JP3146528B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP3146528B2
JP3146528B2 JP18600391A JP18600391A JP3146528B2 JP 3146528 B2 JP3146528 B2 JP 3146528B2 JP 18600391 A JP18600391 A JP 18600391A JP 18600391 A JP18600391 A JP 18600391A JP 3146528 B2 JP3146528 B2 JP 3146528B2
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昌司 小山
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はメモリトランジスタに記
憶されたデータを電気的に消去して新たなデータを書込
むことができる電気的消去可能型PROM(以下、EE
PROMという)等の不揮発性半導体記憶装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically erasable PROM (hereinafter referred to as EE) capable of electrically erasing data stored in a memory transistor and writing new data.
Non-volatile semiconductor storage device such as PROM).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から電源を切っても書込まれたデー
タが消失しない不揮発性半導体記憶装置が種々研究開発
されている。そして、近年、その中でEEPROMの開
発が急速に進み、各種の製品が実用化されている。EE
PROMには種々の構造のものがあり、近時、メモリ用
トランジスタを直列に接続して構成されたものが提案さ
れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, various researches and developments have been made on nonvolatile semiconductor memory devices in which written data is not lost even when the power is turned off. In recent years, the development of the EEPROM has rapidly progressed, and various products have been put to practical use. EE
There are various types of PROMs, and recently, a configuration in which memory transistors are connected in series has been proposed.

【0003】図21はこのような不揮発性半導体記憶装
置の一例の回路図である。符号Sij(i=1,2、j=
1〜4)は選択トランジスタを、符号Mi,j (i=1,
2、j=1〜6)はメモリトランジスタを示す。メモリ
用トランジスタの制御ゲート電極は各行毎にワード線X
i (i=1〜6)に接続されている。また選択トランジ
スタのうちビット線に接続されている第1選択トランジ
スタ群(図中のS11,S21,S13,S23)のゲート電極
はそれぞれ第1の選択線Z1 ,Z3 に他の第2選択トラ
ンジスタ群S12,S22,S14,S24をそれぞれ第2の選
択線Z2 ,Z4 に接続されている。更に第1選択トラン
ジスタと3つのメモリ用トランジスタと第2選択用トラ
ンジスタは対をなしビット線Y1 ,Y2 とソース線Sと
の間に直列に接続されている。ビット線Y1 ,Y2 は選
択用トランジスタのドレイン電極を各列ごとに接続して
いる。 図18はこの記憶装置のビット線からソース線
までの対となっているトランジスタ群の平面図であり、
図22は図18のA−A線断面図である。
FIG. 21 is a circuit diagram of an example of such a nonvolatile semiconductor memory device. The code S ij (i = 1, 2, j =
1 to 4) represent selection transistors with reference symbols Mi , j (i = 1, 2).
2, j = 1 to 6) indicate memory transistors. The control gate electrode of the memory transistor is a word line X for each row.
i (i = 1 to 6). The gate electrodes of the first selection transistor group (S 11 , S 21 , S 13 , S 23 in the figure) connected to the bit line among the selection transistors are connected to the first selection lines Z 1 and Z 3 , respectively. Of the second selection transistors S 12 , S 22 , S 14 and S 24 are connected to second selection lines Z 2 and Z 4 , respectively. Further, the first selection transistor, the three memory transistors, and the second selection transistor form a pair and are connected in series between the bit lines Y 1 and Y 2 and the source line S. The bit lines Y 1 and Y 2 connect the drain electrodes of the selection transistors for each column. FIG. 18 is a plan view of a transistor group forming a pair from a bit line to a source line of the storage device.
FIG. 22 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【0004】ここで21は半導体基板、22aは第1選
択トランジスタのドレイン領域、22bは第2選択トラ
ンジスタのソース領域、22cは各トランジスタを直列
に接続する不純物拡散層領域、32は第1,第2選択ト
ランジスタゲート絶縁膜、23はメモリ用トランジスタ
の第1のゲート絶縁膜、25はメモリ用トランジスタの
第2のゲート絶縁膜、24は浮遊ゲート電極、30は制
御ゲート電極、28は選択トランジスタのゲート電極、
29は層間絶縁膜、30はコンタクト孔、32はビット
線金属配線である。この装置の構造的特色はメモリ用ト
ランジスタの第1のゲート絶縁膜が例えば9nmと薄く
浮遊ゲート電極−基板及び浮遊ゲート電極−ソース・ド
レイン電極間のトンネリングが容易におきることであ
る。又この装置はこの動作原理を利用し電気的書込消去
を行う。
Here, 21 is a semiconductor substrate, 22a is a drain region of a first selection transistor, 22b is a source region of a second selection transistor, 22c is an impurity diffusion layer region connecting each transistor in series, and 32 is a first and a first. 2 selection transistor gate insulating film, 23 is a first gate insulating film of a memory transistor, 25 is a second gate insulating film of a memory transistor, 24 is a floating gate electrode, 30 is a control gate electrode, and 28 is a select gate electrode. Gate electrode,
29 is an interlayer insulating film, 30 is a contact hole, and 32 is a bit line metal wiring. A structural feature of this device is that the first gate insulating film of the memory transistor is as thin as 9 nm, for example, so that tunneling between the floating gate electrode-substrate and the floating gate electrode-source / drain electrode can easily occur. Also, this device performs electrical writing and erasing using this operation principle.

【0005】この不揮発性半導体の動作原理を最初に図
21のS11,M1,1 ,M1,2 ,M1,3 ,S12の直列トラ
ンジスタ群でNチャンネルトランジスタを例にして説明
する。この場合のデータ消去,書込み及び読み出しの各
モードにおけるビット線、第1,第2の選択線及びワー
ド線の電位を図24に示す。但し図中数値の単位はいず
れもボルト(V)である。
The principle of operation of this non-volatile semiconductor will be described first with reference to an example of an N-channel transistor as a series transistor group of S 11 , M 1,1 , M 1,2 , M 1,3 and S 12 in FIG. . FIG. 24 shows the potentials of the bit lines, the first and second selection lines, and the word lines in the data erasing, writing, and reading modes in this case. However, the unit of numerical values in the figure is volt (V).

【0006】なおここでデータの消去は浮遊ゲート電極
へ電子を注入する状態を、またデータの書込は浮遊ゲー
ト電極から電子を放出する状態のことをいう。データを
消去する場合はワード線X1 ,X2 及びX3 を正電位側
としビット線Y1 、及びソース線Sを接地電位側として
高電圧(例えば17V)を印加する。第1の選択線
1 、第2の選択線Z2 には5Vが印加されているため
この状態でチャンネル及びソース・ドレイン電極の電位
は0Vに固定され、各メモリ用トランジスタM1,1,M
1,2 ,M1,3 の第1のゲート絶縁膜23中の電界が強く
なり、ファウラ−ノードハイム型のトンネル現象(以
下、F−Nトンネル現象という)が起こり半導体基板及
び不純物拡散層22cから第1のゲート絶縁膜24を介
して浮遊ゲート電極24に電子が注入される。この結果
各メモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M1,3 のしき
い値電圧が上昇する。この状態が、データが消去された
状態である。この消去モードにおいては、メモリ用トラ
ンジスタの選択性はないため、全メモリに記憶されてい
たデータが同時に消去される。一方メモリ用トランジス
タM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 にデータを書込むときに
は、ビット線Y1 と、書込みをすべきメモリ用トランジ
スタM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 よりもビット線側に接
続されているメモリ用トランジスタのワード線X1 ,X
2 又はX3 とを高電位(例えば20V)にすると共に、
書込むべきメモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M
1,3 及びそれよりソース線側に接続されているメモリ用
トランジスタのワード線X1 ,X2 ,又はX3 を接地電
位にする。そうすると書込みメモリ用トランジスタの第
1のゲート絶縁膜23中の電界が強くなり、F−N電子
トンネル現象により、浮遊ゲート電極24から不純物拡
散層22cに向けて電子が放出される。このとき制御ゲ
ート電極30とドレイン電極に高電圧が印加されたメモ
リ用トランジスタはトランスファートランジスタとして
のみ働く。また、このバイアス状態のメモリ用トランジ
スタの第1のゲート絶縁膜23の電界は小さくなりF−
N電子トンネル現象を起こさない。さらに書込メモリト
ランジスタよりもソース側に接続されたメモリ用トラン
ジスタでは制御ゲート27の電位は接地電位になるが、
ドレイン電極電位が書込メモリ用トランジスタによりカ
ットオフされるため高くならず、その結果第1のゲート
絶縁膜中の電界が小さくなりF−N電子トンネル現象を
起こさない。これによりメモリ用トランジスタへの選択
書込みが達成される。書込みを行うべきメモリ用トラン
ジスタが複数の場合は、1個の選択トランジスタS11
接続されている複数個のメモリ用トランジスタに対し上
述の方法で順次ソース側のメモリトランジスタより書込
みを行う。これはメモリ用トランジスタ書込み中の電界
ストレスによる既書込データの保護、すなわち閾値変動
の防止のためである。なおこのデータ書込み時には第2
選択トランジスタのゲート電極に接続されている第2の
選択線Z2 は0Vに保持する必要がある。これは、メモ
リ用トランジスタの制御ゲート電極電位が0Vでも既書
込メモリトランジスタの場合チャンネル電流が流れてし
まうことからこのチャンネル電流を遮断するためであ
る。
Here, erasing data means a state in which electrons are injected into the floating gate electrode, and writing data means a state in which electrons are emitted from the floating gate electrode. When erasing data, a high voltage (for example, 17 V) is applied by setting the word lines X 1 , X 2 and X 3 to the positive potential side and the bit line Y 1 and the source line S to the ground potential side. Since 5 V is applied to the first selection line Z 1 and the second selection line Z 2 , the potentials of the channel and the source / drain electrodes are fixed to 0 V in this state, and the memory transistors M 1,1,. M
The electric field in the first gate insulating film 23 of 1,2 , M 1,3 becomes strong, and a Fowler-Nordheim tunnel phenomenon (hereinafter, referred to as FN tunnel phenomenon) occurs, and the semiconductor substrate and the impurity diffusion layer 22c. Then, electrons are injected into the floating gate electrode 24 through the first gate insulating film 24. As a result, the threshold voltage of each memory transistor M 1,1 , M 1,2 , M 1,3 increases. This state is the state where the data has been erased. In this erase mode, there is no selectivity of the memory transistor, so that data stored in all memories is erased at the same time. On the other hand, when writing data to the memory transistors M 1,1 , M 1,2 or M 1,3 , the bit line Y 1 and the memory transistors M 1,1 , M 1,2 to be written, or The word lines X 1 , X 1 of the memory transistor connected to the bit line side of M 1,3
2 or X 3 with a high potential (for example, 20 V),
Memory transistors M 1,1 , M 1,2 , M to be written
The word lines X 1 , X 2 , or X 3 of the memory transistors connected to 1, 3 and the source line side thereof are set to the ground potential. Then, the electric field in the first gate insulating film 23 of the write memory transistor becomes strong, and electrons are emitted from the floating gate electrode 24 toward the impurity diffusion layer 22c by the FN electron tunneling phenomenon. At this time, the memory transistor in which a high voltage is applied to the control gate electrode 30 and the drain electrode functions only as a transfer transistor. In addition, the electric field of the first gate insulating film 23 of the memory transistor in the bias state becomes small, and the F-
Does not cause N electron tunneling. Further, in a memory transistor connected to the source side of the write memory transistor, the potential of the control gate 27 becomes the ground potential.
Since the drain electrode potential is cut off by the write memory transistor, the potential does not increase. As a result, the electric field in the first gate insulating film decreases, and the FN electron tunnel phenomenon does not occur. Thereby, selective writing to the memory transistor is achieved. If the memory transistor to be subjected to writing of a plurality writes sequentially from the source side of the memory transistor in the manner described above with respect to the plurality of memory transistors connected to one selection transistor S 11. This is to protect already-written data due to electric field stress during writing to the memory transistor, that is, to prevent threshold fluctuation. When writing this data, the second
Second selection line Z 2 which is connected to the gate electrode of the select transistor is required to be held at 0V. This is because even if the control gate electrode potential of the memory transistor is 0 V, the channel current flows in the case of the already-written memory transistor, so that the channel current is cut off.

