JP2638916B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Read Only Memory (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に電気的
に消去、書換え可能な読み出し専用メモリ（以下EEPROM
という）に関する。
に消去、書換え可能な読み出し専用メモリ（以下EEPROM
という）に関する。
［従来の技術］ EEPROMにはその用途に応じて様々な構造、動作原理の
ものがあるが、その中で最も大規模集積化に適するもの
に、いわゆるFLASH EEPROMがある（例えばISSCC 1987WP
M7.4）。第４図にこのFLASH EEPROMのメモリトランジス
タの断面構造図を示す。１はＰ型の半導体基板、２はｎ
形のドレイン、３はソース、４は厚さ の薄い第１のゲート酸化膜、５は浮遊ゲート、６は第２
のゲート酸化膜、７は制御ゲートである。書き込みは制
御ゲート７に約20Vの電圧を印加し、ドレイン２に約10V
の電圧を印加し半導体基板１及びソース３を接地するこ
とによりドレイン近傍で発生したホットエレクトロンを
浮遊ゲート５に注入し結果として負の電荷を蓄積する。
消去は制御ゲート７とソース３と半導体基板１を接地し
ドレイン２に約19Vの電圧を印加し、Fowler−Nordheim
トンネリングで浮遊ゲート５からドレイン２へエレクト
ロンを放出し結果として正の電荷を蓄積する。
ものがあるが、その中で最も大規模集積化に適するもの
に、いわゆるFLASH EEPROMがある（例えばISSCC 1987WP
M7.4）。第４図にこのFLASH EEPROMのメモリトランジス
タの断面構造図を示す。１はＰ型の半導体基板、２はｎ
形のドレイン、３はソース、４は厚さ の薄い第１のゲート酸化膜、５は浮遊ゲート、６は第２
のゲート酸化膜、７は制御ゲートである。書き込みは制
御ゲート７に約20Vの電圧を印加し、ドレイン２に約10V
の電圧を印加し半導体基板１及びソース３を接地するこ
とによりドレイン近傍で発生したホットエレクトロンを
浮遊ゲート５に注入し結果として負の電荷を蓄積する。
消去は制御ゲート７とソース３と半導体基板１を接地し
ドレイン２に約19Vの電圧を印加し、Fowler−Nordheim
トンネリングで浮遊ゲート５からドレイン２へエレクト
ロンを放出し結果として正の電荷を蓄積する。
このメモリトランジスタで不揮発性半導体装置を構成
する場合の回路図を第５図に示す。Q2は書き込み制御信
号PGM（オーバーバー）とデータ信号を入力とするNOR回
路NOR1の出力をゲート入力とするMIS電解効果トランジ
スタ、Q3は消去時高レベル信号となる消去制御信号EC
（オーバーバー）をゲート入力とするMIS電解効果トラ
ンジスタ、M1,M2,・・・Mnはメモリトランジスタでドレ
インは列線Ｙに接続されソースはソース線に接続され制
御ゲートは行線X1,X2,・・・Xnに接続されている。
する場合の回路図を第５図に示す。Q2は書き込み制御信
号PGM（オーバーバー）とデータ信号を入力とするNOR回
路NOR1の出力をゲート入力とするMIS電解効果トランジ
スタ、Q3は消去時高レベル信号となる消去制御信号EC
（オーバーバー）をゲート入力とするMIS電解効果トラ
ンジスタ、M1,M2,・・・Mnはメモリトランジスタでドレ
インは列線Ｙに接続されソースはソース線に接続され制
御ゲートは行線X1,X2,・・・Xnに接続されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 上述した従来の不揮発性半導体装置には以下に述べる
重大な欠点がある。第６図で曲線Ａ、Ｂ、Ｃはメモリト
ランジスタのＩ−Ｖ曲線で、Ａは書き込み開始時点、
Ｂ、Ｃは書き込みが進行しメモリトランジスタの浮遊ゲ
ートにエレクトロンが注入されてオン電流が減少した時
点でのＩ−Ｖ曲線を示す。曲線Ｌは負荷曲線を示しVA,V
B,VCはそれぞれの時点での列線電位を表す。VEは消去動
作時の列線電位、VEiは消去可能な列線の最低電位を示
す。VBD1,VBD2は書き込まれたメモリトランジスタのド
レイン−半導体基板間降伏（アバランシェブレークダウ
ン）電圧を示す。書き込み動作時列線電位は書き込みの
進行にともないVAからVBを経てVCへと上昇していく。こ
の時列線電位が消去可能な列線の最低電位VEiを越えて
しまうと同じ列線に接続されている他のメモリトランジ
スタでは消去が開始されてしまう。第５図において例え
ばメモリトランジスタM1を書き込むとき、書き込みが進
行して列線電位がVEiを越えるとメモリトランジスタM2
・・・Mnでは消去が開始され書き込みマージンの減少や
