JP2006049474A - 半導体記憶装置、メモリライタ及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 リードディスターブによるリファレンスセルの特性変動を防止する。
【解決手段】 半導体記憶装置は、メモリセルアレイ37ma、メモリセルアレイからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路40m、40r、センスアンプ32、及び、メモリセル37m11、37m12、・・・に記憶されたデータ情報を読み出す際に参照するリファレンスセル37r1、37r2、…を有する。前記メモリセルは、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極下にゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域とチャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する拡散領域と、前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体とを備え、前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有する。
【選択図】図4
【解決手段】 半導体記憶装置は、メモリセルアレイ37ma、メモリセルアレイからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路40m、40r、センスアンプ32、及び、メモリセル37m11、37m12、・・・に記憶されたデータ情報を読み出す際に参照するリファレンスセル37r1、37r2、…を有する。前記メモリセルは、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極下にゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域とチャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する拡散領域と、前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体とを備え、前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有する。
【選択図】図4
Description
本発明は、半導体記憶装置、そのメモリライタ及び電子機器に関する。より具体的には、電荷もしくは分極を保持する機能を有するメモリ機能体を備えた電界効果トランジスタを配列してなる半導体記憶装置、前記半導体記憶装置に記憶された情報を書き換えるためのメモリライタ及び前記半導体記憶装置を備えた電子機器に関する。
従来から用いられている代表的な不揮発性メモリとして、フラッシュメモリが挙げられる。図14Aにフラッシュメモリの断面図を示す。
このフラッシュメモリは、図14Aに示すように、半導体基板210上にゲート絶縁膜211を介してフローティングゲート212、絶縁膜217、ワード線(コントロールゲート)213がこの順に形成されており、フローティングゲート212の両側には、拡散領域によるソース線214及びビット線215が形成されてメモリセルを構成する。メモリセルの周囲には、素子分離領域216が形成されている。
以下、フラッシュメモリの回路記号として、図14Bに示す記号を用いる。
図15にフラッシュメモリにおいて一般的に用いられている読出し回路を示す。図15によると、例えば、メモリセル226m2に記憶された情報を読み出す場合は、ワード線227m2をH(High)レベルとすることによって、ワード線227m2を選択的にオン状態とする。一方、リファレンスセル226rもオン状態とし、センスアンプ222においてメモリセル226m2からの出力223mとリファレンスセル226rからの出力223rを比較することによって、メモリセル226m2のフローティングゲートに蓄えられた情報を読み出す。
一般的に、面積を削減するため、一つのビット線に多数のメモリセルが接続されているが、メモリセルの特性のばらつきやノイズマージン等を考慮すると、誤動作のない読出しを行うためには、リファレンスセルが所望のレベルに精度よく設定されている必要がある。そのため、リファレンスセル226rは、メモリセル226m1、226m2、…と同一の形状及び特性を有する素子を用いており、プログラム状態と消去状態の中間状態にプログラムされている。
また、メモリセルからセンスアンプに至るビット線の容量もリファレンスセルのそれと可能な限り合わせることが望ましい。このため、メモリセルとリファレンスセルとのワード線を共通にして、ひとつのビット線に接続する素子の数を同数にしたり、リファレンスセルからセンスアンプに至る経路にダミー容量を付加したりするなどの技術が提案されている。(特許文献1及び特許文献2。)
特開平6−60676号公報
特開平6−176583号公報
しかしながら、リファレンスセルは、メモリセルに比べて相対的に読出し回数が多くなる。このため、図15に示すようにリファレンスセル226rとしてメモリセル226m1、226m2、…と同じ構造を有し、プログラム状態と消去状態との中間状態にプログラムした素子を用いた場合、繰り返し行われる読出し時の電圧印加毎にわずかに発生するホットキャリアがフローティングゲートに蓄えられている電荷の状態に影響を及ぼし、リファレンスの電流レベルに変化が生じる、所謂リードディスターブの現象が問題となっていた。
また、このリードディスターブの問題を解決する方法の一つとして、リファレンスセルとして例えばメモリ機能を有しない論理回路素子を用いる方法が考えられる。
しかしながら、一般的な論理回路素子とフラッシュメモリセルとは構造が大きく異なり、別工程で形成される箇所が多いため、論理回路素子及びフレッシュメモリ素子それぞれについての製造ばらつきを考慮しなければならず、精度よくリファレンスレベルを設定することができなかった。
本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、信頼性が高く、かつ、安価に製造できる半導体記憶装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、リードディスターブに起因するリファレンスセルの特性の変動がないか無視できる程小さく、かつ、リファレンスセルを比較的精度よく設定することが可能な半導体記憶装置、その半導体記憶装置のためのメモリライタ及び前記半導体記憶装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明の半導体記憶装置は、メモリセルとして通常のトランジスタ形成プロセスと非常に親和性が高いプロセスによって形成可能な不揮発性メモリ素子を用い、リファレンスセルとしてデコーダ回路を構成する素子、例えば、論理回路に用いられる素子と同構造の素子を用いる。
即ち、本発明の半導体記憶装置は、
情報を記憶するためのメモリセルが複数配置されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路と、
前記メモリセルに記憶された情報を読み出すためのセンスアンプと、
前記センスアンプにおいて、前記メモリセルに記憶された情報を読み出す際に参照するリファレンスセルと
を備え、
前記メモリセルは、
半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記のゲート電極下に前記ゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と、
前記チャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する拡散領域と、