【0007】メモリ用トランジスタに記憶されたデータ
を読み出す場合はビット線Y1 を1Vに、第1の選択線
1 、及び第2の選択線Z2 を5Vに固定し読み出すべ
きメモリ用トランジスタに接続されたワード線X1 ,X
2 又はX3 のみを接地電位に他を全て5Vに接続する。
そうすると選択されメモリ用トランジスタが消去状態の
場合閾値電圧が正であるためビット線からソース線へ電
流は流れない。一方選択されたメモリ用トランジスタが
書込み状態であれば閾値電圧が負であるため電流が流れ
る。他のメモリ用トランジスタは全てトランスファゲー
トとして働く。このため各メモリ用トランジスタの閾値
は必ず制御ゲート電極(例えば5V)以下に制御されて
いなければならない。
When reading data stored in the memory transistor, the bit line Y 1 is fixed at 1 V, the first selection line Z 1 and the second selection line Z 2 are fixed at 5 V, and the memory transistor to be read is selected. Connected word lines X 1 , X
Only 2 or X 3 to connect all other 5V to the ground potential.
Then, when the selected memory transistor is in the erased state, no current flows from the bit line to the source line because the threshold voltage is positive. On the other hand, if the selected memory transistor is in a write state, a current flows because the threshold voltage is negative. All other memory transistors act as transfer gates. Therefore, the threshold value of each memory transistor must be controlled to be equal to or lower than the control gate electrode (for example, 5 V).

【0008】次に図21の4つのトランジスタ群から、
それぞれメモリ用トランジスタM1,3 ,M2,3
1,6 ,M2,6 を代表させて書込み状態の4つのトラン
ジスタ群のバイアス状態を説明する。このときの各ワー
ド線、第1,第2選択線及びビット線の電位を図25に
示す。M1,3 とM2,3 は同一のワード線X3 で、又M
1,6 とM2,6 は同一のワード線X6 で制御ゲート電極電
位がそれぞれ制御される。このためM1,3 とM2,3 、M
1,6 とM2,6 の選択はビット線Y1 ,Y2 によって行な
われる。例えばM1,3 を書込みかつM2,3 を書込まない
場合ビット線Y2 は10Vの中間電位に保たれこの結果
2,3 のバイアス状態は制御ゲート電極に0V、ドレイ
ン電極に10Vが印加される状態になる。この結果第1
のゲート絶縁膜に加わる電界はM1,3 に比べて小さくF
−N電子トンネリングを起こすに至らない。このためM
2,3 の誤書込は起きない。またこの時M2,1 ,M2,2
メモリトランジスタは制御ゲートに20V、ドレイン電
極に10Vが印加されるバイアス状態になる。この状態
も前に説明した消去状態の制御ゲート−ドレイン電極間
電圧差よりも小さくF−N電子トンネリングは起きず書
込み中の非書込ビット線の非選択メモリトランジスタの
消去は起きない。M1,6 ,M2,6 についてはワード線は
0Vにバイアスされしかもドレイン電極はゲート電極が
第1の選択線Z3 により0Vに固定され第1選択トラン
ジスタS13,S23によりビット線Y1 ,Y2 より切りは
なされるため電圧ストレスは加わらず誤消去・誤書込は
起きない。このようにワード線を共有するメモリ用トラ
ンジスタの誤書込及び書込するディジット線に接続され
た非選択メモリトランジスタの消去を防ぐため例えば1
0V等の中間電位が必要である。なおこの中間電位を用
いずビット線を例えば0Vと20Vの2値の電圧のみで
制御する場合ソース側メモリ用トランジスタから順次書
込シーケンスによればもちろん誤書込は防止できるが書
込中の非書込ビット線非選択メモリトランジスタの消去
の進行を防ぐことができない。このため過消去の問題、
つまりは閾値の非意図的な増加を引き起こす。これは時
にビット線に近いメモリトランジスタで顕著で、かつ直
列にメモリ用トランジスタの数が多いほど書込中消去の
回数が多くなるため問題になる。この問題は例えば非書
込トランジスタの閾値が読み出し時制御ゲート電圧より
も高くなるような時にはデータの誤読み出しにつながり
致命的な欠陥となる。
Next, from the four transistor groups shown in FIG.
Each of the memory transistors M 1,3 , M 2,3 ,
The bias states of the four transistor groups in the written state will be described using M 1,6 and M 2,6 as representatives. FIG. 25 shows the potentials of the word lines, the first and second selection lines, and the bit lines at this time. M 1,3 and M 2,3 are the same word line X 3 and M
1,6 and M 2, 6 is a control gate electrode potential of the same word line X 6 are controlled. Therefore, M 1,3 and M 2,3 , M
Selection between 1,6 and M 2,6 is made by bit lines Y 1 , Y 2 . For example, when M 1,3 is written and M 2,3 is not written, the bit line Y 2 is maintained at an intermediate potential of 10 V. As a result, the bias state of M 2,3 is 0 V for the control gate electrode and 10 V for the drain electrode. It is in a state where it is applied. As a result, the first
The electric field applied to the gate insulating film of F is smaller than M 1,3 and F
-N Does not cause electron tunneling. Therefore M
There is no erroneous writing of a few . At this time, the memory transistors M 2,1 and M 2,2 are in a bias state in which 20 V is applied to the control gate and 10 V is applied to the drain electrode. This state is also smaller than the voltage difference between the control gate and the drain electrode in the erased state described above, so that FN electron tunneling does not occur and erasing of the non-selected memory transistor of the non-written bit line during writing does not occur. M 1, 6, the word line for the M 2, 6 is biased to 0V Moreover drain electrode bit lines by the first selection transistor S 13, S 23 is the gate electrode is fixed at 0V by the first selection line Z 3 Y 1, Y 2 from off the voltage stress is erroneous erasing and erroneous writing not applied does not occur because it is made. In order to prevent erroneous writing of a memory transistor sharing a word line and erasure of an unselected memory transistor connected to a digit line to be written, for example,
An intermediate potential such as 0 V is required. In the case where the bit line is controlled only by binary voltages of, for example, 0 V and 20 V without using the intermediate potential, erroneous writing can be prevented by the sequential writing sequence from the source side memory transistor. The erasure of the write bit line non-selected memory transistor cannot be prevented from progressing. Because of this, the problem of over-erasure,
That is, an unintentional increase of the threshold value is caused. This is sometimes remarkable in memory transistors close to the bit line, and becomes a problem because the number of erases during writing increases as the number of memory transistors increases in series. For example, when the threshold value of the non-write transistor becomes higher than the control gate voltage at the time of reading, this problem leads to erroneous reading of data and becomes a fatal defect.

【0009】このように従来のメモリ用トランジスタを
直列に接続して構成された不揮発性半導体記憶装置は (1)消去・書込ともにF−N電子トンネリングを使用
する (2)メモリ用トランジスタの他にビット線とソース線
の間に選択トランジスタを2個直列に接続する (3)書込中の非選択トランジスタの非意図的な消去を
防止するためビット線電位に高,中,低の3値のバイア
ス電圧を使用する等の特色を有している。
As described above, the conventional nonvolatile semiconductor memory device constructed by connecting the memory transistors in series includes (1) FN electron tunneling for both erasing and writing. (2) Other than the memory transistors, (2) Connect three select transistors in series between the bit line and the source line. (3) High, middle and low bit line potentials to prevent unintentional erasure of unselected transistors during writing And the like.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如く、従来の不揮発性半導体記憶装置は選択性の書込の
ために3種類のビット線電位を必要とし、なおかつその
中間電位と高,低電位との電位差でF−N電子トンネリ
ングを制御する必要があるためその電圧の設定範囲が狭
いという欠点を有している。特に中間電位の電圧設定は
高くても低くても不良の原因となるので特にその制御が
困難である。
However, as described above, the conventional nonvolatile semiconductor memory device requires three types of bit line potentials for selective writing, and furthermore, the intermediate potential and the high and low potentials are required. It is necessary to control the FN electron tunneling by the potential difference from the above, so that the voltage setting range is narrow. In particular, it is difficult to control the voltage setting of the intermediate potential, especially if the voltage setting is high or low, because it causes a defect.

