JP2001057095A - Semiconductor device and driving method therefor - Google Patents

Semiconductor device and driving method therefor

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JP2001057095A
JP2001057095A JP22965299A JP22965299A JP2001057095A JP 2001057095 A JP2001057095 A JP 2001057095A JP 22965299 A JP22965299 A JP 22965299A JP 22965299 A JP22965299 A JP 22965299A JP 2001057095 A JP2001057095 A JP 2001057095A
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JP
Japan
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bit line
sub
misfet
memory cell
voltage
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JP22965299A
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Japanese (ja)
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Kazuyoshi Shiba
和佳 志波
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate the cell reading speed of a flash memory in which bit lines are divided by a selection transistor. SOLUTION: Threshold voltage of a selection transistor Qs is lowered so that when a well 12 of a non-selection block B2 or a gate electrode 15 of a selection transistor Qs is 0 V at the time of write-in, the device is turned on by voltage of a main bit line MBL, but when voltage of -0.5 V to -2 V is applied to the well 12 of the non-selection block B2 or the gate electrode 15, the device is turned off. And at the time of write-in, voltage of -0.5 V to -2 V is applied to the well 12 of the non-selection block B2 or the gate electrode 15, or both of then.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その駆動方法に関し、特に電気的書き換えが可能な不揮
発性半導体記憶装置の読み出し速度の向上に有効な技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of driving the same, and more particularly to a technique effective for improving the read speed of an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気的書き換え可能な一括消去型不揮発
性メモリいわゆるフラッシュメモリは、たとえば199
6年11月10日、応用物理学会発行、「応用物理」第
65巻第11号、p1114〜p1124に記載されて
いるように、各種のタイプが知られている。
2. Description of the Related Art An electrically rewritable batch-erasable non-volatile memory, so-called flash memory, is known as 199
Various types are known as described in “Applied Physics”, Vol. 65, No. 11, p1114 to p1124, published on November 10, 2006 by the Japan Society of Applied Physics.

【0003】また、ビット線を選択トランジスタによリ
分割したNOR型のフラッシュメモリについては、たと
えば特公平4−208566号公報に記載されているよ
うに、情報の消去をチャネル全面のFN(Fowler-Nordh
eim )トンネル電流により、情報の書き込みをドレイン
端のFNトンネル電流により行うものが知られている。
Further, as for a NOR type flash memory in which a bit line is divided by a selection transistor, for example, as described in Japanese Patent Publication No. 4-208566, erasing of information is performed by FN (Fowler- Nordh
eim) It is known that writing of information is performed by an FN tunnel current at a drain end by a tunnel current.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記した
ビット線を選択トランジスタによリ分割したNOR型の
フラッシュメモリについて検討し、以下のような問題が
あることを認識した。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has studied a NOR type flash memory in which the above-mentioned bit line is divided by a selection transistor, and has recognized the following problems.

【0005】すなわち、ビット線(主ビット線)を選択
トランジスタによリ分割する構造を採用する場合、選択
トランジスタを介して接続される副ビット線は主ビット
線1本に対して複数本設けられる。この副ビット線はブ
ロック単位で設けられるのが一般的である。このような
構成のメモリセルに書き込み動作あるいは読み出し動作
を行う場合、それら動作の対象であるメモリセルのソー
ス・ドレイン領域に所定の電圧を印加する必要があり、
この電圧は主ビット線に接続された副ビット線から供給
される。主ビット線に印加された電圧は選択トランジス
タを介して副ビット線に伝えられ、メモリセルのドレイ
ンに供給される。
That is, when a structure in which a bit line (main bit line) is divided by a selection transistor is adopted, a plurality of sub-bit lines connected via the selection transistor are provided for one main bit line. . This sub-bit line is generally provided for each block. When performing a write operation or a read operation on a memory cell having such a configuration, it is necessary to apply a predetermined voltage to the source / drain region of the memory cell to be subjected to the operation.
This voltage is supplied from a sub-bit line connected to the main bit line. The voltage applied to the main bit line is transmitted to the sub-bit line via the selection transistor, and is supplied to the drain of the memory cell.

【0006】ところが、前記したように主ビット線には
複数の副ビット線が接続されており、動作対象であるメ
モリセルに接続される副ビット線(選択副ビット線)に
のみ電圧が印加され、その他動作対象のメモリセルが接
続されていない副ビット線(非選択副ビット線)は主ビ
ット線から切り離されていることが必要である。情報書
き込みの際に非選択副ビット線に電圧が印加されるとデ
ータディスターブが発生し、情報読み出しの際に非選択
副ビット線が主ビット線に接続されていると、主ビット
線の容量が大きくなり読み出し速度が低下するためであ
る。
However, as described above, a plurality of sub-bit lines are connected to a main bit line, and a voltage is applied only to a sub-bit line (selected sub-bit line) connected to a memory cell to be operated. In addition, it is necessary that a sub-bit line (non-selected sub-bit line) to which no memory cell to be operated is connected is disconnected from the main bit line. When a voltage is applied to the non-selected sub-bit line at the time of writing information, data disturbance occurs.When the non-selected sub-bit line is connected to the main bit line at the time of reading information, the capacity of the main bit line is reduced. This is because the reading speed is increased and the reading speed is reduced.

【0007】そこで、主ビット線から副ビット線を切り
離すための選択トランジスタが設けられ、この選択トラ
ンジスタのしきい値は、主ビット線に印加される電圧に
よってはオンしない程度の高い値に設定される。これに
より主ビット線から副ビット線が確実に切り離され、書
き込み時の非選択メモリセルへのデータディスターブが
抑制される。また、主ビット線の容量増加が抑制され
る。
Therefore, a selection transistor for separating the sub-bit line from the main bit line is provided, and the threshold value of the selection transistor is set to a value high enough not to turn on depending on the voltage applied to the main bit line. You. As a result, the sub-bit line is reliably separated from the main bit line, and data disturbance to the non-selected memory cell at the time of writing is suppressed. Further, an increase in the capacity of the main bit line is suppressed.

【0008】しかし、上記のように選択トランジスタの
しきい値電圧を高くすることは、トランジスタのオン抵
抗を上昇させ、読み出し時間を短縮できないという問題
がある。
However, increasing the threshold voltage of the selection transistor as described above raises the problem that the on-resistance of the transistor is increased and the read time cannot be reduced.

【0009】つまり、フラッシュメモリの読み出し時間
は、一般にプリチャージ時間、センシング時間およびデ
ィスチャージ時間から構成される。プリチャージ時間
は、センシングに先立ち、メモリセルのドレイン電圧を
所定の電位(たとえば+1V)にチャージングするに必
要な時間であり、ディスチャージ時間は、センシング後
にメモリセルのドレインを0Vにするに必要な時間であ
る。これらの時間を十分にとらなければドレイン電圧が
所定の値にならず、差動センシングが正常に行われず、
誤判定の原因となる。
That is, the read time of the flash memory generally includes a precharge time, a sensing time, and a discharge time. The precharge time is a time required for charging the drain voltage of the memory cell to a predetermined potential (for example, +1 V) prior to sensing, and the discharge time is a time required for setting the drain of the memory cell to 0 V after sensing. Time. If these times are not sufficient, the drain voltage will not reach the predetermined value, differential sensing will not be performed normally,
This may cause erroneous determination.

【0010】プリチャージおよびディスチャージ時間T
には、主ビット線および選択された副ビット線の配線抵
抗および拡散層抵抗の和R1と、選択トランジスタのM
OS抵抗(オン抵抗)R2と、主ビット線および選択さ
れた副ビット線の寄生容量Cとが関係する。すなわち、
T=C×(R1+R2)程度の値になる。
[0010] Precharge and discharge time T
Includes the sum R1 of the wiring resistance and the diffusion layer resistance of the main bit line and the selected sub-bit line, and the resistance M of the selection transistor.
The OS resistance (ON resistance) R2 and the parasitic capacitance C of the main bit line and the selected sub-bit line are related. That is,
T = C × (R1 + R2).

【0011】ここで、MOS抵抗R2の値は、選択トラ
ンジスタのしきい値電圧、ゲート幅、ゲート長、その他
物質定数で決まり、しきい値電圧を大きくするとR2の
値は大きくなる。また、一般にR1の値に比較してR2
の値の方が大きく、Tに寄与する割合はMOS抵抗R2
の方が支配的である。
Here, the value of the MOS resistor R2 is determined by the threshold voltage, gate width, gate length, and other material constants of the selection transistor, and the value of R2 increases as the threshold voltage increases. Also, generally, R2 is compared with the value of R1.
Is larger, and the ratio contributing to T is the MOS resistance R2
Is dominant.

【0012】すなわち、選択トランジスタのしきい値電
圧を高くするとMOS抵抗R2を上昇させ、プリチャー
ジおよびディスチャージ時間Tが長くなることとなる。
この結果、フラッシュメモリの読み出しサイクルを短く
することができず、半導体装置の高速化を図る上で制約
を生ずる。
That is, when the threshold voltage of the selection transistor is increased, the MOS resistance R2 is increased, and the precharge and discharge time T is lengthened.
As a result, the read cycle of the flash memory cannot be shortened, and there is a limitation in increasing the speed of the semiconductor device.

【0013】特に、ワンチップマイコンにフラッシュメ
モリを搭載するような場合、0.35μmプロセス世代の
マイコンでは動作周波数fが60MHzに達し、0.18
μmプロセス世代のマイコンでは100MHzになろう
としている。この場合、内蔵したROM(フラッシュメ
モリ)の読み出しを1サイクルで行うには、読み出し速
度を1/f以下にする必要があり、0.35μmプロセス
世代で16.7ns以下、0.18μmプロセス世代で10
ns以下を実現しなければならない。
In particular, when a flash memory is mounted on a one-chip microcomputer, the operating frequency f of the 0.35-μm process generation microcomputer reaches 60 MHz,
The microcomputer of the μm process generation is going to be 100 MHz. In this case, in order to read data from the built-in ROM (flash memory) in one cycle, the read speed must be 1 / f or less, which is 16.7 ns or less for the 0.35 μm process generation and 0.18 μm for the 0.18 μm process generation. 10
ns or less.

【0014】本発明の目的は、フラッシュメモリの正常
な動作を確保しつつ、その読み出し速度を高速化するこ
とにある。
An object of the present invention is to increase the reading speed of a flash memory while ensuring normal operation.

【0015】本発明の他の目的は、製造プロセスに変更
を加えることなく、またメモリマットサイズを大きくす
ることなく、フラッシュメモリの読み出しを正常かつ高
速に行うことにある。
Another object of the present invention is to perform normal and high-speed reading of a flash memory without changing the manufacturing process and without increasing the memory mat size.

【0016】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
それに含まれるフラッシュメモリの選択トランジスタの
しきい値電圧を低く設定し、選択トランジスタのM0S
抵抗を低くするものである。単にしきい値電圧を低く設
定するのみでは、書き込み時に非選択ブロックの選択ト
ランジスタにパンチスルーを生じ、ビット線電圧が非選
択ブロックのメモリセルドレインにも印加され、データ
ディスターフを引き起こしてしまうおそれがある。そこ
で、これを防止するために、書き込み時に非選択ブロッ
クのウェルにバックバイアスを印加する。または、書き
込み時に非選択ブロックの選択トランジスタのゲート電
極に負バイアスを印加する。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
The threshold voltage of the selection transistor of the flash memory included therein is set low, and M0S
This is to lower the resistance. Simply setting the threshold voltage low may cause punch-through in the select transistor of the unselected block at the time of writing, and the bit line voltage may also be applied to the memory cell drain of the unselected block, causing data disturbance. There is. Therefore, in order to prevent this, a back bias is applied to the well of the unselected block at the time of writing. Alternatively, a negative bias is applied to the gate electrode of the selection transistor in the unselected block at the time of writing.