前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体と
を備え、
前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有する情報ことを特徴とする。
情報を記憶するためのメモリセルが複数配置されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路と、
前記メモリセルに記憶された情報を読み出すためのセンスアンプと、
前記センスアンプにおいて、前記メモリセルに記憶された情報を読み出す際に参照するリファレンスセルと
を備え、
前記メモリセルは、
半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記のゲート電極下に前記ゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と、
前記チャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する拡散領域と、
前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体と
を備え、
前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有する情報ことを特徴とする。
前記構成によれば、前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有するから、メモリ部とデコーダ回路を混載するための工程を削減することが可能となり、安価で信頼性の高い半導体記憶装置を提供することができる。
一実施例では、前記リファレンスセルは、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極下に前記ゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と、前記チャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する第1の拡散領域と、前記チャネル領域の両側において前記第1の拡散領域と前記チャネル領域との間に配置され、前記第1の拡散領域よりも実質的に不純物濃度の薄い第2の拡散領域とを備える。
前記実施例によれば、前記リファレンスセルは、第2の拡散領域(LDD領域)を備えるので、ドレイン端における電界が緩和されて、電圧印加によるホットキャリアがほとんど発生しなくて、ホットキャリアの発生に起因する特性の変動が抑制される。
また、前記メモリセルを構成する素子の構造とリファレンスセルを構成する素子の構造とが類似しているから、両者の間で、電圧や温度など外部要因に対する素子特性の変動の違いが少なくて、リードディスターブの問題が少なく、外部要因に対する特性誤差の少ない高精度の読出しを実現することができる。
また、一実施例では、前記リファレンスセルは、前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体を備える。
前記実施例によれば、前記メモリセルに加えて、前記リファレンスセル、及び、デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子もメモリ機能体を備えるから、メモリ機能体を除去するための工程が不要になって、簡単かつ安価に製造できる。
前記リファレンスセルは、メモリ機能体を備えていても、第2の拡散領域(LDD領域)を備えているから、ドレイン端における電界が緩和されて、電圧印加によるホットキャリアがほとんど発生せず、したがって、メモリ機能体への電荷の注入も、全く起こらないか、無視できる程ごく僅かである。
また、一実施例では、前記リファレンスセルに流れる電流値は、前記メモリセルのプログラムレベルにおける電流値と消去レベルにおける電流値との中間値と、消去レベルにおける電流値との間の値である。
前記実施例では、前記リファレンスセルの電流レベルは、前記消去レベルと中間レベルとの間の電流レベルに設定しているので、メモリセルに経年劣化があっても、読出しのための電流マージンを十分確保した、より信頼性の高い読出し動作を行うことができる。前記リファレンスセルは、第2の拡散領域(LDD領域)を備えているから、リファレンスセルの経年劣化について殆ど考慮する必要がなく、メモリセルの経年劣化のみを考慮して、前記リファレンスセルの電流レベルを、消去レベルと中間レベルとの間の電流レベルに設定しているのである。
また、一実施例では、前記リファレンスセルのゲート電極は電圧制御回路に接続され、前記電圧制御回路は、書換え回数をモニターし、前記モニター結果に応じて前記リファレンスセルのゲート電極に供給する電圧を変化させる。
前記実施例によれば、前記電圧制御回路が、メモリセルの書換え回数をモニターし、その結果に応じて、リファレンスセルのゲート電極に印可する電圧を変化させて、メモリセルの情報書換えに伴う特性劣化を考慮に入れたリファレンスレベルの設定が可能となる。したがって、より信頼性の高い読出し動作を行うことが可能となる。
また、一実施例では、前記メモリセルから前記センスアンプに至るまでのカラムセレクタの段数が、前記リファレンスセルから前記センスアンプに至るまでのカラムセレクタの段数と同数である。
前記実施例によれば、前記メモリセルからセンスアンプまでに通るカラムセレクタの段数と、リファレンスセルからセンスアンプまでに通るカラムセレクタの段数とが等しいので、前記メモリセル側とリファレンスセル側とで、前記カラムセレクタのオン抵抗に起因する電圧低下の影響を略等しくすることができる。したがって、精度の高い読み出しを行うことができる。
また、一実施例では、前記リファレンスセルより構成されるリファレンスセルアレイを備え、前記メモリセルアレイと前記リファレンスセルアレイとが共に仮想接地アレイ構造により構成されている。
前記実施例によれば、回路の占有面積を小さくすることができる。
また、一実施例では、前記リファレンスセルアレイにおいて直列に接続されているリファレンスセルの数が、前記メモリセルアレイにおいて直列に接続されているメモリセルの数と同数である。
前記実施例によれば、前記リファレンスセルアレイとメモリセルアレイとの配線容量等の特性を同じにすることができ、したがって、信頼性の高い読み出しを行うことができる。特に、仮想接地アレイ構造の場合、まわりこみ電流の影響をより厳密に反映させ、信頼性の高い読出し動作を実現することができる。
本発明によれば、リードディスターブに起因するリファレンスセルの特性の変動がないか無視できる程小さく、かつ、リファレンスセルを比較的精度よく設定することが可能で、信頼性の高い安価な半導体記憶装置を提供することが可能となる。
図1Aに本発明の半導体記憶装置に含まれるメモリセルの断面図を示す。
図1Aに示すメモリセルは、半導体基板上表面に形成されたP型ウェル領域4上にゲート絶縁膜3を介してゲート電極1が形成されている。ゲート電極1の側面には書換え動作により実際に電荷もしくは分極が保持されるメモリ機能体2a及び2bを有している。ゲート電極1の両側であってP型ウェル領域4内に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能するN型の拡散領域5a及び5bが形成されている。拡散領域5a、5bは、オフセット構造を有している。すなわち、拡散領域5a及び5bはゲート電極1の下の領域には達しておらず、メモリ機能体2a及び2bの下のオフセット領域がチャネル領域の一部を構成している。
前記メモリ機能体2a及び2bにおいて電荷もしくは分極を保持する機能を有する保持膜として、シリコン窒化膜や強誘電膜などを用いることができる。なお、前記メモリ機能体2a及び2bの構成としては、電荷もしくは分極をより長期間保持するため、前記保持膜の上下がシリコン酸化膜を代表とする絶縁膜で覆われていてもよい。即ち、電荷を保持する機能を有する保持膜としてシリコン窒化膜を用いた場合、メモリ機能体2a及び2bは、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の三層構造としてもよい。