誤消去が生じてしまう。
重大な欠点がある。第６図で曲線Ａ、Ｂ、Ｃはメモリト
ランジスタのＩ−Ｖ曲線で、Ａは書き込み開始時点、
Ｂ、Ｃは書き込みが進行しメモリトランジスタの浮遊ゲ
ートにエレクトロンが注入されてオン電流が減少した時
点でのＩ−Ｖ曲線を示す。曲線Ｌは負荷曲線を示しVA,V
B,VCはそれぞれの時点での列線電位を表す。VEは消去動
作時の列線電位、VEiは消去可能な列線の最低電位を示
す。VBD1,VBD2は書き込まれたメモリトランジスタのド
レイン−半導体基板間降伏（アバランシェブレークダウ
ン）電圧を示す。書き込み動作時列線電位は書き込みの
進行にともないVAからVBを経てVCへと上昇していく。こ
の時列線電位が消去可能な列線の最低電位VEiを越えて
しまうと同じ列線に接続されている他のメモリトランジ
スタでは消去が開始されてしまう。第５図において例え
ばメモリトランジスタM1を書き込むとき、書き込みが進
行して列線電位がVEiを越えるとメモリトランジスタM2
・・・Mnでは消去が開始され書き込みマージンの減少や
誤消去が生じてしまう。
次に消去動作時の問題を述べる。書き込まれたメモリ
トランジスタのドレイン−半導体基板間降伏電圧は浮遊
ゲートに注入されたエレクトロンの負電荷により低下す
る。したがってメモリトランジスタの書き込みレベルに
より変動する。第６図においてドレイン−半導体基板間
降伏電圧がVBD1の場合消去時列線電位VEより高いためド
レイン−半導体基板間でアバランシェブレークダウンを
生じることなく消去が進行するがドレイン−半導体基板
間降伏電圧がVBD2の場合VEより低いためアバランシェブ
レークダウンを生じてしまう。アバランシェブレークダ
ウンはドレイン近傍のゲート酸化膜へダメージを与え、
書き込み特性の劣化、読み出し特性の劣化、消去特性の
劣化及び書換え可能回数の減少を引き起こす。
トランジスタのドレイン−半導体基板間降伏電圧は浮遊
ゲートに注入されたエレクトロンの負電荷により低下す
る。したがってメモリトランジスタの書き込みレベルに
より変動する。第６図においてドレイン−半導体基板間
降伏電圧がVBD1の場合消去時列線電位VEより高いためド
レイン−半導体基板間でアバランシェブレークダウンを
生じることなく消去が進行するがドレイン−半導体基板
間降伏電圧がVBD2の場合VEより低いためアバランシェブ
レークダウンを生じてしまう。アバランシェブレークダ
ウンはドレイン近傍のゲート酸化膜へダメージを与え、
書き込み特性の劣化、読み出し特性の劣化、消去特性の
劣化及び書換え可能回数の減少を引き起こす。
上述した書き込み時および消去時の問題に対し、製造
バラツキなどを考慮して適性化することは非常に困難で
あった。
バラツキなどを考慮して適性化することは非常に困難で
あった。
［発明の従来技術に対する相違点］ 本発明の不揮発性半導体記憶装置は、各々がメモリ機
能を有する複数の電解効果トランジスタであって、各々
のドレイン電極は共通の列線に接続され各々のソース電
極は共通のソース線に接続され各々のゲート電極が互い
に異なる行線にそれぞれ接続された複数の電解効果トラ
ンジスタと、データ書き込み時に選択された前記電解効
果トランジスタにデータを書き込むための電圧を前記列
線を介して供給する第１の手段と、データ消去時に選択
された前記電解効果トランジスタにデータを消去するた
めの電圧を前記列線を介して供給する第２の手段とを備
える不揮発性記憶装置において、前記データ書き込み時
にオン隣前記データ消去時にオフとなるスイッチと電圧
クランプ素子を有する第１のクランプ回路であって、前
記データ書き込み時に前記列線を前記電解効果トランジ
スタ内のデータを消去可能な最低電圧よりも低い電圧に
前記クランプ素子によって保持する第１のクランプ回路
と、前記列線に接続され前記データ消去時に前記列線の
電圧を前記電解効果トランジスタが形成されている基板
と前記ドレイン電極との間のブレークダウン電圧よりも
低い電圧に保持する第２のクランプ回路とを備えること
を特徴としている。
能を有する複数の電解効果トランジスタであって、各々
のドレイン電極は共通の列線に接続され各々のソース電
極は共通のソース線に接続され各々のゲート電極が互い
に異なる行線にそれぞれ接続された複数の電解効果トラ
ンジスタと、データ書き込み時に選択された前記電解効
果トランジスタにデータを書き込むための電圧を前記列
線を介して供給する第１の手段と、データ消去時に選択
された前記電解効果トランジスタにデータを消去するた
めの電圧を前記列線を介して供給する第２の手段とを備
える不揮発性記憶装置において、前記データ書き込み時
にオン隣前記データ消去時にオフとなるスイッチと電圧
