JP2000021183A - 半導体不揮発性メモリ - Google Patents

半導体不揮発性メモリ

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JP2000021183A
JP2000021183A JP18414198A JP18414198A JP2000021183A JP 2000021183 A JP2000021183 A JP 2000021183A JP 18414198 A JP18414198 A JP 18414198A JP 18414198 A JP18414198 A JP 18414198A JP 2000021183 A JP2000021183 A JP 2000021183A
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flash memory
cell array
eeprom
memory cell
byte
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Shinichi Hatakeyama
伸一 畠山
Keita Takahashi
桂太 高橋
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フラッシュ・メモリのデータ書き換え時におけ
るシステム的な制御の繁雑さを低減することが可能であ
り、電子機器の小型化及び軽量化を図ることができる構
成とされた半導体不揮発性メモリを提供する。 【解決手段】本発明に係る半導体不揮発性メモリは、フ
ラッシュ・メモリ・セル1と、このフラッシュ・メモリ
・セル1に直列接続されたNチャネルMOSトランジス
タで形成されるビット選択トランジスタ2と、フラッシ
ュ・メモリ・セル1及びビット選択トランジスタ2で1
個のユニットとなり、かつ、8個のユニットでもって1
バイトとなる際に共通接続されたフラッシュ・メモリ・
セル1のゲート同士に直列接続されたPチャネルMOS
トランジスタで形成されるバイト選択トランジスタ3と
を具備してなるバイト消去可能なEEPROMセル・ア
レイが設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体不揮発性メモ
リに係り、詳しくは、全ビット一括消去あるいはブロッ
ク消去が可能なフラッシュ・メモリと、バイト消去が可
能なEEPROMとを同一のチップ上に設けてなる半導
体不揮発性メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電気的なデータの書き換えが可能
なフラッシュ・メモリが半導体不揮発性メモリとして幅
広い分野で利用されているが、この種のフラッシュ・メ
モリは以下に説明するようなものとなっている。
【0003】すなわち、図8はフラッシュ・メモリ・セ
ルの断面構造及び消去時、書き込み時、読み出し時にお
けるバイアス条件を示す説明図であり、消去はメモリ・
セルのゲート(G)とPウェル(PW)との間に電圧を
印加し、Pウェルからフローティング・ゲートへと電子
を注入することによって実行され、消去後におけるしき
い値電圧は高い状態となる。また、書き込みはメモリ・
セルのドレイン(D)とゲートとの間に電圧を印加し、
フローティング・ゲートからドレインへと電子を放出す
ることによって実行されており、書き込み後におけるし
きい値電圧は低い状態となる。さらに、読み出しはソー
ス(S)及びドレイン間にドレイン電流(Id)を流す
ことによって実行されており、ドレイン電流の電流量に
よってフラッシュ・メモリ・セルが消去状態であるか、
書き込み状態であるかが識別されることになっている。
なお、第8図で示す電圧値は一例であり、製造条件等に
よって電圧値が変化することは勿論である。
【0004】一方、図9はフラッシュ・メモリ・セル・
アレイにおける消去時のバイアス条件を示す説明図であ
り、図からも分かるように、消去時には、全ビットのメ
モリ・セルに対して消去条件のバイアス電圧が印加され
るため、全てのメモリ・セルでフローティング・ゲート
へと電子が注入されることになる。なお、場合によって
は、メモリ・セル・アレイをある所定単位のブロック毎
に分割しておいたうえで消去することも行われるが、い
ずれにしても、フラッシュ・メモリにおけるデータの消
去は全ビット一括あるいはブロック単位でもって実行さ
れるため、一部のデータを書き換えるだけであっても、
チップあるいはブロック毎の全データをバッファ・メモ
リに待避させたうえで消去しなければならず、システム
的な制御の煩雑さを伴うことになっていた。
【0005】そのため、従来の電子機器においては、頻
繁に書き換える必要がないマイクロ・コンピュータのプ
