JP2013102119A - 不揮発性メモリーセル - Google Patents
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Abstract
【課題】種々の回路ブロックを単一の集積回路(IC)に集約するために、不揮発性メモリーブロックをロジック機能ブロックにまとめる。
【解決手段】結合素子と第一のセレクトトランジスターを有している。結合素子は第一の伝導領域において形成されている。第一のセレクトトランジスターは、第一の浮遊ゲートトランジスターおよび第二のセレクトトランジスターに直列的に接続されており、それらは全て第二の伝導領域に形成されている。結合素子の電極および第一の浮遊ゲートトランジスターのゲートは、モノリシックに形成された浮遊ゲートである。第二の伝導領域は第一の伝導領域と第三の伝導領域の間に形成され、第一の伝導領域、第二の伝導領域、および第三の伝導領域は、ウェルである。
【選択図】図9
【解決手段】結合素子と第一のセレクトトランジスターを有している。結合素子は第一の伝導領域において形成されている。第一のセレクトトランジスターは、第一の浮遊ゲートトランジスターおよび第二のセレクトトランジスターに直列的に接続されており、それらは全て第二の伝導領域に形成されている。結合素子の電極および第一の浮遊ゲートトランジスターのゲートは、モノリシックに形成された浮遊ゲートである。第二の伝導領域は第一の伝導領域と第三の伝導領域の間に形成され、第一の伝導領域、第二の伝導領域、および第三の伝導領域は、ウェルである。
【選択図】図9
Description
本特許出願は、2011年11月7日に出願された米国仮特許出願第61/556296号 タイトル「Logic−Based MTP Cell」、これは2010年6月17日に出願された米国特許出願第12/818095号 タイトル「Logic−Based Multiple Time Programming Memory Cell」の部分継続出願であるが、に基づく優先権を主張するものである。本先行出願の開示内容は、本出願において参考として組み入れられている。
本発明は、マルチプルタイムプログラミング(MTP)メモリーセルに関する。より詳細には、一般的な相補型金属酸化膜半導体(CMOS)プロセスとコンパチブルな、ロジックベースのMTPメモリーセルに関するものである。
種々の回路ブロックが単一の集積回路(IC)に集約されるにつれて、不揮発性メモリーブロックをロジック機能ブロックにまとめることが切望されるようになった。しかしながら、多くの不揮発性メモリープロセスは、積層ゲート構造を必要としており、その工程は、従来のロジックゲート製造プロセスにおいては利用できない。例えば、ただ一つの多結晶シリコン層を使用し、特別なチャージトラップ型(charge−trapping)構造を使用しない、半導体プロセスである。
米国特許第7382658号(以降、658特許)、第7391647号(以降、647特許)、第7263001号(以降、001特許)、第7423903号(以降、903特許)、第7209392号(以降、392特許)は、メモリーセルを形成するための種々のアーキテクチャー(architecture)について教えてくれる。658特許は、浮遊ゲート(floating gate)を一つのn型相補型金属酸化膜半導体(n−CMOS)と共有する一つのp型アクセストランジスターについて教示する。647特許は、一つのp型相補型金属酸化膜半導体(p−CMOS)と一つのn−CMOSを伴う一つのp型アクセストランジスターについて教示する。001特許は、二つのp−CMOSと浮遊ゲートを共有する一つのp型アクセストランジスターについて教示する。903特許は、チャネルホットエレクトロン(CHE)注入を通じてプログラムをするためのp型電界効果トランジスター(P−FET)と、ファウラーノルドハイム(Fowler−Nordheim:FN)トンネル効果を通じてイレーズを行うためのn型電界効果トランジスター(N−FET)について教示する。392特許は、それぞれのトランジスターがそれ自身固有のアクセストランジスターに接続されている、一つのp型金属酸化膜半導体電界効果トランジスター(p−MOSFET)と浮遊ゲートを共有する一つのn型金属酸化膜半導体電界効果トランジスター(n−MOSFET)について教示する。
図1は、392特許に示される不揮発性メモリーセルの模式図を示している。不揮発性メモリーセルは、第一のp型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスターT1と、第二のPMOSトランジスターT2と、第一のn型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスターT3と、第二のNMOSトランジスターT4とを有している。第一のPMOSトランジスターT1と第一のNMOSトランジスターT3は、それぞれが第二のPMOSトランジスターT2と第二のNMOSトランジスターT4のためのアクセストランジスターであり、コントロール電圧VSGにより制御される。第一のPMOSトランジスターT1と第一のNMOSトランジスターT3の入力端子は、セレクトライン電圧VSLを受け取り、第二のPMOSトランジスターT2と第二のNMOSトランジスターT4の入力端子は、それぞれに、第一のビットライン電圧VBL1と第二のビットライン電圧VBL2とを受け取る。第二のNMOSトランジスターT4と第二のPMOSトランジスターT2とは浮遊ゲートを共有している。
種々の回路ブロックが単一の集積回路(IC)に集約されるにつれて、不揮発性メモリーブロックをロジック機能ブロックにまとめることが切望されるようになった。しかしながら、多くの不揮発性メモリープロセスは、積層ゲート構造を必要としており、その工程は、従来のロジックゲート製造プロセスにおいては利用できない。
一つの実施例は、不揮発性メモリーセルを提供する。不揮発性メモリーセルは、結合素子(coupling device)と、第一のセレクトトランジスター(select transister)を有している。結合素子は、第一の伝導領域(conductivity region)に形成されている。第一のセレクトトランジスターは、第一の浮遊ゲートトランジスターと第二のセレクトトランジスターに、直列的に接続されている。第一のセレクトトランジスター、第一の浮遊ゲートトランジスター、および、第二のセレクトトランジスターは、第二の伝導領域に形成されている。結合素子の電極と第一の浮遊ゲートトランジスターのゲートは、単一の形成された浮遊ゲートである。ここで、第一の伝導領域と第二の伝導領域は、第三の伝導領域において形成されており、第一の伝導領域、第二の伝導領域、および第三の伝導領域はウェル(well)である。
種々の図や表において以降に説明される本発明の好適な実施例に係る詳細な記述を読んだ後においては、本発明に係るこれらの、そして他の目的は、疑いなく当業者にとって明らかなものとなる。
図2および図3についてみると、図2は、不揮発性メモリーセル20の一つの実施例を示すダイアグラムである。図3は、図2の不揮発性メモリーセル20を図式的に示している。図2に示される不揮発性メモリーセル20は、サブストレートの上に、または中に形成され得る。サブストレートは、p型またn型であり得る。不揮発性メモリーセル20は、浮遊ゲート(FG)200、コントロールライン(CL)、ワード(word)ライン(WL)290、第一のソースライン(SL1)、第一のビットライン(BL1)、第二のソースライン(SL2)、そして第二のビットライン(BL2)を有している。例としてp型サブストレートを考えると、不揮発性メモリーセル20のコントロールライン(CL)は、第一の伝導タイプの第一の伝導領域上に形成された、n型ウェル(n−well:NW)といった、第一の拡張領域(diffusion region)221と第二の拡張領域222を有している。第三、第四および第五の拡張領域261、271、281が、p型ウェル(p−well:PW)といった、第二の伝導タイプの第二の伝導領域に形成され得る。第六、第七および第八の拡張領域262、272、282が、別のn型ウェル(NW)といった、第一の伝導タイプの第三の伝導領域上に形成され得る。p型ウェルは、二つのn型ウェル(NW)の間に配置され得る。図2に示すように、第一の伝導領域は第一の伝導タイプであり、第二の伝導領域は第一の伝導領域と第三の伝導領域との間に配置される。別の実施例においては、第一の伝導領域は第二の伝導タイプであり、第三の伝導領域は第一の伝導領域と第二の伝導領域との間に配置される。浮遊ゲート(FG)200は、第一の拡張領域221と第二の拡張領域222の間に形成された第一のゲート部分201と、第四の拡張領域271と第五の拡張領域281の間および第七の拡張領域272と第八の拡張領域282の間に形成された第二のゲート部分202を有し得る。第一のゲート部分201と第二のゲート部分202は、同じ多結晶シリコン層から形成され得るし、連続し得る。第一のゲート部分201のゲート領域は、第二のゲート部分202のゲート領域よりも大きくてよいい。ワードライン(WL)290は、浮遊ゲート(FG)200のように、同じ多結晶シリコン層から形成され得る。ワードライン(WL)290は、第三の拡張領域261と第四の拡張領域271の間および第六の拡張領域262と第七の拡張領域272の間に形成され得る。第一および第二の拡張領域221、222は、N+拡張領域であり得る。第三、第四、そして第五の拡張領域261、271、281は、N+拡張領域であり得る。第六、第七、そして第八の拡張領域262、272、282は、P+拡張領域であり得る。不揮発性メモリーセル20は、単一の多結晶シリコン相補型金属酸化膜半導体(CMOS)プロセスにおいて製造され得る。
