JP3067420B2 - Nonvolatile memory device and driving method thereof - Google Patents

Nonvolatile memory device and driving method thereof

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JP3067420B2
JP3067420B2 JP27208692A JP27208692A JP3067420B2 JP 3067420 B2 JP3067420 B2 JP 3067420B2 JP 27208692 A JP27208692 A JP 27208692A JP 27208692 A JP27208692 A JP 27208692A JP 3067420 B2 JP3067420 B2 JP 3067420B2
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孝典 小澤
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    • 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
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  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性記憶装置およ
びその駆動方法に関する。
The present invention relates to a nonvolatile memory device and a method of driving the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、情報を半永久的に記憶する不
揮発性記憶装置(以下、「不揮発性メモリ」という)と
して、図12のように、電荷を蓄積することで情報の記
憶を行うメモリトランジスタ1と、メモリトランジスタ
1を選択するためのセレクトトランジスタ2とを備えた
不揮発性記憶素子(以下、「不揮発性メモリセル」とい
う)を、同一の半導体基板上にマトリクス状に配列形成
したものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a non-volatile memory device for storing information semi-permanently (hereinafter referred to as "non-volatile memory"), as shown in FIG. 12, a memory transistor for storing information by accumulating electric charge is shown in FIG. 1 and a select transistor 2 for selecting the memory transistor 1 (hereinafter, referred to as “non-volatile memory cell”) are arranged in a matrix on the same semiconductor substrate. Have been.

【0003】近年、半導体産業の発達に伴い、不揮発性
メモリの高集積化が要求されている。この要求に応える
ためには、メモリセル回路の集積度を向上させることが
考えられる。しかしながら、図12に示した不揮発性メ
モリセルは、いわゆる2トランジスタ/1セル構造を有
しているため、高集積化に対応するには限界があった。
In recent years, with the development of the semiconductor industry, high integration of nonvolatile memories has been required. In order to meet this demand, it is conceivable to improve the degree of integration of the memory cell circuit. However, since the nonvolatile memory cell shown in FIG. 12 has a so-called two-transistor / 1-cell structure, there is a limit in supporting high integration.

【0004】そこで、図13のように、電荷を蓄積する
メモリゲート3aと、メモリゲート3aを選択するため
のセレクトゲート3bとを有するスプリットゲート型の
トランジスタ3を不揮発性メモリセルとした不揮発性メ
モリが提案された。このような、メモリセルにあって
は、高集積化にある程度貢献することができるものの、
依然として、2トランジスタ/1セル構造に酷似した構
造を有しているため、さらなる高集積化に対応するには
限界があった。
Therefore, as shown in FIG. 13, a nonvolatile memory in which a split gate type transistor 3 having a memory gate 3a for accumulating charges and a select gate 3b for selecting the memory gate 3a is used as a nonvolatile memory cell. Was proposed. In such a memory cell, although it can contribute to high integration to some extent,
As still because it has two transistor / one-cell structure was very similar to the structure to correspond to the higher integration is limited.

【0005】これに対処するため、図14に示すよう
に、メモリトランジスタ4A,4B,4C,4Dを不揮
発性メモリセル5A,5B,5C,5Dとし、このメモ
リセル5A,5B,5C,5Dを同一の半導体基板上に
マトリクス状に配列形成した不揮発性メモリが提案され
た。この不揮発性メモリは、行方向に配列形成されたメ
モリトランジスタ4A,4Bおよび4C,4Dのゲート
に、ワードラインWL1,WL2がそれぞれ接続されて
いる。また、列方向に配列形成されたメモリトランジス
タ4A,4Cおよび4B,4Dのドレインに、ビットラ
インBL1,BL2がそれぞれ接続され、ソースにソー
スラインSLが共通接続されている。
To cope with this, as shown in FIG. 14, the memory transistors 4A, 4B, 4C, and 4D are made into nonvolatile memory cells 5A, 5B, 5C, and 5D, and the memory cells 5A, 5B, 5C, and 5D are made. 2. Description of the Related Art A nonvolatile memory has been proposed which is formed in a matrix on the same semiconductor substrate. In this nonvolatile memory, word lines WL1 and WL2 are respectively connected to gates of memory transistors 4A and 4B and 4C and 4D arranged in a row direction. The bit lines BL1 and BL2 are connected to the drains of the memory transistors 4A and 4C and 4B and 4D, respectively, and the source line SL is commonly connected to the sources.

【0006】上記不揮発性メモリにあっては、1トラン
ジスタ/1セル構造を有しているため、ある程度さらな
る高集積化に貢献するものの、各メモリトランジスタ同
士をそれぞれ素子分離しているため、当該素子分離領域
が各メモリトランジスタ間に存在し、しかも配線も複雑
となっているので、その分だけさらなる高集積化に貢献
できなかった。
Although the above-mentioned nonvolatile memory has a one-transistor / one-cell structure, it contributes to higher integration to some extent. Since the isolation region exists between the memory transistors and the wiring is complicated, it has not been possible to contribute to higher integration by that much.

【0007】上記に対処するため、図15のように、1
トランジスタ/1セル構造を有する不揮発性メモリセル
5A,5B,5C,5Dを、仮想グランドアレイ状に配
列形成した不揮発性メモリが提案されている。すなわ
ち、行方向に配列形成されたメモリトランジスタ4A,
4Bおよび4C,4Dのソースとドレインとが接続され
ており、当該ソース−ドレイン接続中間点を含む、列方
向に配列形成されたメモリトランジスタ4A,4Cおよ
び4B,4Dのソースおよびドレインに、ビットライン
BL1,BL2,BL3がそれぞれ接続されている。
To cope with the above, as shown in FIG.
There has been proposed a nonvolatile memory in which nonvolatile memory cells 5A, 5B, 5C, and 5D having a transistor / 1 cell structure are arranged in a virtual ground array. That is, the memory transistors 4A, 4A,
Sources and drains of 4B, 4C and 4D are connected to each other, and bit lines are connected to the sources and drains of memory transistors 4A, 4C and 4B and 4D arranged in the column direction including the source-drain connection intermediate point. BL1, BL2, BL3 are connected respectively.

【0008】図15を参照して、仮想グランドアレイ構
造を有する不揮発性メモリの情報の書き込み、消去動作
を説明する。 <書き込み>不揮発性メモリセル5Aに情報の書き込み
を行うとすると、基板を接地電位としておき、書き込み
を行うメモリセル5Aのメモリトランジスタ4Aのゲー
トに接続されているワードラインWL1に対してのみ高
電圧Hを印加し、書き込みを行うメモリセル5Aを選択
するため、当該メモリセル5Aのソースに接続されてい
るビットラインBL1に対して低電圧Lを印加し、他の
ビットラインBL2,BL3に対して高電圧Hを印加す
る。
Referring to FIG. 15, the operation of writing and erasing information in a nonvolatile memory having a virtual ground array structure will be described. <Writing> When writing information to the nonvolatile memory cell 5A, the substrate is set to the ground potential, and a high voltage is applied only to the word line WL1 connected to the gate of the memory transistor 4A of the memory cell 5A to be written. To apply H and select a memory cell 5A to be written, a low voltage L is applied to the bit line BL1 connected to the source of the memory cell 5A, and to the other bit lines BL2 and BL3. High voltage H is applied.

【0009】そうすると、メモリセル5A内のメモリト
ランジスタ4Aのゲート絶縁膜に電荷が注入され、メモ
リセル5Aに情報の書き込みが行われる。 <消去>ワードラインWL1に接続されている不揮発性
メモリセル5A,5Bに記憶されている情報の消去を行
うとすると、ワードラインWL1を接地電位とし、全て
のビットラインBL1,BL2,BL3を開放状態とし
ておき、基板および他のワードラインWL2に対して高
電圧Hを印加する。
Then, charges are injected into the gate insulating film of the memory transistor 4A in the memory cell 5A, and information is written to the memory cell 5A. <Erase> When erasing information stored in the nonvolatile memory cells 5A and 5B connected to the word line WL1, the word line WL1 is set to the ground potential and all the bit lines BL1, BL2 and BL3 are opened. In this state, a high voltage H is applied to the substrate and other word lines WL2.

【0010】そうすると、メモリセル5A,5B内のメ
モリトランジスタ4A,4Bに書き込み時と極性の異な
る電荷が注入され、メモリセル5A,5Bに記憶されて
いる情報が消去される。ここで、メモリトランジスタの
情報の書き込み、消去の動作原理を、図16を参照しつ
つ説明する。
Then, charges having different polarities from those at the time of writing are injected into the memory transistors 4A and 4B in the memory cells 5A and 5B, and the information stored in the memory cells 5A and 5B is erased. Here, the operation principle of writing and erasing information in the memory transistor will be described with reference to FIG.

【0011】メモリトランジスタは、図16の如く、チ
ャネル領域10aならびに、そのチャネル領域10aを
挟んでN+ 型ソース領域10bおよびN+ 型ドレイン領
域10cが形成されたP型シリコン基板10と、シリコ
ン基板10上の、ソース領域10bおよびドレイン領域
10cを橋渡すかたちでチャネル領域10a上に形成さ
れ、電荷を蓄積するゲート絶縁膜11と、チャネル領域
10a上に、ゲート絶縁膜11を介して設けられたゲー
ト電極12とを備えている。
As shown in FIG. 16, a memory transistor includes a P-type silicon substrate 10 having a channel region 10a and an N + type source region 10b and an N + type drain region 10c with the channel region 10a interposed therebetween. The gate insulating film 11 is formed on the channel region 10a so as to bridge the source region 10b and the drain region 10c and accumulates electric charges. The gate insulating film 11 is provided on the channel region 10a with the gate insulating film 11 interposed therebetween. And a gate electrode 12.

