JP2012089206A - 半導体メモリ - Google Patents

Abstract

【課題】ビット線間の寄生容量による影響を低減することにより、高精度のデータの読出しを可能にする半導体メモリを提供する。
【解決手段】１つの主ビット線に互いに異なるタイミングでオン駆動するセレクタ素子及び当該セレクタ素子のそれぞれに接続された副ビット線を介して当該副ビット線のそれぞれにメモリセルが接続され、当該主ビット線に並置されるとともに固定電位に接続された固定電位線が設けられていること。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のメモリセルを有する半導体メモリに関する。

デジタル情報を取り扱う各種の電子装置に使用されるメモリを大別すると、ハードディスクドライブ、ＤＶＤ、ＣＤのような物理的な動作を必要とする記録装置と、物理的な動作を必要としない半導体メモリを用いた記録装置とに分類することができる。更に、記録保持方法により、半導体メモリを２種類に分けることができる。具体的には、電源を切ると記録情報が失われる揮発性半導体メモリと、電源を切っても記録情報が保存される不揮発性メモリと、に分類することができる。

ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）のような不揮発性メモリは、１つのメモリセルに１つの電荷蓄積部を有し、当該電荷蓄積部に電荷が蓄積された状態（未書込み状態）を“１”、当該電荷蓄積部に電荷が蓄積され、メモリセルの閾値電圧が上昇した状態（書込み状態）を“０”とすることによって記録情報を保存する。このようなメモリセルは、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）構造を有し、ＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜中に、他の部分から電気的に絶縁された多結晶シリコンからなる浮遊ゲート（ＦＧ：Floating Gate）が埋め込まれている。当該浮遊ゲートが電荷蓄積部に該当する。かかるメモリセルへのデータ書込み、読出し、及び消去は、例えば以下のような方法によって行なわれる。

浮遊ゲートにデータ“０”を書込む場合には、ドレイン及び制御ゲートに正電圧を印加し、ソースを接地電圧とする。これにより、チャンネル中をソースからドレインに向かって移動する電子がドレイン近傍で高い運動エネルギーを獲得してホットエレクトロンになり、その一部がゲート酸化膜を飛び越えて浮遊ゲートに注入され、当該ホットエレクトロンが保持されてデータ“０”が書込まれる。

電荷注入にともなって浮遊ゲートは負電位になるため、制御ゲートに対してメモリセルにおける書き込み後の閾値電圧は、書込み前の閾値電圧よりも高くなる。このため、読出しを行う場合には、書き込み後の閾値電圧と書込み前の閾値電圧との中間の電圧を制御ゲートに印加し、ドレインに正電圧を印加し、更にソースを接地電圧としてメモリセルを駆動する。書き込みがなされている場合には、メモリセルの閾値電圧より低い電圧が制御ゲートに印加されるため、メモリセルに電流が流れない。一方、書込みがなされていない場合には、メモリセルの閾値電圧より高い電圧が制御ゲートに印加されるため、メモリセルに電流が流れる。このように読出し動作を行った場合に、メモリセルに電流が流れか又は流れないかを判別することにより、メモリセルに書込まれたデータを読出すことができる。

浮遊ゲートに記録されたデータの消去を行う場合には、例えば、メモリセルに紫外線を照射し、浮遊ゲート内の電子を高エネルギー状態にする。これにより、電子はゲート酸化膜を飛び越えて基板及びゲートに放出されるため、浮遊ゲート内に電子が存在しなくなり、データが消去された状態になる。

上述したようなメモリセルをマトリックス状に配列して、１つのメモリアレイを形成し、メモリアレイ内の複数のメモリセルのそれぞれにビット線を介してアンプが接続された構造を有するＥＰＲＯＭが、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００８−４７２２４号公報

しかしながら、上述したようなＥＰＲＯＭ等の不揮発性半導体メモリ又は揮発性半導体メモリにおいては、ビット線同士が絶縁体を介して対向しているため、ビット線間に寄生容量が生じていた。かかる寄生容量が生じると、以下のような問題が生じえる。例えば、複数あるビット線のなかから１つが選択されると、当該選択されたビット線の電位が変化し、カップリングが生じることによって当該選択されたビット線に隣り合うビット線の電位も変化する。このようなビット線の電位が変化した状態で、電位が変化したビット線に接続されたメモリセルのデータを読み出すと、ビット線の電位に起因してメモリセルに電流が流れしまい、メモリセルの状態（閾値電圧）のみに応じた電流を検出することが困難になる。すなわち、上述したようなＥＰＲＯＭ等の不揮発性半導体メモリ又は揮発性半導体メモリにおいては、ビット線間の寄生容量によって正確にデータ読出しを行えないことがある。

このような問題を解決する方法として、隣り合うビット線の間に接地された配線又は所定の一定電圧が印加された配線を新たに設けることが考えられるが、かかる配線を新たに設けると、不揮発性半導体メモリ又は揮発性半導体メモリの小型化を図ることが困難になる。特に、近年のような小型化された不揮発性半導体メモリ及び揮発性半導体メモリにおいては、ビット線間に新たな配線を挿入することは極めて困難である。

本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、ビット線間の寄生容量による影響を低減することにより、高精度のデータの読出しを可能とした半導体メモリを提供する。

上述した課題を解決するために、本発明の半導体メモリは、 複数のメモリセルと、前記複数のメモリセルに接続された少なくとも１本のワード線と、前記ワード線と交差し且つ前記複数のメモリセルに接続された複数の第１副ビット線及び複数の第２副ビット線と、前記第１副ビット線のそれぞれに一端が接続された複数のセレクタ素子と、前記セレクタ素子の互いに隣接する２つ毎に設けられ且つこれらの２つのセレクタ素子の他端に共通して接続された少なくとも１本の主ビット線と、前記主ビット線に並置せしめられるとともに固定電位に接続された少なくとも１本の固定電位線と、前記第２副ビット線に接続された電圧生成回路と、を有することを特徴とする。

