JP5477483B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and nonvolatile semiconductor memory device Download PDF

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Description

本発明は、不揮発性半導体メモリ装置に関し、特に、標準CMOSプロセスで構成されるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)、およびこの不揮発性半導体メモリ素子を備える不揮発性半導体メモリ装置に関する。
本願は、2007年12月05日に日本に出願された特願2007−315113号、および2007年12月25日に日本に出願された特願2007−331380号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a floating gate type nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) configured by a standard CMOS process, and a nonvolatile semiconductor memory device including the nonvolatile semiconductor memory element.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2007-315113 filed in Japan on December 05, 2007 and Japanese Patent Application No. 2007-331380 filed in Japan on December 25, 2007. The contents are incorporated herein.

フラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasable programmable Read Only Memory)に代表される不揮発性半導体メモリ装置は、電源を切っても情報が消えないことから、多くの用途に用いられてきた。フラッシュメモリの代表的な例としては大容量のファイル用途のNAND型フラッシュメモリ、携帯電話等の記憶制御に用いるNOR型フラッシュメモリ、また、EEPROMの代表的な用途としては、ICカードがある。   BACKGROUND OF THE INVENTION Nonvolatile semiconductor memory devices represented by flash memory and EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) have been used for many applications because information does not disappear even when the power is turned off. Typical examples of flash memory include NAND flash memory for large-capacity file applications, NOR flash memory used for storage control of mobile phones and the like, and typical applications of EEPROM include IC cards.

また、いつでも用途に応じて書き換えが出来る便利さから、マイコン内のマスクROMの置き換えとしてEEPROMやフラッシュメモリが使われている。さらに、近年では、システムLSIや、論理ICの一部に不揮発性メモリを取り込んだ、埋め込み型の所謂、ロジック混載メモリ(Embedded Memory)が必要になってきた。さらには、アナログ回路に組み込んで、高精度のアナログ回路のチューニング等を行うための調整用スイッチとして、数百ビットから数Kビット程度の小規模の不揮発性メモリも必要になってきている。   Also, EEPROM and flash memory are used as a replacement for the mask ROM in the microcomputer because it can be rewritten at any time according to the application. Further, in recent years, an embedded type so-called logic embedded memory (embedded memory) in which a nonvolatile memory is incorporated in a part of a system LSI or logic IC has become necessary. Furthermore, a small-sized non-volatile memory of about several hundred bits to several K bits is also required as an adjustment switch that is incorporated in an analog circuit and performs tuning of a high-precision analog circuit.

しかしながら、大容量向けのフラッシュメモリでは、メモリセルは微細化可能であるが、メモリセルの制御が複雑であり、メモリセルの制御回路を含む、メモリセル以外の周辺回路の面積が大きくなり、小容量の不揮発性メモリには不向きであった。   However, in a large-capacity flash memory, the memory cell can be miniaturized, but the control of the memory cell is complicated, and the area of peripheral circuits other than the memory cell including the control circuit of the memory cell becomes large and small. It was not suitable for non-volatile memories with a capacity.

このような不揮発性半導体メモリ装置に関して、種々の従来技術が開示されている(例えば、特許文献1、2、3を参照)。
特許文献1の従来技術には、NOR型フラッシュメモリの全体システム例が示されている。メモリセルの構成は、1トランジスタがNOR型に接続されて、非常に高密度に配置できるが、閾値が負になると不良になるため、一旦消去した後、負になったセルにポスト消去(浅い書き込み)を行い、メモリセルの閾値を正側に制御する必要があり、メモリセルの閾値制御が複雑になる。特許文献2の従来技術には、主にNAND型フラッシュメモリを例に、特にメモリセルの閾値を制御する複雑な電源システムの例を示している。また、特許文献3の従来技術には、NOR型フラッシュメモリを例に、同じくメモリセルの閾値を制御するための複雑な電源システムの例を示している。
Various conventional techniques have been disclosed for such nonvolatile semiconductor memory devices (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
The prior art of Patent Document 1 shows an example of the entire system of a NOR flash memory. The memory cell configuration is such that one transistor is connected in a NOR type and can be arranged at a very high density. However, if the threshold value becomes negative, the memory cell becomes defective. Writing) and controlling the threshold value of the memory cell to the positive side, the threshold control of the memory cell becomes complicated. In the prior art of Patent Document 2, an example of a complicated power supply system that mainly controls a threshold value of a memory cell is shown, mainly using a NAND flash memory as an example. The prior art in Patent Document 3 shows an example of a complicated power supply system for controlling the threshold value of a memory cell, taking a NOR flash memory as an example.

また、2トランジスタから構成されるEEPROMは、制御回路はシンプルであるが、メモリセルが比較的大きくなるため、コスト高になることが問題であった。さらに、プロセス構造上の問題として、従来の不揮発性メモリは2層ポリシリコンあるいは3層ポリシリコンを用いたセル構造が一般的で、製造工程は標準CMOSロジックプロセスより複雑で製造工程も多く、不揮発性メモリと標準ロジックを1チップの中に同時に埋め込もうとすると、製造工程が多く、歩留まりも低下し、製品の価格(コスト)が上る問題が生じていた。   In addition, an EEPROM composed of two transistors has a simple control circuit, but has a problem in that the memory cell becomes relatively large and the cost is increased. Furthermore, as a problem in the process structure, the conventional nonvolatile memory generally has a cell structure using two-layer polysilicon or three-layer polysilicon, and the manufacturing process is more complicated than that of the standard CMOS logic process, and the manufacturing process is more complicated. If the memory and the standard logic are simultaneously embedded in one chip, there are many manufacturing processes, yields are reduced, and the product price (cost) is increased.

この問題を解決するひとつの手段として、1層ポリシリコンを用いたEEPROMが提案されている(特許文献4を参照)。この1層ポリシリコンEEPROMを用いれば、従来の2層ポリシリコンプロセスより製造工程を削減できる。   As one means for solving this problem, an EEPROM using one-layer polysilicon has been proposed (see Patent Document 4). If this one-layer polysilicon EEPROM is used, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the conventional two-layer polysilicon process.

しかしながら、コントロールゲートとして使用されている2層目のポリシリコンを省略したために、フローティングゲートの下に拡散層からなるコントロールゲートを埋め込む必要があり、ロジックで用いられる標準CMOSプロセスより複雑な製造工程となってしまう。さらに、高濃度で埋め込まれた拡散層を酸化すると、質の悪い酸化膜となり、不良の発生する確率が高く、信頼性も問題となる。   However, since the second-layer polysilicon used as the control gate is omitted, it is necessary to embed a control gate made of a diffusion layer under the floating gate, which is more complicated than the standard CMOS process used in logic. turn into. Furthermore, if the diffusion layer embedded at a high concentration is oxidized, an oxide film of poor quality is formed, and the probability of occurrence of a defect is high, and reliability is also a problem.

特開2002−133878号公報JP 2002-133878 A 特開2000−100184号公報JP 2000-1000018 A 特開2001−210086号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210086 特開平10−289959号公報JP-A-10-289959

前述の如く、従来技術の不揮発性半導体メモリ装置においては、不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)内のフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する際に、メモリセルの閾値が正になるように制御するための複雑な制御回路が必要である。これは、従来は、ファウラーノルトハイム(Fauler-Nordheim)によるトンネル電流により電荷を消去する方法が主に使用されており、この方法ではメモリセルとソース間の閾値を所定の正の値に制御することが困難なためである。また、1層ポリシリコンを用いたEEPROMを実現するためには、標準CMOSプロセスより複雑な製造工程が必要である。   As described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device, when the charge accumulated in the floating gate in the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) is erased, the threshold value of the memory cell is controlled to be positive. A complicated control circuit is necessary for this purpose. Conventionally, a method of erasing charges by a tunnel current by Fowler-Nordheim is mainly used. In this method, a threshold value between a memory cell and a source is controlled to a predetermined positive value. This is because it is difficult. In order to realize an EEPROM using single-layer polysilicon, a manufacturing process that is more complicated than a standard CMOS process is required.

本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、不揮発性半導体メモリ装置のメモリセル内の蓄積電荷を消去する場合に、複雑な制御回路を使用することなくメモリセルの閾値を正側であるように制御でき、また、標準CMOSプロセスにより製造することができる、不揮発性半導体メモリ素子、および不揮発性半導体メモリ装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、不揮発性半導体メモリ装置を構成する不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)のフローティングゲートへの電荷の蓄積と消去を容易に行え、またフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する場合にメモリセルの閾値を容易に制御でき、また、1層ポリシリコンのフローティングゲートを用いて製造することができる、不揮発性半導体メモリ素子、およびこの不揮発性半導体メモリ素子を備える不揮発性半導体メモリ装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to eliminate a memory cell without using a complicated control circuit when erasing accumulated charges in a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device. It is an object to provide a non-volatile semiconductor memory device and a non-volatile semiconductor memory device that can be controlled to be positive and can be manufactured by a standard CMOS process.
Another object of the present invention is to easily store and erase charges in a floating gate of a nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) constituting a nonvolatile semiconductor memory device, and to store charges stored in the floating gate. Can be easily controlled using a floating gate made of single-layer polysilicon, and a nonvolatile semiconductor memory device including this nonvolatile semiconductor memory device A semiconductor memory device is provided.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子であって、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ドレインに第1の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ドレインに第2の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去し、前記第1の高電圧のほうが第2の高電圧より高く、前記第1の低電圧のほうが第2の低電圧より高く(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)、前記第1の高電圧の絶対値が前記第1の低電圧の絶対値より大きく、前記第2の高電圧の絶対値が前記第2の低電圧の絶対値より大きく(|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する際に、前記コントロールゲートに負の低電圧を印加することにより、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように制御する不揮発性半導体メモリ素子である。
また、本発明の第1態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートとを備えるフローティングゲートタイプの1トランジスタ構成の不揮発性半導体メモリ素子に関する。この不揮発性半導体メモリ素子は前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流し、チャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して蓄積する。また、この不揮発性半導体メモリ素子は、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成される。
この場合、フローティングゲートタイプの1トランジスタ(FET(Field effect transistor))構成の不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)において、フローティング
ゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
これにより、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法と異なり、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるようにしながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、ホットホールによる電荷の消去方法では、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減させる効果を奏する。
The present invention has been made to solve the above problems, and one embodiment of the present invention includes a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, and a control gate for applying a gate voltage to the floating gate. A floating gate type nonvolatile semiconductor memory device comprising a source and a drain, wherein a first low voltage is applied to the control gate and a first high voltage is applied to the drain during charge accumulation in the floating gate. Or a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are generated in the semiconductor substrate. The charge is injected into the floating gate and accumulated, and the flow A second low voltage is applied to the control gate and a second high voltage is applied to the drain, or a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charge accumulated in the storage gate. A second high voltage is applied to the source to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole, The first high voltage is higher than the second high voltage, and the first low voltage is higher than the second low voltage (second low voltage <first low voltage <second high voltage <second 1), the absolute value of the first high voltage is greater than the absolute value of the first low voltage, and the absolute value of the second high voltage is greater than the absolute value of the second low voltage ( | First low voltage | <| 1, high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage |), the second low voltage is a negative low voltage, and the charge accumulated in the floating gate is erased. A non-volatile semiconductor memory device that controls a negative threshold between the control gate and the source by applying a negative low voltage to the control gate.
The first aspect of the present invention, a floating gate disposed on FET formed on a semiconductor substrate, a nonvolatile semiconductor 1 transistor structure of the floating gate type comprising a control gate providing a gate voltage to the floating gate The present invention relates to a memory element. In this nonvolatile semiconductor memory device, a voltage is applied to the control gate to cause a current to flow between the source and the drain, and charges generated in the channel are injected and stored in the floating gate. The nonvolatile semiconductor memory device applies a voltage between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source at the time of erasing the electric charge stored in the floating gate, and performs band-to-band (Band to Band). ) Is generated in the semiconductor substrate, and charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes.
In this case, in a non-volatile semiconductor memory element (memory cell) having a floating gate type single transistor (FET (Field effect transistor)) structure, for example, when erasing charges accumulated in the floating gate, a voltage is applied between the floating gate and the drain. To generate hot holes in the semiconductor substrate by band-to-band (Band to Band), and erase the charges accumulated in the floating gate by the hot holes.
Thus, unlike the conventional method for erasing the floating gate charge by the tunnel current, the floating gate charge can be erased while keeping the threshold value between the control gate and the source of the memory cell on the positive side. Further, in the charge erasing method using hot holes, the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, so that complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