図2および図3に関して、第一のゲート部分201とコントロールラインCLは、結合素子300を形成し、金属酸化膜半導体(MOS)キャパシターまたは相補的金属酸化膜半導体電界効果トランジスター(MOSFET)により形成され得る。第二のゲート部分202は、第四および第五のN+拡張領域271,281を伴う第一のn型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスター310を形成し、第七および第八のP+拡張領域272,282を伴う第一のp型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスター320を形成し得る。ワードライン(WL)290は、第三および第四のN+拡張領域261,271を伴う第二のNMOSトランジスター330を形成し、第六および第七のP+拡張領域262,272を伴う第二のPMOSトランジスター330を形成し得る。第一のソースラインSL1は、第二のNMOSトランジスター330のソース拡張領域と成り得る第三の拡張領域261に電気的に接続され得る。第一のビットラインBL1は、第一のNMOSトランジスター310のドレイン拡張領域と成り得る第五の拡張領域281に電気的に接続され得る。第二のソースラインSL2は、第二のPMOSトランジスター340のソース拡張領域と成り得る第六拡張領域262に電気的に接続され得る。第二のビットラインBL2は、第一のPMOSトランジスター320のドレイン拡張領域と成り得る第八の拡張領域282に電気的に接続され得る。第四の拡張領域271は、第一のNMOSトランジスター310のソース拡張領域として、また、第二のNMOSトランジスター330のドレイン拡張領域として、同時に機能し得る。第七の拡張領域272は、第一のPMOSトランジスター320のソース拡張領域として、また、第二のPMOSトランジスター340のドレイン拡張領域として、同時に機能し得る。第一のNMOSトランジスター310と第一のPMOSトランジスター320は、それぞれに、第一と第二の浮遊ゲートトランジスターである、そして第二のNMOSトランジスター330と第二のPMOSトランジスター340は、それぞれに、第一と第二の浮遊ゲートトランジスターである
図4および図5についてみると、図4は、不揮発性メモリーセル40について、近傍のセルがプログラムされている間のセルのインヒビット能力(inhibiting capability)を改善するための別の実施例を示すダイアグラムである。図5は、図4の不揮発性メモリーセル40を図式的に示している。図4に示される不揮発性メモリーセル40は、サブストレートの上に、または中に形成され得る。サブストレートは、p型またn型であり得る。不揮発性メモリーセル40は、浮遊ゲート(FG)400、ワードライン(WL)471、セレクトゲート(SG)472、コントロールライン(CL)、ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そしてイレーズライン(EL)を有している。前述の改善にためにSGを適用している。例としてp型サブストレートを考えると、不揮発性メモリーセル40は、さらに、第一の伝導タイプの第一の伝導領域上に形成された、n型ウェル(n−well:NW)といった、第一の拡張領域421と第二の拡張領域422を有している。第三、第四、第五および第六の拡張領域461、42,463,464が、p型ウェル(p−well:PW)といった、第二の伝導タイプの第二の伝導領域に形成され得る。第七および第八の拡張領域481,482が、別のn型ウェル(NW)といった、第一の伝導タイプの第三の伝導領域上に形成され得る。p型ウェルは、二つのn型ウェル(NW)の間に配置され得る。第一の伝導領域は第一の伝導タイプであり、第二の伝導領域は第一の伝導領域と第三の伝導領域との間に配置される。別の実施例においては、第一の伝導領域は第二の伝導タイプであり、第三の伝導領域は第一の伝導領域と第二の伝導領域との間に配置される。浮遊ゲート(FG)400は、第一の拡張領域421と第二の拡張領域422の間に形成された第一のゲート部分401と、第四の拡張領域462と第五の拡張領域463の間および第七の拡張領域481と第八の拡張領域482の間に形成された第二のゲート部分402を有し得る。第一のゲート部分401と第二のゲート部分402は、同じ多結晶シリコン層から形成され得るし、連続し得る。第一のゲート部分401のゲート領域は、第二のゲート部分402のゲート領域よりも大きくてよい。ワードライン(WL)471とセレクトゲート(SG)472は、浮遊ゲート(FG)400のように、同じ多結晶シリコン層から形成され得る。ワードライン(WL)471は、第三の拡張領域461と第四の拡張領域462の間に形成され得る。セレクトゲート(SG)472は、第三の拡張領域463と第六の拡張領域464の間に形成され得る。第一および第二の拡張領域421、422は、N+拡張領域であり得る。第三、第四、第五、そして第六の拡張領域461、462、463、464は、N+拡張領域であり得る。第七そして第八の拡張領域481、482は、P+拡張領域であり得る。不揮発性メモリーセル40は、単一の多結晶シリコン相補型金属酸化膜半導体(CMOS)プロセスにおいて製造され得る。
図4および図5に関して、第一のゲート部分401とコントロールライン(CL)は、結合素子500を形成し、金属酸化膜半導体(MOS)キャパシターまたはMOS電界効果トランジスター(MOSFET)により形成され得る。第二のゲート部分402は、第四および第五のN+拡張領域462、463を伴う第一のn型金属酸化膜半導体(NMOS)トランジスター510を形成し、第七および第八の拡張領域481,482を伴うp型金属酸化膜半導体(PMOS)トランジスター520を形成し得る。ワードライン(WL)471は、第三および第四のN+拡張領域461,462を伴う第二のNMOSトランジスター530を形成する。セレクトゲート(SG)472は、第五および第六のN+拡張領域463,464を伴う第三のNMOSトランジスター540を形成する。ソースラインSLは、第二のNMOSトランジスター530のソース拡張領域と成り得る第三の拡張領域461に電気的に接続され得る。ビットラインBLは、第三のNMOSトランジスター540のドレイン拡張領域と成り得る第六の拡張領域464に電気的に接続され得る。イレーズラインELは、PMOSトランジスター520の第七と第八の拡張領域481、482に電気的に接続され得る。第四の拡張領域462は、第一のNMOSトランジスター510のソース拡張領域として、また、第二のNMOSトランジスター530のドレイン拡張領域として、機能し得る。第五の拡張領域463は、第一のNMOSトランジスター510のドレイン拡張領域として、また、第三のNMOSトランジスター540のソース拡張領域として、機能し得る。第一のNMOSトランジスター510とPMOSトランジスター520は、それぞれに、第一の浮遊ゲートトランジスターと第二の浮遊ゲートトランジスターを形成し得る。そして第二のNMOSトランジスター530と第三のNMOSトランジスター540は、それぞれに、第一のセレクトトランジスターと第二のセレクトトランジスターを形成し得る。別の実施例においては、第二の浮遊ゲートトランジスターは、MOSキャパシターにより形成され得る。