【0012】また、ゲート絶縁膜11は、図17のよう
に、電荷を蓄積する窒化膜11bをトンネル酸化膜11
cおよびトラップ酸化膜11aで挟持した、いわゆるサ
ンドイッチ構造を有している。なお、以後の説明におい
て、ゲート絶縁膜は「ONO(oxide nitride oxide)
膜」と称す。 <書き込み>情報の書き込み時において、図16(a)
のように、シリコン基板10を接地電位としておき、ド
レイン領域10cおよびゲート電極12に対して高電圧
Hが印加され、ソース領域10bに対して低電圧Lが印
加されると、ソース−ドレイン間に飽和チャネル電流が
流れ、ドレイン領域10c近傍のピンチオフ領域(pinch
off region)では、高電界により加速された電子が高エ
ネルギーを持ち、いわゆるホットエレクトロン(hot ele
ctron)が発生し、このホットエレクトロンがONO膜1
1に注入、蓄積される。 <消去>情報の消去時において、図16(b)のよう
に、ソース領域10b、ドレイン領域10cを開放(OPE
N)状態とし、ゲート電極12を接地電位0Vとしてお
き、シリコン基板10に対して高電圧Hが印加される
と、チャネル領域10a全体にホールが発生し、このホ
ールがFN(Fowler Nordheim) トンネルしてONO膜1
1に注入される。そうすると、ONO膜11に蓄積され
ていたエレクトロンは、ホールによって電気的に中和さ
れる。
As shown in FIG. 17, the gate insulating film 11 is formed by forming a nitride film 11b for storing electric charges into a tunnel oxide film 11b.
It has a so-called sandwich structure sandwiched between c and the trap oxide film 11a. In the following description, the gate insulating film is referred to as “ONO (oxide nitride oxide)”.
Film ". <Write> At the time of writing information, FIG.
When the silicon substrate 10 is set to the ground potential and a high voltage H is applied to the drain region 10c and the gate electrode 12 and a low voltage L is applied to the source region 10b as shown in FIG. A saturated channel current flows, and a pinch-off region (pinch
In the off region, electrons accelerated by a high electric field have high energy and are called hot electrons.
ctron), and the hot electrons are generated by the ONO film 1
Injected into 1 and accumulated. <Erase> When information is erased, the source region 10b and the drain region 10c are opened (OPE) as shown in FIG.
N), the gate electrode 12 is set to the ground potential 0 V, and when a high voltage H is applied to the silicon substrate 10, holes are generated in the entire channel region 10a, and the holes are tunneled by FN (Fowler Nordheim) tunneling. ONO film 1
Injected into 1. Then, the electrons accumulated in the ONO film 11 are electrically neutralized by the holes.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記不
揮発性メモリにあっては、情報の書き込みは、ホットエ
レクトロンをONO膜に注入させることで行われるが、
この際書込電流を大きくして、加速された電子をドレイ
ン領域近傍のシリコンに衝突させ、高エネルギーを有す
るホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクト
ロンを局所的に注入させているので、局所的にONO膜
のトンネル酸化膜が劣化し、書換回数の低下につながっ
ていた。
However, in the above-mentioned nonvolatile memory, information is written by injecting hot electrons into the ONO film.
At this time, the write current is increased to cause the accelerated electrons to collide with silicon near the drain region to generate hot electrons having high energy and to inject the hot electrons locally. The tunnel oxide film of the ONO film deteriorated, leading to a decrease in the number of rewrites.

【0014】さらに、局所書込であるため、メモリトラ
ンジスタの動作速度のばらつきによって、図17(a)
の如く、1つのONO膜11内において、窒化膜11b
にホットエレクトロンが注入された書込領域Aと、窒化
膜11bにホットエレクトロンが注入されていない非書
込領域Bとが混在することになる。このように、書込領
域Aと非書込領域Bとが混在した状態で、図17(b)
の如く、チャネル領域全体でホールを発生させ、このホ
ールをFNトンネルさせてONO膜11に注入すること
により消去を行うと、書込領域Aにおいては、窒化膜1
1bに蓄積されているエレクトロンがホールにより中和
されて消去状態となるが、非書込領域Bにおいては、窒
化膜11bにホールが蓄積され、いわゆる過剰消去状態
となってしまう。このように、過剰消去が発生すると、
パンチスルー(punch through) 耐圧の低下が起こり、消
費電力が高くなる。
Further, since the local writing is performed, the variation in the operating speed of the memory transistor causes the variation in FIG.
In one ONO film 11, the nitride film 11b
The write region A in which hot electrons are injected into the nitride film 11b and the non-write region B in which hot electrons are not injected into the nitride film 11b are mixed. Thus, in a state where the writing area A and the non-writing area B are mixed, FIG.
When erasing is performed by generating holes in the entire channel region and injecting the holes into the ONO film 11 through FN tunneling, the nitride film 1
Although the electrons accumulated in 1b are neutralized by holes to be in an erased state, in the non-writing region B, holes are accumulated in the nitride film 11b, resulting in a so-called excessively erased state. Thus, when excessive erasure occurs,
Punch through A decrease in withstand voltage occurs and power consumption increases.

【0015】本発明は、上記に鑑み、さらなる高集積化
を図りつつ、書換回数を向上させるとともに、消費電力
を低くできる不揮発性記憶装置およびその駆動方法の提
供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, it is an object of the present invention to provide a nonvolatile memory device capable of improving the number of rewrites and reducing power consumption while further increasing the degree of integration, and a driving method thereof.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するための請求項1記載の発明は、チャネル領域なら
びに、そのチャネル領域を挟んでソース領域およびドレ
イン領域が形成された半導体基板と、該半導体基板上
の、ソース領域と隣接する予め定めるオフセット領域を
除くチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記
オフセット領域を除くチャネル領域上に、前記ゲート絶
縁膜を介して設けられ、ワードラインに接続されるゲー
ト電極とを備え、前記ゲート絶縁膜に電荷を蓄積するこ
とで情報の記憶を行うとともに、前記ソース領域に電圧
を印加することによって当該ソース領域と前記オフセッ
ト領域を除くチャネル領域とが導通可能な状態となる
揮発性記憶素子を有し、前記不揮発性記憶素子は、同一
の半導体基板上に、行方向に隣接する不揮発性記憶素子
のソース領域とドレイン領域とを共有させるかたちで、
マトリクス状に配列形成され、行方向に配列形成された
不揮発性記憶素子の前記ゲート電極に、ワードラインが
それぞれ接続され、前記ソース領域とドレイン領域との
共有部を含む、列方向に配列形成された不揮発性記憶素
子のソース領域およびドレイン領域に、ワードラインに
対して絶縁状態でビットラインがそれぞれ接続され、列
方向に配列形成された不揮発性記憶素子同士が、当該不
揮発性記憶素子のゲート電極間にフィールド酸化膜を介
在させることによって、素子分離されており、前記フィ
ールド酸化膜のソース領域側端面は、前記オフセット
域上を完全に通過させてソース領域まで延設されている
ことを特徴とする不揮発性記憶装置である。また、請求
項2記載の発明は、前記不揮発性素子に代えて、チャネ
ル領域ならびに、そのチャネル領域を挟んでソース領域
およびドレイン領域が形成された半導体基板と、該半導
体基板上の、ソース領域と隣接する予め定めるオフセッ
ト領域を除くチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜
と、前記オフセット領域を除 くチャネル領域上に、前記
ゲート絶縁膜を介して設けられ、ワードラインに接続さ
れるゲート電極と、フローティングゲートとを備え、前
記フローティングゲートに電荷を蓄積することで情報の
記憶を行うとともに、前記ソース領域に電圧を印加する
ことによって当該ソース領域と前記オフセット領域を除
くチャネル領域とが導通可能な状態となる不揮発性記憶
素子が備えられていることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a channel region and a source region and a drain region formed with the channel region interposed therebetween. A gate insulating film formed on a channel region except a predetermined offset region adjacent to the source region on the semiconductor substrate;
On a channel region except for the offset region, provided via the gate insulating film, and a gate <br/> gate electrode connected to the word line, the storage of information by storing charges in the gate insulating film And a voltage is applied to the source region.
Is applied to the source region and the offset.
A non-volatile memory element that can be electrically connected to a channel region other than a flash region , wherein the non-volatile memory element is a non-volatile memory element adjacent to a row direction on the same semiconductor substrate. In the form of sharing the source and drain regions of
Are arranged in a matrix, the gate electrode of the nonvolatile memory elements arranged formed in the row direction, word lines are connected respectively, including shared portion between the source region and the drain region, formed and arranged in the column direction A bit line is connected to the source region and the drain region of the nonvolatile storage element in a state insulated from the word line, and the nonvolatile storage elements arranged in the column direction are connected to the gate electrode of the nonvolatile storage element. An element is isolated by interposing a field oxide film therebetween, and an end surface of the field oxide film on the source region side extends completely to the source region through the offset region. Is
A nonvolatile storage device characterized by the above-mentioned. Also, billing
The invention according to Item 2 is characterized in that the nonvolatile element is replaced with a channel.
Source region with its channel region
A semiconductor substrate on which a semiconductor substrate and a drain region are formed;
A predetermined offset adjacent to the source region on the body substrate
Gate insulating film formed on the channel region excluding the gate region
When, on the offset region lean rather channel region, wherein
Provided via a gate insulating film and connected to a word line
Gate electrode and a floating gate,
By accumulating charge in the floating gate,
Performs storage and applies a voltage to the source region
The source region and the offset region.
Non-volatile memory that can be electrically connected to the channel region
An element is provided.