前記フローティングゲートに蓄積された電荷を前記ホットホールにより消去する際に、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加することにより、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように制御してもよい。
この場合、フローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。
これにより、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法とは異なり、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるように制御しながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
When erasing the charge accumulated in the floating gate by the hot hole, by applying a positive bias to the control gate, the control gate and the source are controlled to have a positive threshold. Also good.
In this case, when the charge accumulated in the floating gate is erased by hot holes, a bias voltage is applied to the control gate so as to have a positive threshold between the control gate and the source.
This makes it possible to control the threshold between the control gate and the source of the memory cell to be on the positive side by applying a bias voltage to the control gate, unlike the conventional method for erasing the charge of the floating gate by the tunnel current. The charge of the floating gate can be erased. Further, since the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

本発明の第2態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートとを備えるフローティングゲートタイプの1トランジスタ構成の不揮発性半導体メモリ素子を、複数配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置に関する。この不揮発性半導体メモリ素子は、前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流し、チャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。この不揮発性半導体メモリ素子は、さらに、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加する。
この場合、フローティングゲートタイプの1トランジスタ(FET)構成の不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を複数配列した不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。
これにより、不揮発性半導体メモリ装置内の各メモリセルにおいて、コントロールゲートにバイアス電圧を印加するだけで、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるように制御しながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a floating gate type non-volatile semiconductor memory device having a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate and a control gate for applying a gate voltage to the floating gate. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device configured by arranging a plurality of semiconductor memory devices. In this nonvolatile semiconductor memory device, a voltage is applied to the control gate to cause a current to flow between the source and the drain, and the charge generated in the channel is injected and stored in the floating gate, and is stored in the floating gate. At the time of charge erasing, a voltage is applied between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate. The charge accumulated in the floating gate is erased. The nonvolatile semiconductor memory device further applies a positive bias to the control gate so as to have a positive threshold between the control gate and the source when erasing the electric charge stored in the floating gate.
In this case, in a non-volatile semiconductor memory device in which a plurality of non-volatile semiconductor memory elements (memory cells) having a floating gate type 1 transistor (FET) configuration are arranged, in each memory cell, at the time of erasing charges accumulated in the floating gate, For example, a voltage is applied between the floating gate and the drain to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. In addition, when erasing the charge accumulated in the floating gate by hot holes, a bias voltage is applied to the control gate so that a positive threshold value is provided between the control gate and the source.
As a result, in each memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device, the threshold voltage between the control gate and the source of the memory cell is controlled to be on the positive side only by applying a bias voltage to the control gate. The charge can be erased. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

不揮発性半導体メモリ装置内の各不揮発性半導体メモリ素子に対し、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、選択された不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記電荷の消去時に正の閾値を与えるための第1のバイアス電圧を印加し、非選択の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記ホットホールの発生を抑止するための第2のバイアス電圧を印加してもよい。
この場合、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しようとする不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)に対しては、フローティングゲート内の電荷の消去時に正の閾値を与えるための第1のバイアス電圧(例えば、1v)を印加する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しないメモリセルに対しては、ホットホールの発生を抑止するための第2のバイアス電圧コントロールゲートに第2のバイアス電圧(例えば、4v)を印加する。
これにより、各メモリセルのドレインまたはソースに共通の電圧(例えば、7v)を印加した場合に、ホットホールを発生させて電荷を消去するメモリセルと、ホットホールを発生させないで電荷を消去しないメモリセルとを、コントロールゲートに印加するバイアス電圧により選択することができる。
For each non-volatile semiconductor memory element in the non-volatile semiconductor memory device, when erasing the charge accumulated in the floating gate, the control gate of the selected non-volatile semiconductor memory element has a positive threshold value when erasing the charge. A first bias voltage for applying may be applied, and a second bias voltage for suppressing the generation of the hot holes may be applied to a control gate of a non-selected nonvolatile semiconductor memory element.
In this case, for a nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) that attempts to erase the charge accumulated in the floating gate, a first bias voltage (for providing a positive threshold when erasing the charge in the floating gate) For example, 1v) is applied. For a memory cell that does not erase charges accumulated in the floating gate, a second bias voltage (for example, 4v) is applied to the second bias voltage control gate for suppressing the generation of hot holes.
Thus, when a common voltage (for example, 7v) is applied to the drain or source of each memory cell, the memory cell that erases the charge by generating a hot hole and the memory that does not erase the charge without generating the hot hole The cell can be selected by a bias voltage applied to the control gate.

前記第1のバイアス電圧より前記第2のバイアス電圧のほうが高くてもよい。
この場合、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しようとする不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)に対しては、コントロールゲートに第1のバイアス電圧(例えば、1v)を印加する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しないメモリセルに対しては、コントロールゲートに第2のバイアス電圧(例えば、4v)を印加する。このように、第1のバイアス電圧より前記第2のバイアス電圧のほうを高くする。
これにより、各メモリセルのコントロールゲートに印加する電圧の高低を選択することで、ホットホールを発生させて電荷を消去するメモリセルと、ホットホールを発生させないで電荷を消去しないメモリセルとを選択することができる。
The second bias voltage may be higher than the first bias voltage.
In this case, a first bias voltage (for example, 1 v) is applied to the control gate for a nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) that attempts to erase charges accumulated in the floating gate. A second bias voltage (for example, 4 v) is applied to the control gate for a memory cell that does not erase charges accumulated in the floating gate. Thus, the second bias voltage is set higher than the first bias voltage.
As a result, by selecting the level of voltage applied to the control gate of each memory cell, a memory cell that erases charges by generating hot holes and a memory cell that does not erase charges without generating hot holes are selected. can do.

本発明の第3態様は、標準CMOSプロセスで構成されるFET上に1層ポリシリコンのフローティングゲートを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子に関する。この不揮発性半導体メモリ装置は、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートを備え、前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流しチャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して蓄積する不揮発性半導体メモリ素子を、複数配列して構成される。この不揮発性半導体メモリ装置において、前記不揮発性半導体メモリ素子は、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成される。
この場合、標準CMOSプロセスで構成されるFET上に1層ポリシリコンのフローティングゲートを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
これにより、1層ポリシリコンのフローティングゲートタイプのメモリセルを備える不揮発性半導体メモリ装置において、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法と異なり、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるようにしながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、ホットホールによる電荷の消去方法では、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
A third aspect of the present invention relates to a floating gate type non-volatile semiconductor memory device including a single-layer polysilicon floating gate on an FET configured by a standard CMOS process. The nonvolatile semiconductor memory device includes a control gate that applies a gate voltage to the floating gate, and a voltage is applied to the control gate to cause a current to flow between the source and the drain to inject charges generated in the channel into the floating gate. A plurality of non-volatile semiconductor memory elements to be stored are arranged. In this nonvolatile semiconductor memory device, the nonvolatile semiconductor memory element applies a voltage between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source when erasing charges accumulated in the floating gate, A hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and charges accumulated in the floating gate are erased by the hot hole.
In this case, in a non-volatile semiconductor memory device including a floating gate type non-volatile semiconductor memory element (memory cell) including a single-layer polysilicon floating gate on an FET configured by a standard CMOS process, each memory cell has a floating state. At the time of erasing the charge accumulated in the gate, for example, a voltage is applied between the floating gate and the drain to generate a hot hole due to band-to-band in the semiconductor substrate. Erase the accumulated charge.
As a result, in a nonvolatile semiconductor memory device having a single-layer polysilicon floating gate type memory cell, the threshold value between the control gate and the source of the memory cell is set to a positive value, unlike the conventional method for erasing the floating gate charge by a tunnel current. The charge on the floating gate can be erased while being on the side. Further, in the charge erasing method using hot holes, the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, so that complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加してもよい。
この場合、1層ポリシリコンのフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル内のフローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。
これにより、不揮発性半導体メモリ装置内のメモリセルにおいて、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法とは異なり、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるようにしながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
A positive bias may be applied to the control gate so as to have a positive threshold between the control gate and the source when erasing the electric charge stored in the floating gate.
In this case, in the nonvolatile semiconductor memory device including the single-layer polysilicon floating gate type nonvolatile semiconductor memory element (memory cell), when erasing the charge accumulated in the floating gate in the memory cell by hot holes, By applying a bias voltage to the control gate, control is performed so as to have a positive threshold between the control gate and the source.
As a result, in the memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device, unlike the conventional method for erasing the charge of the floating gate by the tunnel current, by applying a bias voltage to the control gate, the memory cell is controlled between the control gate and the source. The charge on the floating gate can be erased while keeping the threshold value on the positive side. Further, since the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、選択された不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記電荷の消去時に正の閾値を与えるための第1のバイアス電圧を印加し、非選択の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記ホットホールの発生を抑止するための第2のバイアス電圧を印加してもよい。
この場合、1層ポリシリコンのフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル内のフローティングゲートに蓄積された電荷を消去しようとするメモリセルに対しては、コントロールゲートに第1のバイアス電圧(例えば、1v)を印加する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しないメモリセルに対しては、コントロールゲートに第2のバイアス電圧(例えば、4v)を印加する。
これにより、各メモリセルのドレインまたはソースに共通の電圧(例えば、7v)を印加した場合に、ホットホールを発生させて電荷を消去するメモリセルと、ホットホールを発生させないで電荷を消去しないメモリセルとを、コントロールゲートに印加するバイアス電圧により選択することができる。
When erasing charges accumulated in the floating gate, a first bias voltage is applied to the control gate of the selected nonvolatile semiconductor memory element to give a positive threshold value when erasing the charges. A second bias voltage for suppressing the generation of the hot hole may be applied to the control gate of the conductive semiconductor memory element.
In this case, in a non-volatile semiconductor memory device having a single-layer polysilicon floating gate type non-volatile semiconductor memory element (memory cell), a memory cell intended to erase charges accumulated in the floating gate in the memory cell Thus, a first bias voltage (for example, 1 v) is applied to the control gate. A second bias voltage (for example, 4 v) is applied to the control gate for a memory cell that does not erase charges accumulated in the floating gate.
Thus, when a common voltage (for example, 7v) is applied to the drain or source of each memory cell, the memory cell that erases the charge by generating a hot hole and the memory that does not erase the charge without generating the hot hole The cell can be selected by a bias voltage applied to the control gate.