【0018】このように非選択ブロックのウェルにバッ
クバイアスを印加することにより、選択トランジスタの
しきい値電圧を高くすることができる。これによりパン
チスルーを防止できる。また、非選択ブロックの選択ト
ランジスタのゲート電極に負バイアスを印加することに
より、パンチスルーを防止できる。
By applying a back bias to the wells of the non-selected blocks as described above, the threshold voltage of the selection transistor can be increased. This can prevent punch-through. Further, punch-through can be prevented by applying a negative bias to the gate electrode of the selection transistor in the unselected block.

【0019】また、読み出し時にも、非選択ブロックの
選択トランジスタのゲートを負バイアスし、読み出し時
のパンチスルーを防止する。
Also at the time of reading, the gate of the selection transistor of the non-selected block is negatively biased to prevent punch-through at the time of reading.

【0020】また、主ビット線あるいは副ビット線を絶
縁する層間絶縁膜に低誘電率の材料を用いて主ビット線
および副ビット線の寄生容量を低減する。
The parasitic capacitance of the main bit line and the sub-bit line is reduced by using a low dielectric constant material for the interlayer insulating film for insulating the main bit line or the sub-bit line.

【0021】前記したように、プリチャージ時間は、C
×(R1+R2)程度の値になる。一般に、主ビット線
と副ビット線はメタル配線を用いる。また、コンタクト
をゲートから近く配置すれば拡散層抵抗は小さくなる。
よって、Rl<<R2の関係が成立し、プリチャージ時
間を小さくするには、CまたはR2を小さくする必要が
ある。一般にメモリセルマット内は、各プロセス世代の
最小加工寸法でレイアウトされるので、寄生容量の面積
成分を小さくすることは難しい。面積以外でCを低減す
るには、配線と基板間の膜厚を厚くするか、インプラ工
程を追加するなどして、接合容量を低減する必要があ
る。しかし、膜厚を厚くすると、コンタクトのアスペク
ト比が大きくなり、プロセスが難しくなる。また、イン
ブラ工程を増やせばプロセスステップ数が増えてしま
う。このような対策をしても、Cの低減は10〜20%
程度に止まる。
As described above, the precharge time is C
× (R1 + R2). Generally, metal wiring is used for the main bit line and the sub bit line. Further, if the contact is arranged closer to the gate, the resistance of the diffusion layer is reduced.
Therefore, the relationship of Rl << R2 is satisfied, and C or R2 needs to be reduced to shorten the precharge time. Generally, the memory cell mat is laid out with the minimum processing size of each process generation, so it is difficult to reduce the area component of the parasitic capacitance. To reduce C in areas other than the area, it is necessary to reduce the junction capacitance by increasing the film thickness between the wiring and the substrate or adding an implantation process. However, as the film thickness increases, the aspect ratio of the contact increases, and the process becomes difficult. Further, if the number of in-bra processes is increased, the number of process steps is increased. Even with such measures, the reduction of C is 10-20%
Stop to the extent.

【0022】一方、R2に関しては、本発明により40
%以上低減することが可能である。以下R2の値の計算
を試みる。
On the other hand, with respect to R2, 40
% Or more. Hereinafter, the calculation of the value of R2 will be attempted.

【0023】選択トランジスタは線形領域で動作させる
ので、そのドレイン電流Idsは、 Ids=(1/2) ・ (W/L) ・ μ・ Cox ・ (2・ (Vg-Vth)・ Vd-Vd
2 ) 、 となる。ただし、Wはチャネル幅、Lはチャネル長、μ
は電子の移動度、Coxは単位面積あたりのゲート容
量、Vthはしきい値電圧である。これはソースを接地
した場合である。
Since the selection transistor is operated in the linear region, its drain current Ids is given by: Ids = (1/2) · (W / L) · μ · Cox · (2 · (Vg−Vth) · Vd−Vd
2 ), Where W is the channel width, L is the channel length, μ
Is the electron mobility, Cox is the gate capacitance per unit area, and Vth is the threshold voltage. This is when the source is grounded.

【0024】また、単位面積あたりのゲート容量Cox
は、 Cox=ε0 ・ εox/Tox、 となる。ただし、εoxは酸化膜の比誘電率、ε0 は真空
中の誘電率、Toxはゲート酸化膜厚である。
The gate capacitance Cox per unit area
Becomes Cox = ε 0 · εox / Tox. However, ox is the dielectric constant of the oxide film, epsilon 0 is the dielectric constant in vacuum, Tox is the gate oxide thickness.

【0025】従って、ソース電圧が0VのときのMOS
抵抗R2は、 R2=Vd/Ids=Vd/((1/2) ・ (W/L) ・ μ・ Cox ・ (2・ (Vg-Vt
h)・ Vd-Vd 2 ))、 となる。簡単のために、Vd=+1V、Vg=Vcc=
+3Vとすると、MOS抵抗R2は、 R2=2/((W/L) ・ μ・ ( ε0 ・ εox/Tox) ・ (2・ (3-Vth)-
1)) 、 となる。従って、R2を小さくするには、Wを大きく、
Lを小さく、Toxを小さく、Vthを小さくすればよ
い。μ、εoxは、材料、不純物濃度、ゲート長、温度な
どに依存し、ε0 は物理定数である。
Therefore, when the source voltage is 0 V, the MOS
The resistance R2 is calculated as follows: R2 = Vd / Ids = Vd / ((1/2) ・ (W / L) ・ μ ・ Cox ・ (2 ・ (Vg-Vt
h) · Vd-Vd 2 )). For simplicity, Vd = + 1V, Vg = Vcc =
+ When 3V, MOS resistor R2, R2 = 2 / ((W / L) · μ · (ε 0 · εox / Tox) · (2 · (3-Vth) -
1)), Therefore, to reduce R2, increase W,
What is necessary is just to make L small, Tox small, and Vth small. mu, ox, a material, impurity concentration, a gate length, and depends on the temperature, epsilon 0 is the physical constants.

【0026】ここで、Wはメモリセルの横方向サイズで
決定され、LとVthは書き込み時のパンチスルー耐圧
で決定される。また、Toxは消去または書き込み時に
ゲート酸化膜に印加される電圧で決定される。たとえ
ば、従来の0.35μmプロセス世代の場合、W=2.1μ
m、Tox=20nm、L=0.9μm、Vth=0.6V
とする。μは、一般的に300(cm2 /V・s)程度
の値であり、εox=3.9、ε0 =8.854×10
-14 (F/cm)を用いれば、従来のMOS抵抗R21
は、 R21=2/((2.1/0.9)・ μ・ ( ε0 ・ εox/20nm)・ (2・ (3-0.6)-1)) =2/((2.1/0.9)・ 300 ・ (3.9・ 8.854 ×10-14 /200×10-8) ・ (2・ (3-0.6 )-1)) 〜4350Ω、 となる。
Here, W is determined by the horizontal size of the memory cell, and L and Vth are determined by the punch-through breakdown voltage at the time of writing. Tox is determined by a voltage applied to the gate oxide film at the time of erasing or writing. For example, in the case of the conventional 0.35 μm process generation, W = 2.1 μm
m, Tox = 20 nm, L = 0.9 μm, Vth = 0.6 V
And μ is generally about 300 (cm 2 / V · s), ε ox = 3.9, ε 0 = 8.854 × 10
-14 (F / cm), the conventional MOS resistor R21
Is, R21 = 2 / ((2.1 / 0.9) · μ · (ε 0 · εox / 20nm) · (2 · (3-0.6) -1)) = 2 / ((2.1 / 0.9) · 300 · (3.9・ 8.854 × 10 -14 / 200 × 10 -8 ) ・ (2 ・ (3-0.6) -1)) ~ 4350Ω.

【0027】一方、本発明の場合、書き込み時に非選択
ブロックのp型ウェルを−0.5〜−2V程度にバックバ
イアスする。または、選択トランジスタのゲートを−0.
5〜−2V程度に負バイアスする。これにより、非選択
ブロックの選択トランジスタのパンチスルーを防止す
る。このようにバックバイアスを与えてパンチスルーを
防止する場合、ゲート長Lを短く設定してVthを低く
設定できる。図13は、本発明に適用できる選択トラン
ジスタの特性を示すグラフであり、(a)はゲート長L
に対するしきい値電圧Vthの変化を、(b)はゲート
長Lに対するドレイン耐圧BVdsの変化を示す。図示
するように、従来ゲート長Lが0.9μmである場合には
しきい値電圧Vthは0.6Vであるが、ゲート長Lを0.
6Vにすることによりしきい値電圧Vthは0.4Vに低
下できる。また、ゲート長Lが0.9μmであれば、ドレ
イン耐圧BVdsは5V以上を維持できるが、ゲート長
Lを0.6Vにすることによりドレイン耐圧BVdsは5
V以下に低下する。ただし、前記の通りバックバイアス
を与えればパンチスルーが防止できる程度のドレイン耐
圧は維持する。このような場合、W=2.1μm、Tox
=20nm、L=0.6μm、Vth=0.4Vに設定され
る。従って、本発明のMOS抵抗R22は、 R22=2/((2.1/0.6)・ μ・ ( ε0 ・ εox/20nm)・ (2・ (3-0.4)-1)) =2/((2.1/0.6)・ 300 ・ (3.9・ 8.854 ×10-14 /200×10-8) ・ (2・ (3-0.4 )-1)) 〜2630Ω、 となる。
On the other hand, in the case of the present invention, the p-type well of the unselected block is back-biased to about -0.5 to -2 V at the time of writing. Alternatively, set the gate of the selection transistor to -0.
A negative bias is applied to about 5 to -2V. This prevents punch-through of the selection transistor in the unselected block. When the back bias is applied to prevent punch-through, the gate length L can be set short and Vth can be set low. FIG. 13 is a graph showing characteristics of a selection transistor applicable to the present invention.
And (b) shows a change in the drain breakdown voltage BVds with respect to the gate length L. As shown in the figure, when the conventional gate length L is 0.9 μm, the threshold voltage Vth is 0.6 V, but the gate length L is set to 0.6.
By setting the threshold voltage to 6V, the threshold voltage Vth can be reduced to 0.4V. If the gate length L is 0.9 μm, the drain withstand voltage BVds can be maintained at 5 V or more. However, by setting the gate length L to 0.6 V, the drain withstand voltage BVds becomes 5 V.
V or less. However, as described above, if a back bias is applied, the drain withstand voltage to the extent that punch-through can be prevented is maintained. In such a case, W = 2.1 μm, Tox
= 20 nm, L = 0.6 μm, and Vth = 0.4V. Accordingly, MOS resistor R22 of the present invention, R22 = 2 / ((2.1 / 0.6) · μ · (ε 0 · εox / 20nm) · (2 · (3-0.4) -1)) = 2 / ((2.1 /0.6) · 300 · (3.9 · 8.854 × 10 -14 / 200 × 10 -8 ) · (2 · (3-0.4) -1)) ~ 2630Ω.