クランプ素子を有する第１のクランプ回路であって、前
記データ書き込み時に前記列線を前記電解効果トランジ
スタ内のデータを消去可能な最低電圧よりも低い電圧に
前記クランプ素子によって保持する第１のクランプ回路
と、前記列線に接続され前記データ消去時に前記列線の
電圧を前記電解効果トランジスタが形成されている基板
と前記ドレイン電極との間のブレークダウン電圧よりも
低い電圧に保持する第２のクランプ回路とを備えること
を特徴としている。
［問題点を解決するための手段］ 本発明はドレイン電極が列線に接続されソース電極が
ソース線に接続されゲート電極が行線に接続された浮遊
ゲートを有する第１電界効果トランジスタ（メモリトラ
ンジスタ）と、ドレイン電極が第１電源に接続されソー
ス電極が第１接続点において列線に接続され書き込み制
御信号をゲート入力とする第２電解効果トランジスタ
と、ドレイン電極が第２電源に接続されソース電極が第
１接続点に接続され消去制御信号をゲート入力とする第
３電界効果トランジスタと、第１電圧リミッターと、ド
レイン電極が第１接続点に接続されソース電極が第１電
圧リミッターに接続され消去制御進行をゲート入力とす
る第４電界効果トランジスタと、第１接続点に接続され
た第２電圧リミッターとを含んで構成される。
ソース線に接続されゲート電極が行線に接続された浮遊
ゲートを有する第１電界効果トランジスタ（メモリトラ
ンジスタ）と、ドレイン電極が第１電源に接続されソー
ス電極が第１接続点において列線に接続され書き込み制
御信号をゲート入力とする第２電解効果トランジスタ
と、ドレイン電極が第２電源に接続されソース電極が第
１接続点に接続され消去制御信号をゲート入力とする第
３電界効果トランジスタと、第１電圧リミッターと、ド
レイン電極が第１接続点に接続されソース電極が第１電
圧リミッターに接続され消去制御進行をゲート入力とす
る第４電界効果トランジスタと、第１接続点に接続され
た第２電圧リミッターとを含んで構成される。
［実施例］ 次に本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１実施例の回路図である。VPP1は
書き込み電源、Q2は書き込み制御信号とデータ信号を入
力とするNOR回路NOR1の出力をゲート入力とするMIS電界
効果トランジスタ、VPP2は消去電源、Q3は消去制御信号
EC（オーバーバー）をゲート入力とするMIS電界効果ト
ランジスタ、Ｊは第１の接続点、D1は第１のダイオー
ド、D2は第２のダイオード、ECは消去制御信号でEC（オ
ーバーバー）の反転信号、Q4はECをゲート入力とするMI
S電界効果トランジスタ、Ｙは列線、M1,M2・・・Mnはメ
モリトランジスタ、Ｓはソース線、X1,X2・・・Xnは行
線である。
書き込み電源、Q2は書き込み制御信号とデータ信号を入
力とするNOR回路NOR1の出力をゲート入力とするMIS電界
効果トランジスタ、VPP2は消去電源、Q3は消去制御信号
EC（オーバーバー）をゲート入力とするMIS電界効果ト
ランジスタ、Ｊは第１の接続点、D1は第１のダイオー
ド、D2は第２のダイオード、ECは消去制御信号でEC（オ
ーバーバー）の反転信号、Q4はECをゲート入力とするMI
S電界効果トランジスタ、Ｙは列線、M1,M2・・・Mnはメ
モリトランジスタ、Ｓはソース線、X1,X2・・・Xnは行
線である。
第１のダイオードD1はVL1〜約16Vの電圧リミッター
で、第２のダイオードD2はVL2〜約12Vの電圧リミッター
である。書き込み動作時MIS電界効果トランジスタQ2は
オンして、書き込み電源VPP1を列線Ｙに伝えるが、消去
制御信号ECが高レベルであるためMIS電界効果トランジ
スタQ4がオンして列線電位は第２のダイオードD2により
VL2でクランプされる。次に消去動作時消去制御信号EC
（オーバーバー）が高レベルになりMIS電界効果トラン
ジスタQ3がオンして消去電源VPP2を列線に伝えるが列線
電位は第１のダイオードD1によりVL1でクランプされ
る。この時消去制御信号ECは低レベルであるからMIS電
界効果トランジスタQ4はオフするため第２のダイオード
D2は電圧リミッターとして作動しない。
で、第２のダイオードD2はVL2〜約12Vの電圧リミッター
である。書き込み動作時MIS電界効果トランジスタQ2は
オンして、書き込み電源VPP1を列線Ｙに伝えるが、消去
制御信号ECが高レベルであるためMIS電界効果トランジ
スタQ4がオンして列線電位は第２のダイオードD2により
VL2でクランプされる。次に消去動作時消去制御信号EC
（オーバーバー）が高レベルになりMIS電界効果トラン
ジスタQ3がオンして消去電源VPP2を列線に伝えるが列線
