JP2002246562A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2002246562A
JP2002246562A JP2001038356A JP2001038356A JP2002246562A JP 2002246562 A JP2002246562 A JP 2002246562A JP 2001038356 A JP2001038356 A JP 2001038356A JP 2001038356 A JP2001038356 A JP 2001038356A JP 2002246562 A JP2002246562 A JP 2002246562A
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cell array
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JP2001038356A
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Akira Umezawa
明 梅沢
Toru Tanzawa
徹 丹沢
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 通常メモリセルアレイのデータ線のカップリ
ングを抑制し、通常メモリセルアレイのデータ線を冗長
メモリセルアレイ上に形成する。 【解決手段】 冗長メモリセルアレイのサブビット線S
B上に静電遮蔽線SLを形成し、通常メモリセルアレイ
に接続されるデータ線DLを静電遮蔽線SL上に形成す
る。静電遮蔽線SLはメモリアレイの配線に用いる金属
層で形成する。又、メモリセルアレイは2重ビット線及
び2重ワード線構造を有し、冗長メモリセルアレイは1
重ビット線及び1重ワード線構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体記憶装置に関
し、特に、冗長メモリセルアレイを有するフラッシュメ
モリに適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来のフラッシュメモリ(電気的書き換
え可能な一括消去型不揮発性メモリ)では、通常メモリ
セルアレイ内に偶発的に生じた不良ビットを救済し、製
造歩留まりを改善するために、通常メモリセルアレイと
構造および形状が全く同一の冗長メモリセルアレイを設
けたものがある。
【0003】ここで、冗長メモリセルアレイは、不良と
すべきかどうかを判定する判定回路が介在するため、通
常メモリセルアレイに比べて読み出し時の遅延が大き
い。このため、冗長メモリセルアレイをセンスアンプの
近くに配置することにより、この遅延を補うことが行わ
れている。
【0004】さらに、従来のフラッシュメモリでは、読
み出し時の高速化を図ったり、データ書き換え時のディ
スターブを防止したりするために、2重ビット線および
2重ワード線構造を採用したものがある。
【0005】図16は、従来の2重ビット線および2重
ワード線構造を有する半導体記憶装置における冗長メモ
リセルアレイおよび通常メモリセルアレイの概略構成を
示す断面図である。図16において、P型基板SB上に
は、トンネル酸化膜を介してフローティングゲートFG
が形成され、フローティングゲートFG上にはサブワー
ド線SWが形成されている。さらに、サブワード線SW
上には、サブワード線SWと直交するサブビット線SB
が形成され、サブビット線SB上にはメインワード線M
Wが形成されている。さらに、メインワード線MW上に
はメインワード線MWと直交するメインビット線MBが
形成されている。
【0006】ここで、フローティングゲートFG、サブ
ワード線SW、サブビット線SB、メインビット線MB
およびメインワード線MWは、絶縁層IM1、IM2で
互いに絶縁されている。
【0007】また、サブワード線SWは多結晶シリコン
層で形成され、サブビット線SBは第1金属配線層で形
成され、メインビット線MBは第2金属配線層で形成さ
れ、メインワード線MWは第3金属配線層で形成されて
いる。
【0008】ここで、冗長メモリセルアレイはセンスア
ンプの近くに配置されているため、通常メモリセルアレ
イからのデータ線が冗長メモリセルアレイの近くを通る
場合が発生する。
【0009】この場合、通常メモリセルアレイからのデ
ータ線を冗長メモリセルアレイ上に第3金属配線層を用
いて形成すると、通常メモリセルアレイからのデータ線
の配線領域を削減することができ、チップ面積を減らす
ことができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常メ
モリセルアレイからのデータ線を冗長メモリセルアレイ
上に第3金属配線層を用いて形成すると、通常メモリセ
ルアレイのデータ線が冗長メモリセルアレイのメインワ
ード線MWやサブビット線SBとカップリングし、通常
メモリセルアレイからの読み出しが困難になる場合があ
った。
【0011】すなわち、読み出し時の電圧は、基準電圧
とデータ線との電圧差で決まり、この電圧差は通常10
mV程度と微小なため、データ線が他の配線からカップ
リングノイズを拾うと、読み出しができなくなるという
問題があった。
【0012】そこで、本発明の目的は、通常メモリセル
アレイのデータ線のカップリングを抑制しつつ、通常メ
モリセルアレイのデータ線を冗長メモリセルアレイ上に
形成できる半導体記憶装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の半導体記憶装置は、通常メモリセルア
レイと、前記通常メモリセルアレイ内の不良ビットを救
済するために配置された冗長メモリセルアレイと、前記
冗長メモリセルアレイ上の配線と前記通常メモリセルア