本発明の半導体メモリによれば、１つの主ビット線に互いに異なるタイミングでオン駆動するセレクタ素子及び当該セレクタ素子のそれぞれに接続された副ビット線を介して当該副ビット線のそれぞれにメモリセルが接続され、当該主ビット線に並置されるとともに固定電位に接続された固定電位線が設けられている。このような構成により、本発明の半導体メモリにおいては、ビット線間の寄生容量による影響が低減され、高精度のデータの読出しが可能になる。

本実施例に係る半導体メモリの概略構成ブロック図である。 本実施例に係る半導体メモリの各メモリブロックを説明するための概略構成図である。 本実施例に係る半導体メモリを構成するメモリセルの断面図である。 本実施例に係る半導体メモリのメモリブロックの部分拡大断面図である。 本実施例に係る半導体メモリを構成する主ビット線とメモリセルとの位置関係を説明するための概略構成図である。 本実施例に係る半導体メモリの動作を説明するための半導体メモリの部分的な概略構成図である。

以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

先ず、図１乃至５を参照しつつ本実施例に係る半導体メモリの構造について説明する。図１は、本実施例に係る半導体メモリの概略構成ブロック図である。

図１に示されているように、半導体メモリ１０は、３つのメモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、各メモリブロックに共通の所定電圧を供給する電圧生成回路１２と、各メモリブロックに接続されたロウデコーダ１３、第１カラムデコーダ１４、第２カラムデコーダ１５及びマルチプレクサ１６と、マルチプレクサ１６に接続された第３カラムデコーダ１７及びアンプ１８と、から構成されている。なお、ロウデコーダ１３、第１カラムデコーダ１４、第２カラムデコーダ１５及び第３カラムデコーダ１７は、駆動回路として機能する。

メモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、各ブロックに対してｐ（ｐ＞１の整数）本の共通の主ビット線ＭＢＬ_１、ＭＢＬ_２、・・・、ＭＢＬ_ｐを介してマルチプレクサ１６に接続されている。以下、いずれかの主ビット線ＭＢＬ_１、ＭＢＬ_２、・・・、ＭＢＬ_ｐを指定しない場合においては、単に主ビット線ＭＢＬとも称する。例えば、メモリブロック１１ａは、接続点Ｔ_１１を介して主ビット線ＭＢＬ_１に接続され、接続点Ｔ_１ｐを介して主ビット線ＭＢＬ_ｐに接続されている。また、メモリブロック１１ｂは、接続点Ｔ_２１を介して主ビット線ＭＢＬ_１に接続され、接続点Ｔ_２ｐを介して主ビット線ＭＢＬ_ｐに接続されている。更に、メモリブロック１１ｃは、接続点Ｔ_３１を介して主ビット線ＭＢＬ_１に接続され、接続点Ｔ_３ｐを介して主ビット線ＭＢＬ_ｐに接続されている。

また、主ビット線ＭＢＬ同士の間には、ｑ本（ｑ＞１の整数）の固定電位線である接地電位線ＧＬ_１、ＧＬ_２、・・・、ＧＬ_ｑが設けられている。以下、いずれかの接地電位線ＧＬ_１、ＧＬ_２、・・・、ＧＬ_ｑを指定しない場合においては、単に接地電位線ＧＬとも称する。接地電位線ＧＬのそれぞれは、接地電位Ｖ_ｓｓに接続されている。具体的な主ビット線ＭＢＬと接地電位線ＧＬとの配置関係は、例えば、主ビット線ＭＢＬ_１と主ビット線ＭＢＬ_２との間に接地電位線ＧＬ_１が設けられ、主ビット線ＭＢＬ_（ｐ−１と主ビット線ＭＢＬ_ｐとの間に接地電位線ＧＬ_ｑが設けられている。すなわち、主ビット線ＭＢＬと接地電位線ＧＬとは、互いを挟むように交互に設けられている。

更に、メモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、各ブロックに対して１本の共通の電圧供給ラインＶＬを介して電圧生成回路１２に接続されている。具体的には、メモリブロック１１ａは接続点Ｔ_１０、メモリブロック１１ｂは接続点Ｔ_２０、メモリブロック１１ｃは接続点Ｔ_３０を介して電圧供給ラインＶＬに接続されている。

ロウデコーダ１３は、ワード線ＷＬ_１１、ＷＬ_１２、・・・ＷＬ_１ｎ（ｎ＞１の整数）のそれぞれを介してメモリブロック１１ａに、ワード線ＷＬ_２１、ＷＬ_２２、・・・ＷＬ_２ｎのそれぞれを介してメモリブロック１１ｂに、ワード線ＷＬ_３１、ＷＬ_３２、・・・ＷＬ_３ｎのそれぞれを介してメモリブロック１１ｃに接続されている。以下、いずれかのワード線ＷＬ_１１、ＷＬ_１２、・・・ＷＬ_１ｎ、ＷＬ_２１、ＷＬ_２２、・・・ＷＬ_２ｎ、ワード線ＷＬ_３１、ＷＬ_３２、・・・ＷＬ_３ｎを指定しない場合には、単にワード線ＷＬとも称する。

第１カラムデコーダ１４は、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１、ＤＳＬ_１２のそれぞれを介してメモリブロック１１ａに、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_２１、ＤＳＬ_２２のそれぞれを介してメモリブロック１１ｂに、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_３１、ＤＳＬ_３２のそれぞれを介してメモリブロック１１ｃに接続されている。以下、いずれかのドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１、ＤＳＬ_１２、ＤＳＬ_２１、ＤＳＬ_２２、ＤＳＬ_３１、ＤＳＬ_３２を指定しない場合には単にドレインセレクタ線ＤＳＬとも称する。