【0017】請求項1または2記載の不揮発性記憶装置
は、1トランジスタ/1セル構造を有しているため、さ
らなる高集積化に貢献することができる。請求項3記載
の発明は、チャネル領域ならびに、そのチャネル領域を
挟んでソース領域およびドレイン領域が形成された半導
体基板と、該半導体基板上の、ソース領域と隣接する予
め定める領域を除くチャネル領域上に形成されたゲート
絶縁膜と、前記予め定める領域を除くチャネル領域上
に、前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と
を備え、ゲート絶縁膜に電荷を蓄積することで情報の記
憶を行う不揮発性記憶素子が、同一の半導体基板上に、
行方向に隣接する不揮発性記憶素子のソース領域とドレ
イン領域とを共有させるかたちで、マトリクス状に配列
形成され、行方向に配列形成された不揮発性記憶素子の
ゲート電極に、ワードラインがそれぞれ接続され、前記
ソース領域とドレイン領域との共有部を含む、列方向に
配列形成された不揮発性記憶素子のソース領域およびド
レイン領域に、ワードラインに対して絶縁状態でビット
ラインがそれぞれ接続され、列方向に配列形成された不
揮発性記憶素子同士が、当該不揮発性記憶素子のゲート
電極間にフィールド酸化膜を介在させることによって、
素子分離されており、前記フィールド酸化膜のソース領
域側端面が、前記予め定める領域上を完全に通過させて
ソース領域まで延設されている、不揮発性記憶装置を駆
動させるための方法であって、情報の書き込み時に、基
板を接地電位としておき、書き込みを行う不揮発性記憶
素子のゲート電極に接続されているワードラインに対し
てのみ高電圧を印加し、書き込みを行う不揮発性記憶素
子を選択するため、当該不揮発性記憶素子のドレイン領
域に接続されているビットラインを接地電位とし、他の
ビットラインに対して書込禁止電圧を印加し、情報の消
去時に、記憶されている情報をワードライン毎に分割消
去するため、全てのビットラインを開放状態とし、消去
を行う不揮発性記憶素子に接続されているワードライン
を接地電位とし、基板および他のワードラインに対して
高電圧を印加し、情報の読み出し時に、基板を接地電位
としておき、読み出しを行う不揮発性記憶素子のゲート
電極に接続されているワードラインに対してセンス電圧
を印加し、読み出しを行う不揮発性記憶素子を選択する
ため、当該不揮発性記憶素子のソース領域に接続されて
いるビットラインに対して読出電圧を印加し、他のワー
ドラインおよびビットラインを接地電位とすることを特
徴とする不揮発性記憶装置の駆動方法である。また、請
求項4記載の駆動方法は、前記不揮発性記憶装置が、前
記不揮発性素子に代えて、チャネル領域ならびに、その
チャネル領域を挟んでソース領域およびドレイン領域が
形成された半導体基板と、該半導体基板上の、ソース領
域と隣接する予め定める領域を除くチャネル領域上に形
成されたゲート絶縁膜と、前記予め定める領域を除くチ
ャネル領域上に、前記ゲート絶縁膜を介して設けられた
ゲート電極と、フローティングゲートとを備え、前記フ
ローティングゲートに電荷を蓄積することで情報の記憶
を行う不揮発性記憶素子を備えているものであることを
特徴とする。
Since the nonvolatile memory device according to the first or second aspect has a one-transistor / one-cell structure, it can contribute to higher integration. Claim 3
In the invention of the present invention , the channel region and the channel region
Semiconductor with source and drain regions formed between
Body substrate and a substrate adjacent to the source region on the semiconductor substrate.
Gate formed on the channel region excluding the region defined
On the insulating film and the channel region excluding the predetermined region
A gate electrode provided via the gate insulating film;
Information storage by accumulating charge in the gate insulating film.
The non-volatile memory element that performs storage is on the same semiconductor substrate,
The source region and drain of the nonvolatile memory element adjacent in the row direction
Arranged in a matrix in such a way as to share the
Of the non-volatile memory elements formed and arranged in the row direction.
Word lines are connected to the gate electrodes, respectively,
In the column direction, including the shared part of the source and drain regions
The source region and the source of the arrayed nonvolatile memory element
Bits in the rain area, insulated from word lines
Lines are connected to each other and
The volatile storage elements are connected to the gate of the nonvolatile storage element.
By interposing a field oxide film between the electrodes,
The device is isolated and the source region of the field oxide film is
The area side end face completely passes over the predetermined area
Driving a nonvolatile storage device extending to the source area
In writing information, the substrate is set to the ground potential at the time of writing information, and a high voltage is applied only to the word line connected to the gate electrode of the nonvolatile memory element to be written. In order to select a nonvolatile memory element to be performed, a bit line connected to a drain region of the nonvolatile memory element is set to a ground potential, a write inhibit voltage is applied to other bit lines, and when erasing information, In order to divide and erase the stored information for each word line, all the bit lines are left open, the word line connected to the nonvolatile memory element to be erased is set to the ground potential, and the substrate and other word lines are connected. When reading information, the substrate is set at the ground potential and connected to the gate electrode of the nonvolatile memory element for reading. That a sense voltage is applied to the word lines, for selecting the nonvolatile memory element to be read, a read voltage is applied to the bit line connected to the source region of the nonvolatile memory element, other JP to the word lines and bit lines and a ground potential
This is a method for driving a nonvolatile memory device . In addition,
5. The driving method according to claim 4, wherein the nonvolatile storage device is
Instead of the non-volatile element, a channel region and its
The source and drain regions sandwich the channel region
A formed semiconductor substrate, and a source region on the semiconductor substrate.
On the channel region except for the predetermined region adjacent to the region
The gate insulating film formed and the
Provided on the channel region via the gate insulating film.
A gate electrode; a floating gate;
Information storage by accumulating charge in the loading gate
That it has a nonvolatile memory element that performs
Features.

【0018】情報の書き込み時において、高電圧が印加
されるワードラインに接続された不揮発性記憶素子のゲ
ート電極、ゲート絶縁膜の下部を除くチャネル領域は、
常にオフセット領域となる。一方、当該不揮発性記憶素
子のゲート電極−基板間のFN電流が生じるとともに、
オフセット領域を除くチャネル領域全体に電荷が発生す
る。
At the time of writing information, the gate region of the nonvolatile memory element connected to the word line to which a high voltage is applied, and the channel region excluding the lower part of the gate insulating film,
It is always an offset area. On the other hand, an FN current is generated between the gate electrode and the substrate of the nonvolatile memory element,
Electric charges are generated in the entire channel region excluding the offset region.

【0019】このとき、選択された不揮発性記憶素子の
ソース領域においては、書込禁止電圧によってソース領
域の接合部の空乏層が、オフセット領域の境界まで拡が
らないので、電荷がFN電流によりゲート絶縁膜または
フローティングゲートに注入される。そのため、当該不
揮発性記憶素子のドレイン領域側からオフセット領域の
境界までチャネルが形成される。一方、非選択の不揮発
性記憶素子のドレイン領域においては、書込禁止電圧に
よってドレイン領域の接合部の空乏層が、オフセット領
域の境界まで拡がるので、この空乏層が電荷を遮断し、
ゲート絶縁膜またはフローティングゲートに注入されな
い。そのため、当該不揮発性記憶素子のドレイン領域側
からオフセット領域の境界までチャネルが形成されな
い。
At this time, in the source region of the selected nonvolatile memory element, the depletion layer at the junction of the source region does not spread to the boundary of the offset region due to the write-protection voltage. Insulating film or
Injected into the floating gate . Therefore, a channel is formed from the drain region side of the nonvolatile memory element to the boundary of the offset region. On the other hand, in the drain region of the non-selected non-volatile memory element, the depletion layer at the junction of the drain region spreads to the boundary of the offset region due to the write-protection voltage.
Not injected into the gate insulating film or floating gate . Therefore, no channel is formed from the drain region side of the nonvolatile memory element to the boundary of the offset region.

【0020】このように、情報の書き込みにおいて、ゲ
ート絶縁膜またはフローティングゲートに対して全体的
な書き込みが可能となるから、ゲート絶縁膜の劣化を防
止でき、書換回数を増加させることができるとともに、
瞬時に情報の書き込みが可能となる。情報の消去時にお
いて、消去される不揮発性記憶素子のゲート電極−基板
間に、書き込み時とは逆のバイアスがかかり、FN電流
が発生するとともに、オフセット領域を除くチャネル領
域全体に書き込み時とは極性の異なる電荷が発生する。
そして、このFN電流により、極性の異なる電荷が不揮
発性記憶素子のゲート絶縁膜またはフローティングゲー
に注入され、ゲート絶縁膜またはフローティングゲー
に蓄積されている電荷が中和され、ワードライン毎に
情報が分割消去される。
As described above, in writing information, the entire writing can be performed on the gate insulating film or the floating gate . Therefore, deterioration of the gate insulating film can be prevented, and the number of rewrites can be increased.
Information can be written instantaneously. At the time of erasing information, a reverse bias is applied between the gate electrode of the nonvolatile memory element to be erased and the substrate at the time of writing, an FN current is generated, and at the time of writing to the entire channel region excluding the offset region. Charges of different polarities are generated.
The FN current causes charges having different polarities to be transferred to the gate insulating film or the floating gate of the nonvolatile memory element.
It is injected into the preparative, gate insulating film or the floating gate
The charge stored in the memory is neutralized, and information is divided and erased for each word line.

【0021】このとき、電荷は全体書き込みによってゲ
ート絶縁膜またはフローティングゲートに全体的に蓄積
されており、1つのゲート絶縁膜またはフローティング
ゲートに書込領域と非書込領域とが混在することがない
ので、極性の異なる電荷が全体的にゲート絶縁膜または
フローティングゲートに注入されても過剰消去は起こら
ない。よって、パンチスルー耐圧が低下することはな
い。そのため、消費電力を低くすることができる。
At this time, the electric charge is entirely stored in the gate insulating film or the floating gate by the whole writing, and the electric charge is stored in one gate insulating film or the floating gate.
Since the write region and the non-write region do not coexist in the gate, charges having different polarities are entirely deposited on the gate insulating film or the gate insulating film.
Excessive erasure does not occur even if it is implanted into the floating gate . Therefore, the punch-through breakdown voltage does not decrease. Therefore, power consumption can be reduced.

【0022】情報の読み出し時において、選択された不
揮発性記憶素子のソース領域の接合部の空乏層が、オフ
セット領域の境界まで拡がる。このとき、当該不揮発性
記憶素子のゲート絶縁膜またはフローティングゲート
電荷が蓄積されている場合には、空乏層が書き込み時に
形成されたチャネルに接続し、チャネル領域全体にチャ
ネルが形成され、ソース領域−ドレイン領域間が導通す
る。一方、ゲート絶縁膜またはフローティングゲート
電荷が蓄積されていない場合には、書き込み時にチャネ
ルが形成されていないので、ソース領域−ドレイン領域
間は導通しない。
At the time of reading information, the depletion layer at the junction of the source region of the selected nonvolatile memory element extends to the boundary of the offset region. At this time, when charge is accumulated in the gate insulating film or the floating gate of the nonvolatile memory element, the depletion layer is connected to the channel formed at the time of writing, the channel is formed in the entire channel region, and the source region is formed. Conduction between the drain regions. On the other hand, when no charge is accumulated in the gate insulating film or the floating gate , no channel is formed at the time of writing, so that conduction between the source region and the drain region does not occur.

【0023】また、上記不揮発性記憶装置にあっては、
フィールド酸化膜のソース領域側の端面を、予め定める
領域、すなわち上記オフセット領域上を完全に通過させ
てソース領域まで延設してレイアウトしているので、フ
ィールド酸化膜とゲート電極との境界部におけるオフセ
ット長さは実際のオフセット長さと同距離となる。その
ため、フィールド酸化膜とゲート電極との境界部におい
て、書き込み時にソース領域の空乏層がゲート電極まで
達することがなくなり、ソース領域−ドレイン領域間が
導通することはない。よって、確実に情報の書き込みが
行われる。
In the above nonvolatile storage device,
Since the end surface of the field oxide film on the source region side is laid out by extending to the predetermined region, that is, the source region by completely passing over the offset region, the boundary surface between the field oxide film and the gate electrode is formed. The offset length is the same distance as the actual offset length. Therefore, at the boundary between the field oxide film and the gate electrode, the depletion layer in the source region does not reach the gate electrode during writing, and conduction between the source region and the drain region does not occur. Therefore, writing of information is performed reliably.

