JP5045696B2 - 半導体記憶装置及びその書き込み方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体記憶装置及びその書き込み方法に係り、特に、電荷を蓄積することにより情報を記憶する半導体記憶装置及びその書き込み方法に関する。
書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置として、フローティングゲートに電荷を蓄積することにより情報を記憶する、EEPROMやフラッシュEEPROMなどが一般に知られている。これら半導体記憶装置のプログラミングでは、フローティングゲートに電荷を注入することにより情報の書き込みが行われ、フローティングゲートに蓄積された電荷を引き抜くことにより情報の消去が行われる。
従来の半導体記憶装置の一般的なプログラム方法について、図14乃至図17を用いて説明する。
図14(a)は書き込み時の印加電圧の一例を示したものであり、図14(b)は消去時の印加電圧の一例を示したものである。
P型半導体基板200中には、N型ウェル202が形成されている。N型ウェル202内には、P型ウェル204が形成されている。P型ウェル204内には、電荷蓄積層としてのフローティングゲート206と、ワード線(WL)に接続されたコントロールゲート208と、ソース線(SL)に接続されたソース拡散層210と、ビット線(BL)に接続されたドレイン拡散層212とを有するメモリセルトランジスタが形成されている。
メモリセルトランジスタへの記憶情報の書き込みの際には、図14(a)に示すように、ビット線(BL)を介してドレイン拡散層212には5Vが印加され、ワード線(WL)を介してコントロールゲート208には10Vが印加され、ソース拡散層210はソース線(SL)を介して接地され、P型ウェル204は接地される。これにより、ソース拡散層210とドレイン拡散層212との間に電流が流れ、それに伴って発生するホットエレクトロンの一部がフローティングゲート206に注入される。フローティングゲート206に負の電荷(電子)が注入されることにより、メモリセルトランジスタの閾値電圧Vtは高い状態となる。この状態を、プログラム状態(program-state)と呼ぶ。
メモリセルトランジスタに記憶された情報の消去の際には、図14(b)に示すように、ワード線(WL)を介してコントロールゲート208には−10Vが印加され、N型ウェル202及びP型ウェル204には+10Vが印加され、ソース拡散層210及びドレイン拡散層212はフローティングの状態とされる。これにより、フローティングゲート206とP型ウェル204との間に形成されたトンネル絶縁膜に高電圧が印加され、フローティングゲート206に蓄積された電子がトンネル現象によってP型ウェル204に放出される。フローティングゲート206に蓄積された電子が放出されるとメモリセルトランジスタの閾値電圧Vtは低い状態となる。この状態を、消去状態(erase-state)と呼
ぶ。
図15は、情報読み出し時の印加電圧の一例を示したものである。
メモリセルに記憶された情報の読み出しの際には、読み出し対象のメモリセルトランジスタMCが接続されたワード線(WL1)には例えば5Vが印加され(選択)、それ以外のワード線(WL0、WL2、WL3、…)の電圧は例えば0Vとされる(非選択)。読み出し対象のメモリセルトランジスタMCが接続されたビット線(BL1)には例えば0.5Vが印加され(選択)、他のビット線(BL0、BL2、BL3、…)は例えばフローティング状態とされる(非選択)。また、各メモリセルトランジスタMCのソース拡散層110に接続されるソース線(SL)及びP型ウェル104は、接地される。そして、読み出し対象のメモリセルトランジスタMCが接続されたビット線(BL1)に流れる電流の値に応じて、大きければ当該メモリセルトランジスタMCが消去状態であると判定し、小さければ当該メモリセルトランジスタMCがプログラム状態であると判定する。
したがって、プログラム状態のセルは、選択/非選択に関わらず、電流を流さなければよい。一方、消去状態のセルは選択された場合(WL=5V)には大きな電流を流す必要があるが、非選択の場合(WL=0V)にまで電流が流れてしまうと消去状態であるにもかかわらず選択されたビット線に電流が流れてしまい、記憶情報を正しく読み出すことができない。これを防止するためには、非選択の場合(WL=0V)にはビット線BLに電流が流れないようにする必要がある。
図16は、メモリセルトランジスタの閾値電圧Vtの分布を模式的に示したものである。
上述のように、プログラム状態は選択/非選択に関わらず電流を流さなければよく、一定閾値電圧(図中、VT3)以上であればよい。一方、消去状態はセルが選択された場合には大きな電流を流し、非選択の場合には電流が流れてはならないという2つの制約を満たす必要があり、閾値電圧は一定値(VT2)以下、一定値(VT1)以上でなければならない。
一般的に、メモリセルの書き込み及び消去特性にはばらつきが避けられず、図16に示すように、プログラム状態及び消去状態の閾値電圧Vtは、メモリセルアレイ内でばらつきを有する。特に、消去状態のばらつきはプログラム状態のばらつきよりも大きいのが通常であり、トンネル電流による消去を行った後に閾値電圧がVT1以下となるメモリセルが発生してしまう。このようにVT1以下の閾値電圧を有するセルを過剰消去セル(over
erase cell)と呼び、消去後には書き戻しのプログラムが必要となる。
消去後の書き戻しプログラムでは、ワード線(WL)に例えば0Vを印加し、ビット線(BL)に例えば5Vを印加し、ソース線(SL)及びP型ウェル04を接地することにより、軽い書き込みを行う。この書き戻しプログラムを、自己収束プログラム(self-convergent program)と呼ぶ。なお、消去後の書き戻しプログラムについては、例えば特許文献1及び特許文献2に詳述されている。
図17は、書き戻し動作における印加電圧の一例を示したものである。
書き戻しプログラムの際には、選択されたビット線(BL1)には例えば5Vが印加され、他のビット線(BL0、BL2、BL3、…)は例えばフローティング状態とされる。総てのワード線(WL0、WL1、WL2、WL3、…)、各メモリセルトランジスタのソース拡散層10に接続されるソース線(SL)及びP型ウェル04は、接地される。これにより、選択されたビット線(BL)に接続され且つワード線(WL)が0Vでも電流が流れるほどの閾値電圧Vtの小さいセルに書き込みが行われる。書き戻しプログラムは、ビット線毎に行われる。
上述のように、メモリセルトランジスタの書き込みに用いられる電圧には、電源電圧よりも高い5Vといった高電圧が必要である。そこで、チップ内部にはこのような高電圧を発生する昇圧回路が設けられており、この昇圧回路により発生した高電圧を利用して、メモリセルトランジスタのプログラミングが行われる。なお、昇圧回路については、例えば特許文献3及び特許文献4に記載されている。
特開2000−268586号公報 特開2000−306390号公報 特開平06−062562号公報 特開2004−297922号公報
図18は、メモリセルアレイを構成するメモリセルトランジスタの閾値電圧Vtの最頻値(メジアン)と、総てのワード線を接地したときにビット線に流れる電流の関係とを模式的に示したものである。
メモリセルトランジスタの閾値電圧Vtの最頻値が小さくなると、閾値電圧Vtの小さなセルの数が増大し、メモリセルトランジスタのサブスレショルド電流が増大する。これによって、総てのワード線を接地した状態であっても、ビット線を流れる電流は指数関数的に増大する。更に、書き込み時のように5Vといった高電圧がビット線に印加されると、前述したサブスレショルド電流に加えてパンチスルー電流が流れ、ビット線を流れる電流は急激に増大する。