【0011】さらに過消去の問題、つまり読み出し時の
制御ゲート電圧以上にメモリ用トランジスタ閾値が上昇
してしまう問題は原理的に残っている。これを制御する
ために消去電圧のち密な設定及び制御やメモリ用トラン
ジスタの製造方法に対する制限が生じてしまい、これが
製造歩留りの低下を生じさせるという欠点も有してい
る。
Further, the problem of over-erasing, that is, the problem that the threshold value of the memory transistor rises above the control gate voltage at the time of reading remains in principle. In order to control this, there is a disadvantage in that the setting and control of the erase voltage is tightly controlled and the method for manufacturing the memory transistor is restricted, which causes a reduction in the manufacturing yield.

【0012】また書込・消去ともにF−N電子トンネリ
ングを使用しているため書込・消去ともに比較的高い電
圧を必要としておりこれはビット線制御用トランジスタ
とワード線制御用トランジスタにともに高耐圧のトラン
ジスタ及び接合を用いなければいけないという欠点を有
している。また書込・消去ともにF−Nトンネリングし
か利用できないため第1のゲート絶縁膜は例えば10n
m以下の酸化膜等の薄い絶縁膜しか利用できない。この
ため絶縁膜の膜厚や膜質の制御が難しく製造歩留りが低
いという欠点も有している。また書込がソース線側から
シリアルにしかできないため必ず全ビットの消去及び再
プログラムが必要であり、例えばワード消去,ワード書
込等の機能をもたせることが不可能である。このことは
再プログラムに要する時間が長大であることを意味し大
容量不揮発性メモリとして用いるとしてもその用途が極
端に制限されるという欠点を有している。
Since FN electron tunneling is used for both writing and erasing, a relatively high voltage is required for both writing and erasing, which is a high withstand voltage for both the bit line control transistor and the word line control transistor. The disadvantage is that the transistor and the junction must be used. Since only FN tunneling can be used for both writing and erasing, the first gate insulating film is, for example, 10 n
Only a thin insulating film such as an oxide film having a thickness of m or less can be used. For this reason, it is difficult to control the film thickness and film quality of the insulating film, and the manufacturing yield is low. Further, since writing can be performed only serially from the source line side, erasing and reprogramming of all bits are always necessary, and it is impossible to provide functions such as word erasing and word writing. This means that the time required for reprogramming is long, and even if it is used as a large-capacity nonvolatile memory, it has a drawback that its use is extremely limited.

【0013】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって選択的書込において中間電位を必要とせず、
書込を比較的低電圧で可能な、過消去及び過書込の問題
を起こさない、書込・消去に対し電圧マージンの広い、
第1のゲート絶縁膜が厚くとも製造可能な、かつワード
書込・ワード消去の機能を有することも可能な、高集積
化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and does not require an intermediate potential in selective writing.
Enables writing at relatively low voltage, does not cause over-erasing and over-writing problems, has a wide voltage margin for writing / erasing,
It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device that can be manufactured even if the first gate insulating film is thick and can also have word writing / word erasing functions and is suitable for high integration.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本願第1の発明の不揮発
性半導体記憶装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート
電極を有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用
トランジスタを並列に接続した対を1つの単位として少
なくとも複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に
少なくとも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接
続してメモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メ
モリアレイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列して
メモリアレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制
御ゲート電極同志を各行毎に接続し第1のワード線と
し、前記第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を
各行毎に接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用
トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択線
とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2
の選択用トランジスタのドレイン電極同志を各列毎に接
続してビット線とし、前記メモリアレイ構成単位トラン
ジスタ群の前記第2の選択用トランジスタが接続されて
いない方の端部のメモリ用トランジスタおよび選択用ト
ランジスタのソース電極同志を共通に接続してソース線
とし、前記第1の選択用トランジスタのチャンネル部と
前記メモリ用トランジスタのチャンネル部が半導体基板
の所定の領域に隣接して設けられているというものであ
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising a pair of a memory transistor having a floating gate electrode and a control gate electrode and a first selection transistor connected in parallel to one another. At least one second selection transistor is connected in series to an end of at least a plurality of transistors connected in series as a unit to form a memory array constituent unit transistor group, and the memory array constituent unit transistor group is arranged in a matrix. To form a first word line by connecting the control gate electrodes of the memory transistors for each row to form a first word line, and connecting the gate electrodes of the first selection transistors to each row for a second word line. A word line, and connecting the gate electrodes of the second selection transistors in a row to form a selection line; The Lee configuration unit transistor group 2
The drain electrodes of the selection transistors are connected to each other for each column to form a bit line, and the memory transistor at the end of the memory array constituent unit transistor group to which the second selection transistor is not connected and the selection transistor The source electrodes of the memory transistors are commonly connected to form a source line, and the channel portion of the first selection transistor and the channel portion of the memory transistor are provided adjacent to a predetermined region of the semiconductor substrate. Things.

【0015】又、本願第2の発明の不揮発性半導体記憶
装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を有する
メモリ用トランジスタおよび第1の選択用トランジスタ
を並列に接続した対を1つの単位として少なくとも複数
個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なくとも1
つの第2の選択用トランジスタを直列に接続してメモリ
アレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリアレイ構
成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリアレイ
を構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲート電極
同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記第1の
選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に接続し
第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジスタの
ゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前記メモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用トラン
ジスタのドレイン同志を各列毎に接続してビット線と
し、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の前記第
2の選択用トランジスタが接続されていない方の端部の
メモリ用トランジスタおよび選択用トランジスタのソー
ス電極同志を共通に接続してソース線とし、前記メモリ
用トランジスタは、P型半導体基板の表面部に選択的に
形成された1対のN型不純物拡散層、前記P型半導体基
板の前記1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表面
に形成された第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート絶
縁膜上に形成された浮遊ゲート電極、前記浮遊ゲート電
極上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極間
絶縁膜と前記浮遊ゲート電極上の前記第1のゲート電極
間絶縁膜が設けられていない部分に設けられた前記第1
のゲート電極間絶縁膜より薄い第2のゲート絶縁膜およ
び前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた制御ゲート電
極を有し、前記第2のワード線は前記第1のゲート電極
間絶縁膜上に設けられているというものである。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device of the second invention of the present application has at least a plurality of pairs each including a memory transistor having a floating gate electrode and a control gate electrode and a first selection transistor connected in parallel as one unit. At least one end is connected to the end of the transistor group connected in series.
A memory array configuration unit transistor group is formed by connecting two second selection transistors in series, and the memory array configuration unit transistor group is arranged in a matrix to form a memory array. Are connected to each row to form a first word line, the gate electrodes of the first selection transistors are connected to each row to form a second word line, and the gate electrodes of the second selection transistors are formed in a row. To the selection line, and the drains of the second selection transistors of the memory array configuration unit transistor group are connected for each column to form bit lines, and the second selection of the memory array configuration unit transistor group is performed. The source electrode of the memory transistor and the source electrode of the selection transistor that are not connected to The memory transistor is a pair of N-type impurity diffusion layers selectively formed on a surface portion of a P-type semiconductor substrate, and the pair of N-type impurity diffusion layers of the P-type semiconductor substrate. A first gate insulating film formed on the surface of the region sandwiched by the layers, a floating gate electrode formed on the first gate insulating film, and a central portion provided on the floating gate electrode so as to cross the central portion. A first inter-gate-electrode insulating film and the first inter-gate-electrode insulating film provided on a portion of the floating gate electrode where the first inter-gate-electrode insulating film is not provided;
A second gate insulating film thinner than the first inter-gate electrode insulating film, and a control gate electrode provided on the second gate insulating film, wherein the second word line is connected to the first inter-gate electrode insulating film. It is provided on the top.

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0017】図1は本発明の第1の実施例を示す半導体
チップの平面図である。
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip showing a first embodiment of the present invention.

【0018】図2は図1のA−A線断面図、図3は図1
のB−B線断面図、図4は図1のC−C線断面図、図5
は図1のD−D線断面図、図6は図1のE−E線断面
図、図7は図1のF−F線断面図、図8は図1のG−G
線断面図、図9は図1のH−H線断面図である。ただ
し、図1においては、図を見易くするため金属配線15
a,15bは図示していない。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1, FIG.
1 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 1, FIG. 6 is a sectional view taken along the line EE of FIG. 1, FIG. 7 is a sectional view taken along the line FF of FIG.
9 is a sectional view taken along line HH of FIG. However, in FIG. 1, metal wiring 15
a and 15b are not shown.

