JP2692631B2 - 半導体不揮発性記憶装置 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置

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JP2692631B2
JP2692631B2 JP7026176A JP2617695A JP2692631B2 JP 2692631 B2 JP2692631 B2 JP 2692631B2 JP 7026176 A JP7026176 A JP 7026176A JP 2617695 A JP2617695 A JP 2617695A JP 2692631 B2 JP2692631 B2 JP 2692631B2
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memory cell
memory cells
floating gate
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bit line
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賢治 斎藤
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NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/10Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the top-view layout
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に電気的一括消去型の半導体不揮発性記憶装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROM(Electrically erasable/
programable read only memory;電気的に消去可能・書
き換え可能な読み出し専用メモリ)の一つとして、例え
ば特開平1−173654号公報等に記載されているよ
うな、高集積化が可能なNANDセル型EEPROMが
知られている。
【0003】図4に従来のNAND型メモリセルの平面
図を示す。
【0004】図4を参照して、NAND型メモリセル
は、複数(例えば8個)のメモリセルM1〜M8をそれ
らのソース、ドレインを隣接するもの同士で共用する形
で直列接続して一単位とし、ビット線BLに接続するも
のである。メモリセルは、浮遊ゲートと制御ゲートが積
層されたスタックゲート構造を有し、メモリセルアレイ
は、P型基板またはN型基板に形成されたP型Nウェル
内に形成される。
【0005】また、図4に示すように、複数のメモリセ
ルM1〜M8は、互いに同一形状(チャネル幅、チャネ
ル長、浮遊ゲートのフィールド酸化膜上への突き出し幅
等が同一寸法)を有している。
【0006】NAND型メモリセルのドレイン側は選択
ゲートSG1を介してビット線BLに接続され、ソース
側は選択ゲートSG2を介して基準電位となるソース線
(SL)に接続される。
【0007】複数のメモリセルM1〜M8の制御ゲート
は、行方向に連続的に配置されてワード線CG1〜CG
8となる。
【0008】このようなNAND型セルがマトリックス
状に配列されてメモリセルアレイが形成される。
【0009】次に、図4に示すNAND型メモリセルの
読み出し動作について表1を用いて説明する。
【0010】例えば図3に示すNAND型メモリセルに
おいてメモリセルM3のデータを読み出すものとする。
この場合、2つの選択トランジスタS1、S2のゲート
電圧SG1、SG2を共に5Vにして選択トランジスタ
S1、S2をオン状態とし、非選択のメモリセルの制御
ゲートCG1、CG2、CG4、CG5、CG6、CG
7、CG8には書き込み状態でもメモリセルがオンする
電圧である“H”レベル(例えば5V)を印加し、選択
されたメモリセルM3の制御ゲートCG3には“L”レ
ベル(例えば0V)を与える。
【0011】そして、選択メモリセルM3につながるビ
ット線BLを“H”レベル(1〜5V)に、選択メモリ
セルM3につながらないその他のビット線を0Vにす
る。
【0012】選択メモリセルM3の浮遊ゲートに電子が
蓄積されていれば、選択メモリセルのしきい値VTHは高
く(例えば3V)、電子が蓄積されていなければ、しき
い値VTHは負電圧(0V以下)になっている。
【0013】データ読み出し時においては、選択したビ
ット線BLに選択メモリセルの状態に依存して電流が流
れるかどうか決まることから、メモリセルM3のデータ
値“0”、“1”の判定が行なえる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のNAND型