【0024】また、請求項5記載のように、上記駆動方
法において、全てのワードラインを接地電位とし、全て
のビットラインを開放状態としておき、基板に対して高
電圧を印加してもよい。この場合、全ての不揮発性記憶
素子に逆バイアスがかかるため、記憶されている情報を
一括消去することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the above driving method, all the word lines may be set to the ground potential, all the bit lines may be left open, and a high voltage may be applied to the substrate. In this case, reverse bias is applied to all the non-volatile storage elements, so that stored information can be erased collectively.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図11
に基づき詳述する。図1は本発明の一実施例に係る不揮
発性メモリの平面図、図2は図1のX−X断面図、図3
は図1のY−Y断面図である。なお、図1はパッシベー
ション膜を剥がした状態を示している。図1ないし図3
を参照しつつ、本実施例の不揮発性メモリの構造につい
て説明する。
1 to 11 show an embodiment of the present invention.
It will be described in detail based on. FIG. 1 is a plan view of a nonvolatile memory according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along line YY of FIG. FIG. 1 shows a state in which the passivation film has been peeled off. 1 to 3
The structure of the nonvolatile memory according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

【0026】本実施例の不揮発性メモリは、図1の如
く、同一のP型シリコン基板20上に、電荷を蓄積する
ことにより情報の記憶を行うメモリトランジスタ21
A,21B,21C,21Dが、仮想グランドアレイを
もってマトリクス状に配列形成されている。なお、以後
の説明において、メモリトランジスタ21A,21B,
21C,21Dを総称するときは「メモリトランジスタ
21」と称す。
As shown in FIG. 1, the nonvolatile memory of this embodiment is a memory transistor 21 for storing information by accumulating charges on the same P-type silicon substrate 20.
A, 21B, 21C and 21D are arranged in a matrix with a virtual ground array. In the following description, the memory transistors 21A, 21B,
21C and 21D are collectively referred to as “memory transistor 21”.

【0027】P型シリコン基板20の表層部には、図2
の如く、チャネル領域22ならびに、そのチャネル領域
22を挟んでN+ 型ソース領域23およびN+ 型ドレイ
ン領域24が形成されている。メモリトランジスタ21
は、いわゆるMONOS(metal oxide nitride oxidesi
licon) 構造を有しており、シリコン基板20上の、ソ
ース領域23と所定間隔D(0.1〜0.5μm)をあ
けた予め定める領域(オフセット領域)を除くチャネル
領域22上に形成され、電荷を蓄積するONO膜25
と、予め定める領域(オフセット領域)を除くチャネル
領域22上に、ONO膜25を介して設けられたゲート
電極26とを備えている。そして、行方向に隣接するメ
モリトランジスタ21A,21Bおよび21C,21D
は、図1、2の如く、互いにソース領域23とドレイン
領域24とを共有している。
The surface layer of the P-type silicon substrate 20 has the structure shown in FIG.
As shown, a channel region 22 and an N + type source region 23 and an N + type drain region 24 are formed with the channel region 22 interposed therebetween. Memory transistor 21
Is the so-called MONOS (metal oxide nitride oxide
licon) structure and is formed on the channel region 22 except for a predetermined region (offset region) spaced a predetermined distance D (0.1 to 0.5 μm) from the source region 23 on the silicon substrate 20. ONO film 25 for storing electric charge
And a gate electrode 26 provided via an ONO film 25 on the channel region 22 excluding a predetermined region (offset region) . The memory transistors 21A, 21B and 21C, 21D adjacent in the row direction
Share a source region 23 and a drain region 24 with each other as shown in FIGS.

【0028】行方向に配列形成されたメモリトランジス
タ21A,21Bおよび21C,21Dのゲート電極2
6には、図1、2、3の如く、コンタクトホール27を
通してワードラインWL1,WL2がそれぞれ接続され
ており、ソース領域23とドレイン領域24との共有部
を含む、列方向に配列形成されたメモリトランジスタ2
1A,21Cおよび21B,21Dのソース領域23お
よびドレイン領域24には、コンタクトホール28を通
してビットラインBL1,BL2,BL3がそれぞれ接
続されている。そして、ビットラインBL1,BL2,
BL3は、ワードラインWL1,WL2と直交するかた
ちで配線されており、ワードラインWL1,WL2とビ
ットラインBL1,BL2,BL3との間には、図2、
3の如く、酸化絶縁膜29が介在されている。
Gate electrodes 2 of memory transistors 21A and 21B and 21C and 21D arranged in a row direction
6, word lines WL1 and WL2 are connected to each other through contact holes 27 as shown in FIGS. 1, 2 and 3, and are arranged in a column direction including a shared portion between the source region 23 and the drain region 24. Memory transistor 2
Bit lines BL1, BL2, BL3 are connected to the source region 23 and the drain region 24 of 1A, 21C and 21B, 21D through contact holes 28, respectively. Then, the bit lines BL1, BL2,
BL3 is wired so as to be orthogonal to the word lines WL1 and WL2, and between the word lines WL1 and WL2 and the bit lines BL1, BL2 and BL3, as shown in FIG.
As in 3, the oxide insulating film 29 is interposed.

【0029】ソース領域23およびドレイン領域24
は、図1の如く、ビットラインBL1,BL2,BL3
に沿って設けられている。ONO膜25は、電荷を蓄積
する窒化膜をトンネル酸化膜およびトラップ膜で挟持し
た、いわゆるサンドイッチ構造を有しており、図3の如
く、ゲート電極26直下でビットラインBL1,BL
2,BL3に沿って設けられている。
Source region 23 and drain region 24
Are bit lines BL1, BL2, BL3 as shown in FIG.
It is provided along. The ONO film 25 has a so-called sandwich structure in which a nitride film for storing charges is sandwiched between a tunnel oxide film and a trap film, and as shown in FIG.
2, BL3.

【0030】列方向に配列形成されたメモリトランジス
タ2A,2Cおよび2B,2Dのゲート電極2
6間には、図1、3の如く、膜厚が厚く形成されたフィ
ールド酸化膜30が介在されており、このフィールド酸
化膜30によって、列方向に配列形成されたメモリトラ
ンジスタ2A,2Cおよび2B,2D同士が素
子分離されている。
The memory transistors 2 arranged formed in the column direction 1 A, 2 1 C and 2 1 B, 2 1 gate of the D electrode 2
Between 6, as shown in FIG. 1 and 3, the film thickness is interposed the field oxide film 30 formed thickly, the field oxide film 30, the memory transistor 2 1 A, 2, which are arranged and formed in a column direction 1 C and 2 1 B, 2 1 D to each other are isolated.

【0031】また、ゲート電極26とワードラインWL
1,WL2との間には、図2、3の如く、層間絶縁膜3
1が充たされている。さらに、フィールド酸化膜30の
レイアウトは、図4の如く、ソース領域23側の端面
を、ソース領域23と所定間隔Dをあけた予め定める領
(オフセット領域OS)上を完全に通過させてソース
領域23まで延設している。
The gate electrode 26 and the word line WL
1 and WL2, as shown in FIGS.
One is filled. Further, as shown in FIG. 4, the layout of the field oxide film 30 is such that the end face on the side of the source region 23 is completely passed over a predetermined region (offset region OS) at a predetermined distance D from the source region 23, and It extends to 23.

【0032】図5、6は不揮発性メモリの製造方法を工
程順に示す断面図であって、両図(a)は図1のX−X
断面、両図(b)は図1のY−Y断面を示している。図
5、6を参照しつつ、不揮発性メモリの製造方法を説明
する。まず、図5中1−(a)(b)のように、水蒸気
酸化等のLOCOS(local oxidation of silicon)法に
より、P型シリコン基板20上に、列方向に沿うかたち
でフィールド酸化膜30を形成する。このときの酸化条
件は、例えば酸化温度1000℃、酸化時間6時間とす
ればよい。
FIGS. 5 and 6 are sectional views showing a method of manufacturing a nonvolatile memory in the order of steps, and both figures (a) show XX of FIG.
Cross-section, both figures (b) show the Y-Y cross section of FIG. A method for manufacturing a nonvolatile memory will be described with reference to FIGS. First, as shown in 1- (a) and (b) in FIG. 5, a field oxide film 30 is formed along a column direction on a P-type silicon substrate 20 by a LOCOS (local oxidation of silicon) method such as steam oxidation. Form. The oxidation conditions at this time may be, for example, an oxidation temperature of 1000 ° C. and an oxidation time of 6 hours.

【0033】そして、図5中2−(a)(b)のよう
に、従来公知の半導体プロセスの成膜法により、全面に
ONO膜25を形成した後、図5中3−(a)(b)の
ように、ゲート電極26を形成する。次に、図5中4−
(a)(b)のように、ゲート電極26にレジスト40
を塗布した後、ONO膜25が列方向に沿って残るよ
う、ストライプ状にエッチングする。
Then, as shown in 2- (a) and (b) in FIG. 5, after the ONO film 25 is formed on the entire surface by a conventionally known film forming method of a semiconductor process, 3- (a) ( As shown in b), the gate electrode 26 is formed. Next, in FIG.
(A) As shown in FIG.
Is applied, etching is performed in a stripe shape so that the ONO film 25 remains along the column direction.