【0019】この実施例は、浮遊ゲート電極および制御
ゲート電極を有するメモリ用トランジスタM1,1 ,…お
よび第1の選択用トランジスタS1,1 ,…を並列に接続
した対を1つの単位として3個直列に接続したトランジ
スタ群の端部に少なくとも1つの第2の選択用トランジ
スタQ1 ,…を直列に接続してメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群とし、このようなメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群を2行2列に配列してメモリアレイを構成
し、前述のメモリ用トランジスタの制御ゲート電極同志
を各行毎に接続し第1のワード線X1 ,…とし、前述の
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線Z1 ,…とし、前述の第2の選択
用トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択
線C1 ,…とし、前述のメモリアレイ構成単位トランジ
スタ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極同志
を各列毎に接続してビット線Y1 ,…とし、前述のメモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の前述の第2の選択用
トランジスタが接続されていない方の端部のメモリ用ト
ランジスタおよび選択用トランジスタのソース電極同志
を共通に接続してソース線Sとし、前述のメモリ用トラ
ンジスタは、P型シリコン基板1の表面部に選択的に形
成された1対のN型不純物拡散層2c、P型半導体基板
1の前述の1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表
面に形成された第1のゲート絶縁膜3、第1のゲート絶
縁膜3上に形成された浮遊ゲート電極4、浮遊ゲート電
極4上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極
間絶縁膜6と浮遊ゲート電極4上の第1のゲート電極間
絶縁膜6が設けられていない部分に設けられた第1のゲ
ート電極間絶縁膜6より薄い第2のゲート絶縁膜5およ
び第2のゲート絶縁膜5上に設けられた制御ゲート電極
10を有し、第2のワード線Z1 ,…は第1のゲート電
極間絶縁膜6上に設けられているポリシリコン膜(8)
であるというものである。
In this embodiment, a pair of a memory transistor M 1,1 ... Having a floating gate electrode and a control gate electrode and a first selection transistor S 1,1 . At least one second selection transistor Q 1 ,... Is connected in series to an end of the three transistor groups connected in series to form a memory array constituent unit transistor group. The control gate electrodes of the above-mentioned memory transistors are connected to each other for each row to form a first word line X 1 ,..., And a gate of the above-mentioned first selection transistor is formed. The electrodes are connected on a row-by-row basis to form second word lines Z 1 ,..., And the gate electrodes of the second selection transistors are connected in rows to form select lines C 1 ,. The drain electrodes of the second selection transistors of the memory array constituent unit transistor group are connected to each other for each column to form bit lines Y 1 ,..., And the aforementioned second selection of the memory array constituent unit transistor group is performed. The source electrodes of the memory transistor and the selection transistor on the other end to which the memory transistor is not connected are commonly connected to form a source line S, and the memory transistor is connected to the surface of the P-type silicon substrate 1. A first gate insulating film 3 formed on the surface of a region between the pair of N-type impurity diffusion layers 2c selectively formed and the pair of N-type impurity diffusion layers of the P-type semiconductor substrate 1 described above. A floating gate electrode 4 formed on the first gate insulating film 3, a first inter-gate electrode insulating film 6 provided on the floating gate electrode 4 so as to traverse the central portion, and a first gate electrode 4 on the floating gate electrode 4. The second gate insulating film 5 which is thinner than the first inter-gate electrode insulating film 6 provided in the portion where the inter-gate electrode insulating film 6 is not provided, and the control gate provided on the second gate insulating film 5 The second word lines Z 1 ,... Are formed of a polysilicon film (8) provided on the first inter-gate-electrode insulating film 6.
It is that.

【0020】なお、1は例えば抵抗率13ΩcmのP型
半導体基板、2a,2b,2cは例えばAs等の不純物
を選択的に導入してなるN型不純物拡散層、3は例えば
厚さ12nmの酸化シリコン膜(以下SiO2 膜と記
す)のメモリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜、4
は例えばP等の不純物を含む厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜からなる浮遊ゲート電極、5は例えば厚さ30
nmのSiO2 からなるメモリ用トランジスタの第2の
ゲート絶縁膜、6は例えば厚さ60nmのSiO2 から
なる第1のゲート電極間絶縁膜、7は例えば厚さ40n
mのSiO2 からなる第1の選択用トランジスタのゲー
ト絶縁膜、8は例えばP等の不純物を含む厚さ300n
mの多結晶シリコン膜からなる第1の選択用トランジス
タのゲート電極、9は例えば厚さ60nmのSiO2
らなる第1の選択用トランジスタのゲート電極上の第2
のゲート電極間絶縁膜、10は例えばP等の不純物を含
む厚さ400nmの多結晶シリコン膜からなるメモリ用
トランジスタの制御ゲート電極、11は例えば厚さ60
nmのSiO2 からなる第3のゲート電極間絶縁膜であ
る。
Reference numeral 1 denotes a P-type semiconductor substrate having a resistivity of, for example, 13 Ωcm; 2a, 2b, and 2c denote N-type impurity diffusion layers formed by selectively introducing impurities such as As; A first gate insulating film of a memory transistor of a silicon film (hereinafter referred to as SiO 2 film);
Is a floating gate electrode made of a polycrystalline silicon film having a thickness of 200 nm containing impurities such as P,
The second gate insulating film of the memory transistor consisting of SiO 2 nm, the first gate electrode insulating film 6 is made of SiO 2 having a thickness of 60nm for example, 7 for example, a thickness of 40n
The gate insulating film 8 of the first selecting transistor made of m 2 SiO 2 has a thickness of 300 n containing an impurity such as P, for example.
The gate electrode 9 of the first selection transistor made of a polycrystalline silicon film having a thickness of m is formed on the gate electrode of the first selection transistor made of, for example, SiO 2 having a thickness of 60 nm.
Is a control gate electrode of a memory transistor made of a polycrystalline silicon film having a thickness of 400 nm containing impurities such as P, for example.
It is a third inter-gate electrode insulating film made of SiO 2 of nm.

【0021】ここで、メモリ用トランジスタの第1のゲ
ート絶縁膜3はメモリ用トランジスタのチャンネル領域
を覆い、浮遊ゲート電極4とP型シリコン基板1とを絶
縁する。また第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜
7は第1の選択用トランジスタのチャンネル領域を覆
い、第1の選択用トランジスタのゲート電極8と基板1
とを絶縁する。さらに第1のゲート電極間絶縁膜6は浮
遊ゲート電極4と第1の選択用トランジスタのゲート電
極8とを絶縁し、第2のゲート電極間絶縁膜9は第1の
選択用トランジスタのゲート電極8とメモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10とを絶縁し、第3のゲート電
極間絶縁膜11はメモリトランジスタの制御ゲート電極
10と不純物拡散層2cとを絶縁する。12は例えば厚
さ30nmのSiO2 からなる第2の選択用トランジス
タのゲート絶縁膜、13は例えばP等の不純物を含む厚
さ400nmの多結晶シリコン膜からなる第2の選択用
トランジスタのゲート電極、14a,14bはコンタク
ト孔、15a,15bは例えばAl等の材料からなる金
属配線、16は例えば厚さ400nmのSiO2 からな
るフィールド絶縁膜、17は例えば厚さ800nmのB
PSGからなる層間絶縁膜である。
Here, the first gate insulating film 3 of the memory transistor covers the channel region of the memory transistor and insulates the floating gate electrode 4 from the P-type silicon substrate 1. The gate insulating film 7 of the first selection transistor covers a channel region of the first selection transistor, and the gate electrode 8 of the first selection transistor and the substrate 1
And insulate it. Further, the first inter-gate-electrode insulating film 6 insulates the floating gate electrode 4 from the gate electrode 8 of the first selecting transistor, and the second inter-gate-electrode insulating film 9 forms the gate electrode of the first selecting transistor. 8 and the control gate electrode 10 of the memory transistor, and the third inter-gate electrode insulating film 11 insulates the control gate electrode 10 of the memory transistor and the impurity diffusion layer 2c. Reference numeral 12 denotes a gate insulating film of a second selection transistor made of, for example, 30 nm thick SiO 2 , and 13 denotes a gate electrode of a second selection transistor made of a 400 nm thick polycrystalline silicon film containing an impurity such as P. , 14a and 14b are contact holes, 15a and 15b are metal wirings made of a material such as Al, 16 is a field insulating film made of SiO 2 having a thickness of 400 nm, for example, and 17 is a B film having a thickness of 800 nm and the like
This is an interlayer insulating film made of PSG.

【0022】平面的には浮遊ゲート電極をもつメモリト
ランジスタと第1の選択用トランジスタが、そのチャン
ネル領域同志がフィールド絶縁膜16で挟まれた基板領
域で隣接して設けられている。また、浮遊ゲート電極4
はフィールド絶縁膜領域から基板領域の途中まで延びて
設けられている。制御ゲート電極10との間の結合容量
を大きくするためである。また制御ゲート電極10は行
同志で接続され第1のワード線を、第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極8は行同志接続され第2のワード線
を、第2の選択用トランジスタのゲート電極13は行同
志接続され選択線をそれぞれ構成している。第2の選択
用トランジスタのドレイン電極を構成する不純物拡散層
2aにはビット線コンタクト14aが開孔され金属配線
15aとの接続をもつ。この金属配線15aは図1にお
いては示されていない。この金属配線は各ビット線コン
タクト14a同志を列毎に接続するよう設けられビット
線を構成する。ソース側不純物拡散層2cは共通に接続
されその上にソース線コンタクト14bが開孔されここ
で金属配線15bとの接続をもつ。この金属配線15b
はソース線を構成する。直列に配置されたトランジスタ
同志は不純物拡散層2cにより接続される。この不純物
拡散層2a,2c及びトランジスタのチャンネル領域は
各列毎にフィールド絶縁膜16により分離されている。
In plan view, a memory transistor having a floating gate electrode and a first selection transistor are provided adjacent to each other in a substrate region whose channel regions are sandwiched between field insulating films 16. In addition, the floating gate electrode 4
Is provided to extend from the field insulating film region to the middle of the substrate region. This is for increasing the coupling capacitance with the control gate electrode 10. In addition, the control gate electrode 10 is connected between the rows to connect the first word line, the gate electrode 8 of the first selection transistor is connected to the row and connects the second word line, and the gate electrode 13 of the second selection transistor is connected. Are connected to each other to form select lines. A bit line contact 14a is opened in the impurity diffusion layer 2a constituting the drain electrode of the second selection transistor, and has a connection with the metal wiring 15a. This metal wiring 15a is not shown in FIG. The metal wiring is provided so as to connect the bit line contacts 14a to each other for each column, and forms a bit line. The source-side impurity diffusion layers 2c are connected in common, and a source line contact 14b is opened thereon to have a connection with the metal wiring 15b. This metal wiring 15b
Constitute a source line. The transistors arranged in series are connected by an impurity diffusion layer 2c. The impurity diffusion layers 2a and 2c and the channel region of the transistor are separated by a field insulating film 16 for each column.