図6は、一つの実施例に従って、図2および図3の不揮発性メモリーセル20に対するプログラム、イレーズ、そしてリード電圧を示している。プログラム(programming)においては、プログラム電圧(VPP)からスレショルド(threshold)電圧(Vth)を引いた値に等しいコントロールライン電圧がコントロ−ルライン(CL)に適用される。プログラム電圧(VPP)は、5ボルトから8ボルトの範囲であり、スレショルド電圧(Vth)は、およそ1ボルトであり得る。このように、コントロ−ルライン(CL)に適用される電圧は、4ボルトから7ボルトの範囲となり得る。ワードライン(WL)290に適用される電圧は、0ボルトから7ボルトの範囲となり得る。第一のソースライン(SL1)、第一のビットライン(BL1)、第二のビットライン(BL2)、そしてp型ウェル(PW)が接地(ground)され得る。しかしながら、第一のビットライン(BL1)は、フロート(float)していてもよい。プログラム電圧(VPP)は、第二のソースライン(SL2)とn型ウェル(NW)に対して適用され得る。このようなプログラム構成においては、MOSキャパシター300の大きさとPMOSトランジスター320の大きさの比率に応じて、コントロ−ルライン電圧は、MOSキャパシター300を通じて浮遊ゲート200に結合され得る。例えば、コントロ−ルライン電圧が6ボルトであり、比率が9対1であるとすれば、浮遊ゲート200でのポテンシャル(potential)は5.4ボルトになり得る(6ボルトの10分の9である)。プログラムにおいては、PMOSトランジスター320においてチャネルホットエレクトロン(CHE)注入が生じ得る。PMOSトランジスター320のソース拡張領域からの電子は、浮遊ゲート200とPMOSトランジスター320を横切るスレショルド電圧およびPMOSトランジスター320のソース拡張領域とドレイン拡張領域を横切るプログラム電圧VPPに因り形成されたピンチオフチャネル(pinched−off channel)を通して浮遊ゲート200に注入され得る。イレーズ操作において、イレーズ電圧(VEE)が第二のソースライン(SL2)およびn型ウェル(NW)に適用されるときに、PMOSトランジスター320でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。第二のビットライン(BL2)は、0ボルトまたはフロート(floating)であり得る。ワードライン(WL)290は、0ボルトから20ボルトの範囲であり得る。コントロールライン(CL)、第一のソースライン(SL1)、第一のビットライン(BL1)、そしてp型ウェル(PW)は接地されている(grounded)。イレーズ電圧(VEE)は、5ボルトから20ボルトの範囲であり得る。このようにして、浮遊ゲート200に注入された電子は、浮遊ゲート200から排出され得る。
別の実施例では、プログラムにおいては、第一のプログラム電圧(VPP1)に等しいコントロールライン電圧がコントロ−ルライン(CL)に適用される。第一のプログラム電圧(VPP1)は、5ボルトから12ボルトの範囲であり得る。第一のソースライン(SL1)、第二のソースライン(SL2)、第一のビットライン(BL1)、そしてp型ウェル(PW)は接地され得る。しかしながら、第一のビットライン(BL1)は、フロートしていてもよい。第二のプログラム電圧(VPP2)は、n型ウェル(NW)に対して適用され得る。第三のプログラム電圧(VPP3)は、ワードライン(WL)に対して適用され得る。第三のプログラム電圧(VPP3)は、0ボルトよりも低い値であり得る。第二のビットライン(BL2)は、フロートしていてもよい。このようなプログラム構成においては、バンド間トンネリング誘導ホットエレクトロン(band−to−band tunneling−induced hot electron:BBHE)注入が、PMOSトランジスター320で起こり得る。イレーズ操作において、イレーズ電圧(VEE)が第二のソースライン(SL2)およびn型ウェル(NW)に適用されるときに、PMOSトランジスター320でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。ワードライン(WL)290は、0ボルトから20ボルトの範囲であり得る。コントロールライン(CL)、第一のソースライン(SL1)、そしてp型ウェル(PW)は接地されている。第一のビットライン(BL1)は、0ボルトまたはフロートであり得る。第二のビットスライン(BL2)は、0ボルトまたはフロートであり得る。イレーズ電圧(VEE)は、5ボルトから20ボルトの範囲であり得る。このようにして、浮遊ゲート200に注入された電子は、浮遊ゲート200から排出され得る。
第三のプログラムモード(PGM3)では、コントローライン(CL)電圧は5ボルトから12ボルトの範囲、ワードライン(WL)電圧は5ボルトから8ボルトの範囲、第二のソースライン(SL2)電圧はフロート、そしてn型ウェル(NW)電圧は5ボルトから8ボルトの範囲、であり得る。第一のビットライン(BL1)電圧、第一のソースライン電圧(SL1)、p型ウェル(PW)電圧、そして第二のビットライン(BL2)電圧、は接地され得る。例えば0ボルトである。しかしながら、第一のビットライン(BL1)はフロートしていてもよい。このようなプログラム構成においては、バンド間トンネリング誘導ホットエレクトロン(BBHE)注入が、PMOSトランジスター320で起こり得る。イレーズ操作において、イレーズ電圧(VEE)が第二のソースライン(SL2)およびn型ウェル(NW)に適用されるときに、PMOSトランジスター320でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。ワードライン(WL)290は、0ボルトから20ボルトの範囲であり得る。コントロールライン(CL)、第一のソースライン(SL1)、そしてp型ウェル(PW)は接地されている。第一のビットライン(BL1)は、0ボルトまたはフロートであり得る。第二のビットスライン(BL2)は、0ボルトまたはフロートであり得る。イレーズ電圧(VEE)は、5ボルトから20ボルトの範囲であり得る。このようにして、浮遊ゲート200に注入された電子は、浮遊ゲート200から排出され得る。
リード操作においては、第一の電圧(VCC1)がコントロ−ルライン(CL)とワードライン(WL)に適用され、第二の電圧(VCC2)が第二のソースライン(SL2)とn型ウェル(NW)に適用され、リード電圧(VRR)が第一のビットライン(BL1)に適用され得る。第一の電圧(VCC1)とリード電圧(VRR)は、1ボルトから5ボルトの範囲であり得る。第二の電圧(VCC2)は、0ボルトから5ボルトの範囲であり得る。第二のビットライン(BL2)は、0ボルトまたはフロートであり得る。第一のソースライン(SL1)とp型ウェル(PW)は接地され得る。PMOSキャパシター300の容量結合(capacitive coupling)を通じて、第一の電圧(VCC1)のいくらかの部分、例えば10分の9、が、浮遊ゲート200に結合され得る。もし不揮発性メモリーセル20がイレーズされるとすれば、浮遊ゲート200におけるポテンシャル(potential)はNMOSトランジスター310をオンするのに十分である。第一のビットライン(BL1)に適用されるリード電圧(VRR)に因って、第一のソースライン(SL1)が接地されているのと同様に、リード電流がNMOSトランジスター310を通じて流れ得る。リード電流は、正の論理状態(positive logical state)を示すものとして検知される。もし、不揮発性メモリーセル20がプログラムされる場合は、浮遊ゲート200に注入された電子は、浮遊ゲート200に結合された第一の電圧の部分を相殺するのに十分であり得るか、もしくは、著しく小さい。不揮発性メモリーセル20がイレーズされるときに検知されるリード電流よりも実質的に小さなリード電流をもって、NMOSトランジスター310がオフのままであったり、オンされ得るようにである。このようにして、低いリード電流は、負の(negative)論理状態を示すものとして検知される。正の論理状態を示すための高いリード電流を利用し、負の論理状態を示すための低いリード電流を利用することは、一つの例に過ぎず、それに限定されるものと考えられるべきではない。負の論理状態に対応するためにより高いリード電流を利用することもできるし、生の論理状態に対応するためにより低いリード電流を利用することもできる。
図7は、一つの実施例に従って、図4および図5の不揮発性メモリーセル40に対するプログラム(programming:PGM)、イレーズ(erase:ERS)、そしてリード(+READ)電圧を示している。プログラムにおいては、5ボルトから20ボルトの範囲のコントロールライン電圧がコントロ−ルライン(CL)およびイレーズライン(EL)に適用される。第一の電圧(VCC)がセレクトゲート(SG)に適用され得る。第一の電圧(VCC)は、1ボルトから5ボルトの範囲であり得る。ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そしてp型ウェル(PW)が接地(ground)され得る。ワードライン(WL)は、0ボルトから5ボルトの範囲であり得る。このようなプログラム構成においては、 MOSキャパシター500の大きさとNMOSトランジスター510の大きさの比率に応じて、コントロ−ルライン電圧は、MOSキャパシター500を通じて浮遊ゲート400に結合され得る。例えば、コントロ−ルライン電圧が6ボルトであり、比率が9対1であるとすれば、浮遊ゲート400でのポテンシャルは5.4ボルトになり得る(6ボルトの10分の9である)。プログラムにおいては、第一のNMOSトランジスター510においてFN電子トンネル効果注入が生じ得る。イレーズ操作においては、イレーズ電圧(VEE)がイレーズライン(EL)に適用され、コントロールライン(CL)、ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そしてp型ウェル(PW)が接地されているときに、PMOSトランジスター520でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。ワードライン(WL)とセレクトライン(SL)は、0ボルトから5ボルトの範囲であり得る。イレーズ電圧(VEE)は、5ボルトから20ボルトの範囲であり得る。このようにして、プログラムにおいて浮遊ゲート400に注入された電子は、イレーズにおいて浮遊ゲート400から排出され得る。
