JP2002118182A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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Abstract
り、ビット毎或いはバイト毎の消去が可能な不揮発性半
導体記憶装置を提供することを目的とする。 【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、第1の方向に
略平行に延展するソース或いはドレインを形成する複数
の埋め込み拡散層と、第1の方向に略垂直な第2の方向
に延展するゲートと、ゲートの略直下に位置する複数の
埋め込み拡散層の間に第2の方向に1つおきに設けられ
る複数の電荷捕獲層と、ゲートの略直下に位置し複数の
電荷捕獲層の間に設けられる素子分離層を含み、電荷捕
獲層に電荷を捕獲することで情報を記憶するメモリセル
トランジスタが第2の方向について分離されていること
を特徴とする。
Description
装置に関し、詳しくは電気的にデータの書き換えが可能
な不揮発性の半導体記憶装置に関する。
気的にデータの書き換えが可能なものとしては、例えば
EEPROMが挙げられる。EEPROMでは、セレク
トゲートを有することでメモリセルアレイ面積が大きく
なる傾向があり、大容量化には適していない。
は、FLASHメモリなどが代表的であるが、例えばN
OR型FLASHメモリでは、1つのトランジスタが1
つのセルを構成する構造であるため、メモリセルアレイ
面積は小さいがデータ消去がセクタ単位又は全ビット一
括型の消去方式であり、データの書き換えが必要のない
メモリセルに対しても、データの書き換えを行う必要が
ある。
メモリ及びNAND型のFLASHメモリには、それぞ
れ以下のような長所・短所がある。
ンは独立しており、NAND型に比較してメモリセル面
積が大きい。
的小さいがNOR型に比較してアクセスタイムが遅い。
・バイト単位でのデータ消去を実行することが出来な
い。
クセス時間が高速であり、ビット毎或いはバイト毎の消
去が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目
的とする。
性半導体記憶装置は、第1の方向に略平行に延展するソ
ース或いはドレインを形成する複数の埋め込み拡散層
と、該第1の方向に略垂直な第2の方向に延展するゲー
トと、該ゲートの略直下に位置する該複数の埋め込み拡
散層の間に該第2の方向に1つおきに設けられる複数の
電荷捕獲層と、該ゲートの略直下に位置し該複数の電荷
捕獲層の間に設けられる素子分離層を含み、該電荷捕獲
層に電荷を捕獲することで情報を記憶するメモリセルト
ランジスタが該第2の方向について分離されていること
を特徴とする。
うメモリセルトランジスタ間を分離することで、同一の
ゲート(ワード線)に接続されるメモリセルトランジス
タが、同一の埋め込み拡散層(ビット線)に接続されな
いように構成してある。従って、データ消去時における
ビット毎のイレーズ動作が可能になる。またこのような
構成にすることによって、データ読み出し時等に、アク
セス対象のメモリセルトランジスタに対してその隣のメ
モリセルトランジスタに、ビット線から電流がリークし
て読み出し動作等が影響を受けることを避けることが出
来る。
るので、NAND型FLASHメモリよりも高速なラン
ダムアクセスが可能である。
記憶装置において、該複数の電荷捕獲層の各々は、1つ
のメモリセルトランジスタに対応し、2ビット分の電荷
を独立に蓄えることを特徴とする。
のデータを格納するために、大容量の不揮発性半導体記
憶装置を実現することが可能となる。
図面を用いて詳細に説明する。
体記憶装置のメモリセル部分の構成を示す平面図であ
る。図1(b)は、図1(a)の線A−A’に沿った断
面を示す断面図である。図1(c)は、図1(a)の線
B−B’に沿った断面を示す断面図である。
る不揮発性半導体記憶装置のメモリセル部分は、埋め込
み拡散層10、ワード線11、電荷捕獲層12、及び素
子分離層13を含む。図1(b)に示されるように、埋
め込み拡散層10上部にはビットラインオキサイド15
が形成される。また基板17に形成される拡散層16の
うちで、電荷捕獲層12に対応する位置の埋め込み拡散
層10間の領域がチャネル18を形成する。これによっ
て、電荷捕獲層12にホットエレクトロンを格納可能な
メモリセルトランジスタが形成される。ワード線11が
メモリセルトランジスタのゲートに対応し、埋め込み拡
散層10がメモリセルトランジスタのソース及びドレイ
ンに対応することになる。
平面上に電荷捕獲層12と素子分離層13とを交互に配
置することで、即ち図1(a)において線A−A’の横
方向に電荷捕獲層12と素子分離層13とを交互に配置