【0023】本発明の特色は第1に直列に接続されるメ
モリトランジスタと対をなす第1の選択用トランジスタ
をメモリ用トランジスタと並列に、しかもチャンネル領
域を隣接して設けたことである。第2にこの第1の選択
用トランジスタのゲート電極を行同志接続し第2のワー
ド線として使用していることにある。
A feature of the present invention is that a first selection transistor paired with a memory transistor connected in series first is provided in parallel with the memory transistor, and a channel region is provided adjacent to the transistor. Second, the gate electrodes of the first selection transistors are connected together in rows and used as second word lines.

【0024】第1の特色はメモリセルの占有面積を小さ
くすることを目的としている。つまりメモリ用トランジ
スタと第1の選択用トランジスタをフィールド絶縁膜に
よる分離を行なわずに設けたためこの分セル占有面積が
小さくなっている。この特色と関連して、第2のワード
線である第1の選択用トランジスタのゲート電極8は浮
遊ゲート電極4上を横切って配置されている。しかし、
図1に示すようにその幅は浮遊ゲート電極の幅より狭
く、かつ図7に示すように、第1のゲート電極間絶縁膜
6が厚くなっているので、第2のワード線の電位が浮遊
ゲート電極の電位に及ぼす影響は一応無視して差支えな
い。またメモリ用トランジスタの制御ゲート電極はこの
第1の選択用トランジスタのゲート電極8上を覆うよう
に配置される。この結果制御ゲート電極10と浮遊ゲー
ト電極4の容量結合は浮遊ゲート電極4と制御ゲート電
極10が対向している領域に生じる。
The first feature is to reduce the area occupied by the memory cells. That is, since the memory transistor and the first selection transistor are provided without being separated by the field insulating film, the cell occupation area is correspondingly reduced. In connection with this feature, the gate electrode 8 of the first selection transistor, which is the second word line, is arranged across the floating gate electrode 4. But,
As shown in FIG. 1, the width is smaller than the width of the floating gate electrode, and as shown in FIG. 7, since the first inter-gate-electrode insulating film 6 is thick, the potential of the second word line is floating. The effect on the potential of the gate electrode can be ignored for the time being. The control gate electrode of the memory transistor is arranged to cover the gate electrode 8 of the first selection transistor. As a result, capacitive coupling between the control gate electrode 10 and the floating gate electrode 4 occurs in a region where the floating gate electrode 4 and the control gate electrode 10 face each other.

【0025】これら第1,第2の特色は装置の安定した
書込・消去・読み出し動作を与える。
These first and second features provide a stable writing / erasing / reading operation of the device.

【0026】次に本発明の書込・消去・読出し動作につ
いて図1の回路図である図10を参照して説明する。
Next, the write / erase / read operation of the present invention will be described with reference to FIG. 10 which is a circuit diagram of FIG.

【0027】符号Si,j (i=1,2,j=1〜6)は
第1の選択用トランジスタであり、符号Mi,j (i=
1,2,j=1〜6)はメモリトランジスタである。メ
モリトランジスタMi,j と第1の選択用トランジスタS
i,j はそれぞれ対をなし、これらの対が3対直列に接続
されて、例えばM1,1 ,M1,2 ,M1,3 とS1,1 ,S
1,2 ,S1,2 からなる1つのトランジスタ群をなす。メ
モリセルアレイはこのトランジスタ群の端部に第2の選
択用トランジスタを直列に接続したメモリセルアレイ構
成単位トランジスタ群として行列状に配置して得られ
る。ただし図1の平面図ではソース拡散層配線2b及び
ビット線コンタクト14bを2群で共有するようにおり
返したレイアウト配置になっている。メモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10は各行毎に第1のワード線X
i (i=1〜6)に、また第1の選択用トランジスタの
ゲート電極8に各行毎に第2のワード線Zi (i=1〜
6)に接続されている。メモリセル構成単位トランジス
タ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極15a
は列毎にビット線Yi (i=1,2)を構成しており、
一方第2の選択用トランジスタが接続されていない他方
の端部のメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラ
ンジスタのソース領域2bは共通にソース線S(15
b)に接続されている。又第2の選択用トランジスタの
ゲート電極13は行毎に接続して選択線Ci (i=1,
2)を構成する。図12に書込動作時における代表的な
メモリ用トランジスタを選択した場合の各ワード線,ビ
ット線およびソース線の電位の例を示している。各電圧
の単位はボルト(V)である。なおここで書込とは浮遊
ゲート電極に電子を注入しメモリ用トランジスタの閾値
を増大させることを意味する。
The symbol S i, j (i = 1, 2, j = 1 to 6) is a first selection transistor, and the symbol M i, j (i =
1, 2, j = 1 to 6) are memory transistors. The memory transistor M i, j and the first selection transistor S
i, j form pairs, and these pairs are connected in series in three pairs, for example, M 1,1 , M 1,2 , M 1,3 and S 1,1 , S
1,2, form one transistor group consisting of S 2. The memory cell array is obtained by arranging a second selection transistor in series at the end of the transistor group as a memory cell array constituent unit transistor group. However, in the plan view of FIG. 1, the layout arrangement is such that the source diffusion layer wiring 2b and the bit line contact 14b are shared by two groups and turned back. The control gate electrode 10 of the memory transistor is connected to the first word line X for each row.
i (i = 1 to 6) and the second word line Z i (i = 1 to 6) for each row on the gate electrode 8 of the first selection transistor.
6). The drain electrode 15a of the second selection transistor in the memory cell constituent unit transistor group
Constitutes a bit line Y i (i = 1, 2) for each column,
On the other hand, the memory transistor at the other end to which the second selection transistor is not connected and the source region 2b of the first selection transistor share a source line S (15
b). The gate electrode 13 of the second selection transistor is connected for each row, and the selection line C i (i = 1,
Construct 2). FIG. 12 shows an example of the potential of each word line, bit line, and source line when a typical memory transistor is selected during a write operation. The unit of each voltage is volt (V). Note that writing here means increasing the threshold value of the memory transistor by injecting electrons into the floating gate electrode.

【0028】この実施例での書込はチャンネル電流によ
るホットエレクトロン注入を利用している。例えばM
1,1 に書込む場合、このメモリ用トランジスタのドレイ
ン電極にはビット線Y1 よりトランジスタQ1を介して
6Vが、制御ゲート電極には第1のワード線X1 より1
0Vが供給される。一方このメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタQ1,1 のゲート電極に
は第2のワード線Z1 により0Vが供給されこのトラン
ジスタはオフする。従ってドレイン電極からの電流径路
はメモリ用トランジスタM1,1 を通る径路だけとなる。
一方このメモリ用トランジスタM1,1 が属する群の他の
直列に接続されたメモリ用トランジスタM1,2 ,M1,3
の制御ゲート電極は第1のワード線X2 ,X3 により全
て0Vに固定される。他の第1の選択トランジスタS
1,2 ,S1,3 のゲート電極には第2のワード線Z2 ,Z
3 より10Vが供給されオン状態になる。従って選択さ
れたメモリトランジスタM1,1 のソース電極はこの第1
の選択トランジスタS1,2 ,S1,3 を介して接地電位の
ソース線S2 に接続される。このときビット線Y1 より
ソース線にチャンネル電流が流れM1,1 のチャンネル中
にホットエレクトロンが生じ浮遊ゲート電極に電子が注
入される。選択された同一群内のメモリ用トランジスタ
1,2 ,M1,3 は制御ゲート電極電圧が0Vと低くかつ
ソース・ドレイン電極間に電位差がわずかしか生じない
ため書込まれない。同様にメモリ用トランジスタM1,2
を書込むときも第2の選択用トランジスタのゲート電極
を10Vに同一群内の他のメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極電位を全て0Vに、他の第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極を10Vに、かつ第1の選択用トラ
ンジスタS1,2 のゲート電極電位を0Vにしオフさせれ
ばよい。すなわち選択されたメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタはメモリ用トランジス
タをバイパスする径路を遮断し、他の第1の選択用トラ
ンジスタは非選択メモリ用トランジスタをバイパスする
径路を形成し、ビット線−ソース線間のトランスファー
ゲートとして働く。
The writing in this embodiment utilizes hot electron injection by a channel current. For example, M
When writing to 1, 1, 6V through a transistor Q 1 from the bit line Y 1 to the drain electrode of the memory transistor is the control gate electrode than the first word line X 1 1
0V is supplied. On the other hand this is the first gate electrode of the selection transistor Q 1, 1 forming the memory transistor and the pair is supplied with 0V by a second word line Z 1 This transistor is turned off. Therefore, the current path from the drain electrode is only the path passing through the memory transistor M 1,1 .
On the other hand, another series-connected memory transistor M 1,2 , M 1,3 to which the memory transistor M 1,1 belongs.
Are all fixed at 0 V by the first word lines X 2 and X 3 . Another first selection transistor S
The second word lines Z 2 and Z 2 are connected to the gate electrodes of 1,2 and S 1,3 , respectively.
10V is supplied from 3 to turn on. Therefore, the source electrode of the selected memory transistor M 1,1 is
Selection transistors S 1, 2, is connected to the source line S 2 of the ground potential via the S 1, 3. Electrons are injected into the floating gate electrode hot electrons generated in the channel of M 1, 1 channel current flows through the source line from the bit line Y 1 this time. The selected memory transistors M 1,2 , M 1,3 in the same group are not written because the control gate electrode voltage is as low as 0 V and there is only a small potential difference between the source and drain electrodes. Similarly, memory transistors M 1,2
Is written, the gate electrode of the second selection transistor is set to 10 V, the control gate electrode potentials of the other memory transistors in the same group are all set to 0 V, and the gate electrodes of the other first selection transistors are set to 10 V. and a first gate electrode potential of the selection transistor S 1, 2 it is sufficient to turn off the 0V. That is, the first selection transistor paired with the selected memory transistor blocks a path bypassing the memory transistor, and the other first selection transistors form a path bypassing the unselected memory transistor. , And acts as a transfer gate between the bit line and the source line.

