JP4636464B2 - フラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセル及びその動作方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、フラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリ(Code Addressable Memory)セル及びその動作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュメモリ素子は、電気的に消去及びプログラム可能な不揮発性メモリ素子として、フラッシュメモリ製品使用時、保護されるべきコード情報に対する保護/非保護(Protection/Unprotection)機能及び製品テスト過程で収率の向上のためのリペアなどを可能にする機能を備えている。
【0003】
図1は、従来のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの概略的な断面図である。図2は、図1の等価回路図である。
【0004】
図1に示したように、半導体基板11上にフローティングゲート12とコントロールゲート13とが積層されてゲートを構成し、ゲート両側の半導体基板11に各々ソースS及びドレインDが形成される。このように、従来のコードアドレス指定可能なメモリセルは、メインセル(Main cell)のような構造を有する。
【0005】
一般的に、セルの情報を読み出す時には、コントロールゲートに電圧を印加しドレインDに流れる電流量を感知して情報を読み出す。この場合、コントロールゲートに印加される電圧は、電源電圧(Vcc)を直接使用する場合が大部分であるが、現在フラッシュメモリ素子が低電圧製品化される趨勢にあるので、電源電圧(Vcc)を直接使用する場合、ドレインに流れる電流量があまりに小さいため、感知が不可能となるという問題点がある。
【0006】
すなわち、コードアドレス指定可能なメモリセルの読出し時に、フローティングゲート12とコントロールゲート13との間の誘電体膜で発生する約0.55程度のカップリング比(Coupling Ratio)によりセルの導電度(Conductance:Gm)が低下し、これによって、約2.0Vのしきい電圧(VT)では、コントロールゲート13の電圧として用いられるメモリ素子の動作電圧が低くなりながらセル電流量が急激に減ることとなる。したがって、任意のセル情報を読出すことが難しくなって、やむを得ずセルを過度に消去させてセルしきい電圧を0V以下に下げてコードアドレス指定可能なメモリセルのデータ感知を可能にする。
【0007】
しかし、このようにコードアドレス指定可能なメモリセルを過度に消去することは、高温や高電圧で動作する種々の不利な環境では、セルの漏れ電流等によって長時間の情報貯蔵が困難となるという問題点がある。
【0008】
また、フラッシュメモリ素子は、約10年間の情報貯蔵能力を備えていなければならないために、トンネル酸化膜と層間絶縁膜とを厚く形成しなければならず、これによって、高集積素子では、セルの垂直方向縮小(Vertical shrink)を容易に行うことが難しい。したがって、セルの情報貯蔵能力を考慮してトンネル酸化膜と層間絶縁膜とを薄く形成できなくなり、セルに流れる電流量が増加せず、従って、ノーマル(normal)電源電圧ではメインセルの情報を読出しすることが難しくなる。したがって、ワードラインブート回路(Boosting circuit)等を使用してセルのゲート電圧を昇圧させてセル情報を読み出すことが一般的である。
【0009】
しかし、周辺回路に形成されるコードアドレス指定可能なメモリセルの場合は、このような昇圧された電圧を使用するために、別途のブート回路を挿入しなければならない困難さがあり、周辺回路の面積が増加するという問題が発生するだけでなく、コードアドレス指定可能なメモリセルに貯蔵された情報を読出すための別途の時間が要求されて、好ましくない待機時間(Latency time)が発生するため、素子の動作特性が低下するという問題点がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、従来のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルにおける問題点に鑑みてなされたものであって、コードアドレス指定可能なメモリセルのカップリング比を増加させて低電圧においてもアドレス指定可能なメモリセルが安定的に動作し得るようにするフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセル及びその動作方法を提供することにその目的がある。
【0011】
上記目的を達成するためになされた、本発明によるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルは、フローティングゲートとコントロールゲートとからなる単位セルと、前記単位セルと接続される別途のゲートカップリング部とを含むフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルにおいて、前記コントロールゲートは、伝送ゲートを有するスイッチング回路を間において前記ゲートカップリング部と接続され、
