JP2000068486A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JP2000068486A
JP2000068486A JP10240152A JP24015298A JP2000068486A JP 2000068486 A JP2000068486 A JP 2000068486A JP 10240152 A JP10240152 A JP 10240152A JP 24015298 A JP24015298 A JP 24015298A JP 2000068486 A JP2000068486 A JP 2000068486A
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JP10240152A
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Shigeru Atsumi
滋 渥美
Akira Umezawa
明 梅沢
Toru Tanzawa
徹 丹沢
Seiji Yamada
誠司 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/08Address circuits; Decoders; Word-line control circuits

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  • Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】二重ビット線アーキテクチャを採用したフラッ
シュEEPROMの列サブセレクタ回りにおいて、4本
のサブビット線に対して主ビット線1本を配設するパタ
ーンの繰り返しピッチの1ピッチ内で4個のブロック選
択トランジスタを配設する。 【解決手段】メモリセルアレイおよび列セレクタが列方
向に複数のセルブロック11iおよび複数の列サブセレ
クタ12iに分割されたフラッシュEEPROMにおい
て、列サブセレクタは、4本のサブビット線SBLに対
して1本の主ビット線MBLが列方向に配設されたパタ
ーンの繰り返しピッチの1ピッチ内に4個のブロック選
択トランジスタBSTの活性領域が配設され、ブロック
選択トランジスタの各ゲート配線は活性領域の上方で行
方向に配設され、かつ4本のブロックデコード線BDL
iが行方向に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体メ
モリに係り、特に二重ビット線構成を有する不揮発性半
導体メモリの列セレクタのレイアウトに関するもので、
例えばフラッシュEEPROM(一括消去可能な電気的
書換え可能な不揮発性メモリ)に使用されるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリにおいては、読み出しの高
速化などを図るためにワード線やビット線を分割する方
式を採用することが多い。特にフラッシュEEPROM
においては、あるメモリセルに対してデータ書換えを行
う際に、それとビット線あるいはワード線を共有する他
のメモリセルが半選択状態になってそのデータが変化し
てしまう現象(データ書換え時のディスターブ)を防止
するために、メモリセルアレイを複数のブロック(セル
ブロック)に区分し、消去の対象となるブロック単位毎
にワード線/ビット線を電気的に切り離すような構成を
採用する。
【0003】この場合、各セルブロックは、一般的に
は、1Kワード線×512ビット線、512ワード線×
1Kビット線などの512Kビット(64Kバイト)の
構成を採用する。そして、行デコーダおよび列デコーダ
は、上記複数のセルブロックに対応して複数の行サブデ
コーダおよび複数の列サブセレクタに区分される。
【0004】以下、従来のフラッシュEEPROMにお
ける列デコーダについて説明する。フラッシュEEPR
OMにおいて、列デコーダから選択信号が供給される列
セレクタを512Kビットのセルブロック毎に列サブセ
レクタとして分散配置する場合、列サブセレクタ間の配
線の仕方がメモリチップのサイズを大きく左右すること
になる。そこで、メモリの大容量化に伴うセルブロック
数の増大による列サブセレクタ間の配線抵抗の増大を抑
制するために、列サブセレクタ間の配線に第2の金属配
線層(通常、アルミニウム配線)を用いることが一般的
になってきている。
【0005】図5は、メモリセルアレイの列方向に2層
のアルミニウム配線を形成した二重ビット線アーキテク
チャを採用した従来のNOR型フラッシュEEPROM
の一部について等価回路を示している。
【0006】図5において、51i(i=1〜n)はメ
モリセルアレイの列方向に配置される複数のセルブロッ
クであり、各セルブロック51iには512Kビット分
の複数個のセルトランジスタCTが行列状に配置されて
いる。
【0007】そして、セルブロック51iの同一行のセ
ルトランジスタCTの各制御ゲートに共通に接続される
サブワード線SWLが行方向に各行毎に配設されてお
り、同一列のセルトランジスタCTの各ドレインに共通
に接続されるサブビット線SBLが列方向に各列毎に配
設されており、セルブロック51iのセルトランジスタ
CTの各ソースにはブロックソース線BSLが共通に接
続されている。
【0008】MBLはメモリセルアレイの列方向におい
て、前記セルブロック51iの複数のサブビット線SB
Lに対応して共通に配設された複数の主ビット線であ
る。52i(i=1〜n)は上記各セルブロック51i
毎に対応して列方向の一端側に配設された列サブセレク
タであり、各列サブセレクタ52iには前記セルブロッ
ク51iの複数のサブビット線SBLをそれぞれ対応し
て選択するための複数のブロック選択トランジスタ(ビ
ット線選択トランジスタ)BSTが行方向に配置されて
いる。
【0009】この場合、列サブセレクタ52iの複数の
ブロック選択トランジスタBSTは、対応するセルブロ
ック51iの複数のサブビット線SBLと複数の主ビッ
ト線MBLとの間に接続されており、上記複数の選択ト