第２カラムデコーダ１５は、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１１、ＳＳＬ_１２のそれぞれを介してメモリブロック１１ａに、ソースセレクタ線ＳＳＬ_２１、ＳＳＬ_２２のそれぞれを介してメモリブロック１１ｂに、ソースセレクタ線ＳＳＬ_３１、ＳＳＬ_３２のそれぞれを介してメモリブロック１１ｃに接続されている。以下、いずれかのドレインセレクタ線ＳＳＬ_１１、ＳＳＬ_１２、ＳＳＬ_２１、ＳＳＬ_２２、ＳＳＬ_３１、ＳＳＬ_３２を指定しない場合には単にソースセレクタ線ＳＳＬとも称する。

第３カラムデコーダ１７は、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１、ＭＬ_２、・・・、ＭＬ_ｒ（ｒ＞１の整数）のそれぞれを介してマルチプレクサ１６に接続されている。以下、いずれかのマルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１、ＭＬ_２、・・・、ＭＬ_ｒを指定しない場合には単にマルチプレクサ素子選択線ＭＬとも称する。

なお、上述した半導体メモリ１０においては、メモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃの数量が３つであるが、その数量は限定されず、半導体メモリ１０の容量に応じて適宜変更することができる。

次に、図２を参照しつつメモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及びマルチプレクサ１６の構成、及びメモリブロック１１ａ、１１ｂ、１１ｃに対する各装置の接続関係を詳細に説明する。図２は、本実施例に係る半導体メモリの各メモリブロックを説明するための概略構成図である。なお、図２にはメモリブロック１１ａを代表として記載し、メモリブロック１１ａのみの接続関係を説明するが、他のメモリブロックについても同様の構成である。

メモリブロック１１ａは、メモリアレイ２０と、電圧生成回路１２とメモリアレイ２０との間に設けられた選択回路であるドレインセレクタ群２１と、マルチプレクサ１６とメモリアレイ２０との間に設けられた選択回路であるソースセレクタ群２２とから構成されている。

メモリアレイ２０には、副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２、・・・、ＳＢＬ_ｓと、副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２、・・・、ＳＢＬ_ｓと直交するように配置されたワード線ＷＬ_１１、ＷＬ_１２、・・・ＷＬ_１ｎが設けられている。ここで、副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２、・・・、ＳＢＬ_ｓが列方向、ワード線ＷＬ_１１、ＷＬ_１２、・・・ＷＬ_１ｎが行方向に設けられていると定義する。以下、いずれかの副ビット線ＳＢＬ_１、ＢＬ_２、・・・、ＢＬ_ｓを指定しない場合には単に副ビット線ＳＢＬとも称する。

また、副ビット線ＳＢＬと、ワード線ＷＬとの各交差部には、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）構造を有する（（ｓ−１）×ｎ）個のメモリセル３０_{（１−１）}、・・・、３０_{（１−（ｓ−１））}、３０_{（２−１）}、・・・、３０_{（２−（ｓ−１））}、・・・、３０_{（ｎ−１）}、・・・、３０_{（ｎ−（ｓ−１））}が配置されている。以下、いずれかのメモリセルを指定しない場合においては、単にメモリセル３０とも称する。例えば、メモリアレイ２０は、９本（ｓ＝９）の副ビット線ＳＢＬ、８本（ｎ＝８）のワード線ＷＬ、６４個（（ｓ−１）×ｎ＝１２８）のメモリセル３０から構成されている。各数量は、半導体メモリ１０のメモリ容量、同時にデータを書込むメモリセル３０の数量によって適宜調整される。

各メモリセル３０のゲートはワード線ＷＬ_１、・・・ＷＬ_ｎに、各メモリセル３０のソース及びドレインは副ビット線ＳＢＬに接続されている。本実施例においては、例えば、メモリセル３０_{（１−１）}のゲートはワード線ＷＬ_１に接続され、ドレインは副ビット線ＳＢＬ_１−１に接続され、ソースは副ビット線ＳＢＬ_１−２に接続されている。また、メモリセル３０_{（１−２）}のゲートはワード線ＷＬ_１に接続され、ドレインは副ビット線ＳＢＬ_１−３に接続され、ソースは副ビット線ＳＢＬ_１−２に接続されている。すなわち、本実施例のおいては、列方向において隣り合うメモリセル３０はソース及びドレインの向きが反転している。これにより、ドレインセレクタ群２１にはメモリセル３０のドレインが副ビット線ＳＢＬを介して接続され、ソースセレクタ群２２にはメモリセル３０のソースが副ビット線ＳＢＬを介して接続される。

ロウデコーダ１３は、ワード線ＷＬ_１１、・・・ＷＬ_１ｎ、ワード線ＷＬ_２１、・・・ＷＬ_２ｎ、ワード線ＷＬ_３１、・・・ＷＬ_３ｎのいずれかを選択し、選択した１つのワード線にゲート信号を供給する。すなわち、ワード線ＷＬ_１１、・・・ＷＬ_１ｎのいずれかを選択する場合に、メモリブロック１１ａ内のメモリセル３０を選択することができる。例えば、ワード線ＷＬ_１１を選択した場合には、メモリセル３０_{（１−１）}、・・・、３０_{（１−（ｓ−１））}のゲートにゲート信号（所定の電圧）が供給される。なお、ワード線ＷＬ_１１を選択した場合には、他のメモリブロック（メモリブロック１１ｂ、１１ｃ）のワード線は選択されることはない。