前記ゲートカップリング部は、前記単位セルの前記フローティングゲートが延長され接続される下部電極と、前記単位セルのコントロールゲートと接続される上部電極とからなるスタックキャパシタであり、前記スイッチング回路は、前記単位セルのセルコントロールゲート電圧が印加される端子であるセルコントロールゲートコンタクトと、第1メタルラインを介して接続される伝送ゲート第1コンタクトと、前記スタックキャパシタの前記上部電極と第2メタルラインを介して接続される伝送ゲート第2コンタクトと、前記伝送ゲート第1コンタクトと、前記伝送ゲート第2コンタクトの間の導通を制御する伝送ゲートの入力端子である、伝送ゲート第3コンタクトから構成されることを特徴とする。
【0012】
また、上記目的を達成するためになされた、本発明によるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの動作方法は、請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルにおいて、前記スイッチング回路は、コードアドレス指定可能なメモリセルの読出し動作時には、前記単位セルと前記ゲートカップリング部とが電気的に接続されるようにし、プログラムまたは消去動作時には、前記単位セルと前記ゲートカップリング部とが電気的に断線されるようにすることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0014】
図3は、本発明の第1実施例にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルのレイアウト図である。図4は、図3の等価回路図である。
【0015】
現在用いられているコードアドレス指定可能なメモリセルは、一般的な単位セル300構造を有するが、このような構造では低電圧で情報を正確に読み出すことができないため、スタックキャパシタ301の形態に別途のゲートカップリング部を形成してコードアドレス指定可能なメモリセルの全体的なゲートカップリング比が増加するようにする。
【0016】
図3に示したように、フローティングゲート31、コントロールゲート32、ソースS及びドレインDから構成される単位セル300で、単位セル300のフローティングゲート31とコントロールゲート32とがカップリングされるようにする別途のゲートカップリング部をスタックキャパシタ301の形態に構成する。すなわち、単位セル300のフローティングゲート31と連結される下部電極及び単位セルのコントロールゲート32と連結される上部電極からなるスタックキャパシタを構成する。
【0017】
また、単位セル300とスタックキャパシタ301との間には、スイッチング回路として作用する伝送ゲート302を構成する。伝送ゲート302は、セルゲート電圧が印加される端子であるセルコントロールゲートコンタクト35及び伝送ゲート第1コンタクト36を第1メタルライン33で接続することによって単位セル300と連結され、伝送ゲート第2コンタクト37及びスタックゲートコンタクト39を第2メタルラインで接続することによってスタックキャパシタ301と連結する。そしてスタックキャパシタ301と単位セル300は、フローティングゲート31により連結される。図面符号38は、伝送ゲート302の入力端子に用いられる伝送ゲート第3コンタクトである。
【0018】
コードアドレス指定可能なメモリセルの読出し動作時には、伝送ゲート302をオン(ON)状態にして単位セル300とスタックキャパシタ301とが電気的に接続されるようにし、スタックキャパシタ301で発生するカップリング比ほど、全体コードアドレス指定可能なメモリセルのカップリング比が増加することとなる。
【0019】
それに対し、プログラム及び消去動作時には、伝送ゲート302をオフ(OFF)状態にして単位セル300とスタックキャパシタ301とが電気的に断線されるようにする。
【0020】
一方、単位セル300とスタックキャパシタ301との間の接続状態をセル動作モードに応じてオン/オフする役割をする伝送ゲート302を構成しなくてコードアドレス指定可能なメモリセルを具現することも可能である。
【0021】
図5は、本発明の第2実施例にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの等価回路図である。
【0022】
図示したことのように、単位セル400とスタックキャパシタ401が伝送ゲートなしに直接連結されており、スタックキャパシタ401により全体コードアドレス指定可能なメモリセルのカップリング比が増加することとなるので、セルの消去動作及び読出し動作を容易に行うことができる。
【0023】