ランジスタBSTの各ゲートに共通に接続されるブロッ
クデコード線BDLが行方向に配設されている。
【0010】そして、前記複数の主ビット線MBLの各
一端側は、それぞれ対応してY選択トランジスタ(カラ
ム選択トランジスタ)CSTを介して一括接続された
後、書込み負荷トランジスタ、センスアンプ(図示せ
ず)などに接続されている。
【0011】なお、前記複数のカラム選択トランジスタ
CSTは主列デコーダ(図示せず)により択一的に駆動
され、前記ブロックデコード線BDLはブロックデコー
ダや列サブデコーダ(図示せず)により選択的に駆動さ
れ、前記複数のサブワード線SWLは行サブデコーダ
(図示せず)により択一的に駆動され、前記ブロックソ
ース線BSLはブロックソースデコーダ(図示せず)に
より動作モードに応じて所定の電位状態に設定される。
【0012】上記構成により、各セルブロック毎に存在
するサブビット線は、列サブセレクタによって他のセル
ブロックから電気的に分離されている。なお、上記例で
は、1本のサブビット線に対して1本の割合で主ビット
線を配設したが、複数本のサブビット線に対して1本の
割合で主ビット線を配設する場合もある。また、上記例
では、1本の主ビット線に対して複数の列サブセレクタ
を並列に接続したが、1本の主ビット線に対して1個の
列サブセレクタを接続する場合もある。
【0013】図6は、図5に示した回路を実現するため
の列サブセレクタ521回りの実際のパターンレイアウ
トの従来例として、2本のサブビット線SBLに対して
1本の割合で主ビット線MBLを配設した場合(サブビ
ット線の2本毎に中間位置で平行に1本の主ビット線を
形成した場合)を示している。
【0014】図6において、列サブセレクタの領域にお
いては、第1層目のアルミニウム配線により互いに平行
に行方向に形成された2本のブロックデコード線BDL
と、第1層目のアルミニウム配線により行方向に形成さ
れるブロックソース線BSLと、半導体基板(あるいは
半導体層、ウエル領域)の表層部で選択的に行方向に形
成されたトランジスタの活性領域SDGと、第1層目の
アルミニウム配線により互いに平行に列方向に形成され
た複数のサブビット線SBLと、前記サブビット線に平
行に第2層目のアルミニウム配線により列方向に形成さ
れた主ビット線MBLと、ポリシリコン配線により列方
向に形成された複数のゲート配線GLなどが存在する。
【0015】この場合、前記活性領域SDGは、隣接す
る2個のブロック選択トランジスタBSTを単位とし、
それぞれの各ドレイン領域を共有するように形成されて
いる。そして、上記活性領域SDGの各ソース領域の上
方から列方向に延長するように前記サブビット線SBL
が形成されており、各ソース領域と各サブビット線SB
Lとはコンタクト部53でコンタクトしている。
【0016】また、前記活性領域SDGの共通ドレイン
領域の上方から列方向に延長するように主ビット線MB
Lが形成されており、共通ドレイン領域と主ビット線M
BLとは中間に接続線54を介して接続されている。即
ち、共通ドレイン領域の上方には第1層目のアルミニウ
ム配線からなる接続線54が配設されており、共通ドレ
イン領域と接続線54とはコンタクト部55でコンタク
トしており、接続線54と主ビット線MBLとはビアホ
ール(スルーホール)部56でコンタクトいる。
【0017】また、前記活性領域SDGの各ソース領域
と共通ドレイン領域との間の各チャネル領域の上方で列
方向に前記ゲート配線GLが形成されている。この場
合、隣接する2個のブロック選択トランジスタBSTに
対応する2本のゲート配線GLの各一端部は、対応して
コンタクト部57で前記2本のブロックデコード線BD
Lにコンタクトしている。
【0018】なお、上記したようなパターンレイアウト
を有する1個の列サブセレクタおよびこれとは対象的な
パターンレイアウトを有する1個の列サブセレクタ(合
計2個の列サブセレクタ)を列方向に隣接配置した場合
には、この2個の列サブセレクタの各2本のサブビット
線(合計4本のサブビット線)に対して前記1本の主ビ
ット線を共有することが可能になる。
【0019】上述したように、従来例の列サブセレクタ
回りのパターンレイアウトは、4本以内のサブビット線
に対して主ビット線1本を配設するパターンを繰り返
し、この繰り返しピッチの1ピッチ内で2個のトランジ
スタ分の活性領域SDGを配設できる場合に有効であ
る。
【0020】しかし、素子の微細化が進み、メモリセル
のピッチがスケーリングされ、サブビット線間の間隔が
短縮されると、上記したような従来例のパターンレイア
ウトにおいて、1ピッチ内に2個のブロック選択トラン
ジスタに対応する活性領域を配設できなくなる事態が発
生してくる。この場合には、列サブセレクタにおいて例
えばサブビット線4本あるいは8本に対して主ビット線
1本を配設するパターンを繰り返ようにパターンレイア
ウトを変更する必要が生じてくる。
【0021】即ち、素子の微細化とともにメモリセルの
ピッチが縮小化する要因として、例えば素子分離プロセ
スの変更が挙げられる。この場合、従来の選択酸化膜を
用いたLOCOSプロセスから絶縁膜の埋め込みを用い
たSTI(Shallow Trench Isolation)プロセスに変更
されると、ソース・ドレイン間隔を深さ方向でもかせぐ
ことが可能になるので、平面的なソース・ドレイン間隔
が激減する。
【0022】これに対して、図5中に示したようなブロ
ック選択トランジスタBSTは、仮に素子分離プロセス
が変更されても、平面的なソース・ドレイン間隔が縮小
化する要素がないので、結果として、列サブセレクタの
パターンレイアウトのマージンが少なくなり、前述よう
な例えばサブビット線4本あるいは8本に対して主ビッ
ト線1本を配設するパターンを繰り返すようにパターン
レイアウトを変更する必要が生じてくる。
【0023】上記のような観点から、図6に示した列サ
ブセレクタのパターンレイアウトを考察すると、2本の
ブロックデコード線BDLの配設部分および第1層目の
アルミニウム配線により形成されるブロックソース線B