また、前記メモリ機能体2a及び2bの別の構成例として、ナノメートルサイズの導電体又は半導体からなる微粒子が絶縁膜中に散点状に分布する構造を有していてもよい。
なお、前記メモリ機能体2a及び2bは、前記構成に拘るものではなく、電荷もしくは分極を保持する機能を有していれば、他の構成でも構わない。
以下に、図1Aに示すメモリセルのプログラム(書込み)動作について説明する。なお、ここではメモリ機能体2a及び2b全体が電荷を保持する機能を有する場合について説明する。また、プログラムとは、メモリセルがNチャネル型である場合にはメモリ機能体2a、2bに電子を注入することを指す。以後、メモリセルはNチャネル型であるとして説明する。
前記メモリ機能体2bに電子を注入してプログラムする(書込む)ためには、N型の拡散領域5aをソース電極、N型の拡散領域5bをドレイン電極とする。例えば、拡散領域5a及びP型ウェル領域4に0V、拡散領域5bに+5V、ゲート電極1に+5Vを印加する。
このような電圧条件によれば、反転層が、拡散領域5a(ソース電極)から伸びるが、拡散領域5b(ドレイン電極)に達することなく、ピンチオフ点が発生する。電子は、ピンチオフ点から拡散領域5b(ドレイン電極)まで高電界により加速され、いわゆるホットエレクトロン(高エネルギーの伝導電子)となる。このホットエレクトロンがメモリ機能体2bに注入されることにより書込みが行なわれる。なお、メモリ機能体2a近傍では、ホットエレクトロンが発生しないため、書込みは行なわれない。
一方、前記メモリ機能体2aに電子を注入してプログラムする(書込む)ためには、拡散領域5bをソース電極に、拡散領域5aをドレイン電極とする。例えば、拡散領域5b及びP型ウェル領域4に0V、拡散領域5aに+5V、ゲート電極1に+5Vを印加する。
このように、メモリ機能体2bに電子を注入する場合とは、ソース/ドレイン領域を入れ替えることにより、メモリ機能体2aに電子を注入して、書込みを行なうことができる。
次に、消去動作について説明する。
前記メモリ機能体2aに記憶された情報を消去するためには、拡散領域5aに正電圧(例えば、+5V)、P型ウェル領域4に0Vを印加して、拡散領域5aとP型ウェル領域4とのPN接合に逆方向バイアスをかけ、さらにゲート電極1に負電圧(例えば、−5V)を印加する。このとき、PN接合のうちゲート電極1付近では、負電圧が印加されたゲート電極1の影響により、特にポテンシャルの勾配が急になる。そのため、バンド間トンネルによりPN接合のP型ウェル領域4側にホットホール(高エネルギーの正孔)が発生する。このホットホールが負の電位をもつゲート電極1方向に引きこまれ、その結果、メモリ機能体2aにホール注入が行なわれる。このようにして、メモリ機能体2aの消去が行なわれる。このとき拡散領域5bには0Vを印加すればよい。
前記メモリ機能体2bに記憶された情報を消去する場合は、前記において拡散領域5aと拡散領域5bとの電位を入れ替えればよい。
上述のようにして記憶された情報を読み出す方法について、次に説明する。
前記メモリ機能体2aに記憶された情報を読み出す場合は、拡散領域5aをソース電極に、拡散領域5bをドレイン電極とし、メモリセルを動作させる。例えば、前記拡散領域5a及びP型ウェル領域4に0V、拡散領域5bに+1.8V、ゲート電極1に+2Vを印加する。この際、メモリ機能体2aに電子が蓄積していない場合には、ドレイン電流が流れやすい。一方、メモリ機能体2aに電子が蓄積している場合は、メモリ機能体2a近傍で反転層が形成されにくいので、ドレイン電流は流れにくい。したがって、ドレイン電流を検出することにより、メモリ機能体2aの記憶情報を読み出すことができる。このとき、メモリ機能体2bにおける電荷蓄積の有無は、ドレイン近傍がピンチオフしているため、ドレイン電流にほとんど影響を与えない。
前記メモリ機能体2bに記憶された情報を読み出す場合、拡散領域5bをソース電極に、拡散領域5aをドレイン電極とし、メモリセルを動作させる。例えば、拡散領域5b及びP型ウェル領域4に0V、拡散領域5aに+1.8V、ゲート電極1に+2Vを印加すればよい。このように、メモリ機能体2aに記憶された情報を読み出す場合とは、ソース/ドレイン領域を入れ替えることにより、メモリ機能体2bに記憶された情報の読出しを行なうことができる。
上述のように、ソース電極とドレイン電極を入れ替えることによって1つのメモリセル当り2ビットの記憶及び読出しが可能である。
なお、プログラム・消去・読出しの各動作時に各端子に印加する電圧については、上述の値に拘るものではなく、これ以上でも構わないし、これ以下でも構わない。
以下、図1Aに示すメモリセルの回路記号として、図1Bに示す記号を用いる。
図2Aに本発明の半導体記憶装置に含まれるリファレンスセルの断面図を示す。
図2Aに示すリファレンスセルは、半導体基板上表面に形成されたP型ウェル領域9上にゲート絶縁膜8を介してゲート電極6が形成されている。このゲート電極6の側面には、電荷もしくは分極が保持されるメモリ機能体7a及び7bが設けられている。前記ゲート電極6の両側であってP型ウェル領域9内には、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能する第1の拡散領域の一例としてのN型の拡散領域10a及び10bが形成されている。また、前記P型ウェル領域9とN型の拡散領域10a及び10bとの間には、前記拡散領域10a及び10bよりも実質的に不純物濃度の薄い第2の拡散領域の一例としてのN型LDD(Lightly Doped Dorain)領域11a及び11bがそれぞれ形成されている。図2Aに示すリファレンスセルは、LDD領域11a及び11bを備えることによって、ドレイン端における電界が緩和され、電圧印加によるホットキャリアがほとんど発生せず、メモリ機能体への電荷の注入も、全く起こらないか、無視できる程ごくわずかである。
リファレンスセルとして、図2Aに示す素子を用いた場合、図1Aに示すメモリセルを構成する素子の構造とリファレンスセルを構成する素子の構造とが類似しており、電圧や温度など外部要因に対する素子特性の変動も両者の違いが少ないことから、リードディスターブの問題もなく、外部要因に対する特性誤差の少ない高精度の読出しを実現することが可能となる。
特に、図1Aに示すメモリセルのゲート絶縁膜3と図2Aに示すリファレンスセルのゲート絶縁膜8とが同一工程にて形成されることが好ましい。両者が同一工程にて形成されれば、素子特性に大きな影響を及ぼすゲート絶縁膜3、8について、製造ばらつきも同傾向となり、より高精度の読出しを実現することが可能となる。
なお、図2Aに示す素子は、図1Aに示すメモリセルからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路をはじめとする論理回路を構成する素子の一つとしても用いられる。
図2Aに示す素子を論理回路素子として用いれば、メモリ部と論理回路部を混載するための工程を削減することが可能となり、安価な半導体記憶装置を提供することが可能となる。
以下、図2Aに示すリファレンスセルの回路記号として、図2Bに示す記号を用いる。
なお、図2Aに示すリファレンスセルのゲート電極6の側面にはメモリ機能体7a及び7bを有している。しかしながら、図2Aに示すリファレンスセルにとって、メモリ機能体7a及び7bにおける電荷または分極を保持する機能は、本来無用なものある。したがって、LDD領域11a、11bによる電界緩和にもかかわらずホットキャリア注入によって特性が変化する可能性を完全に取り除きたいならば、メモリ機能体を除去しても構わない。
図3Aにメモリ機能体を除去した場合の断面図を示す。図3Aに示す構造にすれば、ホットキャリア発生に伴う特性の変動は完全に抑えることができる。