【0028】MOS抵抗の比R22/R21は、約0.6
0であり、本発明によりMOS抵抗を40%低減するこ
とができる。これにより、プリチャージ時間を短縮でき
る。また、ディスチャージはビット線電圧を0Vにする
ことであり、MOS抵抗を低減することができれば、メ
モリセルのドレインに蓄積された電荷を早く放電するこ
とがでる。このため、ディスチャージ時間も短縮でき
る。更に、読み出し時に非選択ブロックの選択トランジ
スタのゲートを負バイアスし、ビット線電圧によるパン
チスルーを防止することにより、L、Vthを更に低く
設定することができ、M0S抵抗を低くして、読み出し
速度を向上できる。
The MOS resistance ratio R22 / R21 is about 0.6.
0, the MOS resistance can be reduced by 40% according to the present invention. Thereby, the precharge time can be reduced. Discharging is to set the bit line voltage to 0 V. If the MOS resistance can be reduced, the electric charge accumulated in the drain of the memory cell can be discharged quickly. Therefore, the discharge time can be reduced. Further, at the time of reading, the gate of the selection transistor of the non-selected block is negatively biased to prevent punch-through due to the bit line voltage, so that L and Vth can be set even lower. Can be improved.

【0029】なお、本発明を列記して示せば、以下の通
りである。
The present invention is as follows.

【0030】(1)本発明の半導体装置の駆動方法は、
複数のウェルと、ウェルの主面にマトリックス状に形成
された浮遊ゲートMISFET型のメモリセルと、第1
方向に延在して形成されたワード線と、第1方向にほぼ
垂直な第2方向に延在して形成された副ビット線と、ウ
ェルの主面に形成され、副ビット線毎に設けられたMI
SFETと、複数のMISFETと副ビット線で接続さ
れたMISFET(選択MISFET)を介して接続さ
れた主ビット線とを有し、ワード線はメモリセルの制御
ゲートとして機能し、副ビット線はウェル内において第
2方向に配列された複数のメモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置の駆動方法であって、メモリセルへ
の書き込みの際には、メモリセルのうち書き込み対象の
メモリセル(選択メモリセル)の属する副ビット線(選
択副ビット線)に接続された主ビット線(選択主ビット
線)に所定の電圧を印加し、ワード線のうち選択メモリ
セルの属するワード線(選択ワード線)と、MISFE
Tのうち選択副ビット線に接続されたMISFET(選
択MISFET)のゲート電極と、に所定の第1極性の
電圧を各々印加し、選択主ビット線に接続された副ビッ
ト線であって選択副ビット線以外の副ビット線(非選択
副ビット線)の属するウェル(非選択ウェル)に、第1
極性とは逆の第2極性の電圧を印加するものである。
(1) The method of driving a semiconductor device according to the present invention
A plurality of wells; a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on the main surface of the well;
A word line extending in the first direction, a sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction, and a sub-bit line formed on the main surface of the well. MI
An SFET, a main bit line connected to the plurality of MISFETs via a MISFET (selection MISFET) connected by a sub-bit line, the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub-bit line is a well. A driving method of a semiconductor device connected to drain regions of a plurality of memory cells arranged in a second direction and a source region of the select MISFET, and wherein the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET. When writing to a memory cell, the main bit line (selected main bit line) connected to the sub-bit line (selected sub-bit line) to which the memory cell to be written (selected memory cell) belongs among the memory cells Of the word line (selected word line) to which the selected memory cell belongs, and the MISFE
A voltage of a predetermined first polarity is applied to each of the gate electrodes of the MISFETs (selected MISFETs) connected to the selected sub-bit line in T, and the selected sub-bit line connected to the selected main bit line is selected. A first (unselected well) to which a sub-bit line (unselected sub-bit line) other than the bit line belongs is set to the first
A voltage having a second polarity opposite to the polarity is applied.

【0031】あるいは、非選択ウェルに電圧を印加する
のではなく、非選択副ビット線に接続されたMISFE
T(非選択MISFET)のゲート電極に、第1極性と
は逆の第2極性の電圧を印加するものである。
Alternatively, instead of applying a voltage to the unselected well, the MISFE connected to the unselected sub-bit line
A voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the gate electrode of T (unselected MISFET).

【0032】あるいは、非選択ウェルおよび非選択MI
SFETのゲート電極の双方に、第1極性とは逆の第2
極性の電圧を印加するものである。
Alternatively, the unselected well and the unselected MI
A second electrode, opposite to the first polarity, is applied to both gate electrodes of the SFET.
A voltage of a polarity is applied.

【0033】また、本発明の半導体装置の駆動方法は、
メモリセルの読み出しの際に、選択主ビット線に所定の
電圧を印加し、選択ワード線と、選択MISFETのゲ
ート電極と、に所定の第1極性の電圧を各々印加し、非
選択MISFETのゲート電極に、第1極性とは逆の第
2極性の電圧を印加するものである。
Further, the method for driving a semiconductor device according to the present invention comprises:
When reading a memory cell, a predetermined voltage is applied to a selected main bit line, a voltage of a first polarity is applied to a selected word line and a gate electrode of a selected MISFET, and a gate of an unselected MISFET is applied. A voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the electrode.

【0034】なお、MISFETのしきい値電圧は、ゲ
ート電極およびウェルが接地電位であれば主ビット線に
印加される所定の電圧によりMISFETがONする
が、ゲート電極またはウェルに第2極性の電圧を印加し
た場合には主ビット線に印加される所定の電圧によって
MISFETがONしない値に調整されているものであ
る。
The threshold voltage of the MISFET is such that when the gate electrode and the well are at the ground potential, the MISFET is turned on by a predetermined voltage applied to the main bit line, but the second polarity voltage is applied to the gate electrode or the well. Is adjusted to such a value that the MISFET is not turned on by a predetermined voltage applied to the main bit line.

【0035】また、メモリセルおよびMISFETはn
チャネル型であり、主ビット線に印加される電圧および
第1極性の電圧は正電圧であり、第2極性の電圧は負電
圧であるものとすることができる。
The memory cell and the MISFET are n
It is a channel type, and the voltage applied to the main bit line and the voltage of the first polarity can be a positive voltage, and the voltage of the second polarity can be a negative voltage.

【0036】(2)本発明の半導体装置は、複数のウェ
ルと、ウェルの主面にマトリックス状に形成された浮遊
ゲートMISFET型のメモリセルと、第1方向に延在
して形成されたワード線と、第1方向にほぼ垂直な第2
方向に延在して形成された副ビット線と、ウェルの主面
に形成され、副ビット線毎に設けられたMISFET
と、複数のMISFETと副ビット線で接続されたMI
SFET(選択MISFET)を介して接続された主ビ
ット線とを有し、ワード線はメモリセルの制御ゲートと
して機能し、副ビット線はウェル内において第2方向に
配列された複数のメモリセルのドレイン領域と前記選択
MISFETのソース領域に接続され、前記主ビット線
を前記選択MISFETのドレイン領域に接続された半
導体装置であって、MISFETのしきい値電圧を、M
ISFETのゲート電極およびウェルが接地電位であれ
ば主ビット線に印加される所定の電圧によりMISFE
TがONするが、ゲート電極またはウェルに逆バイアス
電圧を印加された場合には主ビット線に印加される所定
の電圧によってMISFETがONしない値とするもの
である。
(2) The semiconductor device of the present invention comprises a plurality of wells, a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on the main surface of the well, and a word formed extending in the first direction. Line and a second substantially perpendicular to the first direction
And a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line.
And a plurality of MIs connected to a plurality of MISFETs by sub-bit lines.
A main bit line connected via an SFET (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub-bit line includes a plurality of memory cells arranged in the second direction in the well. A semiconductor device connected to a drain region and a source region of the select MISFET, and the main bit line connected to a drain region of the select MISFET, wherein a threshold voltage of the MISFET is M
If the gate electrode and the well of the ISFET are at the ground potential, the MISFE is applied by a predetermined voltage applied to the main bit line.
Although T is turned on, when the reverse bias voltage is applied to the gate electrode or the well, the predetermined voltage applied to the main bit line does not turn on the MISFET.

【0037】なお、副ビット線または主ビット線を絶縁
する層間絶縁膜には、低誘電率の酸化シリコン、樹脂ま
たはSOGを適用できる。
The interlayer insulating film that insulates the sub-bit line or the main bit line can be made of low dielectric constant silicon oxide, resin or SOG.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものには同一の
符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.

【0039】図1は、本発明の半導体装置の構成を示し
たブロック図である。本実施の形態の半導体装置は、1
つのチップ内に演算部CPU、揮発性メモリ部RAM、
読み出し専用メモリ部ROM、書き換え可能な不揮発性
メモリ部FEEPROMを有する。その他、アナログデ
ジタル変換部A/D、インターフェイス部INT、電源
部CPG、インプットアウトプットポート部IOP1〜
IOP9、バス等を有するが詳細は省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device of the present embodiment
Calculation unit CPU, volatile memory unit RAM,
It has a read-only memory section ROM and a rewritable nonvolatile memory section FEEPROM. In addition, an analog / digital conversion unit A / D, an interface unit INT, a power supply unit CPG, an input output port unit IOP1
It has an IOP 9, a bus, etc., but details are omitted.

【0040】このような半導体装置では、演算部CPU
のクロック周波数に合わせて各部の動作を行うことが求
められ、特に不揮発性メモリ部FEEPROMからの読
みだし速度を向上する要請が強いことは前記したとおり
である。本実施の形態では、不揮発性メモリ部FEEP
ROMからの読みだし速度が後述するように向上されて
おり、0.18μmプロセス世代の演算部CPUでのクロ
ック周波数(たとえば100MHz)の1サイクル内で
の読み出しが可能である。
In such a semiconductor device, the arithmetic unit CPU
As described above, there is a strong demand for improving the reading speed from the nonvolatile memory unit FEEPROM. In the present embodiment, the nonvolatile memory unit FEEP
The reading speed from the ROM is improved as described later, and the reading can be performed within one cycle of the clock frequency (for example, 100 MHz) in the arithmetic unit CPU of the 0.18 μm process generation.

【0041】図2は、本実施の形態の半導体装置の書き
換え可能な不揮発性メモリ部FEEPROMの要部を示
した回路ブロック図である。メモリセルMがマトリック
ス状に配置されたメモリアレイ1の左右方向の一端にX
デコーダ2と上下方向の一端にYゲート・センスアンド
ラッチ回路3が配置されている。Xデコーダ2には、X
アドレス信号XAを入力信号とするXアドレスラッチ回
路4が接続され、Yゲート・センスアンドラッチ回路3
にはYアドレス信号YAを入力信号とするYアドレスカ
ウンタ回路5が接続されている。また、Yゲート・セン
スアンドラッチ回路3には、制御信号入力回路6で制御
されるI/Oバッファ7を介してデータDが入出力さ
れ、Xデコーダ2およびYゲート・センスアンドラッチ
回路3には内部電圧回路8からの電圧が印加させる。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a main part of a rewritable nonvolatile memory section FEEPROM of the semiconductor device of the present embodiment. X is attached to one end in the left-right direction of the memory array 1 in which the memory cells M are arranged in a matrix.
A Y gate sense and latch circuit 3 is arranged at one end of the decoder 2 in the vertical direction. X decoder 2 has X
An X address latch circuit 4 having an address signal XA as an input signal is connected, and a Y gate sense and latch circuit 3 is connected.
Is connected to a Y address counter circuit 5 having the Y address signal YA as an input signal. Data D is input / output to / from the Y gate sense / latch circuit 3 via an I / O buffer 7 controlled by the control signal input circuit 6, and is input to the X decoder 2 and the Y gate sense / latch circuit 3. Is applied with a voltage from the internal voltage circuit 8.