SLの配設部分は、単に配線しか存在しないので、素子
の配置上からみて完全にデッドスペースとなっている。
もし、ブロックデコード線の本数が増えるような回路接
続を行うと、上記デッドスペースがさらに拡大すること
になる。
【0024】このことは、NOR型フラッシュEEPR
OMのようにセルブロックのビット容量が規格により決
められているようなメモリでは、前世代のメモリに比べ
て、相対的に列サブセレクタのパターン面積が大きくな
るように事態を招くことになり、素子の微細化とともに
メモリセルのパターン占有率が低下することになりかね
ない。
【0025】一方、従来のEEPROMにおいては、書
込み/消去時に高い電圧Vpp(約10V)が印加される
行デコーダ回り、列デコーダ回りのトランジスタは、V
pp(約10V)以上の接合耐圧を有するようにデバイス
構造が設計されていた。
【0026】特に、消去時にワード線に負の電圧を印加
する方式を採用するフラッシュメモリでは、行デコー
ダ、列デコーダを構成するNMOSトランジスタは、p
型半導体基板におけるnウエル領域上に形成されたpウ
エル領域内に形成されるのが通常であり、この場合、上
記NMOSトランジスタの接合耐圧、パンチスルー電圧
はVpp以上に設定されていた。
【0027】しかし、上記したようなnウエル領域上の
pウエル領域内に形成されるNMOSトランジスタのデ
バイス構造をそのまま列サブセレクタのブロック選択ト
ランジスタのデバイス構造として採用すると、以下に述
べるような問題が生じる。
【0028】(1)パターンレイアウト面積の増大。 ブロック選択トランジスタ、pウエル領域・nウエル領
域の境界、セルトランジスタのパターンレイアウトのそ
れぞれに、マスクパターンの合わせずれ、ウエル領域の
深度などを考慮して均一な特性が得られるように十分に
余裕を確保する必要がある。このことは、列サブセレク
タ・セルブロック間のデッドスペースの増大をまねくこ
とになり、好ましくない。
【0029】(2)デバイス設計上の耐圧のオーバース
ペック。 ブロック選択トランジスタにVpp(約10V)以上の耐
圧を持たせるために、デバイス構造上、スケーリングを
妨げる要因が以下に述べるように発生する。
【0030】(a)ブロック選択トランジスタにVpp
(約10V)以上の接合耐圧を保証するためには、NM
OS領域のフィールド反転防止インプラ(イオン打込
み)のドーズ量を少なくしなければならない。
【0031】この結果、ブロック選択トランジスタのn
+ ドレイン領域・n+ ソース領域間隔をセルトランジス
タのn+ ドレイン領域・n+ ソース領域間隔よりも広く
とらなければならなくなる。このことは、図6に示した
パターンレイアウトにおいては特に深刻な問題となる。
【0032】(b)ブロック選択トランジスタにVpp
(約10V)以上のパンチスルー耐圧を保証するために
は、そのチャネル濃度を高くなければならなくなる。こ
のことは、基板バイアス効果の増大、選択されたトラン
ジスタの特性の劣化をまねくことになる。
【0033】特に、図5に示したカラム選択トランジス
タCSTの一端側に接続される書込み負荷トランジスタ
(図示せず)のソースに約5V程度の電圧がかかる場
合、基板バイアス効果によるブロック選択トランジスタ
BSLの閾値電圧の上昇が大きいと、そのままブロック
選択トランジスタの特性の劣化をまねくことになり、好
ましくない。
【0034】
【発明が解決しようとする課題】上記したように二重ビ
ット線アーキテクチャを採用した従来の不揮発性半導体
メモリにおける列サブセレクタ回りのパターンレイアウ
トは、素子の微細化が進み、メモリセルのピッチがスケ
ーリングされてくると、パターンレイアウトを変更する
必要が生じてくる。
【0035】また、不揮発性半導体メモリにおいて書込
み時に印加される高い電圧Vpp(約10V)以上の接合
耐圧、パンチスルー電圧を有するように設計されるデコ
ーダ回りのトランジスタのデバイス構造を、そのまま列
サブセレクタのブロック選択トランジスタのデバイス構
造として採用すると、各種の問題が生じる。
【0036】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、二重ビット線アーキテクチャを採用した場合の列サ
ブセレクタ回りのパターンレイアウトとして、素子の微
細化、メモリセルのピッチのスケーリングに対応して複
数本のサブビット線に対して主ビット線1本を配設する
パターンの繰り返しピッチ内で複数個のブロック選択ト
ランジスタを配設し得る不揮発性半導体メモリを提供す
ることを目的とする。
【0037】また、本発明の他の目的は、ブロック選択
トランジスタおよびセルトランジスタの不純物のプロフ
ァイルが同一になり、ブロック選択トランジスタおよび
セルトランジスタに同様の設計基準を適用することが可
能となる不揮発性半導体メモリを提供することにある。
【0038】
【課題を解決するための手段】第1の発明の不揮発性半
導体メモリは、セルトランジスタが行列状に配置された
メモリセルアレイが列方向に分割された複数のセルブロ
ックと、前記複数のセルブロックに各対応して列方向に
隣接して設けられ、対応するセルブロックの各列に対応
して設けられたブロック選択トランジスタを有する複数
の列サブデコーダとを具備する二重ビット線アーキテク
チャを採用し、前記列サブセレクタは、所定本のサブビ
ット線に対して1本の主ビット線がそれぞれ列方向に配
設されたパターンが繰り返し、前記パターンの繰り返し
ピッチ内に複数個のブロック選択トランジスタの活性領
域が行方向に配設され、前記ブロック選択トランジスタ
のゲート配線および前記ゲート配線と接続されたブロッ
クデコード線が前記活性領域の上方で行方向に配設され
てなることを特徴とする。
【0039】第2の発明の不揮発性半導体メモリは、第
1の発明の不揮発性半導体メモリにおいて、前記ブロッ
ク選択トランジスタおよび前記セルトランジスタは、同
じプロセスで形成される半導体層上に配置されているこ
とを特徴とする。
【0040】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の不揮発性半