ラグラム等のような情報(以下、プログラムという)に
ついてはフラッシュ・メモリでもって記憶し、かつ、書
き換え頻度の高い各種のデータについてはEEPROM
でもって記憶するという方法が採用され、電子機器へと
組み込まれる基板に対しては、フラッシュ・メモリとE
EPROMとの2個の半導体素子を実装しておくことが
行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フラッ
シュ・メモリ及びEEPROMと2個の半導体素子を実
装するのでは、電子機器の小型化及び軽量化が阻害され
ることになり、製品価格の上昇を招くことになってしま
う。そこで、2個の半導体素子が必要となる不都合を解
消するため、以下のような方法が採用されている。すな
わち、1個のフラッシュ・メモリにおけるメモリ・セル
・アレイを2個に分割しておき、一方のメモリ・セル・
アレイから読み出しながら他方のメモリ・セル・アレイ
には書き込むという方法であり、具体的には、一方のメ
モリ・セル・アレイにプログラムを書き込んでおき、そ
のデータを読み出してマイクロ・コンピュータを動作さ
せつつ、他方のメモリ・セル・アレイに対してデータを
書き込むことが実行される。
【0007】そして、このような方法を採用すれば、1
個のフラッシュ・メモリであるにも拘わらず、プログラ
ムとデータとを記憶することが可能になる。ところが、
データの書き換え時には、やはり、全データを他のバッ
ファ・メモリへと待避させたうえで全ビットを消去して
書き換える必要があり、そのシステム的な制御が煩雑で
あることには変わりがない。なお、特に、一部のデータ
のみを書き換える場合にあっては、時間的な損失も非常
に大きくなっているのが現状である。
【0008】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、フラッシュ・メモリのデータ書き換
え時におけるシステム的な制御の繁雑さを低減すること
が可能であり、電子機器の小型化及び軽量化を図ること
ができる構成とされた半導体不揮発性メモリの提供を目
的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
半導体不揮発性メモリは、フラッシュ・メモリ・セル
と、このフラッシュ・メモリ・セルに直列接続されたN
チャネルMOSトランジスタで形成されるビット選択ト
ランジスタと、フラッシュ・メモリ・セル及びビット選
択トランジスタで1個のユニットとなり、かつ、8個の
ユニットでもって1バイトとなる際に共通接続されたフ
ラッシュ・メモリ・セルのゲート同士に直列接続された
PチャネルMOSトランジスタで形成されるバイト選択
トランジスタとを具備してなるバイト消去可能なEEP
ROMセル・アレイが設けられていることを特徴とす
る。このような構成とした際には、フラッシュ・メモリ
・セルを用いたうえでバイト消去可能なEEPROMセ
ル・アレイが構成されるので、全ビット一括消去あるい
はブロック消去が可能なフラッシュ・メモリとバイト消
去が可能なEEPROMとを同一のチップ上に設けるこ
とが可能になる。
【0010】本発明の請求項2に係る半導体不揮発性メ
モリは請求項1に記載したものであって、EEPROM
セル・アレイと同一のチップ上にはフラッシュ・メモリ
・セル・アレイが設けられており、EEPROMセル・
アレイ及びフラッシュ・メモリ・セル・アレイのそれぞ
れは制御回路、電源回路、書き込み回路、デコーダ回
路、Yゲート、入出力回路、センス・アンプを具備して
独立動作が可能なものであることを特徴としている。こ
の構成によれば、全ビット一括消去あるいはブロック消
去が可能なフラッシュ・メモリ・セル・アレイとバイト
消去が可能なEEPROMセル・アレイとが同一のチッ
プ上に設けられており、かつ、これらの各々を周辺回路
でもって独立的に動作させることが可能となるので、フ
ラッシュ・メモリに書き込んだプログラムによってマイ
クロ・コンピュータを動作させながらEEPROMのデ
ータを書き換えることが可能となる。なお、この際にお
いては、当然に逆動作も可能であることになる。
【0011】本発明の請求項3に係る半導体不揮発性メ
モリは請求項2に記載したものであって、置換アドレス
記憶用EEPROMブロックとアドレス比較回路とが設
けられており、置換アドレス記憶用EEPROMブロッ
クに記憶されているフラッシュ・メモリのアドレスが指
定された際には、アドレス比較回路によってフラッシュ
・メモリあるいはEEPROMの別に指定されたアドレ
スが選択される機能を有していることを特徴とする。こ
のような構成であれば、フラッシュ・メモリの一部だけ
を書き換える際には全ビットのデータを消去する必要が
ないため、必要なビットのみを消去したうえで書き換え
ることが可能になる。さらには、フラッシュ・メモリに