しかしながら、図3Aの構造にするためには、メモリ機能体を除去するための工程が必要となり、プロセスコストが増大する。
このため、LDD領域による電界緩和により、ホットキャリア発生に起因する特性の変動がほとんど見られないならば、図2Aに示す構造とすることが望ましい。
(実施例1)
図4は、本発明の半導体記憶装置の実施例1を示す。
図4は、本発明の半導体記憶装置の実施例1を示す。
メモリセル37m11〜37m13は、カラムセレクタ35m、36m1及び36m2を通じてセンスアンプ32に接続されている。一方、リファレンスセル37r1〜37r3もカラムセレクタ35r及び36r2を通じてセンスアンプ32に接続されている。センスアンプ32では、メモリセルからの出力33mとリファレンスセルからの出力33rが比較され、その結果、メモリセルに記憶された情報が読み出される。なお、34m、34rは、読み出し時に負荷抵抗として働く電界効果型トランジスタである。
前記メモリセル37m11〜37m13は、図1Aに示す構造を有しており、リファレンスセルは、図2Aに示す構造を有している。また、図2Aの構造を有する素子は、デコーダ回路40m及び40rに含まれる論理回路を構成する素子の1つとしても用いられている。
前記メモリセル37m11〜37m13及びリファレンスセル37r1〜37r3の出力レベルについて、図7A、7Bを用いて説明する。
図7Aは、1つのメモリ機能体に1ビットが記憶されている場合の電流レベルを示している。101は、メモリ機能体がプログラムされた状態である場合、即ち、「0」の情報が記憶されている場合の分布を示している。また、102は、メモリ機能体が消去された状態である場合、即ち、「1」の情報が記憶されている場合の分布を示している。また、メモリ機能体が正常にプログラムされていると判定する基準レベルをプログラムレベル103、正常に消去されていると判定する基準レベルを消去レベル104と定義する。
図7Bは、図4Aに示すメモリ機能体の情報を読み出すためのリファレンスセルの電流レベルについて示している。図7B中、消去レベル105は、図7Aの104に対応し、プログラムレベル108は、図7Aの103にそれぞれ対応する。また、電流レベル107は、消去レベル105とプログラムレベル108との中間の電流レベルである。
このとき、リファレンスセルの電流レベル106は、消去レベル105とプログラムレベル108との間の電流レベルであることが好ましい。
前記リファレンスセルの電流レベル106は、消去レベル105とプログラムレベル108との間の電流レベルであれば、リファレンスセルから流れる電流とメモリセルから流れる電流との大小を比較することによって、容易にメモリセルの有するメモリ機能体に記憶された情報を読み出すことができる。
また、さらに、リファレンスセルの電流レベル106は、消去レベル105と中間レベル107との間の電流レベルであることがより好ましい。
一般的に不揮発性メモリにおいて、経年劣化によるメモリ特性の変化は、メモリ機能体に蓄えられた電荷が抜けていく要因が支配的である。
図15に示す従来の読出し回路においては、リファレンスセルとしてメモリセルと同じ構造の素子を用いていた。このため、メモリセルとともにリファレンスセルの経年劣化についても考慮しなければならず、中間レベルよりもプログラムレベル側に設定することが一般的であった。
これに対して、リファレンスセルとして、図2Aもしくは図3Aに示す素子を用いれば、リファレンスセルの経年劣化について考慮する必要がない。このため、メモリセルの経年劣化のみを考慮し、リファレンスセルの電流レベル106は、消去レベル105と中間レベル107との間の電流レベルに設定することが好ましい。
リファレンスセルの電流レベル106が、消去レベル105と中間レベル107との間の電流レベルであれば、経年劣化による電流レベルの変化を考慮に入れても読出しのための電流マージンを十分確保した、より信頼性の高い読出し動作を行うことが可能となる。
なお、リファレンスセルの電流レベルは、トランジスタのゲート長及びゲート幅を変えることによって容易に設定することができる。
一例として、図4に示すメモリセル37m12のメモリ機能体37m12lに記憶された情報を読み出す場合について、以下に説明する。
まず、ビット線39m2を接地し、ワード線38m2に2V、ビット線39m1に1.8Vを印可することによって、メモリセル37m12よりビット線39m2に電流が流れ、これがカラムセレクタ36m1及び35mを通り、センスアンプ32に伝えられる。
一方、ワード線38r2に2V、ビット線39r1に1.8Vを印可することによって、リファレンスセル37r2にも電流が流れ、これがカラムセレクタ36r1及び35rを通り、センスアンプ32に伝えられる。
前記センスアンプ32は、メモリセル37m12からの出力33mとリファレンスセル37r2からの出力33rとを比較することによって、メモリ機能体37m12lに記憶された情報を読み出す。
このとき、メモリセル33m12からカラムセレクタ36m1までの距離とリファレンスセル37r2からカラムセレクタ36r1までの距離が略等しい。
したがって、ビット線の配線抵抗に伴う、ビット線の電圧低下の影響を略等しくすることができる。
また、前記メモリセル37m12からセンスアンプ32までに通るカラムセレクタ36m1,35mの段数とリファレンスセル37r2からセンスアンプ32までに通るカラムセレクタ36r1,35rの段数とが等しい。前記したがって、前記メモリセル37m12側とリファレンスセル37r2側とで、前記カラムセレクタ36m1、35mと36r1、35rとのオン抵抗に起因する電圧低下の影響を略等しくすることができる。
また、上述では、前記ワード線38r2にワード線38m2と同じ電圧を印可したが、電圧制御回路41が、メモリセルの書換え回数や温度などをモニターし、その結果に応じて、リファレンスセルのゲート電極に印可する電圧を変化させることが好ましい。
前記電圧制御回路41が、前記機能を有すれば、メモリセルの情報書換えに伴う特性劣化やメモリセルとリファレンスセルとの温度特性の違いなどを考慮に入れたリファレンスレベルの設定が可能となり、より信頼性の高い読出し動作を行うことが可能となる。
図11に書換え回数による読出し電流の変化を示す。
図11に示すように、消去状態における電流171及びプログラム状態における電流172は、書換え回数が増えるに従って共に低下する。
このため、リファレンスレベルを固定とする場合、消去状態とプログラム状態との電流差としては、消去状態とプログラム状態との双方におけるワーストケースの電流値の差分をウインドゥ幅176としなければならなかった。そのため、読出し電流を十分に確保することができず、読出し速度の低下などの問題が生じていた。
これに対し、リファレンスレベルを書換え回数に応じて変化させることが可能な場合、消去状態とプログラム状態との電流差としてウインドゥ幅177とすることが可能となって、リファレンスレベルを固定とする場合に比べて大きなウインドゥ幅を確保することができる。
リファレンスレベルとして、消去状態における電流171とプログラム状態における電流172との中間の電流173を設定することが理想的であるが、経年劣化によるメモリ特性の変化を考慮すると、中間の電流173よりも若干大きな電流174をリファレンスレベルに設定することが好ましい。
また、前記電圧制御回路41の回路規模を考慮すると、図11の参照番号175で示すように、書換え回数に応じて電流レベルを階段状に制御することがさらに好ましい。
なお、上述では、前記メモリ機能体に1ビットの情報が記憶されている場合を示したが、複数ビットの情報を記憶してもよい。
この一例として、図8Aに1つのメモリ機能体に2ビットが記憶されている場合の電流レベルを示す。
2ビット記憶の場合、図8Aに示す通り4つの記憶状態111〜114が存在し、それぞれの記憶状態について正しく記憶レベルにあるかどうかを判定する基準となる電流レベル115〜120を定義する。