【0029】M1,5 で代表される同一ビット線に接続さ
れている他のメモリ用トランジスタ群の誤書込・誤消去
を防止するために他のトランジスタ群に接続されている
第1のワード線X4 〜X6 、第2のワード線Z4
6 、及び選択線C2 は全て0Vに固定される。このた
めメモリ用トランジスタを通るチャンネル電流が生じず
書込が生じない。同一ワード線に接続されているメモリ
トランジスタ、例えばM1,1 とM2,1 の選択書込はビッ
ト線電圧によって実現される。すなわちM2,1 の書込み
時はビット線Y1 が0Vに固定されてソース・ドレイン
間電位差が0Vになり書込が行なわれない。又ビット線
1 を開放状態にすることでもチャンネル電流は流れず
書込は行なわれない。
A first word connected to another transistor group for preventing erroneous writing / erase of another memory transistor group connected to the same bit line represented by M 1,5 Lines X 4 to X 6 , second word lines Z 4 to
Z 6 and the selection line C 2 are all fixed at 0V. Therefore, no channel current flows through the memory transistor, and no writing occurs. Selective writing of memory transistors, for example, M 1,1 and M 2,1 connected to the same word line is realized by a bit line voltage. That time of writing of M 2,1 potential difference between the source and drain bit lines Y 1 is fixed to 0V is not performed is writing to 0V. The even channel current by the bit line Y 1 in the open state is not a writing not flow out.

【0030】次に消去の例について説明する。図13,
図14に消去動作時の各ワード線,ビット線およびソー
ス線の電位の一例を示す。
Next, an example of erasure will be described. FIG.
FIG. 14 shows an example of the potential of each word line, bit line, and source line during the erase operation.

【0031】なおここで消去とは浮遊ゲート電極から電
子を放出しメモリ用トランジスタの閾値を減少させるこ
とを意味する。この例での消去は以下のようにして実現
される。つまりソース・ドレイン領域もしくはどちらか
一方に例えば18V等の高電圧を、制御ゲート電極に例
えば0V等の低電圧を印加した場合浮遊ゲート電極から
ソース又はドレイン領域にむかう第1のゲート絶縁膜中
の電界が強くなる。この結果第1のゲート絶縁膜を介し
F−Nトンネリング現象が起こり電子の放出が起きる。
消去はこのF−N電子トンネリングの性質を利用してい
る。
Here, erasing means reducing the threshold value of the memory transistor by emitting electrons from the floating gate electrode. Erasure in this example is realized as follows. That is, when a high voltage such as 18 V is applied to the source / drain region or one of them, and a low voltage such as 0 V is applied to the control gate electrode, the first gate insulating film in the first gate insulating film from the floating gate electrode to the source or drain region. The electric field becomes stronger. As a result, an FN tunneling phenomenon occurs via the first gate insulating film, and electrons are emitted.
Erasure utilizes the property of FN electron tunneling.

【0032】消去はビット線側からもソース線側からも
可能である。まず最初にソース側から消去を行う場合に
ついて図13を参照して説明する。
Erasing is possible from both the bit line side and the source line side. First, a case where erasing is performed from the source side will be described with reference to FIG.

【0033】一括消去の場合はトランジスタの選択性が
なく、全ての第1のワード線X1 〜X6 を0Vに全ての
第2のワード線Z1 〜Z6 を20Vに、ソース線を20
Vに、全ての選択線を0Vの状態にする。この結果全て
のメモリトランジスタのソース線側の付随的にはドレイ
ン側の、不純物拡散層電位は高電圧に保たれ消去が可能
になる。
In the case of batch erasing, there is no transistor selectivity, all the first word lines X 1 to X 6 are set to 0 V, all the second word lines Z 1 to Z 6 are set to 20 V, and the source lines are set to 20 V.
At V, all the select lines are set to 0V. As a result, the potential of the impurity diffusion layer on the source line side and the drain side of all the memory transistors is maintained at a high voltage, and erasing becomes possible.

【0034】ワード線を選択して消去をする場合は選択
した第1のワード線のみ0Vにし他の全ての第1のワー
ド線及び全ての第2のワード線を20Vにする。また選
択線は0Vにしてビット線から各トランジスタ群を切り
はなす。この結果選択されたワード線以外では浮遊ゲー
ト電極−ソース・ドレイン電極間の電界が小さくなりF
−N電子トンネリングが起きず消去が禁止される。この
結果選択された第1のワード線に接続されたメモリ用ト
ランジスタのみが消去される。
When a word line is selected and erased, only the selected first word line is set to 0V, and all other first word lines and all second word lines are set to 20V. The selection line is set to 0 V, and each transistor group is cut off from the bit line. As a result, except for the selected word line, the electric field between the floating gate electrode and the source / drain electrode becomes small, and F
-Erasure is prohibited without tunneling of N electrons. As a result, only the memory transistor connected to the selected first word line is erased.

【0035】ビット線側から消去する場合は、図14に
示すように、ソース線Sを開放にし、ビット線Y1 ,Y
2 に20Vを印加するほかは上述したソース線からの消
去の場合と同じである。
When erasing from the bit line side, as shown in FIG. 14, the source line S is opened and the bit lines Y 1 , Y
2 is the same as the case of erasing from the source line except that 20 V is applied.

【0036】図11(a)はこれら書込・消去モードに
おけるメモリ用トランジスタの閾値変化を示している。
書込が行なわれた場合閾値が上昇し例えば制御ゲート電
極電位VG が0Vで、電流ID が流れず、逆に消去が行
なわれた場合閾値は減少し、制御ゲート電極電位VG
0Vで電流が流れる。
FIG. 11A shows a change in the threshold value of the memory transistor in the write / erase mode.
In rise threshold when the write is performed for example, the control gate electrode potential V G is 0V, no current flows I D, the threshold if the erasure reversed is performed decreases, the control gate electrode potential V G is 0V The current flows in.

【0037】図11(b)はメモリ用トランジスタ閾値
の時間に対する変動を示している。なお消去は電気的に
行う方法のみ説明したが、これは例えば紫外線照射によ
る一括消去でもかまわない。
FIG. 11B shows the variation of the memory transistor threshold with respect to time. Although only the method of electrically erasing data has been described, the erasing method may be, for example, batch erasing using ultraviolet irradiation.

【0038】次に読み出し時の動作の説明を図15を参
照して行う。
Next, the operation at the time of reading will be described with reference to FIG.

【0039】選択したメモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極に0Vをそれと対をなす第1の選択用トランジス
タのゲート電極に0Vを印加し第1の選択用トランジス
タのチャンネルをオフし、メモリ用トランジスタのチャ
ンネル部のみの電流径路とする。この選択したメモリ用
トランジスタが属する群の他の第1の選択用トランジス
タのゲート電極は全て5Vにしオン状態にしてトランス
ファーゲートトランジスターとしてビット線から選択さ
れたメモリ用トランジスタのドレイン電極までの電流径
路及び選択されたメモリ用トランジスタからソース線ま
での電流径路をつくる。この結果選択されたメモリ用ト
ランジスタが書込状態であり閾値が0V以上であればこ
のメモリ用トランジスタによりビット線からソース線へ
の電流径路は遮断されビット線からソース線への電流流
出は起こらない。逆に選択されたメモリ用トランジスタ
が消去状態であり閾値が0V以下であればこのメモリ用
トランジスタを介してチャンネル電流が流れる。この電
流はビット線からの流出電流として現われる。このよう
に選択したメモリ用トランジスタの“書込”もしくは
“消去”状態がビット線からの電流の“無”,“有”に
対応しこの電流をビット線に接続したセンス増幅器等で
検出しデータ“1”,“0”に対応づけて情報を記憶す
る。非選択メモリ用トランジスタの制御ゲート電極は0
Vでも5Vでもよい。なぜならこのメモリトランジスタ
は対になる選択用トランジスタの存在によりトランスフ
ァーとしての働きをなす必要がなくなっているからであ
る。また本発明では読み出し時の非選択メモリ用トラン
ジスタの閾値も同様の意味からどのような値であっても
よい。要するに選択用トランジスタの閾値が第2のワー
ド線電圧よりも低ければこのトランジスタがトランスフ
ァーとして働き本装置の読み出し機能は動作する。選択
したメモリ用トランジスタが属していない群の第1のワ
ード線及び第2のワード線及び選択線は全て0Vに固定
される。このためビット線からこの群を通る電流径路は
遮断される。このため他の群の全てのメモリ用トランジ
スタの閾値が0V以下でも動作に影響がない。同一のワ
ード線に接続されるメモリ用トランジスタを並列に読み
出すことも可能である。これは例えばM1,1 とM2,1
同時に読み出すことで代表される。つまりビット線Y1
とビット線Y2 を別々のセンス増幅器に接続しそれぞれ
の電流に応じてデータを出力すればよい。
0 V is applied to the control gate electrode of the selected memory transistor, and 0 V is applied to the gate electrode of the first selection transistor paired therewith to turn off the channel of the first selection transistor and turn off the channel of the memory transistor. Current path only for the part. The gate electrodes of the other first selection transistors to which the selected memory transistor belongs are all set to 5 V and turned on to set the current path from the bit line to the drain electrode of the selected memory transistor as a transfer gate transistor. A current path is formed from the selected memory transistor to the source line. As a result, if the selected memory transistor is in the write state and the threshold value is 0 V or more, the current path from the bit line to the source line is cut off by the memory transistor, and no current flows from the bit line to the source line. . Conversely, if the selected memory transistor is in the erased state and the threshold value is 0 V or less, a channel current flows through this memory transistor. This current appears as a current flowing out of the bit line. The "write" or "erase" state of the selected memory transistor corresponds to "absence" or "presence" of the current from the bit line, and this current is detected by a sense amplifier or the like connected to the bit line. Information is stored in association with “1” and “0”. The control gate electrode of the unselected memory transistor is 0
It may be V or 5V. This is because the memory transistor does not need to function as a transfer due to the presence of a pair of selection transistors. In the present invention, the threshold value of the non-selected memory transistor at the time of reading may be any value from the same meaning. In short, if the threshold value of the selection transistor is lower than the second word line voltage, this transistor functions as a transfer and the read function of the present device operates. The first word line, the second word line, and the selection line of the group to which the selected memory transistor does not belong are all fixed to 0V. This blocks the current path from the bit line through this group. Therefore, even if the threshold values of all the memory transistors in the other groups are 0 V or less, the operation is not affected. It is also possible to read memory transistors connected to the same word line in parallel. This is represented, for example, by simultaneously reading out M 1,1 and M 2,1 . That is, the bit line Y 1
May output data in response to each of the current connected to the bit line Y 2 in separate sense amplifier and.