ドレインセレクタ群２１は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ構造を有するｘ個（ｘ＞１の整数）のドレインセレクタ２１ａ_１、２１ａ_２、・・・、２１ａ_ｘから構成されている。以下、いずれかのドレインセレクタ２１ａ_１、２１ａ_２、・・・、２１ａ_ｘを指定しない場合には、単にドレインセレクタ２１ａとも称する。ドレインセレクタ２１ａは、副ビット線ＳＢＬを介してメモリセル３０のドレインに接続されている。例えば、ドレインセレクタ２１ａ_１のドレインは副ビット線ＳＢＬ_１を介してメモリセル３０_{（１−１）}、３０_{（２−１）}、・・・、３０_{（ｎ−１）}のそれぞれのドレインに接続されている。また、ドレインセレクタ２１ａ_２のドレインは副ビット線ＳＢＬ_３を介してメモリセル３０_{（１−２）}、３０_{（２−２）}、・・・、３０_{（ｎ−２）}のそれぞれのドレイン、及びメモリセル３０_{（１−３）}、３０_{（２−３）}、・・・、３０_{（ｎ−３）}のそれぞれのドレインに接続されている。また、ドレインセレクタ２１ａは、電圧供給ラインＶＬを介して電圧生成回路１２に接続されている。例えば、ドレインセレクタ２１ａ_１のソースは、接続点Ｔ_４１介して電圧供給ラインＶＬに接続され、更には電源ラインＶＬを介して電圧生成回路１２に接続されている。更に、ドレインセレクタ２１ａ_１、２１ａ_３、・・・、２１ａ_{（ｘ−１）}は共通のドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１によって第１カラムデコーダ１４に接続され、ドレインセレクタ２１ａ_２、２１ａ_４、・・・、２１ａ_ｘは共通のドレインセレクタ線ＤＳＬ_１２によって第１カラムデコーダ１４に接続されている。

第１カラムデコーダ１４は、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１又はドレインセレクタ線ＤＳＬ_１２のいずれかを選択し、選択された１つのドレインセレクタ線にゲート信号を供給する。選択した１つのドレインセレクタ線にゲート信号が供給されることにより、電圧生成回路１２から供給される電圧がメモリセル３０のドレイン又はソースに供給される。例えば、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１が選択されると、ドレインセレクタ２１ａ_１、２１ａ_３、・・・、２１ａ_{（ｘ−１）}がオン状態に移行し、副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_３、・・・、ＳＢＬ_{（ｓ−２）}を介し、副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_３、・・・、ＳＢＬ_{（ｓ−２）}に接続したメモリセル３０のドレイン又はソースに所定の電圧が供給される。なお、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１を選択した場合には、他のメモリブロック（メモリブロック１１ｂ、１１ｃ）のドレインセレクタ線は選択されることはない。

ソースセレクタ群２２は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ構造を有するｙ個（ｙ＞１の整数）のソースセレクタ２２ａ_１、２２ａ_２、・・・、２２ａ_ｙから構成されている。以下、いずれかのソースセレクタ２２ａ_１、２２ａ_２、・・・、２２ａ_ｙを指定しない場合には、単にソースセレクタ２２ａとも称する。ソースセレクタ２２ａは、副ビット線ＳＢＬを介してメモリセル３０のソースに接続されている。例えば、ソースセレクタ２２ａ_１のソースは副ビット線ＳＢＬ_２を介してメモリセル３０_{（１−１）}、３０_{（２−１）}、・・・、３０_{（ｎ−１）}のそれぞれのソースに接続され、更にはメモリセル３０_{（１−２）}、３０_{（２−２）}、・・・、３０_{（ｎ−２）}のそれぞれのソースにも接続されている。また、ソースセレクタ２２ａのドレインは、主ビット線ＭＢＬに接続されている。より詳細には、２つのソースセレクタ２２ａのドレインが共通の主ビット線ＭＢＬに接続されている。例えば、ソースセレクタ２２ａ_１、２２ａ_２のドレインが接続点Ｔ_１１を介して主ビット線ＭＢＬ_１に接続され、ソースセレクタ２２ａ_３、２２ａ_４のドレインが接続点Ｔ_１２を介して主ビット線ＭＢＬ_２に接続され、ソースセレクタ２２ａ_{（１−ｙ）}、２２ａ_ｙのドレインが接続点Ｔ_１ｐを介して主ビット線ＭＢＬ_ｐに接続されている。更に、ソースセレクタ２２ａ_１、２２ａ_３、・・・、２２ａ_{（ｙ−１）}は共通のソースセレクタ線ＳＳＬ_１１によって第２カラムデコーダ１５に接続され、ソースセレクタ２２ａ_２、２２ａ_４、・・・、２２ａ_ｘは共通のソースセレクタ線ＳＳＬ_１２によって第２カラムデコーダ１５に接続されている。

第２カラムデコーダ１５は、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１１又はソースセレクタ線ＳＳＬ_１２のいずれかを選択し、選択した１つのソースセレクタ線にゲート信号を供給する。選択された１つのソースセレクタ線にゲート信号が供給されることにより、メモリセル３０の状態に応じて流れる電流が主ビット線ＭＢＬを介してマルチプレクサ１６に供給される。例えば、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１１が選択されると、ソースセレクタ２２ａ_１、２１ａ_３、・・・、２１ａ_{（ｙ−１）}がオン状態に移行し、主ビット線ＭＢＬを介し、ロウデコーダ１３及び第１カラムデコーダ１４によって選択されたメモリセル３０の状態に応じて生じた電流が主ビット線ＭＢＬ_１、ＭＢＬ_２、・・・ＭＢＬ_ｐを介してマルチプレクサ１６に供給される。なお、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１１を選択した場合には、他のメモリブロック（メモリブロック１１ｂ、１１ｃ）のソースセレクタ線は選択されることはない。

