JP3499706B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JP3499706B2
JP3499706B2 JP08727297A JP8727297A JP3499706B2 JP 3499706 B2 JP3499706 B2 JP 3499706B2 JP 08727297 A JP08727297 A JP 08727297A JP 8727297 A JP8727297 A JP 8727297A JP 3499706 B2 JP3499706 B2 JP 3499706B2
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memory cell
transistor
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cell
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弘 岩橋
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、電気的にデータの書
換えが可能な不揮発性半導体記憶装置に関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、この種の半導体記憶装置、いわ
ゆるEEPROMのメモリセルにあっては、ゲート酸化
膜よりもはるかに薄い100オングストローム程度の酸
化膜を介して浮遊ゲートに電子を注入したり、放出した
りすることによりデータの書換えを行なっている。図1
4は、このようなメモリセルを構成するセルトランジス
タのシンボル図で、制御ゲート電圧をVCG、ドレイン電
圧をVD 、ソース電圧をVS 、およびドレイン電流をI
D とすると、制御ゲート電圧VCGに対するドレイン電流
D は図15に示すような特性を示す。図15におい
て、曲線11はイニシャル状態の特性、曲線12は浮遊ゲー
トに電子を注入した時の特性であり、電子の注入により
閾値電圧が上昇している。また、曲線13は浮遊ゲートか
ら電子を放出した状態の特性であり、電子の放出により
閾値電圧が低下して負になっている。このようなセルト
ランジスタを用いたメモリセルでは、上記曲線12と13の
特性を利用してデータの“0”と“1”を記憶する。 【0003】図16は、上記図14に示したセルトラン
ジスタをマトリックス状に配列して構成したEEPRO
Mの回路構成例を示しており、現在市販されているEE
PROMはこのような回路構成が多い。図示する如く、
各セルトランジスタCTには選択用のMOSトランジス
タSTが直列接続され、1つのメモリセル14が2つのト
ランジスタCT,STで構成されている。 【0004】上記のような構成において、セルトランジ
スタCTの浮遊ゲートに電子を注入する場合には、選択
用トランジスタSTのゲートおよびセルトランジスタC
Tの制御ゲートに高電圧VG ,VCGを印加するととも
に、列線15を0Vに設定する。一方、電子を放出する時
には、選択用トランジスタSTのゲートと列線15を高電
圧に設定するとともに、セルトランジスタCTの制御ゲ
ートを0Vに設定する。これによって、セルトランジス
タCTのドレインに高電圧が印加され、浮遊ゲートから
ドレインに電子が放出される。 【0005】図17(a)は、上記図16に示した回路
における一点鎖線で囲んだ領域16のパターン平面図で、
この図17(a)のA−A´線に沿った断面構成を図1
7(b)に示す。図17(a),(b)において、前記
図16に対応する部分には同じ符号を付しており、17は
セルトランジスタCTのソース領域、18はセルトランジ
スタCTのドレイン且つ選択用トランジスタSTのソー
ス領域、19は選択用トランジスタSTのドレイン領域、
20はセルトランジスタCTの浮遊ゲート、21はセルトラ
ンジスタCTの制御ゲート、22は選択用トランジスタS
Tのゲート、23は薄い酸化膜部、24は列線15と選択用ト
ランジスタSTのとのコンタクト部である。 【0006】しかし、上述したような構成では、1つの
メモリセルを2個のトランジスタで形成しているため、
メモリセルサイズが大きくなり、チップコストも高くな
る欠点がある。このため、1つのメモリセルを1個のト
ランジスタで形成できる紫外線消去型不揮発性半導体記
憶装置、いわゆるUVEPROMが注目されている。U
VEPROMは、1つのメモリセルを1個のトランジス
タのみで形成しているので、同じ面積のチップであれば
EEPROMの2倍の容量が得られ、同じメモリ規模
(容量)であればチップサイズを小さくできるため、E
EPROMよりも普及率が高い。しかしながら、UVE
PROMは、メモリセルへ電子を注入する際はチャネル
に電流を流し、ドレイン近傍でホットエレクトロンを発
生させてこれを浮遊ゲートに注入するので大電流が必要
である。このため、外部にプログラムのための電源が必
要となる。これに対し、上記EEPROMは、トンネル
効果を利用して浮遊ゲートからの電子の放出,注入を行
なうので、チップ内に設けた昇圧回路からの高電圧でデ
ータの書込みが行なえる。従って、5Vの単一電源で使
用できるという利点がある。また、UVEPROMは、
チップ全体のメモリセルを同時に消去しなければならな
いのに対して、上記EEPROMは、メモリセルアレイ
の構成方法によっては、メモリセル1つずつでのデータ
の書き換えが出来るという利点もある。 【0007】このように、EEPROMとUVEPRO
Mには一長一短があるが、もしEEPROMのメモリサ
イズが小さくできUVEPROM並のサイズになって低
コスト化できれば、5Vの単一電源で使用できるのでユ
ーザーに取っては利用し易いといえる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のEEPROMは単一電源で動作できるという利点があ
り、メモリセルを1つずつデータの書き換えを行えると
いう利点があるにもかかわらず、UVEPROMよりも
メモリセルサイズが大きくなりコスト高となるという問
題があった。 【0009】この発明は上記のような事情に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、電気的にデータ
の書き換えが可能でありながらメモリセルサイズを小さ
くできるとともに低コスト化が図れる不揮発性半導体記
憶装置を提供することである。 【0010】 【課題を解決するための手段】すなわち、この発明の一
態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、電流通路が直列
接続され、各々が浮遊ゲートと制御ゲートを有し、上記
浮遊ゲートの電荷蓄積状態に応じてデータを記憶する複
数のセルトランジスタと、これら複数のセルトランジス
タを選択する選択用トランジスタとを有するメモリセル
と、各々が上記メモリセルがマトリックス状に配置さ
れ、各々の同一行のセルトランジスタが複数の行線の1
つに共通接続され、且つ各々の同一列の選択用トランジ
スタの一端が複数の列線の1つに共通接続されて形成さ
れると共に複数の上記セルトランジスタに対応した複数
ビットのデータのプログラムあるいは出力が並列的に行
われる、複数のメモリセルブロックと、1つの上記メモ
リセルブロック、及びこのメモリセルブロック中の複数
の上記セルトランジスタを選択するために、上記行線を
選択する行デコーダ及び上記列線を選択する列デコーダ
を含む選択手段と、上記複数のメモリセルブロックの1
つのメモリセルブロック中のセルトランジスタの記憶デ
ータをそれぞれ同一の記憶データになるように電気的に
初期化する初期化手段と、上記初期化手段で初期化さ
れ、上記選択手段で選択されたメモリセルブロック中の
上記複数の上記セルトランジスタに、上記複数ビットの
データを並列的に上記プログラムするプログラム手段と
を具備する。 【0011】 【0012】 【0013】 【0014】 【0015】 【0016】 【0017】 また、この発明の一態様に係る不揮発性
半導体記憶装置は、各制御ゲートに第1の行線がそれぞ
れ接続され、電流通路が直列接続され、電気的にプログ
ラムが可能な複数のセルトランジスタと、これら複数の
セルトランジスタを選択する選択用トランジスタとを有
するメモリセルが行および列方向にマトリックス状に配
置されて形成され、各々複数の上記セルトランジスタ
に対応した複数ビットのデータのプログラムあるいは出
力が並列的に行われる、複数のメモリセルブロックを含
むメモリセルアレイと、上記プログラムの前に、上記メ
モリセルブロック中の全ての上記メモリセル内のセルト
ランジスタの記憶データを同一の記憶データに等しくす
ることにより、上記メモリセルブロック中の上記メモリ
セルの記憶データを電気的に初期化する初期化手段とを