書き込み時に印加する高電圧は内部昇圧回路によって発生されるが、内部昇圧回路が供給できる電流能力は昇圧回路のポンピングキャパシタの大きさ等によって律速される。もし、昇圧回路の電流供給能力がビット線を流れる電流よりも小さいと、書き込み時にビット線に印加される電圧は降下してしまい、著しい場合には書き込みができなくなってしまう。昇圧回路の電流供給能力を大きくすればこうした電圧降下の問題は防止できるが、その場合にはポンピングキャパシタを大きくする必要があり、チップ面積が増大し、また書き込み時の消費電力が大きくなってしまう。
書き戻しプログラム時には過剰消去セルが存在し且つビット線毎に一括して行うため、このビット線リーク電流の影響は特に深刻である。通常の書き込みでは過剰消去セルが存在しないものの、選択ワード線に印加される電圧が大きいことから選択したセルに流れる電流も大きく、昇圧回路の電流能力とのバランスは重要な課題である。
本発明の目的は、チップ面積の増大を抑制しつつ、書き込み時にビット線に流れるリーク電流を低減しうる半導体記憶装置の構造及びその書き込み方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、前記N型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段とを有し、前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、前記P型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている半導体記憶装置が提供される。
また、本発明の他の観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、前記N型メモリセルトランジスタの書き戻しの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加する書き込み手段とを有し、前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、前記P型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている半導体記憶装置が提供される。
また、本発明の更に他の観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加し、前記P型ウェルに前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路から供給された負電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる半導体記憶装置の書き込み方法が提供される。
また、本発明の更に他の観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、前記P型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段とを有し、前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、前記N型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている半導体記憶装置が提供される。
また、本発明の更に他の観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、前記P型メモリセルトランジスタの書き戻しの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加する書き込み手段とを有し、前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、前記N型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている半導体記憶装置が提供される。
また、本発明の更に他の観点によれば、半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加し、前記N型ウェルに前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路から供給された正電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる半導体記憶装置の書き込み方法が提供される。
本発明によれば、N型メモリセルトランジスタのソース線側に負電圧を供給する内部昇圧回路を接続し、ソースの電位を基準電位として他の端子に所定の電位を印加することにより書き戻しプログラムを行うので、ビット線に流れる電流が大きくてソース電位が上昇しても、当該ソース電位の上昇によってリーク電流が自動的に抑制され、プログラムの際にソースの電位が過度に上昇することを抑制することができる。これにより、プログラム時にビット線に流れるリーク電流を低減することができ、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくすることができる。これにより、半導体記憶装置のチップ面積を縮小し、プログラム時の消費電力を低減することができる。
本発明の第1実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図である。 本発明の第1実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図である。 本発明の第1実施形態による半導体記憶装置の書き戻しプログラムの際にメモリセルトランジスタMCの各端子に印加される電圧を示す図である。 書き戻しプログラムの際のソース電位及びビット線電流の時間変化を示すグラフである。 本発明の第1実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示すタイムチャートである。 本発明の第2実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図である。 本発明の第3実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図である。 本発明の第3実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図である。 本発明の第4実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図である。 本発明の第4実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図(その1)である。 本発明の第4実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図(その2)である。 本発明の第4実施形態による半導体記憶装置の構造を示す平面図である。 本発明の第4実施形態による半導体記憶装置の構造を示す概略断面図である。 従来の半導体記憶装置及びその書き込み方法及び消去方法を示す概略断面図である。 従来の半導体記憶装置の読み出し方法を示す回路図である。 消去状態及びプログラム状態におけるメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布を示すグラフである。 従来の半導体記憶装置の書き戻しプログラムの方法を示す回路図である。 ビット線に流れるリーク電流とメモリセルトランジスタの閾値電圧との関係を示すグラフである。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法について図1乃至図5を用いて説明する。
図1は本実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図、図2は本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示す回路図、図3は書き戻しプログラムの際にメモリセルトランジスタMCの各端子に印加される電圧を示す図、図4は書き戻しプログラムの際のソース電位及びビット線電流の時間変化を示すグラフ、図5は本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法を示すタイムチャートである。