マルチプレクサ１６は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴ構造を有するｚ個（ｚ＞１の整数）のマルチプレクサ素子１６ａ_１、１６ａ_２、・・・、１６ａ_ｚから構成される。以下、いずれかのマルチプレクサ素子１６ａ_１、１６ａ_２、・・・、１６ａ_ｚを指定しない場合には単にマルチプレクサ素子１６ａとも称する。マルチプレクサ素子１６ａのそれぞれは、主ビット線ＭＢＬを介してソースセレクタ２２ａに接続されている。例えば、マルチプレクサ素子１６ａ_１のソースは主ビット線ＭＢＬ_１及び接続点Ｔ_１１を介してソースセレクタ２２ａ_１、２１ａ_２のドレインに接続され、マルチプレクサ素子１６ａ_２のソースは主ビット線ＭＢＬ_２及び接続点Ｔ_１２を介してソースセレクタ２２ａ_３、２１ａ_４のドレインに接続されている。また、マルチプレクサ素子１６ａのそれぞれは、接続点Ｔ_５０を介してアンプ１８に接続されている。更に、マルチプレクサ素子１６ａのそれぞれは、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１、ＭＬ_２、・・・、ＭＬ_ｒを介して第３カラムでコーダ１７に接続されている。

第３カラムデコーダ１６は、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１、ＭＬ_２、・・・、ＭＬ_ｒのいずれかを選択し、選択した１つのマルチプレクサ素子選択線ＭＬにゲート信号を供給する。選択された１つのマルチプレクサ素子選択線ＭＬにゲート信号が供給されることにより、マルチプレクサ素子１６ａ_１、１６ａ_２、・・・、１６ａ_ｚのいずれか１つが選択されてオン駆動し、主ビット線ＭＢＬ_１〜ＭＢＬ_ｐを介して供給された電流のいずれか１つがアンプに供給される。例えば、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１が選択されるとマルチプレクサ素子１６ａ_１がオン状態に移行し、ロウデコーダ１３、第１カラムデコーダ１４、第２カラムデコーダ１５によって選択されたメモリセル３０の状態に応じて生じた電流が主ビット線ＭＢＬ_１を介してマルチプレクサ１６に供給される。

アンプ１８は、マルチプレクサ素子１６ａのドレインに接続されている。ロウデコーダ１３、第１カラムデコーダ１４、第２カラムデコーダ１５によって選択されたメモリセル３０の状態に応じて生じた電流がマルチプレクサ１６を介してアンプ１６に供給されると、アンプ１６は当該供給された電流の量に応じてメモリセル３０に記録されたデータを判別する。具体的には、アンプ１６は、供給される電流値が所定値未満の場合はメモリセル３０に記録されたデータを“０”と判定し、供給される電流値が所定値以上の場合はメモリセル３０に記録されたデータを“１”と判定する。

図１及び図２に示されているように、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬが交互に配置されている。また、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬは、絶縁層内に埋め込まれているため、主ビット線ＭＢＬと接地電位線ＧＬとの間には寄生容量が発生する。例えば、主ビット線ＭＢＬ_１と接地電位線ＧＬ_１との間には寄生容量Ｃ１が発生し、主ビット線ＭＢＬ_２と接地電位線ＧＬ_１との間には寄生容量Ｃ２が発生している。

なお、ソースセレクタ２２ａに接続された副ビット線ＳＢＬ_２、ＳＢＬ_４、・・・、ＳＢＬ_{（ｓ−１）}のそれぞれを第１副ビット線とも定義し、ドレインセレクタ２１ａに接続された副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_３、・・・、ＳＢＬ_ｓのそれぞれを第２副ビット線とも定義する。

次に、図３を参照しつつ半導体メモリ１０を構成するメモリセル３０の構造、及びメモリセル３０へのデータの書込み、読出し、消去の原理について説明する。図３は、本実施例に係る半導体メモリを構成するメモリセルの断面図である。

図３に示されているように、メモリセル３０は、ｐ型のシリコン基板４１の上面に、ＳｉＯ_２からなる第１ゲート酸化膜４２、ポリシリコンからなる浮遊ゲート４３、ＳｉＯ_２からなる第１ゲート酸化膜４４、及びポリシリコンからなる制御ゲート４５を積層した構造を有している。シリコン基板４１の表面上の第１ゲート酸化膜４２を挟む位置に、ｎ型不純物を高濃度に含有するソース領域４６及びドレイン領域４７が形成されている。第１ゲート酸化膜４２直下のシリコン基板４１の表面領域は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴの動作時において電流路が形成されるチャンネル領域４８である。ソース領域４６、ドレイン領域４７及びチャンネル領域４８を囲むように素子分離酸化層４９がシリコン基板４１の内部に設けられている。

次に、かかる構造のメモリセル３０へのデータの書込み、読出し、消去の動作について説明する。先ず、メモリセル３０にデータを書込む場合には、制御ゲート電極４５に正電圧（例えば、＋１２Ｖ）を印加し、ドレイン領域４６にも正電圧（例えば、＋６Ｖ）を印加し、ソース領域４６及びシリコン基板４１を接地電位（０Ｖ）にする。これにより、チャネル領域４８中をソース領域４６からドレイン領域４７に向かって移動する電子は、ドレイン領域４７の近傍で高い運動エネルギーを獲得し、ホットエレクトロンになる。そして、当該ホットエレクトロンの一部が第１ゲート酸化膜４２を飛び越えて浮遊ゲート４３に注入される。かかるデータの書込みがなされると、注入電子の負電荷によって浮遊ゲート４３は負電位になるため、制御ゲート４５に対してメモリセル３０のデータ書込み後の閾値電圧Ｖ_ＴＭ１は、メモリセル３０の初期の閾値電圧Ｖ_ＴＭ０よりも高くなる。このような閾値電圧Ｖ_ＴＭ１が閾値電圧Ｖ_ＴＭ０より高い状態が、データがメモリセル３０に記録された状態となる。