備え、上記各セルトランジスタは、ソース,ドレイン領
域と、これらソース,ドレイン領域間のチャネル領域上
に設けられ、トンネル効果を起こし得る膜厚の第1の絶
縁膜と、この第1の絶縁膜上に設けられた浮遊ゲート
と、上記浮遊ゲート上に設けられた第2の絶縁膜と、上
記第2の絶縁膜上に設けられた上記制御ゲートとを具備
し、上記初期化手段により、上記メモリセルブロック中
の上記メモリセルの記憶データを電気的に初期化した
後、上記チャネル領域上の第1の絶縁膜を介して上記浮
遊ゲートに電子を注入または放出することにより、上記
複数の上記セルトランジスタに対応した上記複数ビット
のデータを並列的に上記プログラムし、上記浮遊ゲート
中の電子の量に応じた上記セルトランジスタのチャネル
領域の導通状態または遮断状態に基づいて記憶データの
読み出しを上記複数ビットのデータに対応して設けられ
た複数のデータ検出回路によって並列的に行う。 【0018】 【0019】 【0020】上記のような構成によれば、電気的にデー
タの書き換えが可能でありながらメモリセルサイズを小
さくできるとともに低コスト化が図れる。 【0021】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。 【0022】図1はメモリセル部とその周辺回路部とを
示すもので、データ入力回路25の出力Dは、一端が高電
圧電源Vp に接続されたNチャネル型MOSトランジス
タ26のゲートに供給される。このトランジスタ26の他端
と接地点(基準電位)間には選択用トランジスタSTお
よびセルトランジスタCT1 〜CT4 が直列接続され
る。上記選択用トランジスタSTのゲートにはセルトラ
ンジスタCT1 〜CT4を選択するための信号X1 が供
給され、上記セルトランジスタCT1 〜CT4 の制御ゲ
ートにはそれぞれ、これらのセルトランジスタCT1 〜
CT4 を選択するための信号W1 〜W4 が供給される。
上記トランジスタ26と選択用トランジスタSTとの接続
点(ノードN1 )には、読出し時に“1”レベル、プロ
グラム時に“0”レベルとなる信号Rで導通制御される
Nチャネル型MOSトランジスタ27の一端が接続され、
このトランジスタ27の他端にはデータ検出回路28の入力
端が接続される。また、このデータ検出回路28の入力端
側ノードN2 と電源V間には、ゲートがこのノードN2
に接続されたPチャネル型のMOSトランジスタ29が読
出し時の負荷として接続されて成る。 【0023】なお、ここでは便宜上選択用トランジスタ
STとセルトランジスタCT1 〜CT4 との組合わせを
メモリセルと称するが、このメモリセルは一般のものと
異なり、1つのメモリセルで4ビット(直列接続された
セルトランジスタの数に対応するビット数)のデータを
記憶するものであり、従来の4つのメモリセルと等価な
ものである。 【0024】次に、上記のような構成において動作を説
明する。図2は、上記図1の回路におけるプログラム時
の各信号のタイミングチャートである。まず、信号Rを
“0”レベルに設定してトランジスタ27をオフ状態と
し、時刻t0 において信号X1およびW1 〜W4 を高電
圧レベルに設定し、従来と同様にして後述する図4及び
図5に示すセルトランジスタの薄い酸化膜(膜厚100
オングストローム程度)33を介して、セルトランジスタ
CT1 〜CT4 の浮遊ゲートに電子を注入する。次の時
刻t1 〜t4 のタイミングで上記信号W4 〜W1 を順次
0Vに設定する。これらの信号W1 〜W4 を0Vに設定
した時、データ入力回路25から出力されるデータDが
“1”レベルであればトランジスタ26がオン状態とな
り、高電圧電源Vp からこのトランジスタ26および選択
用トランジスタSTを介して対応するセルトランジスタ
のドレインに高電圧が印加され、トンネル効果によって
浮遊ゲートから電子が放出される。図2では信号W3 お
よびW1 を0Vに設定した時に、データDが“1”レベ
ルとなっているので(時刻t2 〜t3 ,時刻t4 〜t5
)、セルトランジスタCT3 およびセルトランジスタ
CT1 の浮遊ゲートに注入された電子が放出される。こ
こで重要なのは、制御ゲートに0V、ドレインに高電圧
を印加することではなく、トンネル効果が起こる領域の
電界の強さであって、各セルトランジスタに選択的にト
ンネル効果が生ずる電界を印加することで、各セルトラ
ンジスタに選択的にデータをプログラムする。例えば、
セルトランジスタCT4 は、時刻t1 以降において、ト
ンネル効果が起こる領域ではトンネル効果が生ずる電界
とはならないので、浮遊ゲートの電子の授受は行われな
い。 【0025】時刻t0 〜t1 間において、セルトランジ
スタCT1 〜CT4 の浮遊ゲートに注入された電子は、
時刻t1 〜t2 間、時刻t2 〜t3 間、時刻t3 〜t4
間、及び時刻t4 〜t5 間にデータDが“1”レベルか
“0”レベルかに応じてセルトランジスタCT1 〜CT
4 の浮遊ゲートから電子を放出するか否かによってプロ
グラムが行われる。 【0026】時刻t1 〜t2 間のタイミングでは、信号
X1 およびW1 〜W3 が高電圧レベルに設定され、選択
トランジスタSTおよびセルトランジスタCT1 〜CT
3 はオンする。この時、信号W4 は0Vに設定され、更
にデータDは“0”レベルであるので、トランジスタ26
はオフしており、セルトランジスタCT4 には高電圧は
印加されないので、このセルトランジスタCT4 の浮遊
ゲートに注入された電子は放出されない。 【0027】時刻t2 〜t3 間のタイミングでは、信号
X1 およびW1 ,W2 が高電圧レベルに設定され、選択
トランジスタSTおよびセルトランジスタCT1 ,CT
2 はオンする。この時、信号W3 は0Vに設定され、更
にデータDは“1”レベルであるので、トランジスタ26
がオンし、セルトランジスタCT3 に高電圧が印加され
る。この時、セルトランジスタCT3 の制御ゲートに
は、0Vが印加されているので、薄い絶縁膜に加わる電
界が大きくなってトンネル効果が起こり、このセルトラ
ンジスタCT3 の浮遊ゲートに注入された電子が放出さ
れる。この際、トランジスタ26とセルトランジスタCT
4 との間には上記セルトランジスタCT3が存在してい
るので、セルトランジスタCT4 に高電圧が加わること
はなく、セルトランジスタCT3 に対してのみプログラ
ムが行なわれる。 【0028】時刻t3 〜t4 間のタイミングでは、信号
X1 およびW1 が高電圧レベル、信号W2 〜W4 が0V
に設定される。この時、データDは“0”レベルである
ので、トランジスタ26はオフし、セルトランジスタCT
2 には高電圧は印加されないので、このセルトランジス
タCT2 の浮遊ゲートに注入された電子は放出されな
い。 【0029】時刻t4 〜t5 間のタイミングでは、信号
X1 が高電圧レベル、信号W1 〜W4 が0Vに設定さ
れ、選択トランジスタSTはオンしている。この時、デ
ータDは“1”レベルであるので、トランジスタ26はオ
ンし、セルトランジスタCT1に高電圧が印加されるの
で、薄い絶縁膜に加わる電界が大きくなってトンネル効
果が起こり、このセルトランジスタCT1 の浮遊ゲート
に注入された電子が放出される。この際、トランジスタ
26とセルトランジスタCT2 〜CT4 との間には、上記
セルトランジスタCT1 が存在しているので、セルトラ
ンジスタCT2 〜CT4 に高電圧が加わることはなく、
セルトランジスタCT1 に対してのみプログラムが行な
われる。 【0030】一方、データの読出し時には、信号Rおよ
びX1 を“1”レベルに設定するとともに、読出したい
セルトランジスタの制御ゲートを0Vに設定する。この
時、他のセルトランジスタのゲートは“1”レベルに設
定する。図3のタイミングチャートは、セルトランジス
タCT4 〜CT1 から順次データを読出す場合のもの
で、時刻t0 ,t1 間にセルトランジスタCT4 から、
時刻t1 ,t2 間にセルトランジスタCT3 から、時刻
t2 ,t3 間にセルトランジスタCT2 から、時刻t3
,t4 間にセルトランジスタCT1 からそれぞれデー
タを読出す。今、信号W1 を0Vに、信号W2 〜W4 を
“1”レベルに設定したとすると、セルトランジスタC
T1 からデータが読出される。前述したようにプログラ
ムを行なったものとすると、セルトランジスタCT1 の
浮遊ゲートからは電子が放出されているため、その閾値
電圧は負になっており信号W1 が0Vでもオンする。他
のセルトランジスタCT2 〜CT4 の制御ゲートは
“1”レベルであるのでオン状態である。よって、全て
のセルトランジスタCT1 〜CT4 がオン状態となり、
ノードN2 の電位が低下する。これをデータ検出回路28
で検出してセルトランジスタCT1 からデータを読出
す。また、信号W2 が0VとなってセルトランジスタC