【0042】図3は、メモリアレイの一部を示した回路
図である。本実施の形態の不揮発性メモリ部FEEPR
OMでは、図3に示すように、主ビット線MBL(MB
L1〜MBL4)を選択トランジスタQs(Qs11〜
Qs42)により副ビット線SBL(SBL11〜SB
L42)に分割する。すなわち、主ビット線MBL1に
は、選択トランジスタQs11およびQs12が接続さ
れ、選択トランジスタQs11には副ビット線SBL1
1が、選択トランジスタQs12には副ビット線SBL
12が接続される。つまり、電気的には、選択トランジ
スタQs11またはQs12を選択することにより副ビ
ット線SBL11またはSBL12を選択でき、主ビッ
ト線MBL1を副ビット線SBL11およびSBL12
で分割していることになる。なお、主ビット線MBL
2,MBL3,MBL4についても同様である。また、
図面では、4本の主ビット線MBLを示しているがさら
に多くの主ビット線MBL、副ビット線SBL、選択ト
ランジスタQsが形成されていることは言うまでもな
い。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of the memory array. Non-volatile memory unit FEEPR of the present embodiment
In the OM, as shown in FIG. 3, the main bit line MBL (MB
L1 to MBL4) and select transistor Qs (Qs11 to Qs11).
Qs42), the sub-bit lines SBL (SBL11 to SB
L42). That is, select transistors Qs11 and Qs12 are connected to main bit line MBL1, and sub-bit line SBL1 is connected to select transistor Qs11.
1 is connected to the sub-bit line SBL in the selection transistor Qs12.
12 are connected. In other words, electrically, the sub-bit line SBL11 or SBL12 can be selected by selecting the selection transistor Qs11 or Qs12, and the main bit line MBL1 is connected to the sub-bit lines SBL11 and SBL12.
Is divided. Note that the main bit line MBL
2, MBL3 and MBL4. Also,
Although four main bit lines MBL are shown in the drawing, it goes without saying that more main bit lines MBL, sub-bit lines SBL, and select transistors Qs are formed.

【0043】副ビット線SBLには1〜64ビットのメ
モリセルM(M111〜M411)が接続される。図3
では、簡単のため4つのメモリセルMが接続されている
状態を示している。すなわち、副ビット線SBL11に
はメモリセルM111,M211,M311,M411
が接続される。他の副ビット線SBLについても同様で
ある。副ビット線SBLは、メモリセルMのドレインに
接続され、メモリセルMのソースはソース線Sに接続さ
れる。
The 1- to 64-bit memory cells M (M111 to M411) are connected to the sub-bit line SBL. FIG.
Shows a state in which four memory cells M are connected for simplicity. That is, the memory cells M111, M211, M311, and M411 are connected to the sub-bit line SBL11.
Is connected. The same applies to other sub-bit lines SBL. The sub-bit line SBL is connected to the drain of the memory cell M, and the source of the memory cell M is connected to the source line S.

【0044】メモリセルM111〜M441で1つのブ
ロックB1が構成される。メモリセルM112〜M44
2についても同様にブロックB2が構成される。本実施
の形態では、消去はブロック単位で行われる。このた
め、ブロック内のメモリセルMおよび選択トランジスタ
Qsは1つのウェル内に形成される。なお、簡単のため
に図では2つのブロックを示しているが、さらに多数の
ブロックが形成されていることはもちろんである。
One block B1 is constituted by the memory cells M111 to M441. Memory cells M112 to M44
The block B2 is similarly configured for No. 2. In the present embodiment, erasing is performed in block units. Therefore, the memory cell M and the select transistor Qs in the block are formed in one well. Although two blocks are shown in the figure for simplicity, it goes without saying that more blocks are formed.

【0045】メモリセルMの制御ゲートは行方向に隣接
するメモリセル間で接続され、ワード線WLを構成す
る。すなわち、メモリセルM111,M121,M13
1,M141は1本のワード線WL11で接続される。
他のワード線WL21〜WL42についても同様であ
る。
The control gates of the memory cells M are connected between adjacent memory cells in the row direction to form a word line WL. That is, the memory cells M111, M121, M13
1 and M141 are connected by one word line WL11.
The same applies to the other word lines WL21 to WL42.

【0046】図4は、主ビット線MBL1に沿った断面
概念図である。半導体基板10の主面には深いn型のウ
ェル11が形成され、ウェル11には、浅いp型のウェ
ル12が複数形成される。ウェル12には1つのブロッ
クに属するメモリセルMおよび選択トランジスタQsが
形成される。
FIG. 4 is a conceptual sectional view taken along the main bit line MBL1. A deep n-type well 11 is formed in the main surface of the semiconductor substrate 10, and a plurality of shallow p-type wells 12 are formed in the well 11. In the well 12, a memory cell M and a select transistor Qs belonging to one block are formed.

【0047】p型のウェル12は消去単位で分割され
る。これは、ブロックB1を消去する場合、ブロックB
1のウェル12に高電圧を印加するが、この電圧がブロ
ックB2のウェル12に印加されないようにするためで
ある。
The p-type well 12 is divided into erase units. This means that when erasing block B1, block B
A high voltage is applied to one well 12 to prevent this voltage from being applied to the well 12 of the block B2.

【0048】メモリセルMは、浮遊ゲート13と制御ゲ
ート14および浮遊ゲート13の両側の不純物半導体領
域(ソース・ドレイン)16で構成される。不純物半導
体領域16にはn型不純物が高濃度に導入されている。
また、隣接するメモリセルMの制御ゲート14が互いに
接続されてワード線WLを構成するのは前記した通りで
ある。メモリセルMのゲート酸化膜は、10nm程度の
トンネル酸化膜(シリコン酸化膜)で構成され、制御ゲ
ート14と浮遊ゲート13間の絶縁膜は、酸化換算膜厚
が15nm程度のONO(Oxide-Nitride-Oxide )膜
(シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜)で構成さ
れる。
The memory cell M includes a floating gate 13, a control gate 14, and impurity semiconductor regions (source / drain) 16 on both sides of the floating gate 13. An n-type impurity is introduced into the impurity semiconductor region 16 at a high concentration.
The control gates 14 of the adjacent memory cells M are connected to each other to form the word line WL as described above. The gate oxide film of the memory cell M is formed of a tunnel oxide film (silicon oxide film) of about 10 nm, and an insulating film between the control gate 14 and the floating gate 13 is an ONO (Oxide-Nitride) having an equivalent oxide thickness of about 15 nm. -Oxide) film (laminated film of silicon oxide film and silicon nitride film).

【0049】副ビット線SBLは一方の不純物半導体領
域16に接続され、ソース線は、他方の不純物半導体領
域16に接続される。副ビット線SBLはアルミニウム
等の金属膜、ソース線Sは不純物半導体領域16で構成
される。
The sub bit line SBL is connected to one impurity semiconductor region 16, and the source line is connected to the other impurity semiconductor region 16. The sub-bit line SBL is formed of a metal film such as aluminum, and the source line S is formed of the impurity semiconductor region 16.

【0050】一本の副ビット線SBLには、1つの選択
トランジスタQsが配置される。選択トランジスタQは
ウェル12に形成され、ゲート電極15およびゲート電
極15の両側のソース・ドレインで構成される。選択ト
ランジスタQsのソース・ドレインの一方は端部に位置
するメモリセルMのソース・ドレインと共用される不純
物半導体領域16であり、他方のソース・ドレインはn
型不純物が高濃度に導入された不純物半導体領域17で
ある。不純物半導体領域17には主ビット線MBLが接
続される。選択トランジスタQsのゲート酸化膜厚は、
20nm程度のシリコン酸化膜で構成される。
One selection transistor Qs is arranged on one sub-bit line SBL. The selection transistor Q is formed in the well 12 and includes a gate electrode 15 and a source / drain on both sides of the gate electrode 15. One of the source and the drain of the selection transistor Qs is the impurity semiconductor region 16 shared with the source and the drain of the memory cell M located at the end, and the other source and the drain is n
This is the impurity semiconductor region 17 in which the type impurity is introduced at a high concentration. Main bit line MBL is connected to impurity semiconductor region 17. The gate oxide film thickness of the selection transistor Qs is
It is composed of a silicon oxide film of about 20 nm.

【0051】本実施の形態では、選択トランジスタQs
のしきい値を低く、つまり、書き込みあるいは読み出し
の際に主ビット線MBLに電圧が印加される電圧によっ
て選択トランジスタQsがオンする程度に低い値に設定
する。すなわち、選択トランジスタQsのしきい値電圧
が、ゲート電極15とウェル12が0Vの場合には書き
込み時の主ビット線MBLの電圧によりオンしてしまう
が、ウェル12に−0.5〜−2V程度の電圧を印加する
ことにより、あるいは、ゲート電極15に−0.5〜−2
V程度の電圧を印加することにより、選択トランジスタ
Qsがオフする程度にしきい値電圧を低電圧化する。
In the present embodiment, the selection transistor Qs
Is set low, that is, low enough to turn on the selection transistor Qs by the voltage applied to the main bit line MBL at the time of writing or reading. That is, when the threshold voltage of the selection transistor Qs is 0 V in the gate electrode 15 and the well 12, the transistor is turned on by the voltage of the main bit line MBL at the time of writing. About -0.5 to -2 to the gate electrode 15.
By applying a voltage of about V, the threshold voltage is reduced to such an extent that the selection transistor Qs is turned off.

【0052】このように選択トランジスタQsのしきい
値を低い値に設定すれば、本来選択されないつまりゲー
ト電極15に電圧が印加されない選択トランジスタQs
についてもオンしていまい、それに接続される副ビット
線SBLに対しても電圧が印加される。このような状況
は、書き込みの際にはデータディスターブの原因とな
り、読み出しの際には、主ビット線MBLの容量を増大
して読み出し速度が遅くなってしまう。しかし、本実施
の形態では、選択されない選択トランジスタQsに対し
てはそのゲート電極15に負バイアスを印加し、あるい
は選択されていないウェル12にバックバイアスを印加
して非選択トランジスタのオン動作を防止する。
By setting the threshold value of the selection transistor Qs to a low value in this manner, the selection transistor Qs which is not originally selected, ie, the voltage is not applied to the gate electrode 15, is selected.
May be turned on, and a voltage is also applied to the sub-bit line SBL connected thereto. Such a situation causes data disturb at the time of writing, and at the time of reading, the capacity of the main bit line MBL is increased and the reading speed is reduced. However, in the present embodiment, a negative bias is applied to the gate electrode 15 of the unselected selection transistor Qs, or a back bias is applied to the unselected well 12 to prevent the non-selected transistor from turning on. I do.