リード操作においては、第一の電圧(VCC1)がコントロ−ルライン(CL)とtレーズライン(EL)に適用され、第二の電圧(VCC2)がワードライン(WL)とセレクトゲート(SG)に適用され、リード電圧(VRR)がビットライン(BL)に適用され得る。第二の電圧(VCC2)とリード電圧(VRR)は、1ボルトから5ボルトの範囲であり得る。第一の電圧(VCC1)は、0ボルトから5ボルトの範囲であり得る。ソースライン(SL)とp型ウェル(PW)は接地され得る。PMOSキャパシター500の容量結合を通じて、第一の電圧(VCC1)のいくらかの部分、例えば10分の9、が、浮遊ゲート400に結合され得る。もし不揮発性メモリーセル40がイレーズされるとすれば、浮遊ゲート400におけるポテンシャルは第一のNMOSトランジスター510をオンするのに十分である。ビットライン(BL)に適用されるリード電圧(VRR)に因って、ソースライン(SL)が接地されているのと同様に、リード電流がNMOSトランジスター510を通じて流れ得る。リード電流は、正の論理状態を示すものとして検知される。もし、不揮発性メモリーセル40がプログラムされる場合は、浮遊ゲート400に注入された電子は、浮遊ゲート400に結合された第一の電圧の部分を相殺するのに十分であり得るか、もしくは、著しく小さい。不揮発性メモリーセル40がイレーズされるときに検知されるリード電流よりも実質的に小さなリード電流をもって、第一のNMOSトランジスター510がオフのままであったり、オンされ得るようにである。このようにして、低いリード電流は、負の論理状態を示すものとして検知される。いくつかの実施例においては、高いリード電流が正の論理状態に対応し、低いリード電流が負の論理状態に対応し得る。
図8についてみると、図8は、図4および図5の不揮発性メモリーセルにおけるプログラムインヒビット操作(program inhibit operation)を説明するウェイブフォームダイアグラムを示している。図8のウェイブフォームダイアグラムは、コントロルライン(CL)に適用されるコントロールライン電圧、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧、イレーズライン(EL)に適用されるイレーズライン電圧、ビットライン(BL)に適用されるビットライン電圧、ソースライン(SL)に適用されるソースライン電圧、p型ウェルに適用されるp型ウェル電圧(PW)、そして第一のNMOSトランジスター510のチャネル電圧を示している。チャネル電圧は、プログラムインヒビット操作における第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、押し上げ(boost)られている。図に示されるように、チャネル電圧は、第二の時刻(t2)から第三の時刻(t3)までの期間において、第六の電圧(V6)に達している。第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、コントロールライン電圧は第一の電圧(V1)であり、セレクトゲート電圧は第二の電圧(V2)であり、イレーズライン電圧は第三の電圧(V3)であり、ビットライン電圧は第四の電圧(V4)であり、そしてチャネル電圧は第五の電圧(V5)である。プログラムインヒビット操作においては、V1からV6は、V1≧V3>V5>V4≧V2>V6 といった構成を取り得る。プログラム操作においては、V1からV6は、V1≧V3≧V2>V4=V5=V6≧0V といった構成を取り得る。例えば、図7に示すように、プログラムインヒビット操作(PGM Inhibit)においては、コントロールライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、ワードライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、セレクトゲート電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、イレーズライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、ビットライン電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、ソースライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、そしてp型ウェル電圧は、0ボルトであり得る。
上述の不揮発性メモリーセル20、40は、一般的なCMOS工程と完全にコンパチブルであり、比較的小さなレイアウト領域しか要せず、サイクルウインドウの劣化を伴うことなく、良いプログラムおよびイレーズ速度、良い耐久性、そして良いデータ保持力を表している。
図9および図10についてみると、図9は、一つの実施例に従った不揮発性メモリーセル90のダイアグラムである。図10は、図9の不揮発性メモリーセル90を図式的に示している。不揮発性メモリーセル90は、浮遊ゲート(FG)900、ワードライン(WL)971、セレクトゲート(SG)972、コントロールライン(CL)、ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そしてイレーズライン(EL)を有している。近傍のセルがプログラムされる際にセルのインヒビット能力が達成されるようにセレクトゲート(SG)を適用している。例としてp型(第一の伝導タイプ)サブストレートを考えると、つまり、不揮発性メモリーセル90は、P型サブストレートの中に形成された、N型ウェル930の中に形成されている(第二の伝導タイプの第三の伝導領域)。不揮発性メモリーセル90は、さらに、第一の伝導タイプの第一の伝導領域(PW1)上に形成された第一の拡張領域921と第二の拡張領域922を有している。第三、第四、第五および第六の拡張領域961、942,963,964が、第一の伝導タイプの第二の伝導領域(PW2)に形成される。第七および第八の拡張領域981,982が、第一の伝導タイプの第四の伝導領域(PW3)に形成される。第二の伝導領域(PW2)は、第一の伝導領域(PW1)と第四の伝導領域(PW3)の間に配置され得る。浮遊ゲート(FG)900は、第一と第二の拡張領域921、922の間に形成された第一のゲート部分901と、第四と第五の拡張領域962,963の間および第七と第八の拡張領域981、982の間に形成された第二のゲート部分902を有し得る。第一のゲート部分901と第二のゲート部分902は、同じ多結晶シリコン層から形成され得るし、連続し得る。第一のゲート部分901のゲート領域は、第二のゲート部分902のゲート領域よりも大きい。ワードライン(WL)971とセレクトゲート(SG)972は、浮遊ゲート(FG)900のように、同じ多結晶シリコン層から形成され得る。ワードライン(WL)971は、第三と第四の拡張領域961,962の間に形成される。セレクトゲート(SG)972は、第五と第六の拡張領域963,964の間に形成される。第一および第二の拡張領域921、922は、第二の伝導タイプである。第三、第四、第五、そして第六の拡張領域961、962、963、964もまた第二の伝導タイプである。第七そして第八の拡張領域981、982もまた第二の伝導タイプである。不揮発性メモリーセル90は、単一の多結晶シリコンCMOSプロセスにおいて製造され得る。しかしながら、本発明の別の実施例においては、第一の伝導タイプは、N型であり、第二の伝導タイプは、P型である。
図9および図10に関して、第一のゲート部分901とコントロールライン(CL)は、結合素子1000を形成し、金属酸化膜半導体(MOS)キャパシターまたはMOS電界効果トランジスター(MOSFET)により形成され得る。第二のゲート部分902は、第四および第五の拡張領域962、963を伴う第一の浮遊ゲート(n型金属酸化膜半導体、NMOS)トランジスター1010を形成し、第七および第八の拡張領域981,982を伴う第二の浮遊ゲート(NMOS)トランジスター1020を形成し得る。ワードライン(WL)971は、第三および第四の拡張領域961,962を伴う第一のセレクト(NMOS)トランジスター1030を形成し得る。セレクトゲート(SG)972は、第五および第六の拡張領域963,964を伴う第二のセレクト(NMOS)トランジスター1040を形成する。ソースラインSLは、第一のセレクトトランジスター1030のソース拡張領域となり得る第三の拡張領域961に電気的に接続され得る。ビットラインBLは、第二のセレクトトランジスター1040のドレイン拡張領域と成り得る第六の拡張領域964に電気的に接続され得る。イレーズラインELは、第二の浮遊ゲートトランジスター1020の第七と第八の拡張領域981、982に電気的に接続され得る。第四の拡張領域962は、第一の浮遊ゲートトランジスター1010のソース拡張領域として、また、第一セレクトトランジスター1030のドレイン拡張領域の両方として、機能し得る。第五の拡張領域963は、第一の浮遊ゲートトランジスター1010のドレイン拡張領域として、また、第二のセレクトトランジスター1040のソース拡張領域の両方として、機能し得る。別の実施例においては、第二の浮遊ゲートトランジスター1020は、MOSキャパシターにより形成され得る。