EEPROMにおいては、直列に接続された8段のメモ
リセルM1〜M3の形状が同じものとすると、制御ゲー
トに印加した電圧と、これにより浮遊ゲートに印加され
る電圧の比である容量比はNAND型メモリセルを構成
する複数のメモリセルで共通になる。
【0015】このようなNAND型メモリセルでは、デ
ータ読み出し時に選択メモリセルのビット線BLからの
距離に依存して、読み出し電流は異なるものになる。
【0016】すなわち1段目(ビット線BL側)のメモ
リセルM1を選択した時と、8段目(ソース線SL側)
のメモリセルM8を選択した時とでは、ソースに付加さ
れる抵抗値が異なることになり、1段目のメモリセルM
1の方が読み出し電流は小さくなる。
【0017】この読み出し電流の違いは、NAND型セ
ルの読み出し電流をばらつかせることになり、チップ全
体としてみた時の各メモリセルのしきい値電圧VTH(従
ってメモリセルの特性)の分布の幅を広げてしまうこと
になる。そして、チップ全体で見た時のメモリセルの特
性にバラツキが生じると、電源電圧の低電圧化が困難と
なる。
【0018】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、NAND型EEPROMの1単位である直列
に接続された複数のメモリセルの読み出し電流を揃える
ことによりメモリセルのしきい値の分布を小さくし(バ
ラツキを低減し)、低電源電圧化を可能とする半導体不
揮発性記憶装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲート
が積層形成され、前記浮遊ゲート内の電荷の増減により
電気的書き換えを可能としたメモリセルが複数個ずつ直
列接続されてNAND型セルを構成すると共にマトリッ
クス配列されたメモリセルアレイを有する半導体不揮発
性記憶装置において、前記NAND型セルを構成する前
記複数のメモリセルの浮遊ゲートの面積が、ビット線と
接続されたコンタクト近いほど面積が大となるよう
に、フィールド酸化膜上に前記浮遊ゲートを伸ばした
とを特徴とする半導体不揮発性記憶装置を提供する。
【0020】本発明においては、前記NAND型セルを
構成する前記複数のメモリセルは、ビット線と接続され
たコンタクトから近い順にゲート幅が大となるように形
成してもよい。
【0021】
【作用】本発明によれば、NAND型EEPROMのメ
モリセルの1単位である複数段直列接続された複数のメ
モリセルにおいて、コンタクトから近い順にメモリセル
のゲート幅を大から小へ変化させるか、あるいはフィー
ルド上への浮遊ゲートの突き出し幅を大から小にするこ
とにより容量比を高くして、ビット線側のメモリセルの
オン電流を大とし、ソース線に最も近いメモリセルの読
み出し電流と同等になるように他の7つのメモリセルを
設計することにより、読み出し電流のバラツキを低減
し、チップ全体のしきい値の分布幅を小さくし、電流電
圧の低電圧化を達成可能としている。
【0022】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【0023】
【実施例1】本発明の第1の実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の第1の実施例に係るNAND
型セルの平面図であり、図2は本発明の第1の実施例の
EEPROMのNAND型セルの等価回路を示す図であ
る。
【0024】本実施例に係るNAND型メモリセルは、
複数のメモリセルをそれらのソース、ドレインを隣接す
るもの同士で共用する形で直列接続して一単位とし、ビ
ット線BLに接続するものである。メモリセルは浮遊ゲ
ートと制御ゲートが積層されたスタックゲート構造を有
し、メモリセルアレイは、P型基板またはN型基板に形
成されたP型Nウェル内に形成される。
【0025】NANDセルのドレイン側は選択ゲートS
G1を介してビット線BLに接続され、ソース側は選択
ゲートSG2を介して基準電位となるソース線SLに接
続される。メモリセルM1〜M8の制御ゲートは、行方
向に連続的に配置されてワード線CG1〜CG8とな
る。
【0026】本実施例では、図1のメモリセルM1にお
いてwで示す突き出し幅(すなわち浮遊ゲートのフィー
ルド酸化膜上への突き出し幅)の長さをビット線BLに
接続されている側に近い方から順次大から小へと変化さ
せる。すなわち、ビット線BLに近い側のメモリセルM
1の突き出し幅はメモリセルM2の突き出し幅よりも大
とされ、メモリセルM2の突き出し幅はメモリセルM3
の突き出し幅よりも大とされ、以下同様にしてメモリセ
ルM8は最小の突き出し幅を有する。
【0027】その結果、ビット線BL側のメモリセルの
容量比は、ソース側のメモリセルの容量比よりも高くな
り、ビット線BL側のメモリセルの読み出し電流を大き
くすることができる。すなわち、メモリセルの容量比が
高くなると、読み出し時において制御ゲートには所定の