本発明の第4態様は、第1層のポリシリコンのフローティングゲートと、前記フローティングゲートに電圧を与える第2層のポリシリコンのコントロールゲートとの2層ポリシリコンゲート構造を有すると共に、前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流し、チャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して蓄積する不揮発性半導体メモリ素子を、複数配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置に関する。前記不揮発性半導体メモリ素子は、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
この場合、2層ポリシリコンゲート構造のフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
これにより、2層ポリシリコンゲート構造の不揮発性半導体メモリ装置において、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法と異なり、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるようにしながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、ホットホールによる電荷の消去方法では、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
A fourth aspect of the present invention has a two-layer polysilicon gate structure of a first-layer polysilicon floating gate and a second-layer polysilicon control gate for applying a voltage to the floating gate, and the control gate. The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device configured by arranging a plurality of non-volatile semiconductor memory elements for applying a voltage to the source and flowing current between the source and drain and injecting and accumulating charges generated in the channel into the floating gate. . The nonvolatile semiconductor memory device applies a voltage between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source at the time of erasing the electric charge accumulated in the floating gate, and is based on band-to-band. Hot holes are generated in the semiconductor substrate, and charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes.
In this case, in a nonvolatile semiconductor memory device including a floating gate type nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) having a two-layer polysilicon gate structure, in each memory cell, when erasing charges accumulated in the floating gate, for example, A voltage is applied between the floating gate and the drain to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole.
As a result, in the nonvolatile semiconductor memory device having the two-layer polysilicon gate structure, the threshold value between the control gate and the source of the memory cell is set to the positive side, unlike the conventional method for erasing the floating gate charge by the tunnel current. The charge of the floating gate can be erased. Further, in the charge erasing method using hot holes, the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, so that complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加してもよい。
この場合、2層ポリシリコンゲート構造のフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル内のフローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。
これにより、2層ポリシリコンゲート構造のメモリセルにおいて、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法とは異なり、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を正側であるようにしながら、フローティングゲートの電荷を消去することができる。また、コントロールゲートの電圧を制御するだけで閾値を制御できるため、複雑な制御を必要としない。また、制御回路による複雑な制御が必要ないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
A positive bias may be applied to the control gate so as to have a positive threshold between the control gate and the source when erasing the electric charge stored in the floating gate.
In this case, in a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate type nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) having a two-layer polysilicon gate structure, when charges accumulated in the floating gate in the memory cell are erased by hot holes In addition, by applying a bias voltage to the control gate, control is performed so as to have a positive threshold between the control gate and the source.
Thus, unlike a conventional method for erasing the charge of the floating gate by a tunnel current in a memory cell having a two-layer polysilicon gate structure, by applying a bias voltage to the control gate, the memory cell is controlled between the control gate and the source. The charge on the floating gate can be erased while keeping the threshold value on the positive side. Further, since the threshold value can be controlled only by controlling the voltage of the control gate, complicated control is not required. In addition, since complicated control by the control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield is reduced and the price of the product ( Cost) is reduced.

前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、選択された不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記電荷の消去時に正の閾値を与えるための第1のバイアス電圧を印加し、非選択の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートには前記ホットホールの発生を抑止するための第2のバイアス電圧を印加してもよい。
この場合、2層ポリシリコンゲート構造のフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を備える不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル内のフローティングゲートに蓄積された電荷を消去しようとするメモリセルに対しては、コントロールゲートに第1のバイアス電圧(例えば、1v)を印加する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去しないメモリセルに対しては、コントロールゲートに第2のバイアス電圧(例えば、4v)を印加する。
これにより、2層ポリシリコンゲート構造のメモリセルにおいて、各メモリセルのドレインまたはソースに共通の電圧(例えば、7v)を印加した場合に、ホットホールを発生させて電荷を消去するメモリセルと、ホットホールを発生させないで電荷を消去しないメモリセルとを、コントロールゲートに印加するバイアス電圧により選択することができる。
When erasing charges accumulated in the floating gate, a first bias voltage is applied to the control gate of the selected nonvolatile semiconductor memory element to give a positive threshold value when erasing the charges. A second bias voltage for suppressing the generation of the hot hole may be applied to the control gate of the conductive semiconductor memory element.
In this case, in a non-volatile semiconductor memory device including a floating gate type non-volatile semiconductor memory element (memory cell) having a two-layer polysilicon gate structure, a memory cell intended to erase charges accumulated in the floating gate in the memory cell For this, a first bias voltage (for example, 1 v) is applied to the control gate. A second bias voltage (for example, 4 v) is applied to the control gate for a memory cell that does not erase charges accumulated in the floating gate.
Accordingly, in a memory cell having a two-layer polysilicon gate structure, when a common voltage (for example, 7 v) is applied to the drain or source of each memory cell, a memory cell that generates a hot hole and erases the charge; A memory cell that does not erase a charge without generating a hot hole can be selected by a bias voltage applied to the control gate.

本発明の第5態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートとを備え、前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流しチャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して電荷を蓄積する不揮発性半導体メモリ素子であるメモリセルのそれぞれを、ワード線とデータ線の交点にマトリック状に配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置に関する。前記メモリセルは、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加するように構成される。前記メモリセルは、さらに、前記メモリセルのコントロールゲートが対応するワード線に接続され、前記メモリセルのドレインが対応するデータ線に接続され、前記メモリセルのソースは共通接続されると共に、前記共通接続されたソース線が前記ソースに所望のバイアス電圧を印加するソース制御回路に接続される。
この場合、フローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を複数配列した不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。そして、さらに、メモリセルのコントロールゲートが対応するワード線に接続され、ドレインが対応するデータ線に接続され、ソースは共通接続されると共に、前記共通接続されたソース線が前記ソースに所望の電圧を印加するソース制御回路に接続されるように構成する。
これにより、ワード線、データ線、およびソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, and a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source / drain is applied by applying a voltage to the control gate. Each memory cell, which is a non-volatile semiconductor memory element that accumulates electric charge by injecting electric charge generated in the channel by flowing current between them into the floating gate, is arranged in a matrix at the intersection of the word line and the data line The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device. The memory cell applies a voltage between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source at the time of erasing the electric charge accumulated in the floating gate, and generates a hot hole between bands and bands (Band to Band). It is configured to erase the charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole, and between the control gate and the source when erasing the charge accumulated in the floating gate. The control gate is configured to apply a positive bias so as to have a positive threshold. The memory cell further has a control gate of the memory cell connected to a corresponding word line, a drain of the memory cell connected to a corresponding data line, a source of the memory cells connected in common, and the common The connected source line is connected to a source control circuit that applies a desired bias voltage to the source.
In this case, in the nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) are arranged, in each memory cell, when erasing charges accumulated in the floating gate, for example, between the floating gate and the drain A voltage is applied to the semiconductor substrate to generate a hot hole by band-to-band in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. In addition, when erasing the charge accumulated in the floating gate by hot holes, a bias voltage is applied to the control gate so that a positive threshold value is provided between the control gate and the source. Further, the control gate of the memory cell is connected to the corresponding word line, the drain is connected to the corresponding data line, the source is connected in common, and the commonly connected source line is connected to the source at a desired voltage. To be connected to a source control circuit for applying.
Thus, by applying a desired bias voltage to the word line, the data line, and the source line, a desired memory cell can be selected and the charge accumulated in the floating gate can be erased.