導体メモリの第1の実施の形態として、二重ビット線ア
ーキテクチャを採用したNOR型フラッシュEEPRO
Mを例にとって説明する。
【0041】<第1実施例>図1は、第1実施例に係る
NOR型フラッシュEEPROMの一部について等価回
路を示している。
【0042】図1において、11i(i=1〜n)はメ
モリセルアレイの列方向に配置される複数のセルブロッ
クであり、各セルブロック11iには512Kビット分
の複数個のセルトランジスタCTが行列状に配置されて
いる。
【0043】各セルブロック11iにおいて、同一行の
セルトランジスタCTの各制御ゲートに共通に接続され
るサブワード線SWLが行方向に各行毎に配設されてお
り、同一列のセルトランジスタCTの各ドレインに共通
に接続されるサブビット線SBLが列方向に各列毎に配
設されており、セルブロック内のセルトランジスタCT
の各ソースは1本のブロックソース線BSLに共通に接
続されている。
【0044】MBLは前記メモリセルアレイの列方向に
おいて、前記セルブロック11iの所定本数m(本例で
は4本)のサブビット線SBLを単位とする1グループ
毎に1本の割合で配設された主ビット線である。
【0045】12i(i=1〜n)は各セルブロック1
1i毎に対応して列方向の一端側に配設された列サブセ
レクタであり、各列サブセレクタ12iには前記セルブ
ロック11iの複数のサブビット線SBLをそれぞれ対
応して選択するための複数のブロック選択トランジスタ
(ビット線選択トランジスタ)BSTが設けられてい
る。
【0046】各ブロック選択トランジスタBSTは、対
応するサブビット線SBLとそれが属するグループに対
応して配設された主ビット線MBLとの間に接続されて
おり、各グループの対応する複数のブロック選択選択ト
ランジスタBSTの各ゲートに共通にブロックデコード
線BDLj(本例ではj=1〜m)が接続されている。
【0047】そして、前記セルブロック11iの複数の
主ビット線MBLの各一端側は、それぞれ対応してY選
択トランジスタ(カラム選択トランジスタ)CSTを介
して一括接続された後、書込み負荷トランジスタ、セン
スアンプ(図示せず)などに接続されている。
【0048】なお、前記複数のカラム選択トランジスタ
CSTは、主列デコーダ(図示せず)により択一的に選
択されて駆動され、前記4本のブロックデコード線BD
Ljは、ブロックデコーダおよび列サブデコーダ(図示
せず)により選択的に駆動され、前記複数のサブワード
線SWLは行サブデコーダ(図示せず)により択一的に
駆動され、前記1本のブロックソース線BSLはブロッ
クソースデコーダ(図示せず)により動作モードに応じ
て所定の電位状態に設定される。
【0049】図2は、図1中の列サブセレクタ12i回
りのパターンレイアウトの一例を示している。ここで
は、4本のサブビット線SBLに対して1本の主ビット
線MBLを配設するパターンの繰り返しピッチ内で、ブ
ロック選択トランジスタBSTをビット線(SBL、M
BL)方向に直交する方向に配設した場合について、1
ピッチ分のパターンおよび列サブセレクタで共通に使用
される1本のブロックソース線BSLのパターンを取り
出してレイアウトを示している。
【0050】図3は、図1中の主ビット線中継接続線M
BLaおよび主ビット線MBLbに沿う断面構造を示し
ている。図3において、30は半導体層、31は素子分
離領域(選択酸化膜)、32はゲート絶縁膜、33は第
1の層間絶縁膜、34は第2の層間絶縁膜である。
【0051】即ち、図2および図3において、列サブセ
レクタ12iの領域の1ピッチ分の領域には、半導体基
板(あるいは半導体層、ウエル領域)30の表層部で選
択的に列方向に所定の間隔(任意構造の素子分離領域部
31)をあけて、それぞれ隣接する2個のブロック選択
トランジスタBSTを単位とし、それぞれ2個のブロッ
ク選択トランジスタBSTの各ドレイン領域Dを共有す
るように列方向に形成された第1のSDG領域SDG1
および第2のSDG領域SDG2が配置されている。
【0052】そして、第1のSDG領域SDG1の2個
のトランジスタBSTの各チャネル領域の上方を通過す
るようにポリシリコン配線により行方向に形成された第
1組をなす2本のゲート配線GL1、GL2と、第2の
SDG領域SDG2の2個のトランジスタBSTの各チ
ャネル領域の上方を通過するようにポリシリコン配線に
より行方向に形成された第2組をなす2本のゲート配線
GL3、GL4が配設されている。
【0053】さらに、第1のSDG領域SDG1の各ソ
ース領域S1、S2の上方からセルブロック上方に向か
って列方向に第1の金属配線層(例えばアルミニウム配
線)により互いに平行に形成された第1組をなす2本の
サブビット線SBLと、第2のSDG領域SDG2の各
ソース領域S3、S4の上方からセルブロック上方に向
かって列方向に第1層目のアルミニウム配線により互い
に平行に形成された第2組をなす2本のサブビット線S
BLが配設されている。
【0054】さらに、2個のSDG領域SDG1および
SDG2の上方を通過するように第1層目のアルミニウ
ム配線により列方向に形成された1個の主ビット線中継
接続線MBLaと、前記SDG領域を外れた領域からセ
ルブロック上方に向かって列方向に第1層目のアルミニ
ウム配線により形成された1本の第1層ブロックソース
線BSLaが配設されている。
【0055】さらに、前記第1組をなす2本のゲート配
線GL1、GL2の上方をそれぞれ通過するように第2
の金属配線層(例えばアルミニウム配線)により互いに
平行に行方向に形成された第1組をなす2本のブロック
デコード線BDL1およびBDL2と、前記第2組をな
す2本のゲート配線GL3、GL4の上方をそれぞれ通
過するように第2層目のアルミニウム配線により互いに
平行に行方向に形成された第2組をなす2本のブロック
デコード線BDL3およびBDL4が配設されている。
【0056】さらに、前記各ブロックデコード線BDL
jに平行に第2層目のアルミニウム配線により行方向に
形成された1本の第2層ブロックソース線BSLbと、
