausgangsleitungen CG1 bis CG4 und CG6 bis
CG8 sind auf die Zwischenspannung Vmm-W (beispiels
weise 10 Volt) durch die in Fig. 12 gezeigte Spannungs
anhebeschaltung 28-5 eingestellt. Zu dieser Zeit ist
lediglich die Ausgangsleitung CG5 auf die Spannung
Vpp - W (beispielsweise 20 Volt) eingestellt. Mit einer
derartigen Spannungsanlegung kann das Datenschreiben
bezüglich eines gewählten Speicherzellentransistors Mi5
in einer NAND-Zelleneinheit Ui, die durch die Ausgangs
leitung CG5 gewählt ist, in ähnlicher Art durchgeführt
werden, wie dies oben erläutert wurde.
Zuletzt soll noch die dritte Methode genau erläutert
werden. Das Datenlesen und -schreiben in der dritten
Methode ist wie das Datenlesen und -schreiben in der
oben erläuterten zweiten Methode. Das Datenlöschen in
der dritten Methode ist ein gleichzeitiges Datenlö
schen, bei dem eine Hochpegelspannung einem Substrat
oberflächenabschnitt vermittelt wird, der unter den Ka
nalbereichen aller NAND-Speicherzellentransistoren M
liegt, wodurch Elektronen von allen freischwebenden
Gates zum Substrat 20 gleichzeitig freigegeben werden.
Der praktische Schaltungsaufbau der Steuergate-Treiber
schaltung 32 zum Durchführen der oben erläuterten Be
triebsarten ist in Fig. 13 gezeigt. Diese Schaltung 32 um
faßt Spannungsanhebeschaltungsabschnitte 28-6 und 28-7,
die jeweils den in Fig. 12 gezeigten Spannungsanhebe
schaltungen 28-4 und 28-5 entsprechen. Die Beziehung
von logischen Werten unter verschiedenen Hauptsignalen
ist in der folgenden Tabelle 5 angegeben.
Das Datenschreiben kann in ähnlicher Weise wie bei der
zweiten Methode durchgeführt werden: Spannungen Vpp - W
und Vmm - W werden wahlweise durch die Spannungsanhebe
schaltungen 28-7 und 28-8 an Steuergateleitungen ange
legt, um dadurch Elektronen zu veranlassen, aus dem
Substrat 20 in das freischwebende Gate eines gewählten
Zellentransistors Mi injiziert zu werden. Ein Datenlö
schen kann durchgeführt werden durch Anlegen einer
"L"-Pegelspannung an alle Steuergateleitungen CGn, so
daß ein Substratabschnitt unter dem Kanalbereich mit
einer hohen Spannung beaufschlagt ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine Steuer
gate-Treiberschaltung 32 gemeinsam bezüglich einer Viel
zahl von Steuergateleitungen für NAND-Zelleneinheiten U
vorgesehen: Die "gemeinsame" Steuergate-Treiberschal
tung 32 ist mit diesen Leitungen über Übertragungs- oder
Transfergatterarrays 30 verbunden, deren jedes
einer entsprechenden NAND-Zelleneinheit zugewiesen ist.
Das Schalten in den Übertragungsgattern 30 erlaubt es,
daß die gemeinsame Steuergate-Treiberschaltung 32 nur
mit gewählten Steuergateleitungen CG arbeitet, die je
weils von NAND-Zelleneinheiten kontaktiert sind, welche
einer entsprechenden Bitleitung BLi zugeordnet sind.
Mit diesem "gemeinsamen Treiber"-Merkmal kann der Ober
flächenbereich, der für die Steuergate-Treiberschaltung
und Signalübertragungsleitungen zwischen dem Speicher
zellenabschnitt und der Steuergate-Treiberschaltung er
forderlich ist, stark vermindert werden, um so die
wirksame Speicherzellenfläche auf dem Chipsubstrat 20
der festen Abmessung zu vergrößern. Diese Tatsache
kann zu einer Verbesserung in der gesamten Datenspei
cherkapazität eines hochintegrierten EEPROMs von NAND-
Zellenstruktur beitragen.