それぞれの記憶レベルを判定するためのリファレンスセルの電流レベルについて、図8Bに示す。
図8A及び図8Bにおいて、132が115、129が116、128が117、125が118、124が119、121が120にそれぞれ対応しており、記憶された情報を読み出すためのリファレンスレベルとしては、第1のリファレンスレベル130、第2のリファレンスレベル126,第3のリファレンスレベル122を有している。
図示はしないが、これら第1〜第3のリファレンスレベル130、126、122を有するリファレンスセルをそれぞれ用意し、これらを適宜切り替えることによって、メモリ機能体に記憶された情報を読み出すことができる。
図4に示すデコーダ回路40m及び40rには、図2Aに示すリファレンスセルと同構造のN型トランジスタ及び図2Cに示すP型トランジスタを含む。
図2Cに示すP型トランジスタは、半導体基板上表面に形成されたN型ウェル領域15上にゲート絶縁膜14を介してゲート電極12が形成されている。前記ゲート電極12の両側であってN型ウェル領域15内に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能するP型の拡散領域16a及び16bが形成されている。また、前記N型ウェル領域15とP型の拡散領域16a及び16bとの間には、前記拡散領域16a及び16bよりも実質的に不純物濃度の薄いP型LDD領域17a及び17bがそれぞれ形成されている。図2Cに示すP型トランジスタも、図2Aに示すN型トランジスタと同様に、LDD領域を備えることによって、ドレイン端における電界が緩和され、電圧印加によるホットキャリアがほとんど発生せず、メモリ機能体への電荷の注入も、全く起こらないか、無視できる程ごくわずかである。
なお、図2Cに示す回路記号として、図2Dに示す記号を用いる。
リファレンスセルの構造がアドレスデコーダ40m及び40rに含まれる論理回路素子と同じであるならば、リファレンスセルを製造するための特別なプロセスが必要なく、簡易なプロセスで安価な半導体記憶装置を提供することが可能となる。
また、図2A及び2Cに示す素子は、デコーダ回路40m及び40rだけでなく、電圧供給回路41など他の回路ブロックにも含まれていてもよい。
なお、メモリセルの書換え動作の際、メモリセルに高電圧を供給する必要があるため、デコーダ回路40m及び40rなどメモリセルを駆動させるための回路には、高電圧に耐えるためゲート絶縁膜の厚いトランジスタと高駆動力を得るためのゲート絶縁膜の薄いトランジスタを用いることが一般的であるが、このうち、ゲート絶縁膜の薄いトランジスタのゲート絶縁膜とメモリセル及びリファレンスセルのゲート絶縁膜とを同一工程で製造することが好ましい。
前記構成によれば、簡易なプロセスで、メモリセルに薄いゲート絶縁膜を用いたことによる書換え速度の増大及び読出し電流の増大、リファレンスセルの高信頼性及び前記メモリセルを駆動させるための回路の高信頼性と高速性を達成することが可能となる。
(実施例2)
図5は、本発明の半導体記憶装置の実施例2を示す。
図5は、本発明の半導体記憶装置の実施例2を示す。
図5は、図4に示す回路と回路構成が同じであるものの、図2A及び2Cのトランジスタからメモリ機能体を除去したトランジスタを、リファレンスセル52r1、52r2、…及びデコーダ回路40m及び40rの少なくとも一部に用いている。
図5のリファレンスセル52r1、52r2、52r3、…及びデコーダ回路55m、55rの少なくとも一部に用いられているトランジスタの断面図を図3A及び3Cに示す。
また、図3Aに対応する回路記号を図3B、図3Cに対応する回路記号を図3Dにそれぞれ示す。
図3Aに示すN型トランジスタは、半導体基板上表面に形成されたP型ウェル領域20上にゲート絶縁膜19を介してゲート電極18が形成されている。前記ゲート電極18の両側であってP型ウェル領域20内に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能する第1の拡散領域としてのN型の拡散領域21a及び21bが形成されている。また、前記P型ウェル領域20とN型の拡散領域21a及び21bとの間には、前記拡散領域21a及び21bよりも実質的に不純物濃度の薄い第2の拡散領域としてのN型LDD領域22a及び22bがそれぞれ形成されている。
図3Cに示すP型トランジスタは、半導体基板上表面に形成されたN型ウェル領域25上にゲート絶縁膜24を介してゲート電極23が形成されている。前記ゲート電極23の両側であってN型ウェル領域25内に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能する第1の拡散領域としてのP型の拡散領域26a及び26bが形成されている。また、前記N型ウェル領域25とP型の拡散領域26a及び26bとの間には、前記拡散領域26a及び26bよりも実質的に不純物濃度の薄い第2の拡散領域としてのP型LDD領域27a及び27bがそれぞれ形成されている。
しかしながら、図3A及び3Cに示すトランジスタは、共にメモリ機能体を備えていない。
このように、リファレンスセルや論理回路素子として用いられるトランジスタについて、メモリ機能体を除去することによって、メモリ機能体へのホットキャリア注入による特性変化の可能性を完全に取り除くことができる。
(実施例3)
図6は、本発明の半導体記憶装置の別の実施例3を示す。
図6は、本発明の半導体記憶装置の別の実施例3を示す。
本実施例3では、メモリセルアレイ67ma及びリファレンスセルアレイ67raは、隣接する素子がビット線を共有する、所謂仮想接地アレイ構造により構成されている。
仮想接地アレイ構造は、図4及び図5に示すようなセル配置と比較してセル密度を高くすることが可能となるが、隣接するセルと拡散領域を共有するため、読出し動作を行う際、ビット線の電圧変化に伴い、隣接するメモリセルのソース−ドレイン間にも電位差が発生し、メモリセルからの電流がビット線方向だけでなく、隣接するメモリセルの方向へも流れる。
例えば、メモリセル67m32の有するメモリ機能体67m32lに記憶された情報を読み出す場合、ビット線69m4を接地し、ワード線68m2に2V、ビット線69m3に1.8Vを印可する。さらに、これと同時にメモリセル67m12及び67m22のソース−ドレイン間に電流が流れないように、ビット線69m1及び69m2にも1.8Vを印可して、メモリ機能体67m32lに記憶された情報を読み出す。
しかしながら、読み出し動作によって、ビット線69m3の電位は、メモリ機能体67m32lに記憶された情報に応じて変化し、これに伴って、メモリセル67m22のソース−ドレイン間に電位差が生じ、ソース−ドレイン間に電流が流れる。このメモリセル67m22のソース−ドレイン間電流によって、ビット線69m2の電位に変化が生じる。さらに、これに伴って、メモリセル67m12のソース−ドレイン間に電位差が生じ、ソース−ドレイン間に電流が流れる。
このように読み出し動作に伴い、ビット線方向以外にも直列に接続されたメモリセルのソース−ドレイン方向にも、所謂まわりこみ電流が流れる。
このため、メモリセルの配置を仮想接地アレイ構造とした場合は、まわりこみ電流の影響を考慮するため、リファレンスセルアレイも同様に仮想接地アレイ構造を用いることが好ましい。
なお、本実施例3では、メモリセルアレイ67ma及びリファレンスセルアレイ67raは、4つのセルを直列に接続しているが、これに拘るものではなく、これ以上の数でも構わないし、これより少なくてもよい。
また、本実施例3では、メモリセルアレイ67maにおいてメモリ素子を直列に接続する数とリファレンスセルアレイ67raにおいてリファレンス素子を直列に接続する数とを同数にしたが、これに拘るものではない。
一般に、直列に接続するメモリセルの数が多ければ多いほど、メモリセルアレイの記憶密度は高まる。