レイに接続されるデータ線とを静電遮蔽する静電遮蔽金
属層とを備えることを特徴とする。
【0014】また、前記静電遮蔽金属層は、前記通常メ
モリセルアレイの配線に用いられる金属層から形成され
ることを特徴とする。
【0015】また、前記通常メモリセルアレイは2重ビ
ット線および2重ワード線構造を有し、前記冗長メモリ
セルアレイは1重ビット線および1重ワード線構造を有
していることを特徴とする。
【0016】また、前記通常メモリセルアレイのサブワ
ード線は多結晶シリコン層で形成され、前記通常メモリ
セルアレイのサブビット線は第1金属層で形成され、前
記通常メモリセルアレイのメインワード線は第2金属層
で形成され、前記通常メモリセルアレイのメインビット
線は第3金属層で形成され、前記冗長メモリセルアレイ
のワード線は前記多結晶シリコン層で形成され、前記冗
長メモリセルアレイのビット線は前記第1金属層で形成
され、前記冗長メモリセルアレイ上の静電遮蔽金属層は
前記第2金属層で形成され、前記冗長メモリセルアレイ
上を通過するデータ線は前記第3金属層で形成されてい
ることを特徴とする。
【0017】また、通常メモリセルアレイと、前記通常
メモリセルアレイ内の不良ビットを救済するために配置
された冗長メモリセルアレイと、前記冗長メモリセルア
レイの配線と2層以上隔てて前記冗長メモリセルアレイ
上を通過する前記通常メモリセルアレイからのデータ線
とを備えることを特徴とする。
【0018】また、前記通常メモリセルアレイのサブワ
ード線は多結晶シリコン層で形成され、前記通常メモリ
セルアレイのサブビット線は第1金属層で形成され、前
記通常メモリセルアレイのメインワード線は第2金属層
で形成され、前記通常メモリセルアレイのメインビット
線は第3金属層で形成され、前記冗長メモリセルアレイ
のワード線は前記多結晶シリコン層で形成され、前記冗
長メモリセルアレイのビット線は前記第1金属層で形成
され、前記冗長メモリセルアレイ上を通過するデータ線
は前記第3金属層で形成されていることを特徴とする。
【0019】また、前記冗長メモリセルアレイのビット
線およびワード線は、前記通常メモリセルアレイのビッ
ト線およびワード線と独立していることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係わる
半導体記憶装置について図面を参照しながら説明する。
【0021】図1は、本発明の第1実施形態に係わる半
導体記憶装置の冗長メモリセルアレイの概略構成を示す
断面図である。図1において、P型基板SB上には、ト
ンネル酸化膜を介してフローティングゲートFGが形成
され、フローティングゲートFG上にはサブワード線S
Wが形成されている。さらに、サブワード線SW上に
は、サブワード線SWと直交するサブビット線SBが形
成され、サブビット線SB上には静電遮蔽線SLが形成
されている。さらに、静電遮蔽線SL上にはデータ線D
Lが形成され、この静電遮蔽線SLは接地されている。
【0022】ここで、フローティングゲートFG、サブ
ワード線SW、サブビット線SB、静電遮蔽線SLおよ
びデータ線DLは、絶縁層IM1、IM2で互いに絶縁
されている。
【0023】また、サブワード線SWは多結晶シリコン
層で形成され、サブビット線SBは第1金属配線層で形
成され、静電遮蔽線SLは第2金属配線層で形成され、
データ線DLは第3金属配線層で形成されている。
【0024】また、通常メモリセルアレイは図16と同
様の構成を有し、冗長メモリセルアレイ上に形成された
データ線DLは、通常メモリセルアレイのメインビット
線MBと電気的に接続される。
【0025】なお、静電遮蔽線SLは、その上に形成さ
れたデータ線DLに対応して設けてもよく、さらに、そ
の下に形成されたサブビット線SBやサブワード線SW
に対応して設けてもよい。また、冗長メモリセルアレイ
上全体に設けるようにしてもよい。
【0026】このように、2重ビット線および2重ワー
ド線構造を採用した半導体記憶装置において、通常メモ
リセルアレイを2重ビット線および2重ワード線構造と
しつつ、冗長メモリセルアレイを1重ビット線および1
重ワード線構造とし、通常メモリセルアレイのメインワ
ード線に用いられる第2金属配線層で静電遮蔽線SLを
形成することにより、第2金属配線層のパターニングの
変更を行うだけで、冗長メモリセルアレイの静電遮蔽を
行うことが可能となる。
【0027】このため、データ線DLが冗長メモリセル
アレイ上に形成された場合においても、データ線DLが
カップリングノイズを拾うことを防止でき、通常メモリ
セルアレイの読み出しを正常に行うことができる。
【0028】以下、本発明の実施形態に係わる半導体記
憶装置につき、2バンク構成のNOR型フラッシュメモ
リを例にとってより詳細に説明する。
【0029】図2(a)は、本発明の第1実施形態に係
わる半導体記憶装置の概略構成を示す平面図である。図
2(a)において、バンクBA1には、消去単位64K
バイトの通常メモリセルアレイNCが8×2個配置さ
れ、8Mビットの容量を構成するとともに、バンクBA
2には、消去単位64Kバイトの通常メモリセルアレイ
NCが8×8個配置され、24Mビットの容量を構成し
ている。
【0030】また、バンクBA1、BA2には、メイン
ビット線MBを選択するメインビット線セレクタMSが
設けられるとともに、メインワード線MWを選択するメ
イン行デコーダMDが設けられている。ここで、メイン
ワード線MWおよびメインビット線MBは各バンクBA
1、BA2ごとに電気的に独立しており、一方のバンク
BA1、BA2の書き込み中に、他方のバンクBA1、
BA2からの読み出しができる。
【0031】さらに、センスアンプSAの近傍には、6
4Kバイトの冗長メモリセルアレイRDが配置されると
ともに、通常メモリセルアレイNCのメインビット線M
Bはデータ線DLを介しセンスアンプSAに接続され