【0053】一方、選択トランジスタQsのしきい値を
低い値に設定することにより、選択トランジスタQsの
MOS抵抗を小さくできる。主ビット線MBLおよび副
ビット線SBLが金属層で形成されることは前記したと
おりであり、また拡散抵抗が問題となるほどコンタクト
部分の間隔が長くなることは高集積化された半導体装置
においてはほとんどない。よって、読み出し速度の低下
の大きな要因となるMOS抵抗を低下することにより、
読み出し速度を高めることが可能となる。
On the other hand, by setting the threshold value of the selection transistor Qs to a low value, the MOS resistance of the selection transistor Qs can be reduced. As described above, the main bit line MBL and the sub-bit line SBL are formed of a metal layer, and the longer the interval between contact portions becomes so large that diffusion resistance becomes a problem, it is almost impossible in a highly integrated semiconductor device. Absent. Therefore, by lowering the MOS resistance, which is a major factor in lowering the reading speed,
The reading speed can be increased.

【0054】なお、本実施の形態では、−0.5〜−2V
程度の負電圧を発生する負電圧発生回路と、書き込み時
に非選択ブロックの基板(ウェル12)に、または選択
トランジスタQsのゲート電極15に負電圧を印加させ
るための制御信号が追加される。
Note that, in this embodiment, -0.5 to -2 V
A negative voltage generating circuit for generating a negative voltage of the order and a control signal for applying a negative voltage to the substrate (well 12) of the unselected block or the gate electrode 15 of the selection transistor Qs at the time of writing are added.

【0055】図5は、本実施の形態のメモリセルMへの
書き込み動作の一例を示す断面概念図である。書き込み
は同一ワード線WL上のバイト、あるいは複数バイト単
位で行われる。
FIG. 5 is a conceptual sectional view showing an example of a write operation to the memory cell M according to the present embodiment. Writing is performed in bytes on the same word line WL or in units of a plurality of bytes.

【0056】書き込みを行うメモリセルMの制御ゲート
14(選択ワード線)に+8V、行わないメモリセルM
の制御ゲート14(非選択ワード線)には0Vの電圧を
印加する。書き込みを行うメモリセルMが属するソース
線Sとウェル12(B1)は接地電位、ウェル11は接
地電位あるいはVccを印加する。書き込みを行うセル
(M111)のドレイン(不純物半導体領域16の一
方)に+5Vの電圧を印加し、ドレイン端チャネル領域
から浮遊ゲート13に電子をチャネル・ホットエレクト
ロン注入により注入し、しきい値電圧を高くする。主ビ
ット線MBLに印加した+5Vの電圧が、選択トランジ
スタQs(Qs11)によるVth落ちを起こさないよ
うにするため、書き込みを行っている副ビット線SBL
(SBL11)に接続した選択トランジスタQs(QS
11)のゲート電極15には+8Vの電圧を印加する。
+8 V is applied to the control gate 14 (selected word line) of the memory cell M to be written,
A voltage of 0 V is applied to the control gate 14 (non-selected word line). A ground potential is applied to the source line S and the well 12 (B1) to which the memory cell M to be written belongs, and a ground potential or Vcc is applied to the well 11. A voltage of +5 V is applied to the drain (one of the impurity semiconductor regions 16) of the cell (M111) where writing is performed, electrons are injected from the channel region at the drain end to the floating gate 13 by channel / hot electron injection, and the threshold voltage is reduced. Make it higher. In order to prevent the voltage of +5 V applied to the main bit line MBL from causing a drop in Vth due to the selection transistor Qs (Qs11), the sub bit line SBL on which writing is performed is performed.
(SBL11) connected to the selection transistor Qs (QS
A voltage of +8 V is applied to the gate electrode 15 of 11).

【0057】一方、非選択ブロック(B2)の制御ゲー
ト14、ソース線Sは0V、選択トランジスタQs(Q
s12)のゲート電極15は0Vにする。この場合、非
選択ブロック(B2)のウェル12が0Vであれば、選
択トランジスタQs12は、+5Vの主ビット線MBL
電圧によリオンしてしまい、非選択ブロック(B2)の
メモリドレインがバイアスされてドレインディスターフ
が発生してしまう。これを防止するため、非選択ブロッ
ク(B2)のウェル12に−0.5〜−2Vの電圧を印加
する。これにより、しきい値電圧を高くし、+5Vのビ
ット線電圧では非選択の選択トランジスタQs(Qs1
2)がオンしないようにする。
On the other hand, the control gate 14 and the source line S of the unselected block (B2) are at 0 V, and the selection transistor Qs (Q
The gate electrode 15 in s12) is set to 0V. In this case, if the well 12 of the non-selected block (B2) is at 0V, the selection transistor Qs12 is connected to the + 5V main bit line MBL.
The memory drain of the unselected block (B2) is biased due to the voltage, and a drain disturbance occurs. To prevent this, a voltage of -0.5 to -2 V is applied to the well 12 of the unselected block (B2). As a result, the threshold voltage is increased, and the non-selected selection transistor Qs (Qs1
2) is not turned on.

【0058】図6は、本実施の形態のメモリセルMへの
書き込み動作の他の例を示す断面概念図である。選択ブ
ロック(B1)の書き込み動作は図5の場合と同じであ
る。非選択ブロック(B2)の制御ゲート14、ソース
線S、ウェル12は0Vにする。この場合、非選択ブロ
ック(B2)の選択トランジスタQs(Qs12)のゲ
ート電極15が0Vであれば、選択トランジスタQs
(Qs12)は、+5Vの主ビット線MBLの電圧によ
りオンしてしまい、非選択ブロック(B2)のメモリド
レインがバイアスされてドレインディスターフが発生し
てしまう。これを防止するため、非選択ブロック(B
2)の選択トランジスタQs(Qs12)のゲート電極
15に−0.5〜−2Vの電圧を印加する。これにより、
+5Vのビット線電圧では非選択の選択トランジスタQ
s(Qs12)がオンしないようにする。
FIG. 6 is a conceptual sectional view showing another example of the write operation to the memory cell M of the present embodiment. The write operation of the selected block (B1) is the same as that of FIG. The control gate 14, source line S, and well 12 of the unselected block (B2) are set to 0V. In this case, if the gate electrode 15 of the selection transistor Qs (Qs12) of the unselected block (B2) is 0 V, the selection transistor Qs
(Qs12) is turned on by the voltage of the main bit line MBL of + 5V, and the memory drain of the non-selected block (B2) is biased to generate a drain disturbance. To prevent this, a non-selected block (B
2) A voltage of -0.5 to -2 V is applied to the gate electrode 15 of the selection transistor Qs (Qs12). This allows
At the bit line voltage of +5 V, the unselected selection transistor Q
s (Qs12) is not turned on.

【0059】図7は、本実施の形態のメモリセルMへの
書き込み動作のさらに他の例を示す断面概念図である。
選択ブロック(B1)の書き込み動作は図5の場合と同
じである。非選択ブロック(B2)の制御ゲート14、
ソース線Sは0Vにする。この場合、非選択ブロック
(B2)のウェル12と選択トランジスタQs(Qs1
2)のゲート電極15が0Vであれば、選択トランジス
タQsは、+5Vの主ビット線MBL電圧によりオンし
てしまい、非選択ブロック(B2)のメモリドレインが
バイアスされてドレインディスターフが発生してしま
う。これを防止するため、非選択ブロック(B2)のウ
ェル12と選択トランジスタQs(Qs12)のゲート
電極15に−0.5〜−2Vの電圧を印加する。これによ
り、+5Vのビット線電圧では選択トランジスタQs1
2がオンしないようにする。
FIG. 7 is a conceptual sectional view showing still another example of the write operation to the memory cell M of the present embodiment.
The write operation of the selected block (B1) is the same as that of FIG. The control gate 14 of the unselected block (B2),
The source line S is set to 0V. In this case, the well 12 of the unselected block (B2) and the selection transistor Qs (Qs1
If the gate electrode 15 of (2) is 0 V, the selection transistor Qs is turned on by the main bit line MBL voltage of +5 V, and the memory drain of the unselected block (B2) is biased to generate a drain disturbance. I will. To prevent this, a voltage of -0.5 to -2 V is applied to the well 12 of the unselected block (B2) and the gate electrode 15 of the selection transistor Qs (Qs12). Thus, at the bit line voltage of +5 V, the selection transistor Qs1
2 is not turned on.

【0060】このように、選択トランジスタQsのしき
い値を低く設定し、かつ、非選択ブロック(B2)のウ
ェル12または非選択ブロック(B2)の選択トランジ
スタQs(Qs12)、あるいはその両方に負電圧を印
加することにより、非選択セルへのデータディスターブ
を防止しつつ選択トランジスタのMOS抵抗を低減でき
る。これにより、フラッシュメモリの読み出し速度を向
上できる。
As described above, the threshold value of the selection transistor Qs is set low, and the well 12 of the non-selection block (B2), the selection transistor Qs (Qs12) of the non-selection block (B2), or both are negative. By applying the voltage, the MOS resistance of the selection transistor can be reduced while preventing data disturbance to an unselected cell. Thereby, the reading speed of the flash memory can be improved.

【0061】図8は、本実施の形態のメモリセルMの読
み出し動作の一例を示す断面概念図である。まず、選択
ブロックB1について説明する。読み出しを行うビット
(メモリセルM111)の制御ゲート14と選択トラン
ジスタQs11のゲート電極15にVccの電圧を印加
し、読み出しを行わないメモリセルの制御ゲート14は
接地する。ソース線Sおよびウェル12は接地、ウェル
11は接地またはVccを印加する。ドレインには+1
Vの電圧を印加する。ドレインを+1Vと低くするの
は、ソフトライトあるいはデータディスターブを防止す
るためである。読み出しを行うメモリセルのしきい値電
圧がVccより低い場合、チャネル電流が流れ、高い場
合は流れない。これを、差動あるいは電流センスアンプ
によリ読み取り、前者を例えば“0”、後者を“1”デ
ータに対応させる。
FIG. 8 is a conceptual sectional view showing an example of the read operation of the memory cell M of the present embodiment. First, the selection block B1 will be described. A voltage of Vcc is applied to the control gate 14 of the bit to be read (memory cell M111) and the gate electrode 15 of the selection transistor Qs11, and the control gate 14 of the memory cell not to be read is grounded. The source line S and the well 12 are grounded, and the well 11 is grounded or Vcc is applied. +1 for drain
A voltage of V is applied. The reason why the drain is lowered to +1 V is to prevent soft write or data disturbance. A channel current flows when the threshold voltage of the memory cell from which data is read is lower than Vcc, and does not flow when the threshold voltage is high. This is read by a differential or current sense amplifier, and the former is made to correspond to "0" data, and the latter to "1" data.

【0062】一方、非選択ブロック(B2)の制御ゲー
ト14、ソース線S、ウェル12は0Vにする。この
時、選択トランジスタQs(Qs12)のしきい値電圧
は、+1Vのビット線電圧によリオンしてビット線の寄
生容量が増加する可能性がある。これを防止するため、
選択トランジスタQs(Qs12)のゲート電極15に
−0.5〜−2Vの電圧を印加することにより、+1Vの
ビット線電位によリオンしないようにする。
On the other hand, the control gate 14, the source line S, and the well 12 of the unselected block (B2) are set to 0V. At this time, the threshold voltage of the selection transistor Qs (Qs12) may be turned on by the bit line voltage of + 1V, and the parasitic capacitance of the bit line may increase. To prevent this,
By applying a voltage of −0.5 to −2 V to the gate electrode 15 of the selection transistor Qs (Qs 12), it is prevented from being re-energized by the bit line potential of +1 V.