はじめに、本実施形態による半導体記憶装置の構造について図1を用いて説明する。
図1に示すように、メモリセルトランジスタMCが行方向(図面、横方向)及び列方向(図面、縦方向)に並ぶようにマトリクス状に配置され、メモリセルアレイが構成されている。
メモリセルアレイの各行に対応して、行方向に延在するワード線WL(WL0,WL1,WL2,WL3,…)がそれぞれ設けられている。行方向に並ぶメモリセルトランジスタMCのゲート端子は、対応するワード線WLによって共通接続されている。
メモリセルアレイの各列に対応して、列方向に延在するビット線BL(BL0,BL1,BL2,BL3,…)がそれぞれ設けられている。列方向に並ぶメモリセルトランジスタMCのソース/ドレイン端子の一方の端子(例えばドレイン端子)は、対応するビット線BLによって共通接続されている。メモリセルトランジスタMCのソース/ドレイン端子の他方の端子(例えばソース端子)は、ソース線SLによって共通接続されている。
ワード線WLには行スイッチング回路100が接続されており、任意のワード線WLに所定の駆動電圧を印加できるようになっている。ビット線BLには列スイッチング回路102が接続されており、任意のビット線BLに所定の駆動電圧を印加できるようになっている。列スイッチング回路102にはセンスアンプ104が接続されている。ソース線SLには、ソース線スイッチング回路106を介して、電源電圧を昇圧するプログラム用内部昇圧回路108が接続されている。プログラム用内部昇圧回路108とは、チップ内部に組み込まれた電源回路であり、プログラムに必要な高電圧を発生するチャージポンプ回路を含むものである。
なお、図示していないが、メモリセルトランジスタMCは、P型半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルに形成されている。これらN型ウェル及びP型ウェルはスイッチング回路を経由して外部に接続されており、動作に合わせて所望の電圧が供給できるように構成されている。
次に、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法について図2乃至図5を用いて説明する。
図2は、書き戻しのプログラムを行う場合の詳細な回路図及び印加電圧を示したものである。
図2に示すように、選択されたビット線(図中、ビット線BL)は、列スイッチング回路102及びプログラム/読み出し動作切り換えスイッチ110を介して、基準電圧に接続されている。プログラム/読み出し動作切り換えスイッチ110は、プログラム動作の際にはビット線BLに所定の電圧を印加し、読み出し動作の際にはビット線BLをセンス回路112に接続するためのものである。基準電圧とは、動作の際に基準となる電圧であり、通常は接地電位である。
選択されていないビット線(図中、ビット線BLn−1)には、列スイッチング回路102及び図示しないプログラム/読み出し動作切り換えスイッチを介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。選択されていないビット線(ビット線BLn−1)のスイッチング用トランジスタには例えば−5Vの駆動電圧が印加されており、選択されていないビット線はフローティング状態となっている。
ソース線SLには、ソース線スイッチング回路106を介して、プログラム用内部昇圧回路108から供給される例えば−5Vの電圧が印加されている。
選択されたワード線(図中、ワード線WL)及び選択されていないワード線(図中、ワード線WLm+1)の双方には、図示しない行スイッチング回路を介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。なお、ワード線WLに接続される電源は、ソース線SLに接続されるプログラム用内部昇圧回路108とは別の電源である。
メモリセルトランジスタMCが形成されたP型ウェルには、P型ウェルスイッチング回路114を介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。なお、P型ウェルに接続される電源は、ソース線SLに接続されるプログラム用内部昇圧回路108とは別の電源である。
列スイッチング回路102、P型ウェルスイッチング回路114等、高電圧が印加されるスイッチング回路は、動作時耐圧を向上する目的で、トランジスタを2段に直列接続した構造(カスケード(cascode)構造)となっている。
図3は、選択されたメモリセルトランジスタMCのみを抜き出し、書き戻しプログラムの際にメモリセルトランジスタMCの各端子に印加される電圧を示したものである。
図3に示すように、書き戻しプログラムの際には、N型ウェル14は基準電圧に接続され、P型ウェル16には−5Vが印加され、ドレイン拡散層28はビット線BLを介して基準電圧に接続され、コントロールゲート24にはワード線WLを介して−5Vが印加され、ソース拡散層26にはソース線SLを介してプログラム用内部昇圧回路108から供給された−5Vが印加される。
このように、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法は、プログラム用内部昇圧回路108から供給される−5Vの電圧をソース線SLに接続し、このソース線SLの電位を基準としてプログラムに必要な電位差を各端子に与えるものである。ソース線SLに供給する負の電圧は、ビット線BLが基準電圧となるように設定されている。メモリセルトランジスタMCは、P型半導体基板10に形成されたN型ウェル14内のP型ウェル16(二重ウェル)に形成されており、周辺ロジック回路等の形成されるP型ウェルとは電気的に分離されている。したがって、P型ウェル16に−5Vの負電圧を印加しても何ら支障はない。
図4は、プログラム用内部昇圧回路108の電流供給能力がビット線BLを流れる電流よりも小さい場合における、書き戻しプログラムの際のソース電位及びビット線電流の時間変化を示すグラフである。
プログラム用内部昇圧回路108の電流供給能力がビット線BLを流れる電流よりも大きければ、メモリセルトランジスタMCのソース−ドレイン間には電位差5Vがそのまま印加され、支障なく自己収束書き込みを行うことができる。
これに対し、プログラム用内部昇圧回路108の電流供給能力がビット線BLを流れる電流よりも小さい場合には、プログラム用内部昇圧回路108の出力電圧は、絶対値が降下する。これにより、ソース線SLに印加される電圧は上昇することになる。
しかしながら、ソース線SLに印加される電圧が上昇すると、メモリセルトランジスタMCのソース電位が上昇してP型ウェルとの間に電位差が生じ、バックバイアス効果(VBB効果)によってメモリセルトランジスタMCの閾値電圧Vtが上昇する。また、コントロールゲートとソースとの間にもトランジスタをオフする方向に電位差が生じる(VGS効果)。そして、これら両方の効果により、ビット線BLを流れる電流が減少する(図4の点線より左側の段階)。
この結果、プログラム用内部昇圧回路の能力と釣り合う電流がビット線BLを流れるようになり、ソース線SLの電位の上昇は自動的に抑制される。前述の通り、ビット線BLを流れる電流はメモリセルトランジスタの閾値電圧Vtに対して指数関数的に依存するため、ソース線SLの電位の上昇は例えば0.5V程度と非常に小さく抑えられ、自己収束書き込みのスピードは実用的な範囲に十分入る。
一旦プログラムがされれば、閾値電圧Vtの上昇によってビット線BLを流れる電流は急速に減少し、プログラム用内部昇圧回路18の能力の範囲内に入り、書き込みは支障なく行うことができる(図4の点線よりも右側の段階)。