図11は、図9および図10の不揮発性メモリーセル90に対するプログラム(Programming)、イレーズ(Erase)、リード(Read)、そしてプログラムインヒビット(Programming inhibit)
電圧を示している。プログラム操作においては、コントロ−ルライン(CL)および第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧(VCL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そして第二の伝導領域(PW2)が接地され得る。ワードライン(WL)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。イレーズライン(EL)および第四の伝導領域(PW3)に適用されるイレーズライン電圧(VEL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は、1ボルトから5ボルトの範囲である。加えて、N型ウェル930(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、第四の伝導領域(PW3)、そしてN型ウェル930の間において生成される順電圧(forward voltage)を防ぐためである。このようなプログラム構成においては、結合素子1000の大きさと第二の浮遊ゲートトランジスター1020の大きさの比率に応じて、コントロ−ルライン電圧(VCL)は、結合素子1000を通じて浮遊ゲート900に結合され得る。例えば、コントロ−ルライン電圧(VCL)が10ボルトであり、比率が9対1であるとすれば、浮遊ゲート900でのポテンシャルは9ボルトになり得る(10ボルトの10分の9である)。プログラムにおいては、第一の浮遊ゲートトランジスター1010において、ファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果注入が生じ得る。電子が、第一の浮遊ゲートトランジスター1010を通じて浮遊ゲート900に注入されるようにである。
電圧を示している。プログラム操作においては、コントロ−ルライン(CL)および第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧(VCL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そして第二の伝導領域(PW2)が接地され得る。ワードライン(WL)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。イレーズライン(EL)および第四の伝導領域(PW3)に適用されるイレーズライン電圧(VEL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は、1ボルトから5ボルトの範囲である。加えて、N型ウェル930(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、第四の伝導領域(PW3)、そしてN型ウェル930の間において生成される順電圧(forward voltage)を防ぐためである。このようなプログラム構成においては、結合素子1000の大きさと第二の浮遊ゲートトランジスター1020の大きさの比率に応じて、コントロ−ルライン電圧(VCL)は、結合素子1000を通じて浮遊ゲート900に結合され得る。例えば、コントロ−ルライン電圧(VCL)が10ボルトであり、比率が9対1であるとすれば、浮遊ゲート900でのポテンシャルは9ボルトになり得る(10ボルトの10分の9である)。プログラムにおいては、第一の浮遊ゲートトランジスター1010において、ファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果注入が生じ得る。電子が、第一の浮遊ゲートトランジスター1010を通じて浮遊ゲート900に注入されるようにである。
イレーズ操作においては、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲である。コントロ−ルライン(CL)、第一の伝導領域(PW1)、ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そして第二の伝導領域(PW2)は接地され得る。セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。イレーズライン(EL)および第四の伝導領域(PW3)に適用されるイレーズライン電圧(VEL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。加えて、N型ウェル930(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW:表中では930と表示)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、第四の伝導領域(PW3)、そしてN型ウェル930の間において生成される順電圧を防ぐためである。イレーズ操作において、イレーズライン電圧(VEL)がイレーズライン(EL)および第四の伝導領域(PW3)に適用されるときに、第二の浮遊ゲートトランジスター1020でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。このようにして、浮遊ゲート900に保持された電子は、浮遊ゲート900から排出され得る。
リード操作においては、コントロールライン(CL)と第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧(VCL)は0ボルトから5ボルトの範囲であり、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧(VWL)は1ボルトから5ボルトの範囲であり、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は1ボルトから5ボルトの範囲であり、そしてビットライン(BL)に適用されるビットライン電圧(VBL)は1ボルトから5ボルトの範囲である。ソースライン(SL)と第二の伝導領域(PW2)は接地され得る。イレーズライン(EL)と第四の伝導領域(PW3)に適用されるイレーズライン電圧(VEL)は0ボルトから5ボルトの範囲である。加えて、N型ウェル930(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、第四の伝導領域(PW3)、そしてN型ウェル930の間において生成される順電圧を防ぐためである。結合素子1000の容量結合を通じて、コントロールライン電圧(VCL)のいくらかの部分、例えば10分の9、が、浮遊ゲート900に結合され得る。もし不揮発性メモリーセル90がイレーズされるとすれば、浮遊ゲート900におけるポテンシャルは第一の浮遊ゲートトランジスター1010をオンするのに十分である。ビットライン(BL)に適用されるリード電圧(VRR)に因って、ソースライン(SL)および第二の伝導領域(PW2)が接地されているのと同様に、リード電流が第一の浮遊ゲートトランジスター1010を通じて流れ得る。リード電流は、正の論理状態を示すものとして検知される。もし、不揮発性メモリーセル90がプログラムされる場合は、浮遊ゲート900に注入された電子は、浮遊ゲート900に結合されたコントロールライン電圧の部分を相殺するのに十分であり得るか、もしくは、著しく小さい。不揮発性メモリーセル90がイレーズされるときに検知されるリード電流よりも実質的に小さなリード電流をもって、第一の浮遊ゲートトランジスター1010がオフのままであったり、オンされ得るようにである。このようにして、低いリード電流は、負の論理状態を示すものとして検知される。正の論理状態を示すための高いリード電流を利用し、負の論理状態を示すための低いリード電流を利用することは、一つの例に過ぎず、それに限定されるものと考えられるべきではない。負の論理状態に対応するためにより高いリード電流を利用することもできるし、生の論理状態に対応するためにより低いリード電流を利用することもできる。