【0063】このように選択トランジスタQsのしきい
値電圧を更に低くした場合にも、非選択ブロックの選択
トランジスタを確実にオフして、ビット線容量を低減
し、またMOS抵抗を低減して読み出し速度を向上でき
る。
As described above, even when the threshold voltage of the selection transistor Qs is further reduced, the selection transistors in the non-selected blocks are surely turned off, the bit line capacitance is reduced, and the MOS resistance is reduced to read data. Speed can be improved.

【0064】図9は、メモリセルの読み出しシーケンス
を表し、(a)は回路図を、(b)はタイムチャートを
示す。図9に示すように、読み出しシーケンスの1サイ
クルは、メモリのドレインを+1Vにプリチャージする
時間、センスアンプSAにより読み出す時間、メモリの
ドレインを接地するディスチャージ時間から構成され
る。読み出し時に、メモリセルのしきい値電圧が低い場
合、チャネル電流が流れ、ドレイン電圧は下がる。高い
場合は、チャネル電流は流れないのでドレイン電圧は1
Vのままである。差動センシング方式の場合、この電圧
をレファレンス電圧と比較し、それよリ低い場合は
“0”、高い場合は“1”データに対応させる。ここで
レファレンス電圧は、+1Vとチャネル電流が流れた場
合のドレイン電圧の中間電圧に設定する。ディスチャー
ジによりドレインを0Vにしておかないと次のサイクル
で同じビットを読み出す場合に、残留したチャージによ
りプリチャージ後のドレイン電圧は+1Vよリ高くなっ
てしまう。読み出し時間が短いと、“0”データの場合
でも、充分にビット線電圧が落ちず、レファレンス電圧
よリ高くなる。このような状況では“1”データに判定
されるおそれが大きい。プリチャージは主ビット線を+
1V、選択トランジスタのゲートをVccに印加させ
る。
FIGS. 9A and 9B show a read sequence of a memory cell, wherein FIG. 9A is a circuit diagram and FIG. 9B is a time chart. As shown in FIG. 9, one cycle of the read sequence includes a time for precharging the memory drain to +1 V, a time for reading by the sense amplifier SA, and a discharge time for grounding the memory drain. At the time of reading, when the threshold voltage of the memory cell is low, a channel current flows and the drain voltage drops. When the drain voltage is high, the channel current does not flow and the drain voltage is 1
V. In the case of the differential sensing method, this voltage is compared with a reference voltage. Here, the reference voltage is set to the intermediate voltage of +1 V and the drain voltage when the channel current flows. If the same bit is read out in the next cycle unless the drain is set to 0 V by discharging, the remaining charge causes the drain voltage after precharge to be higher than +1 V. If the read time is short, the bit line voltage does not drop sufficiently even in the case of "0" data, and becomes higher than the reference voltage. In such a situation, there is a high possibility that the data is determined to be “1” data. Pre-charge the main bit line +
1V, the gate of the select transistor is applied to Vcc.

【0065】このプリチャージ時間は、主ビット線MB
Lと選択した副ビット線SBLとに付随する寄生容量を
C、主ビット線MBLと副ビット線SBLの配線抵抗と
拡散層抵抗の和をR1、選択トランジスタのMOS抵抗
をR2とすれば、C×(R1+R2)程度になることは
前記した。また、R1は主ビット線MBLと副ビット線
SBLがメタル層で構成され、コンタクト間の平面距離
が長くないことを考慮すれば、R1はほとんど問題とな
らず、R1<<R2となることも前記した。そして、前
記の通り、本実施の形態では選択トランジスタQsのし
きい値電圧を低く設定しているため、R2を大幅に、た
とえば40%程度低減できる。これにより、プリチャー
ジ時間を短縮でき、読み出しサイクルを短くしてフラッ
シュメモリの読み出し速度を向上できる。
The precharge time depends on the main bit line MB
If the parasitic capacitance associated with L and the selected sub-bit line SBL is C, the sum of the wiring resistance and diffusion layer resistance of the main bit line MBL and the sub-bit line SBL is R1, and the MOS resistance of the selection transistor is R2, then C As described above, it becomes about × (R1 + R2). Further, R1 hardly causes a problem when considering that the main bit line MBL and the sub-bit line SBL are formed of a metal layer and the plane distance between the contacts is not long, and R1 << R2 may be satisfied. I mentioned above. As described above, in the present embodiment, the threshold voltage of the selection transistor Qs is set low, so that R2 can be significantly reduced, for example, by about 40%. As a result, the precharge time can be reduced, the read cycle can be shortened, and the read speed of the flash memory can be improved.

【0066】図10は、本実施の形態のメモリセルMの
消去動作を示す断面概念図である。消去はブロック単位
に行われる。消去対象である選択ブロック(B1)の制
御ゲート14に−8Vの高電圧を印加し、ソースに5V
の電圧を印加する。ウェル12は接地、ウェル11は接
地またはVcc、ドレインはオープンにし、浮遊ゲート
13からソースに電子をFN(Fowler-Nordheim )トン
ネルによリ引き抜き、しきい値電圧を低くする。このと
き、選択トランジスタQsのゲート電極15は接地す
る。一方、非選択ブロック(B2)の制御ゲート14、
ウェル12は接地し、ソースはオープン、選択トランジ
スタQsのゲート電極15は接地する。
FIG. 10 is a conceptual sectional view showing the erasing operation of the memory cell M of the present embodiment. Erasing is performed in block units. A high voltage of -8 V is applied to the control gate 14 of the selected block (B1) to be erased, and 5 V is applied to the source.
Is applied. The well 12 is grounded, the well 11 is grounded or Vcc, the drain is open, and electrons are drawn from the floating gate 13 to the source by FN (Fowler-Nordheim) tunnel to lower the threshold voltage. At this time, the gate electrode 15 of the selection transistor Qs is grounded. On the other hand, the control gate 14 of the unselected block (B2)
The well 12 is grounded, the source is open, and the gate electrode 15 of the selection transistor Qs is grounded.

【0067】図11および図12は、本実施の形態の半
導体装置の製造方法の一例を工程順に示した断面図であ
る。図11および図12には選択トランジスタQs、メ
モリセルM、周辺回路の高耐圧MISFET(周辺高耐
圧MOS)、ロジック回路のMISFET(ロジックM
OS)の断面を各々示す。ここでは、nチャネル型のM
ISFETの場合を説明するが、pチャネル型のMIS
FETを含んでも良いことはもちろんである。本実施の
形態において、選択トランジスタQs、メモリセルMお
よび周辺高耐圧MOSは深いNウェル(ウェル11)内
の浅いPウェル(ウェル12)内に形成する。また、選
択トランジスタQs、メモリセルM、周辺高耐圧MOS
は2層ゲート構造で形成し、選択トランジスタQsと周
辺高耐圧MOSの1層目と2層目ゲートは図12(c)
に示すように接続する。
FIGS. 11 and 12 are sectional views showing an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment in the order of steps. 11 and 12 show a selection transistor Qs, a memory cell M, a high voltage MISFET (peripheral high voltage MOS) of a peripheral circuit, and a MISFET (logic M) of a logic circuit.
OS) are shown. Here, an n-channel type M
The case of the ISFET will be described.
Needless to say, an FET may be included. In the present embodiment, the select transistor Qs, the memory cell M and the peripheral high voltage MOS are formed in a shallow P well (well 12) in a deep N well (well 11). In addition, the selection transistor Qs, the memory cell M, the peripheral high voltage MOS
Is formed in a two-layer gate structure, and the first and second layer gates of the select transistor Qs and the peripheral high voltage MOS are shown in FIG.
Connect as shown.

【0068】本実施の形態の製造方法は、まず、半導体
基板10上に、フィールド酸化膜20、ウェル11,1
2を形成する(図11(a))。
In the manufacturing method of this embodiment, first, a field oxide film 20 and wells 11 and 1 are formed on a semiconductor substrate 10.
2 is formed (FIG. 11A).

【0069】次に、半導体基板10の主面上に犠牲酸化
膜21を形成し、メモリセルMおよび周辺高耐圧MOS
以外の領域にフォトレジスト膜22を形成し、このフォ
トレジスト膜22をマスクとしてボロン(B)をイオン
注入し、メモリセルMおよび周辺高耐圧MOSにチャネ
ルドープを行う(図11(b))。選択トランジスタQ
sにはチャネルドープを行わないことにより、しきい値
電圧を低くする。また、カウンタードープを行い更にし
きい値電圧を低くすることもできる。
Next, a sacrificial oxide film 21 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 10, and the memory cell M and the peripheral high withstand voltage MOS are formed.
A photoresist film 22 is formed in a region other than the above, boron (B) ions are implanted using the photoresist film 22 as a mask, and channel doping is performed on the memory cell M and the peripheral high-voltage MOS (FIG. 11B). Select transistor Q
The threshold voltage is lowered by not performing channel doping on s. Further, the threshold voltage can be further reduced by performing counter doping.

【0070】次に、例えば膜厚20nmのゲート酸化膜
23を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング技
術を用いてメモリセルM領域のゲート酸化膜23を除去
する。その後、たとえば膜厚10nmのトンネル酸化膜
25を形成し、ポリシリコン膜24を形成する。さらに
ポリシリコン膜24のパターニングを行い、メモリセル
Mの浮遊ゲートを形成する(図11(c))。
Next, a gate oxide film 23 having a thickness of, for example, 20 nm is formed, and the gate oxide film 23 in the memory cell M region is removed by photolithography and etching. Thereafter, a tunnel oxide film 25 having a thickness of, for example, 10 nm is formed, and a polysilicon film 24 is formed. Further, the polysilicon film 24 is patterned to form a floating gate of the memory cell M (FIG. 11C).

【0071】次に、ONON膜(シリコン酸化膜とシリ
コン窒化膜の積層膜)26を堆積後に、フォトリソグラ
フィ工程により、ロジック部のONON膜26とポリシ
リコン膜24をドライエッチにより除去し、ロジックM
ISFETのゲート酸化膜27(例えば、4〜8nmの
膜厚)を形成した後、ポリシリコンとタングステンシリ
サイドとの積層膜28を形成する(図11(d))。
Next, after the ONON film (laminated film of the silicon oxide film and the silicon nitride film) 26 is deposited, the ONON film 26 and the polysilicon film 24 in the logic portion are removed by dry etching by a photolithography process.
After forming a gate oxide film 27 (for example, having a thickness of 4 to 8 nm) of the ISFET, a laminated film 28 of polysilicon and tungsten silicide is formed (FIG. 11D).

【0072】次に、選択トランジスタQs、メモリセル
Mおよび高耐圧MISFETの2層目ゲートとロジック
MISFETのゲートをパターニングする(図12
(a))。
Next, the selection transistor Qs, the memory cell M, the second-layer gate of the high-breakdown-voltage MISFET, and the gate of the logic MISFET are patterned (FIG. 12).
(A)).