従来技術では、プログラム用内部昇圧回路をドレイン端子に印加していたため、上述のバックバイアス効果等のリーク電流を抑制するメカニズムは働かない。したがって、プログラム用内部昇圧回路の電流供給能力がビット線を流れる電流よりも小さければドレインに印加される電圧が降下してしまい、著しい場合には書き込むことができない。
なお、書き戻しではない通常のプログラムを行う場合には、上述の書き込み方法において、ワード線WLに−5Vの電圧を印加する代わりに、選択されたワード線に例えば5Vの電圧を印加するようにすればよい。
また、メモリセルトランジスタに記憶された情報を読み出す場合には、プログラム/読み出し動作切り換えスイッチ110によってビット線BLとセンス回路112とを接続するとともに、選択されたビット線BLに例えば0.5Vの電圧を印加し、選択されていないビット線にBLをフローティング状態にし、選択されたワード線に例えば5Vの電圧を印加し、選択されていないワード線WL、ソース線SL及びP型ウェル104を例えば基準電圧に接続するようにすればよい(図15参照)。
次に、書き戻しのプログラムを行う場合の具体的な手順について図2及び図5を用いて説明する。
まず、P型ウェルスイッチング回路114のスイッチング用トランジスタに所定の駆動電圧(例えば1V及び5V)を印加してオン状態とし、P型ウェルスイッチング回路114を介してP型ウェルに例えば−5Vの電圧を印加する。
次いで、行スイッチング回路100のスイッチング用トランジスタに所定の駆動電圧(例えば5V)を印加してオン状態とし、行スイッチング回路100を介してワード線(ワード線WL,WLm+1)に例えば−5Vの電圧を印加する。
次いで、列スイッチング回路102のスイッチング用トランジスタに所定の駆動電圧を印加し、選択されたビット線(ビット線BL)及び選択されていないビット線(ビット線BLn−1)に所定の電圧を印加する。選択されたビット線のスイッチング用トランジスタには例えば5Vの電圧を印加してオン状態とし、ビット線を基準電圧に接続する。一方、選択されていないビット線のスイッチング用トランジスタには例えば−5Vの電圧を印加してオフ状態のままとし、ビット線をフローティング状態に保つ。
次いで、ソース線スイッチング回路106のスイッチング用トランジスタに所定の駆動電圧(例えば−1V)を印加してオン状態とし、ソース線SLにプログラム用内部昇圧回路108から供給される−5Vの電圧を印加する。なお、ソース線SLに印加する電圧は、P型ウェルに電圧を印加した後に印加する。これにより、ジャンクションに順方向バイアスが印加されることを防止できる。
この状態で所定の書き戻しプログラムを行った後、ソース線スイッチング回路106、列スイッチング回路102、行スイッチング回路100、P型ウェルスイッチング回路114の順にオフ状態とし、選択されたビット線の書き戻し動作を終了する。
このように、本実施形態によれば、N型メモリセルトランジスタのソース線側に負電圧を供給する内部昇圧回路を接続し、ソースの電位を基準として他の端子に所定の電位を印加することにより書き戻しプログラムを行うので、書き込みの際にソースの電位が過度に上昇することを抑制することができる。これにより、ビット線に流れるリーク電流を低減することができ、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくすることができる。これにより、半導体記憶装置のチップ面積を縮小し、プログラム時の消費電力を低減することができる。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法について図6を用いて説明する。なお、図1乃至図5に示す第1実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図6は本実施形態による半導体記憶装置の構造及び書き込み方法を示す回路図である。
本実施形態による半導体記憶装置は、図6に示すように、プログラム用内部昇圧回路108からの出力電圧が、ソース線SLのみならず、図示しない行スイッチング回路を介して選択されたワード線(ワード線WL)にも印加できるように構成されていることに主たる特徴がある。他の構成は、第1実施形態による半導体記憶装置と同様である。
第1実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法では、ワード線WLに接続される電源を、プログラム用内部昇圧回路108とは別の電源とした。このため、プログラム用内部昇圧回路108の電流供給能力の欠如によりソース線SLの電位が上昇した場合には、コントロールゲートとソースとの間にトランジスタをオフする方向に電位差が生じ、これによってビット線BLを流れる電流が抑制された。
これに対し、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法では、ワード線WLに接続される電源を、ソース線SLに接続されるのと同じプログラム用内部昇圧回路108を用いているため、プログラム用内部昇圧回路108の電流供給能力の欠如によりソース線SLの電位が上昇した場合であっても、コントロールゲートとソースとの間には電位差は生じない。このため、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法では、上記VGS効果によるビット線リーク電流の減少効果を享受することはできない。
しかしながら、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法では、第1実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法の場合よりもソース−ドレイン間を流れる電流が大きくなることから、プログラムスピードを向上することができる。
したがって、バックバイアス効果だけでプログラム用内部昇圧回路18の電流供給能力をカバーできるような場合には、高速プログラムが可能な本実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法は特に有効である。
このように、本実施形態によれば、N型メモリセルトランジスタのソース線側に負電圧を供給する内部昇圧回路を接続し、ソースの電位を基準として他の端子に所定の電位を印加することにより書き戻しプログラムを行うので、プログラムの際にソースの電位が上昇することを抑制することができる。これにより、ビット線に流れるリーク電流を低減することができ、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくすることができる。これにより、半導体記憶装置のチップ面積を縮小し、プログラム時の消費電力を低減することができる。
また、内部昇圧回路から供給される負電圧をワード線にも印加することにより、プログラムスピードを向上することができる。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法について図7及び図8を用いて説明する。なお、図1乃至図6に示す第1及び第2実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図7は本実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図、図8は本実施形態による半導体記憶装置の構造及び書き込み方法を示す回路図である。
図7に示すように、本実施形態による半導体記憶装置は、ソース線SLが、ビット線BL0,BL1,BL2,BL3,…のそれぞれに対応して、ソース線SL0,SL1,SL2,SL3,…に分けられており、プログラム用内部昇圧回路18からの出力電圧を、ソース線スイッチング回路106によって任意のソース線SL0,SL1,SL2,SL3,…に印加できるように構成されていることに主たる特徴がある。他の構成は、第1実施形態による半導体記憶装置と同様である。
第1実施形態による半導体記憶装置の回路構成は、主として書き戻し動作を対象としたものであるが、図1及び図2に示す回路図において通常のプログラムを行うと、選択されていないメモリセルトランジスタMCにも書き込まれる虞がある。