る。
【0032】図2(b)は、本発明の第1実施形態に係
わるメモリセルアレイの概略構成を示す平面図である。
図2(b)において、通常メモリセルアレイNCおよび
冗長メモリセルアレイRDには、1024行×512列
64Kバイトコアを有するメモリセルアレイCAが設け
られ、各メモリセルアレイCAには、サブワード線SW
を選択するサブ行デコーダSDおよびサブビット線SB
を選択するローカルビット線セレクタLSが設けられて
いる。
【0033】ここで、センスアンプSAに接続されるデ
ータ線DLは、冗長メモリセルアレイRD上に形成され
ている。これにより、冗長メモリセルアレイRD以外の
領域に配線領域を設けた場合に比べて、データ線DLの
配線領域を削減することができ、チップ面積を削減する
ことができる。
【0034】また、冗長メモリセルアレイRDのサブビ
ット線SBと、通常メモリセルアレイNCに接続される
データ線DLとの間には、静電遮蔽線SLが形成されて
いる。これにより、通常メモリセルアレイNCに接続さ
れるデータ線DLを冗長メモリセルアレイRD上に形成
した場合においても、データ線DLが冗長メモリセルア
レイRDのサブワード線SWやサブビット線SBからの
カップリングノイズを拾うことを抑制することが可能と
なり、通常メモリセルアレイNCからの読み出し動作を
正常に行うことができる。
【0035】図3は、本発明の第1実施形態に係わる半
導体記憶装置の冗長メモリセルアレイを用いた動作を示
す平面図である。図3において、バンクBA2の通常メ
モリセルアレイNCのうち、通常メモリセルアレイNG
が不良であるものとする。ここで、チップ内部に設けら
れた判定回路は、外部から指定されたアドレスが、この
不良の通常メモリセルアレイNGを選択する場合、この
不良の通常メモリセルアレイNGの代わりに、冗長メモ
リセルアレイRDを選択する。
【0036】ここで、冗長メモリセルアレイRD上には
静電遮蔽線SLが設けられ、通常メモリセルアレイNC
からのデータ線DLが冗長メモリセルアレイRDを通過
する場合においても、冗長メモリセルアレイRDからの
読み出し動作を正常に行うことが可能となる。このた
め、データ線DLの配線領域の増加を抑制しつつ、不良
の通常メモリセルアレイNGを救済することが可能とな
る。
【0037】図4は、本発明の第1実施形態に係わる半
導体記憶装置の冗長メモリセルアレイを用いた書き込み
中読み出し動作(Read While Write機
能)を示す平面図である。
【0038】図4において、冗長メモリセルアレイRD
のサブワード線SWおよびサブビット線SBは、バンク
BA1、BA2のメインワード線MWおよびメインビッ
ト線MBと電気的に独立しており、冗長メモリセルアレ
イRDの読み出しまたは書き込み中に、通常メモリセル
アレイNCの書き込みまたは読み出しを行うことができ
る。
【0039】ここで、バンクBA1の通常メモリセルア
レイURの書き込み動作中に、バンクBA2の通常メモ
リセルアレイNGからの読み出しを行い、バンクBA2
の通常メモリセルアレイNGが不良のため、この通常メ
モリセルアレイNGの代わりに冗長メモリセルアレイR
Dが用いられるものとする。
【0040】この場合、冗長メモリセルアレイRDから
のサブビット線SBには、5V程度の書き込み電圧が印
加されて、冗長メモリセルアレイRDに書き込みが行わ
れると同時に、データ線DLには1V程度の読み出し電
圧が印加され、10mV程度の微小電圧差をセンスアン
プSAで検出することにより、通常メモリセルアレイU
Rからの読み出しが行われる。
【0041】ここで、冗長メモリセルアレイRDからの
サブビット線SBと、通常メモリセルアレイURに接続
されるデータ線DLとの間には、静電遮蔽線SLが設け
られ、データ線DLが冗長メモリセルアレイRDのサブ
ビット線SBからのカップリングノイズを拾うことを抑
制することが可能となる。
【0042】このため、検出電圧(10mV程度)に比
べて大きな電位差(4V程度)が、これらのデータ線D
Lとサブビット線SBとの間に同時に発生する場合にお
いても、通常メモリセルアレイURからの読み出しを正
常に行うことが可能となり、Read While W
rite機能を有する場合においても、冗長メモリセル
アレイRD上にデータ線DLを形成することが可能とな
る。
【0043】以下、本発明の実施形態に係わる半導体記
憶装置の動作について、より具体的に説明する。
【0044】図5は、図2(a)のメイン行デコーダM
Dの概略構成を示すブロック図である。図5において、
メイン行デコーダMDには、アンド回路AN、ハイレベ
ルシフタHS、ローレベルシフタLS、バッファBFお
よびインバータIVが設けられている。
【0045】アンド回路ANには、アドレスデコード信
号GAi(i=0−15)、GBi(i=0−7)が入
力されるとともに、GIDISB信号が入力される。ま
た、ハイレベルシフタHS、ローレベルシフタLS、バ
ッファBFおよびインバータIVは、アンド回路ANか
ら出力される電圧値Vcc/0をVSW/VBBに変換
し、メインワード線MWに出力する。ここで、メインワ
ード線MWは、CMOSトランスファーゲートを用いた
選択動作に対応するために、Mi線(i=0−127)
およびMWi線(i=0−127)から構成されてい
る。
【0046】図6は、図2(a)のメイン行デコーダM
Dの動作電圧値を示す図である。図6において、読み出
し時では、GAi=GBi=GIDISB=Vccとな
り、VSW=4.75V、VBB=0Vに変換された
後、Mi線に4.75Vが出力され、MWi線に0Vが
出力される。
【0047】書き込み時では、GAi=GBi=GID
ISB=Vccとなり、VSW=9V、VBB=0Vに
変換された後、Mi線に9Vが出力され、MWi線に0
Vが出力される。