T2 が選択された場合は、このセルトランジスタCT2
には電子が注入されたままであるので、制御ゲートが0
Vであればオフ状態となる。よって、ノードN2はトラ
ンジスタ29によって充電され、これをデータ検出回路28
によって検出する。なお、電子が注入された状態でのセ
ルトランジスタCT1 〜CT4 の閾値電圧は、その制御
ゲートが“1”レベルになった時にオン状態となるよう
に設定する必要がある。 【0031】図4(a)〜(c)は、前記図1における
セルトランジスタCT1 〜CT4 に適したトランジスタ
の構成例を示すもので、チャネル領域上の絶縁膜の一部
を100オングストローム程度の薄い酸化膜で形成して
セルサイズを縮小したものである。(a)図はパターン
平面図、(b)図は(a)図のB−B´線に沿った断面
図、(c)図は(a)図のC−C´線に沿った断面図
で、30はP型シリコン基板、31,32はN+ 型のソース,
ドレイン領域、33は薄い酸化膜、34は浮遊ゲート、35は
制御ゲートである。 【0032】図5(a),(b)は、前記図1における
セルトランジスタCT1 〜CT4 に適した他の構成例を
示すもので、チャネル領域上の全部の絶縁膜を100オ
ングストローム程度の薄い酸化膜33で形成している。図
5において前記図4と同一部分には同じ符号を付してお
り、(a)はパターン平面図、(b)図は(a)図のC
−C´線に沿った断面図である。 【0033】図6(a),(b)は、前記図1における
セルトランジスタCT1 〜CT4 に適した更に他の構成
例を示すもので、チャネル領域の一部がディプレッショ
ン型トランジスタになっている。(a)図はパターン平
面図、(b)図は(a)図のB−B´線に沿った断面図
である。このような構成では、電子の注入量が多すぎて
制御ゲートに“1”レベルの信号が供給されてもセルト
ランジスタがオンしない閾値電圧になった場合でも、N
- 型の不純物領域36によってソース,ドレイン領域31,
32間がつながっているため電流が流れる。このような構
成のセルトランジスタからのデータの読出しは、制御ゲ
ートに“0”レベルの電位が印加された時、浮遊ゲート
に電子が注入されているか否かで生ずる電流量の違いを
検出することによって行なう。 【0034】図7は、前述したメモリセルをマトリック
ス状に配置して構成した不揮発性半導体記憶装置の構成
例を示している。図7において、37は行デコーダ、38は
第1の列デコーダ、39は第2の列デコーダであり、デー
タ入出力線IO1 〜IO8 にはそれぞれ前記図1におけ
る一点鎖線で囲んだ回路が接続される。上記行デコーダ
37は、信号X1 ,X2 ,…、信号W11,W12,…,W1
n、信号W21,W22,…,W2nを出力してメモリセルア
レイの行方向を選択するものである。また、上記列デコ
ーダ38は、信号Y1 ,Y2 ,…,Ym を出力して列選択
MOSトランジスタQ1 〜Qm を選択的に導通制御する
ことによりメモリセルブロックB1 〜Bmの中の1つに
データ入出力線IO1 〜IO8 を介してプログラムする
データを供給、あるいは読出しデータを導出するための
ものである。一方、上記列デコーダ39は、信号Z2 〜Z
m を出力してディプレッション型のアレイ分割MOSト
ランジスタQD2 〜QDm を選択的に導通制御すること
によりプログラム時にメモリセルブロックB1 〜Bm を
順次指定するためのものである。 【0035】上記のような構成において、プログラムは
行デコーダ27から遠い位置のメモリセルから行なわれ
る。図8はこのプログラム時の各信号のタイミングチャ
ートである。すなわち、メモリセルブロックBm の信号
線X1 に接続されたメモリセルからプログラムされる。
このプログラムの際には、信号X1 ,Ym ,Z2 〜Zm
として高電圧を印加する。この状態で、まず信号W11〜
W1nを高電圧に設定して全てのセルトランジスタの浮遊
ゲートに電子を注入する。次に、信号W1nからW11に向
かって順次“0”レベルに設定して行く。この際、制御
ゲートが“0”レベルの状態でプログラムデータがデー
タ入出力線IO1 〜IO8 、列選択トランジスタQm 、
および選択用トランジスタSTm をそれぞれ介してドレ
インに高電圧が印加された時のみ電子が放出され、個々
のセルトランジスタにデータがプログラムされる。 【0036】図9は、読み出し時のタイミングチャート
を示しており、選択するメモリセルに対応した信号X,
Yが“1”レベルとなる。また、選択したメモリセルの
各セルトランジスタに対応する信号W11〜W1nの中の1
つが“0”レベルとなり、非選択のセルトランジスタの
制御ゲートは全て“1”レベルとなる。これによって、
前記図1の場合と同様にデータが読出される。 【0037】図10は、上記信号W11〜W1nのレベルを
真理値表にまとめたもので、入力されるデータIが
“1”レベルの時信号W11〜W1nは全て“1”レベルと
なってセルトランジスタの浮遊ゲートに電子が注入され
る。また、データIが“0”レベルでRが“0”レベル
の時は個々にプログラムが行なわれ、Rが“1”レベル
の時はデータが読み出される。 【0038】図11は、読出し時の各信号X1 ,X2 ,
W11〜W14、およびW21〜W24の真理値表を3つのアド
レスA0 〜A2 の場合について示している。なお、この
例では、読出し時、例えばX1 =0ならば信号W11〜W
14を全て“0”レベルにしたが、これはX1 =1の時と
同じようにW11〜W14の内の1つを“0”レベルにして
も良い。 【0039】図12は、この発明の他の実施の形態を示
すもので、前記図1におけるセルトランジスタCT4 と
接地点間にプログラム時に“0”レベル、読出し時に
“1”レベルとなる信号φで導通制御されるNチャネル
型のMOSトランジスタ40を設けたものである。図12
において、前記図1と同一構成部分には同じ符号を付し
てその詳細な説明は省略する。このような構成によれ
ば、プログラム時にドレインに高電圧が印加された時、
セルトランジスタCT1 〜CT4 からのリーク電流があ
ったとしてもこのリーク電流をトランジスタ40で遮断で
きるので、ドレイン電位の低下を防いでプログラム特性
の悪化を防止できる。なお、このトランジスタ40は複数
のセルブロックで共用しても良い。 【0040】図13は、前記図1の回路をマトリックス
状に形成する際の他の構成例を示している。この回路
は、前記図7のメモリセルブロックB1 〜Bm の1つの
ブロックに対応しており、このような構成ではセルトラ
ンジスタの制御ゲートに信号X1 ,X2 ,…で制御され
るMOSトランジスタQT1 ,QT2 ,…を設け、これ
らのトランジスタQT1 ,QT2 ,…を介して信号を入
力しているので、信号W11,W12,…と対応するメモリ
ブロックへ入力されるところの信号Z2 ,Z3 ,…,Z
m 等と論理を取って対応するメモリブロックへ入力され
る信号W1n1 ,…,W121 ,W111 が高電圧になるよう
にしてやれば、どのメモリブロックからでも自由にプロ
グラムできる。この際、アルミの2層配線を用い、信号
W111 ,W121 ,…,W1n1 を2層目のアルミ配線で配
線すれば、信号W111 ,W121 ,…,W1n1 の配線を増
やしたことによるチップサイズの増加は少なくて済む。 【0041】また、各列線毎にラッチ回路を設けてお
き、これらのラッチ回路に書込むべきデータをラッチす
るようにし、1行分のメモリセルのラッチされたデータ
に基づいて各列線の電位を高電位にしたり0Vにしたり
すれば、1行分の全列線のメモリセルを全てプログラム
出来るので、前記図7に示したアレイ分割MOSトラン
ジスタQD2 〜QDm を省略することが出来る。 【0042】 【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
電気的にデータの書き換えが可能でありながらメモリセ
ルサイズを小さくできるとともに低コスト化が図れる不
揮発性半導体記憶装置が得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device. 2. Description of the Related Art Generally, in a semiconductor memory device of this type, that is, a so-called EEPROM memory cell, electrons are injected into a floating gate through an oxide film of about 100 angstroms, which is much thinner than a gate oxide film. The data is rewritten by releasing or releasing. FIG.