【0073】次に、ロジックゲートにレジストを残した
状態で、選択トランジスタQs、メモリセルMと高耐圧
MISFETの1層目ゲートをパターニングする(図1
2(b))。この後は、MISFETのソース・ドレイ
ンの形成、パッシベーション、コンタクト、メタル配
線、最終パッシベーションなど通常の方法で形成でき
る。なお、メタル配線は、前記した主ビット線MBL、
副ビット線SBLを構成するが、これらメタル配線を絶
縁する層間絶縁膜には低誘電率の絶縁材料を用いること
ができる。たとえばフッ素添加のシリコン酸化膜(Si
OF)、フッ素樹脂(PTFE:ポリテトラフルオロエ
チレン)、ポリイミド系の樹脂、BCB(Benzocyclobu
tene)、水素含有のSOG(Spin On Glass )、有機S
OG等である。これら低誘電率の材料により主ビット
線、副ビット線を絶縁すれば、ビット線に付随する容量
(寄生容量)を低減でき、フラッシュメモリの読み出し
速度を向上できる。
Next, the selection transistor Qs, the memory cell M, and the first-layer gate of the high-breakdown-voltage MISFET are patterned while the resist is left on the logic gate (FIG. 1).
2 (b)). Thereafter, it can be formed by an ordinary method such as formation of source / drain of the MISFET, passivation, contact, metal wiring, final passivation, and the like. Note that the metal wiring is the main bit line MBL,
Although the sub-bit line SBL is formed, an insulating material having a low dielectric constant can be used for an interlayer insulating film that insulates these metal wirings. For example, a silicon oxide film (Si
OF), fluororesin (PTFE: polytetrafluoroethylene), polyimide resin, BCB (Benzocyclobu
tene), SOG (Spin On Glass) containing hydrogen, organic S
OG and the like. If the main bit line and the sub bit line are insulated from these low dielectric constant materials, the capacitance (parasitic capacitance) associated with the bit line can be reduced, and the read speed of the flash memory can be improved.

【0074】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist of the invention. Needless to say,

【0075】すなわち、実施の形態では、書き込みをチ
ャネル・ホットエレクトロン注入で行う場合を説明した
が、他の書き込み方法、例えばドレイン端のFNトンネ
ルの場合にも適用できる。また、ドレイン端のFNトン
ネルを消去と定義する場合にも適用される。
That is, in the embodiment, the case where writing is performed by channel hot electron injection has been described. However, the present invention can be applied to other writing methods, for example, the case of FN tunnel at the drain end. Further, the present invention is also applied to the case where the FN tunnel at the drain end is defined as erase.

【0076】また、実施の形態では、メモリセルがnチ
ャネル型の場合を説明したが、pチャネル型でも良い。
Although the embodiment has been described with reference to the case where the memory cells are of the n-channel type, they may be of the p-channel type.

【0077】[0077]

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
Advantageous effects obtained by typical ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.
It is as follows.

【0078】すなわち、フラッシュメモリの正常な動作
を確保しつつ、その読み出し速度を高速化できる。ま
た、製造プロセスに変更を加えることなく、またメモリ
マットサイズを大きくすることなく、フラッシュメモリ
の読み出しを正常かつ高速に行うことができる。
That is, the read speed of the flash memory can be increased while the normal operation of the flash memory is ensured. Further, the flash memory can be read normally and at high speed without changing the manufacturing process and without increasing the memory mat size.

【0079】すなわち、選択トランジスタのしきい値電
圧を低くすることができ、選択トランジスタのMOS抵
抗を小さくできるので、フラッシュメモリの読み出し時
のプリチャージとディスチャージ時間を低減でき、読み
出し速度を高速化できる。
That is, since the threshold voltage of the selection transistor can be lowered and the MOS resistance of the selection transistor can be reduced, the precharge and discharge time when reading out the flash memory can be reduced, and the reading speed can be increased. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体装置の構成を示したブロック図
である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置の書き
換え可能な不揮発性メモリ部の要部を示した回路ブロッ
ク図である。
FIG. 2 is a circuit block diagram illustrating a main part of a rewritable nonvolatile memory unit of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention;

【図3】メモリアレイの一部を示した回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of a memory array.

【図4】主ビット線に沿った断面概念図である。FIG. 4 is a conceptual sectional view taken along a main bit line.

【図5】本発明の一実施の形態であるメモリセルへの書
き込み動作の一例を示す断面概念図である。
FIG. 5 is a conceptual sectional view showing an example of a write operation to a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態であるメモリセルへの書
き込み動作の他の例を示す断面概念図である。
FIG. 6 is a conceptual cross-sectional view showing another example of a write operation to a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態であるメモリセルへの書
き込み動作のさらに他の例を示す断面概念図である。
FIG. 7 is a conceptual sectional view showing still another example of a write operation to a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施の形態であるメモリセルの読み
出し動作の一例を示す断面概念図である。
FIG. 8 is a conceptual sectional view showing an example of a read operation of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図9】メモリセルの読み出しシーケンスを表し、
(a)は回路図を、(b)はタイムチャートを示す。
FIG. 9 shows a read sequence of a memory cell,
(A) shows a circuit diagram, and (b) shows a time chart.

【図10】本発明の一実施の形態であるメモリセルの消
去動作を示す断面概念図である。
FIG. 10 is a conceptual sectional view showing an erase operation of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図11】(a)〜(d)は、本発明の一実施の形態で
ある半導体装置の製造方法の一例を工程順に示した断面
図である。
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps; FIGS.

【図12】(a)および(b)は、本発明の一実施の形
態である半導体装置の製造方法の一例を工程順に示した
断面図である。(c)は、選択トランジスタと周辺高耐
圧MOSの1層目と2層目の接続部を示す断面図であ
る。
12A and 12B are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 3C is a cross-sectional view showing a connection portion between the first transistor and the second layer of the selection transistor and the peripheral high voltage MOS.

【図13】本発明に適用できる選択トランジスタの特性
を示すグラフであり、(a)はゲート長に対するしきい
値電圧の変化を、(b)はゲート長に対するドレイン耐
圧の変化を示す。
13A and 13B are graphs showing characteristics of a selection transistor applicable to the present invention, wherein FIG. 13A shows a change in threshold voltage with respect to a gate length, and FIG. 13B shows a change in drain withstand voltage with respect to a gate length.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メモリアレイ 2 Xデコーダ 3 Yゲート・センスアンドラッチ回路 4 Xアドレスラッチ回路 5 Yアドレスカウンタ回路 6 制御信号入力回路 7 I/Oバッファ 8 内部電圧回路 10 半導体基板 11 ウェル 12 ウェル 13 浮遊ゲート 14 制御ゲート 15 ゲート電極 16、17 不純物半導体領域 20 フィールド酸化膜 21 犠牲酸化膜 22 フォトレジスト膜 23 ゲート酸化膜 24 ポリシリコン膜 25 トンネル酸化膜 26 ONON膜 27 ゲート酸化膜 28 積層膜 INT インターフェイス部 IOP インプットアウトプットポート部 M メモリセル MBL 主ビット線 Qs 選択トランジスタ R2 MOS抵抗 S ソース線 SA センスアンプ SBL 副ビット線 Vth しきい値電圧 W チャネル幅 WL ワード線 XA Xアドレス信号 YA Yアドレス信号 Reference Signs List 1 memory array 2 X decoder 3 Y gate sense and latch circuit 4 X address latch circuit 5 Y address counter circuit 6 control signal input circuit 7 I / O buffer 8 internal voltage circuit 10 semiconductor substrate 11 well 12 well 13 floating gate 14 control Gate 15 Gate electrode 16, 17 Impurity semiconductor region 20 Field oxide film 21 Sacrificial oxide film 22 Photoresist film 23 Gate oxide film 24 Polysilicon film 25 Tunnel oxide film 26 ONON film 27 Gate oxide film 28 Stacked film INT Interface section IOP Input output Port section M Memory cell MBL Main bit line Qs Select transistor R2 MOS resistance S Source line SA Sense amplifier SBL Sub bit line Vth Threshold voltage W Channel width WL Word line XA X address Address signal YA Y address signal