前記不揮発性半導体メモリ装置は、前記ドレイン側から前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧を与えて前記蓄積された電荷を消去する動作モードとして、全メモリセルの電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの電荷のみを消去するページ消去モードと、選択した1個のメモリセルのみの電荷を消去するビット消去モードとを備えて構成される。前記一括消去モードは、前記ワード線の全てに対し前記メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、前記データ線の全てに対し前記ホットホールを発生に必要なバイアス電圧Bを印加し、前記共通接続されたソースをオープンにするか、またはメモリセルをオフさせるためのバイアス電圧Cを印加するように構成される(バイアス電圧A<バイアス電圧C<バイアス電圧B)、前記ページ消去モードは、所望のワード線に対し前記ワード線で選択されたメモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、他のワード線に対して前記ホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧Dを印加し、前記データ線の全てに対し前記ホットホールを発生に必要なバイアス電圧Bを印加し、前記メモリセルの共通接続されたソースをオープンにするか、またはメモリセルをオフさせるためのバイアス電圧Dを印加するように構成される(バイアス電圧A<バイアス電圧D<バイアス電圧B)。前記ビット消去モードにおいては、所望のワード線に対し前記ワード線で選択されたメモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、他のワード線に対して前記ホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧Dを印加し、所望のデータ線に対し前記データ線で選択されたメモリセルに前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧Bを印加し、他のデータ線をオープンにするか、またはメモリセルをオフにするためのバイアス電圧Dを印加し、前記不揮発性半導体メモリ素子の共通接続されたソースをオープンにするか、またはメモリセルをオフさせるためのバイアス電圧Dを印加してもよい。
この場合、ドレイン側からメモリセル内のフローティングゲートの電荷を消去できる。この場合一括消去モードにおいては、ワード線の全てに対し前記メモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、データ線の全てに対しホットホールを発生に必要な正のバイアス電圧B(例えば、7v)を印加し、共通接続されたソースをオープンにする。ページ消去モードにおいては、ワード線で選択されたメモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、他のワード線に対してホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧D(例えば、4v)を印加し、データ線の全てに対しホットホールを発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加し、メモリセルの共通接続されたソースをオープンにする。また、ビット消去モードにおいては、ワード線で選択されたメモリセル内に正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、他のワード線に対してホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧D(例えば、4v)を印加し、データ線で選択されたメモリセルにホットホールの発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加し、他のデータ線をオープンにし、共通接続されたソースをオープンにする。
これにより、ワード線、データ線、および共通接続されたソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、メモリセの一括消去、ページ消去、およびビット消去をドレイン側から行うことができる。
The non-volatile semiconductor memory device has a collective erase mode for simultaneously erasing charges of all memory cells as an operation mode for erasing the accumulated charges by applying a bias voltage necessary for generating the hot holes from the drain side. A page erase mode for erasing only the charge of the memory cell connected to the selected word line and a bit erase mode for erasing the charge of only one selected memory cell are configured. In the batch erase mode, a bias voltage A is applied to all the word lines to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell, and it is necessary to generate the hot holes for all the data lines. And a bias voltage C for turning off the memory cell is applied (bias voltage A <bias voltage C <bias voltage). B) In the page erase mode, a bias voltage A is applied to a desired word line to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell selected by the word line, and the other word lines are applied. A bias voltage D for suppressing the generation of the hot holes is applied, and a bias voltage B necessary for generating the hot holes is applied to all the data lines. In addition, a bias voltage D for opening the commonly connected source of the memory cells or turning off the memory cells is applied (bias voltage A <bias voltage D <bias voltage B). . In the bit erase mode, a bias voltage A is applied to a desired word line to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell selected by the word line, and the other word lines are A bias voltage D for suppressing the generation of hot holes is applied, a bias voltage B necessary for generating the hot holes is applied to a memory cell selected by the data line with respect to a desired data line, and other data A bias voltage D is applied to open the line or to turn off the memory cell, and to open a commonly connected source of the nonvolatile semiconductor memory element or to turn off the memory cell. The voltage D may be applied.
In this case, the charge of the floating gate in the memory cell can be erased from the drain side. In this case, in the batch erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold to the memory cells is applied to all the word lines, and it is necessary to generate hot holes for all the data lines. A positive bias voltage B (for example, 7v) is applied, and the commonly connected sources are opened. In the page erase mode, a bias voltage A (for example, 1v) for applying a positive threshold value to a memory cell selected by a word line is applied to suppress the occurrence of hot holes with respect to other word lines. A bias voltage D (for example, 4v) is applied, a bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to all the data lines, and the commonly connected sources of the memory cells are opened. In the bit erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold is applied to the memory cell selected by the word line to suppress the generation of hot holes for other word lines. A bias voltage D (for example, 4v) is applied, a bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to the memory cell selected by the data line, and the other data lines are opened. , Open the commonly connected source.
As a result, by applying a desired bias voltage to the word line, data line, and commonly connected source line, a desired memory cell is selected, and memory cell batch erase, page erase, and bit erase are performed on the drain side. Can be done from.

前記不揮発性半導体メモリ装置は、前記ソース側から前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧を与えて前記蓄積された電荷を消去する動作モードとして、全メモリセルの電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの電荷のみを消去するページ消去モードとを備えて構成されている。前記一括消去モードにおいては、前記ワード線の全てに対し前記メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、前記データ線の全てをオープンにするか、または前記メモリセルをオフにするバイアス電圧Cを印加し、前記共通接続されたソースに前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧Bを印加するように構成される(バイアス電圧A<バイアス電圧C<バイアス電圧B)。また、前記ページ消去モードにおいては、所望のワード線に対し前記ワード線で選択されたメモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、他のワード線に対して前記ホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧Dを印加し、前記データ線の全てをオープンにするか、または、前記メモリセルをオフにするためのバイアス電圧Dを印加し、前記共通接続されたソースに前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧Bを印加(バイアス電圧A<バイアス電圧D<バイアス電圧B)してもよい。
この場合、ソース側からメモリセル内のフローティングゲートの電荷を消去できる。この場合、一括消去モードにおいては、ワード線の全てに対しメモリセル内に正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、データ線の全てをオープンにし、共通接続されたソースにホットホールの発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加する。また、ページ消去モードにおいては、ワード線で選択されたメモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、他のワード線に対してホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧D(例えば、4v)を印加し、データ線の全てをオープンにし、共通接続されたソースにホットホールの発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加する。
これにより、ワード線、データ線、および共通接続されたソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、メモリセの一括消去、ページ消去をソース側から行うことができる。このため、ドレイン側の酸化膜を劣化させる可能性がなくなる。
The nonvolatile semiconductor memory device has a collective erasure mode in which charges of all memory cells are erased simultaneously as an operation mode in which a bias voltage necessary for generating the hot holes is applied from the source side to erase the accumulated charges. And a page erase mode for erasing only the charges of the memory cells connected to the selected word line. In the batch erase mode, a bias voltage A is applied to all of the word lines to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell, and all of the data lines are opened, or A bias voltage C for turning off the memory cell is applied, and a bias voltage B necessary for generating the hot hole is applied to the commonly connected sources (bias voltage A <bias voltage C <bias voltage). B). In the page erase mode, a bias voltage A is applied to a desired word line to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell selected by the word line, and to other word lines. The bias voltage D for suppressing the occurrence of the hot hole is applied and all the data lines are opened, or the bias voltage D for turning off the memory cell is applied, and the common connection A bias voltage B necessary for generating the hot hole may be applied to the source (bias voltage A <bias voltage D <bias voltage B).
In this case, the charge of the floating gate in the memory cell can be erased from the source side. In this case, in the batch erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold value to the memory cells is applied to all of the word lines, all of the data lines are opened and commonly connected. A bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to the source. In the page erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold value to the memory cell selected by the word line is applied to suppress the occurrence of hot holes with respect to other word lines. A bias voltage D (for example, 4v) is applied, all the data lines are opened, and a bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to the commonly connected sources.
Thus, by applying a desired bias voltage to the word line, the data line, and the commonly connected source line, a desired memory cell can be selected, and batch erase and page erase of the memory cell can be performed from the source side. it can. For this reason, there is no possibility of deteriorating the oxide film on the drain side.

前記不揮発性半導体メモリ素子は、標準CMOSプロセスで構成されるFET上に1層ポリシリコンのフローティングゲートを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子であってもよい。
これにより、1層ポリシリコンのフローティングゲートタイプのメモリセルを備える不揮発性半導体メモリ装置において、ワード線、データ線、および共通接続されたソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去することができる。
The non-volatile semiconductor memory device may be a floating gate type non-volatile semiconductor memory device including a single-layer polysilicon floating gate on an FET configured by a standard CMOS process.
Thus, in a non-volatile semiconductor memory device having a single-layer polysilicon floating gate type memory cell, a desired bias voltage is applied to a word line, a data line, and a commonly connected source line to thereby form a desired memory. A cell can be selected to erase the charge stored in the floating gate.

前記不揮発性半導体メモリ素子は、第1層のポリシリコンのフローティングゲートと、前記フローティングゲートに電圧を与える第2層のポリシリコンのコントロールゲートの2層ポリシリコンゲート構造を有してもよい。
これにより、2層ポリシリコンゲート構造のメモリセルを備える不揮発性半導体メモリ装置において、ワード線、データ線、および共通接続されたソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去することができる。
The nonvolatile semiconductor memory device may have a two-layer polysilicon gate structure of a first-layer polysilicon floating gate and a second-layer polysilicon control gate for applying a voltage to the floating gate.
Thus, in a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell having a two-layer polysilicon gate structure, a desired bias voltage is applied to a word line, a data line, and a commonly connected source line to thereby form a desired memory cell. By selecting, the charge accumulated in the floating gate can be erased.

本発明の第6態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートとを備え、前記コントロールゲートに電圧を印加してソース・ドレイン間に電流を流しチャネルで発生した電荷を前記フローティングゲートに注入して電荷を蓄積する不揮発性半導体メモリ素子であるメモリセルのそれぞれを、ワード線とデータ線の交点にマトリック状に配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置に関する。前記メモリセルは、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記フローティングゲートとドレイン間、または前記フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように、前記コントロールゲートに正のバイアスを印加するように構成される。さらに、前記メモリセルのコントロールゲートが対応するワード線に接続され、前記メモリセルのドレインが対応するデータ線に接続され、前記各メモリセルのソースは、前記データ線と平行に配列された対応するソース線に接続される。
この場合、フローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を複数配列した不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、フローティングゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷をホットホールにより消去する際に、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することで、コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つよう制御する。そして、さらに、メモリセルのコントロールゲートが対応するワード線に接続され、ドレインが対応するデータ線に接続され、ソースは対応するソース線に接続される。
これにより、ワード線、データ線、およびソース線に所望のバイアス電圧を印加することにより、所望のメモリセルを選択して、フローティングゲートに蓄積された電荷を消去することができる。特に、ソース側からフローティングゲートの電荷を消去できるので、ドレイン側の酸化膜を劣化させる可能性がなくなる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, and a control gate for applying a gate voltage to the floating gate. Each memory cell, which is a non-volatile semiconductor memory element that accumulates electric charge by injecting electric charge generated in the channel by flowing current between them into the floating gate, is arranged in a matrix at the intersection of the word line and the data line The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device. The memory cell applies a voltage between the floating gate and the drain or between the floating gate and the source at the time of erasing the electric charge accumulated in the floating gate, and generates a hot hole between bands and bands (Band to Band). It is configured to erase the charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole, and between the control gate and the source when erasing the charge accumulated in the floating gate. The control gate is configured to apply a positive bias so as to have a positive threshold. Further, the control gate of the memory cell is connected to the corresponding word line, the drain of the memory cell is connected to the corresponding data line, and the source of each memory cell is corresponding to the data line arranged in parallel with the data line. Connected to source line.
In this case, in the nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) are arranged, in each memory cell, when erasing charges accumulated in the floating gate, for example, between the floating gate and the source A voltage is applied to the semiconductor substrate to generate a hot hole by band-to-band in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. In addition, when erasing the charge accumulated in the floating gate by hot holes, a bias voltage is applied to the control gate so that a positive threshold value is provided between the control gate and the source. Further, the control gate of the memory cell is connected to the corresponding word line, the drain is connected to the corresponding data line, and the source is connected to the corresponding source line.
Thus, by applying a desired bias voltage to the word line, the data line, and the source line, a desired memory cell can be selected and the charge accumulated in the floating gate can be erased. In particular, since the charge of the floating gate can be erased from the source side, there is no possibility of deteriorating the oxide film on the drain side.