4 is a symbol diagram of a cell transistor constituting such a memory cell. The control gate voltage is V CG , the drain voltage is V D , the source voltage is V S , and the drain current is I.
Assuming that D , the drain current ID with respect to the control gate voltage VCG exhibits characteristics as shown in FIG. In FIG. 15, a curve 11 is a characteristic in an initial state, and a curve 12 is a characteristic when electrons are injected into the floating gate, and the threshold voltage is increased by the injection of electrons. Curve 13 is a characteristic in a state where electrons are emitted from the floating gate, and the threshold voltage is lowered due to the emission of electrons and becomes negative. In a memory cell using such a cell transistor, data “0” and “1” are stored using the characteristics of the curves 12 and 13. FIG. 16 shows an EEPRO in which the cell transistors shown in FIG. 14 are arranged in a matrix.
M shows an example of the circuit configuration of the currently available EE
PROM has many such circuit configurations. As shown
A selection MOS transistor ST is connected in series to each cell transistor CT, and one memory cell 14 is composed of two transistors CT and ST. In the above configuration, when electrons are injected into the floating gate of the cell transistor CT, the gate of the selection transistor ST and the cell transistor C
The high voltages V G and V CG are applied to the control gate of T, and the column line 15 is set to 0V. On the other hand, when emitting electrons, the gate of the selection transistor ST and the column line 15 are set to a high voltage, and the control gate of the cell transistor CT is set to 0V. As a result, a high voltage is applied to the drain of the cell transistor CT, and electrons are emitted from the floating gate to the drain. FIG. 17A is a pattern plan view of a region 16 surrounded by a chain line in the circuit shown in FIG.
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration along the line AA ′ in FIG.
This is shown in FIG. 17A and 17B, parts corresponding to those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, 17 is a source region of the cell transistor CT, 18 is a drain of the cell transistor CT, and 18 of the selection transistor ST. A source region, 19 is a drain region of the selection transistor ST,
20 is a floating gate of the cell transistor CT, 21 is a control gate of the cell transistor CT, and 22 is a selection transistor S.
The gate of T, 23 is a thin oxide film portion, and 24 is a contact portion between the column line 15 and the selection transistor ST. However, in the above-described configuration, one memory cell is formed by two transistors.
There is a disadvantage that the memory cell size increases and the chip cost increases. For this reason, an ultraviolet-erasable nonvolatile semiconductor memory device that can form one memory cell with one transistor, that is, a so-called UVEPROM, has attracted attention. U
In a VEPROM, one memory cell is formed by only one transistor, so that a chip having the same area can obtain twice the capacity of an EEPROM, and a chip having the same memory size (capacity) can have a smaller chip size. E
The penetration rate is higher than EPROM. However, UVE
When injecting electrons into a memory cell, a PROM requires a large current because a current flows through a channel to generate hot electrons near a drain and inject them into a floating gate. For this reason, an external power supply for programming is required. On the other hand, the above-mentioned EEPROM emits and injects electrons from the floating gate using the tunnel effect, so that data can be written with a high voltage from a booster circuit provided in the chip. Therefore, there is an advantage that a single power supply of 5 V can be used. Also, UVEPROM is
While the memory cells of the entire chip must be erased at the same time, the EEPROM has an advantage that data can be rewritten one memory cell at a time depending on the configuration of the memory cell array. As described above, the EEPROM and the UVEPRO
M has advantages and disadvantages. However, if the memory size of the EEPROM can be reduced to a size comparable to that of the UVEPROM and the cost can be reduced, it can be said that it can be used with a single power supply of 5 V, so that it is easy for users to use. As described above, the conventional EEPROM has an advantage that it can be operated with a single power supply, and has an advantage that data can be rewritten one memory cell at a time. However, there is a problem that the memory cell size is larger than the UVEPROM and the cost is higher. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory capable of reducing the size of a memory cell and reducing the cost while electrically rewriting data. To provide a nonvolatile semiconductor memory device. That is, in a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention, a current path is connected in series.
Are connected, each having a floating gate and a control gate, and a plurality of cell transistors for storing data in response to the charge storage state of the floating gate, of the plurality Serutoranjisu
Cell having selection transistor for selecting data
And each of the above memory cells is arranged in a matrix.
And each cell transistor in the same row is connected to one of a plurality of row lines.
Connected in common and selected transistors of the same row
A plurality of memory cell blocks, each of which has one end connected in common to one of a plurality of column lines and is configured to program or output data of a plurality of bits corresponding to the plurality of cell transistors in parallel; Selecting means including a row decoder for selecting the row line and a column decoder for selecting the column line to select one of the memory cell blocks and a plurality of the cell transistors in the memory cell block; Memory cell block 1
Initialization means for electrically initializing the storage data of the cell transistors in one memory cell block to be the same storage data; and memory cells initialized by the initialization means and selected by the selection means Program means for programming the plurality of bits of data in the plurality of cell transistors in a block in parallel; [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] The nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the invention, the first row line is connected to the control gates A memory cell having a plurality of electrically programmable cell transistors having current paths connected in series, and a selection transistor for selecting the plurality of cell transistors, is formed by being arranged in a matrix in the row and column directions. are, each program or the output of the data of a plurality of bits corresponding to a plurality of the cell transistors is performed in parallel, a memory cell array including a plurality of memory cell blocks, prior to the program, in the memory cell block The storage data of the cell transistors in all the above memory cells is converted to the same storage data. Initialization means for electrically initializing the storage data of the memory cells in the memory cell block, wherein each of the cell transistors comprises a source / drain region and a source / drain region between the source / drain regions. A first insulating film provided on the channel region and having a thickness capable of causing a tunnel effect; a floating gate provided on the first insulating film; and a second insulating film provided on the floating gate And the control gate provided on the second insulating film, and after electrically initializing the storage data of the memory cells in the memory cell block by the initialization means, By injecting or emitting electrons to the floating gate through the first insulating film on the region, the data of the plurality of bits corresponding to the plurality of cell transistors is arranged in parallel. A plurality of memory cells, which are programmed and read out of stored data corresponding to the plurality of bits of data based on a conduction state or a cutoff state of a channel region of the cell transistor according to an amount of electrons in the floating gate. Are performed in parallel by the data detection circuit. According to the above configuration, the memory cell size can be reduced and the cost can be reduced while data can be electrically rewritten. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a memory cell section and its peripheral circuit section. An output D of a data input circuit 25 is supplied to the gate of an N-channel MOS transistor 26 whose one end is connected to a high voltage power supply Vp. You. A selection transistor ST and cell transistors CT1 to CT4 are connected in series between the other end of the transistor 26 and a ground point (reference potential). A signal X1 for selecting the cell transistors CT1 to CT4 is supplied to the gate of the selection transistor ST, and the control gates of the cell transistors CT1 to CT4 are respectively connected to the cell transistors CT1 to CT4.