Weiterhin kann die gemeinsame Treiber
schaltung 32 im Randoberflächenbereich angeordnet sein,
der neben dem Speicherzellenblock liegt, welcher eine
Anzahl von NAND-Zelleneinheiten enthält, nachdem die
Steuergate-Ausgangsleitungen CG1 bis CG8, die parallel
mit Bitleitungen BL verlaufen, dazu verwendet werden,
eine elektrische Verbindung zwischen NAND-Zelleneinhei
ten und der gemeinsamen Treiberschaltung 32 herzustel
len. Dadurch kann die Layout-Regel für die NAND-Zellen
einheiten enthaltenden Speicherzellenblöcke in ihrer
Flexibilität stark erweitert werden; die Speicherzel
leneinnahmefläche auf dem Chipsubstrat 20 kann so ge
steigert und frei entsprechend dem Bedarf angeordnet
werden, ohne die Abmessung des Chipsubstrates 20 zu
steigern.
Von großer Bedeutung ist, daß die gemeinsame Steuer
gate-Treiberschaltung 32 in zwei Abschnitte 32R und 32L
wie bei dem in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungs
beispiel der Erfindung unterteilt werden kann. In die
sem Fall kann für den EEPROM erwartet werden, daß die
Speicherintegrationsdichte aufgrund des kompakten Lay
outs der Verdrahtungsleitungen zum Verbinden der Steuer
gateleitungen CG der NAND-Zellentransistoren M mit den
gemeinsamen Treiberschaltungen 32R und 32L, die oben
anhand der Fig. 8 erläutert wurden, maximal gemacht
ist. Ein Steigern in der Wirksamkeit des verwendeten
Substratoberflächenbereiches für NAND-Zellenarrays kann
die Integrationsdichte von NAND-Zellentyp-EEPROMs maxi
mieren.
In den obigen
Ausführungsbeispielen bestehen die Transfer- oder Übertragungs
gatter 30 aus D-Typ-MOSFETs; jedoch können bei Bedarf
hierfür auch E-Typ-MOSFETs verwendet werden.
Eine für einen solchen Fall geeignete Schaltungskonfi
guration ist in Fig. 14 gezeigt. Wenn E-Typ-MOSFETs in
Übertragungsgattern 30 verwendet werden,
so fallen die Ausgangssignale der Steuergate-Treiber
schaltung 32 um einen Potentialpegel entsprechend dem
Schwellenwert dieser Transistoren ab, die in den Über
tragungsgattern 30 verwendet sind. Bei der in der Fig. 14
gezeigten Schaltung ist ein Spannungskompensations
kondensator Cb zusätzlich vorgesehen, um einen derarti
gen Spannungsabfall durch Anheben der Steuerspannung in
dem entsprechenden Übertragungsgatter zu kompensieren.
In den obigen Ausführungsbeispielen sind die NAND-Spei
cherzellentransistoren M MOSFETs mit freischwebendem
Gate; jedoch können auch MNOS-Typ-Speicherzellentran
sistoren entsprechend der vorliegenden Erfindung in den
EEPROMs verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen,
daß die gemeinsame Treiberschaltung 32 so abgeändert
werden kann, daß sie in eine Vielzahl von getrennten
Treiberabschnitten unterteilt ist, obwohl die Treiber
schaltung 32 gemeinsam für den gesamten Speicherzellen
abschnitt des EEPROMs arbeiten kann. Verschiedene Unter
teilungsmethoden können in Erwägung gezogen werden;
beispielsweise ist der gesamte Speicherzellenabschnitt
in eine vorbestimmte Anzahl von quadratisch geformten
Speicherunterabschnitten geteilt, deren jeder mit einer
unabhängigen Steuergate-Treiberschaltung versehen ist.
Alternativ ist der Speicherzellenabschnitt auf dem Chip
substrat 20 in eine Reihe von Speicherunterabschnitten
geteilt, die in einer vorbestimmten Richtung ausgerich
tet sind; jeder Speicherunterabschnitt ist mit unab
hängig arbeitenden Steuergate-Treiberabschnitten ver
sehen. Es folgt eine genaue Beschreibung bezüglich zwei
möglichen, abgewandelten EEPROMs anhand der Fig. 15 und
16.