前記主ビット線中継接続線MBLaの両端部上方から列
方向に延長するように前記各サブビット線SBLに平行
に第2層目のアルミニウム配線により形成された1本の
主ビット線MBLbとが存在する。
【0057】この場合、第2層ブロックソース線BSL
bは、各SDG領域SDG1、SDG2を外れた領域で
ビアホール部21により第1層ブロックソース線BSL
aの一端部にコンタクトしている。
【0058】また、前記第1組をなす2本のサブビット
線SBLは、前記第1のSDG領域SDG1の各ソース
領域S1およびS2に対応してコンタクト部221およ
び222でコンタクトしている。
【0059】また、前記第2組をなす2本のサブビット
線SBLは、前記第2のSDG領域SDG2の各ソース
領域S3およびS4に対応してコンタクト部231およ
び232でコンタクトしている。
【0060】また、前記主ビット線中継接続線MBLa
は、前記第1のSDG領域SDG1の共通ドレイン領域
D1にコンタクト部241でコンタクトするとともに前
記第2のSDG領域SDG2の共通ドレイン領域D2に
コンタクト部242でコンタクトしており、その両端部
は前記主ビット線MBLbにビアホール部251および
252でコンタクトしている。
【0061】また、前記第1組をなす2本のゲート配線
GL1およびGL2の上方で第1のSDG領域SDG1
を外れた領域には、それぞれ第1層目のアルミニウム配
線により行方向に形成されたブロックデコード線中継接
続線BDL1aおよびBDL2aが形成されている。
【0062】そして、このブロックデコード線中継接続
線BDL1aおよびBDL2aは、前記第1組をなす2
本のゲート配線GL1およびGL2にコンタクト部26
1および262でコンタクトするとともに前記第1組を
なす2本のブロックデコード線BDL1およびBDL2
にビアホール部271および272でコンタクトしてい
る。この場合、上記ビアホール部271および272
は、対応して前記コンタクト部261および262の上
部に形成されてもよい。
【0063】また、前記第2組をなす2本のゲート配線
GL3およびGL4の上方で第2のSDG領域SDG2
を外れた領域には、それぞれ第1層目のアルミニウム配
線により行方向に形成されたブロックデコード線中継接
続線BDL3aおよびBDL4aが形成されている。
【0064】そして、このブロックデコード線中継接続
線BDL3aおよびBDL4aは、前記第2組をなす2
本のゲート配線GL3およびGL4にコンタクト部28
1および282でコンタクトするとともに前記第2組を
なす2本のブロックデコード線BDL3およびBDL4
にビアホール部291および292でコンタクトしてい
る。この場合、上記ビアホール部291および292
は、対応して前記コンタクト部281および282の上
部に形成されてもよい。
【0065】なお、セルブロックにおいては、前記サブ
ビット線SBLに同一列の複数個のセルトランジスタC
Tの各ドレインが共通に接続されており、前記第1層ブ
ロックソース線BSLaが複数個のセルトランジスタC
Tの各ソースに共通に接続されている。そして、同一行
の複数個のセルトランジスタCTの各制御ゲートに共通
にサブワード線SWLが接続されている。
【0066】換言すれば、第1実施例に係るフラッシュ
EEPROMは、セルトランジスタCTが行列状に配置
されたメモリセルアレイが列方向に複数のセルブロック
11iに分割され、これとともにセルブロックの各列に
対応して設けられる列セレクタについて、それぞれブロ
ック選択トランジスタBSLを有する列サブセレクタ1
2iを列方向に複数分散配置した二重ビット線アーキテ
クチャを採用している。
【0067】前記セルブロック11iは、ポリシリコン
配線からなる複数のサブワード線SWLと第1の金属配
線層からなる複数のサブビット線SBLを有し、それら
の交差部にセルトランジスタCTが配置され、かつ、複
数のサブビット線(もしくは1本のサブビット線)に対
して第2の金属配線層からなる1本の主ビット線MBL
bが前記サブビット線SBLに並行して配設されてい
る。さらに、セルブロック11iの各セルトランジスタ
CTのソースに接続された第1の金属配線層からなる第
1のブロックソース線BSLaが前記サブビット線SB
Lに並行して配設されている。
【0068】そして、前記セルブロック11iの列方向
の片側(あるいは両側でもよい)に配設された列サブセ
レクタ12iは、ソースが前記サブビット線SBLに接
続された前記ブロック選択用のNMOSトランジスタB
STが配置されている。
【0069】この場合、前記ブロック選択用のNMOS
トランジスタBSTの領域上には前記主ビット線MBL
bの一端部に接続された第1の金属配線層からなる主ビ
ット線中継接続線MBLaが前記主ビット線MBLbの
延長方向に配設されている。そして、上記主ビット線中
継接続線MBLaに前記ブロック選択用トランジスタB
STのドレインが接続されている。
【0070】さらに、前記主ビット線中継接続線MBL
aに略垂直な方向に配設された第2の金属配線層からな
るブロックデコード線BDLiから前記ブロック選択用
トランジスタBSTのゲートに制御信号が入力される。
この場合、前記ブロック選択用トランジスタBSTのチ
ャネル領域上にはポリシリコン配線からなるゲート配線
GLjが前記主ビット線中継接続線MBLaに略垂直な
方向に配設されており、このゲート配線GLjが前記ブ
ロックデコード線BDLjに接続されている。
【0071】そして、前記主ビット線中継接続線MBL
aに略垂直な方向に配設された第2の金属配線層からな
る第2のブロックソース線BSLbが前記第1のブロッ
クソース線BSLaの一端部に接続されている。
【0072】なお、前記ブロック選択トランジスタBS
Tとして、前記セルトランジスタCTと同様のスタック
ゲート構造を持たせ、スタックゲート構造のうちの下層
のゲートに前記ブロックデコード線の信号を印加するよ
うにすれば、ブロック選択トランジスタのゲートとセル
トランジスタのゲートを同時に形成することが可能にな
る。