【0040】選択線の存在は次のような効果を与える。
第1に書込時に非選択メモリ用トランジスタを通じて流
れる寄生漏れ電流が第2の選択用トランジスタにより遮
断でき効率的な書込が可能になる。この結果書込と消去
間の閾値変動幅が広くとれる。第2にビット線に接続さ
れる拡散層を各トランジスタ群の第2の選択用トランジ
スタのドレイン拡散層のみとすることができるためビッ
ト線容量を小さくすることができる。
The presence of the selection line has the following effects.
First, a parasitic leakage current flowing through the non-selected memory transistor at the time of writing can be cut off by the second selecting transistor, thereby enabling efficient writing. As a result, the threshold fluctuation width between writing and erasing can be widened. Second, since the diffusion layer connected to the bit line can be only the drain diffusion layer of the second selection transistor of each transistor group, the bit line capacitance can be reduced.

【0041】図16は本発明の第2の実施例を示す半導
体チップの平面図、図17は16のA−A線断面図、図
18は図16のB−B線断面図、図19は図16のC−
C線断面図、図20は図16のD−D線断面図である。
FIG. 16 is a plan view of a semiconductor chip showing a second embodiment of the present invention, FIG. 17 is a sectional view taken along line AA of FIG. 16, FIG. 18 is a sectional view taken along line BB of FIG. C- in FIG.
FIG. 20 is a sectional view taken along line C-D of FIG. 16.

【0042】この実施例はメモリ用トランジスタと第1
の選択用トランジスタの対になっている部分の構造のみ
が第1の実施例と異なっている。このためこの部分のみ
を抽出して図示してある。
In this embodiment, the memory transistor and the first
Only the structure of the paired portion of the selecting transistor of the second embodiment is different from that of the first embodiment. For this reason, only this portion is extracted and shown.

【0043】この構造の特色は第1に第1の選択用トラ
ンジスタのゲート電極8がメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極10上にあること、第2に第1の選択用トラ
ンジスタのチャンネル領域はメモリ用トランジスタの制
御ゲート電極10の開孔部18下に設けられ、第1の選
択用トランジスタのゲート電極8はこの領域で第1の選
択用トランジスタのゲート絶縁膜7に接しチャンネル領
域を覆っていることである。
The features of this structure are, first, that the gate electrode 8 of the first selection transistor is on the control gate electrode 10 of the memory transistor, and second, that the channel region of the first selection transistor is used for the memory. It is provided below the opening 18 of the control gate electrode 10 of the transistor, and the gate electrode 8 of the first selection transistor contacts the gate insulating film 7 of the first selection transistor in this region and covers the channel region. It is.

【0044】この構造によるとメモリ用トランジスタの
浮遊ゲート電極4と制御ゲート電極10との対向面積を
大きくとることが可能で強い容量結合を実現することが
可能である。他の部分の構造・構成は第1の実施例と同
様であり駆動法,機能等は何ら変わらない。
According to this structure, the facing area between the floating gate electrode 4 and the control gate electrode 10 of the memory transistor can be increased, and strong capacitive coupling can be realized. The structure and configuration of the other parts are the same as those of the first embodiment, and the driving method, functions, and the like are not changed at all.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように本発明は直列に接続
されたメモリ用トランジスタのそれぞれと並列に第1の
選択トランジスタをそのチャンネル領域がメモリ用トラ
ンジスタチャンネル領域に隣接するように設け、かつこ
の第1の選択用トランジスタのゲート電圧を制御する第
2のワード線を設け、かつ各直列に接続された、メモリ
用トランジスタ及び第1の選択トランジスタの対とビッ
ト線間に第2の選択トランジスタを設けることにより以
下に述べるような効果がある。
As described above, according to the present invention, the first selection transistor is provided in parallel with each of the memory transistors connected in series so that its channel region is adjacent to the memory transistor channel region. A second word line for controlling a gate voltage of the first selection transistor is provided, and a second selection transistor is connected between the bit line and a pair of the memory transistor and the first selection transistor connected in series. The provision of the above has the following effects.

【0046】(1)選択的書込時において中間電位を設
定する必要がなく2値の電圧設定でよい。従って周辺回
路・制御回路の設計が容易である。
(1) There is no need to set an intermediate potential at the time of selective writing, and binary voltage setting may be used. Therefore, it is easy to design peripheral circuits and control circuits.

【0047】(2)過書込・過消去の問題を起こさな
い、つまりメモリ用トランジスタの閾値変動に上限・下
限の制限がない。このため書込・消去時のメモリ用トラ
ンジスタの閾値変動差が大きくとれる。また周辺回路、
特に書込系の制御回路の設計が単純でかつ容易である。
またメモリ用トランジスタ製造時の変動要因によるプロ
グラム特性の差が生じても許容でき高い製造歩留まりを
有する。
(2) The problem of overwriting / overerasing does not occur, that is, there is no upper limit or lower limit on the fluctuation of the threshold value of the memory transistor. For this reason, a large difference in threshold value fluctuation of the memory transistor at the time of writing / erasing can be obtained. Peripheral circuits,
In particular, the design of the write-related control circuit is simple and easy.
In addition, even if a difference in program characteristics occurs due to a variation factor at the time of manufacturing a transistor for a memory, it has an acceptable and high manufacturing yield.

【0048】(3)書込にホットエレクトロン注入を使
用することができるため消去時に比べ書込時の非選択メ
モリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜中の電界を小
さくすることができる。このため書込中の同一ワード線
に接続された非選択メモリ用トランジスタの誤書込を容
易に防止することができる。また書込後の閾値も制御ゲ
ート電圧を例えば0V等の低電圧で行なえるため書込時
の制御ゲート電圧が低くできるので、第1のワード線を
駆動するデコーダには高耐圧ドレインを有するトランジ
スタを使用する必要がなくなりデコーダの設計が容易に
なる。
(3) Since hot electron injection can be used for writing, the electric field in the first gate insulating film of the non-selected memory transistor at the time of writing can be reduced as compared with the time of erasing. Therefore, erroneous writing of the non-selected memory transistor connected to the same word line during writing can be easily prevented. In addition, since the control gate voltage at the time of writing can be reduced because the control gate voltage can be set to a low voltage such as 0 V, for example, the threshold after writing can be reduced by using a transistor having a high breakdown voltage drain in the decoder for driving the first word line. , And the design of the decoder becomes easy.

【0049】(4)書込をF−N電子トンネリングで行
う必要がなくまた消去をF−Nトンネリングで行うこと
以外アバランシェブレークダウンや紫外線照射で行うこ
とも可能であることから第1のゲート絶縁膜に例えば1
2nm等の比較的厚い酸化膜を使用することも可能であ
る。このため絶縁膜製造時の制御が容易でかつ製造歩留
りも高い。
(4) The first gate insulation because the writing need not be performed by FN electron tunneling and the erasing can be performed by avalanche breakdown or ultraviolet irradiation other than by FN tunneling For example, 1
It is also possible to use a relatively thick oxide film such as 2 nm. Therefore, control at the time of manufacturing the insulating film is easy and the manufacturing yield is high.

【0050】(5)書込中のドレイン電圧が低くてよい
ためメモリ用トランジスタの浮遊ゲート電極−ドレイン
間電界を比較的弱く設定できる。そのため既書込データ
に対する書込中の誤消去が起きにくい。このため直列に
接続したメモリ用トランジスタ群のうちの書込順序に制
限がない。このため周辺回路の設計が容易である。
(5) Since the drain voltage during writing may be low, the electric field between the floating gate electrode and the drain of the memory transistor can be set relatively weak. Therefore, erroneous erasure during writing to already written data is unlikely to occur. Therefore, there is no restriction on the writing order of the memory transistor group connected in series. Therefore, the design of the peripheral circuit is easy.

【0051】(6)ワード消去・ワード書込が可能であ
る。つまり特定のワード線の情報のみを書き変えること
ができる。そのため全ビット消去,全ビット書込を行な
わないで記憶データの更新が可能である。このためプロ
グラム時間の大幅短縮が実現できる。このため随時蓄積
データのプログラム・記憶の用途に適している。
(6) Word erase / word write is possible. That is, only the information of a specific word line can be rewritten. Therefore, the stored data can be updated without erasing all bits and writing all bits. Therefore, the program time can be significantly reduced. Therefore, it is suitable for use in programs and storage of accumulated data as needed.

【0052】(7)各メモリ用トランジスタのチャンネ
ル領域に隣接して第1の選択用トランジスタのチャンネ
ル領域が設けられているためセル占有面積が小さい。ま
た各トランジスタ群のソース側に何等選択用のトランジ
スタを設ける必要がなくセルアレイ面積が小さい。
(7) Since the channel region of the first selection transistor is provided adjacent to the channel region of each memory transistor, the cell occupation area is small. Further, there is no need to provide any selection transistor on the source side of each transistor group, and the cell array area is small.

【0053】以上のように本発明は多くの利点を有して
いる。
As described above, the present invention has many advantages.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体チップの平
面図である。
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip showing a first embodiment of the present invention.

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

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

【図4】図1のC−C線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line CC of FIG. 1;

【図5】図1のD−D線断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line DD of FIG. 1;

【図6】図1のE−E線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line EE of FIG. 1;

【図7】図1のF−F線断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line FF of FIG. 1;

【図8】図1のG−G線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line GG of FIG. 1;

【図9】図1のH−H線断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line HH of FIG. 1;

【図10】本発明におけるメモリアレイの回路図であ
る。
FIG. 10 is a circuit diagram of a memory array according to the present invention.