【0034】つづいて、図6中1−(a)(b)のよう
に、レジスト40およびゲート電極26、ONO膜25
をマスクとして、ドレイン領域からソース領域に向かっ
て斜めにインプラ(implant) して不純物を注入、拡散し
た後、アニールしてN+ 型ソース領域23およびN+
ドレイン領域24を列方向に沿うかたちでストライプ状
に形成する。このとき、ソース領域23とゲート電極2
6およびONO膜25との間隔は、レジスト40の厚み
で制御され、その間隔を容易に0.1〜0.5μmに設
定できる。このように、間隔を0.1〜0.5μmに設
定するための不純物の注入角は、例えばレジスト40お
よびゲート電極26、ONO膜25を含む厚みを1μm
程度とした場合、シリコン基板20を基準とする鉛直線
に対して、約10度程度傾斜させればよい。また、アニ
ール条件は、例えばアニール温度900℃、アニール時
間30分とすればよい。
Subsequently, as shown in 1- (a) and (b) of FIG. 6, the resist 40, the gate electrode 26, and the ONO film 25 are formed.
Is implanted obliquely from the drain region to the source region using the mask as a mask to implant and diffuse impurities, and then annealed to form the N + -type source region 23 and the N + -type drain region 24 in the column direction. To form a stripe. At this time, the source region 23 and the gate electrode 2
6 and the ONO film 25 are controlled by the thickness of the resist 40, and the distance can be easily set to 0.1 to 0.5 μm. As described above, the implantation angle of the impurity for setting the interval to 0.1 to 0.5 μm is, for example, 1 μm in thickness including the resist 40, the gate electrode 26, and the ONO film 25.
In this case, the inclination may be about 10 degrees with respect to a vertical line with the silicon substrate 20 as a reference. The annealing conditions may be, for example, an annealing temperature of 900 ° C. and an annealing time of 30 minutes.

【0035】そして、図6中2−(a)(b)のよう
に、全面をSiO2 等からなる層間絶縁膜31で覆った
後、図6中3−(a)(b)のように、ゲート電極26
上にコンタクトホール27を形成し、例えばCVD(che
mical vapor deposition) 法により、層間絶縁膜31上
に導電性物質を堆積させ、コンタクトホール27を介し
て導電性物質を接続する。そして、エッチングにより、
導電性物質を行方向に沿ってストライプ状にパターニン
グしてワードラインWL1,WL2を形成する。
After the entire surface is covered with an interlayer insulating film 31 made of SiO 2 or the like as shown in FIGS. 6A and 6B, as shown in FIGS. , Gate electrode 26
A contact hole 27 is formed thereon, and for example, CVD (che
A conductive substance is deposited on the interlayer insulating film 31 by a mical vapor deposition method, and the conductive substance is connected through the contact hole 27. And by etching
The conductive material is patterned in stripes along the row direction to form word lines WL1 and WL2.

【0036】次に、図6中4−(a)(b)のように、
全面にSiO2 等からなる酸化絶縁膜29を形成し、ソ
ース領域23およびドレイン領域24上にコンタクトホ
ール28(図示せず)を形成する。そして、例えばCV
D法により、酸化絶縁膜29上に導電性物質を堆積さ
せ、コンタクトホール28を介して導電性物質を接続し
た後、エッチングにより、導電性物質を列方向に沿って
ストライプ状にパターニングしてビットラインBL1,
BL2,BL3を形成する。
Next, as shown at 4- (a) and (b) in FIG.
An oxide insulating film 29 made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface, and a contact hole 28 (not shown) is formed on the source region 23 and the drain region 24. And, for example, CV
A conductive material is deposited on the oxide insulating film 29 by the method D, and the conductive material is connected through the contact holes 28. Then, the conductive material is patterned by etching into stripes along the column direction, thereby forming a bit. Line BL1,
BL2 and BL3 are formed.

【0037】図7は不揮発性メモリの等価回路図であ
る。図7を参照しつつ、不揮発性メモリの電気的構成を
説明する。上記不揮発性メモリは、メモリトランジスタ
21A,21B,21C,21Dを不揮発性メモリセル
50A,50B,50C,50Dとする1トランジスタ
/1セル構造を有している。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile memory. The electrical configuration of the nonvolatile memory will be described with reference to FIG. The nonvolatile memory has a one-transistor / one-cell structure in which the memory transistors 21A, 21B, 21C, and 21D are nonvolatile memory cells 50A, 50B, 50C, and 50D.

【0038】行方向に配列されたメモリトランジスタ2
1A,21Bおよび21C,21Dのゲートには、ワー
ドラインWL1,WL2がそれぞれ接続されており、こ
のワードラインWL1,WL2毎に隣接するメモリトラ
ンジスタ21A,21Bおよび21C,21Dのソース
とドレインとが接続されている。そして、ソース−ドレ
イン接続中間点を含む、列方向に配列されたメモリトラ
ンジスタ21A,21Cおよび21B,21Dのソース
およびドレインには、ビットラインBL1,BL2,B
L3がそれぞれ接続されている。
Memory transistors 2 arranged in a row direction
Word lines WL1 and WL2 are connected to the gates of 1A, 21B and 21C and 21D, respectively, and the sources and drains of adjacent memory transistors 21A, 21B and 21C and 21D are connected to each of the word lines WL1 and WL2. Have been. The source and drain of the memory transistors 21A, 21C and 21B, 21D arranged in the column direction including the source-drain connection intermediate point are connected to bit lines BL1, BL2, B
L3 are connected respectively.

【0039】図7および表1を参照しつつ、不揮発性メ
モリの情報の書き込み、消去および読み出しの動作につ
いて説明する。なお、表1は図7に示す不揮発性メモリ
セル50Bを選択した場合を想定している。
With reference to FIG. 7 and Table 1, operations of writing, erasing, and reading information in the nonvolatile memory will be described. Table 1 assumes that the nonvolatile memory cell 50B shown in FIG. 7 is selected.

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】<書き込み(WRITE)>情報の書き込
み時において、基板を接地電位0Vとしておき、書き込
みを行うメモリセル50B内のメモリトランジスタ21
Bのゲートに接続されているワードラインWL1に対し
てのみ高電圧15Vを印加し、書き込みを行うメモリセ
ル50Bを選択するため、当該メモリセル50B内のメ
モリトランジスタ21Bのドレインに接続されているビ
ットラインBL3を接地電位0Vとし、他のビットライ
ンBL1,BL2に対して書込禁止電圧7Vを印加す
る。
<Write> At the time of writing information, the substrate is set to the ground potential of 0 V, and the memory transistor 21 in the memory cell 50B to be written is written.
A high voltage of 15 V is applied only to the word line WL1 connected to the gate of B, and the memory cell 50B to be written is selected, so that the bit connected to the drain of the memory transistor 21B in the memory cell 50B is selected. The line BL3 is set to the ground potential 0V, and the write inhibit voltage 7V is applied to the other bit lines BL1 and BL2.

【0042】そうすると、メモリトランジスタ21Bの
ゲート−基板間の電位差により、FN電流が発生し、こ
のFN電流によりエレクトロンがONO膜に注入され、
メモリセル50Bに情報が書き込まれる。ONO膜にエ
レクトロンが蓄積された状態と蓄積されていない状態と
では、ソース−ドレイン間を導通させるために必要なゲ
ート電圧が変化する。すなわち、ソース−ドレイン間を
導通させるためのしきい値電圧VTHは、ONO膜にエレ
クトロンが蓄積された状態では高いしきい値V1(例え
ば5V)をとり、エレクトロンが蓄積されていない状態
では低いしきい値V2(例えば2V)をとる。このよう
に、しきい値電圧VTHを2種類に設定することで「1」
または「0」の二値データをメモリセルに記憶させるこ
とができる。
Then, an FN current is generated due to a potential difference between the gate and the substrate of the memory transistor 21B, and electrons are injected into the ONO film by the FN current.
Information is written to the memory cell 50B. The gate voltage required for conducting between the source and the drain changes between the state where electrons are accumulated in the ONO film and the state where electrons are not accumulated in the ONO film. In other words, the threshold voltage V TH for conducting between the source and the drain takes a high threshold value V1 (for example, 5 V) when electrons are accumulated in the ONO film, and is low when electrons are not accumulated. A threshold value V2 (for example, 2V) is taken. Thus, by setting the threshold voltage V TH to two types, “1” is obtained.
Alternatively, binary data of “0” can be stored in a memory cell.

【0043】なお、書き込み時において、書込禁止電圧
7Vを印加するビットラインを図7に示す矢印W方向に
順次変更していけば、ワードライン毎にシリアルな書き
込みが行える。 <消去(ERASE)>情報の消去時において、全ての
ビットラインBL1,BL2,BL3を開放(OPEN)状態
とし、消去を行うメモリセル50A,50Bのメモリト
ランジスタ21A,21Bに接続されているワードライ
ンWL1を接地電位0Vとし、基板および他のワードラ
インWL2に対して高電圧15Vを印加する。ここで、
ビットラインBL1,BL2,BL3を開放状態とする
のは、基板から拡散層に向かう方向が順方向となり、電
流が流れるのを防止するためである。
At the time of writing, if the bit lines to which the write inhibit voltage 7V is applied are sequentially changed in the direction of arrow W shown in FIG. 7, serial writing can be performed for each word line. <Erase> At the time of erasing information, all bit lines BL1, BL2, BL3 are set to the open state, and the word lines connected to the memory transistors 21A, 21B of the memory cells 50A, 50B to be erased. WL1 is set to a ground potential of 0 V, and a high voltage of 15 V is applied to the substrate and other word lines WL2. here,
The reason why the bit lines BL1, BL2, and BL3 are set in the open state is to prevent a current from flowing from the substrate toward the diffusion layer in the forward direction.

【0044】そうすると、メモリトランジスタ21A,
21Bのゲート−基板間に、書き込み時とは逆のバイア
スがかかり、FN電流によりホールがONO膜に注入さ
れ、ONO膜に蓄積されているエレクトロンが電気的に
中和される。よって、メモリセル50A,50Bに記憶
されている情報が消去される。なお、消去時において、
高電圧15Vを印加するワードラインを変更していけ
ば、メモリセルに記憶されている情報をワードライン毎
に分割消去することができる。 <読み出し(READ)>情報の読み出し時において、
基板を接地電位0Vとしておき、読み出しを行うメモリ
セル50B内のメモリトランジスタ21Bのゲートに接
続されているワードラインWL1に対してセンス電圧3
Vを印加し、読み出しを行うメモリセル50Bを選択す
るため、当該メモリセル50B内のメモリトランジスタ
21Bのソースに接続されているビットラインBL2に
対して読出電圧10Vを印加し、他のワードラインWL
2およびビットラインBL1,BL3を接地電位0Vと
する。
Then, the memory transistors 21A,
A reverse bias is applied between the gate and the substrate of 21B during writing, holes are injected into the ONO film by the FN current, and electrons accumulated in the ONO film are electrically neutralized. Therefore, the information stored in the memory cells 50A and 50B is erased. At the time of erasure,
If the word line to which the high voltage 15V is applied is changed, the information stored in the memory cell can be divided and erased for each word line. <Read (READ)> When reading information,
The substrate is set to the ground potential 0V, and the sense voltage 3 is applied to the word line WL1 connected to the gate of the memory transistor 21B in the memory cell 50B to be read.
In order to select the memory cell 50B to be read by applying V, a read voltage of 10 V is applied to the bit line BL2 connected to the source of the memory transistor 21B in the memory cell 50B, and another word line WL is applied.
2 and the bit lines BL1 and BL3 are set to the ground potential 0V.