【0048】消去時には、GIDISB=0Vとなり、
VSW=2.5V、VBB=−7.5Vに変換された
後、Mi線に−7.5Vが出力され、MWi線に2.5
Vが出力される。
【0049】図7は、図2(b)のサブ行デコーダSD
の概略構成を示す回路図である。図7において、メイン
行デコーダMDからの各メインワード線MWは、通常メ
モリセルアレイNC上を行方向に走り、このメインワー
ド線MWは、行方向に配置された通常メモリセルアレイ
NCの各サブ行デコーダSDに接続されている。また、
各サブ行デコーダSDには、サブワード線SWを選択す
るBLFK信号が入力れる。
【0050】サブ行デコーダSDには、読み出し電圧と
書き込み電圧をメモリセルMC0−7に供給するCMO
Sトランスファーゲートおよび消去電圧をメモリセルM
C0−7に供給するトランスファーゲートTGが設けら
れている。
【0051】ここで、このCMOSトランスファーゲー
トはNMOSトランジスタNMおよびPMOSトランジ
スタPMを備え、NMOSトランジスタNMのゲートに
は、メインワード線MWのMi線が接続されるととも
に、PMOSトランジスタPMのゲートには、メインワ
ード線MWのMWi線が接続されている。また、NMO
SトランジスタNMおよびPMOSトランジスタPMの
ドレインには、BLFK線が接続され、NMOSトラン
ジスタNMおよびPMOSトランジスタPMのソースに
は、サーブワード線SWが接続されている。
【0052】トランスファーゲートTGはNMOSトラ
ンジスタを備え、トランスファーゲートTGのゲートに
は、メインワード線MWのMWi線が接続され、トラン
スファーゲートTGのドレインには、VBBBi線が接
続され、トランスファーゲートTGのソースには、サブ
ワード線SWが接続されている。
【0053】ここで、メインワード線MWのMi、MW
i信号によって、通常メモリセルアレイNCの1024
本のサーブワード線SWのうち、例えば、8本をデコー
ドすることができ、さらに、BLFK信号によって、こ
の8本のサーブワード線SWのうち1本を選択すること
ができる。
【0054】図8は、図2(b)のサブ行デコーダSD
の動作電圧値を示す図である。図8において、メモリセ
ルMC0からの読み出し時には、図5のメイン行デコー
ダMDで生成されたMi=4.75Vがメインワード線
MWのM〈0〉線に供給されるとともに、MWi=0V
がメインワード線MWのMW〈0〉線に供給され、さら
に、BLKF〈0〉線には4.75Vが供給され、VB
BBi線には0Vが供給される。
【0055】このため、CMOSトランスファーゲート
がオンし、BLKF〈0〉=4.75VがメモリセルM
C0のサブワード線SWに供給される。この結果、メモ
リセルMC0のゲート電圧=4.75Vとなり、メモリ
セルMC0の選択が行われる。
【0056】一方、BLKF〈0〉=4.75Vが供給
されるメモリセルうち、M〈0〉線およびMW〈0〉線
に接続されていないメモリセルは、CMOSトランスフ
ァーゲートがオフとなるため、BLKF〈0〉=4.7
5Vが、それらのメモリセルのサブワード線SWにかか
らない。この結果、これらのメモリセルのゲート電圧=
0Vとなり、非選択(1)となる。
【0057】また、M〈0〉線およびMW〈0〉線に共
通に接続されているメモリセルのうち、BLKF=0V
のメモリセルは、CMOSトランスファーゲートがオン
となっても、BLKF=0Vが、それらのメモリセルの
サブワード線SWにかかる。この結果、これらのメモリ
セルのゲート電圧=0Vとなり、非選択(2)となる。
【0058】メモリセルMC0への書き込み時は、図5
のメイン行デコーダMDで生成されたMi=9Vがメイ
ンワード線MWのM〈0〉線に供給される以外は、読み
出し時と同様である。
【0059】メモリセルMC0の消去時は、消去はブロ
ック単位で行われるため、CMOSトランスファーゲー
トは全てオフとされ、トランスファーゲートTGを用い
てブロックの選択が行われる。すなわち、図5のメイン
行デコーダMDで生成されたMi=−7.5Vがメイン
ワード線MWのM〈0〉線に供給されるとともに、MW
i=2.5Vがメインワード線MWのMW〈0〉線に供
給され、さらに、BLKF〈0〉線には0Vが供給さ
れ、消去ブロックのVBBBi線には−7.5Vが供給
され、非消去ブロックのVBBBi線には0Vが供給さ
れる。
【0060】このため、CMOSトランスファーゲート
がオフするとともに、トランスファーゲートTGがオン
し、VBBBi=−7.5Vが消去ブロックのサブワー
ド線SWに供給されるとともに、VBBBi=0Vが非
消去ブロックのサブワード線SWに供給される。この結
果、消去ブロックのゲート電圧=−7.5Vとなり、消
去ブロックの選択が行われる。
【0061】図9は、図2(b)のサブ行デコーダSD
およびメモリセルMCの概略構成を示す断面図である。
図9において、メモリセルMC領域では、NウェルNW
1がP型基板SB内に形成され、NウェルNW1内には
PウェルPW1が形成され、PウェルPW1内には、N
+拡散層N1、N2が形成されている。ここで、Nウェ
ルNW1は、消去単位(64Kバイト)ごとに電気的に
分離されている。
【0062】また、P型基板SB上には、フローティン
グゲートFGとなるN型多結晶シリコン層PS1が、ト
ンネル酸化膜TNを介してN+拡散層N1、N2の間に
形成され、このN型多結晶シリコン層PS1上には、サ
ブワード線SWとなるN型多結晶シリコン層PS2およ
びタングステンシリサイド層WSがONO膜ONOを介
して形成されている。
【0063】一方、サブ行デコーダSD領域には、CM
OSトランスファーゲートが形成されている。すなわ
ち、NウェルNW2がP型基板SB内に形成され、Nウ
ェルNW2内にはPウェルPW2およびP+拡散層P
1、P2が形成され、PウェルPW2内には、N+拡散