すなわち、第1実施形態による半導体記憶装置では異なるビット線BLに接続されたメモリセルトランジスタ間においてもソース線SLが共通となっているため、一のビット線BLに接続されたメモリセルトランジスタMCの書き込みを行うためにソース線SLに電圧を印加すると、他のビット線BLに接続されたメモリセルトランジスタMCのソース線SLにも電圧が印加される。このとき、選択されていないビット線BLはフローティングであるからDC電流は流れないが、過渡的な充放電電流を避けることはできず、少なからず書き込まれてしまう。
本実施形態による半導体記憶装置のように、ビット線BL0,BL1,BL2,BL3,…のそれぞれに対応して、ソース線SLを、ソース線SL0,SL1,SL2,SL3,…に分けることにより、通常のプログラムの際には選択されたビット線BLに対応したソース線SLのみにプログラム用内部昇圧回路18からの出力電圧を印加することができる。これにより、選択されていないメモリセルトランジスタMCが書き込まれるのを防止することができる。
なお、通常のプログラムの際には、図8に示すように、選択されたワード線(ワード線WL)には例えば5Vの電圧を印加し、選択されていないワード線(ワード線WLm+1)には例えば−5Vの電圧を印加する。他の端子への印加電圧は、図2に示す第1実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法と同様である。
このように、本実施形態によれば、N型メモリセルトランジスタのソース線側に負電圧を供給する内部昇圧回路を接続し、ソースの電位を基準として他の端子に所定の電位を印加することにより通常のプログラムを行うので、書き込みの際にソースの電位が上昇することを抑制することができる。これにより、ビット線に流れるリーク電流を低減することができ、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくすることができる。これにより、半導体記憶装置のチップ面積を縮小し、書き込み時の消費電力を低減することができる。
なお、ソース線SLを共通にしても選択されていないメモリセルトランジスタMCの書き込みが問題とならないような場合には、第1及び第2実施形態による半導体記憶装置の場合と同様に、ソース線SLを複数のビット線BLに対して共通にして通常のプログラムを行ってもよい。
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法について図9及び図10を用いて説明する。なお、図1乃至図8に示す第1乃至第3実施形態による半導体記憶装置及びその書き込み方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
図9は本実施形態による半導体記憶装置の構造を示す回路図、図10は本実施形態による半導体記憶装置の構造及び書き込み方法を示す回路図である。
はじめに、本実施形態による半導体記憶装置の構造について図9を用いて説明する。
図9に示すように、メモリセルトランジスタMCが行方向(図面、横方向)及び列方向(図面、縦方向)に並ぶようにマトリクス状に配置され、メモリセルアレイが構成されている。
メモリセルアレイの各行に対応して、行方向に延在するワード線WL(WL0,WL1,WL2,WL3,…)がそれぞれ設けられている。行方向に並ぶメモリセルトランジスタMCのゲート端子は、対応するワード線WLによって共通接続されている。
メモリセルアレイの各列に対応して、列方向に延在するビット線BL(BL0,BL1,BL2,BL3,…)がそれぞれ設けられている。列方向に並ぶメモリセルトランジスタMCのソース/ドレイン端子の一方の端子(例えばドレイン端子)は、対応するビット線BLによって共通接続されている。メモリセルトランジスタMCのソース/ドレイン端子の他方の端子(例えばソース端子)は、ソース線SLによって共通接続されている。
ビット線BLには、列スイッチング回路102を介して電源電圧を昇圧するプログラム用内部昇圧回路108が接続されている。列スイッチング回路102には、センスアンプ104が接続されている。ソース線SLには、ソース線スイッチング回路106が接続されている。ワード線WLには、行スイッチング回路100が接続されており、各ワード線に任意の駆動電圧を印加できるようになっている。
このように、本実施形態による半導体記憶装置は、プログラム用内部昇圧回路108が列スイッチング回路102を介してビット線BLに接続されていることに主たる特徴がある。
第1乃至第3実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法では、書き込み時にソース線SLに接続されたプログラム用内部昇圧回路108から−5Vの電圧を印加したが、ソース線SLを多数のビット線BLに対して共通とした場合には、非選択ビット線BLの過渡的な充放電電流を含めて書き戻し動作の対象セルが多くなり、その分だけ大きな電流供給能力が必要となる。また、第3実施形態において説明したように、ソース線SLを多数のビット線BLに対して共通とした場合には、通常のセル毎の書き込みはできないといった不都合がある。
そこで、本実施形態による半導体記憶装置では、図9に示すように、プログラム用内部昇圧回路108を列スイッチング回路102を介してビット線BLに接続し、ビット線BL側をソース端子として動作させる。こうすることにより、ソース線SLを共通にした場合にも、プログラム用内部昇圧回路108に要求される電流供給能力を抑えるとともに、ビット線毎の書き戻し動作が可能となる。
図10は、書き戻しのプログラムを行う場合の詳細な回路図及び印加電圧を示したものである。
図10に示すように、選択されたビット線(ビット線BL)は、列スイッチング回路102及びプログラム/読み出し動作切り換えスイッチ110を介して、プログラム用内部昇圧回路108から供給される例えば−5Vの電圧が印加されている。
選択されていないビット線(ビット線BLn−1)には、列スイッチング回路102及び図示しないプログラム/読み出し動作切り換えスイッチを介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。選択されていないビット線(ビット線BLn−1)のスイッチング用トランジスタには例えば−5Vの駆動電圧が印加されており、選択されていないビット線はフローティング状態となっている。なお、選択されていないビット線BLは、列スイッチング回路102等を介して基準電圧に接続するようにしてもよい。この場合、非選択ビット線BLの電位はソース線SLと同電位になるだけであるから、DC電流は流れず、また充放電電流も流れない。
選択されたワード線(ワード線WL)及び選択されていないワード線(ワード線WLm+1)の双方には、図示しない行スイッチング回路を介して、プログラム用内部昇圧回路108から供給される例えば−5Vの電圧が印加されている。なお、プログラム用内部昇圧回路108とは別の電源にワード線WLを接続するようにしてもよい。
ソース線SLは、ソース線スイッチング回路106を介して、例えば基準電位に接続される。
メモリセルトランジスタMCが形成されたP型ウェルには、P型ウェルスイッチング回路114を介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。なお、P型ウェルに接続される電源は、ソース線SLに接続されるプログラム用内部昇圧回路108とは別の電源である。
このようにして書き戻しのプログラムを行うことにより、ソース線SLを共通にした場合にも、プログラム用内部昇圧回路に要求される電流供給能力を抑えるとともに、ビット線毎に書き戻し動作を行うことができる。
図11は、通常のプログラムを行う場合の詳細な回路図及び印加電圧を示したものである。
