JP2635412B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2635412B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、揮発性半導体メモリ部と不揮発性メモリ
部を組み合わせた半導体記憶装置に関する。
〈従来の技術〉 従来の半導体記憶装置としては、電源をオフにしても
記憶内容が保持されている不揮発性メモリであるマスク
ROM(リード・オンリ・メモリ),EEPROM(エレクトリカ
ル・イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリ・
メモリ)や、電源をオフにすると記憶内容が消失する揮
発性メモリであるDRAM(ダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ)などがある。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、不揮発性メモリであるマスクROM,EEPROMは
電源をオフにしても記憶されているデータを長時間保持
することができる。しかし、マスクROMの場合、データ
の書き込みがウェハプロセスでなされた後はデータの書
き換えができず、またEEPROMの場合、データの書き換え
はできるが、データの書き込み/消去時間が10msec程度
と長く、また、書き込み/消去回数に制限があるため、
常時データを書き換える用途には適していないという問
題がある。
一方、揮発性メモリであるDRAMはデータの書き換え時
間は100nsec以下と短く、書き換え回数に制限はない
が、電源をオフにすると記憶されているデータが消失さ
れるという問題がある。
そこで、この発明の目的は、使用時は常時高速にデー
タを書き換えることができると共に、電源オフ時は書き
換えたデータを長時間保持することができる多用途の半
導体記憶装置を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、この発明の半導体記憶装
置は1個のMOSトランジスタおよびこのMOSトランジスタ
のソースに一方の電極端子が接続された1個のキャシタ
からなる揮発性半導体メモリ部と、1個のフローティン
グゲート型トランジスタからなる不揮発性半導体メモリ
部を備えた半導体記憶装置であって、上記キャパシタの
容量を上記フローティングゲート型トランジスタのゲー
ト容量よりも大きく設定し、上記MOSトランジスタのソ
ースおよび上記キャパシタの一方の電極端子に、上記フ
ローティングゲート型トランジスタのドレインをスイッ
チを介して接続するとともに、上記フローティング型ト
ランジスタの制御ゲートを接続したことを特徴としてい
る。
〈作用〉 上記MOSトランジスタのソースおよび上記キャパシタ
の一方の電極端子と上記フローティングゲート型トラン
ジスタのドレインとの間に設けたスイッチをオフした場
合、使用時に常時データの書き換えを行うときは上記MO
Sトランジスタおよび上記キャパシタがDRAMとして動作
する。また、上記スイッチをオフした状態で、上記キャ
パシタの他方の電極と上記フローティングゲート型トラ
ジンジスタのソースとの間に所定の電圧を印加すること
によって、上記キャパシタに予め蓄積されている電荷に
対応して、上記フローティングゲート型トランジスタの
フローティングゲートにおける蓄積電荷量が変えられ
る。すなわち、DRAM部のデータ(“1"または“φ”)に
対応してEEPROM部のデータが書き換えられる。したがっ
て、この後、電源をオフしても、上記DRAMのデータは上
記フローティングゲート型トランジスタのしきい値のH
(ハイ)またはL(ロー)として長時間記憶される。な
お、上記EEPROM部のデータが書き換えられる際に、上記
キャパシタの電荷は上記スイッチを通して移動すること
がなく、かつ、上記キャパシタの容量は上記フローティ
ングゲート型トランジスタのゲート容量よりも大きいの
で、DRAMのデータはそのまま保存される。
一方、上記スイッチをオンした場合、上に述べたオフ
している場合と同様に、使用時に常時データの書き換え
を行うときは、上記MOSトランジスタおよび上記キャパ
シタからなるDRAMとして動作すると共に、データを長時
間保存する必要のあるときは、上記キャパシタの他方の
電極と上記フローティングゲート型トランジスタのソー
スとの間に所定の電圧を印加することによって、上記DR
AMのデータに対応してEEPROMのデータが書き換えられ
る。なお、この場合、上記キャパシタの一方の電極と上
記フローティングゲート型トランジスタのドレインとが
上記スイッチを通して導通状態にあるため、上記EEPROM
部のデータが書き換えられる際に、上記キャパシタの蓄
積電荷が上記スイッチを通して移動して、DRAM部のデー