層N3、N4が形成されている。
【0064】また、P型基板SB上には、N型多結晶シ
リコン層PS3が、酸化膜OX1を介してP+拡散層P
1、P2の間に形成されるとともに、N型多結晶シリコ
ン層PS4が、酸化膜OX2を介してN+拡散層N3、
N4の間に形成されている。
【0065】ここで、タングステンシリサイド層WS
は、サブワード線SWを介してP+拡散層P1およびN
+拡散層N3に接続され、N型多結晶シリコン層PS3
はメインワード線MWのMWi線に接続され、N型多結
晶シリコン層PS4はメインワード線MWのMi線に接
続され、P+拡散層P2およびN+拡散層N4はBLF
K線に接続されている。なお、メインワード線MWは第
2金属配線層で形成されている。
【0066】図10は、図2(b)のサブ行デコーダS
DおよびメモリセルMCの動作電圧値を示す図である。
図10において、読み出し時には、図5のメイン行デコ
ーダMDで生成されたMi=4.75VがMi線を介し
てN型多結晶シリコン層PS4に印加され、MWi=0
VがMWi線を介してN型多結晶シリコン層PS3に印
加され、さらに、BLKF=4.75VがP+拡散層P
2およびN+拡散層N4に印加される。
【0067】このため、サブ行デコーダSDのCMOS
トランスファーゲートがオンし、P+拡散層P2および
N+拡散層N4に印加されたBLKF=4.75Vが、
サブワード線SWを介してタングステンシリサイド層W
Sに印加される。
【0068】さらに、VD=0.8Vが、N+拡散層N
2に印加され、VS=VPW=VNW=0Vが、N+拡
散層N1、PウェルPW1およびNウェルNW21に印
加される。このため、N型多結晶シリコン層PS1に蓄
えられた電荷量に応じて、N+拡散層N1、N2間にチ
ャネルが開き、読み出しが行われる。
【0069】一方、書き込み時には、図5のメイン行デ
コーダMDで生成されたMi=9.0VがMi線を介し
てN型多結晶シリコン層PS4に印加され、MWi=0
VがMWi線を介してN型多結晶シリコン層PS3に印
加され、さらに、BLKF=9.0VがP+拡散層P2
およびN+拡散層N4に印加される。
【0070】このため、サブ行デコーダSDのCMOS
トランスファーゲートがオンし、P+拡散層P2および
N+拡散層N4に印加されたBLKF=9.0Vが、サ
ブワード線SWを介してタングステンシリサイド層WS
に印加される。
【0071】さらに、VD=5.0Vが、N+拡散層N
2に印加され、VS=VPW=VNW=0Vが、N+拡
散層N1、PウェルPW1およびNウェルNW21に印
加される。このため、チャネルホットエレクトロンがN
型多結晶シリコン層PS1下のP型基板SB内に発生
し、電子がトンネル酸化膜TNを介してN型多結晶シリ
コン層PS1に注入されて、書き込みが行われる。
【0072】また、消去時には、メイン行デコーダMD
で生成されたMi=−7.5VがMi線を介してN型多
結晶シリコン層PS4に印加され、MWi=2.5Vが
MWi線を介してN型多結晶シリコン層PS3に印加さ
れ、さらに、BLKF=0VがP+拡散層P2およびN
+拡散層N4に印加され、CMOSトランスファーゲー
トはオフとされる。
【0073】一方、VBBBi=−7.5Vが、サブワ
ード線SWを介してタングステンシリサイド層WSに印
加され、VS=VPW=VNW=10Vが、N+拡散層
N1、PウェルPW1およびNウェルNW21に印加さ
れる。このため、Fowler−Nordheim T
unnel効果により、N型多結晶シリコン層PS1に
蓄積されている電子が、トンネル酸化膜TNを介してP
型基板SB側に引き抜かれ、消去が行われる。
【0074】図11は、図2のメインビット線セレクタ
MSおよびローカルビット線セレクタLSの概略構成を
示す回路図である。図11において、メインビット線セ
レクタMSからの各メインビット線MBは、通常メモリ
セルアレイNC上を列方向に走り、このメインビット線
MBは、列方向に配置された通常メモリセルアレイNC
の各ローカルビット線セレクタLSに接続されている。
【0075】メインビット線セレクタMSには、メイン
ビット線MBを選択するメインビット線選択トランジス
タMTが設けられ、メインビット線選択トランジスタM
Tのソースはメインビット線MBに接続され、メインビ
ット線選択トランジスタMTのドレインはデータ線DL
に接続され、データ線DLは基準電流源IRが接続され
た切り換え回路SWを介してセンスアンプSAに接続さ
れている。
【0076】ローカルビット線セレクタLSには、サブ
ビット線SBを選択するサブビット線選択トランジスタ
STが設けられ、サブビット線選択トランジスタSTの
ドレインはメインビット線MBに接続され、サブビット
線選択トランジスタSTのソースはメモリセルアレイC
AのメモリセルMCに接続されている。
【0077】図12(a)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置の通常読み出し時の動作を示すブ
ロック図である。図12(a)において、アドレスパッ
トAPに入力されたアドレスは、アドレスバッファAD
を介してワード線デコーダWDおよびカラムゲートCG
に入力され、このアドレスで指定されるメモリセルが選
択される。選択されたメモリセルからの読み出しデータ
はセンスアンプSAで検出され、I/OバッファIOを
介してI/OパットIPに出力される(R1)。
【0078】ここで、センスアンプSAには1ワード分
のデータ線が入力され、1ワードが16ビット幅の場
合、これらのデータを1度に読み出すため、16個のセ
ンスアンプSAが設けられている。
【0079】図12(b)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置の通常読み出し時の動作を示すタ
イミングチャートである。図12(b)において、通常