前記不揮発性半導体メモリ装置は、前記ソース側から前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧を与えて前記蓄積された電荷を消去する動作モードとして、全メモリセルの電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの電荷のみを消去するページ消去モードと、選択した1個のメモリセルのみの電荷を消去するビット消去モードとを備えて構成される。前記一括消去モードにおいては、前記ワード線の全てに対し前記メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、前記データ線の全てをオープンにし、前記ソース線の全てに対し前記ホットホールを発生に必要なバイアス電圧Bを印加するように構成される(バイアス電圧A<バイアス電圧B)。また、前記ページ消去モードにおいては、所望のワード線に対し前記ワード線で選択されたメモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、他のワード線に対して前記ホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧Dを印加し、前記データ線の全てをオープンにし、前記ソース線の全てに対し前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧Bを印加する(バイアス電圧A<バイアス電圧D<バイアス電圧B)。また、前記ビット消去モードにおいては、所望のワード線に対し前記ワード線で選択されたメモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧Aを印加し、他のワード線に対して前記ホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧Dを印加し、前記データ線の全てをオープンにし、所望のソース線に対し前記ホットホールの発生に必要なバイアス電圧Bを印加し、他のソース線をオープンにする(バイアス電圧A<バイアス電圧D<バイアス電圧B)。
この場合、メモリセル内の電荷の消去モードにおいて、一括消去、ページ消去、およびビット消去をソース側から行う。この場合に、一括消去モードにおいては、ワード線の全てに対しメモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、データ線の全てをオープンにし、ソース線の全てに対しホットホールを発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加する。ページ消去モードにおいては、ワード線で選択されたメモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、他のワード線に対してホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧D(例えば、4v)を印加し、データ線の全てをオープンにし、ソース線の全てに対しホットホールの発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加する。また、ビット消去モードにおいては、ワード線で選択されたメモリセルに正の閾値を与えるためのバイアス電圧A(例えば、1v)を印加し、他のワード線に対してホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧D(例えば、4v)を印加し、データ線の全てをオープンにし、所望のソース線に対しホットホールの発生に必要なバイアス電圧B(例えば、7v)を印加し、他のソース線をオープンにする。
これにより、メモリセル内の電荷の消去モードにおいて、一括消去、ページ消去、およびビット消去をソース側から行うことができる。特に、ソース側からフローティングゲートの電荷を消去できるので、ドレイン側の酸化膜を劣化させる可能性がなくなる。
The nonvolatile semiconductor memory device has a collective erasure mode in which charges of all memory cells are erased simultaneously as an operation mode in which a bias voltage necessary for generating the hot holes is applied from the source side to erase the accumulated charges. A page erase mode for erasing only the charge of the memory cell connected to the selected word line and a bit erase mode for erasing the charge of only one selected memory cell are configured. In the batch erase mode, a bias voltage A is applied to all of the word lines to give a positive threshold when erasing charges in the memory cells, all of the data lines are opened, and the source lines A bias voltage B necessary for generating the hot hole is applied to all of them (bias voltage A <bias voltage B). In the page erase mode, a bias voltage A is applied to a desired word line to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell selected by the word line, and to other word lines. A bias voltage D for suppressing the occurrence of the hot holes is applied, all the data lines are opened, and a bias voltage B necessary for the generation of the hot holes is applied to all the source lines (bias Voltage A <bias voltage D <bias voltage B). In the bit erase mode, a bias voltage A is applied to a desired word line to give a positive threshold when erasing charges in the memory cell selected by the word line, and to other word lines. A bias voltage D for suppressing the occurrence of the hot hole is applied, all the data lines are opened, a bias voltage B necessary for the generation of the hot hole is applied to a desired source line, The source line is opened (bias voltage A <bias voltage D <bias voltage B).
In this case, batch erase, page erase, and bit erase are performed from the source side in the charge erase mode in the memory cell. In this case, in the batch erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold value to the memory cells is applied to all of the word lines, all of the data lines are opened, and all of the source lines are opened. A bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied. In the page erase mode, a bias voltage A (for example, 1v) for applying a positive threshold value to a memory cell selected by a word line is applied to suppress the occurrence of hot holes with respect to other word lines. A bias voltage D (for example, 4v) is applied, all of the data lines are opened, and a bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to all of the source lines. In the bit erase mode, a bias voltage A (for example, 1 v) for applying a positive threshold value to the memory cell selected by the word line is applied to suppress the occurrence of hot holes with respect to other word lines. A bias voltage D (for example, 4v) is applied, all the data lines are opened, a bias voltage B (for example, 7v) necessary for generating hot holes is applied to a desired source line, and other sources Open the line.
Thus, batch erase, page erase, and bit erase can be performed from the source side in the charge erase mode in the memory cell. In particular, since the charge of the floating gate can be erased from the source side, there is no possibility of deteriorating the oxide film on the drain side.

前記不揮発性半導体メモリ素子は、標準CMOSプロセスで構成されるFET上に1層ポリシリコンのフローティングゲートを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子であってもよい。
これにより、1層ポリシリコンのフローティングゲートタイプのメモリセルを備える不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル内の電荷を消去する場合に、一括消去、ページ消去、およびビット消去をソース側から行うことができる。特に、ソース側からフローティングゲートの電荷を消去できるので、ドレイン側の酸化膜を劣化させる可能性がなくなる。
The non-volatile semiconductor memory device may be a floating gate type non-volatile semiconductor memory device including a single-layer polysilicon floating gate on an FET configured by a standard CMOS process.
As a result, in a nonvolatile semiconductor memory device having a single-layer polysilicon floating gate type memory cell, when erasing charges in the memory cell, batch erasing, page erasing, and bit erasing can be performed from the source side. it can. In particular, since the charge of the floating gate can be erased from the source side, there is no possibility of deteriorating the oxide film on the drain side.

第1層のポリシリコンのフローティングゲートと、前記フローティングゲートに電圧を与える第2層のポリシリコンのコントロールゲートの2層ポリシリコンゲート構造を有してもよい。
これにより、2層ポリシリコンゲート構造のメモリセルを備える不揮発性半導体メモリ装置において、モリセル内の電荷を消去する場合に、一括消去、ページ消去、およびビット消去をソース側から行うことができる。特に、ソース側からフローティングゲートの電荷を消去できるので、ドレイン側の酸化膜を劣化させる可能性がなくなる。
A two-layer polysilicon gate structure of a first-layer polysilicon floating gate and a second-layer polysilicon control gate for applying a voltage to the floating gate may be provided.
Thus, in a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell having a two-layer polysilicon gate structure, batch erase, page erase, and bit erase can be performed from the source side when erasing charges in the memory cell. In particular, since the charge of the floating gate can be erased from the source side, there is no possibility of deteriorating the oxide film on the drain side.

本発明の第7態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子に関する。この揮発性半導体メモリ素子では、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ドレインに第1の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ドレインに第2の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
この場合、フローティングゲートタイプのトランジスタ(FET(Field effect trans
istor))で構成される不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)において、フローティ
ングゲートへの電荷の蓄積時に、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを半導体基板中に発生させ、前記ホットエレクトロンによりフローティングゲートに電荷を注入する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時には、例えば、フローティングゲートとドレイン間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。このように、本発明においては、フローティングゲートへの電荷の注入および電荷の消去を、同じバンド・バンド間制御方式で行なう。また、フローティングゲートの電荷の消去時には、従来のトンネル電流によるフローティングゲートの電荷の消去方法と異なり、メモリセルのコントロールゲートとソース間の閾値を所望の値になるように制御しながら、フローティングゲートの電荷を消去する。
これにより、フローティングゲートへの電荷の蓄積および消去を、ドレイン(またはソース)とコントロールゲート間に印加する電圧を制御することで行なうことができ、複雑な制御回路を必要としない。また、標準CMOSプロセスより製造することができる。さらに、複雑な制御回路を必要としないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a floating gate type nonvolatile semiconductor memory comprising a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. It relates to an element. In this volatile semiconductor memory device, the first low voltage is applied to the control gate and the first high voltage is applied to the drain when the electric charge is accumulated in the floating gate, or the first high voltage is applied to the control gate. A low voltage of 1 is applied, a first high voltage is applied to the source, hot electrons due to band-to-band (Band to Band) are generated in the semiconductor substrate, and charge is injected and accumulated in the floating gate. And at the time of erasing the charge accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate and a second high voltage is applied to the drain, or a second low voltage is applied to the control gate. A voltage is applied, a second high voltage is applied to the source, and band-to-band Hot holes are generated in the semiconductor substrate, and charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes.
In this case, a floating gate type transistor (FET (Field effect trans
in a non-volatile semiconductor memory device (memory cell) configured by istor)), for example, a voltage is applied between the floating gate and the drain when the charge is accumulated in the floating gate, and the band-to-band (Band to Band) Hot electrons are generated in the semiconductor substrate, and charges are injected into the floating gate by the hot electrons. Further, when erasing charges accumulated in the floating gate, for example, a voltage is applied between the floating gate and the drain to generate a hot hole by band-to-band in the semiconductor substrate. The charge accumulated in the floating gate is erased. Thus, in the present invention, charge injection into the floating gate and charge erasure are performed by the same band-to-band control method. In addition, when erasing the charge of the floating gate, unlike the conventional method of erasing the charge of the floating gate by the tunnel current, while controlling the threshold value between the control gate and the source of the memory cell to a desired value, Erase the charge.
As a result, accumulation and erasure of charges in the floating gate can be performed by controlling the voltage applied between the drain (or source) and the control gate, and a complicated control circuit is not required. Further, it can be manufactured by a standard CMOS process. Furthermore, since a complicated control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are embedded in one chip at the same time, a decrease in yield is reduced and the price of the product (cost) is reduced. ).