【0045】そうすると、メモリトランジスタ21Bに
エレクトロンが蓄積されている場合には、メモリトラン
ジスタ21Bのソース−ドレイン間にチャネルが形成さ
れ、メモリトランジスタ21Bが導通する。一方、メモ
リトランジスタ21Bにエレクトロンが蓄積されていな
い場合には、メモリトランジスタ21Bのソース−ドレ
イン間にチャネルが形成されず、メモリトランジスタ2
1Bが導通しない。このメモリトランジスタ21Bの導
通/非導通を、外部に接続したデコーダおよびセンスア
ンプ(図示せず)によりセンシングすれば、メモリセル
50Bに記憶されている情報を読み出すことができる。
Then, when electrons are accumulated in the memory transistor 21B, a channel is formed between the source and the drain of the memory transistor 21B, and the memory transistor 21B conducts. On the other hand, when electrons are not accumulated in the memory transistor 21B, no channel is formed between the source and the drain of the memory transistor 21B, and the memory transistor 2B
1B does not conduct. If the conduction / non-conduction of the memory transistor 21B is sensed by a decoder and a sense amplifier (not shown) connected to the outside, information stored in the memory cell 50B can be read.

【0046】ここで、センス電圧とは、上記しきい値電
圧VTHの2種類の値のV1,V2の間の中間的な電圧で
ある。したがって、このセンス電圧を印加すると、ON
O膜にエレクトロンが蓄積されているか否かで、ソース
−ドレイン間の導通/非導通が決定される。なお、読み
出し時において、読出電圧7Vを印加するビットライン
を図7に示す矢印W方向に順次変更していけば、ワード
ライン毎にシリアルな読み出しが行える。
Here, the sense voltage is an intermediate voltage between two values V1 and V2 of the threshold voltage VTH . Therefore, when this sense voltage is applied,
The conduction / non-conduction between the source and the drain is determined by whether or not electrons are accumulated in the O film. At the time of reading, if the bit lines to which the reading voltage 7V is applied are sequentially changed in the direction of arrow W shown in FIG. 7, serial reading can be performed for each word line.

【0047】図8は情報の書き込み時におけるメモリト
ランジスタの動作原理を説明する図、図9は情報の消去
時におけるメモリトランジスタの動作原理を説明する
図、図10は情報の読み出し時におけるメモリトランジ
スタの動作原理を説明する図である。ここで、メモリト
ランジスタの情報の書き込み、消去および読み出しの動
作原理を説明する。 <書き込み>情報の書き込み時において、図8(a)の
如く、シリコン基板20を接地電位0Vとしておき、メ
モリトランジスタ21A,21Bのゲート電極26に高
電圧15Vを印加し、メモリトランジスタ21A,21
Bのソース領域23とドレイン領域24との共有部に書
込禁止電圧7Vを印加し、メモリトランジスタ21Aの
ソース領域23およびメモリトランジスタ21Bのドレ
イン領域24を接地電位0Vとすると、メモリトランジ
スタ21A,21Bのゲート電極26、ONO膜25の
下部を除くチャネル領域は、常にオフセット領域OSと
なる。一方、メモリトランジスタ21A,21Bのゲー
ト電極26−シリコン基板20間のFN電流が生じると
ともに、オフセット領域OSを除くチャネル領域全体に
エレクトロンが注入される。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operating principle of the memory transistor when writing information, FIG. 9 is a diagram for explaining the operating principle of the memory transistor when erasing information, and FIG. It is a figure explaining an operation principle. Here, the operating principle of writing, erasing, and reading of information of the memory transistor will be described. <Writing> At the time of writing information, as shown in FIG. 8A, the silicon substrate 20 is set to the ground potential 0 V, a high voltage 15 V is applied to the gate electrodes 26 of the memory transistors 21A and 21B, and the memory transistors 21A and 21
Assuming that a write inhibit voltage of 7 V is applied to a shared portion between the source region 23 and the drain region 24 of B, and the source region 23 of the memory transistor 21A and the drain region 24 of the memory transistor 21B are set to the ground potential of 0 V, the memory transistors 21A and 21B The gate region except for the gate electrode 26 and the lower portion of the ONO film 25 is always an offset region OS. On the other hand, an FN current is generated between the gate electrodes 26 of the memory transistors 21A and 21B and the silicon substrate 20, and electrons are injected into the entire channel region excluding the offset region OS.

【0048】このとき、書込禁止電圧7Vが印加されて
いるメモリトランジスタ21Bのソース領域23におい
ては、ソース領域23のPN接合部の空乏層60が、オ
フセット領域OSの境界まで拡がらないので、図8
(b)の如く、エレクトロンがFN電流によりONO膜
25に注入される。そのため、メモリトランジスタ21
Bのドレイン領域24側からオフセット領域OSの境界
までチャネル(図中斜線示)が形成される。
At this time, in the source region 23 of the memory transistor 21B to which the write inhibit voltage 7V is applied, the depletion layer 60 at the PN junction of the source region 23 does not spread to the boundary of the offset region OS. FIG.
As shown in (b), electrons are injected into the ONO film 25 by the FN current. Therefore, the memory transistor 21
A channel (shaded in the figure) is formed from the drain region 24 side of B to the boundary of the offset region OS.

【0049】一方、書込禁止電圧7Vが印加されている
メモリトランジスタ21Aのドレイン領域24において
は、図8(a)の如く、ドレイン領域24のPN接合部
の空乏層60が、オフセット領域OSの境界まで拡がる
ので、この空乏層60がエレクトロンを遮断し、図8
(b)の如く、ONO膜25に注入されない。そのた
め、メモリトランジスタ21Aのドレイン領域24側か
らオフセット領域OSの境界までチャネルが形成されな
い。
On the other hand, in the drain region 24 of the memory transistor 21A to which the write inhibit voltage 7V is applied, as shown in FIG. 8A, the depletion layer 60 at the PN junction of the drain region 24 is Since the depletion layer 60 spreads to the boundary, the depletion layer 60 blocks electrons, and FIG.
As shown in (b), it is not injected into the ONO film 25. Therefore, no channel is formed from the drain region 24 side of the memory transistor 21A to the boundary of the offset region OS.

【0050】このように、情報の書き込みにおいて、O
NO膜25に対して全体的な書き込みが可能となるか
ら、ONO膜(トンネル酸化膜)の劣化を防止でき、書
換回数を増加させることができる。 <消去>情報の消去時において、図9(a)の如く、メ
モリトランジスタ21A,21Bのソース領域23、ド
レイン領域24を開放(OPEN)状態とし、ゲート電極26
を接地電位0Vとし、シリコン基板20に対して高電圧
15Vを印加すると、メモリトランジスタ21A,21
Bのゲート電極26−シリコン基板20間に、書き込み
時とは逆のバイアスがかかり、FN電流が発生するとと
もに、オフセット領域OSを除くチャネル領域全体にホ
ールが発生する。そして、このFN電流により、図9
(b)の如く、ホールがメモリトランジスタ21A,2
1BのONO膜25に注入され、ONO膜25に蓄積さ
れているエレクトロンが電気的に中和される。実際に
は、逆バイアスにより、ONO膜25中のエレクトロン
が引き抜かれ、さらにバイアスを大きくすると、基板2
0からホールがFN注入される。
As described above, in writing information, O
Since the entire writing can be performed on the NO film 25, deterioration of the ONO film (tunnel oxide film) can be prevented, and the number of times of rewriting can be increased. <Erasing> At the time of erasing information, as shown in FIG. 9A, the source region 23 and the drain region 24 of the memory transistors 21A and 21B are opened (OPEN), and the gate electrode 26 is opened.
Is set to the ground potential of 0 V, and a high voltage of 15 V is applied to the silicon substrate 20, the memory transistors 21A, 21
A bias is applied between the gate electrode 26 of B and the silicon substrate 20 in a direction opposite to that at the time of writing, an FN current is generated, and holes are generated in the entire channel region excluding the offset region OS. Then, by this FN current, FIG.
As shown in (b), the holes are formed in the memory transistors 21A and 2A.
The electrons injected into the 1B ONO film 25 and accumulated in the ONO film 25 are electrically neutralized. Actually, electrons in the ONO film 25 are extracted by the reverse bias, and when the bias is further increased, the substrate 2
From 0, holes are injected by FN.

【0051】このとき、エレクトロンは全体書き込みに
よってONO膜25に全体的に蓄積されており、1つの
ONO膜25に書込領域と非書込領域とが混在すること
がないので、ホールが全体的にONO膜25に注入され
ても過剰消去は起こらない。よって、パンチスルー耐圧
が低下することはない。そのため、消費電力が低くでき
る。 <読み出し>情報の読み出し時において、図10(a)
の如く、シリコン基板20を接地電位0Vとしておき、
読み出しを行うメモリトランジスタ21A,21Bのゲ
ート電極26に対してセンス電圧3Vを印加し、メモリ
トランジスタ21A,21Bのソース領域23とドレイ
ン領域24との共有部に読出電圧10Vを印加し、メモ
リトランジスタ21Aのソース領域23およびメモリト
ランジスタ21Bのドレイン領域24を接地電位0Vと
すると、メモリトランジスタ21Bのソース領域23の
PN接合部の空乏層60が、オフセット領域OSの境界
まで拡がる。
At this time, the electrons are entirely accumulated in the ONO film 25 by the whole writing, and the writing region and the non-writing region are not mixed in one ONO film 25. Over-erasing does not occur even if it is injected into the ONO film 25 in the first step. Therefore, the punch-through breakdown voltage does not decrease. Therefore, power consumption can be reduced. <Reading> FIG.
As described above, the silicon substrate 20 is set to the ground potential 0 V,
A sense voltage of 3 V is applied to the gate electrodes 26 of the memory transistors 21A and 21B for reading, and a read voltage of 10 V is applied to a shared portion between the source region 23 and the drain region 24 of the memory transistors 21A and 21B. Assuming that the source region 23 and the drain region 24 of the memory transistor 21B have a ground potential of 0 V, the depletion layer 60 at the PN junction of the source region 23 of the memory transistor 21B extends to the boundary of the offset region OS.