読み出しでは、アドレスA0が確定し、I/OパットI
Pに読み出しデータD0が出力されるまでに、ランダム
読み出し時間Taだけかかる。
【0080】このため、nワード分読み出すには、Ta
×nだけ時間がかかり、例えば、Ta=70nsとする
と、4ワード分読み出すには、4×70ns=280n
sだけかかる。
【0081】ここで、本実施形態では、冗長メモリセル
アレイ上に静電遮蔽膜SLが設けられているため、読み
出し動作に影響を与えることなく、これらのデータ線を
冗長メモリセルアレイ上に形成できる。このため、携帯
電話などのブラウザ機能などの対応してデータバス幅が
拡大され、センスアンプSAに入力されるデータ線の本
数が増大した場合においても、チップ面積の増大を抑制
することができ、携帯電話などの小型化・多機能化など
に容易に対応することができる。
【0082】図13(a)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置のページ読み出し時の動作を示す
ブロック図である。図13(a)において、アドレスパ
ットAPに入力されたアドレスは、アドレスバッファA
Dを介してワード線デコーダWDおよびカラムゲートC
Gに入力され、このアドレスで指定されるnワード分の
メモリセルが選択される。選択されたnワード分の読み
出しデータはセンスアンプSAで同時に検出され、マル
チプレクサMPにラッチされる(R1)。
【0083】ここで、センスアンプSAにはnワード分
のデータ線が入力され、nワード分のデータを1度に読
み出すため、nワード分のセンスアンプSAが設けられ
ている。
【0084】マルチプレクサMPにラッチされたnワー
ド分のデータは、アドレスバッファADからマルチプレ
クサMPに入力されるアドレスに従って、1ワード分ず
つI/OバッファIOに出力される(R2)。なお、マ
ルチプレクサMPへのアドレスの供給は、ユーザが下位
2ビットを00→10→01→11へとユーザがインク
リメントすることにより実現することができる。
【0085】図13(b)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置のページ読み出し時の動作を示す
タイミングチャートである。図13(b)において、ペ
ージ読み出しでは、最初の1ワード分のデータD0が出
力されるまでには、nワード分のデータをセンスアンプ
SAで同時に読み出す必要があるため、ランダム読み出
し時間Taだけかかる。一方、2番目以降のワードのデ
ータD1、D2、D3は、マルチプレクサMPに既にラ
ッチされており、センスアンプSAを通すことなく、マ
ルチプレクサMPから直接読み出すことがきるため、ラ
ンダム読み出し時間Taより短いページ読み出し時間T
pで読み出すことができる。
【0086】例えば、ランダム読み出し時間Taが70
ns程度であるのに対し、ページ読み出し時間Tpは2
0ns程度である。このため、例えば、4ワード分のデ
ータD0〜D3を70+3×20ns=130nsで読
み出すことができる。
【0087】図14(a)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置のバースト読み出し時の動作を示
すブロック図である。図14(a)において、アドレス
パットAPに入力されたアドレスは、アドレスバッファ
ADを介してワード線デコーダWDおよびカラムゲート
CGに入力され、このアドレスで指定されるnワード分
のメモリセルが選択される。選択されたnワード分の読
み出しデータはセンスアンプSAで同時に検出され、マ
ルチプレクサMPにラッチされる(R1)。
【0088】マルチプレクサMPにラッチされたnワー
ド分のデータは、携帯電話などのCPUクロックCKに
同期して、1ワード分ずつI/OバッファIOに出力さ
れる(R3)。なお、マルチプレクサMPへのアドレス
の供給は、アドレスの下位2ビットを00→10→01
→11へとチップ内部で自動的にインクリメントするこ
とにより実現することができる。
【0089】図14(b)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置のバースト読み出し時の動作を示
すタイミングチャートである。図14(b)において、
バースト読み出しでも、最初の1ワード分のデータD0
が出力されるまでには、nワード分のデータをセンスア
ンプSAで同時に読み出す必要があるため、ランダム読
み出し時間Taだけかかる。一方、2番目以降のワード
のデータD1、D2、D3は、マルチプレクサMPに既
にラッチされており、センスアンプSAを通すことな
く、マルチプレクサMPから直接読み出すことがきるた
め、ランダム読み出し時間Taより短いバースト読み出
し時間Tbで読み出すことができる。ここで、バースト
読み出し時間Tbは、CPUクロックCKの周期と一致
する。
【0090】例えば、ランダム読み出し時間Taが70
ns、CPUクロックCKの周期が16.6nsとする
と、70+3×16.6ns=119.8nsで4ワー
ド分のデータD0〜D3を読み出すことができる。
【0091】ここで、本実施形態では、冗長メモリセル
アレイ上に静電遮蔽膜SLが設けられているため、読み
出し動作に影響を与えることなく、nワード分のデータ
線を冗長メモリセルアレイ上に形成できる。このため、
ページ/バースト読み出し機能が搭載され、nワード分
のデータ線がセンスアンプSAに入力される場合におい
ても、チップ面積の増大を抑制することができ、携帯電
話などの小型化・多機能化・高速化などに容易に対応す
ることができる。
【0092】例えば、1ワード16ビット幅のデータを
バーストモードで8ワード分読み出すとすると、128
本のデータ線がセンスアンプSAに入力される。ここ
で、データ線のピッチが2μmとすると、これらのデー