次に、メモリセル３０に記録されたデータを読出す場合には、上述した閾値電圧Ｖ_ＴＭ１と閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と間の電圧を制御ゲートに印加し、メモリセル３０のオン状態又はオフ状態により、メモリセル３０にデータが記録されているか否かを判定する。すなわち、データが書き込まれたメモリセル３０においては閾値電圧Ｖ_ＴＭ１が閾値電圧Ｖ_ＴＭ０よりも高いため（Ｖ_ＴＭ１＞Ｖ_ＴＭ０）、閾値電圧Ｖ_ＴＭ１と閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と間の電圧を制御ゲート４５に印加してもメモリセル３０はオフ状態のままであり、メモリセル３０には電流が流れない。一方、データが書き込まれていないメモリセル３０においては閾値電圧Ｖ_ＴＭ１が閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と等しいため（Ｖ_ＴＭ１＝Ｖ_ＴＭ０）、閾値電圧Ｖ_ＴＭ１と閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と間の電圧を制御ゲートに印加するとメモリセル３０はオン状態に移行し、メモリセル３０に電流が流れる。このような読出し動作により、メモリセル３０にデータが記録されているか否かを読出すことができる。例えば、ゲート電極５３に正電圧（＋５Ｖ）を印加し、ドレイン領域４７にも正電圧（＋１．５Ｖ）を印加し、ソース領域４６及びシリコン基板４１を接地電位（０Ｖ）にして読出しを行う。

次に、メモリセル３０に記録されたデータを消去する場合には、メモリセル３０に紫外線を当てることにより、浮遊ゲート４３内の電子を高エネルギー状態にする。これにより、浮遊ゲート４３内の電子は第１ゲート酸化膜４２又は第２ゲート酸化膜４４を飛び越えてシリコン基板４１と制御ゲート４５に放出され、閾値電圧Ｖ_ＴＭ１が初期の状態に戻る、すなわち、閾値電圧Ｖ_ＴＭ１が閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と等しくなる（Ｖ_ＴＭ１＝Ｖ_ＴＭ０）。この場合には、全てのメモリセル３０のデータが一括して消去される。

なお、本実施例においては、メモリセル３０が浮遊ゲート４３を有し、浮遊ゲート４３に電荷を蓄積することによってメモリセル３０の閾値電圧を変化させたが、上述したような構造に限定されることはなく、閾値電圧を変化させることができる種々のメモリセルを用いることができる。

次に、主ビット線ＭＢＬ、副ビット線ＳＢＬ、及びメモリセル３０の位置関係について図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。図４は本実施例に係る半導体メモリのメモリブロックの部分拡大断面図であり、図５は本実施例に係る半導体メモリを構成する主ビット線とメモリセルとの位置関係を説明するための概略構成図である。

図４に示されているように、メモリセル３０のそれぞれのソース領域４６及びドレイン領域４７は、第１層間絶縁層５１を貫通するコンタクト配線５２を介し、第１層間絶縁層５１上に形成された副ビット線ＳＢＬに接続されている。副ビット線ＳＢＬは、第２層間絶縁層５３によって覆われている。第２層間絶縁層５３上には主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬが設けられ、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬは第３層間絶縁層５４によって覆われている。なお、制御ゲート４５は、第１層間絶縁層５１を貫通するゲート用のコンタクト配線（図示せず）を介し、第１層間絶縁層５１上に形成されたワード線ＷＬに接続されている。

図４及び図５から判るように、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬは、２本の副ビット線ＳＢＬ及び当該２本の副ビット線ＳＢＬに囲まれたメモリセル３０の直上に形成されている。具体的な例としては、主ビット線ＭＢＬ_１がメモリセル３０_{（１−１）}及びメモリセル３０_{（１−１）}を挟むように設けられた副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２の直上に形成されている。また、接地電位線ＧＬ_１がメモリセル３０_{（１−３）}及びメモリセル３０_{（１−３）}を挟むように設けられた副ビット線ＳＢＬ_３、ＳＢＬ_４の直上に形成されている。すなわち、メモリセル１０を第３絶縁層５４からシリコン基板４１に向けて目視した場合に、主ビット線ＭＢＬ_１はメモリセル３０_{（１−１）}及び副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２と重なり（オーバラップし）、接地電位線ＧＬ_１はメモリセル３０_{（１−３）}及び副ビット線ＳＢＬ_３、ＳＢＬ_４と重なっている（オーバラップしている）。また、主ビット線ＭＢＬ_１は、第１絶縁層５１及び第２絶縁層５３を介してメモリセル３０_{（１−１）}に対向し、第２絶縁層５３を介して副ビット線ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２に対向している。更に、また、接地電位線ＧＬ_１は、第１絶縁層５１及び第２絶縁層５３を介してメモリセル３０_{（１−３）}に対向し、第２絶縁層５３を介して副ビット線ＳＢＬ_３、ＳＢＬ_４に対向している。ここで、主ビット線ＭＢＬと接地電位線ＧＬの幅は等しく、いずれも幅Ｗ１である。また、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬの幅Ｗ１は、副ビット線ＳＢＬの幅Ｗ２よりも広く、例えば幅Ｗ２の約３倍の長さである。更に、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬの幅Ｗ１は、メモリセル３０の形成領域の幅Ｗ３よりも広く、例えば幅Ｗ３の約２倍の長さである。すなわち、主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬは、半導体メモリ１０を構成する配線及び素子の中で特に寸法が大きく、半導体メモリ１０中の占有面積が大きい。