おける一部のアドレスが別のフラッシュ・メモリの指定
されたアドレスと置換されるので、フラッシュ・メモリ
・セルにおいて製造上の欠陥が発生した場合には、アド
レスの正常な別のフラッシュ・メモリ・セルに置換する
ことが可能になるという利点も確保される。
【0012】
【発明の実施の形態】(実施の形態1)図1は本実施の
形態に係る半導体不揮発性メモリに設けられたEEPR
OMセル・アレイを示す説明図であり、図2はメモリ・
セルの消去時、書き込み時、読み出し時におけるバイア
ス条件を示す説明図である。また、図3は消去時におけ
るEEPROMセル・アレイの断面構造及びバイアス条
件を示す説明図、図4は書き込み時におけるEEPRO
Mセル・アレイの断面構造及びバイアス条件を示す説明
図であり、図5は読み出し時におけるEEPROMセル
・アレイの断面構造及びバイアス条件を示す説明図であ
る。
【0013】なお、これらの図1ないし図5における符
号Gはゲート、Sはソース、Dはドレイン、CGはコン
トロール・ゲート、PWはPウェル、NWはNウェル、
p+はP型拡散、n+はN型拡散、P−subはP型基
板、WLはワード線、BLはビット線、SLはソース
線、SGはセレクトゲート線、Idはドレイン電流、×
はオープン状態をそれぞれ示している。
【0014】本実施の形態に係る半導体不揮発性メモリ
は、図1で示すように、フラッシュ・メモリ・セル1
と、ビット選択トランジスタ2と、バイト選択トランジ
スタ3とを具備してなるEEPROMセル・アレイが設
けられたものであり、この際におけるビット選択トラン
ジスタ2は、フラッシュ・メモリ・セル1に対して直列
接続されたNチャネルMOSトランジスタでもって形成
されている。一方、ここでのバイト選択トランジスタ3
は、フラッシュ・メモリ・セル1及びビット選択トラン
ジスタ2でもって1個のユニットとなり、かつ、8個の
ユニットでもって1バイトとなる際に共通接続されたフ
ラッシュ・メモリ・セル1のゲート同士に直列接続され
たPチャネルMOSトランジスタでもって形成されたも
のとなっている。
【0015】つぎに、以上のような構成とされたEEP
ROMセル・アレイの消去時、書き込み時、読み出し時
における動作を、図2ないし図5に基づきながら説明す
る。
【0016】まず、データの消去時には、消去時のバイ
アス条件を示す図3のように、Pウェル(PW)に対し
て0V、選択されたバイト4を構成しているフラッシュ
・メモリ・セル1のゲート(G)に対して13Vの電圧
が印加されることになり、PWからフローティング・ゲ
ートへと電子が注入されることによって消去が実行され
る。そして、消去後におけるフラッシュ・メモリ・セル
1のしきい値電圧は、高い状態となる。一方、選択され
なかったバイトのフラッシュ・メモリ・セル1に対して
は、電子の注入・放出を引き起こす電圧が印加されない
ため、しきい値電圧は変化しないことになる。すなわ
ち、ここでは選択されたバイト4のみの消去が実行され
ており、EEPROMセル・アレイはバイト消去可能な
ものであることになっている。
【0017】そして、データの書き込みに際しては、書
き込み時のバイアス条件を示す図4からも分かるよう
に、選択されたバイト4のうちで書き込もうとするビッ
トのビット線(BL)に対して4.5V、書き込まない
ビットのビット線に対して0Vを印加し、かつ、選択さ
れたバイト4のフラッシュ・メモリ・セル1のゲートに
対して−8Vを印加することが実行される。従って、選
択されたバイト4の書き込もうとするビットでは、フロ
ーティング・ゲートからドレイン(D)へと電子が放出
されることになり、書き込み後におけるフラッシュ・メ
モリ・セル1のしきい値電圧は低い状態となる。しかし
ながら、選択されたバイト4のうちで書き込まないビッ
トと選択されなかったバイトのフラッシュ・メモリ・セ
ル1とに対しては、電子の注入・放出を引き起こす電圧
が印加されないので、これらのしきい値電圧は変化しな
いままとなる。
【0018】さらに、データの読み出し時には、読み出
し時のバイアス条件を示す図5のように、選択されたバ
イト4のフラッシュ・メモリ・セル1におけるソース
(S)及びドレイン間にドレイン電流(Id)を流すこ
とが実行され、ドレイン電流の電流量によってフラッシ
ュ・メモリ・セル1が消去状態であるか、書き込み状態
であるかが識別される。すなわち、本実施の形態によれ
ば、フラッシュ・メモリ・セル1を用いたうえでバイト
消去可能なEEPROMセル・アレイが構成されてお
り、このEEPROMセル・アレイによってはバイト単
位の書き込み動作及び読み出し動作も何らの不都合なく
実行可能であることになる。なお、本実施の形態におけ
る電圧値は一つの代表例であるに過ぎず、製造条件等に
よって電圧値が変化することはいうまでもない。