Signals W1 to W4 for selecting CT4 are supplied.
At the connection point (node N1) between the transistor 26 and the selection transistor ST, one end of an N-channel MOS transistor 27 which is controlled to be conductive by a signal R which is at "1" level during reading and "0" level during programming is provided. Connected
The other end of the transistor 27 is connected to the input end of the data detection circuit 28. A gate is connected between the input terminal node N2 of the data detection circuit 28 and the power supply V.
Is connected as a load at the time of reading. Here, for convenience, a combination of the selection transistor ST and the cell transistors CT1 to CT4 is referred to as a memory cell. Unlike a general memory cell, this memory cell is composed of four bits (one connected in series) in one memory cell. (The number of bits corresponding to the number of cell transistors), which is equivalent to four conventional memory cells. Next, the operation of the above configuration will be described. FIG. 2 is a timing chart of each signal at the time of programming in the circuit of FIG. First, the signal R is set to the "0" level to turn off the transistor 27, and at time t0, the signals X1 and W1 to W4 are set to the high voltage level. The thin oxide film of the cell transistor shown (film thickness 100
Electrons are injected into the floating gates of the cell transistors CT1 to CT4 via the Angstrom 33). The signals W4 to W1 are sequentially set to 0 V at the next timings t1 to t4. When these signals W1 to W4 are set to 0V, if the data D output from the data input circuit 25 is at "1" level, the transistor 26 is turned on, and the transistor 26 and the selection transistor are switched from the high voltage power supply Vp. A high voltage is applied to the drain of the corresponding cell transistor via ST, and electrons are emitted from the floating gate by the tunnel effect. In FIG. 2, when the signals W3 and W1 are set to 0V, the data D is at the "1" level (time t2 to t3, time t4 to t5).
), The electrons injected into the floating gates of the cell transistors CT3 and CT1 are released. What is important here is not the application of 0 V to the control gate and the application of a high voltage to the drain, but the strength of the electric field in the region where the tunnel effect occurs. The electric field where the tunnel effect occurs selectively is applied to each cell transistor. Thus, data is selectively programmed in each cell transistor. For example,
Since the cell transistor CT4 does not become an electric field where a tunnel effect occurs in a region where the tunnel effect occurs after the time t1, no electron is transferred between the floating gate and the cell transistor CT4. Between the times t0 and t1, the electrons injected into the floating gates of the cell transistors CT1 to CT4 are:
Time t1 to t2, time t2 to t3, time t3 to t4
Cell transistors CT1 to CT1 depending on whether the data D is "1" level or "0" level during the time t4 to t5.
The program is performed depending on whether or not electrons are emitted from the floating gate of FIG. At the timing between times t1 and t2, signals X1 and W1 through W3 are set to the high voltage level, and selection transistor ST and cell transistors CT1 through CT2 are set.
3 turns on. At this time, the signal W4 is set to 0 V, and the data D is at the "0" level.
Is off, and no high voltage is applied to the cell transistor CT4, so that the electrons injected into the floating gate of the cell transistor CT4 are not emitted. At the timing between the times t2 and t3, the signals X1 and W1 and W2 are set to the high voltage level, and the selection transistor ST and the cell transistors CT1 and CT3 are set.
2 turns on. At this time, the signal W3 is set to 0 V, and the data D is at the "1" level.
Is turned on, and a high voltage is applied to the cell transistor CT3. At this time, since 0 V is applied to the control gate of the cell transistor CT3, the electric field applied to the thin insulating film becomes large and a tunnel effect occurs, and electrons injected into the floating gate of the cell transistor CT3 are emitted. You. At this time, the transistor 26 and the cell transistor CT
Since the cell transistor CT3 exists between the cell transistor CT4 and the cell transistor CT4, no high voltage is applied to the cell transistor CT4, and programming is performed only on the cell transistor CT3. At the timing between times t3 and t4, signals X1 and W1 are at a high voltage level, and signals W2 through W4 are at 0V.
Is set to At this time, since the data D is at "0" level, the transistor 26 is turned off and the cell transistor CT
Since no high voltage is applied to 2, the electrons injected into the floating gate of this cell transistor CT 2 are not emitted. At the timing between times t4 and t5, the signal X1 is set to the high voltage level, the signals W1 to W4 are set to 0 V, and the selection transistor ST is turned on. At this time, since the data D is at the "1" level, the transistor 26 is turned on, and a high voltage is applied to the cell transistor CT1, so that the electric field applied to the thin insulating film becomes large and a tunnel effect occurs. The electrons injected into the floating gate of CT1 are emitted. At this time, the transistor
Since the cell transistor CT1 exists between 26 and the cell transistors CT2 to CT4, no high voltage is applied to the cell transistors CT2 to CT4.
Programming is performed only on cell transistor CT1. On the other hand, when data is read, signals R and X1 are set to "1" level, and the control gate of the cell transistor to be read is set to 0V. At this time, the gates of the other cell transistors are set to “1” level. The timing chart of FIG. 3 is for the case where data is sequentially read from the cell transistors CT4 to CT1, and between the time t0 and t1, the data is read from the cell transistor CT4.
From the cell transistor CT3 between the times t1 and t2, and from the cell transistor CT2 between the times t2 and t3, the time t3
, T4, data is read from the cell transistor CT1. If the signal W1 is set to 0V and the signals W2 to W4 are set to "1" level, the cell transistor C
Data is read from T1. If the programming has been performed as described above, since electrons are emitted from the floating gate of the cell transistor CT1, the threshold voltage thereof is negative, and the transistor is turned on even when the signal W1 is 0V. The control gates of the other cell transistors CT2 to CT4 are at the "1" level and are in the ON state. Therefore, all the cell transistors CT1 to CT4 are turned on,
The potential of the node N2 drops. This is used as the data detection circuit 28
To read data from the cell transistor CT1. Also, the signal W2 becomes 0V and the cell transistor C
When T2 is selected, the cell transistor CT2
Since the electrons are still injected into the
If it is V, it is turned off. Therefore, the node N2 is charged by the transistor 29, which is connected to the data detection circuit 28.
To detect. The threshold voltages of the cell transistors CT1 to CT4 in the state where electrons have been injected need to be set so as to be turned on when the control gates thereof become "1" level. FIGS. 4A to 4C show an example of the structure of a transistor suitable for the cell transistors CT1 to CT4 in FIG. 1. A part of the insulating film on the channel region is made as thin as about 100 angstroms. The cell size is reduced by forming an oxide film. (A) is a plan view of the pattern, (b) is a cross-sectional view taken along line BB 'of (a), and (c) is a cross-sectional view taken along line CC' of (a). Where 30 is a P-type silicon substrate, 31 and 32 are N + -type sources,
The drain region, 33 is a thin oxide film, 34 is a floating gate, and 35 is a control gate. FIGS. 5A and 5B show another example of a structure suitable for the cell transistors CT1 to CT4 shown in FIG. 1. In FIG. 5A, all the insulating films on the channel region are thinly oxidized to about 100 angstroms. The film 33 is formed. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, (a) is a plan view of the pattern, and (b) is a view of FIG.