電位が印加される際に浮遊ゲートの電位が高くなり、チ
ャネル部に印加されるゲート電圧が上昇するため、メモ
リセルのオン電流が増大し、読み出し電流が大きくな
る。
【0028】この読み出し電流の増大は、メモリセルM
1に対してソース線SL側にある例えば7つのメモリセ
ルM2〜M8のチャネル抵抗による、メモリセルM1の
ソース電位の上昇に起因するオン電流の減少を相殺する
ことになる。
【0029】またこの時、一番ソース線SL側に近いメ
モリセルM8の読出し電流と同等になるように、他の7
つのメモリセルのwの値を設計するとNAND型セル内
の読み出し電流のバラツキの発生を抑制できる。
【0030】
【実施例2】本発明の実施例2を図面を参照して説明す
る。図3は、本発明の第2の実施例に係るNAND型セ
ルの平面図である。
【0031】図3を参照して、NAND型メモリセルの
配置等は前記第1の実施例で説明したものと同様である
ため説明を省略し、以下では、本実施例と前記第1の実
施例との相違点のみを説明する。
【0032】本実施例では、図3に示すようにメモリセ
ルのチャネル幅Wの大きさをビット線BLに接続されて
いる側に近い方から順次大から小へと変化させている。
その結果、ビット線BL側のメモリセルの読み出し電流
を大きくすることができる。
【0033】この読み出し電流の増大が、前記第1の実
施例で説明したように、メモリセルM1に対してソース
線SL側にある7つのメモリセルM2〜M8のチャネル
抵抗によるメモリセルM1のソース電位の上昇に起因す
るオン電流の減少を相殺する。この時、一番ソース線S
L側に近いメモリセルM8のオン電流と同等になるよう
に他の7つのメモリセルのチャネル幅Wの値を設計する
ことにより、NAND型セル内の読み出し電流のばらつ
き発生を抑制できる。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、N
AND型EEPROMのメモリセルの1単位である複数
段直列接続されたメモリセルにおいて、メモリセルのチ
ャネル抵抗を考慮して浮遊ゲートのフィールド上への突
き出し幅を適宜可変して形成したことにより、読み出し
電流のバラツキの制御を行なうものであり、NAND型
EEPROMの1単位である複数段直列接続されたメモ
リセル内での読み出し電流のバラツキを低減し、その結
果チップ全体のしきい値の分布幅を縮小し、電流電圧の
低電圧化を達成可能としている。
【0036】本発明によれば、NAND型EEPROM
のメモリセルの1単位である複数段直列接続されたメモ
リセルにおいて、ゲート幅を変えることにより読み出し
電流を制御し、メモリセル内での読み出し電流のバラツ
キを低減し、その結果チップ全体のしきい値の分布幅を
小さくし、電流電圧の低電圧化を達成可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す平面図である。
【図2】本発明の一実施例の等価回路を示す図である。
【図3】本発明の別の実施例の構成を示す平面図であ
る。
【図4】従来例の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
BL ビット線 SL ソース線 M1〜M8 メモリセル SG1、SG2 選択ゲート CG1〜CG8 制御ゲート(ワード線)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートが
    積層形成され、前記浮遊ゲート内の電荷の増減により電
    気的書き換えを可能としたメモリセルが複数個ずつ直列
    接続されてNAND型セルを構成すると共にマトリック
    ス配列されたメモリセルアレイを有する半導体不揮発性
    記憶装置において、 前記NAND型セルを構成する前記複数のメモリセル
    浮遊ゲートの面積が、ビット線と接続されたコンタクト
    近いほど面積が大となるように、フィールド酸化膜上
    に前記浮遊ゲートを伸ばしたことを特徴とする半導体不
    揮発性記憶装置。
  2. 【請求項2】半導体基板上に浮遊ゲートと制御ゲートが
    積層形成され、前記浮遊ゲート内の電荷の増減により電
    気的書き換えを可能としたメモリセルが複数個ずつ直列
    接続されてNAND型セルを構成すると共にマトリック
    ス配列されたメモリセルアレイを有する半導体不揮発性
    記憶装置において、 前記NAND型セルを構成する前記複数のメモリセル
    ゲート幅が、ビット線と接続されたコンタクト近い
    広くなるように形成されたことを特徴とする半導体不
    揮発性記憶装置。
JP7026176A 1995-01-20 1995-01-20 半導体不揮発性記憶装置 Expired - Lifetime JP2692631B2 (ja)

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