このような構造のコードアドレス指定可能なメモリセルは、単位セル以外に別途のゲートカップリング部(スタックキャパシタ形態)を備えているので、消去動作時大きいカップリング比を有することとなる。したがって、同じ消去しきい電圧において高い電流を得ることができるため、情報の感知が容易に行われる長所がある。
【0024】
図6は、本発明と従来技術での各フラッシュメモリセルの電流−電圧特性を説明するためのグラフである。
【0025】
図示したように、曲線Aは、本発明にかかるフラッシュメモリセルの電流−電圧特性を示し、曲線Bは、従来技術にかかるフラッシュメモリセルの電流−電圧特性を示す。
【0026】
ゲートカップリング比が、曲線Bより曲線Aでさらに大きいために、所定のコントロールゲート電圧、例えば、VTで、セル電流は、本発明のフラッシュメモリでさらに増加する。
【0027】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【0028】
【発明の効果】
上述したように、本発明によるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルは、コードアドレス指定可能なメモリセルのカップリング比を増加させるによって、セル電流量を増加させることができるので、読出し動作を容易に行うことができる。これによって、コードアドレス指定可能なメモリセルの過度消去によるチャージリテンション(Charge retention)特性の劣化を防止することができるのでコードアドレス指定可能なメモリセルの信頼性を改善することができる。
【0029】
また、コードアドレス指定可能なメモリセルの消去速度も向上させることができるので、低電圧フラッシュ素子でコードアドレス指定可能なメモリセルが安定的に動作し得る効果がある。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの概略的な断面図である。
【図2】従来のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの概略的な等価回路図である。
【図3】本発明の第1実施例にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルのレイアウト図である。
【図4】本発明の第1実施例にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの等価回路図である。
【図5】本発明の第2実施例にかかるフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの等価回路図である。
【図6】本発明と従来技術での各フラッシュメモリセルの電流−電圧特性を説明するためのグラフである。
【0031】
【符号の説明】
31 フローティングゲート
32 コントロールゲート
33 第1メタルライン
35 セルコントロールゲートコンタクト
36 伝送ゲート第1コンタクト
37 伝送ゲート第2コンタクト
38 伝送ゲート第3コンタクト
39 スタックゲートコンタクト
300、400 単位セル
301、401 ゲートカップリング部(スタックキャパシタ)
302 伝送ゲート(スイッチング回路)
Claims (2)
- フローティングゲートとコントロールゲートとからなる単位セルと、
前記単位セルと接続される別途のゲートカップリング部とを含むフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルにおいて、
前記コントロールゲートは、伝送ゲートを有するスイッチング回路を間において前記ゲートカップリング部と接続され、
前記ゲートカップリング部は、
前記単位セルの前記フローティングゲートが延長され接続される下部電極と、
前記単位セルのコントロールゲートと接続される上部電極とからなるスタックキャパシタであり、
前記スイッチング回路は、
前記単位セルのセルコントロールゲート電圧が印加される端子であるセルコントロールゲートコンタクトと、第1メタルラインを介して接続される伝送ゲート第1コンタクトと、
前記スタックキャパシタの前記上部電極と第2メタルラインを介して接続される伝送ゲート第2コンタクトと、
前記伝送ゲート第1コンタクトと、前記伝送ゲート第2コンタクトの間の導通を制御する伝送ゲートの入力端子である、伝送ゲート第3コンタクトから構成されることを特徴とするフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセル。 - 請求項1に記載のフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルにおいて、
前記スイッチング回路は、コードアドレス指定可能なメモリセルの読出し動作時には、前記単位セルと前記ゲートカップリング部とが電気的に接続されるようにし、プログラムまたは消去動作時には、前記単位セルと前記ゲートカップリング部とが電気的に断線されるようにすることを特徴とするフラッシュメモリ素子のコードアドレス指定可能なメモリセルの動作方法。
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