【0073】即ち、上記第1実施例の列サブセレクタ1
2i回りのパターンレイアウトによれば、ブロック選択
トランジスタBSTのSDG領域の各ソース領域の上方
からセルブロック方向に延びるように第1層目のアルミ
ニウム配線からなるサブビット線SBLを形成し、前記
SDG領域の上方を列方向に通過するように第1層目の
アルミニウム配線からなる主ビット線中継接続線MBL
aを形成し、この両端部にコンタクトするように第2層
目のアルミニウム配線からなる主ビット線MBLbを延
長方向に形成し、SDG領域の上方を行方向に通過する
ように第2層目のアルミニウム配線からなるブロックデ
コード線BDLjを形成している。
【0074】さらに、列サブセレクタ12iで共通に使
用されるブロックソース線BSLとして、第1層目のア
ルミニウム配線からなる第1のブロックソース線BSL
aをSDG領域の上方領域外に形成し、第2層目のアル
ミニウム配線からなる第2のブロックソース線BSLb
を形成して上記第1のブロックソース線にコンタクトさ
せている。
【0075】これによって、4本のサブビット線SBL
に対して1本の主ビット線MBLを配設するパターンの
繰り返しピッチの1ピッチ内に、4個のブロック選択ト
ランジスタBSL分のSDG領域をブロックデコード線
BDLiの下方に配設することが可能になっているとと
もに、列サブセレクタ12iで共通に使用されるブロッ
クソース線BSLを支障なく配設することが可能になっ
ている。
【0076】<第2実施例>第2実施例は、前記ブロッ
ク選択トランジスタBSTの製造プロセスをセルブロッ
クのセルトランジスタCTの製造プロセスと整合させる
ことを特徴とするものであり、以下、その理由、整合方
法の具体例について説明する。
【0077】第2実施例では、前記したように4本のサ
ブビット線SBlに対して1本の主ビット線MBLが配
設されるとともに、各列サブセレクタ12iに対応して
使用されるブロックソース線BSLを備えたセルブロッ
ク11iが列方向に複数組配設されたメモリセルアレイ
に対する書込み回路系を以下に述べるように改善する。
【0078】図4は、上記書込み回路系のうちの1カラ
ム分(選択されたセルトランジスタに対してチャネルホ
ットエレクトロンを利用した書込みを行う際のセル電流
経路)を取り出して簡略化して示す等価回路である。
【0079】図4において、SBLはサブビット線、C
Tは上記サブビット線に接続されたセルトランジスタ、
BSLはブロックソース線、SWLはサブワード線、B
STはブロック選択トランジスタ、MBLは主ビット
線、CSTはY選択トランジスタ、CBLは複数カラム
のY選択トランジスタの各一端が一括接続された共通ビ
ット線、WLTはゲートに書込みデータ/Din(“1”
または“0”)が印加される書込み負荷トランジスタで
ある。
【0080】図4に示す書込み回路において、セルトラ
ンジスタCTを選択して書込みを行う際に、書込み負荷
トランジスタWLTは、書込みデータ/Dinが“0”の
時にはセルトランジスタ側のソース電圧VA (“H”レ
ベル)を例えば5V程度に制御する。従って、書込み負
荷トランジスタWLTのゲートに印加される書込みデー
タ/Dinが“0”の時の電圧VB は、書込み負荷トラン
ジスタWLTのゲート閾値電圧をVthとすると、VB =
VA +Vthである。
【0081】また、Y選択トランジスタCSTおよびブ
ロック選択トランジスタBSTは、選択時に各ゲートに
書込み電圧Vpp(>VB )が印加され、書込み負荷トラ
ンジスタWLTのソース電圧VA をそのまま通してセル
トランジスタCTのドレインに印加する(つまり、セル
トランジスタCTのドレインの電圧を制御する機能はな
い)。
【0082】以上の構成によれば、Y選択トランジスタ
CSTのドレイン/ソースおよびブロック選択トランジ
スタBSTのドレイン/ソースには、書込み時のセルト
ランジスタCTのドレインの電圧VA 以上の電圧が印加
されることはない。
【0083】従って、ブロック選択トランジスタBST
の接合耐圧、パンチスルー電圧は、セルトランジスタC
Tの特性と同等でよい。また、ブロック選択トランジス
タBSTのドレインにはVA (約5V)までしか印加さ
れないので、ブロック選択トランジスタBSTのチャネ
ル長を短くできる可能性がある。
【0084】そこで、第2実施例として、ブロック選択
トランジスタBSTの製造プロセスをセルトランジスタ
CTの製造プロセスと整合させるものとし、整合方法の
具体例を以下に例示する。
【0085】(1)ブロック選択トランジスタBSTと
セルトランジスタCTとを同じプロセスで形成した半導
体層上に配置する。この場合、 (a)セルトランジスタCTをp型シリコン基板上に形
成する場合には、ブロック選択トランジスタBSTもp
型シリコン基板上に形成する。
【0086】(b)消去時にセルトランジスタCTの制
御ゲートに負電圧を印加する方式のようにnウエル領域
上のpウエル領域内にセルトランジスタCTを形成する
場合には、ブロック選択トランジスタBSTもnウエル
領域上のpウエル領域内に形成する。但し、セルを形成
するpウエル領域と列サブセレクタを形成するpウエル
領域とは電気的に分離する必要がある場合も考えられ
る。
【0087】(2)セル領域のフィールド反転防止イン
プラと列サブセレクタ領域のフィールド反転防止インプ
ラとを同じPEP(写真蝕刻工程)で行う。 (3)セル領域のチャネルインプラと列サブセレクタ領
域のチャネルインプラとを同じPEPで行う。
【0088】これにより、ブロック選択トランジスタB
STおよびセルトランジスタCTの不純物のプロファイ
ルが同一になり、ブロック選択トランジスタBSTおよ
びセルトランジスタCTに同様の設計基準を適用するこ
とが可能となる。
【0089】<第3実施例>前記第2実施例では、ブロ
ック選択トランジスタBSTの製造プロセスをセルブロ
ック11iのセルトランジスタCTの製造プロセスと整
合させたが、前記ブロック選択トランジスタBSTに接
続されているY選択トランジスタCST、あるいは前記
セルアレイ構成とは異なるセルアレイ構成においてブロ