【0019】(実施の形態2)図6は実施の形態2に係
る半導体不揮発性メモリ、つまり、同一のチップ上にフ
ラッシュ・メモリ・セル・アレイとEEPROMセル・
メモリとが設けられた半導体不揮発性メモリの構成を模
式化して示す説明図であり、実施の形態1を採用した際
にはフラッシュ・メモリ・セル・アレイとEEPROM
セル・アレイとを同一の製造技術によって同一のチップ
上に設けることが可能となる。なお、図6における符号
5はフラッシュ・メモリ・セル・アレイを示し、6はE
EPROMセル・アレイを示している。
【0020】すなわち、実施の形態2に係る半導体不揮
発性メモリは、従来の形態で説明したと同様のフラッシ
ュ・メモリ・セル・アレイ5が実施の形態1で説明した
EEPROMセル・アレイ6と同一のチップ上に設けら
れたものであり、フラッシュ・メモリ・セル・アレイ5
及びEEPROMセル・アレイ6のそれぞれは、図6で
示すように、制御回路7、電源回路8、書き込み回路
9、デコーダ回路10、Yゲート11、入出力回路1
2、センス・アンプ等からなる周辺回路を具備してい
る。そして、この際におけるフラッシュ・メモリ・セル
・アレイ5とEEPROMセル・アレイ6とのそれぞれ
は、各々毎に専用の周辺回路を具備しているため、互い
に独立した動作が可能であることになり、このような構
成であれば、フラッシュ・メモリを読み出しながら同じ
チップ内に設けられたEEPROMに対してデータを書
き込むことが可能となる。
【0021】そこで、フラッシュ・メモリにプログラム
を記憶しておき、このプログラムによってマイクロ・コ
ンピュータを動作させながら同一のチップ上に設けられ
たEEPROMに対してデータを書き込むという動作、
つまり、従来の形態ではフラッシュ・メモリとEEPR
OMとの2個を必要とすることになっていた動作を1個
の半導体不揮発性メモリでもって実行することが可能と
なる。従って、本実施の形態に係る半導体不揮発性メモ
リを2個の半導体素子と代えて使用することとすれば、
電子機器へと組み込まれる基板における実装面積を容易
に低減できることとなる。なお、ここでは、フラッシュ
・メモリにプログラムを記憶し、EEPROMにデータ
を書き込むとしているが、このような構成に限られるこ
とはないのであり、EEPROMにプログラムを記憶し
ておき、このEEPROMのプログラムによってフラッ
シュ・メモリを書き換えることも可能となることは勿論
である。
【0022】(実施の形態3)図7は実施の形態3に係
る半導体不揮発性メモリの構成を模式化して示す説明図
であり、この実施の形態3に係る半導体不揮発性メモリ
では、フラッシュ・メモリ・セル・アレイ5とEEPR
OMセル・アレイ6とが設けられた同一のチップ上に、
置換アドレス記憶用EEPROMブロック13とアドレ
ス比較回路14とを設けることが行われている。そし
て、この際の置換アドレス記憶用EEPROMブロック
13に記憶されているフラッシュ・メモリ・セル・アレ
イ5のアドレスが指定された際には、アドレス比較回路
14によってフラッシュ・メモリあるいはEEPROM
の別に指定されたアドレスを選択する機能が発揮される
ことになっている。
【0023】すなわち、同一のチップ上にフラッシュ・
メモリ・セル・アレイ5とEEPROMセル・アレイ6
とが設けられた実施の形態2に係る半導体不揮発性メモ
リにおいても、フラッシュ・メモリのデータを書き換え
る際には、全てのデータを他のバッファ・メモリに待避
させたうえで全ビットを消去した後、書き換える必要が
あることになる。これに対し、実施の形態3に係る不揮
発性メモリであれば、フラッシュ・メモリにおける一部
のデータを書き換える際には、そのアドレスを置換アド
レス記憶用EEPROMブロック13に記憶しておき、
書き換えるデータをEEPROMの別に指定されたアド
レスに置換して書き込むことが行われることになり、E
EPROMセル・アレイ6がバイト単位での消去が可能
なものであるため、フラッシュ・メモリのデータを見か
け上はバイト単位で書き換えることが可能となる。
【0024】なお、読み出しに際してもアドレスが置換
されることになり、置換したデータが出力されることに
なっている。つまり、このような構成であれば、フラッ
シュ・メモリの一部だけを書き換える際には全ビットの
データを消去する必要がなくなるため、必要なビットの
みを消去したうえで書き換えることが可能となるのであ
る。また、本実施の形態に係る半導体不揮発性メモリに
おいては、フラッシュ・メモリを別のアドレスのフラッ
シュ・メモリに置き換えることも可能であることにな
り、このことを利用すれば、フラッシュ・メモリ・セル
において製造上の欠陥が発生した場合には、該当するア
ドレスを正常なフラッシュ・メモリ・セルに置換し得る
という利点が確保される。
【0025】