また、図５に示されているように、副ビット線ＳＢＬ_２、ＳＢＬ_４はソースセレクタ２２ａ_１、２２ａ_２及び接続点Ｔ_１１を介して共通の主ビット線ＭＢＬ_１に接続されている。このような構成から、主ビット線ＭＢＬ_１には、メモリセル３０_{（１−１）}、３０_{（１−２）}、３０_{（１−３）}、３０_{（１−４）}のいずれかがオン駆動した際に電流が流れる。すなわち、主ビット線ＭＢＬ_１は、４つのメモリセル３０_{（１−１）}、３０_{（１−２）}、３０_{（１−３）}、３０_{（１−４）}の共通の主ビット線として機能する。また、主ビット線ＭＢＬ_１は、互いに異なるタイミングでオン駆動するソースセレクタ２２ａ_１、２１ａ_２を介して副ビット線ＳＬ_２、ＳＬ_４に接続されているため、副ビット線ＳＬ_２、ＳＬ_４に流れる電流が同一のタイミングで主ビット線ＭＢＬ_１に供給されることはない。

このように、２本の副ビット線ＳＢＬを１本の共通の主ビット線ＭＢＬに接続することにより、従来のような１本の副ビット線ＳＢＬに１本の主ビット線ＭＢＬを接続した場合と比較して、主ビット線ＭＢＬを半数にすることができる。そして、本実施例においては、主ビット線ＭＢＬとして使用されなくなった配線を接地電位Ｖ_ｓｓに接続し、接地電位線ＧＬとして使用している。これにより、主ビット線ＭＢＬ_１と主ビット線ＭＢＬ_１の直下に位置するメモリセル３０_{（１−１）}との配置関係は、接地電位線ＧＬ_１と接地電位線ＧＬ_１の直下に位置するメモリセル３０_{（１−３）}との配置関係と同一になる。ここで、配置関係とはメモリセル３０が設けられた位置に対する主ビット線ＭＢＬが設けられた位置の関係、メモリセル３０が設けられた位置に対する接地電位線ＧＬが設けられた位置の関係をいう。なお、他の主ビット線ＭＢＬ及びメモリセル３０の配置関係と、他の主ビット線ＭＢＬ及び接地電位線ＧＬとの配置関係も同様である。また、隣り合う主ビット線ＭＢＬ同士の間には接地電位Ｖ_ｓｓに接続された接地電位線ＧＬが位置している。このような構成により、主ビット線ＭＢＬと接地電位線ＧＬとの間に寄生容量が生じても接地電位線ＧＬの電位は常に一定であるため、接地電位線ＧＬにはカップリングによる電位変動が生じない。また、接地電位線ＧＬにはカップリングによる電位変動は生じないため、１つの主ビット線ＭＢＬに電流が流れた場合においても、他の主ビット線ＭＢＬには電位変動が生じない。これにより、主ビット線ＭＢＬ間の寄生容量による影響を低減し、高精度のデータの読出しを行うことができる。

なお、本実施例においては、主ビット線ＭＢＬ間に位置する配線を固定電位として接地電位に接続したが、固定電位は接地電位に限定されない。かかる場合にも、主ビット線ＭＢＬ間に位置する配線にはカップリングによる電位変動が生じないため、主ビット線ＭＢＬ間の寄生容量による影響を低減し、高精度のデータの読出しを行うことができる。また、主ビット線ＭＢＬ間に位置する配線を全て同じ電位にする必要なく、各配線が別々の固定電位に接続されてもよい。

次に、本実施例の半導体メモリ１０におけるデータの読出し動作を図２及び図６を参照しつつ説明する。図６は、本実施例に係る半導体メモリ１０におけるデータの読出し動作を説明するための半導体メモリ１０の部分的な概略構成図である。なお、以下の動作説明においては、ワード線ＷＬ_１を選択し、メモリセル３０_{（１−１）}、３０_{（１−３）}に記録されたデータを読出す場合が想定されている。更に、メモリセル３０_{（１−１）}にはデータ“１”が記録され、メモリセル３０_{（１−３）}にはデータ“０”が記録されているものとする。

メモリセル３０_{（１−１）}に記録されたデータを読出す場合には、ワード線ＷＬ_１を介してメモリセル３０_{（１−１）}の制御ゲート４５に所定のゲート電圧を印加する。ここで、所定のゲート電圧は、メモリセル３０の初期状態（非書込み状態）における閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と、メモリセル３０にデータ“０”が書込まれた状態における閾値電圧Ｖ_ＴＭ１と間の電圧値を有する。次に、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１１を介してドレインセレクタ２１ａ_１のゲートにゲート電圧を供給してドレインセレクタ２１ａ_１をオン駆動させ、メモリセル３０_{（１−１）}のドレイン領域４７に電圧生成回路１２において生成された所定電圧を印加する。続いて、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１１を介してソースセレクタ２２ａ_１のゲートにゲート電圧を供給し、ソースセレクタ２２ａ_１をオン駆動させる。更に、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１を介してマルチプレクサ素子１６ａ_１のゲートにゲート電圧を供給し、マルチプレクサ素子１６ａ_１オン駆動させる。ここで、メモリセル３０_{（１−１）}にはデータ“１”が記録されているため、制御ゲート４５に印加される電圧は、メモリセル３０_{（１−１）}の閾値電圧よりも高くなり、マルチプレッサ１６を介してアンプ１８に電流が流れる。アンプ１８は、当該電流を検出することにより、メモリセル３０_{（１−１）}に記録されたデータが“１”であることを判別することができる。