電位は第１のダイオードD1によりVL1でクランプされ
る。この時消去制御信号ECは低レベルであるからMIS電
界効果トランジスタQ4はオフするため第２のダイオード
D2は電圧リミッターとして作動しない。
次に第２図に従って説明する。曲線A,Cはメモリトラ
ンジスタのＩ−Ｖ曲線でＡは書込開始時点を示し、Ｃは
書き込みが進行した時点でのＩ−Ｖ曲線を示す。Ｌは負
荷曲線である。書き込みが開始すると列線電位はVAから
上昇していくが第２のダイオードD2によりVL2〜約12Vで
クランプされそれ以上上がらない。VL2は消去可能な列
線の最低電位VEi〜約14Vより低いため書込レベルの低下
や誤消去の問題は一切生じない。消去動作時列線電位は
第１のダイオードD1によりVL1〜約16Vでクランプされ
る。VL1はメモリトランジスタのドレイン−半導体基板
間降伏電圧VBD〜18Vより低いためアバランシェブレーク
ダウンは一切生じない。したがってドレイン近傍のゲー
ト酸化膜へのダメージはなく、書き込み特性、消去特
性、読み出し特性、書換え可能回数の劣化などの問題は
生じず信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置が得られ
る。
ンジスタのＩ−Ｖ曲線でＡは書込開始時点を示し、Ｃは
書き込みが進行した時点でのＩ−Ｖ曲線を示す。Ｌは負
荷曲線である。書き込みが開始すると列線電位はVAから
上昇していくが第２のダイオードD2によりVL2〜約12Vで
クランプされそれ以上上がらない。VL2は消去可能な列
線の最低電位VEi〜約14Vより低いため書込レベルの低下
や誤消去の問題は一切生じない。消去動作時列線電位は
第１のダイオードD1によりVL1〜約16Vでクランプされ
る。VL1はメモリトランジスタのドレイン−半導体基板
間降伏電圧VBD〜18Vより低いためアバランシェブレーク
ダウンは一切生じない。したがってドレイン近傍のゲー
ト酸化膜へのダメージはなく、書き込み特性、消去特
性、読み出し特性、書換え可能回数の劣化などの問題は
生じず信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置が得られ
る。
さらに第１の接続点Ｊと列線Ｙが列線選択信号をゲー
ト入力とするセレクト用トランジスタを介して接続され
ても本発明に包含されることは容易に類推できる。
ト入力とするセレクト用トランジスタを介して接続され
ても本発明に包含されることは容易に類推できる。
第３図は本発明の第２実施例の回路図である。Q6はゲ
ート電極をドレイン電極に接続したしきい値が約16VのM
IS電界効果トランジスタ、消去時電圧リミッターとして
作動し、Q5はゲート電極をドレイン電極に接続したしき
い値が約12VのMIS電界効果トランジスタで書き込み時電
圧リミッターとして作動する。
ート電極をドレイン電極に接続したしきい値が約16VのM
IS電界効果トランジスタ、消去時電圧リミッターとして
作動し、Q5はゲート電極をドレイン電極に接続したしき
い値が約12VのMIS電界効果トランジスタで書き込み時電
圧リミッターとして作動する。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は第１電圧リミッターと、
ソース電極を第１電圧リミッターに接続され、ドレイン
電極を第１接続点で列線に接続され、消去制御信号をゲ
ート入力とする電界効果トランジスタと、第１接続点で
列線に接続された第２電圧リミッターとを含んで構成さ
れることにより、書き込み動作時の列線電位を消去可能
な列線の最低電位より低い電圧でクランプし書き込みレ
ベルの減少や誤消去を完全に防ぐことができ、さらに消
去動作時の列線電位をメモリトランジスタのドレインと
半導体基板間の降伏電圧より低い電位でクランプしアバ
ランシェブレークダウンを防ぎ書き込み特性、消去特
性、読み出し特性、書変え可能回数などの劣化を防止
し、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を与える効果
がある。
ソース電極を第１電圧リミッターに接続され、ドレイン
電極を第１接続点で列線に接続され、消去制御信号をゲ
ート入力とする電界効果トランジスタと、第１接続点で
列線に接続された第２電圧リミッターとを含んで構成さ
れることにより、書き込み動作時の列線電位を消去可能
な列線の最低電位より低い電圧でクランプし書き込みレ
ベルの減少や誤消去を完全に防ぐことができ、さらに消
去動作時の列線電位をメモリトランジスタのドレインと
半導体基板間の降伏電圧より低い電位でクランプしアバ
ランシェブレークダウンを防ぎ書き込み特性、消去特
性、読み出し特性、書変え可能回数などの劣化を防止