It is sectional drawing which followed the -C 'line. FIGS. 6A and 6B show still another configuration example suitable for the cell transistors CT1 to CT4 in FIG. 1, and a part of the channel region is a depletion type transistor. (A) is a plan view of the pattern, and (b) is a cross-sectional view taken along line BB 'of (a). In such a configuration, even if the amount of injected electrons is too large and the cell transistor has a threshold voltage at which the cell transistor is not turned on even when a signal of the “1” level is supplied to the control gate, the N
-The source / drain regions 31,
Since 32 is connected, current flows. In reading data from the cell transistor having such a configuration, when a potential of “0” level is applied to the control gate, a difference in the amount of current caused by whether or not electrons are injected into the floating gate is detected. Performed by FIG. 7 shows a configuration example of a nonvolatile semiconductor memory device in which the above-mentioned memory cells are arranged in a matrix. In FIG. 7, reference numeral 37 denotes a row decoder, 38 denotes a first column decoder, and 39 denotes a second column decoder. Data input / output lines IO1 to IO8 are connected to circuits surrounded by a dashed line in FIG. You. The above row decoder
37 are signals X1, X2,..., Signals W11, W12,.
n, signals W21, W22,..., W2n are output to select the row direction of the memory cell array. The column decoder 38 outputs signals Y1, Y2,..., Ym to selectively control conduction of the column selection MOS transistors Q1 to Qm, thereby inputting data to one of the memory cell blocks B1 to Bm. This is for supplying data to be programmed via output lines IO1 to IO8 or for deriving read data. On the other hand, the column decoder 39 outputs signals Z2 to Z
m to selectively designate the memory cell blocks B1 to Bm at the time of programming by selectively controlling conduction of the depletion type array divided MOS transistors QD2 to QDm. In the above configuration, programming is performed from a memory cell located far from row decoder 27. FIG. 8 is a timing chart of each signal at the time of this programming. That is, programming is performed from the memory cells connected to the signal line X1 of the memory cell block Bm.
In this program, the signals X1, Ym, Z2 to Zm
And a high voltage is applied. In this state, first, the signals W11 to W11 are output.
By setting W1n to a high voltage, electrons are injected into the floating gates of all the cell transistors. Next, the signals are sequentially set to "0" level from the signals W1n to W11. At this time, when the control gate is at the "0" level, the program data is transferred to the data input / output lines IO1 to IO8, the column selection transistors Qm
Electrons are emitted only when a high voltage is applied to the drain via the respective selection transistors STm, and data is programmed in the individual cell transistors. FIG. 9 shows a timing chart at the time of reading, and the signals X and X corresponding to the selected memory cell are shown.
Y becomes "1" level. Also, one of the signals W11 to W1n corresponding to each cell transistor of the selected memory cell is selected.
One is at the “0” level, and the control gates of the unselected cell transistors are all at the “1” level. by this,
Data is read out as in the case of FIG. FIG. 10 summarizes the levels of the signals W11 to W1n in a truth table. When the input data I is at the "1" level, the signals W11 to W1n are all at the "1" level and the cell Electrons are injected into the floating gate of the transistor. When the data I is at the "0" level and the R is at the "0" level, programming is performed individually, and when the R is at the "1" level, the data is read. FIG. 11 shows each signal X1, X2,
The truth tables of W11 to W14 and W21 to W24 are shown for three addresses A0 to A2. In this example, when reading, for example, if X1 = 0, the signals W11 to W11
Although all 14 are set to the "0" level, one of W11 to W14 may be set to the "0" level as in the case of X1 = 1. FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. A signal .phi. Between the cell transistor CT4 and the ground point in FIG. 1 which becomes "0" level at the time of programming and "1" level at the time of reading is shown. An N-channel MOS transistor 40 whose conduction is controlled is provided. FIG.
In FIG. 1, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. According to such a configuration, when a high voltage is applied to the drain during programming,
Even if there is a leak current from the cell transistors CT1 to CT4, the leak current can be cut off by the transistor 40, so that a decrease in the drain potential can be prevented and the deterioration of the program characteristics can be prevented. The transistor 40 may be shared by a plurality of cell blocks. FIG. 13 shows another example of the structure when the circuit of FIG. 1 is formed in a matrix. This circuit corresponds to one of the memory cell blocks B1 to Bm in FIG. 7, and in such a configuration, MOS transistors QT1, QT2 controlled by signals X1, X2,. ,.., And the signals are input via these transistors QT1, QT2,..., The signals Z2, Z3,.
If the signals W1n1,..., W121, W111 inputted to the corresponding memory blocks by taking logic with m and the like become high voltage, any memory block can be freely programmed. At this time, if the signals W111, W121,..., W1n1 are wired by the second layer of aluminum wiring using aluminum two-layer wiring, the chip size increases due to the increase in the wiring of the signals W111, W121,. Need less. A latch circuit is provided for each column line, and data to be written into these latch circuits is latched. Based on the latched data of the memory cells for one row, a latch circuit is provided for each column line. If the potential is set to a high potential or 0 V, all the memory cells on all the column lines for one row can be programmed, so that the array dividing MOS transistors QD2 to QDm shown in FIG. 7 can be omitted. As described above, according to the present invention,
A nonvolatile semiconductor memory device that can reduce the size of a memory cell and reduce costs while electrically rewriting data can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の一実施の形態に係わる不揮発性半導
体記憶装置について説明するための図。 【図2】上記図1の回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート。 【図3】上記図1の回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート。 【図4】上記図1の回路におけるセルトランジスタの構
成例を示す図。 【図5】上記図1の回路におけるセルトランジスタの構
成例を示す図。 【図6】上記図1の回路におけるセルトランジスタの構
成例を示す図。 【図7】上記図1のセルトランジスタをマトリックス状
に配置して形成したメモリの構成例を示す図。 【図8】上記図7の回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート。 【図9】上記図7の回路の動作を説明するためのタイミ
ングチャート。 【図10】上記図7の回路における各信号のレベルを示
す図。 【図11】上記図7の回路における各信号のレベルを示
す図。 【図12】この発明の他の実施の形態について説明する
ための図。 【図13】この発明の他の実施の形態について説明する
ための図。 【図14】セルトランジスタのシンボルを示す図。 【図15】上記図14に示したセルトランジスタの制御
ゲート電圧−ドレイン電流特性を示す図。 【図16】上記図14のセルトランジスタを用いて構成
したEEPROMの回路構成例を示す図。 【図17】上記図16の回路のパターン構成例を示す
図。 【符号の説明】 ST…選択用トランジスタ、CT1 〜CT4 …セルトラ
ンジスタ、40…プログラム時に遮断されるトランジス
タ、37…行デコーダ、38…第1の列デコーダ、39…第2
の列デコーダ、IO1 〜IO8 …データ入出力線、Q1
〜Qm …列選択トランジスタ、QD2 〜QDm …アレイ
分割トランジスタ、QT1 ,QT2 ,…トランジスタ、
B1 〜Bm …メモリセルブロック(メモリセルアレ
イ)、X1 ,X2 ,…,Y1 〜Ym ,W11〜W1n,W21
〜W2n,W111 〜W1n1 …信号。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram for explaining a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 1; FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 1; FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a cell transistor in the circuit of FIG. 1; FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a cell transistor in the circuit of FIG. 1; FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a cell transistor in the circuit of FIG. 1; FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a memory formed by arranging the cell transistors of FIG. 1 in a matrix. FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 7; FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 7; FIG. 10 is a diagram showing the level of each signal in the circuit of FIG. 7; FIG. 11 is a diagram showing the level of each signal in the circuit of FIG. 7; FIG. 12 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. FIG. 13 is a view for explaining another embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing a symbol of a cell transistor. FIG. 15 is a graph showing control gate voltage-drain current characteristics of the cell transistor shown in FIG. 14; FIG. 16 is a diagram showing a circuit configuration example of an EEPROM configured by using the cell transistors of FIG. 14; FIG. 17 is a diagram showing a pattern configuration example of the circuit of FIG. 16; [Explanation of Symbols] ST: selection transistor, CT1 to CT4: cell transistor, 40: transistor cut off during programming, 37: row decoder, 38: first column decoder, 39: second
Column decoders, IO1 to IO8 ... data input / output lines, Q1
QQm: column selection transistor, QD2 to QDm: array division transistor, QT1, QT2,.