しかしながら、メモリセルアレイにおいて多数のメモリセルが直列に接続されている場合、メモリセルアレイにおいてメモリセルが直列に接続された数と同じ数のリファレンスセルが直列に接続されたリファレンスセルアレイを用いた場合、リファレンスセルアレイの占める回路面積が増大するという問題がある。
したがって、特に、面積を重視してメモリセルアレイにおいて多数のメモリセルが直列に接続された場合、リファレンスセルアレイの占める割合を低減させるため、メモリセルアレイにおいてメモリセルが直列に接続される数よりも、リファレンスセルアレイにおいてリファレンスセルが直列に接続される数を少なくしても構わない。
まわりこみ電流の影響をより厳密に反映させ、信頼性の高い読出し動作を実現するためには同数にすることが望ましいが、上述の通り、まわりこみ電流は、隣接する素子に対してドミノ式に発生するものであって、一般的にセンスアンプによる読出し時間の方が、セルアレイにおける各ビット線の電位が安定状態になるよりも短いため、必ずしも同数にする必要はない。
また、本実施例3においては、リファレンスセル67r11、67r12、…及びデコーダ回路70m、70rの一部に図2A及び2Cに示すトランジスタを用いたが、図2A及び2Cに示すトランジスタに代わって、図3A及び3Cに示すトランジスタを用いてもよい。
(実施例4)
図9は、1つのメモリ機能体に1ビットの情報が記憶されている場合において、メモリセルの記憶保持力を向上させるための手順を示している。
図9は、1つのメモリ機能体に1ビットの情報が記憶されている場合において、メモリセルの記憶保持力を向上させるための手順を示している。
図9に示すように、第1のステップとして、あるメモリ機能体について、このメモリ機能体がプログラムされたもの、即ち、図7において「0」の情報が記憶されたものであるか否かを判定する第1のベリファイ動作142を行う。
この際、プログラムされたものであるか否かを判定する手段として、メモリセルに流れる電流を用いてもよい。
この場合、メモリセルにあらかじめ決められた値以下の電流が流れればプログラムされたものであると判定する。なお、このあらかじめ決められた電流値として、図7Aの消去レベル104を用いてもよいし、消去レベル104よりもあらかじめ決められた一定の電流値だけ小さな値を用いてもよい。
また別の方法として、メモリセルの閾値電圧を用いてもよい。この場合、電流値による判定とは逆に、あらかじめ決められた値以上の閾値電圧であるならばプログラムされたものであると判定する。
一般的に不揮発性メモリにおいて、経年劣化によるメモリ特性の変化は、メモリ機能体に蓄えられた電荷が抜けていく要因が支配的であり、消去されたメモリ機能体によるメモリセルの電流レベル(素子数の分布を示す曲線102)が、経年劣化によってプログラムレベル103の方向に移動していく可能性を考慮する必要はない。
したがって、第1のステップ142において、メモリ機能体がプログラムされたものであると判定されたならば、次のステップに進むが、メモリ機能体がプログラムされたものでないと判定されたならば、メモリ機能体が正しく消去されたもの、即ち、図7Aにおいて「1」の情報が記憶されたものであると判断し、記憶保持力を向上させるためのプログラムを終了する。
次に、第2のステップとして、第1のステップにおいてプログラムされたものであると判定されたメモリ機能体がプログラム領域にあるかどうか判定する第2のベリファイ動作144を行う。
この際、メモリセルにあらかじめ決められた値以下の電流が流れればメモリ機能体がプログラム領域にあると判定してよい。なお、このあらかじめ決められた電流値として、図7Aのプログラムレベル103を用いてもよい。
また別の方法として、メモリセルの閾値電圧を用いてもよい。この場合、あらかじめ決められた値以上の閾値電圧であるならばプログラム領域にあるものであると判定する。
第2のステップにおいて、メモリ機能体がプログラム領域にないと判断されたならば、さらに次のステップに進むが、メモリ機能体がプログラム領域にあると判断されたならば、特性劣化が起こっていないか、無視できる程軽微であると判断されるので、記憶保持力を向上させるためのプログラムを終了する。
次に、第3のステップとして、第2のステップにおいてプログラム領域にないと判定されれば、プログラム領域の電流レベルとなるよう再プログラム146を行う。
さらに、次のステップとして再プログラム146の結果、プログラム領域の電流レベルとなったかを検証するため、第2のベリファイ144を再び行う。
ここでプログラム領域にあると判定されたならば、記憶保持力を向上させるためのプログラムを終了するが、プログラム領域にないと判定されれば、プログラム領域の電流レベルとなるまで再プログラム146と第2のベリファイ144とを繰り返す。
なお、あらかじめ再プログラム146と第2のベリファイ144とを繰り返す最大の回数を決めておき、この回数を超えた場合、不良ビットと判定し、冗長ビットに置換してもよい。この場合、より高い信頼性を有する半導体記憶装置を提供することが可能となる。
上述では、1つのメモリ機能体に1ビットの情報が記憶されている場合の手順について説明を行ったが、同様の手法を、1つのメモリ機能体に複数ビットの情報が記憶されている場合にも適用することができる。
例えば、上述の手法を図8Aに対して適用した場合、まず、「00」を記憶されたものの記憶保持力を向上させるため、第1のステップとして電流レベル116以下にあるか否かを判定する第1のベリファイを行う。そして、第1のステップにおいて電流レベル116以下であると判定されれば、次に第2のステップとして電流レベル115以下にあるか否かを判定する第2のベリファイを行う。さらに、第3のステップとして、第2のステップにおいて電流レベル115以下にないと判定されれば、再プログラムを行い、再び第2のベリファイを行う。これを電流レベル115以下になるまで繰り返す。
このようにして、「00」を記憶したメモリ機能体について、正しい記憶状態に改善した後、「00」を記憶したメモリ機能体を対象から除き、今度は、「01」を記憶したメモリ機能体について同様の手順により記憶保持力を向上させる。
このとき、第1のステップにおける電流レベルの判定基準として電流レベル118もしくは電流レベル118よりもあらかじめ決められた一定の電流値だけ小さな値を用いる。
また、第2のステップにおける電流レベルの判定基準として電流レベル117を用いる。
このようにして、このようにして、「00」及び「01」を記憶したメモリ機能体について、正しい記憶状態に改善した後、「00」及び「01」を記憶したメモリ機能体を対象から除き、今度は、「10」を記憶したメモリ機能体について同様の手順により記憶保持力を向上させる。
このとき、第1のステップにおける電流レベルの判定基準として電流レベル120もしくは電流レベル119よりもあらかじめ決められた一定の電流値だけ小さな値を用い、第2のステップにおける電流レベルの判定基準として電流レベル119を用いる。
こうして、すべての記憶状態を改善することによって、メモリ機能体の記憶保持力を向上させることができる。
(実施例5)
図10は、上述の実施例の半導体記憶装置に含まれるメモリセルの記憶情報を書換えるための回路をメモリLSI内部に含まない、OTP ROM(One Time Programmable Read Only Memory)もしくはMTP ROM(Multi Time Programmable Read Only Memory)の場合に用いるメモリライタの概略構成図である。
図10は、上述の実施例の半導体記憶装置に含まれるメモリセルの記憶情報を書換えるための回路をメモリLSI内部に含まない、OTP ROM(One Time Programmable Read Only Memory)もしくはMTP ROM(Multi Time Programmable Read Only Memory)の場合に用いるメモリライタの概略構成図である。
メモリLSI151は、実施例1から3に示した半導体記憶装置を含む。一方、メモリライタ152は、メモリLSI151に記憶された情報を書換えるための回路を含む。