タ線をセンスアンプSAに入力するためには、2×12
8μm=256μm幅の配線領域が必要となる。
【0093】一方、冗長メモリセルアレイの大きさは8
00×300μm程度であり、これらのデータ線を冗長
メモリセルアレイ上に形成することにより、256μm
幅の配線領域を別途確保する必要がなくなり、ページ/
バースト読み出し機能搭載時のチップ面積の増大を抑制
することが可能となる。
【0094】図15は、本発明の第2実施形態に係わる
半導体記憶装置の冗長メモリセルアレイの概略構成を示
す断面図である。なお、上述した第1実施形態が第2金
属配線層を用いて冗長メモリセルアレイ上に静電遮蔽線
SLを形成したのに対し、この第2実施形態では、冗長
メモリセルアレイ上の第2金属配線層を除去することに
より、サブビット線SBとデータ線DLとの距離を稼
ぎ、カップリングノイズを低減するようにしたものであ
る。
【0095】図15において、P型基板SB上には、ト
ンネル酸化膜を介してフローティングゲートFGが形成
され、フローティングゲートFG上にはサブワード線S
Wが形成されている。さらに、サブワード線SW上に
は、サブワード線SWと直交するサブビット線SBが形
成され、サブビット線SB上には、サブビット線SBと
2層以上隔ててデータ線DLが形成されている。
【0096】ここで、フローティングゲートFG、サブ
ワード線SW、サブビット線SBおよびデータ線DL
は、絶縁層IM1、IM2で互いに絶縁されている。
【0097】また、サブワード線SWは多結晶シリコン
層で形成され、サブビット線SBは第1金属配線層で形
成され、データ線DLは第3金属配線層で形成されてい
る。
【0098】また、通常メモリセルアレイは図16と同
様の構成を有し、冗長メモリセルアレイ上に形成された
データ線DLは、通常メモリセルアレイのメインビット
線MBと電気的に接続される。
【0099】このように、2重ビット線および2重ワー
ド線構造を採用した半導体記憶装置において、通常メモ
リセルアレイを2重ビット線および2重ワード線構造と
しつつ、冗長メモリセルアレイを1重ビット線および1
重ワード線構造とすることにより、通常メモリセルアレ
イのメインワード線MWに用いられる第2金属配線層を
冗長メモリセルアレイ上から除去するだけで、冗長メモ
リセルアレイの静電遮蔽を行うことが可能となる。この
ため、データ線DLがカップリングノイズを拾うことを
防止ししつつ、冗長メモリセルアレイ上にデータ線DL
を形成することが可能となる。
【0100】なお、上述した実施形態では、フラッシュ
メモリを例にとって説明したが、DRAM、SRAM、
EEPROM、FRAMなどに適用してもよく、これら
を混載したものに適用してもよい。
【0101】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通常メモリセルアレイのデータ線と冗長メモリセルアレ
イのビット線とのカップリングを抑制しつつ、チップ面
積を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
の冗長メモリセルアレイの概略構成を示す断面図であ
る。
【図2】図2(a)は、本発明の第1実施形態に係わる
半導体記憶装置の概略構成を示す平面図、図2(b)
は、本発明の第1実施形態に係わるメモリセルアレイの
概略構成を示す平面図である。
【図3】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
の冗長メモリセルアレイを用いた動作を示す平面図であ
る。
【図4】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
の冗長メモリセルアレイを用いた書き込み中読み出し動
作を示す平面図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
のメイン行デコーダの概略構成を示すブロック図であ
る。
【図6】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
のメイン行デコーダの動作電圧値を示す図である。
【図7】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
のサブ行デコーダの概略構成を示す回路図である。
【図8】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
のサブ行デコーダの動作電圧値を示す図である。
【図9】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装置
のサブ行デコーダおよびメモリセルの概略構成を示す断
面図である。
【図10】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装
置のサブ行デコーダおよびメモリセルの動作電圧値を示
す図である。
【図11】本発明の第1実施形態に係わる半導体記憶装
置の2重ビット線セレクタの概略構成を示す回路図であ
る。
【図12】図12(a)は、本発明の第1実施形態に係
わる半導体記憶装置の通常読み出し時の動作を示すブロ
ック図、図12(b)は、本発明の第1実施形態に係わ
る半導体記憶装置の通常読み出し時の動作を示すタイミ
ングチャートである。
【図13】図13(a)は、本発明の第1実施形態に係
わる半導体記憶装置のページ読み出し時の動作を示すブ
ロック図、図13(b)は、本発明の第1実施形態に係
わる半導体記憶装置のページ読み出し時の動作を示すタ
イミングチャートである。
【図14】図14(a)は、本発明の第1実施形態に係
わる半導体記憶装置のバースト読み出し時の動作を示す
ブロック図、図14(b)は、本発明の第1実施形態に
係わる半導体記憶装置のバースト読み出し時の動作を示