図12についてみると、図12は、図9および図10の不揮発性メモリーセル90におけるプログラムインヒビット操作を説明するウェイブフォームダイアグラムを示している。図12のウェイブフォームダイアグラムは、コントロルライン(CL)に適用されるコントロールライン電圧、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧、イレーズライン(EL)と第四の伝導領域(PW3)に適用されるイレーズライン電圧、ビットライン(BL)に適用されるビットライン電圧、ソースライン(SL)に適用されるソースライン電圧、N型ウェル930に適用される第二のウェル電圧(VSW:ダイアグラム中では930と表示)、そして第一の浮遊ゲートトランジスター1010のチャネル電圧を示している。チャネル電圧は、プログラムインヒビット操作における第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、押し上げられている。図12に示されるように、チャネル電圧は、第二の時刻(t2)から第三の時刻(t3)までの期間において、第六の電圧(V6)に達している。第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、コントロールライン電圧は第一の電圧(V1)であり、セレクトゲート電圧は第二の電圧(V2)であり、イレーズライン電圧は第三の電圧(V3)であり、ビットライン電圧は第四の電圧(V4)であり、そしてチャネル電圧は第五の電圧(V5)である。プログラムインヒビット操作においては、V1からV6は、V1≧V3>V5>V4≧V2>V6 といった構成を取り得る。プログラム操作においては、V1からV6は、V1≧V3≧V2>V4=V5=V6≧0V といった構成を取り得る。例えば、図11に示すように、プログラムインヒビット操作(Programming inhibit)においては、コントロールライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、コントロールライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、ワードライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、セレクトゲート電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、イレーズライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、ビットライン電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、ソースライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、第二のウェル電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、そしてPW2電圧は、0ボルトであり得る。
図13および図14についてみると、図13は、別の実施例に従った不揮発性メモリーセル130のダイアグラムである。図14は、図13の不揮発性メモリーセル130を図式的に示している。不揮発性メモリーセル130は、浮遊ゲート(FG)1300、ワードライン(WL)1371、セレクトゲート(SG)1372、コントロールライン(CL)、ソースライン(SL)、そしてビットライン(BL)を有している。近傍のセルがプログラムされる際にセルのインヒビット能力が達成されるようにセレクトゲート(SG)を適用している。例としてp型(第一の伝導タイプ)サブストレートを考えると、つまり、不揮発性メモリーセル130は、P型サブストレートの中に形成された、N型ウェル1330(第二の伝導タイプの第三の伝導領域)の中に形成されている。不揮発性メモリーセル130は、さらに、第一、第二、第三、第四、第五、そして第六の拡張領域1321、1322、1361、1362、1363、そして1364を有している。浮遊ゲート(FG)1300は、第一と第二の拡張領域1321、1322の間に形成された第一のゲート部分1301と、第四と第五の拡張領域1362,1363の間に形成された第二のゲート部分1302を有している。図13に示すように、不揮発性メモリーセル90と不揮発性メモリーセル130との相違は、不揮発性メモリーセル130は第二の浮遊ゲートトランジスター1020と第四の伝導領域(PW3)を有さないことである。加えて、不揮発性メモリーセル130のこれ以降の構成は、不揮発性メモリーセル90の構成と同じである。よって、簡素化のために、これ以上の記述は省略する。
図13および図14に関して、第一のゲート部分1301とコントロールライン(CL)は、結合素子1400を形成し得る。第二のゲート部分1302は、第四および第五の拡張領域1362、1363を伴う第一の浮遊ゲートトランジスター1410を形成し得る。ワードライン(WL)1371は、第三および第四の拡張領域1361,1362を伴う第一のセレクトトランジスター1430を形成し得る。セレクトゲート(SG)1372は、第五および第六の拡張領域1363,1364を伴う第二のセレクトトランジスター1440を形成し得る。ソースラインSLは、第一のセレクトトランジスター1430のソース拡張領域となり得る第三の拡張領域1361に電気的に接続され得る。ビットラインBLは、第二のセレクトトランジスター1440のドレイン拡張領域と成り得る第六の拡張領域1364に電気的に接続され得る。第四の拡張領域1362は、第一の浮遊ゲートトランジスター1410のソース拡張領域として、また、第一のセレクトトランジスター1430のドレイン拡張領域の両方として、機能し得る。第五の拡張領域1363は、第一の浮遊ゲートトランジスター1410のドレイン拡張領域として、また、第二のセレクトトランジスター1440のソース拡張領域の両方として、機能し得る。
図15は、図13および図14の不揮発性メモリーセル130に対するプログラム(Programming)、イレーズ(Erase)、リード(Read)、そしてプログラムインヒビット(Programming inhibit)電圧を示している。プログラム操作においては、コントロ−ルライン(CL)および第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧(VCL)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。ソースライン(SL)、ビットライン(BL)、そして第二の伝導領域(PW2)が接地され得る。ワードライン(WL)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は、1ボルトから5ボルトの範囲である。加えて、N型ウェル1330(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW:表中で1330と表示)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、そしてN型ウェル1330の間において生成される順電圧(forward voltage)を防ぐためである。このようなプログラム構成においては、結合素子1400の大きさと第一の浮遊ゲートトランジスター1410の大きさの比率に応じて、コントロ−ルライン電圧(VCL)は、結合素子1400を通じて浮遊ゲート1300に結合され得る。例えば、コントロ−ルライン電圧(VCL)が10ボルトであり、比率が9対1であるとすれば、浮遊ゲート1300でのポテンシャルは9ボルトになり得る(10ボルトの10分の9である)。プログラムにおいては、第一の浮遊ゲートトランジスター1410において、ファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果注入が生じ得る。
イレーズ操作においては、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)、ソースライン(SL)に適用されるソースライン電圧(VSL)、ビットライン(BL)に適用されるビットライン電圧(VBL)、そして第二の伝導領域(PW2)に適用される第一のウェル電圧(VFW)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。コントロールライン(CL)および第一の伝導領域(PW1)は接地され得る。加えて、N型ウェル1330(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW)は、5ボルトから20ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、そしてN型ウェル930の間において生成される順電圧を防ぐためである。イレーズ操作において、コントロールライン(CL)と第一の伝導領域(PW1)が接地されるときに、第一の浮遊ゲートトランジスター1410でファウラーノルドハイム(FN)電子トンネル効果排出が起こり得る。このようにして、浮遊ゲート1300に保持された電子は、浮遊ゲート1300から排出され得る。