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AE05 AF04 5F001 AA25 AB08 AC02 AC06 AD12 AD41 AD51 AD61 AE02 AE03 AE08 AF10 5F083 EP02 EP23 EP77 ER02 ER05 ER09 ER14 ER16 ER22 ER30 GA02 GA03 HA04 JA56 JA57 KA06 LA04 LA05 LA07 LA10 ZA12 ZA13 ZA14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 21/8247 H01L 29/78 371 29/788 29/792 F term (Reference) 5B025 AA03 AB01 AC01 AE05 AF04 5F001 AA25 AB08 AC02 AC06 AD12 AD41 AD51 AD61 AE02 AE03 AE08 AF10 5F083 EP02 EP23 EP77 ER02 ER05 ER09 ER14 ER16 ER22 ER30 GA02 GA03 HA04 JA56 JA57 KA06 LA04 LA05 LA07 LA10 ZA12 ZA13 ZA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のウェルと、前記ウェルの主面にマ
トリックス状に形成された浮遊ゲートMISFET型の
メモリセルと、第1方向に延在して形成されたワード線
と、前記第1方向にほぼ垂直な第2方向に延在して形成
された副ビット線と、前記ウェルの主面に形成され、前
記副ビット線毎に設けられたMISFETと、複数の前
記MISFETと副ビット線で接続されたMISFET
(選択MISFET)を介して接続された主ビット線と
を有し、 前記ワード線は前記メモリセルの制御ゲートとして機能
し、前記副ビット線は前記ウェル内において前記第2方
向に配列された複数の前記メモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置の駆動方法であって、 前記メモリセルへの書き込みの際には、前記メモリセル
のうち書き込み対象のメモリセル(選択メモリセル)の
属する副ビット線(選択副ビット線)に接続された主ビ
ット線(選択主ビット線)に所定の電圧を印加し、 前記ワード線のうち前記選択メモリセルの属するワード
線(選択ワード線)と、前記MISFETのうち前記選
択副ビット線に接続されたMISFET(選択MISF
ET)のゲート電極と、に所定の第1極性の電圧を各々
印加し、 前記選択主ビット線に接続された前記副ビット線であっ
て前記選択副ビット線以外の副ビット線(非選択副ビッ
ト線)の属する前記ウェル(非選択ウェル)に、前記第
1極性とは逆の第2極性の電圧を印加することを特徴と
する半導体装置の駆動方法。
A plurality of wells; a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on a main surface of the well; a word line extending in a first direction; A sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the sub-bit line; a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line; MISFET connected
A main bit line connected through a (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub bit line is arranged in the well in the second direction. A method for driving a semiconductor device connected to a drain region of the memory cell and a source region of the select MISFET, wherein the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET. At this time, a predetermined voltage is applied to a main bit line (selected main bit line) connected to a sub bit line (selected sub bit line) to which a memory cell to be written (selected memory cell) among the memory cells belongs. A word line (selected word line) to which the selected memory cell belongs among the word lines; and a selected sub-bit line among the MISFETs. MISFET (Select MISF
ET), and a voltage of a predetermined first polarity is applied to each of the sub-bit lines connected to the selected main bit line and other than the selected sub-bit line (non-selected sub-bit lines). A voltage of a second polarity opposite to the first polarity is applied to the well (unselected well) to which the bit line belongs.
【請求項2】 複数のウェルと、前記ウェルの主面にマ
トリックス状に形成された浮遊ゲートMISFET型の
メモリセルと、第1方向に延在して形成されたワード線
と、前記第1方向にほぼ垂直な第2方向に延在して形成
された副ビット線と、前記ウェルの主面に形成され、前
記副ビット線毎に設けられたMISFETと、複数の前
記MISFETと副ビット線で接続されたMISFET
(選択MISFET)を介して接続された主ビット線と
を有し、 前記ワード線は前記メモリセルの制御ゲートとして機能
し、前記副ビット線は前記ウェル内において前記第2方
向に配列された複数の前記メモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置の駆動方法であって、 前記メモリセルへの書き込みの際には、前記メモリセル
のうち書き込み対象のメモリセル(選択メモリセル)の
属する副ビット線(選択副ビット線)に接続された主ビ
ット線(選択主ビット線)に所定の電圧を印加し、 前記ワード線のうち前記選択メモリセルの属するワード
線(選択ワード線)と、前記MISFETのうち前記選
択副ビット線に接続されたMISFET(選択MISF
ET)のゲート電極と、に所定の第1極性の電圧を各々
印加し、 前記選択主ビット線に接続された前記MISFETであ
って前記選択副ビット線以外の副ビット線(非選択副ビ
ット線)に接続されたMISFET(非選択MISFE
T)のゲート電極に、前記第1極性とは逆の第2極性の
電圧を印加することを特徴とする半導体装置の駆動方
法。
2. A plurality of wells, a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on a main surface of the well, a word line extending in a first direction, and a first direction. A sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the sub-bit line; a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line; MISFET connected
A main bit line connected through a (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub bit line is arranged in the well in the second direction. A method for driving a semiconductor device connected to a drain region of the memory cell and a source region of the select MISFET, wherein the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET. At this time, a predetermined voltage is applied to a main bit line (selected main bit line) connected to a sub bit line (selected sub bit line) to which a memory cell to be written (selected memory cell) among the memory cells belongs. A word line (selected word line) to which the selected memory cell belongs among the word lines; and a selected sub-bit line among the MISFETs. MISFET (Select MISF
And a gate electrode of the selected MISFET connected to the selected main bit line and a sub-bit line other than the selected sub-bit line (non-selected sub-bit line). ) Connected to the MISFET (unselected MISFE)
T) A method of driving a semiconductor device, wherein a voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the gate electrode.
【請求項3】 複数のウェルと、前記ウェルの主面にマ
トリックス状に形成された浮遊ゲートMISFET型の
メモリセルと、第1方向に延在して形成されたワード線
と、前記第1方向にほぼ垂直な第2方向に延在して形成
された副ビット線と、前記ウェルの主面に形成され、前
記副ビット線毎に設けられたMISFETと、複数の前
記MISFETと副ビット線で接続されたMISFET
(選択MISFET)を介して接続された主ビット線と
を有し、 前記ワード線は前記メモリセルの制御ゲートとして機能
し、前記副ビット線は前記ウェル内において前記第2方
向に配列された複数の前記メモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置の駆動方法であって、 前記メモリセルへの書き込みの際には、前記メモリセル
のうち書き込み対象のメモリセル(選択メモリセル)の
属する副ビット線(選択副ビット線)に接続された主ビ
ット線(選択主ビット線)に所定の電圧を印加し、 前記ワード線のうち前記選択メモリセルの属するワード
線(選択ワード線)と、前記MISFETのうち前記選
択副ビット線に接続されたMISFET(選択MISF
ET)のゲート電極と、に所定の第1極性の電圧を各々
印加し、 前記選択主ビット線に接続された前記副ビット線であっ
て前記選択副ビット線以外の副ビット線(非選択副ビッ
ト線)の属する前記ウェル(非選択ウェル)、および、
前記選択主ビット線に接続された前記MISFETであ
って前記選択副ビット線以外の副ビット線(非選択副ビ
ット線)に接続されたMISFET(非選択MISFE
T)のゲート電極に、前記第1極性とは逆の第2極性の
電圧を印加することを特徴とする半導体装置の駆動方
法。
3. A plurality of wells, a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on a main surface of the well, a word line extending in a first direction, and a first direction. A sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the sub-bit line; a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line; MISFET connected
A main bit line connected through a (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub bit line is arranged in the well in the second direction. A method for driving a semiconductor device connected to a drain region of the memory cell and a source region of the select MISFET, wherein the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET. At this time, a predetermined voltage is applied to a main bit line (selected main bit line) connected to a sub bit line (selected sub bit line) to which a memory cell to be written (selected memory cell) among the memory cells belongs. A word line (selected word line) to which the selected memory cell belongs among the word lines; and a selected sub-bit line among the MISFETs. MISFET (Select MISF
ET), and a voltage of a predetermined first polarity is applied to each of the sub-bit lines connected to the selected main bit line and other than the selected sub-bit line (non-selected sub-bit lines). The well (non-selected well) to which the bit line belongs, and
The MISFET (unselected MISFE) connected to the selected main bit line and connected to a sub-bit line (unselected sub-bit line) other than the selected sub-bit line
T) A method of driving a semiconductor device, wherein a voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the gate electrode.
【請求項4】 複数のウェルと、前記ウェルの主面にマ
トリックス状に形成された浮遊ゲートMISFET型の
メモリセルと、第1方向に延在して形成されたワード線
と、前記第1方向にほぼ垂直な第2方向に延在して形成
された副ビット線と、前記ウェルの主面に形成され、前
記副ビット線毎に設けられたMISFETと、複数の前
記MISFETと副ビット線で接続されたMISFET
(選択MISFET)を介して接続された主ビット線と
を有し、 前記ワード線は前記メモリセルの制御ゲートとして機能
し、前記副ビット線は前記ウェル内において前記第2方
向に配列された複数の前記メモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置の駆動方法であって、 前記メモリセルの読み出しの際には、前記メモリセルの
うち読み出し対象のメモリセル(選択メモリセル)の属
する副ビット線(選択副ビット線)に接続された主ビッ
ト線(選択主ビット線)に所定の電圧を印加し、 前記ワード線のうち前記選択メモリセルの属するワード
線(選択ワード線)と、前記MISFETのうち前記選
択副ビット線に接続されたMISFET(選択MISF
ET)のゲート電極と、に所定の第1極性の電圧を各々
印加し、 前記選択主ビット線に接続された前記MISFETであ
って前記選択副ビット線以外の副ビット線(非選択副ビ
ット線)に接続されたMISFET(非選択MISFE
T)のゲート電極に、前記第1極性とは逆の第2極性の
電圧を印加することを特徴とする半導体装置の駆動方
法。
4. A plurality of wells, a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on a main surface of the well, a word line extending in a first direction, and a first direction. A sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the sub-bit line; a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line; MISFET connected
A main bit line connected through a (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub bit line is arranged in the well in the second direction. A method for driving a semiconductor device connected to a drain region of the memory cell and a source region of the select MISFET, and wherein the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET. A predetermined voltage is applied to a main bit line (selected main bit line) connected to a sub bit line (selected sub bit line) to which a memory cell to be read (selected memory cell) among the memory cells belongs; The word line (selected word line) to which the selected memory cell belongs among the word lines and the selected sub-bit line of the MISFET ISFET (Select MISF
And a gate electrode of the selected MISFET connected to the selected main bit line and a sub-bit line other than the selected sub-bit line (non-selected sub-bit line). ) Connected to the MISFET (unselected MISFE)
T) A method of driving a semiconductor device, wherein a voltage having a second polarity opposite to the first polarity is applied to the gate electrode.
【請求項5】 請求項1〜4の何れか一項に記載の半導
体装置の駆動方法であって、 前記MISFETのしきい値電圧は、前記ゲート電極お
よびウェルが接地電位であれば前記主ビット線に印加さ
れる所定の前記電圧により前記MISFETがONする
が、前記ゲート電極またはウェルに前記第2極性の電圧
を印加した場合には前記主ビット線に印加される所定の
前記電圧によって前記MISFETがONしない値に調
整されていることを特徴とする半導体装置の駆動方法。
5. The method of driving a semiconductor device according to claim 1, wherein the threshold voltage of the MISFET is such that the main bit is provided when the gate electrode and the well are at ground potential. The MISFET is turned on by the predetermined voltage applied to the line, but when the voltage of the second polarity is applied to the gate electrode or the well, the MISFET is controlled by the predetermined voltage applied to the main bit line. Is adjusted to a value that does not turn on.
【請求項6】 請求項1〜5の何れか一項に記載の半導
体装置の駆動方法であって、 前記メモリセルおよびMISFETはnチャネル型であ
り、前記主ビット線に印加される電圧および前記第1極
性の電圧は正電圧であり、前記第2極性の電圧は負電圧
であることを特徴とする半導体装置の駆動方法。
6. The method for driving a semiconductor device according to claim 1, wherein the memory cell and the MISFET are of an n-channel type, and the voltage applied to the main bit line and the voltage applied to the main bit line are different from each other. The method of driving a semiconductor device, wherein the voltage of the first polarity is a positive voltage, and the voltage of the second polarity is a negative voltage.
【請求項7】 複数のウェルと、前記ウェルの主面にマ
トリックス状に形成された浮遊ゲートMISFET型の
メモリセルと、第1方向に延在して形成されたワード線
と、前記第1方向にほぼ垂直な第2方向に延在して形成
された副ビット線と、前記ウェルの主面に形成され、前
記副ビット線毎に設けられたMISFETと、複数の前
記MISFETと副ビット線で接続されたMISFET
(選択MISFET)を介して接続された主ビット線と
を有し、 前記ワード線は前記メモリセルの制御ゲートとして機能
し、前記副ビット線は前記ウェル内において前記第2方
向に配列された複数の前記メモリセルのドレイン領域と
前記選択MISFETのソース領域に接続され、前記主
ビット線は、前記選択MISFETのドレイン領域に接
続された半導体装置であって、 前記MISFETのしきい値電圧は、前記MISFET
のゲート電極および前記ウェルが接地電位であれば前記
主ビット線に印加される所定の電圧により前記MISF
ETがONするが、前記ゲート電極またはウェルに逆バ
イアス電圧を印加された場合には前記主ビット線に印加
される所定の前記電圧によって前記MISFETがON
しない値であることを特徴とする半導体装置。
7. A plurality of wells, a floating gate MISFET type memory cell formed in a matrix on the main surface of the well, a word line extending in a first direction, and a first direction. A sub-bit line extending in a second direction substantially perpendicular to the sub-bit line; a MISFET formed on the main surface of the well and provided for each sub-bit line; MISFET connected
A main bit line connected through a (select MISFET), the word line functions as a control gate of the memory cell, and the sub bit line is arranged in the well in the second direction. A semiconductor device connected to a drain region of the memory cell and a source region of the select MISFET, and the main bit line is connected to a drain region of the select MISFET; MISFET
If the gate electrode and the well are at the ground potential, the MISF is applied by a predetermined voltage applied to the main bit line.
ET is turned on, but when a reverse bias voltage is applied to the gate electrode or well, the MISFET is turned on by the predetermined voltage applied to the main bit line.
A semiconductor device characterized in that the value is not set.
【請求項8】 請求項7記載の半導体装置であって、 前記副ビット線または主ビット線を絶縁する層間絶縁膜
には、低誘電率の酸化シリコン、樹脂またはSOGが適
用されていることを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein low-permittivity silicon oxide, resin, or SOG is applied to an interlayer insulating film that insulates the sub-bit line or the main bit line. Characteristic semiconductor device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009026458A (en) * 2008-10-20 2009-02-05 Toshiba Corp Semiconductor storage device

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