図11に示すように、選択されたビット線(ビット線BL)は、列スイッチング回路102及びプログラム/読み出し動作切り換えスイッチ110を介して、プログラム用内部昇圧回路108から供給される例えば−5Vの電圧が印加されている。
選択されていないビット線(ビット線BLn−1)には、列スイッチング回路102及び図示しないプログラム/読み出し動作切り換えスイッチを介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。選択されていないビット線(ビット線BLn−1)のスイッチング用トランジスタには例えば−5Vの駆動電圧が印加されており、選択されていないビット線はフローティング状態となっている。なお、選択されていないビット線BLは、列スイッチング回路102等を介して基準電圧に接続するようにしてもよい。この場合、非選択ビット線BLの電位はソース線SLと同電位になるだけであるから、DC電流は流れず、また充放電電流も流れない。
選択されたワード線(ワード線WL)には、図示しない行スイッチング回路を介して、例えば5Vの電圧を印加する。選択されていないワード線(ワード線WLm+1)には、図示しない行スイッチング回路を介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。
ソース線SLは、ソース線スイッチング回路106を介して、例えば基準電圧に接続される。
メモリセルトランジスタMCが形成されたP型ウェルには、P型ウェルスイッチング回路114を介して、例えば−5Vの電圧が印加されている。なお、P型ウェルに接続される電源は、ビット線BLに接続されるプログラム用内部昇圧回路108とは別の電源である。
このようにして通常のプログラムを行うことにより、ソース線SLを共通にした場合にも、プログラム用内部昇圧回路108に要求される電流供給能力を抑えるとともに、各メモリセル毎にプログラムをことができる。
次に、本実施形態による半導体記憶装置の書き込み方法に好適な半導体記憶装置の具体的な構造の一例について、図12及び図13を用いて説明する。図12は本実施形態による半導体記憶装置の構造を示す平面図であり、図13は本実施形態による半導体記憶装置の構造を示す概略断面図である。なお、図13(a)は図12のA−A′線断面図であり、図13(b)は図12のB−B′線断面図であり、図13(c)は図12のC−C′線断面図である。
P型シリコン基板10には、活性領域12aを画定する素子分離膜12と、N型ウェル14と、N型ウェル14内に形成されたP型ウェル16とが形成されている。P型ウェル16は、N型ウェル14によってP型シリコン基板10から分離されている。
活性領域12aには、P型シリコン基板10上にトンネル絶縁膜18を介して形成されたフローティングゲート20と、フローティングゲート20上にONO膜22を介して形成されたコントロールゲート24と、コントロールゲート24の両側のP型シリコン基板10内に形成された一対のソース/ドレイン領域26,28とを有するメモリセルトランジスタが形成されている。行方向(図面、横方向)に並ぶメモリセルトランジスタのコントロールゲート24は、ワード線WLによって共通接続されている。
メモリセルトランジスタが形成されたP型シリコン基板10上には、ソース/ドレイン領域26に接続されたコンタクトプラグ30及びソース/ドレイン領域28に接続されたコンタクトプラグ32が埋め込まれた層間絶縁膜34が形成されている。
コンタクトプラグ30,32が埋め込まれた層間絶縁膜34上には、コンタクトプラグ30を介してソース/ドレイン領域26に電気的に接続されたソース線36(SL)と、コンタクトプラグ32を介してソース/ドレイン領域28に電気的に接続された配線層38とが埋め込まれた層間絶縁膜40が形成されている。
ソース線36及び配線層38が埋め込まれた層間絶縁膜40上には、配線層38に接続されたコンタクトプラグ42が埋め込まれた層間絶縁膜44が形成されている。
層間絶縁膜44上には、コンタクトプラグ42、配線層38及びコンタクトプラグ32を介してソース/ドレイン領域28に電気的に接続されたビット線46(BL)が形成されている。
図12及び図13に示す半導体記憶装置は、ソース線SL側、ビット線BL側のいずれをドレインとして使用しても特性が同等となるように、ソース/ドレイン領域26,28等が対称な構造となっている。これにより、通常のプログラムではビット線BL側をドレインとして用い、書き戻しプログラムではソース線SL側をドレインとして用いても、同等なプログラミング特性を得ることができる。これにより、両者に対して格別な設計的工夫を施す必要がなく、回路構成を簡単にすることができる。
このように、本実施形態によれば、N型メモリセルトランジスタのビット線側に負電圧を供給する内部昇圧回路を接続してソース端子として用い、この電位を基準電位として他の端子に所定の電位を印加することにより書き込みを行うので、書き込みの際にソースの電位が上昇することを抑制することができる。これにより、ビット線に流れるリーク電流を低減することができ、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくすることができる。これにより、半導体記憶装置のチップ面積を縮小し、書き込み時の消費電力を低減することができる。
また、ビット線側の端子をソース端子として用いることにより、書き込み時に選択されていないビット線に流れるリーク電流を低減することができる。これにより、内部昇圧回路のポンピングキャパシタの面積を小さくできるとともに、消費電力を低減することができる。
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、電荷蓄積層としてフローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置に本発明を適用する場合を示したが、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜(ONO膜)や、シリコン酸化膜/アルミナ膜/シリコン酸化膜を電荷蓄積層とし、この電荷蓄積層に電荷を蓄積するタイプの不揮発性半導体記憶装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、N型メモリセルトランジスタを有する半導体記憶装置の場合について示したが、P型メモリセルトランジスタを有する半導体記憶装置についても同様に適用することができる。この場合、ソース側には正電圧を供給する内部昇圧回路を接続するようにすればよい。また、ウェルの導電型や他の印加電圧の極性は、それぞれ反転するようにすればよい。
また、本発明は、メモリセルトランジスタのソースとして用いる端子へ内部昇圧回路から供給される電圧を印加し、この電圧を基準として書き込みに必要な電位差を各端子に与えるものであり、各端子への印加電圧は上記実施形態に記載の値に限定されるものではない。書き込みに必要な各端子への印加電圧は、半導体記憶装置の構造や世代等に応じて適宜設定することが望ましい。
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
(付記1) 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、
前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路と、
前記N型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第2の拡散層に基準電圧を印加し、前記基準電圧に対する負電圧を前記電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
(付記2) 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、
前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路と、