リード操作においては、コントロールライン(CL)と第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧(VCL)は0ボルトから5ボルトの範囲であり、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧(VWL)は1ボルトから5ボルトの範囲であり、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧(VSG)は1ボルトから5ボルトの範囲であり、そしてビットラインに適用されるビットライン電圧(VBL)は1ボルトから5ボルトの範囲である。ソースライン(SL)と第二の伝導領域(PW2)は接地され得る。加えて、N型ウェル1330(第三の伝導領域)に適用される第二のウェル電圧(VSW)は、0ボルトから5ボルトの範囲である。第一の伝導領域(PW1)、第二の伝導領域(PW2)、そしてN型ウェル1330の間において生成される順電圧を防ぐためである。結合素子1400の容量結合を通じて、コントロールライン電圧(VCL)のいくらかの部分、例えば10分の9、が、浮遊ゲート1300に結合され得る。もし不揮発性メモリーセル130がイレーズされるとすれば、浮遊ゲート1300におけるポテンシャルは第一の浮遊ゲートトランジスター1410をオンするのに十分である。ビットライン(BL)に適用されるリード電圧(VRR)に因って、ソースライン(SL)および第二の伝導領域(PW2)が接地されているのと同様に、リード電流が第一の浮遊ゲートトランジスター1410を通じて流れ得る。リード電流は、正の論理状態を示すものとして検知される。もし、不揮発性メモリーセル130がプログラムされる場合は、浮遊ゲート1300に注入された電子は、浮遊ゲート1300に結合されたコントロールライン電圧の部分を相殺するのに十分であり得るか、もしくは、著しく小さい。不揮発性メモリーセル130がイレーズされるときに検知されるリード電流よりも実質的に小さなリード電流をもって、第一の浮遊ゲートトランジスター1410がオフのままであったり、オンされ得るようにである。このようにして、低いリード電流は、負の論理状態を示すものとして検知される。
図16について述べる。図16は、図13および図14の不揮発性メモリーセル130におけるプログラムインヒビット操作を説明するウェイブフォームダイアグラムを示している。図16のウェイブフォームダイアグラムは、コントロルライン(CL)と第一の伝導領域(PW1)に適用されるコントロールライン電圧、ワードライン(WL)に適用されるワードライン電圧、セレクトゲート(SG)に適用されるセレクトゲート電圧、ビットライン(BL)に適用されるビットライン電圧、ソースライン(SL)に適用されるソースライン電圧、第二の伝導領域(PW2)に適用されるp型ウェル電圧、N型ウェル1330に適用される第二のウェル電圧(VSW:ダイアグラム中で1330と表示)、そして第一の浮遊ゲートトランジスター1410のチャネル電圧を示している。チャネル電圧は、プログラムインヒビット操作における第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、押し上げられている。図15に示されるように、チャネル電圧は、第二の時刻(t2)から第三の時刻(t3)までの期間において、第六の電圧(V6)に達している。第三の時刻(t3)から第四の時刻(t4)まで、コントロールライン電圧は第一の電圧(V1)であり、セレクトゲート電圧は第二の電圧(V2)であり、ビットライン電圧は第四の電圧(V4)であり、そしてチャネル電圧は第五の電圧(V5)である。プログラムインヒビット操作においては、V1からV6は、V1>V5>V4≧V2>V6 といった構成を取り得る。プログラム操作においては、V1からV6は、V1≧V2>V4=V5=V6≧0V といった構成を取り得る。例えば、図15に示すように、プログラムインヒビット操作においては、コントロールライン電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、ワードライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、セレクトゲート電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、ビットライン電圧は1ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、ソースライン電圧は0ボルトから5ボルトの範囲であり得るし、第二のウェル電圧は5ボルトから20ボルトの範囲であり得るし、そしてPW2電圧は、0ボルトであり得る。
まとめると、上述の不揮発性メモリーセルは、一般的なCMOSプロセスと完全にコンパチブルであり、比較的小さなレイアウト領域しか必要とせず、サイクルウインドウ(cycling window)を劣化させることなく、良好なプログラムおよびイレーズの速度と、耐久性と、データ保持性を表している。
当業者にとっては、本発明の内容を保持しながらも、装置や方法について多くの変更や代替をなし得ることが、容易に理解されよう。従って、上記の開示は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるものと解釈されるべきである。
Claims (31)
- 不揮発性メモリーセルであって:
第一の伝導領域に形成された結合素子;並びに
第一の浮遊ゲートトランジスターと第二の浮遊ゲートトランジスターとに直列的に接続された第一のセレクトトランジスター;
を有し、
前記第一の浮遊ゲートトランジスター、前記第二の浮遊ゲートトランジスター、および前記第一のセレクトトランジスターは、第二の伝導領域に形成され、
前記結合素子の電極と前記第一の浮遊ゲートトランジスターのゲートは、モノリシックに形成された浮遊ゲートであり、
前記第一の伝導領域と第二の伝導領域は、第三の伝導領域において形成され、
前記第一の伝導領域、第二の伝導領域、および前記第三の伝導領域は、ウェルである、
ことを特徴とする揮発性メモリーセル。 - 前記第一の伝導領域と前記第二の伝導領域は、第一の伝導タイプであり、前記第三の伝導領域は、第二の伝導タイプである、
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記浮遊ゲートは:
前記結合素子を形成する第一のゲート部分と;
前記第一の浮遊ゲートトランジスターを形成する第二のゲート部分と;
を有し、
前記第一のゲート部分は、前記第二のゲート部分よりも大きな領域を有する、
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記結合素子は、金属酸化膜半導体キャパシター、または金属酸化膜半導体フィールド効果トランジスターにより、形成されている
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第一の浮遊ゲートトランジスターは、前記第一のセレクトトランジスターと前記第二のセレクトトランジスターの間に配置される、
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記不揮発性メモリーセルは、さらに:
前記結合素子に電気的に接続されたコントロールラインと;
前記第一のセレクトトランジスターのゲートに電気的に接続されたワードラインと;
前記第二のセレクトトランジスターのゲートに電気的に接続されたセレクトゲートと;
前記第二のセレクトトランジスターのドレイン領域に電気的に接続されたビットラインと;
前記第一のセレクトトランジスターのソース領域に電気的に接続されたソースラインと;
を有する、
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - リード操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
直列的に接続された前記第一のセレクトトランジスター、前記第一の浮遊ゲートトランジスター、および前記第二のセレクトトランジスターを通して流れる電流を検知するために構成されている、
請求項6に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトであり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲である、
請求項7に記載の不揮発性メモリーセル。 - プログラム操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第一の浮遊ゲートトランジスターにおいて、ファウラーノルドハイムトンネル効果注入を引き起こすように構成されている、