ック選択トランジスタを介することなく直接にセルトラ
ンジスタに接続されるY選択トランジスタに対しても、
その製造プロセスをセルトランジスタCTの製造プロセ
スと整合させることにより、第2実施例に準じた効果が
得られる。
【0090】この場合、Y選択トランジスタCSTのド
レインにはVA (約5V)までしか印加されないので、
Y選択トランジスタCSTのチャネル長を短くできる可
能性がある。また、Y選択トランジスタCSTとして、
前記セルトランジスタCTと同様のスタックゲート構造
を持たせ、スタックゲート構造のうちの下層のゲートに
カラム選択信号を印加するようにすれば、Y選択トラン
ジスタCSTのゲートとセルトランジスタCTのゲート
を同時に形成することが可能になる。
【0091】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、二重ビ
ット線アーキテクチャを採用した場合の列サブセレクタ
回りのパターンレイアウトとして、素子の微細化、メモ
リセルのピッチのスケーリングに対応して複数本のサブ
ビット線に対して主ビット線1本を配設するパターンの
繰り返しピッチの1ピッチ内で複数個のブロック選択ト
ランジスタを配設し得る不揮発性半導体メモリを提供す
ることができる。
【0092】また、本発明によれば、ブロック選択トラ
ンジスタおよびセルトランジスタの不純物のプロファイ
ルが同一になり、ブロック選択トランジスタおよびセル
トランジスタに同様の設計基準を適用することが可能と
なる不揮発性半導体メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るNOR型フラッシュ
EEPROMの一部を示す等価回路図。
【図2】図1に示した回路を実現するための列サブセレ
クタ回りのパターンレイアウトの一例を示す図。
【図3】図2中の主ビット線中継接続線および主ビット
線に沿う断面構造を示す図。
【図4】図1中に示した書込み回路系のうちの1カラム
分を取り出して簡略化して示す等価回路図。
【図5】メモリセルアレイの列方向に2層のアルミニウ
ム配線を形成した二重ビット線アーキテクチャを採用し
た従来のNOR型フラッシュEEPROMの一部を示す
等価回路図。
【図6】図5に示した回路を実現するための列サブセレ
クタ回りのパターンレイアウトの従来例を示す図。
【符号の説明】 11i(i=1〜n)…セルブロック、 CT…セルトランジスタ、 SWL…サブワード線、 SBL…サブビット線、 BSL…ブロックソース線、 MBL…主ビット線、 12i(i=1〜n)…列サブセレクタ、 BST…ブロック選択トランジスタ(ビット線選択トラ
ンジスタ)、 BDLi…ブロックデコード線。
───────────────────────────────────────────────────── 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 29/792 (72)発明者 丹沢 徹 神奈川県川崎市幸区堀川町580番1号 株 式会社東芝半導体システム技術センター内 (72)発明者 山田 誠司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 5B025 AA01 AC01 5F001 AD11 AD12 AE01 5F083 EP77 ER22 KA05 KA06 LA12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セルトランジスタが行列状に配置された
    メモリセルアレイが列方向に分割された複数のセルブロ
    ックと、前記複数のセルブロックに各対応して列方向に
    隣接して設けられ、対応するセルブロックの各列に対応
    して設けられたブロック選択トランジスタを有する複数
    の列サブデコーダとを具備する二重ビット線アーキテク
    チャを採用した不揮発性半導体メモリにおいて、 前記列サブセレクタは、 所定本のサブビット線に対して1本の主ビット線がそれ
    ぞれ列方向に配設されたパターンが繰り返し、前記パタ
    ーンの繰り返しピッチ内に複数個のブロック選択トラン
    ジスタの活性領域が行方向に配設され、前記ブロック選
    択トランジスタのゲート配線および前記ゲート配線と接
    続されたブロックデコード線が前記活性領域の上方で行
    方向に配設されてなることを特徴とする不揮発性半導体
    メモリ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の不揮発性半導体メモリに
    おいて、 前記サブビット線は、前記ブロック選択トランジスタの
    活性領域のソース領域の上方からセルブロック方向に延
    びるように形成され、前記ソース領域に接続された第1
    の金属配線層からなり、 前記主ビット線は、前記活性領域の上方を列方向に通過
    するように形成され、前記ブロック選択トランジスタの
    活性領域のドレイン領域に接続された第1の金属配線層
    からなる主ビット線中継接続線およびその延長方向に形
    成され、前記主ビット線中継接続線の両端部に接続され
    た第2の金属配線層からなり、 前記ブロックデコード線は、前記活性領域の上方および
    前記ゲート配線の上方を行方向に通過するように形成さ
    れ、前記ゲート配線に接続された第2の金属配線層から
    なることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の不揮発性半導体メモリに
    おいて、 さらに、前記複数のセルブロックに各対応して設けら
    れ、対応するセルブロックのセルトランジスタの各ソー
    ス領域に共通に接続されるブロックソース線を具備し、 前記ブロックソース線は、列方向に形成された前記第1
    の金属配線層からなる第1のブロックソース線および行
    方向に形成された前記第2の金属配線層からなる第2ブ
    ロックソース線を有することを特徴とする不揮発性半導