【0052】このとき、メモリトランジスタ21BのO
NO膜25にエレクトロンが蓄積されている場合には、
空乏層60がドレイン領域24からオフセット領域OS
まで形成されているチャネル(図中斜線示)に接続し、
図10(b)の如く、チャネル領域22全体にチャネル
CHが形成され、ソース領域23−ドレイン領域24間
が導通する。
At this time, the O of the memory transistor 21B is
When electrons are accumulated in the NO film 25,
The depletion layer 60 extends from the drain region 24 to the offset region OS
Connected to the channel (shaded in the figure)
As shown in FIG. 10B, a channel CH is formed in the entire channel region 22, and conduction between the source region 23 and the drain region 24 is established.

【0053】一方、メモリトランジスタ21BのONO
膜25にエレクトロンが蓄積されていない場合には、ド
レイン領域24からオフセット領域OSまでチャネルが
形成されていないので、ソース領域23−ドレイン領域
24間は導通しない。ところで、列方向のメモリトラン
ジスタを素子分離しているフィールド酸化膜30のソー
ス領域23側の端面が、図11(a)のように、上記オ
フセット領域OSの途中部までしか延ばされない状態で
レイアウトされていると、図11(b)のように、フィ
ールド酸化膜30とゲート電極26との境界部における
オフセット長さr2 は、実際のオフセット長さr1 より
も短くなってしまう。このため、情報の書き込み時にお
いて、ソース領域23に書込禁止電圧が印加されると、
オフセット長さr2 と短くなっているフィールド酸化膜
30とゲート電極26との境界部においては、ソース領
域23の空乏層がゲート電極26まで達してしまい、ソ
ース領域23−ドレイン領域24間が導通する。そのた
め、エレクトロンの注入が遮断され、書き込みが行われ
ない恐れがある。
On the other hand, the ONO of the memory transistor 21B
When electrons are not accumulated in the film 25, a channel is not formed from the drain region 24 to the offset region OS, so that no conduction is made between the source region 23 and the drain region 24. By the way, as shown in FIG. 11A, the layout is such that the end surface on the source region 23 side of the field oxide film 30 that isolates the memory transistor in the column direction extends only to the middle of the offset region OS. When is, as shown in FIG. 11 (b), the offset length r 2 at the boundary between the field oxide film 30 and the gate electrode 26, becomes shorter than the actual offset length r 1. For this reason, at the time of writing information, if a write inhibit voltage is applied to the source region 23,
In the boundary portion between the field oxide film 30 and the gate electrode 26 is shorter offset length r 2, it will reach the depletion layer of the source region 23 to the gate electrode 26, conduction between the source region 23-the drain region 24 I do. Therefore, injection of electrons may be cut off, and writing may not be performed.

【0054】これに対処するため、本実施例において
は、図4に示すように、フィールド酸化膜30のソース
領域23側の端面を、オフセット領域OS上を完全に通
過させてソース領域23まで延設してレイアウトしてい
るので、フィールド酸化膜30とゲート電極26との境
界部におけるオフセット長さは実際のオフセット長さと
同距離となる。そのため、フィールド酸化膜30とゲー
ト電極26との境界部において、ソース領域23の空乏
層がゲート電極26まで達することがなくなり、ソース
領域23−ドレイン領域24間が導通することはない。
よって、選択されたメモリトランジスタにあっては確実
に情報の書き込みが行われる。
To cope with this, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the end surface of the field oxide film 30 on the source region 23 side extends to the source region 23 by completely passing over the offset region OS. In this case, the offset length at the boundary between the field oxide film 30 and the gate electrode 26 is equal to the actual offset length. Therefore, at the boundary between the field oxide film 30 and the gate electrode 26, the depletion layer of the source region 23 does not reach the gate electrode 26, and conduction between the source region 23 and the drain region 24 does not occur.
Therefore, writing of information is reliably performed in the selected memory transistor.

【0055】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で多くの変更または修正
を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施例にお
いて、全てのワードラインを接地電位とし、全てのビッ
トラインを開放状態としておき、基板に対して高電圧を
印加すれば、全てのメモリトランジスタに逆バイアスが
かかるため、記憶されている情報を一括消去することが
できる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many changes or modifications can be made within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, if all the word lines are set to the ground potential and all the bit lines are left open and a high voltage is applied to the substrate, all the memory transistors are reverse-biased, so that the data is stored. Information can be erased all at once.

【0056】また、本発明を、ゲート絶縁膜で電荷を蓄
積するタイプの不揮発性メモリに適用した場合について
記載したが、ゲート絶縁膜をトンネル酸化膜のみで構成
し、電荷をフローティングゲートで蓄積するタイプの不
揮発性メモリに適用しても、同様の効果を得ることがで
きる。
[0056] Further, the present invention has been described when applied to a non-volatile memory of the type that store charge in a gate insulating film, a gate insulating film constituted of only the tunnel oxide film, floating gate charge The same effect can be obtained even if the present invention is applied to a non-volatile memory of the type that stores data.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、請求項1
ないしの発明によれば、さらなる高集積化を図りつ
つ、書換回数を向上させるとともに、消費電力を低くす
ることができる。また、フィールド酸化膜のソース領域
側の端面を、予め定めるオフセット領域上を完全に通過
させてソース領域まで延設してレイアウトしているの
で、フィールド酸化膜とゲート電極との境界部における
オフセット長さは実際のオフセット長さと同距離とな
る。そのため、フィールド酸化膜とゲート電極との境界
部において、書き込み時にソース領域の空乏層がゲート
電極まで達することがなくなり、ソース領域−ドレイン
領域間が導通することがなく、確実に情報の書き込みが
行われる。
As is apparent from the above description, claim 1
To by the invention of the 5 lever, while achieving higher integration, thereby improving the number of times of rewriting, it is possible to lower the power consumption. In addition, since the end surface of the field oxide film on the source region side is completely extended over the predetermined offset region and extended to the source region, the offset length at the boundary between the field oxide film and the gate electrode is set. The distance is the same as the actual offset length. Therefore, at the boundary between the field oxide film and the gate electrode, the depletion layer of the source region does not reach the gate electrode at the time of writing, and conduction between the source region and the drain region does not occur. Will be

【0058】請求項3または4の駆動方法では、消去時
に、記憶されている情報をワードライン毎に分割消去す
ることができる。請求項5の駆動方法では、消去時に、
記憶されている情報を一括消去することができる。
According to the driving method of the third or fourth aspect , at the time of erasing, stored information can be divided and erased for each word line. According to the driving method of claim 5 , at the time of erasing,
The stored information can be erased collectively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る不揮発性メモリの平面
図である。
FIG. 1 is a plan view of a nonvolatile memory according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1のX−X断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図3】図1のY−Y断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line YY of FIG. 1;

【図4】フィールド酸化膜のレイアウトを示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a layout of a field oxide film.

【図5】不揮発性メモリの製造方法を工程順に示す断面
図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory in the order of steps.

【図6】図5のつづきのの製造方法を工程順に示す断面
図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a manufacturing method following FIG. 5 in the order of steps;

【図7】不揮発性メモリの等価回路図である。FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile memory.

【図8】情報の書き込み時におけるメモリトランジスタ
の動作原理を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an operation principle of a memory transistor at the time of writing information.

【図9】情報の消去時におけるメモリトランジスタの動
作原理を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an operation principle of a memory transistor when erasing information.

【図10】情報の読み出し時におけるメモリトランジス
タの動作原理を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation principle of a memory transistor when reading information.

【図11】図11(a)はフィールド酸化膜がオフセッ
ト領域の途中部までしか延ばされずにレイアウトされて
いる状態を示す図、図11(b)は図11(a)のZ部
拡大図である。
11A is a diagram showing a state in which the field oxide film is laid out so as to extend only to an intermediate portion of the offset region, and FIG. 11B is an enlarged view of a portion Z in FIG. 11A. is there.

【図12】従来の2トランジスタ/1セル構造を有する
メモリセルの等価回路図である。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a conventional memory cell having a two-transistor / 1-cell structure.

【図13】従来のスプリットゲート型トランジスタを有
するメモリセルの等価回路図である。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a memory cell having a conventional split gate transistor.

【図14】従来の1トランジスタ/1セル構造を有する
メモリセルを利用した不揮発性メモリの等価回路図であ
る。
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of a conventional nonvolatile memory using a memory cell having a one-transistor / one-cell structure.

【図15】従来の1トランジスタ/1セル構造を有する
メモリセルを仮想グランドアレイ状に配列形成した不揮
発性メモリの等価回路図である。
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of a conventional nonvolatile memory in which memory cells having a one-transistor / 1-cell structure are arranged in a virtual ground array.

【図16】図15のメモリトランジスタの動作原理を示
しており、同図(a)は情報の書き込み動作を示す図、
同図(b)は情報の消去動作を示す図である。
16A and 16B show the operation principle of the memory transistor shown in FIG. 15, and FIG. 16A shows a data writing operation;
FIG. 3B is a diagram showing an information erasing operation.