することによって、メモリセルトランジスタ間を素子分
離層13によって分離している。なおこの素子分離層1
3は、LOCOS等で形成される。
キサイド・ナイトライド・オキサイド)を用いること
で、1つのメモリセルトランジスタに2ビットの情報を
格納することが可能になる。
つの埋め込み拡散層10のうち、一方をドレインとして
高電圧(例えば6V)を印加して、他方をソースとして
基準電位(例えば電源グランドVSS)に接続する。更
にこのメモリセルトランジスタに対応するワード線11
に高電圧(例えば10V)を印加すると、ドレイン側
(高電圧が印加されている側)の埋め込み拡散層10の
付近にホットエレクトロンが発生し、電荷(電子)が電
荷捕獲層12に注入される。この際、電荷捕獲層12内
で電荷(電子)が蓄えられる位置は、ドレインとして高
電圧が印加されている埋め込み拡散層10に近い側であ
る。
として基準電位に接続し、上記のソース側を今回はドレ
イン側として高電圧を印加することで、電荷捕獲層12
の逆側の位置に電荷(電子)を格納することが出来る。
このようにして、電荷捕獲層12の両端にそれぞれ電荷
(電子)を注入することで、1つのメモリセルトランジ
スタに対して2ビットを格納することが可能になる。
場合には、書込み時にドレイン側であった埋め込み拡散
層10を基準電位とし、書込み時にソース側であった埋
め込み拡散層10に読み出し電圧(例えば1.5V)を印
加する。また更に、ワード線11に対して読み出しゲー
ト電圧を印加する。このようにして、読み出し動作が実
行される。
には、書込み時にドレイン側であった埋め込み拡散層1
0に高電圧(例えば6V)を印加すると共に、書込み時
にソース側であった埋め込み拡散層10をフローティン
グ状態とする。この状態で、ワード線11に負の高電圧
(例えば−9V)を印加することで、高電圧(例えば6
V)と負の高電圧(例えば−9V)との電位差によるト
ンネル現象により、電荷捕獲層12に捕獲されている電
荷(電子)を、高電圧(例えば6V)側に抜き取ること
が出来る。これによって、消去動作が実行される。
路を示す回路図である。
ジスタが、メモリセルトランジスタ21として配列され
ている。ここでメモリセルトランジスタ21間のスペー
ス22が、図1を参照して説明した素子分離層13に対
応する。メモリセルトランジスタ21のゲートには、ワ
ード線11が接続される。また埋め込み拡散層10及び
ビットラインオキサイド15に対応するビット線20
が、メモリセルトランジスタ21のソース及びドレイン
に接続される。
ジスタ21間が素子分離層13に対応するスペース22
で分離されているために、ビット毎のデータ消去が可能
な構成となっている。図1を参照して説明したように、
データ消去即ち電荷捕獲層12に蓄えられた電荷(電
子)を抜き取るためには、書込み時にドレイン側であっ
たビット線20に高電圧(例えば6V)を印加すると共
に、書込み時にソース側であったビット線20をフロー
ティング状態とする。この状態で、ワード線11に負の
高電圧(例えば−9V)を印加することで、電荷(電
子)を抜き取ってデータ消去することが出来る。
を設けずに、素子分離層13の位置にもメモリセルトラ
ンジスタを設けたとする。このようにすると、図2の回
路において、スペース22の位置にもメモリセルトラン
ジスタ21が設けられて、縦横に間隙なくメモリセルト
ランジスタ21が並べられることになる。
蓄えられた電荷(電子)を抜き取るために、選択された
一本のビット線20に高電圧(例えば6V)を印加し
て、選択された一本のワード線11に負の高電圧(例え
ば−9V)を印加すると、消去対象のメモリセルトラン
ジスタ21だけでなく、その隣のメモリセルトランジス
タ21も影響を受けてしまう。即ち、高電圧が印加され
たビット線20には、消去対象のメモリセルトランジス
タ21が接続されているだけでなく、その隣のスペース
22に設けられたメモリセルトランジスタ21も接続さ
れている。これらの2つのメモリセルトランジスタ21
は同一のワード線11を共有しているので、このワード
線11に負の高電圧を印加すると、両方のメモリセルト
ランジスタ21に対してデータ消去動作が実行されてし
まう。
図2に示されるように、素子分離層13を設けて隣り合
うメモリセルトランジスタ21間を分離することで、同
一のワード線11に接続されるメモリセルトランジスタ
21が、同一のビット線20に接続されないように構成
してある。従って、データ消去時におけるビット毎のイ
レーズ動作が可能になる。またこのような構成にするこ
とによって、データ読み出し時等に、アクセス対象のメ
モリセルトランジスタに対してその隣のメモリセルトラ
ンジスタに、ビット線20から電流がリークして読み出
し動作等が影響を受けることを避けることが出来る。