請求項6に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、0ボルトであり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトであり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項9に記載の不揮発性メモリーセル。 - プログラムインヒビット操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第一の浮遊ゲートトランジスターにおいて、チャネル電圧の押し上げを引き起こすように構成されている、
請求項6に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項11に記載の不揮発性メモリーセル。 - イレーズ操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第一の浮遊ゲートトランジスターにおいて、ファウラーノルドハイムトンネル効果排出を引き起こすように構成されている、
請求項6に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、0ボルトであり;
前記ワードライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ソースライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記第一のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項13に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記不揮発性メモリーセルは、さらに:
第四の伝導領域に形成された第二の浮遊ゲートトランジスターを有し、
前記第四の伝導領域は、前記第三の伝導領域において形成され、
前記第二の浮遊ゲートトランジスターのゲート、前記結合素子の電極、および前記第一の浮遊ゲートトランジスターのゲートは、一体的に形成された浮遊ゲートである、
請求項1に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第一の伝導領域、前記第二の伝導領域、および前記第四の伝導領域は、第一の伝導タイプであり、前記第三の伝導領域は、第二の伝導タイプである、
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記浮遊ゲートは:
前記結合素子を形成する第一のゲート部分と;
前記第一の浮遊ゲートトランジスターおよび前記第二の浮遊ゲートトランジスターを形成する第二のゲート部分と;
を有し、
前記第一のゲート部分は、前記第二のゲート部分よりも大きな領域を有する、
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記結合素子は、金属酸化膜半導体キャパシター、または金属酸化膜半導体フィールド効果トランジスターにより、形成されている
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第二の浮遊ゲートトランジスターは、金属酸化膜半導体フィールド効果トランジスター、または金属酸化膜半導体キャパシターにより、形成されている
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第二の伝導領域は、前記第一の伝導領域と前記第四の拡張領域の間に配置される、
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第四の伝導領域は、前記第一の伝導領域と前記第二の拡張領域の間に配置される、
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記第一の浮遊ゲートトランジスターは、前記第一のセレクトトランジスターと前記第二のセレクトトランジスターの間に配置される、
請求項15に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記不揮発性メモリーセルは、さらに:
前記結合素子に電気的に接続されたコントロールラインと;
前記第一のセレクトトランジスターのゲートに電気的に接続されたワードラインと;
前記第二のセレクトトランジスターのゲートに電気的に接続されたセレクトゲートと;
前記第二の浮遊ゲートトランジスターの拡張領域および前記第四の伝導領域に電気的に接続されたイレーズラインと;
前記第二のセレクトトランジスターのドレイン領域に電気的に接続されたビットラインと;
前記第一のセレクトトランジスターのソース領域に電気的に接続されたソースラインと;
を有する、
請求項22に記載の不揮発性メモリーセル。 - リード操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、イレーズラインに適用されるイレーズライン電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
直列的に接続された前記第一のセレクトトランジスター、前記第一の浮遊ゲートトランジスター、および前記第二のセレクトトランジスターを通して流れる電流を検知するために構成されている、
請求項23に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記イレーズライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトであり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲である、
請求項24に記載の不揮発性メモリーセル。 - プログラム操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、イレーズラインに適用されるイレーズライン電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第一の浮遊ゲートトランジスターにおいて、ファウラーノルドハイムトンネル効果注入を引き起こすように構成されている、
請求項23に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記イレーズライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、0ボルトであり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトであり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項26に記載の不揮発性メモリーセル。 - プログラムインヒビット操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、イレーズラインに適用されるイレーズライン電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第一の浮遊ゲートトランジスターにおいて、チャネル電圧の押し上げを引き起こすように構成されている、
請求項23に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記イレーズライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、1ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項28に記載の不揮発性メモリーセル。 - イレーズ操作において、
コントロールラインに適用されるコントロールライン電圧、ワードラインに適用されるワードライン電圧、セレクトゲートに適用されるセレクトゲート電圧、イレーズラインに適用されるイレーズライン電圧、ビットラインに適用されるビットライン電圧、ソースラインに適用されるソースライン電圧、前記第二の伝導領域に適用される第一のウェル電圧、および前記第三の伝導領域に適用される第二のウェル電圧が、
前記第二の浮遊ゲートトランジスターにおいて、ファウラーノルドハイムトンネル効果排出を引き起こすように構成されている、
請求項23に記載の不揮発性メモリーセル。 - 前記コントロールライン電圧は、0ボルトであり;
前記ワードライン電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記セレクトゲート電圧は、0ボルトから5ボルトの範囲であり;
前記イレーズライン電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲であり;
前記ビットライン電圧は、0ボルトであり;
前記ソースライン電圧は、0ボルトであり;
前記第一のウェル電圧は、0ボルトであり;かつ、
前記第二のウェル電圧は、5ボルトから20ボルトの範囲である、
請求項30に記載の不揮発性メモリーセル。
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