し、信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を与える効果
がある。
第１図は本発明の第１実施例の回路図、第２図は第１実
施例の特性を示すグラフ、第３図は本発明の第２実施例
の回路図、第４図はメモリトランジスタの断面構造図、
第５図は従来例の回路図、第６図は従来の問題点を示す
グラフである。 VPP1,VPP2……電源、 PGM（オーバーバー）……書き込み制御信号、 EC（オーバーバー）,EC……消去制御信号、 Q2,Q3,Q4,Q5,Q6……MIS電界効果トランジスタ、 D1,D2……ダイオード、 Ｊ……第１の接続点、 Ｙ……列線、 X1,X2,・・・Xn……行線、 Ｓ……ソース線、 M1,M2,・・・Mn……メモリトランジスタ、 １……半導体基板、 ２……ドレイン、 ３……ソース、 ４……第１のゲート酸化膜、 ５……浮遊ゲート、 ６……第２のゲート酸化膜、 ７……制御ゲート。
施例の特性を示すグラフ、第３図は本発明の第２実施例
の回路図、第４図はメモリトランジスタの断面構造図、
第５図は従来例の回路図、第６図は従来の問題点を示す
グラフである。 VPP1,VPP2……電源、 PGM（オーバーバー）……書き込み制御信号、 EC（オーバーバー）,EC……消去制御信号、 Q2,Q3,Q4,Q5,Q6……MIS電界効果トランジスタ、 D1,D2……ダイオード、 Ｊ……第１の接続点、 Ｙ……列線、 X1,X2,・・・Xn……行線、 Ｓ……ソース線、 M1,M2,・・・Mn……メモリトランジスタ、 １……半導体基板、 ２……ドレイン、 ３……ソース、 ４……第１のゲート酸化膜、 ５……浮遊ゲート、 ６……第２のゲート酸化膜、 ７……制御ゲート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/112 29/788 29/792
Claims (1)
- 【請求項１】各々がメモリ機能を有する複数の電解効果
トランジスタであって、各々のドレイン電極は共通の列
線に接続され各々のソース電極は共通のソース線に接続
され各々のゲート電極が互いに異なる行線にそれぞれ接
続された複数の電解効果トランジスタと、データ書き込
み時に選択された前記電解効果トランジスタにデータを
書き込むための電圧を前記列線を介して供給する第１の
手段と、データ消去時に選択された前記電解効果トラン
ジスタにデータを消去するための電圧を前記列線を介し
て供給する第２の手段とを備える不揮発性記憶装置にお
いて、前記データ書き込み時にオン隣前記データ消去時
にオフとなるスイッチと電圧クランプ素子を有する第１
のクランプ回路であって、前記データ書き込み時に前記
列線を前記電解効果トランジスタ内のデータを消去可能
な最低電圧よりも低い電圧に前記クランプ素子によって
保持する第１のクランプ回路と、前記列線に接続され前
記データ消去時に前記列線の電圧を前記電解効果トラン
ジスタが形成されている基板と前記ドレイン電極との間
のブレークダウン電圧よりも低い電圧に保持する第２の
クランプ回路とを備えることを特徴とする不揮発性記憶
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10181088A JP2638916B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10181088A JP2638916B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01273357A JPH01273357A (ja) | 1989-11-01 |
| JP2638916B2 true JP2638916B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=14310489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10181088A Expired - Fee Related JP2638916B2 (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2638916B2 (ja) |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1988
- 1988-04-25 JP JP10181088A patent/JP2638916B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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