タは失われる。すなわち、DRAM部のデータがEEPROM部に
転送されることになる。
〈実施例〉 以下、この発明の半導体記憶装置を図示の実施例によ
り詳細に説明する。
第1図に示すように、この半導体記憶装置は、DRAM部
として1個のMOSトランジスタT1(以下、単に「トラン
ジスタT1という)と、このトランジスタT1のソースに一
方の電極端子(蓄積ノード)3が接続された1個のキャ
パシタCとを備え、EEPROM部として1個のフローティン
グゲート型トランジスタMT(以下、単に「トランジスタ
MT」という)を備えている。上記トランジスタT1のソー
ス10を上記キャパシタCの蓄積ノート3に、上記トラン
ジスタMTのドレイン9をスイッチとしてのモード選択ト
ランジスタT2(以下、単に「トランジスタT2」という)
を介して接続するとともに、上記トランジスタMTの制御
ゲート5を接続している。なお、上記トランジスタT1の
ゲート電極6はワード線に接続されており、ドレイン1
はビット線に接続されている。また、上記トランジスタ
T2は、ゲート端子(モード選択ゲート)7に正バイアス
V7またはゼロバイアスを印加することによってオン,オ
フ制御されるものとする。
この半導体記憶装置は、上記トランジスタT2がオフ状
態すなわちモード選択ゲート7がゼロバイアスされてい
る場合、次のように動作する。
まず、第2図に示すように、DRAM部が電気的に分離さ
れた等価回路となる。そして、このDRAM部へデータを書
き込むときは、第4図(a)上段に示すように、ゲート
端子6にセル選択ゲート電圧Vsgを印加してトランジス
タT1をオンさせて、ドレイン端子1に電源電圧Vccまた
はゼロバイアスを印加する。これに対応して、蓄積ノー
ド3の電位はVccまたはφとなる。すなわちDRAM部のデ
ータは“1"または“φ”となる。
一方、EEPROM部にデータを書き込むときは、まず、第
4図中段に示すように、トランジスタT1のゲート端子6
およびドレイン端子1をゼロバイアスしてDRAM部を動作
させないようにしておき、トランジスタMTのソース端子
2をゼロバイアスする一方、キャパシタCの他方の電極
(プレート電極)端子8にプログラム電圧Vppを印加す
る(ステップ1)。すると、第3図上段(ステップ1)
に示すように、DRAM部のデータが“φ”または“1"のい
ずれであるかにかかわらず、トンネル酸化膜4aを通して
フローティングゲート4に電子が蓄積されて、トランジ
スタT2のしきい値が高い状態(消去状態)なる。このと
き、トランジスタT2をオフ状態にしているため、キャパ
シタCの蓄積ノード3の電荷がトランジスタT2を通して
移動することがなく、したがってEEPROMが消去状態にな
る際にDRAM部のデータが変化することはない。ただし、
キャパシタの容量CはトランジスタMTのゲート容量(端
子5と端子2との間の容量)C52またはC5(端子5と基
板との間の容量)に比して十分大きく設計されているも
のとする。
次に、第4図(a)下段に示すように、トランジスタ
MTのソース端子2をプログラム電圧Vppにする一方、キ
ャパシタCのプレート電極8をゼロバイアスにする。す
ると、第3図下段(ステップ2)に示すように、DRAM部
のデータ状態“φ”または“1"に対応して、EEPROM部の
記憶内容が変わることになる。説明のために、トランジ
スタMTのカップリングレシオRcを Rc=C45/(C42+C45+C4) ただし、C45: フローティングゲート4と制御ゲート
5との間の容量 C4 : フローティングゲート4と基板との間の
容量 C42: フローティングゲート4とソース2と
の間の容量 と定義すると、トンネル酸化膜4aに印加される電圧は、 (a)DRAMデータ“φ”の場合、 Vφ=Rc・Vpp (b)DRAMデータ“1"の場合、 V1=Rc(Vpp−Vcc) となる。すなわち、DRAMデータ“φ”の場合はDRAMデ
ータ“1"の場合に比して、トンネル酸化膜4aに ΔV=Vφ−V1=RcVcc だけ高い電圧が印加される。ここで、 (a) DRAM“φ”の場合、トンネル酸化膜4aに印加さ
れる電圧が高いため、フローティングゲート4に蓄積さ
れている電子がソース2へ引き抜かれる。その結果、フ
ローティングゲート4の電位が高くなってトランジスタ
MTがオン状態になっても、トランジスタT2がオフ状態で
あるから、電子がドレイン9に流出することがない。こ
のようにして、多くの電子が引き抜かれてトランジスタ
MTのしきい値が低い状態(書き込み状態)なる。
(b) DRAM“1"の場合、トンネル酸化膜4aに印加され
る電圧が低いため、フローティングゲート4に電子が蓄
積された状態のままとなる。したがって、トランジスタ
MTのしきい値は高い状態(消去状態)のままとなる。
このように、DRAM部のデータの“φ”または“1"に対