前記第1の高電圧のほうが第2の高電圧より高く、前記第1の低電圧のほうが第2の低電圧より高く(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)てもよい。
上記構成からなる本発明の不揮発性半導体メモリ素子では、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、例えば、ソースをオープンにし前記コントロールゲートに第1の低電圧(3v)を印加しドレインに第1の高電圧(9v)を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを半導体基板中に発生させ、フローティングゲートに電荷を注入して蓄積する。また、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、例えば、ソースをオープンにしコントロールゲートに第2の低電圧(−1〜0v)を印加しドレインに第2の高電圧(7v)を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
これにより、コントロールゲートとドレイン(またはソース)とに印加する電圧を制御するだけで、フローティングゲートへの電荷の注入、および蓄積された電荷の消去を容易に行うことができる。また、フローティングゲートへの電荷の消去時に、コントロールゲートとソース間の閾値を所望の値になるように制御できる。
The first high voltage is higher than the second high voltage, and the first low voltage is higher than the second low voltage (second low voltage <first low voltage <second high voltage < (First high voltage).
In the non-volatile semiconductor memory device of the present invention having the above-described configuration, at the time of charge accumulation in the floating gate, for example, the source is opened and the first low voltage (3v) is applied to the control gate and the first high voltage is applied to the drain. A voltage (9v) is applied, hot electrons due to band-to-band (Band to Band) are generated in the semiconductor substrate, and charges are injected and accumulated in the floating gate. When erasing charges accumulated in the floating gate, for example, the source is opened, the second low voltage (−1 to 0 v) is applied to the control gate, and the second high voltage (7 v) is applied to the drain. Hot holes due to band-to-band are generated in the semiconductor substrate, and charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes.
Thereby, injection of charge into the floating gate and erasure of the accumulated charge can be easily performed only by controlling the voltage applied to the control gate and the drain (or source). Further, the threshold between the control gate and the source can be controlled to a desired value at the time of erasing the electric charge from the floating gate.

前記第2の低電圧は負であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する際に、前記コントロールゲートに負の電圧を印加することにより、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように制御してもよい。
この場合、フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時にコントロールゲートに負の電圧を印加するようにしたので、これにより、コントロールゲートとソース間の閾値が負の値になるように制御できる。すなわち、本発明の不揮発性半導体メモリ素子においては、コントロールゲートに印加する電圧を制御することにより、閾値を正側にも負側にも制御でき、メモリセルに書き込むデータを明確に区別できる。
The second low voltage is negative, and a negative threshold is applied between the control gate and the source by applying a negative voltage to the control gate when erasing the charge accumulated in the floating gate. You may control to have.
In this case, since the negative voltage is applied to the control gate when erasing the charge accumulated in the floating gate, the threshold between the control gate and the source can be controlled to be a negative value. That is, in the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention, by controlling the voltage applied to the control gate, the threshold value can be controlled to both the positive side and the negative side, and the data written to the memory cell can be clearly distinguished.

前記不揮発性半導体メモリ素子は1層ポリシリコン構造のフローティングゲートを有してもよい。
これにより、1層ポリシリコン構造のフローティングゲートを有する不揮発性半導体メモリ素子において、コントロールゲートとドレイン(またはソース)とに印加する電圧を制御するだけで、フローティングゲートへの電荷の注入、および蓄積された電荷の消去を容易に行うことができる。また、フローティングゲートへの電荷の消去時に、コントロールゲートとソース間の閾値を所望の値になるように制御できる。
The nonvolatile semiconductor memory device may have a one-layer polysilicon floating gate.
As a result, in a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate having a single-layer polysilicon structure, charge is injected into and accumulated in the floating gate only by controlling the voltage applied to the control gate and drain (or source). It is possible to easily erase the charges. Further, the threshold between the control gate and the source can be controlled to a desired value at the time of erasing the electric charge from the floating gate.

本発明の第8態様は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子を、複数配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置に関する。前記不揮発性半導体メモリ素子は、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)、さらに、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で所定の閾値を持つように、前記コントロールゲートに所定の値の前記第2の低電圧を印加する。
この場合、フローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を複数配列した不揮発性半導体メモリ装置において、各メモリセルでは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。
これにより、不揮発性半導体メモリ装置内のメモリセルにおいて、フローティングゲートへの電荷の蓄積および消去を、ドレイン(またはソース)とコントロールゲート間に印加する電圧を制御することで行なうことができ、複雑な制御回路を必要としない。また、複雑な制御回路を必要としないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a floating gate type nonvolatile semiconductor memory comprising a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device configured by arranging a plurality of elements. The non-volatile semiconductor memory device applies a first low voltage to the control gate and a first high voltage to the source during charge accumulation in the floating gate, and a band-to-band (Band to Band) ) Is generated in the semiconductor substrate to inject and accumulate charges in the floating gate, and a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charges accumulated in the floating gate. A second high voltage is applied to the source, a hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. (Second low voltage <first low voltage <second high voltage <first In addition, the second low voltage of a predetermined value is applied to the control gate so as to have a predetermined threshold between the control gate and the source when erasing the electric charge stored in the floating gate. Apply.
In this case, in the nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) are arranged, in each memory cell, a voltage is applied between the control gate and the source when charge is accumulated in the floating gate. Then, hot electrons are generated by band-to-band, and the hot electrons are injected into the floating gate and accumulated. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes.
As a result, in the memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device, accumulation and erasure of charges in the floating gate can be performed by controlling the voltage applied between the drain (or source) and the control gate, and the complicated No control circuit is required. In addition, since a complicated control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield reduction is reduced and the product price (cost) is reduced. ).

本発明の第9態様は、第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成される。この不揮発性半導体メモリ装置は、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成される(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)。また、この不揮発性半導体メモリ装置では、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースと第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースとが共通接続され、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートと接続され、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のデータを読み出す際には、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートと、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートのそれぞれに所定のゲート電圧を印加すると共に、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインからの出力信号を前記トランスファーゲートをオンにして読み出す。
この場合、2つの不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして備え、このメモリセルは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。そして、2つのメモリセルのソースは共通接続され、また、ドレインはそれぞれトランスファーゲートに接続されている。そして、メモリセルのデータを読み出す際には、各メモリセルのコントロールゲートに所定のゲート電圧を印加すると共に、トランスファーゲートをオンにしてメモリセルのデータを読み出す。
これにより、本発明の不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を2つ用いてメモリを構成し、メモリに保持されたデータの正論理信号とそのデータの反転論理信号とを独立に出力できる。
A ninth aspect of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element, wherein the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are The floating gate type nonvolatile semiconductor memory device includes a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. The nonvolatile semiconductor memory device applies a first low voltage to the control gate and a first high voltage to the source when the electric charge is accumulated in the floating gate, and a band-to-band (Band to Band) ) Is generated in the semiconductor substrate to inject and accumulate charges in the floating gate, and a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charges accumulated in the floating gate. A second high voltage is applied to the source, a hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. (Second low voltage <first low voltage <second high voltage <first high voltage Pressure). In the nonvolatile semiconductor memory device, the source of the first nonvolatile semiconductor memory element and the source of the second nonvolatile semiconductor memory element are commonly connected, and the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element is When reading data from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements connected to the first transfer gate and connected to the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element and the second transfer gate. A predetermined gate voltage is applied to each of the control gate of the first nonvolatile semiconductor memory element and the control gate of the second nonvolatile semiconductor memory element, and the first and second nonvolatile semiconductor memories are applied. An output signal from the drain of the element is read by turning on the transfer gate.
In this case, two non-volatile semiconductor memory elements are provided as memory cells, and this memory cell applies a voltage between the control gate and the source during the charge accumulation in the floating gate, and the band-to-band. The hot electrons are generated and injected into the floating gate and accumulated. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes. The sources of the two memory cells are connected in common, and the drains are connected to the transfer gates. When reading data from the memory cell, a predetermined gate voltage is applied to the control gate of each memory cell, and the transfer gate is turned on to read data from the memory cell.
As a result, a memory is configured using two nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) of the present invention, and a positive logic signal of data held in the memory and an inverted logic signal of the data can be output independently.

前記不揮発性半導体メモリ装置は、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAM(Static Random Access Memory)を備えており、前記第1および第2の不揮発性半導
体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記フリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持してもよい。
この場合、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAMを備えており、例えば、回路電源の立ち上がり時等に、第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号をフリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持する。
これにより、SRAM内に本発明の不揮発性半導体メモリ素子を容易に組み込むことができる。このため、SRAMを不揮発性半導体メモリ装置として使用できるようになる。
The nonvolatile semiconductor memory device includes an SRAM (Static Random Access Memory) that holds a signal by a flip-flop circuit, and outputs an output signal from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements via the transfer gate. Then, the signal may be transferred to the flip-flop circuit and the signal transferred by the flip-flop circuit may be held.
In this case, an SRAM is provided that holds a signal by a flip-flop circuit. For example, when the circuit power supply rises, the output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are transferred to the flip-flop circuit. The signal transferred by the flip-flop circuit is held.
Thereby, the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention can be easily incorporated in the SRAM. For this reason, the SRAM can be used as a nonvolatile semiconductor memory device.

本発明の第10態様は、第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成される。この不揮発性半導体メモリ装置は、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されている(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)。また、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線SLに接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SRに接続され、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートとが接続され、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のデータを読み出す際には、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートと、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートのそれぞれに所定のゲート電圧を印加すると共に、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインからの出力信号を前記トランスファーゲートをオンにして読み出す。
この場合、2つの不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして備え、このメモリセルは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。そして、2つのメモリセルのソースはそれぞれ独立したソース線に接続され、また、ドレインはそれぞれのトランスファーゲートに接続されている。そして、メモリセルのデータを読み出す際には、各メモリセルのコントロールゲートに所定のゲート電圧を印加すると共に、トランスファーゲートをオンにしてメモリセルのデータを読み出す。
これにより、本発明の不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)を2つ用いてメモリを構成し、メモリに保持されたデータの正論理信号とそのデータの反転論理信号とを独立に出力できる。この場合に、2つのメモリセルのソース線が独立しているので、各メモリセルアへのデータの書込み(フローティングゲートへの電荷の注入)時と、消去(フローティングゲートの電荷の消去)時において、各メモリセルに対して異なるソース電圧を印加できるようになる。
A tenth aspect of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element, wherein the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are The floating gate type nonvolatile semiconductor memory device includes a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. The nonvolatile semiconductor memory device applies a first low voltage to the control gate and a first high voltage to the source when the electric charge is accumulated in the floating gate, and a band-to-band (Band to Band) ) Is generated in the semiconductor substrate to inject and accumulate charges in the floating gate, and a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charges accumulated in the floating gate. A second high voltage is applied to the source, a hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. (Second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage). Further, the source of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to the first source line SL, the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second source line SR, and the first nonvolatile semiconductor memory element is connected. The drain of the conductive semiconductor memory element and the first transfer gate are connected, and the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element and the second transfer gate are connected, and the first and second nonvolatile semiconductor memories are connected. When reading data from the element, a predetermined gate voltage is applied to each of the control gate of the first nonvolatile semiconductor memory element and the control gate of the second nonvolatile semiconductor memory element, and the first The output signal from the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element is read by turning on the transfer gate.
In this case, two non-volatile semiconductor memory elements are provided as memory cells, and this memory cell applies a voltage between the control gate and the source during the charge accumulation in the floating gate, and the band-to-band. The hot electrons are generated and injected into the floating gate and accumulated. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes. The sources of the two memory cells are connected to independent source lines, and the drains are connected to the respective transfer gates. When reading data from the memory cell, a predetermined gate voltage is applied to the control gate of each memory cell, and the transfer gate is turned on to read data from the memory cell.
As a result, a memory is configured using two nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) of the present invention, and a positive logic signal of data held in the memory and an inverted logic signal of the data can be output independently. In this case, since the source lines of the two memory cells are independent, at the time of writing data to each memory cell array (injecting charge into the floating gate) and erasing (erasing the charge from the floating gate), Different source voltages can be applied to the memory cells.