前記P型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第2の拡散層に基準電圧を印加し、前記基準電圧に対する正電圧を前記電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段と
を有することを特徴とする半導体記憶装置。
(付記3) 付記1又は2記載の半導体記憶装置において、
前記電源回路は、前記ゲート電極に対して接続可能に構成されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記4) 付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記第1の拡散層は、ビット線を介して前記電源回路に接続されており、
前記第2の拡散層は、ソース線を介して前記基準電圧に接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記5) 付記1乃至3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置において、
前記第1の拡散層は、ソース線を介して前記電源回路に接続されており、
前記第2の拡散層は、ビット線を介して前記基準電圧に接続されている
ことを特徴とする半導体記憶装置。
(付記6) 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、
前記第2の拡散層に基準電圧を印加し、前記基準電圧に対する負電圧を前記電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記7) 付記6記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記ゲート電極に負電圧を印加することにより、前記N型メモリセルトランジスタの書き戻しを行う
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記8) 付記7記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記ゲート電極に、前記電源回路から供給された前記負電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記9) 付記6記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記ゲート電極に正電圧を印加することにより、前記N型メモリセルトランジスタへの記憶情報の書き込みを行う
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記10) 付記6乃至9のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第1の拡散層に、ビット線を介して前記負電圧を印加し、
前記第2の拡散層に、ソース線を介して前記基準電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記11) 付記6乃至9のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第1の拡散層に、ソース線を介して前記負電圧を印加し、
前記第2の拡散層に、ビット線を介して前記基準電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記12) 付記6乃至11のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルに形成されており、
前記P型ウェルに、前記電源回路とは異なる他の電源回路から供給された負電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記13) 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、
前記第2の拡散層に基準電圧を印加し、前記基準電圧に対する正電圧を前記電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記14) 付記13記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記ゲート電極に正電圧を印加することにより、前記P型メモリセルトランジスタの書き戻しを行う
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記15) 付記14記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記ゲート電極に、前記電源回路から供給された前記正電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記16) 付記13乃至15のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第1の拡散層に、ビット線を介して前記正電圧を印加し、
前記第2の拡散層に、ソース線を介して前記基準電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記17) 付記13乃至15のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記第1の拡散層に、ソース線を介して前記正電圧を印加し、
前記第2の拡散層に、ビット線を介して前記基準電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
(付記18) 付記13乃至17のいずれか1項に記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルに形成されており、
前記N型ウェルに、前記電源回路とは異なる他の電源回路から供給された正電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
10…P型シリコン基板
12…素子分離膜
12a…活性領域
14…N型ウェル
16…P型ウェル
18…トンネル絶縁膜
20…フローティングゲート
22…ONO膜
24…コントロールゲート
26,28…ソース/ドレイン領域
30,32,42…コンタクトプラグ
34,40,44…層間絶縁膜
36…ソース線
38…配線層
46…ビット線
100…行スイッチング回路
102…列スイッチング回路
104…センスアンプ
106…ソース線スイッチング回路
108…プログラム用内部昇圧回路
110…プログラム/読み出し動作切り換えスイッチ
112…センス回路
114…P型ウェルスイッチング回路
200…P型半導体基板
202…N型ウェル
204…P型ウェル
206…フローティングゲート
208…コントロールゲート
210…ソース拡散層
212…ドレイン拡散層

Claims (14)

  1. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、
    前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、
    前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、
    前記N型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段と
    を有し、
    前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、
    前記P型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、
    前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、