ビット線として用いる不揮発性半導体記憶装置において
は、データ高速読み出しのためにバーチャルグラウンド
方式を用いる必要があるが、本発明ではこれを用いなく
とも高速読み出しが可能であり、チップ面積を縮小する
ことが出来る。
装置の構成を示す図である。
セル配列24、Xデコーダ25、ビットライン選択ユニ
ット26、センスアンプ27、Yデコーダ28、ビット
ライン選択ゲートユニット40、データ選択ユニット4
1、及び電圧印加ユニット42を含む。ビットライン選
択ゲートユニット40は、トランジスタ30−1、30
−2、30−3、30−4、・・・を含む。またデータ
選択ユニット41は、トランジスタ31−1、31−
2、31−3、31−4、・・・及びY選択ユニット3
2を含む。
モリセル配列と同一のものであるが、説明の都合上それ
ぞれの同一要素を区別するために、各参照番号に“−
n”を付してある。
るアドレス信号は、Xデコーダ25及びYデコーダ28
に供給される。Xデコーダ25は、供給されたアドレス
に従って、ワード線11−1、11−2、11−3、1
1−4、・・・の何れかを選択して活性化する。Yデコ
ーダ28は、供給されたアドレスをデコードして、デコ
ードYアドレスを、ビットライン選択ユニット26及び
Y選択ユニット32に供給する。
選択ユニット26は、供給されたデコードYアドレスに
従って、ビットライン選択ゲートユニット40のトラン
ジスタ30−1、30−2、30−3、30−4、・・
・のうちの2本を選択して導通状態とする。またY選択
ユニット32は、供給されたデコードYアドレスに従っ
て、トランジスタ31−1、31−2、31−3、31
−4、・・・のうちの1つ(トランジスタ31−xとす
る)を選択して導通状態とする。センスアンプ27は、
メモリセルトランジスタからのデータ読み出しのため
に、ビット線20の電流をセンスしてデータを検出す
る。
ム動作、電荷(電子)を抜くイレーズ動作、及びデータ
を読み出すデータ読み出し動作について詳細に説明す
る。
20−1及び20−2を選択することで、メモリセルト
ランジスタ21−1をプログラムする場合を例に取る。
スタ31−1及び31−2を導通させる。これによりビ
ット線20−1及び20−2がデータ線D1及びD2に
接続される。このとき、電圧印加ユニット42は、デー
タ線D1に例えば6Vの電圧を印加する。またY選択ユ
ニット32は、トランジスタ31−2を導通させて、デ
ータ線D2をグランド電圧VSSに接続する。またXデ
コーダ25は、ワード線11−1を選択して例えば10
Vの高電圧を印加する。これによってビット線20−1
からビット線20−2に対して過電流が流れ、ビット線
20−1の埋め込み拡散層10付近にホットエレクトロ
ンが発生する。この発生した電荷(電子)が、メモリセ
ルトランジスタ21−1中のビット線20−1近傍の電
荷捕獲層12に蓄えられて、プログラム状態となる。
2ビット目をプログラムしたい場合には、電圧印加ユニ
ット42は、データ線D2に例えば6Vの電圧を印加す
る。またY選択ユニット32は、トランジスタ31−1
を導通させて、データ線D1をグランド電圧VSSに接
続する。またXデコーダ25は、ワード線11−1を選
択して例えば10Vの高電圧を印加する。これによって
ビット線20−2からビット線20−1に対して過電流
が流れ、ビット線20−2の埋め込み拡散層10付近に
ホットエレクトロンが発生する。この発生した電荷(電
子)が、メモリセルトランジスタ21−1中のビット線
20−2近傍の電荷捕獲層12に蓄えられて、プログラ
ム状態となる。
20−1及び20−2を選択することで、メモリセルト
ランジスタ21−1をイレーズする場合を例に取る。
スタ31−1及び31−2を導通させる。これによりビ
ット線20−1及び20−2がデータ線D1及びD2に
接続される。このとき、電圧印加ユニット42は、デー
タ線D1に例えば6Vの電圧を印加すると共に、データ
線D2をフローティング状態とする。またXデコーダ2
5は、ワード線11−1を選択して例えば−8Vの負の
高電圧を印加する。なおY選択ユニット32は、データ
選択ユニット41内の全てのトランジスタ31−1、3
1−2、・・・を非導通状態としておく。
−1からビット線20−1に対してトンネル現象或いは
ホットホールが誘起され。この結果、メモリセルトラン
ジスタ21−1中のビット線20−1近傍の電荷捕獲層
12に蓄えられていた電荷(電子)が、ビット線20−
1に引き抜かれ或いは中和される。これによりビット消
去動作が行われる。
いたい場合には、全てのデータ線D1、D2、D3、D
4、・・・に対して例えば6Vを印加して、ビットライ
ン選択ゲートユニット40の全てのトランジスタ30−
1、30−2、30−3、30−4、・・・を導通す
る。またデータ選択ユニット41内の全てのトランジス