前記不揮発性半導体メモリ装置は、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAM(Static Random Access Memory)を備えており、前記第1および第2の不揮発性半導
体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記フリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持してもよい。
この場合、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAMを備えており、例えば、回路電源の立ち上がり時等に、第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号をフリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持する。
これにより、SRAM内に本発明の不揮発性半導体メモリ素子を容易に組み込むことができる。このため、SRAMを不揮発性半導体メモリ装置として使用できるようになる。
The nonvolatile semiconductor memory device includes an SRAM (Static Random Access Memory) that holds a signal by a flip-flop circuit, and outputs an output signal from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements via the transfer gate. Then, the signal may be transferred to the flip-flop circuit and the signal transferred by the flip-flop circuit may be held.
In this case, an SRAM is provided that holds a signal by a flip-flop circuit. For example, when the circuit power supply rises, the output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are transferred to the flip-flop circuit. The signal transferred by the flip-flop circuit is held.
Thereby, the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention can be easily incorporated in the SRAM. For this reason, the SRAM can be used as a nonvolatile semiconductor memory device.

前記SRAM中のフリップフロップ回路への電源供給線は電源スイッチ用トランジスタを介して電源と接続されており、前記電源スイッチ用トランジスタのオン・オフを制御して前記フリップフロップ回路に電源を印加してもよい。
この場合、SRAM中のフリップフロップ回路への電源供給を電源スイッチ用トランジスタを介して行なう。これにより、所望のタイミングで記憶部に保持されたデータをSRAMに転送できるようになる。
A power supply line to the flip-flop circuit in the SRAM is connected to a power source via a power switch transistor, and controls the on / off of the power switch transistor to apply power to the flip-flop circuit. Also good.
In this case, power is supplied to the flip-flop circuit in the SRAM through the power switch transistor. As a result, the data held in the storage unit can be transferred to the SRAM at a desired timing.

本発明の第11態様は、第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを含む記憶部が複数個配列され、選択された記憶部中の前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を入力し、前記入力信号を増幅するセンスアンプを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成される。この不揮発性半導体メモリ装置は、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されている(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)。また、前記各記憶部中において前記第1の不揮発性半導体メモリ素子とドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートと接続され、各記憶部中の前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに共通接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに共通接続される。また、前記センスアンプは、一対のトランジスタのそれぞれのゲートを相手方のドレインに接続したラッチ回路を備えており、前記各記憶部中の第1のトランスファーゲートの出力は前記センスアンプのラッチ回路の一方のトランジスのゲートに共通接続され、第2のトランスファーゲートの出力は前記センスアンプのラッチ回路の他方のトランジスのゲートに共通接続され、前記各記憶部億部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第1のコントロールゲート線CGnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第2のコントロールゲート線CGnBに接続される。そして、前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際には、所望の記憶部中のトランスファーゲートをオンにすると共に、この記憶部に対応する第1および第2のコントロールゲート線CGn、CGnBを活性化することにより、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記センスアンプ中のラッチ回路に転送する。
この場合、2つの不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして含む記憶部を複数個配列する。このメモリセルは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、このホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。そして、各記憶部においては、2つのメモリセルのドレインのそれぞれにトランスファーゲートが接続され、また、各記憶部中の2つのメモリセルのソースは、それぞれ独立のソース線に共通接続される。そして、複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際には、所望の記憶部中のトランスファーゲートをオンにすると共に、この記憶部に対応するコントロールゲート線を活性化することにより、メモリセルからの出力信号をセンスアンプ中のラッチ回路に転送する。
これにより、本発明の不揮発性半導体メモリ素子を使用した記憶部を複数配列した不揮発性半導体メモリ装置を構成することができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, a plurality of storage units including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged, and the first and second storage units in the selected storage unit are arranged. A nonvolatile semiconductor memory device including a sense amplifier for inputting an output signal from a nonvolatile semiconductor memory element and amplifying the input signal, wherein the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are formed on a semiconductor substrate. The floating gate type nonvolatile semiconductor memory device includes a floating gate disposed on the FET, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. The nonvolatile semiconductor memory device applies a first low voltage to the control gate and a first high voltage to the source when the electric charge is accumulated in the floating gate, and a band-to-band (Band to Band) ) Is generated in the semiconductor substrate to inject and accumulate charges in the floating gate, and a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charges accumulated in the floating gate. A second high voltage is applied to the source, a hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. (Second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage). The first nonvolatile semiconductor memory element, the drain, and the first transfer gate are connected in each storage unit, and the drain and the second transfer gate of the second nonvolatile semiconductor memory element are connected. The sources of the first nonvolatile semiconductor memory elements in each storage unit are commonly connected to the first source line S, and the sources of the second nonvolatile semiconductor memory elements are commonly connected to the second source line SB. The The sense amplifier includes a latch circuit in which the gates of the pair of transistors are connected to the drain of the other transistor, and the output of the first transfer gate in each storage section is one of the latch circuits of the sense amplifier. And the output of the second transfer gate is commonly connected to the gate of the other transistor of the latch circuit of the sense amplifier, and the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage unit Are connected to the first control gate line CGn, and the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second control gate line CGnB. When selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the transfer gate in the desired storage unit is turned on, and the first and second control gate lines CGn corresponding to the storage unit are turned on. By activating CGnB, output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are transferred to the latch circuit in the sense amplifier via the transfer gate.
In this case, a plurality of storage units including two nonvolatile semiconductor memory elements as memory cells are arranged. In this memory cell, when charge is accumulated in the floating gate, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot electrons by band-to-band, and the hot electrons are injected into the floating gate. Accumulate. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes. In each memory portion, a transfer gate is connected to each of the drains of the two memory cells, and the sources of the two memory cells in each memory portion are commonly connected to independent source lines. When a desired storage unit is selected from a plurality of storage units, a memory cell is activated by turning on a transfer gate in the desired storage unit and activating a control gate line corresponding to the storage unit. The output signal from is transferred to the latch circuit in the sense amplifier.
Thus, a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of storage units using the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention are arranged can be configured.

本発明の第12態様は、第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成される。この不揮発性半導体メモリ装置は、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されている(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)。また、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに接続され、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第1のワード線WLnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第2のワード線WLnBに接続され、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは第1のデータ線Dに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは第2のデータ線DBに接続される。
この場合、2つの不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして備え、このメモリセルは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、前記ホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。そして、2つのメモリセルのソースはそれぞれ独立したソース線に接続され、また、ドレインはそれぞれ独立したデータ線に接続される。そして、メモリセルのデータを読み出す際には、各メモリセルのコントロールゲートに所定のゲート電圧を印加する。
これにより、本発明の不揮発性半導体メモリ素子を2つ用いてメモリを構成し、メモリに保持されたデータの正論理信号とそのデータの反転論理信号とを独立に出力できる。
A twelfth aspect of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element, wherein the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element A non-volatile semiconductor memory device includes a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain. Consists of. The nonvolatile semiconductor memory device applies a first low voltage to the control gate and a first high voltage to the source when the electric charge is accumulated in the floating gate, and a band-to-band (Band to Band) ) Is generated in the semiconductor substrate to inject and accumulate charges in the floating gate, and a second low voltage is applied to the control gate when erasing the charges accumulated in the floating gate. A second high voltage is applied to the source, a hot hole due to band-to-band is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole. (Second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage). The source of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to the first source line S, the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second source line SB, and the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to the first nonvolatile semiconductor memory element. The gate of the conductive semiconductor memory element is connected to the first word line WLn, the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second word line WLnB, and the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element Is connected to the first data line D, and the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second data line DB.
In this case, two non-volatile semiconductor memory elements are provided as memory cells, and this memory cell applies a voltage between the control gate and the source during the charge accumulation in the floating gate, and the band-to-band. The hot electrons are generated and injected into the floating gate and accumulated. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes. The sources of the two memory cells are connected to independent source lines, and the drains are connected to independent data lines. When reading data from the memory cell, a predetermined gate voltage is applied to the control gate of each memory cell.
Thus, a memory is configured using two nonvolatile semiconductor memory elements of the present invention, and a positive logic signal of data held in the memory and an inverted logic signal of the data can be output independently.