    前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、
    前記N型メモリセルトランジスタの書き戻しの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加する書き込み手段とを有し、
    前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、
    前記P型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 請求項1又は2記載の半導体記憶装置において、
    前記第1の拡散層は、ビット線を介して前記第2の電源回路に接続されており、
    前記第2の拡散層は、ソース線を介して前記第1の電源回路に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  4. 請求項1又は2記載の半導体記憶装置において、
    前記第1の拡散層は、ソース線を介して前記第2の電源回路に接続されており、
    前記第2の拡散層は、ビット線を介して前記第1の電源回路に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  5. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するN型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、
    前記N型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたN型ウェル内に形成されたP型ウェルの上に形成されており、
    前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する負電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加し、前記P型ウェルに前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路から供給された負電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
  6. 請求項記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
    前記第1の拡散層に、ビット線を介して前記負電圧を印加し、
    前記第2の拡散層に、ソース線を介して前記接地電位を印加する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
  7. 請求項記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
    前記第1の拡散層に、ソース線を介して前記負電圧を印加し、
    前記第2の拡散層に、ビット線を介して前記接地電位を印加する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
  8. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、
    前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、
    前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、
    前記P型メモリセルトランジスタへの書き込みの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる書き込み手段とを有し、
    前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、
    前記N型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  9. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、
    前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、
    前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路と、
    前記P型メモリセルトランジスタの書き戻しの際に、前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に正電圧を印加する書き込み手段とを有し、
    前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、
    前記N型ウェルは、前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路に電気的に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  10. 請求項又は記載の半導体記憶装置において、
    前記第1の拡散層は、ビット線を介して前記第2の電源回路に接続されており、
    前記第2の拡散層は、ソース線を介して前記第1の電源回路に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  11. 請求項又は記載の半導体記憶装置において、
    前記第1の拡散層は、ソース線を介して前記第2の電源回路に接続されており、
    前記第2の拡散層は、ビット線を介して前記第1の電源回路に接続されている
    ことを特徴とする半導体記憶装置。
  12. 半導体基板に形成された第1の拡散層及び第2の拡散層と、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間の前記半導体基板上に形成された電荷蓄積層と、前記電荷蓄積層上に形成されたゲート電極とを有するP型メモリセルトランジスタと、前記第2の拡散層に対して接続可能に構成された第1の電源回路と、前記半導体基板に形成され、前記第1の拡散層及び前記ゲート電極に対して接続可能に構成され、外部電源から供給される電圧を昇圧して出力する電源回路であって、前記第1の電源回路よりも電流供給能力の小さい第2の電源回路とを有する半導体記憶装置の書き込み方法であって、
    前記P型メモリセルトランジスタは、前記半導体基板に形成されたP型ウェル内に形成されたN型ウェルの上に形成されており、
    前記第1の電源回路から前記第2の拡散層に接地電位を印加し、前記接地電位に対する正電圧を前記第2の電源回路から供給して前記第1の拡散層に印加し、前記ゲート電極に負電圧を印加し、前記N型ウェルに前記第2の電源回路とは異なる他の電源回路から供給された正電圧を印加することにより、前記第1の拡散層と前記第2の拡散層との間に電流を流して前記電荷蓄積層に電荷を蓄積させる
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
  13. 請求項1記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
    前記第1の拡散層に、ビット線を介して前記正電圧を印加し、
    前記第2の拡散層に、ソース線を介して前記接地電位を印加する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
  14. 請求項1記載の半導体記憶装置の書き込み方法において、
    前記第1の拡散層に、ソース線を介して前記正電圧を印加し、
    前記第2の拡散層に、ビット線を介して前記接地電位を印加する
    ことを特徴とする半導体記憶装置の書き込み方法。
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