応して、このDRAM部のデータの内容を保存したまま、EE
PROMの記憶内容を書き込み状態(しきい値が低い状態)
または消去状態(しきい値が高い状態)にすることがで
きる。
次に、上記トランジスタT2がオン状態すなわちモード
選択ゲート7に正バイアスV7が印加されている場合につ
いて説明する。
DRAM部は、第4図(b)上段に示すように、トランジ
スタMTのソース端子2をオープン状態にし、キャパシタ
Cのプレート端子8をゼロバイアスすることによって、
上述のオフ状態の場合と同様に動作する。
一方、EEPROM部にデータを書き込むときは、第4図
(b)下段および第5図に示すように、トランジスタT1
のドレイン端子1およびセル選択ゲート端子6をゼロバ
イアスしてDRAM部を動作させないようにしておき、トラ
ンジスタMTのソース端子2に転送用バイアスV2を印加す
る一方、キャパシタCのプレート端子8をゼロバイアス
する。
このようにして、上記トランジスタT2がオフ状態の場
合と同様に、DRAM部のデータ“φ”または“1"に対応し
てEEPROM部の記憶内容を書き込み状態または消去状態に
することができる。なお、第5図に示すように、トラン
ジスタMTのドレイン9とキャパシタCの蓄積ノード3と
が等価的に接続された状態となっているため、書き込み
途中に蓄積ノード3の電荷がトランジスタMTのドレイン
9を通して失われる。すなわち、DRAM部のデータは保存
されず、EEPROM部に転送されたことになる。
このように、この半導体記憶装置は、使用時は常時高
速にデータを書き換え可能なDRAMとして動作すると共
に、データをDRAM部からEEPROM部に転送し、またはDRAM
部のデータを保存したままEEPROM部のデータを書き換え
ることができる。また、電源オフ時はEEPROMとしてデー
タを長期保存することができ、多くの用途に使用するこ
とができる。
〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の半導体記憶装置
は、1個のMOSのトランジスタおよびこのMOSトランジス
タのソースに一方の電極端子が接続された1個のキャパ
シタからなる揮発性半導体メモリ部と、1個のフローテ
ィングゲート型トランジスタからなる不揮発性半導体メ
モリ部を備えた半導体記憶装置であって、上記キャパシ
タの容量を上記フローティングゲート型トランジスタの
ゲート容量よりも大きく設定し、上記MOSトランジスタ
のソースおよび上記キャパシタの一方の電極端子に、上
記フローティングゲート型トランジスタのドレインをス
イッチを介して接続するとともに、上記フローティング
型トランジスタの制御ゲートを接続しているので、使用
時は常時高速にデータを書き換え可能なDRAMとして動作
すると共に、データをDRAM部からEEPROM部に転送し、ま
たはDRAM部のデータを保存したままEEPROM部のデータを
書き換えることができる。また、電源オフ時はEEPROMと
してデータを長期保存することができ、多くの用途に使
用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の半導体記憶装置の構成
を示す回路図、第2図は上記半導体記憶装置のDRAM部を
示す回路図、第3図は上記半導体記憶装置のEEPROM部の
動作を説明する図、第4図(a),(b)は上記半導体
記憶装置のバイアス印加条件を示す図、第5図は上記半
導体記憶装置のEEPROM部を示す回路図である。 1,9……ドレイン、2,10……ソース、3……蓄積ノー
ド、4……フローティングゲート、4a……トンネル酸化
膜、5……制御ゲート、6……セル選択ゲート、7……
モード選択ゲート、8……プレート電極、C……キャパ
シタ、MT……フローティングゲート型トランジスタ、T1
……MOSトランジスタ、T2……モード選択トランジス
タ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1個のMOSトランジスタおよびこのMOSトラ
    ンジスタのソースに一方の電極端子が接続された1個の
    キャパシタからなる揮発性半導体メモリ部と、1個のフ
    ローティングゲート型トランジスタからなる不揮発性半
    導体メモリ部を備えた半導体記憶装置であって、 上記キャパシタの容量を上記フローティングゲート型ト
    ランジスタのゲート容量よりも大きく設定し、 上記MOSトランジスタのソースおよび上記キャパシタの
    一方の電極端子に、上記フローティングゲート型トラン
    ジスタのドレインをスイッチを介して接続するととも
    に、上記フローティング型トランジスタの制御ゲートを
    接続したことを特徴とする半導体記憶装置。
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