Gemäß dem in Fig. 15 gezeigten Ausführungsbeispiel ist
der Speicherzellenabschnitt 60 in vier quadratisch ge
formte Speicherunterabschnitte 62A, 62B, 62C und 62D
unterteilt, deren jeder eine vorgewählte Anzahl von
Arrays von NAND-Zelleneinheiten ent
hält. Vier Steuergate-Treiberschaltungen 64A, 62B, 64C
und 64D sind vorgesehen und jeweils den Speicherunter
abschnitten 62A, 62B, 62C und 62D zugeordnet. Anderer
seits ist bei dem anderen, in Fig. 16 gezeigten Aus
führungsbeispiel der Speicherzellenabschnitt in eine An
zahl von Zellenarrays 66 unterteilt, die linear längs
der sich in Bitleitung erstreckenden Richtung auf einem
Chipsubstrat (in Fig. 16 nicht gezeigt) angeordnet
sind. Mit jeder dieser Anordnungen kann jeder der Trei
berabschnitte 64 oder 68 in seiner Steuergate-Treiber
arbeitsbelastung erleichtert werden, was das Datenzu
griffvermögen und die Betriebsgeschwindigkeit der
EEPROMs verbessert.
Claims (8)
1. Nichtflüchtige Halbleiter-Speichervorrichtung mit:
- - einem Substrat (20),
- - parallelen Datenübertragungsleitungen (BL), die über dem Substrat (20) gebildet sind,
- - einem Speicherzellenabschnitt einschließlich eines Arrays von NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2, U3, U4), die einer entsprechenden einen Datenübertra gungsleitung (BL1) der Datenübertragungsleitungen (BL) zugeordnet sind und deren jede eine Reihen schaltung einer vorgewählten Anzahl von Datenspei chertransistoren (M1 bis M8) mit Steuergates und Schalttransistoren (SS, SD) hat,
- - einem Decodiererabschnitt (22) zum Auswählen eines der Schalttransistoren (SS, SD), und
- - einer Steuergate-Treiberschaltung (32), die ge meinsam für eine Vielzahl von bestimmten NAND-Typ- Zelleneinheiten vorgesehen ist, die unter den NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2, U3, U4) festge legt sind, welche der entsprechenden Datenübertra gungsleitung (BL1) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Steuergate-Treiberschaltung (32) zwei Gruppen von Ausgängen aufweist, nämlich eine erste Gruppe (32R), die auf einer Seite des Speicherzellenab schnittes vorgesehen ist, und eine zweite Gruppe (32L), die auf der anderen Seite des Speicherzel lenabschnittes auf dem Substrat (20) vorgesehen ist, und
- - der Decodiererabschnitt (22) auf der einen Seite des Speicherzellenabschnittes gelegen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Datenspeichertransistoren (M) eine La
dungsträgerspeicherschicht (41) hat, die isoliert
über dem Substrat (20) vorgesehen ist, und daß der
Schalttransistor (SD) ein Wählgate hat und zwischen
der Reihenschaltung der Datenspeichertransistoren
und einer entsprechenden Datenübertragungsleitung
vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuergate-Treiberschaltung (32) gemeinsam
mit den NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2, U3, U4)
verbunden ist, die der gleichen Datenübertragungs
leitung (BL1) zugeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
eine Übertragungsgattereinrichtung (30), die zwi
schen den NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2, U3, U4)
und der Steuergate-Treiberschaltung (32) vorgesehen
ist, um wahlweise entsprechende Steuergates der
Steuergates der NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2,
U3, U4) mit der Steuergate-Treiberschaltung (32) zu
verbinden, wobei die entsprechenden Steuergates sol
che Steuergates umfassen, deren jedes von verschie
denen NAND-Typ-Zelleneinheiten (U1, U2, U3, U4) ge
wählt ist, die der gleichen Datenübertragungsleitung
(BL1) zugeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Übertragungsgattereinrichtung (32) mit dem
Wählgate des Schalttransistors (SD) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Übertragungsgattereinrichtung (30), die auf
weist:
- - einen ersten Übertragungsgatterabschnitt (30R), der auf einer Seite des Speicherzellenabschnittes vorgesehen ist und mit der ersten Gruppe (32R) verbunden ist, und
- - einen zweiten Übertragungsgatterabschnitt (30L), der auf der anderen Seite des Speicherzellenab schnittes vorgesehen und mit der zweiten Gruppe (32L) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch:
- - eine erste Gruppe von Steuergate-Ausgangsleitungen (CG1, CG3, CG5, CG7), die zwischen dem ersten Übertragungsgatterabschnitt (30R) und der ersten Gruppe (32R) verbunden sind, und
- - eine zweite Gruppe von Steuergate-Ausgangsleitun gen (CG2, CG4, CG6, CG8), die mit dem zweiten Übertragungsgatterabschnitt (30L) und der zweiten Gruppe (32L) verbunden sind.
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