前記メモリLSI151は、メモリライタ152に着脱可能であって、書換えを行う時のみメモリライタ152に装着しても構わないし、メモリLSI151と同一基板上に取り付けても構わない。
前記メモリライタ152の構成の概略を以下に示す。
前記メモリライタ152は、インターフェース部154及び158、演算回路155、記憶領域156、レジスタ157、電圧供給回路161を備える。
まず、前記インターフェース部154より、メモリLSI151に記憶された情報を書き換えるために必要となる情報153が演算回路155に入力される。一方、入力された情報153に応じたプログラムが記憶領域156と演算回路155に読み込まれて、この演算回路155において読み込まれたプログラムに応じた演算が行われる。この演算結果は、一時的にレジスタ157に蓄えられた後、インターフェース部158に送られ、メモリLSI151に出力される。
これに合わせて、メモリライタ152に入力された電圧160により、電圧供給回路161において書換えのための電圧162が生成され、メモリLSI151に供給される。
このように、書換えのための情報及び電圧がメモリLSI151に供給されることによって、書換え動作が行われる。
前記メモリライタ152は、必要に応じてメモリLSI151に含まれるメモリセルの状態をはじめとするメモリLSI151内部の情報を読み込み、読み込まれた情報をもとに演算回路155において演算処理を行ってもよい。
なお、前記演算回路155の一例としては、MPUをはじめとする汎用プロセッサを挙げることができる。汎用プロセッサを用いれば、書換えのための処理を記憶領域156に記憶するプログラムの内容を変更するだけで、柔軟に変更することができる。
また、プログラムに応じてメモリLSI151の書換え以外の処理も行うことも可能となる。
なお、メモリLSI151の書換え以外の処理の一例として、実施例4に示す記憶保持力を向上させるための手順を挙げることができる。
前記記憶領域156に実施例4に示す手順を実行するためのプログラムが格納されており、必要に応じてこのプログラムが演算回路155に読み込まれて実行されれば、より信頼性の高い半導体記憶装置を提供することが可能となる。
また、前記メモリライタ152に含まれる電圧供給回路161の一例として、チャージポンプを挙げることができる。このとき、電圧160として比較的安定した基準電圧を供給し、チャージポンプによって昇圧すれば、書換えのための高電圧を安定して発生させることが可能となる。
さらに、前記電圧供給回路161の別の一例としてレギュレータを挙げることができる。このとき、電圧160として書換えのための電圧に近い電圧を供給し、レギュレータによって所望の電圧となるよう調整すれば、書換えのための電圧を高精度に供給することが可能となる。
なお、前記メモリLSI151は最新の情報に書き換えられた日時を記憶しており、メモリライタ152は、この記憶された書換え日時及び現在の日時を参照することによって最新の情報に書き換えられてからの時間を算出してもよい。
この場合、この時間があらかじめ決められた時間より長い場合、実施例4に示す記憶保持力向上の方法を適用することによって、メモリLSI151内の半導体記憶装置の記憶保持力を向上させることが可能となる。
また、前記メモリLSI151は書換え回数を記憶しており、メモリライタ152は、メモリLSI151に記憶された情報を書き換える際、メモリLSI151に記憶された書換え回数を更新してもよい。
この場合、メモリLSI151内の半導体記憶装置に含まれる電圧制御回路(図4の41、図5の56、もしくは図6の71)がメモリLSI内部に記憶された書換え回数を参照することによって、例えば、書換え動作を繰り返し行うことによるメモリ素子特性の劣化に起因するプログラム状態における電流の低下を考慮に入れることが可能となり、書換え回数に応じてメモリセルに供給する電圧を調整することが可能となり、リファレンスレベルを常に適正なレベルに設定することが可能となる。
本実施例5では、本発明の半導体記憶装置を書換え回数の比較的少ないOTP ROMやMTP ROMとして用いるため、歩留り向上もしくは製造コスト削減の観点からメモリセルの記憶情報を書換えるための回路をLSI内部に含まず、メモリLSIとは別にメモリライタを設けたが、書き換える回数が多い場合は、メモリLSI内部にメモリセルの記憶情報を書き換えるための回路を備えることが好ましい。
(実施例6)
上述した半導体記憶装置の応用例として、例えば、図12に示したように、液晶パネルの画像調整用の書換え可能な不揮発性メモリが挙げられる。
上述した半導体記憶装置の応用例として、例えば、図12に示したように、液晶パネルの画像調整用の書換え可能な不揮発性メモリが挙げられる。
液晶パネル192は、液晶ドライバ191によって駆動される。前記液晶ドライバ191内には、不揮発性メモリ部193、SRAM(スタティックランダムアクセスメモリ)部194、液晶ドライバ回路195がある。前記不揮発性メモリ部193は、本発明の半導体記憶装置よりなる。不揮発性メモリ部193は外部から書換え可能な構成を有している。外部書換え回路としては、実施例5に示すメモリライタを用いてもよい。
前記不揮発性メモリ部193に記憶された情報は、機器の電源の投入時にSRAM部194に転写される。液晶ドライバ回路195は、必要に応じてSRAM部194から記憶情報を読み出すことができる。SRAM部194を設けることにより、記憶情報の読出し速度を高速に行なうことができる。
前記液晶ドライバ191は、図12に示すように液晶パネル192に外付けしてもよいが、液晶パネル192上に形成してもよい。
前記液晶パネル192は、各画素に多段階の電圧を与えることによって表示される階調を変えているが、与えた電圧と表示される階調との関係は製品ごとにばらつきが生じる。そのため、製品の完成後に個々の製品のばらつきを補正するための情報を記憶させ、その情報を基に補正を行なうことにより、製品間の画質を均一にすることができる。したがって、補正情報を記憶するための書換え可能な不揮発性メモリを搭載することが好ましい。また、この不揮発性メモリとして信頼性が高く安価な本発明の半導体記憶装置を用いるのが好ましい。
本発明の半導体記憶装置を液晶パネルの画像調整用の不揮発性メモリとして用いれば、製品間の画質が均一で、かつ、信頼性が高い液晶パネルを安価に提供することが可能となる。
(実施例7)
上述した半導体記憶装置が組み込まれた携帯電子機器である携帯電話を、図13に示す。
上述した半導体記憶装置が組み込まれた携帯電子機器である携帯電話を、図13に示す。
この携帯電話は、主として、制御回路205、電池204、RF(無線周波数)回路202、表示部207、アンテナ201、信号線206、電源線203等によって構成されており、前記制御回路205には、上述した本発明の半導体記憶装置が組み込まれている。
このように、リードディスターブの問題を解決することによって信頼性が高く、かつ、メモリ部と論理回路部の混載プロセスが簡易で安価な半導体記憶装置を携帯電子機器に用いることによって、信頼性が高く、かつ、安価な携帯電子機器を得ることができる。
なお、本願発明の半導体記憶装置の不揮発性メモリセルとして、図1Aに示すメモリ素子を用いたが、これに拘るものではない。例えば、図1に示すメモリ素子の代わりに、図14Aに示すフローティングゲート212に情報を記憶するフラッシュメモリ、図14Aに示すフローティングゲートを形成するポリシリコンの代わりにシリコン窒化膜などに代表される絶縁膜を用いるNROM、強誘電体を絶縁膜とするキャパシタに情報を記憶するFeRAM、磁気抵抗素子に情報を記憶するMRAM、カルコゲン化物に熱を加えることによって結晶状態と非結晶状態が変化することを利用して情報を記録するOUMなどの不揮発性メモリ素子を用いてもよい。
37m11〜37m13、52m11〜52m13、67m11〜67m13、67m21〜67m23、67m31〜67m33、67m41〜67m43…メモリセル