【図11】メモリ用トランジスタの書込状態および消去
状態におけるID −VG 特性図(図11(a))および
書込動作および消去動作中における閾値電圧の時間変化
を示す特性図(図11(b))である。
FIG. 11 is a diagram showing an I D -V G characteristic of the memory transistor in a write state and an erase state (FIG. 11A), and a characteristic diagram showing a temporal change of a threshold voltage during a write operation and an erase operation (FIG. 11); (B)).

【図12】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書込動作
の説明に使用する図である。
FIG. 12 is a diagram used for describing a write operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図13】本発明の不揮発性半導体記憶装置のソース線
からの消去動作の説明に使用する図である。
FIG. 13 is a diagram used to explain an erasing operation from a source line of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図14】本発明の不揮発性半導体記憶装置のドット線
からの消去動作の説明に使用する図である。
FIG. 14 is a diagram used to explain an erasing operation from a dot line of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図15】本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出し
動作の説明に使用する図である。
FIG. 15 is a diagram used for describing a read operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施例を示す半導体チップの
平面図である。
FIG. 16 is a plan view of a semiconductor chip showing a second embodiment of the present invention.

【図17】図16のA−A線断面図である。FIG. 17 is a sectional view taken along line AA of FIG. 16;

【図18】図16のB−B線断面図である。FIG. 18 is a sectional view taken along line BB of FIG. 16;

【図19】図16のC−C線断面図である。FIG. 19 is a sectional view taken along line CC of FIG. 16;

【図20】図16のD−D線断面図である。20 is a sectional view taken along line DD of FIG.

【図21】従来の不揮発性半導体記憶装置の回路図であ
る。
FIG. 21 is a circuit diagram of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図22】従来例を示す半導体チップの平面図である。FIG. 22 is a plan view of a semiconductor chip showing a conventional example.

【図23】図22のA−A線断面図である。FIG. 23 is a sectional view taken along line AA of FIG. 22;

【図24】従来の不揮発性半導体記憶装置の書込み動作
および読み出し動作の説明に使用する図である。
FIG. 24 is a diagram used for describing a write operation and a read operation of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図25】従来の不揮発性半導体記憶装置の書き込み状
態におけるバイアス状態の説明に使用する図である。
FIG. 25 is a diagram used for describing a bias state in a write state of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 P型シリコン基板 2a〜2c,22a〜22c N型不純物拡散層 3,23 メモリ用トランジスタの第1のゲート絶縁
膜 4,24 浮遊ゲート電極 5,25 メモリ用トランジスタの第2のゲート絶縁
膜 6 第1のゲート電極間絶縁膜 7 第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 8 第1の選択用トランジスタのゲート電極 28 第1,第2選択トランジスタのゲート電極 9 第2のゲート電極間絶縁膜 10,30 制御ゲート電極 11 第3のゲート電極間絶縁膜 12 第2の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 32 第1,第2選択トランジスタのゲート絶縁膜 13 第2の選択用トランジスタのゲート電極 14a,14b コンタクト孔 15a,15b 金属配線 16 フィールド絶縁膜 17 層間絶縁膜 29 層間絶縁膜 31 コンタクト孔 32 金属配線 C1 ,C2 選択線 Mi,j メモリ用トランジスタ Q1 ,Q2 第2の選択用トランジスタ S ソース線 Si1 第1選択トランジスタ Si,j 第1の選択用トランジスタ S2j 第2選択トランジスタ X1 〜X6 第1のワード線 Y1 ,Y2 ビット線 Z1 〜Z6 第2のワード線
1,21 P-type silicon substrate 2a-2c, 22a-22c N-type impurity diffusion layer 3,23 First gate insulating film of memory transistor 4,24 Floating gate electrode 5,25 Second gate insulation of memory transistor Film 6 First insulating film between gate electrodes 7 Gate insulating film of first selecting transistor 8 Gate electrode of first selecting transistor 28 Gate electrode of first and second selecting transistors 9 Second insulating film between gate electrodes Film 10, 30 Control gate electrode 11 Third insulating film between gate electrodes 12 Gate insulating film of second selecting transistor 32 Gate insulating film of first and second selecting transistors 13 Gate electrode of second selecting transistor 14a , 14b Contact hole 15a, 15b Metal wiring 16 Field insulating film 17 Interlayer insulating film 29 Interlayer insulating film 31 Transfected hole 32 metal wiring C 1, C 2 selected line M i, j memory transistors Q 1, Q 2 second selection transistors S source line S i1 first selection transistor S i, j first selection transistor S 2j second selection transistor X 1 to X 6 first word line Y 1, Y 2 bit lines Z 1 to Z 6 second word line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−34981(JP,A) 特開 平4−298079(JP,A) 特開 平5−36942(JP,A) 特開 平4−351792(JP,A) 特開 平4−218960(JP,A) 特開 平4−71269(JP,A) 特開 平1−235278(JP,A) 特開 平2−112286(JP,A) 特開 平3−85770(JP,A) 特開 平3−296276(JP,A) 特開 平3−14272(JP,A) 特開 昭60−1697(JP,A) 特開 昭54−110742(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-34981 (JP, A) JP-A-4-298079 (JP, A) JP-A-5-36942 (JP, A) JP-A-4-349 351792 (JP, A) JP-A-4-218960 (JP, A) JP-A-4-71269 (JP, A) JP-A-1-235278 (JP, A) JP-A-2-112286 (JP, A) JP-A-3-85770 (JP, A) JP-A-3-296276 (JP, A) JP-A-3-14272 (JP, A) JP-A-60-1697 (JP, A) JP-A-54-110742 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を
有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラン
ジスタを並列に接続した対を1つの単位として少なくと
も複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なく
とも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接続して
メモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリア
レイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリ
アレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジ
スタのゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前
記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用
トランジスタのドレイン電極同志を各列毎に接続してビ
ット線とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群
の前記第2の選択用トランジスタが接続されていない方
の端部のメモリ用トランジスタおよび選択用トランジス
タのソース電極同志を共通に接続してソース線とし、前
記第1の選択用トランジスタのチャンネル部と前記メモ
リ用トランジスタのチャンネル部が半導体基板の所定の
領域に隣接して設けられていることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
An at least one pair of a memory transistor having a floating gate electrode and a control gate electrode and a first selection transistor connected in parallel as one unit is connected to at least a plurality of series-connected transistors. A memory array configuration unit transistor group is formed by connecting two second selection transistors in series, and the memory array configuration unit transistor group is arranged in a matrix to form a memory array. Are connected to each row to form a first word line, the gate electrodes of the first selection transistors are connected to each row to form a second word line, and the gate electrodes of the second selection transistors are formed in a row. To the selection line, and to drain the second selection transistor of the memory array constituent unit transistor group. The in-electrodes are connected for each column to form a bit line, and the memory transistor and the source electrode of the selection transistor at the end of the memory array constituent unit transistor group that are not connected to the second selection transistor. A non-volatile memory, characterized in that a channel portion of the first selection transistor and a channel portion of the memory transistor are provided adjacent to a predetermined region of a semiconductor substrate, wherein the channel portion is commonly connected to form a source line. Semiconductor memory device.
【請求項2】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を
有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラン
ジスタを並列に接続した対を1つの単位として少なくと
も複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なく
とも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接続して
メモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリア
レイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリ
アレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジ
スタのゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前
記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用
トランジスタのドレイン同志を各列毎に接続してビット
線とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の前
記第2の選択用トランジスタが接続されていない方の端
部のメモリ用トランジスタおよび選択用トランジスタの
ソース電極同志を共通に接続してソース線とし、前記メ
モリ用トランジスタは、P型半導体基板の表面部に選択
的に形成された1対のN型不純物拡散層、前記P型半導
体基板の前記1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の
表面に形成された第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲー
ト絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極、前記浮遊ゲー
ト電極上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電
極間絶縁膜と前記浮遊ゲート電極上の前記第1のゲート
電極間絶縁膜が設けられていない部分に設けられた前記
第1のゲート電極間絶縁膜より薄い第2のゲート絶縁膜
および前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた制御ゲー
ト電極を有し、前記第2のワード線は前記第1のゲート
電極間絶縁膜上に設けられていることを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
2. A transistor unit having a floating gate electrode and a control gate electrode, and at least one memory transistor and a first selection transistor connected in parallel as one unit, at least one of which is connected at least to one end of a transistor group connected in series. A memory array configuration unit transistor group is formed by connecting two second selection transistors in series, and the memory array configuration unit transistor group is arranged in a matrix to form a memory array. Are connected to each row to form a first word line, the gate electrodes of the first selection transistors are connected to each row to form a second word line, and the gate electrodes of the second selection transistors are formed in a row. To the selection line, and to drain the second selection transistor of the memory array constituent unit transistor group. The memory cells and the source electrodes of the selection transistors are connected to each other to form a bit line by connecting each of the columns to the other end of the memory array constituent transistor group to which the second selection transistor is not connected. Are commonly connected to form a source line, the memory transistor includes a pair of N-type impurity diffusion layers selectively formed on a surface portion of a P-type semiconductor substrate, and the pair of N-type impurity diffusion layers of the P-type semiconductor substrate. A first gate insulating film formed on a surface of a region sandwiched between the impurity diffusion layers, a floating gate electrode formed on the first gate insulating film, and a central portion on the floating gate electrode. A first inter-gate-electrode insulating film provided on a portion of the floating gate electrode on which the first inter-gate-electrode insulating film is not provided; And a control gate electrode provided on the second gate insulating film, and the second word line is provided on the first inter-gate-electrode insulating film. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項3】 第1の選択用トランジスタのチャネル部
はメモリ用トランジスタのチャネル部に隣接して設けら
れ、浮遊ゲート電極は第1のゲート絶縁膜上からはみ出
してフィールド絶縁膜上に延びて設けられている請求項
2記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The channel portion of the first selection transistor is provided adjacent to the channel portion of the memory transistor, and the floating gate electrode is provided to extend from above the first gate insulating film and extend above the field insulating film. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein
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