    体メモリ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の不揮発性半導体メモリに
    おいて、 前記列サブセレクタにおける前記パターンの繰り返しピ
    ッチ内の領域には、 半導体層の表層部で選択的に列方向に所定の間隔をあけ
    て配置され、それぞれ隣接する2個のブロック選択トラ
    ンジスタを単位とし、それぞれ2個のブロック選択トラ
    ンジスタの各ドレイン領域を共有するように列方向に形
    成された第1の活性領域および第2の活性領域と、 前記第1の活性領域の2個のトランジスタの各チャネル
    領域の上方を通過するようにポリシリコン配線により行
    方向に形成された第1組をなす2本のゲート配線と、 前記第2の活性領域の2個のトランジスタの各チャネル
    領域の上方を通過するようにポリシリコン配線により行
    方向に形成された第2組をなす2本のゲート配線と、 前記第1の活性領域の各ソース領域の上方からセルブロ
    ック上方に向かうように第1の金属配線層により列方向
    に形成された第1組をなす2本のサブビット線と、 前記第2の活性領域の各ソース領域の上方からセルブロ
    ック上方に向かうように第1の金属配線層により列方向
    に形成された第2組をなす2本のサブビット線と、 前記活性領域の上方を通過するように第1の金属配線層
    により列方向に形成された1本の主ビット線中継接続線
    と、 前記第1組をなす2本のゲート配線の上方をそれぞれ通
    過するように第2の金属配線層により行方向に形成され
    た第1組をなす2本のブロックデコード線と、 前記第2組をなす2本のゲート配線の上方をそれぞれ通
    過するように第2の金属配線層により行方向に形成され
    た第2組をなす2本のブロックデコード線と、 前記主ビット線中継接続線の両端部上方から列方向に延
    長するように第2の金属配線層により形成された1本の
    主ビット線とが存在することを特徴とする不揮発性半導
    体メモリ。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の不揮発性半導体メモリに
    おいて、 前記第1組をなす2本のサブビット線は、前記第1の活
    性領域の各ソース領域に対応してコンタクト部でコンタ
    クトしており、 前記第2組をなす2本のサブビット線は、前記第2の活
    性領域の各ソース領域に対応してコンタクト部でコンタ
    クトしており、 前記主ビット線中継接続線は、前記第1の活性領域の共
    通ドレイン領域にコンタクト部でコンタクトするととも
    に前記第2の活性領域の共通ドレイン領域にコンタクト
    部でコンタクトしており、その両端部は前記主ビット線
    にビアホール部でコンタクトしており、 前記第1組をなす2本のゲート配線の上方で前記第1の
    活性領域を外れた領域には、それぞれ第1の金属配線層
    により第1組をなすブロックデコード線中継接続線が行
    方向に形成されており、 前記第1組をなすブロックデコード線中継接続線は、前
    記第1組をなす2本のゲート配線にコンタクト部でコン
    タクトするとともに前記第1組をなす2本のブロックデ
    コード線にビアホール部でコンタクトしており、 前記第2組をなす2本のゲート配線の上方で前記第2の
    活性領域を外れた領域には、それぞれ第1の金属配線層
    により第2組をなすブロックデコード線中継接続線が行
    方向に形成されており、 前記第2組をなすブロックデコード線中継接続線は、前
    記第2組をなす2本のゲート配線にコンタクト部でコン
    タクトするとともに前記第2組をなす2本のブロックデ
    コード線にビアホール部でコンタクトしていることを特
    徴とする不揮発性半導体メモリ。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
    不揮発性半導体メモリにおいて、 前記ブロック選択トランジスタおよび前記セルトランジ
    スタは、同じプロセスで形成される半導体層上に配置さ
    れていることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
    不揮発性半導体メモリにおいて、 前記ブロック選択トランジスタは、前記セルトランジス
    タと同じスタックゲート構造を持ち、前記ブロック選択
    トランジスタのスタックゲート構造のうちの下層のゲー
    トに前記ブロックデコード線の信号が印加されることを
    特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の
    不揮発性半導体メモリにおいて、 さらに、前記主ビット線に一端が接続されたカラム選択
    トランジスタを具備し、前記カラム選択トランジスタお
    よび前記セルトランジスタは、同じプロセスで形成され
    る半導体層上に配置されていることを特徴とする不揮発
    性半導体メモリ。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の不揮発性半導体メモリに
    おいて、 前記カラム選択トランジスタは、前記セルトランジスタ
    と同じスタックゲート構造を持ち、前記カラム選択トラ
    ンジスタのスタックゲート構造のうちの下層のゲートに
    カラム選択信号が印加されることを特徴とする不揮発性
    半導体メモリ。
  10. 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1項に記載
    の不揮発性半導体メモリにおいて、 前記セルブロックはNOR型の一括消去可能な電気的書
    換え可能なメモリセルアレイ構成を有することを特徴と
    する不揮発性半導体メモリ。
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