ここで、主ビット線ＭＢＬ_１に電流が流れることによって主ビット線ＭＢＬ_１の電位が変動しても、接地電位線ＧＬ_１は接地電位Ｖ_ｓｓに接続されているため、カップリングによって接地電位線ＧＬ_１の電位が変動することはない。

メモリセル３０_{（１−３）}に記録されたデータを読出す場合には、ワード線ＷＬ_１を介してメモリセル３０_{（１−３）}の制御ゲート４５に所定のゲート電圧を印加する。ここで、所定のゲート電圧は、メモリセル３０の初期状態（非書込み状態）における閾値電圧Ｖ_ＴＭ０と、メモリセル３０にデータ“０”が書込まれた状態における閾値電圧Ｖ_ＴＭ１と間の電圧値を有する。次に、ドレインセレクタ線ＤＳＬ_１２を介してドレインセレクタ２１ａ_２のゲートにゲート電圧を供給してドレインセレクタ２１ａ_１をオン駆動させ、メモリセル３０_{（１−３）}のドレイン領域４７に電圧生成回路１２において生成された所定電圧を印加する。続いて、ソースセレクタ線ＳＳＬ_１２を介してソースセレクタ２２ａ_２のゲートにゲート電圧を供給し、ソースセレクタ２２ａ_２をオン駆動させる。更に、マルチプレクサ素子選択線ＭＬ_１を介してマルチプレクサ素子１６ａ_１のゲートにゲート電圧を供給し、マルチプレクサ素子１６ａ_１オン駆動させる。ここで、メモリセル３０_{（１−３）}にはデータ“０”が記録されているため、制御ゲート４５に印加される電圧は、メモリセル３０_{（１−３）}の閾値電圧よりも低くなり、マルチプレッサ１６に向けて電流が流れない。このため、アンプ１８は、電流を検出することができず、メモリセル３０_{（１−３）}に記録されたデータが“０”であることを判別することができる。

なお、上述した実施例においては、半導体メモリ１０は不揮発性半導体メモリであったが、不揮発性半導体メモリに限定されることなく、揮発性半導体メモリであってもよい。

以上のように、本発明の半導体メモリ１０によれば、主ビット線ＭＢＬのそれぞれに互いに異なるタイミングでオン駆動するソースセレクタ２２ａ及びソースセレクタ２２ａのそれぞれに接続された副ビット線ＳＢＬを介して副ビット線ＳＢＬのそれぞれにメモリセル３０が接続され、主ビット線ＭＢＬに並置されるとともに接地電位に接続された接地電位線ＧＬが設けられている。このような構成により、本発明の半導体メモリ１０においては、ビット線間の寄生容量による影響が低減され、高精度のデータの読出しを可能にする。

１０ 半導体メモリ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ メモリブロック
１２ 電圧生成回路
１３ ロウデコーダ
１４ 第１カラムデコーダ
１５ 第２カラムデコーダ
１６ マルチプレクサ
１７ 第３カラムデコーダ
１８ アンプ
２０ メモリアレイ
２１ ドレインセレクタ群
２２ ソースセレクタ群
３０_{（１−１）}、・・・、３０_{（ｎ（ｓ−１））} メモリセル
ＭＢＬ１、ＭＢＬ２、・・・、ＭＢＬ_ｐ 主ビット線
ＳＢＬ_１、ＳＢＬ_２、・・・、ＳＢＬ_ｓ 副ビット線
ＧＬ_１、ＧＬ_２、・・・、ＧＬ_ｑ 接地電位線（固定電位線）

Claims (8)

1. 複数のメモリセルと、
   前記複数のメモリセルに接続された少なくとも１本のワード線と、
   前記ワード線と交差し且つ前記複数のメモリセルに接続された複数の第１副ビット線及び複数の第２副ビット線と、
   前記第１副ビット線のそれぞれに一端が接続された複数のセレクタ素子と、
   前記セレクタ素子の互いに隣接する２つ毎に設けられ且つこれらの２つのセレクタ素子の他端に共通して接続された少なくとも１本の主ビット線と、
   前記主ビット線に並置せしめられるとともに固定電位に接続された少なくとも１本の固定電位線と、
   前記第２副ビット線に接続された電圧生成回路と、を有することを特徴とする半導体メモリ。
2. 前記複数のセレクタ素子の互いに隣接する２つを異なるタイミングでオン駆動させる駆動回路を更に有することを特徴とする請求項１に記載の半導体メモリ。
3. 前記第１副ビット線及び前記第２副ビット線は第１層間絶縁層上に設けられ、
   前記主ビット線及び前記固定電位線は前記第１副ビット線及び前記第２副ビット線を覆う第２絶縁層上に設けられ、
   前記セレクタ素子の互いに隣接する２つに接続された前記第１副ビット線の一方は、前記第２層間絶縁層を介して前記主ビット線に対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体メモリ。
4. 複数のメモリセルのそれぞれに接続された前記第１副ビット線及び第２副ビット線は、前記第２層間絶縁層を介して前記主ビット線に対向していることを特徴とする請求項３に記載の半導体メモリ。
5. 前記セレクタ素子の互いに隣接する２つに接続された前記第１副ビット線の他方は、前記第２層間絶縁層を介して前記固定電位線に対向していることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体メモリ。
6. 前記主ビット線及び前記固定電位線は、交互に配置されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１に記載の半導体メモリ。
7. 前記固定電位線は、接地電位に接続されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１に記載の半導体メモリ。
8. 前記複数のセレクタ素子の互いに隣接する２つの一方に接続された前記メモリセルの設置位置に対する前記主ビット線の設置位置の配置関係は、前記複数のセレクタ素子の互いに隣接する２つの他方に接続された前記メモリセルの設置位置に対する前記固定電位線の設置位置の配置関係と同一であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１に記載の半導体メモリ。
   
   
   
   

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