37ma、52ma、67ma…メモリセルアレイ
40m、40r、55m、55r、70m、70r…デコーダ回路
32、47、62…センスアンプ
37r1〜37r3、52r1〜52r3、67r11〜67r13、67r21〜67r23、67r31〜67r33、67r41〜67r43…リファレンスセル
37ra、57ra、67ra…リファレンスセルアレイ
4、9、20…P型ウェル領域
3、8、14、19、24…ゲート絶縁膜
1、6、12、18、23…ゲート電極
5a、5b、10a、10b、16a、16b、21a、21b、26a、26b…拡散領域
2a、2b、7a、7b、13a、13b…メモリ機能体
11a、11b、17a、17b、22a、22b、27a,27b…LDD領域
103、108…プログラムレベル
104、105…消去レベル
106…リファレンスレベル
107…中間レベル
41、56、71…電圧制御回路
35r、35m、36r1、36r2、36m1、36m2、50r、50m、51r1、51m1、51r2、51m2、65r、65m、66r1〜66r5、66m1〜66m5…カラムセレクタ
156…記憶領域
155…演算回路
161…電圧供給回路
37ma、52ma、67ma…メモリセルアレイ
40m、40r、55m、55r、70m、70r…デコーダ回路
32、47、62…センスアンプ
37r1〜37r3、52r1〜52r3、67r11〜67r13、67r21〜67r23、67r31〜67r33、67r41〜67r43…リファレンスセル
37ra、57ra、67ra…リファレンスセルアレイ
4、9、20…P型ウェル領域
3、8、14、19、24…ゲート絶縁膜
1、6、12、18、23…ゲート電極
5a、5b、10a、10b、16a、16b、21a、21b、26a、26b…拡散領域
2a、2b、7a、7b、13a、13b…メモリ機能体
11a、11b、17a、17b、22a、22b、27a,27b…LDD領域
103、108…プログラムレベル
104、105…消去レベル
106…リファレンスレベル
107…中間レベル
41、56、71…電圧制御回路
35r、35m、36r1、36r2、36m1、36m2、50r、50m、51r1、51m1、51r2、51m2、65r、65m、66r1〜66r5、66m1〜66m5…カラムセレクタ
156…記憶領域
155…演算回路
161…電圧供給回路
Claims (11)
- 情報を記憶するためのメモリセルが複数配置されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイからアドレス情報に応じたメモリセルを選択するためのデコーダ回路と、
前記メモリセルに記憶された情報を読み出すためのセンスアンプと、
前記センスアンプにおいて、前記メモリセルに記憶された情報を読み出す際に参照するリファレンスセルと
を備え、
前記メモリセルは、
半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記のゲート電極下に前記ゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と、
前記チャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する拡散領域と、
前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体と
を備え、
前記リファレンスセルは、前記デコーダ回路を構成する素子の中の少なくとも一つの素子と同じ構造を有することを特徴とする半導体記憶装置。 - 前記リファレンスセルは、半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極下に前記ゲート絶縁膜を介して配置されたチャネル領域と、前記チャネル領域の両側に配置されると共に、前記チャネル領域と逆導電型を有する第1の拡散領域と、前記チャネル領域の両側において前記第1の拡散領域と前記チャネル領域との間に配置され、前記第1の拡散領域よりも実質的に不純物濃度の薄い第2の拡散領域とを備えることを特徴とする請求項1の半導体記憶装置。
- 前記リファレンスセルは、前記ゲート電極の両側に形成されて、電荷または分極を保持する機能を有するメモリ機能体を備えることを特徴とする請求項2の半導体記憶装置。
- 前記リファレンスセルに流れる電流値は、前記メモリセルのプログラムレベルにおける電流値と消去レベルにおける電流値との中間値と、消去レベルにおける電流値との間の値であることを特徴とする請求項2の半導体記憶装置。
- 前記リファレンスセルのゲート電極は電圧制御回路に接続され、前記電圧制御回路は、書換え回数をモニターし、前記モニター結果に応じて前記リファレンスセルのゲート電極に供給する電圧を変化させることを特徴とする請求項1の半導体記憶装置。
- 前記メモリセルから前記センスアンプに至るまでのカラムセレクタの段数が、前記リファレンスセルから前記センスアンプに至るまでのカラムセレクタの段数と同数であることを特徴とする請求項1の半導体記憶装置。
- 前記リファレンスセルより構成されるリファレンスセルアレイを備え、前記メモリセルアレイと前記リファレンスセルアレイとが共に仮想接地アレイ構造により構成されていることを特徴とする請求項1の半導体記憶装置。
- 前記リファレンスセルアレイにおいて直列に接続されているリファレンスセルの数が、前記メモリセルアレイにおいて直列に接続されているメモリセルの数と同数であることを特徴とする請求項7の半導体記憶装置。
- 請求項1の半導体記憶装置に記憶された情報を書き換えるためのプログラムを記憶する記憶領域と、前記記憶領域に記憶されたプログラムを読み込み、前記プログラムに応じた演算を行う演算回路と、前記演算回路の出力信号に応じて前記半導体記憶装置に記憶された情報を書き換えるための電圧を供給する電圧供給回路とを備えることを特徴とするメモリライタ。
- 前記記憶領域において、プログラム状態にある前記メモリ機能体を検出する第1のステップと、前記メモリ機能体がプログラム状態に正しくプログラムされたかどうかを検証する第2のステップと、前記第2のステップにおいて正しくプログラムされていないとの結果が得られたならば、正しくプログラムされるよう再プログラムを行う第三のステップを行うためのプログラムが少なくとも記憶されていることを特徴とする請求項8に記載のメモリライタ。
- 請求項1の半導体記憶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2004226540A JP2006049474A (ja) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | 半導体記憶装置、メモリライタ及び電子機器 |
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JP2004226540A JP2006049474A (ja) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | 半導体記憶装置、メモリライタ及び電子機器 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007226952A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Samsung Electronics Co Ltd | メモリセル間のカップリングノイズを低減させる3−レベル不揮発性半導体メモリ装置およびその駆動方法 |
-
2004
- 2004-08-03 JP JP2004226540A patent/JP2006049474A/ja active Pending
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