B1 to Bm ... memory cell block (memory cell array), X1, X2, ..., Y1 to Ym, W11 to W1n, W21
~ W2n, W111 ~ W1n1 ... signals.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/788 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/788 29/792

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.電流通路が直列接続され、各々が浮遊ゲートと制御
ゲートを有し、上記浮遊ゲートの電荷蓄積状態に応じて
データを記憶する複数のセルトランジスタと、これら複
数のセルトランジスタを選択する選択用トランジスタと
を有するメモリセルと、 各々が上記メモリセルがマトリックス状に配置され、各
々の同一行のセルトランジスタが複数の行線の1つに共
通接続され、且つ各々の同一列の選択用トランジスタの
一端が複数の列線の1つに共通接続されて形成されると
共に複数の上記セルトランジスタに対応した複数ビット
のデータのプログラムあるいは出力が並列的に行われ
る、複数のメモリセルブロックと、 1つの上記メモリセルブロック、及びこのメモリセルブ
ロック中の複数の上記セルトランジスタを選択するため
に、上記行線を選択する行デコーダ及び上記列線を選択
する列デコーダを含む選択手段と、 上記複数のメモリセルブロックの1つのメモリセルブロ
ック中のセルトランジスタの記憶データをそれぞれ同一
の記憶データになるように電気的に初期化する初期化手
段と、 上記初期化手段で初期化され、上記選択手段で選択され
たメモリセルブロック中の上記複数の上記セルトランジ
スタに、上記複数ビットのデータを並列的に上記プログ
ラムするプログラム手段とを具備することを特徴とする
不揮発性半導体記憶装置。 2.前記複数のメモリセルブロックにおける各メモリセ
ルブロック内の上記行線は、上記各メモリセルブロック
毎に独立的に設けられることを特徴とする請求項1に記
載の不揮発性半導体記憶装置。 3.少なくとも1つの前記メモリセルブロックの列線
は、少なくとも他の1つの前記メモリセルブロックの列
線とは行方向に離隔して配置されることを特徴とする請
求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 4.前記初期化手段は、前記プログラム手段によるプロ
グラムの前に、前記1つのメモリセルブロック中の全て
のセルトランジスタの記憶データを等しくすることを特
徴とする請求項1ないし3いずれか1つの項に記載の不
揮発性半導体記憶装置。 5.前記各メモリセルブロックに接続されるデータ入出
力線を更に具備することを特徴とする請求項1ないし4
いずれか1つの項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 6.前記データ入出力線は、前記複数ビットの各ビット
に対応して設けられ、前記選択手段によって選択された
メモリセルブロックの選択されたセルトランジスタに前
記データ入出力線を介してデータがプログラムされ、前
記選択手段によって選択されたメモリセルブロックの選
択されたセルトランジスタから前記データ入出力線を介
してデータが読み出されることを特徴とする請求項5に
記載の不揮発性半導体記憶装置。 7.前記データ入出力線は、前記複数ビットの各ビット
に対応して設けられ、前記選択手段によって選択された
メモリセルブロックの選択されたセルトランジスタに、
前記データ入出力線と選択された列線とを介してデータ
がプログラムされ、前記選択手段によって選択されたメ
モリセルブロックの選択されたセルトランジスタから選
択された列線と前記データ入出力線とを介してデータが
読み出されることを特徴とする請求項5に記載の不揮発
性半導体記憶装置。 8.前記データ入出力線と前記各メモリセルブロックと
の間に挿入され、前記選択手段で選択されたメモリセル
ブロックの列線を選択して前記データ入出力線に接続す
るために上記列デコーダからの信号でスイッチング制御
される第1のスイッチ手段を更に具備することを特徴と
する請求項5ないし7いずれか1つの項に記載の不揮発
性半導体記憶装置。 9.前記各メモリセルブロックの前記列線を選択する複
数の列選択トランジスタと、上記列選択トランジスタを
介して前記複数のメモリセルブロックに含まれる前記列
線の1つに接続され、且つ他の列選択トランジスタを介
して他のメモリセルブロックに含まれる前記列線の1つ
に接続されるデータ入出力線とを更に具備し、 前記行デ
コーダは前記行線を選択するデコードされた信号を出力
し、前記列デコーダは前記列線を選択するデコードされ
た信号を前記列選択トランジスタのゲートに供給するこ
とを特徴とする請求項1ないし4いずれか1つの項に記
載の不揮発性半導体記憶装置。 10.前記各メモリセルブロックの上記行線を選択する
信号線と、前記各メモリセルブロックの上記行線と上記
信号線との間に設けられた第2のスイッチ手段とを更に
具備することを特徴とする請求項1ないし9いずれか1
つの項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 11.前記各メモリセルブロックの行線は、オン状態の
前記第2のスイッチ手段を介して前記信号線からの信号
によって選択されることを特徴とする請求項10に記載
の不揮発性半導体記憶装置。 12.第1層目のアルミの配線層と第2層目のアルミの
配線とを備え、前記信号線は、第1層目のアルミの配線
層または第2層目のアルミの配線層によって形成される
ことを特徴とする請求項10または11に記載の不揮発
性半導体記憶装置。 13.各制御ゲートに第1の行線がそれぞれ接続され、
電流通路が直列接続され、電気的にプログラムが可能な
複数のセルトランジスタと、これら複数のセルトランジ
スタを選択する選択用トランジスタとを有するメモリセ
ルが行および列方向にマトリックス状に配置されて形成
され、各々複数の上記セルトランジスタに対応した複
数ビットのデータのプログラムあるいは出力が並列的に
行われる、複数のメモリセルブロックを含むメモリセル
アレイと、上記プログラムの前に、上記メモリセルブロ
ック中の全ての上記メモリセル内のセルトランジスタの
記憶データを同一の記憶データに等しくすることによ
り、上記メモリセルブロック中の上記メモリセルの記憶
データを電気的に初期化する初期化手段とを備え、 上記各セルトランジスタは、ソース,ドレイン領域と、
これらソース,ドレイン領域間のチャネル領域上に設け
られ、トンネル効果を起こし得る膜厚の第1の絶縁膜
と、この第1の絶縁膜上に設けられた浮遊ゲートと、上
記浮遊ゲート上に設けられた第2の絶縁膜と、上記第2
の絶縁膜上に設けられた上記制御ゲートとを具備し、 上記初期化手段により、上記メモリセルブロック中の上
記メモリセルの記憶データを電気的に初期化した後、上
記チャネル領域上の第1の絶縁膜を介して上記浮遊ゲー
トに電子を注入または放出することにより、上記複数の
上記セルトランジスタに対応した上記複数ビットのデー
タを並列的に上記プログラムし、上記浮遊ゲート中の電
子の量に応じた上記セルトランジスタのチャネル領域の
導通状態または遮断状態に基づいて記憶データの読み出
しを上記複数ビットのデータに対応して設けられた複数
のデータ検出回路によって並列的に行うことを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置。 14.前記選択用トランジスタは、一端が列線に接続さ
れゲートが第2の行線に接続され、前記複数のセルトラ
ンジスタは、前記選択用トランジスタの他端と基準電位
間に直列接続され、 前記各メモリセルを構成するセルトランジスタおよび選
択用トランジスタにそれぞれ上記第1の行線および上記
第2の行線を介してデコード信号を供給する行デコーダ
を更に具備することを特徴とする請求項13に記載の
揮発性半導体記憶装置。 15.前記各メモリセルブロック毎に、上記各メモリセ
ルブロックの前記第1の行線に対応して設けられ、一端
が上記第1の行線に接続され、他端に前記行デコーダか
らの前記デコード信号が供給されるスイッチ手段を更に
具備し、上記スイッチ手段を導通状態に制御することに
より、所定のレベルの上記デコード信号を上記第1の行
線に伝達し、前記複数の前記セルトランジスタに対応し
た前記複数ビットのデータを並列的に、複数の上記セル
トランジスタに前記プログラム、あるいは複数の上記セ
ルトランジスタから前記出力されるようにしたことを特
徴とする請求項14に記載の不揮発性半導体メモリ。 16.前記選択用トランジスタは、一端が列線に接続さ
れゲートが第2の行線に接続され、前記複数のセルトラ
ンジスタは、前記選択用トランジスタの他端と基準電位
間に直列接続され、 前記選択用トランジスタにそれぞれ上記第2の行線を介
してデコード信号を供給する第1のデコーダと、上記第
1の行線に上記第1のデコーダからのデコード信号によ
りスイッチング制御されるトランジスタを介してデコー
ド信号を供給する第2のデコーダと、対応する上記列線
に上記複数ビットのデータを入力あるいは対応する上記
列線から上記複数ビットのデータを出力するために、上
記列線を選択する列デコーダとを更に具備することを特
徴とする請求項13に記載の 不揮発性半導体記憶装置。 17.前記電流通路が直列接続された複数のセルトラン
ジスタの一端と基準電位間にプログラム時に遮断される
トランジスタを設けることを特徴とする請求項13ない
し16いずれか1つの項に記載の不揮発性半導体記憶装
置。
(57) [Claims] Current path connected in series, each having a floating gate and a control gate, and a plurality of cell transistors for storing data in response to the charge storage state of the floating gate, these double
A selection transistor for selecting the number of cell transistors;
A memory cell having, each said memory cells are arranged in a matrix, each
Each cell transistor in the same row is commonly connected to one of the plurality of row lines, and each of the selection transistors in the same column is connected to one of the plurality of row lines .