すタイミングチャートである。
【図15】本発明の第2実施形態に係わる半導体記憶装
置の冗長メモリセルアレイの概略構成を示す断面図であ
る。
【図16】従来の半導体記憶装置の冗長メモリセルアレ
イおよび通常メモリセルアレイの概略構成を示す断面図
である。
【符号の説明】
SB P型基板 FG フローティングゲート SW サブワード線 IM1、IM2 絶縁層 SB サブビット線 SL 静電遮蔽線 DL データ線
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/04 H01L 27/04 H 5M024 21/822 27/10 434 21/8247 27/115 Fターム(参考) 5B015 HH01 HH03 JJ14 JJ31 KA38 NN09 PP03 5B025 AA02 AC01 AD00 AE00 5F038 BH10 BH19 CA01 CD10 DF05 EZ20 5F083 AD00 BS00 EP02 EP23 EP42 EP55 EP56 ER22 GA13 JA04 JA32 JA35 JA39 KA17 ZA10 5L106 AA01 AA02 AA10 CC00 GG06 5M024 AA23 AA51 BB13 BB35 BB36 CC53 CC70 LL05 LL11 MM11 PP03 PP05 PP07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 通常メモリセルアレイと、 前記通常メモリセルアレイ内の不良ビットを救済するた
    めに配置された冗長メモリセルアレイと、 前記冗長メモリセルアレイ上の配線と前記通常メモリセ
    ルアレイと接続されるデータ線とを静電遮蔽する静電遮
    蔽金属層とを備えることを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記静電遮蔽金属層は、前記通常メモリ
    セルアレイの配線に用いられる金属層から形成されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記通常メモリセルアレイは2重ビット
    線および2重ワード線構造を有し、 前記冗長メモリセルアレイは1重ビット線および1重ワ
    ード線構造を有していることを特徴とする請求項1記載
    の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記通常メモリセルアレイのサブワード
    線は多結晶シリコン層で形成され、 前記通常メモリセルアレイのサブビット線は第1金属層
    で形成され、 前記通常メモリセルアレイのメインワード線は第2金属
    層で形成され、 前記通常メモリセルアレイのメインビット線は第3金属
    層で形成され、 前記冗長メモリセルアレイのワード線は前記多結晶シリ
    コン層で形成され、 前記冗長メモリセルアレイのビット線は前記第1金属層
    で形成され、 前記冗長メモリセルアレイ上の静電遮蔽金属層は前記第
    2金属層で形成され、 前記冗長メモリセルアレイ上を通過するデータ線は前記
    第3金属層で形成されていることを特徴とする請求項3
    記載の半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 通常メモリセルアレイと、 前記通常メモリセルアレイ内の不良ビットを救済するた
    めに配置された冗長メモリセルアレイと、 前記冗長メモリセルアレイの配線と2層以上隔てて前記
    冗長メモリセルアレイ上を通過する前記通常メモリセル
    アレイからのデータ線とを備えることを特徴とする半導
    体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記通常メモリセルアレイのサブワード
    線は多結晶シリコン層で形成され、 前記通常メモリセルアレイのサブビット線は第1金属層
    で形成され、 前記通常メモリセルアレイのメインワード線は第2金属
    層で形成され、 前記通常メモリセルアレイのメインビット線は第3金属
    層で形成され、 前記冗長メモリセルアレイのワード線は前記多結晶シリ
    コン層で形成され、 前記冗長メモリセルアレイのビット線は前記第1金属層
    で形成され、 前記冗長メモリセルアレイ上を通過するデータ線は前記
    第3金属層で形成されていることを特徴とする請求項5
    記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記冗長メモリセルアレイのビット線お
    よびワード線は、前記通常メモリセルアレイのビット線
    およびワード線と独立していることを特徴とする請求項
    1〜6のいずれか1項記載の半導体記憶装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1615266A3 (en) * 2004-07-06 2014-01-29 Fujitsu Semiconductor Limited Method for manufacturing a semiconductor floating gate memory device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1615266A3 (en) * 2004-07-06 2014-01-29 Fujitsu Semiconductor Limited Method for manufacturing a semiconductor floating gate memory device

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