【図17】過剰消去状態を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an over-erased state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 シリコン基板 21A,21B,21C,21D メモリトランジスタ 22 チャネル領域 23 ソース領域 24 ドレイン領域 25 ONO膜 26 ゲート電極 30 フィールド酸化膜 50A,50B,50C,50D メモリセル WL1,WL2 ワードライン BL1,BL2,BL3 ビットライン Reference Signs List 20 silicon substrate 21A, 21B, 21C, 21D memory transistor 22 channel region 23 source region 24 drain region 25 ONO film 26 gate electrode 30 field oxide film 50A, 50B, 50C, 50D memory cell WL1, WL2 word line BL1, BL2, BL3 Bit line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−155574(JP,A) 特開 平4−230079(JP,A) 特開 平1−152673(JP,A) 特開 昭60−182174(JP,A) 特開 昭48−15434(JP,A) 特開 昭56−155574(JP,A) 特開 昭52−26129(JP,A) 特開 昭53−148256(JP,A) 特開 昭55−48973(JP,A) 特開 昭64−39070(JP,A) 特開 昭64−53464(JP,A) 特開 平4−91471(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/115 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-56-155574 (JP, A) JP-A-4-230079 (JP, A) JP-A-1-1522673 (JP, A) JP-A-60-1985 182174 (JP, A) JP-A-48-15434 (JP, A) JP-A-56-155574 (JP, A) JP-A-52-26129 (JP, A) JP-A-53-148256 (JP, A) JP-A-55-48973 (JP, A) JP-A-64-39070 (JP, A) JP-A-64-53464 (JP, A) JP-A-4-91471 (JP, A) (58) (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/115 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】チャネル領域ならびに、そのチャネル領域
を挟んでソース領域およびドレイン領域が形成された半
導体基板と、該半導体基板上の、ソース領域と隣接する
予め定めるオフセット領域を除くチャネル領域上に形成
されたゲート絶縁膜と、前記オフセット領域を除くチャ
ネル領域上に、前記ゲート絶縁膜を介して設けられ、ワ
ードラインに接続されるゲート電極とを備え、前記ゲー
ト絶縁膜に電荷を蓄積することで情報の記憶を行うとと
もに、前記ソース領域に電圧を印加することによって当
該ソース領域と前記オフセット領域を除くチャネル領域
とが導通可能な状態となる不揮発性記憶素子を有し、 前記不揮発性記憶素子は、同一の半導体基板上に、行方
向に隣接する不揮発性記憶素子のソース領域とドレイン
領域とを共有させるかたちで、マトリクス状に配列形成
され、 行方向に配列形成された不揮発性記憶素子の前記ゲート
電極に、ワードラインがそれぞれ接続され、 前記ソース領域とドレイン領域との共有部を含む、列方
向に配列形成された不揮発性記憶素子のソース領域およ
びドレイン領域に、ワードラインに対して絶縁状態でビ
ットラインがそれぞれ接続され、 列方向に配列形成された不揮発性記憶素子同士が、当該
不揮発性記憶素子のゲート電極間にフィールド酸化膜を
介在させることによって、素子分離されており、 前記フィールド酸化膜のソース領域側端面は、前記オフ
セット領域上を完全に通過させてソース領域まで延設さ
れていることを特徴とする不揮発性記憶装置。
1. A semiconductor substrate having a channel region, a source region and a drain region formed with the channel region interposed therebetween, and a semiconductor substrate formed on the channel region excluding a predetermined offset region adjacent to the source region on the semiconductor substrate. a gate insulating film, the channel region except for the offset region, provided via the gate insulating film, Wa
And a gate electrode connected to Dorain, when the storage of information by storing charges in the gate <br/> gate insulating film DOO
In particular, by applying a voltage to the source region,
A channel region excluding the source region and the offset region
And a non-volatile memory element in a state in which the non-volatile memory element is in a conductive state, and the non-volatile memory element shares a source region and a drain region of the non-volatile memory element adjacent in the row direction on the same semiconductor substrate. in, are arranged in a matrix, the gate electrode of the nonvolatile memory elements arranged formed in the row direction, word lines are connected respectively, including shared portion between the source region and the drain region, arranged in the column direction A bit line is connected to the source region and the drain region of the formed nonvolatile memory element in a state of being insulated from the word line, and the nonvolatile memory elements arranged and formed in the column direction are connected to each other. The device is isolated by interposing a field oxide film between the gate electrodes, and the end surface of the field oxide film on the source region side is Off
A non-volatile storage device, wherein the non-volatile storage device extends completely to a source region by completely passing over a set region.
【請求項2】前記不揮発性素子に代えて、チャネル領域2. A channel region instead of the nonvolatile element.
ならびに、そのチャネル領域を挟んでソース領域およびAnd a source region and a channel region therebetween.
ドレイン領域が形成された半導体基板と、該半導体基板A semiconductor substrate having a drain region formed thereon, and the semiconductor substrate
上の、ソース領域と隣接する予め定めるオフセット領域Upper, predetermined offset area adjacent to the source area
を除くチャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前Gate insulating film formed on the channel region excluding
記オフセット領域を除くチャネル領域上に、前記ゲートThe gate is located on the channel region excluding the offset region.
絶縁膜を介して設けられ、ワードラインに接続されるゲA gate provided through an insulating film and connected to a word line
ート電極と、フローテPlate electrode and float plate ィングゲートとを備え、前記フロAnd a floating gate.
ーティングゲートに電荷を蓄積することで情報の記憶をStorage of information by storing charge in
行うとともに、前記ソース領域に電圧を印加することにAnd applying a voltage to the source region.
よって当該ソース領域と前記オフセット領域を除くチャTherefore, the channel excluding the source region and the offset region
ネル領域とが導通可能な状態となる不揮発性記憶素子がNon-volatile memory element that can conduct to the tunnel region
備えられていることを特徴とする請求項1記載の不揮発The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the nonvolatile memory is provided.
性記憶装置。Sex storage device.
【請求項3】チャネル領域ならびに、そのチャネル領域
を挟んでソース領域およびドレイン領域が形成された半
導体基板と、該半導体基板上の、ソース領域と隣接する
予め定める領域を除くチャネル領域上に形成されたゲー
ト絶縁膜と、前記予め定める領域を除くチャネル領域上
に、前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と
を備え、ゲート絶縁膜に電荷を蓄積することで情報の記
憶を行う不揮発性記憶素子が、同一の半導体基板上に、
行方向に隣接する不揮発性記憶素子のソース領域とドレ
イン領域とを共有させるかたちで、マトリクス状に配列
形成され、行方向に配列形成された不揮発性記憶素子の
ゲート電極に、ワードラインがそれぞれ接続され、前記
ソース領域とドレイン領域との共有部を含む、列方向に
配列形成された不揮発性記憶素子のソース領域およびド
レイン領域に、ワードラインに対して絶縁状態でビット
ラインがそれぞれ接続され、列方向に配列形成された不
揮発性記憶素子同士が、当該不揮発性記憶素子のゲート
電極間にフィールド酸化膜を介在させることによって、
素子分離されており、前記フィールド酸化膜のソース領
域側端面が、前記予め定める領域上を完全に通過させて
ソース領域まで延設されている、不揮発性記憶装置を駆
動させるための方法であって、 情報の書き込み時に、基板を接地電位としておき、書き
込みを行う不揮発性記憶素子のゲート電極に接続されて
いるワードラインに対してのみ高電圧を印加し、書き込
みを行う不揮発性記憶素子を選択するため、当該不揮発
性記憶素子のドレイン領域に接続されているビットライ
ンを接地電位とし、他のビットラインに対して書込禁止
電圧を印加し、 情報の消去時に、記憶されている情報をワードライン毎
に分割消去するため、全てのビットラインを開放状態と
し、消去を行う不揮発性記憶素子に接続されているワー
ドラインを接地電位とし、基板および他のワードライン
に対して高電圧を印加し、 情報の読み出し時に、基板を接地電位としておき、読み
出しを行う不揮発性記憶素子のゲート電極に接続されて
いるワードラインに対してセンス電圧を印加し、読み出
しを行う不揮発性記憶素子を選択するため、当該不揮発
記憶素子のソース領域に接続されているビットライン
に対して読出電圧を印加し、他のワードラインおよびビ
ットラインを接地電位とすることを特徴とする不揮発性
記憶装置の駆動方法。
3. A channel region and the channel region.
With the source and drain regions formed
A conductive substrate, on the semiconductor substrate, adjacent to the source region;
The game formed on the channel region excluding the predetermined region
The gate insulating film and the channel region excluding the predetermined region.
A gate electrode provided via the gate insulating film;
Information storage by accumulating charge in the gate insulating film.
The non-volatile memory element that performs storage is on the same semiconductor substrate,
The source region and drain of the nonvolatile memory element adjacent in the row direction
Arranged in a matrix in such a way as to share the
Of the non-volatile memory elements formed and arranged in the row direction.
Word lines are connected to the gate electrodes, respectively,
In the column direction, including the shared part of the source and drain regions
The source region and the source of the arrayed nonvolatile memory element
Bits in the rain area, insulated from word lines
Lines are connected to each other and
The volatile storage elements are connected to the gate of the nonvolatile storage element.
By interposing a field oxide film between the electrodes,
The device is isolated and the source region of the field oxide film is
The area side end face completely passes over the predetermined area
A method for driving a nonvolatile memory device extending to a source region , wherein a substrate is set to a ground potential at the time of writing information and is connected to a gate electrode of a nonvolatile memory element to be written. In order to apply a high voltage only to the word line and select a nonvolatile memory element for writing, the bit line connected to the drain region of the nonvolatile memory element is set to the ground potential, and In order to erase the stored information by dividing it for each word line at the time of erasing the information, all the bit lines are opened and connected to the nonvolatile storage element for erasing. The word line is set to the ground potential, a high voltage is applied to the substrate and other word lines, and when reading information, the substrate is set to the ground potential and read. Out a sense voltage is applied to the word line connected to the gate electrode of the nonvolatile memory element which performs, for selecting the nonvolatile memory element to be read, is connected to the source region of the nonvolatile memory element A read voltage is applied to a given bit line, and other word lines and bit lines are set to a ground potential.
【請求項4】前記不揮発性記憶装置が、前記不揮発性素4. The non-volatile memory device according to claim 1, wherein
子に代えて、チャネル領域ならびに、そのチャネル領域In place of the child, a channel region and its channel region
を挟んでソース領域およびドレイン領域が形成された半With the source and drain regions formed
導体基板と、該半導体基板上の、ソース領域と隣接するA conductive substrate, on the semiconductor substrate, adjacent to the source region;
予め定める領域を除くチャネル領域上に形成されたゲーThe game formed on the channel region excluding the predetermined region
ト絶縁膜と、前記予め定める領域を除くチャネル領域上The gate insulating film and the channel region excluding the predetermined region.
に、前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極A gate electrode provided via the gate insulating film
と、フローティングゲートとを備え、前記フローティンAnd a floating gate.
グゲートに電荷を蓄積することで情報の記憶を行う不揮Non-volatile storage of information by accumulating charge in the gate
発性記憶素子を備えているものであることを特徴とするCharacterized by having a volatile memory element
請求項3記載の不揮発性記憶装置の駆動方法。The method for driving a nonvolatile memory device according to claim 3.
【請求項5】請求項3または4記載の不揮発性記憶装置
の駆動方法において、上記分割消去に代えて、記憶され
ている情報を一括消去するため、全てのワードラインを
接地電位とし、全てのビットラインを開放状態としてお
き、基板に対して高電圧を印加することを特徴とする不
揮発性記憶装置の駆動方法。
5. A method for driving a nonvolatile memory device according to claim 3 , wherein all word lines are set to the ground potential and all the word lines are set to the ground potential in order to collectively erase stored information instead of the divided erasure. A method for driving a nonvolatile memory device, wherein a bit line is left open and a high voltage is applied to a substrate.
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