【発明の効果】本発明に係る半導体不揮発性メモリによ
れば、バイト消去可能なEEPROMセル・アレイがフ
ラッシュ・メモリ・セルを用いたうえで構成されてお
り、全ビット一括消去あるいはブロック消去が可能なフ
ラッシュ・メモリとバイト消去が可能なEEPROMと
を同一のチップ上に設けておくことが可能となるので、
電子機器の小型化及び軽量化を実現しながら製品価格の
低下を図ることができるという効果が得られる。また、
フラッシュ・メモリのデータ書き換え時におけるシステ
ム的な制御の繁雑さを低減することも可能であり、さら
には、フラッシュ・メモリ・セルにおける製造上の欠陥
が発生した場合にはアドレスの正常な別のフラッシュ・
メモリ・セルに置換することができるという利点も確保
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係る半導体不揮発性メモリに設
けられたEEPROMセル・アレイを示す説明図であ
る。
【図2】メモリ・セルの消去時、書き込み時、読み出し
時におけるバイアス条件を示す説明図である。
【図3】消去時におけるEEPROMセル・アレイの断
面構造及びバイアス条件を示す説明図である。
【図4】書き込み時におけるEEPROMセル・アレイ
の断面構造及びバイアス条件を示す説明図である。
【図5】読み出し時におけるEEPROMセル・アレイ
の断面構造及びバイアス条件を示す説明図である。
【図6】実施の形態2に係る半導体不揮発性メモリの構
成を模式化して示す説明図である。
【図7】実施の形態3に係る半導体不揮発性メモリの構
成を模式化して示す説明図である。
【図8】従来の形態に係るフラッシュ・メモリ・セルの
断面構造及び消去時、書き込み時、読み出し時における
バイアス条件を示す説明図である。
【図9】従来の形態に係るフラッシュ・メモリ・セル・
アレイにおける消去時のバイアス条件を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 フラッシュ・メモリ・セル 2 ビット選択トランジスタ 3 バイト選択トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/788 H01L 29/78 371 29/792 Fターム(参考) 5B025 AC02 AD08 5F001 AA25 AB08 AD05 AD41 AD44 AE02 AE03 AE08 AG40 AH07 5F083 EP02 EP23 ER03 ER09 ER14 ER15 ER22 ER23 ER30 LA04 LA05 LA10 LA12 LA16 LA18

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フラッシュ・メモリ・セルと、このフラ
    ッシュ・メモリ・セルに直列接続されたNチャネルMO
    Sトランジスタで形成されるビット選択トランジスタ
    と、フラッシュ・メモリ・セル及びビット選択トランジ
    スタで1個のユニットとなり、かつ、8個のユニットで
    もって1バイトとなる際に共通接続されたフラッシュ・
    メモリ・セルのゲート同士に直列接続されたPチャネル
    MOSトランジスタで形成されるバイト選択トランジス
    タとを具備してなるバイト消去可能なEEPROMセル
    ・アレイが設けられていることを特徴とする半導体不揮
    発性メモリ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した半導体不揮発性メモ
    リであって、 EEPROMセル・アレイと同一のチップ上にはフラッ
    シュ・メモリ・セル・アレイが設けられており、EEP
    ROMセル・アレイ及びフラッシュ・メモリ・セル・ア
    レイのそれぞれは制御回路、電源回路、書き込み回路、
    デコーダ回路、Yゲート、入出力回路、センス・アンプ
    を具備して独立動作が可能なものであることを特徴とす
    る半導体不揮発性メモリ。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載した半導体不揮発性メモ
    リであって、 置換アドレス記憶用EEPROMブロックとアドレス比
    較回路とが設けられており、置換アドレス記憶用EEP
    ROMブロックに記憶されているフラッシュ・メモリ・
    セル・アレイのアドレスが指定された際には、アドレス
    比較回路によってフラッシュ・メモリあるいはEEPR
    OMの別に指定されたアドレスが選択される機能を有し
    ていることを特徴とする半導体不揮発性メモリ。
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