タ31−1、31−2、・・・を、非導通状態としてお
く。これによって、ワード線11−1で選択された全て
のメモリセルトランジスタ21において、電荷捕獲層1
2に存在する電荷が、ビット線20−1、20−2、・
・・に引き抜かれる。このようにして、例えばワード線
のブロック単位でのデータ消去が可能になる。
する。
20−1及び20−2を選択することで、メモリセルト
ランジスタ21−1からデータを読み出す場合を例に取
る。
スタ31−1及び31−2を導通させる。これによりビ
ット線20−1及び20−2がデータ線D1及びD2に
接続される。Y選択ユニット32は、NOR型の読み出
しを行うために、トランジスタ31−2を導通させて、
データ線D2をグランド電圧VSSに接続する。また電
圧印加ユニット42は、データ線D1に読み出し電圧と
して例えば1.5Vの電圧を印加する。これはビット線2
0−1をドレインとしてビット線20−2をソースとし
てデータ読み出しを実行することであり、読み出される
データは、ビット線20−1をソースとしビット線20
−2をドレインとしてプログラムした場合に対応する。
−1を選択して例えば5Vの電圧を印加する。
“0”及び“1”の場合のデータ読み出しは、それぞれ
以下のようになる。
近の電荷捕獲層12に電荷(電子)が蓄えられている場
合、この電荷(電子)がチャネルの発生を抑制すること
で、メモリセルトランジスタ21−1はオン状態にはな
らない。従って、メモリセルトランジスタ21−1に電
流は流れずに、この状態をデータ“0”としてセンスア
ンプ27が判定する。
電荷(電子)が存在しない場合、メモリセルトランジス
タ21−1はオン状態となる。従って、メモリセルトラ
ンジスタ21−1に電流が流れ、この状態をデータ
“1”としてセンスアンプ27が判定する。
ット目を読み出したい場合には、ビットライン選択ユニ
ット26がトランジスタ31−1及び31−2を導通さ
せて、ビット線20−1及び20−2をデータ線D1及
びD2に接続する。Y選択ユニット32は、NOR型の
読み出しを行うために、トランジスタ31−1を導通さ
せて、データ線D1をグランド電圧VSSに接続する。
また電圧印加ユニット42は、データ線D2に読み出し
電圧として例えば1.5Vの電圧を印加する。これはビッ
ト線20−2をドレインとしてビット線20−1をソー
スとしてデータ読み出しを実行することであり、読み出
されるデータは、ビット線20−2をソースとしビット
線20−1をドレインとしてプログラムした場合に対応
する。
−1を選択して例えば5Vの電圧を印加する。
“0”及び“1”の場合のデータ読み出しは、それぞれ
以下のようになる。
近の電荷捕獲層12に電荷(電子)が蓄えられている場
合、この電荷(電子)がチャネルの発生を抑制すること
で、メモリセルトランジスタ21−1はオン状態にはな
らない。従って、メモリセルトランジスタ21−1に電
流は流れずに、この状態をデータ“0”としてセンスア
ンプ27が判定する。
電荷(電子)が存在しない場合、メモリセルトランジス
タ21−1はオン状態となる。従って、メモリセルトラ
ンジスタ21−1に電流が流れ、この状態をデータ
“1”としてセンスアンプ27が判定する。
選択ユニット32における選択動作、センスアンプ27
における判定動作、電圧印加ユニット42における電圧
印加動作を実現するための回路構成は、当業者の通常の
技術範囲内であり、詳細な説明を省略する。
2をONOによって実現したものとして説明したが、通
常のポリシリコンによるフローティングゲートとして実
現してもよい。但しこの場合には、2ビットの格納を可
能にするために、トランジスタのソース側及びドレイン
側にそれぞれ別個の電荷捕獲層を設ける必要がある。
それ程重要でない場合やチップ面積に余裕がある場合で
あれば、1つのセルに2ビット格納することは必ずしも
必要ではなく、1つのセルに1ビットだけ格納する動作
を実行するようにしてもよい。このような構成にして
も、素子分離層を設けてトランジスタを分離したことに
よって、ビット毎の消去が可能になりまたリーク電流を
回避できるという効果を得ることが出来る。
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能であ
る。
うメモリセルトランジスタ間を分離することで、同一の
ワード線に接続されるメモリセルトランジスタが、同一
のビット線に接続されないように構成してある。従っ
て、データ消去時におけるビット毎のイレーズ動作が可
能になる。またこのような構成にすることによって、デ
ータ読み出し時等に、ビット線から電流がリークして読
み出し動作等が影響を受けることを避けることが出来
る。
るので、NAND型FLASHメモリよりも高速なラン
ダムアクセスが可能である。
するために、大容量の不揮発性半導体記憶装置を実現す