A plurality of memory cell blocks, one end of which is commonly connected to one of the plurality of column lines, and a plurality of bits of data corresponding to the plurality of cell transistors are programmed or output in parallel; Selecting means including the memory cell block and a row decoder for selecting the row line and a column decoder for selecting the column line to select the plurality of cell transistors in the memory cell block; and the plurality of memories Initialization means for electrically initializing the storage data of the cell transistors in one memory cell block of the cell block so as to be the same storage data; and initialization by the initialization means and selection by the selection means The plurality of bits of data are stored in parallel in the plurality of cell transistors in the selected memory cell block. Nonvolatile semiconductor memory device characterized by comprising a program means for grams. 2. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said row lines in each of said plurality of memory cell blocks are provided independently for each of said memory cell blocks. 3. The nonvolatile memory according to claim 1, wherein a column line of at least one of the memory cell blocks is spaced apart from a column line of at least one of the other memory cell blocks in a row direction. Semiconductor storage device. 4. 4. The device according to claim 1, wherein the initialization unit equalizes data stored in all the cell transistors in the one memory cell block before programming by the programming unit. 5. Nonvolatile semiconductor memory device. 5. Data input / output connected to each memory cell block
5. The apparatus according to claim 1, further comprising a force line.
A nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the above items . 6. The data input / output lines are each bit of the plurality of bits.
Provided corresponding to the selected by the selection means
Before the selected cell transistor in the memory cell block
The data is programmed via the data input / output line and
Selection of the memory cell block selected by the selection means.
From the selected cell transistor via the data input / output line.
6. The data is read out as follows.
10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1. 7. The data input / output lines are each bit of the plurality of bits.
Provided corresponding to the selected by the selection means
In the selected cell transistor of the memory cell block,
Data through the data input / output line and the selected column line
Is programmed, and the menu selected by the selecting means is
Select from the selected cell transistors in the memory cell block.
Data is transmitted via the selected column line and the data input / output line.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is read . 8. The data input / output lines and the respective memory cell blocks;
Between the memory cells selected by the selection means
Select the column line of the block and connect it to the data input / output line
Switching control by the signal from the column decoder
Characterized by further comprising a first switch means.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5 , wherein: 9. A function for selecting the column line of each memory cell block.
Number of column selection transistors and the above column selection transistors
The columns included in the plurality of memory cell blocks via
Connected to one of the lines and through another column select transistor
And one of the column lines included in another memory cell block
Further comprising a data input line connected to said Gyode
A coder outputs a decoded signal that selects the row line
And the column decoder is decoded to select the column line.
To the gate of the column selection transistor.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
On-board nonvolatile semiconductor memory device. 10. Select the row line of each memory cell block
Signal lines, the row lines of each of the memory cell blocks, and the
And a second switch means provided between the first switch and the signal line.
10. The method according to claim 1, wherein
The nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the first to third aspects. 11. 11. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein a row line of each of said memory cell blocks is selected by a signal from said signal line via said second switch means in an ON state. 12. A first aluminum wiring layer and a second aluminum wiring layer, wherein the signal line is formed by a first aluminum wiring layer or a second aluminum wiring layer; The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10 , wherein: 13. A first row line is connected to each control gate, respectively.
A current path is connected in series, and a memory cell having a plurality of electrically programmable cell transistors and a selection transistor for selecting the plurality of cell transistors is formed by being arranged in a matrix in the row and column directions. A memory cell array including a plurality of memory cell blocks, in each of which a plurality of bits of data corresponding to a plurality of the cell transistors are programmed or output in parallel, and a memory cell array including a plurality of memory cell blocks before the programming. Initialization means for electrically initializing the storage data of the memory cells in the memory cell block by making the storage data of the cell transistors in the memory cells equal to the same storage data. The cell transistor has source and drain regions,
A first insulating film provided on the channel region between the source and drain regions and having a thickness capable of causing a tunnel effect; a floating gate provided on the first insulating film; and a first insulating film provided on the floating gate. The second insulating film, and the second
And said control gate provided on said insulating film. After the storage means of said memory cell in said memory cell block is electrically initialized by said initialization means, By injecting or emitting electrons into the floating gate through the insulating film, the plurality of bits of data corresponding to the plurality of cell transistors are programmed in parallel, and the amount of electrons in the floating gate is reduced. Reading the stored data in parallel by a plurality of data detection circuits provided corresponding to the plurality of bits of data, based on the conduction state or the interruption state of the channel region of the cell transistor in accordance with the readout state. Semiconductor memory device. 14. The selection transistor has one end connected to a column line.
A gate is connected to a second row line and the plurality of cell
The transistor is connected between the other end of the selection transistor and a reference potential.
A cell transistor and a selection circuit, which are connected in series between
The first row line and the
A row decoder for supplying a decode signal via a second row line
14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 13, further comprising: 15. For each of the memory cell blocks,
One end of the first block is provided corresponding to the first row line.
Is connected to the first row line, and the other end is connected to the row decoder.
Switch means to which the decode signal is supplied.
And controlling the switch means to a conductive state.
A predetermined level of the decode signal is supplied to the first row.
A plurality of cell transistors corresponding to the plurality of cell transistors.
The plurality of bits of data in parallel,
The transistor or a plurality of the above
Output from the transistor.
15. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 14, wherein: 16. The selection transistor has one end connected to a column line.
A gate is connected to a second row line and the plurality of cell
The transistor is connected between the other end of the selection transistor and a reference potential.
Connected in series with each other through the second row line to each of the selection transistors.
A first decoder for supplying a decoded signal to the
One row line is supplied with a decode signal from the first decoder.
Decoding via a switching controlled transistor
A second decoder for supplying a row signal and a corresponding column line
Input the above multi-bit data to
To output the above multi-bit data from the column line,
A column decoder for selecting a column line.
14. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 13, wherein 17. 14. The semiconductor device according to claim 13, wherein a current path is provided between one end of a plurality of cell transistors connected in series and a reference potential, the transistor being cut off during programming.
16. The non-volatile semiconductor storage device according to any one of the above items .
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