ることが可能となる。
置のメモリセル部分の構成を示す平面図であり、(b)
は、(a)の線A−A’に沿った断面を示す断面図であ
り、(c)は、(a)の線B−B’に沿った断面を示す
断面図である。
図である。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】第1の方向に略平行に延展するソース或い
はドレインを形成する複数の埋め込み拡散層と、 該第1の方向に略垂直な第2の方向に延展するゲート
と、 該ゲートの略直下に位置する該複数の埋め込み拡散層の
間に該第2の方向に1つおきに設けられる複数の電荷捕
獲層と、 該ゲートの略直下に位置し該複数の電荷捕獲層の間に設
けられる素子分離層を含み、該電荷捕獲層に電荷を捕獲
することで情報を記憶するメモリセルトランジスタが該
第2の方向について分離されていることを特徴とする不
揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】該複数の電荷捕獲層の各々は、1つのメモ
リセルトランジスタに対応し、2ビット分の電荷を独立
に蓄えることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導
体記憶装置。 - 【請求項3】該埋め込み拡散層の1つを選択して正の電
圧を印加する電圧印加手段と、 該ゲートの一つを選択して負の電圧を印加するデコーダ
手段を更に含み、上記動作により選択された1つのメモ
リセルトランジスタに対して消去動作を行うことを特徴
とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項4】該電圧印加手段は埋め込み拡散層の2つ以
上を選択して正の電圧を印加することが可能でありかつ
該デコーダ手段は該ゲートの2つ以上を選択して負の電
圧を印加することが可能であり、該選択動作により選択
された複数のメモリセルトランジスタに対して消去動作
を行うことを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項5】該電圧印加手段は埋め込み拡散層の2つ以
上を選択して正の電圧を印加することが可能であり、該
選択動作により選択された複数のメモリセルトランジス
タに対してワード線単位の消去動作を行うことを特徴と
する請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000306720A JP4883832B2 (ja) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7408820B2 (en) | 2005-12-22 | 2008-08-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonvolatile semiconductor memory with virtual ground array |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0836890A (ja) * | 1994-07-25 | 1996-02-06 | Sony Corp | 半導体不揮発性記憶装置 |
JP2000030471A (ja) * | 1998-07-14 | 2000-01-28 | Toshiba Microelectronics Corp | 不揮発性半導体メモリ |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000306720A patent/JP4883832B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0836890A (ja) * | 1994-07-25 | 1996-02-06 | Sony Corp | 半導体不揮発性記憶装置 |
JP2000030471A (ja) * | 1998-07-14 | 2000-01-28 | Toshiba Microelectronics Corp | 不揮発性半導体メモリ |
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---|---|---|---|---|
US7408820B2 (en) | 2005-12-22 | 2008-08-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonvolatile semiconductor memory with virtual ground array |
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