本発明の第13態様は、第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを含む記憶部が複数配列され、選択された記憶部中の前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を列選択信号で駆動されるトランスファーゲート部を介して入力し、前記入力信号を増幅するセンスアンプを備える不揮発性半導体メモリ装置である。前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成される(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)。また、前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに共通接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに共通接続され、さらに前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは前記トランスファーゲート部の第1のトランスファーゲートに共通接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは前記トランスファーゲート部の第2のトランスファーゲートに共通接続され、前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは前記不揮発性半導体メモリ素子を選択するための第1のワード線WLnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは前記不揮発性半導体メモリ素子を選択するための第2のワード線WLnBに接続され、前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際に、選択する記憶部における前記第1のワード線WLnおよび第2のワード線WLnBを活性化すると共に、前記第1および第2のトランスファーゲートをオンにすることにより、この記憶部の第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記センスアンプに転送する。
この場合、2つの不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして含む記憶部を複数個配列する。このメモリセルは、フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンをフローティングゲートに注入して蓄積する。また、電荷の消去時には、コントロールゲートとソース間に電圧を印加し、バンド・バンド間によるホットホールを発生させ、このホットホールによりフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する。そして、各記憶部において、2つのメモリセルのソースは、それぞれ独立のソース線に共通接続される。そして、各記憶部中の第1のメモリセルのドレインはトランスファーゲート部の第1のトランスファーゲートに共通接続され、第2のメモリセルのドレインはトランスファーゲート部の第2のトランスファーゲートに共通接続される。そして、複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際には、所望の記憶部中のメモリセルのコントロールゲートを活性化すると共に、トランスファーゲート部の第1および第2のトランスファーゲートをオンにし、メモリセルからの出力信号をセンスアンプ中のラッチ回路に転送する。
これにより、本発明の不揮発性半導体メモリ素子を使用した記憶部によりメモリセルアレイを構成することができる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, a plurality of storage units including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged, and the first and second nonvolatiles in the selected storage unit are arranged. The nonvolatile semiconductor memory device includes a sense amplifier that inputs an output signal from the conductive semiconductor memory element through a transfer gate unit driven by a column selection signal and amplifies the input signal. The first and second nonvolatile semiconductor memory elements include a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, a source and a drain. And a first low voltage is applied to the control gate and a first high voltage is applied to the source during charge accumulation in the floating gate. (Band to Band) hot electrons are generated in the semiconductor substrate, and charges are injected and accumulated in the floating gate. At the time of erasing the charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate. And applying a second high voltage to the source In addition, a hot hole due to band-to-band (Band to Band) is generated in the semiconductor substrate, and the charge accumulated in the floating gate is erased by the hot hole (second low voltage) <First low voltage <second high voltage <first high voltage). Further, the source of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage unit is commonly connected to the first source line S, and the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is commonly connected to the second source line SB. Further, the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage section is commonly connected to the first transfer gate of the transfer gate section, and the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element is the transfer gate. A first transfer gate of each of the storage sections, and a gate of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage section is connected to a first word line WLn for selecting the nonvolatile semiconductor memory element, The gate of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to a second word line WLnB for selecting the nonvolatile semiconductor memory element. When selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the first word line WLn and the second word line WLnB in the selected storage unit are activated, and the first and second word lines are activated. By turning on the transfer gate, the output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements of the storage unit are transferred to the sense amplifier.
In this case, a plurality of storage units including two nonvolatile semiconductor memory elements as memory cells are arranged. In this memory cell, when charge is accumulated in the floating gate, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot electrons by band-to-band, and the hot electrons are injected into the floating gate. Accumulate. Further, when erasing charges, a voltage is applied between the control gate and the source to generate hot holes between bands, and the charges accumulated in the floating gate are erased by the hot holes. In each storage unit, the sources of the two memory cells are commonly connected to independent source lines. The drain of the first memory cell in each memory portion is commonly connected to the first transfer gate of the transfer gate portion, and the drain of the second memory cell is commonly connected to the second transfer gate of the transfer gate portion. The When a desired storage unit is selected from a plurality of storage units, the control gate of the memory cell in the desired storage unit is activated and the first and second transfer gates of the transfer gate unit are turned on. The output signal from the memory cell is transferred to the latch circuit in the sense amplifier.
Thereby, a memory cell array can be comprised by the memory | storage part using the non-volatile semiconductor memory element of this invention.

従来のEEPROM等では、消去時において、不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)の閾値を正側であるように制御しながら、電荷を消去する必要があり、そのために複雑な制御回路を必要としていた。
これに対して、本発明においては、メモリセルのフローティングゲート内の電荷をホットホールにより消去するため、コントロールゲートの電圧を制御するだけでよく、複雑な制御回路を必要としない。
また、本発明の別の態様においては、メモリセルのフローティングゲートへの電荷の注入をホットエレクトロンにより行い、また、電荷の消去をホットホールにより行なうため、ドレイン(またはソース)の電圧と、コントロールゲートの電圧とを制御するだけでよく、複雑な制御回路を必要としない。また、コントロールゲートの電圧を制御することにより、閾値を正側、または負側に設定することができる。また、1層ポリシリコンのフローティングゲートを用いて標準CMOSプロセスで製造することができる。
In a conventional EEPROM or the like, at the time of erasing, it is necessary to erase the charge while controlling the threshold value of the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) to be on the positive side, which requires a complicated control circuit. .
On the other hand, in the present invention, since the charges in the floating gate of the memory cell are erased by hot holes, it is only necessary to control the voltage of the control gate, and no complicated control circuit is required.
In another aspect of the present invention, the injection of charge into the floating gate of the memory cell is performed by hot electrons, and the charge is erased by hot holes, so that the drain (or source) voltage and the control gate It is only necessary to control the voltage, and no complicated control circuit is required. Further, the threshold value can be set to the positive side or the negative side by controlling the voltage of the control gate. Further, it can be manufactured by a standard CMOS process using a single-layer polysilicon floating gate.

また、複雑な制御回路を必要としないため、本発明によるEEPROMなどの不揮発性メモリと、標準ロジックとを1チップの中に同時に埋め込む場合においても、歩留まりの低下を低減し、製品の価格(コスト)を低減する効果を奏する。   In addition, since a complicated control circuit is not required, even when a non-volatile memory such as an EEPROM according to the present invention and standard logic are simultaneously embedded in one chip, the yield reduction is reduced and the product price (cost) is reduced. ).

本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子の平面図である。1 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory element according to a first embodiment of the present invention. 図1Aの不揮発性半導体メモリ素子の等価回路図である。1B is an equivalent circuit diagram of the nonvolatile semiconductor memory element of FIG. 1A. FIG. 図1Aの不揮発性半導体メモリ素子のA−A’断面図である。1B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of the nonvolatile semiconductor memory element of FIG. 1A. 図1Aの不揮発性半導体メモリ素子のB−B’断面図である。1B is a B-B ′ cross-sectional view of the nonvolatile semiconductor memory element of FIG. 1A. FIG. 図1に示すメモリセルの動作を説明するための表である。3 is a table for explaining the operation of the memory cell shown in FIG. 1. 図1に示すメモリセルの動作を説明するための表である。3 is a table for explaining the operation of the memory cell shown in FIG. 1. バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the hot hole by a band-band (Band to Band). バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールについて説明するための別の図である。It is another figure for demonstrating the hot hole by a band-band (Band to Band). 初期時、書き込み時、消去時のVg−Id特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-Id characteristic at the time of initial stage, at the time of writing, and erasing. ファウラーノルトハイムのトンネル電流による消去特性を示す図である。It is a figure which shows the erasing characteristic by the tunnel current of Fowler-Nordheim. バンド・バンド間(Band to Band)電流による消去特性を示す図である。It is a figure which shows the erasing characteristic by a band-to-band (Band to Band) electric current. バンド・バンド間(Band to Band)電流による消去特性を示す別の図である。It is another figure which shows the erasing characteristic by a band-to-band (Band to Band) electric current. メモリセルのカップリング系の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the coupling type | system | group of a memory cell. コントロールゲート電圧VCGとフローティングゲート電圧VFGとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between control gate voltage VCG and floating gate voltage VFG. 2層ポリシリコンゲート構造のメモリ素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the memory element of a 2 layer polysilicon gate structure. 本発明の第2の実施の形態に係るメモリセルアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the memory cell array based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るメモリセルアレイの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the memory cell array based on the 2nd Embodiment of this invention. 図10に示すメモリセルアレイの動作を説明するための表である。11 is a table for explaining the operation of the memory cell array shown in FIG. 10. 図10に示すメモリセルアレイの動作を説明するための表である。11 is a table for explaining the operation of the memory cell array shown in FIG. 10. 本発明の第3の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the non-volatile semiconductor memory device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の動作を説明するための表である。7 is a table for explaining an operation of a nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子に採用されるプロセス構造を示す図である。It is a figure which shows the process structure employ | adopted as the non-volatile semiconductor memory element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第1の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第1の実施例の動作を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the 1st Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第2の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第2の実施例の動作を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the 2nd Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第3の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第3の実施例の動作を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the 3rd Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第4の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 4th Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 図17に示す第4の実施例の動作を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating the operation | movement of the 4th Example shown in FIG. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第5の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 5th Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention. 図19に示す第5の実施例の動作を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating operation | movement of the 5th Example shown in FIG. 本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の第6の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 6th Example of the non-volatile semiconductor memory device based on the 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施の形態]
図1A〜図1Dは、本発明の第1の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子の構成を示す図であり、フローティングゲートタイプのEEPROMの構成を示す図である。
[First Embodiment]
1A to 1D are diagrams showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory element according to a first embodiment of the present invention, and a diagram showing a configuration of a floating gate type EEPROM.

図1AにEEPROMセルの平面図を示す。図1Bには等価回路図(図1Aに示すメモリセルの動作を説明するための図)、図1Cには図1AのA−A’に沿った断面図、図1DにはB−B’に沿った断面図を示す。   FIG. 1A shows a plan view of the EEPROM cell. 1B is an equivalent circuit diagram (a diagram for explaining the operation of the memory cell shown in FIG. 1A), FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1A, and FIG. A sectional view along is shown.

このEEPROMセルは、図1Bの等価回路に示すように、トランジスタ(FET)Tr,ドレインD、ソースS、コントロールゲートCG、フローティングゲートFG及びコントロールゲートCGとフローティングゲートFGとの間のキャパシタC(FC)とからなる。   As shown in the equivalent circuit of FIG. 1B, the EEPROM cell includes a transistor (FET) Tr, a drain D, a source S, a control gate CG, a floating gate FG, and a capacitor C (FC) between the control gate CG and the floating gate FG. ).

構造的には、図1Aにおいて、1は、p型半導体基板Psub上に形成されたn型ウェル(以下n−well)、2はこのn−well上に形成されたn+拡散領域、3はフロー
ティングゲートとなるポリシリコンゲート、4はトランジスタのドレインとなるn+型の拡散層、5はソースとなるn+型の拡散層、6はトランジスタのゲート部、7はメタル配線層と拡散層をつなぐコンタクト、8はドレインにつながるメタル配線、9はソースに繋がるメタル配線、10はフローティングゲートのキャパシタとなるゲート部、11はコントロールゲートとなるメタル配線、12はn+拡散層とメタル配線11を繋げるコンタクト、13は素子分離用のフィールド酸化膜である。
Structurally, in FIG. 1A, 1 is an n-type well (hereinafter referred to as n-well) formed on a p-type semiconductor substrate Psub, 2 is an n + diffusion region formed on the n-well, and 3 is a floating state. Polysilicon gate as a gate, 4 is an n + -type diffusion layer as a drain of the transistor, 5 is an n + -type diffusion layer as a source, 6 is a gate portion of the transistor, and 7 is a contact connecting the metal wiring layer and the diffusion layer , 8 is a metal wiring connected to the drain, 9 is a metal wiring connected to the source, 10 is a gate portion serving as a capacitor of a floating gate, 11 is a metal wiring serving as a control gate, 12 is a contact connecting the n + diffusion layer and the metal wiring 11, Reference numeral 13 denotes a field oxide film for element isolation.

次に、このセルの動作を説明する。図2A及び図2Bは、図1Aに示すメモリセルへの書き込み動作、消去動作及び読み出し動作の各端子の電圧関係を表で示している。   Next, the operation of this cell will be described. FIG. 2A and FIG. 2B show the voltage relationship of each terminal of the write operation, the erase operation, and the read operation to the memory cell shown in FIG. 1A in a table.

図2Aを参照して、書き込み時には、コントロールゲートCGの電圧を7V、ドレインDの電圧を5V、ソースSの電圧を0Vに設定する。この状態では、カップリング用のキャパシタC(FC)によって、後述するカップリング比の設定により、フローティングゲートの電圧が約4.2V位になり、トランジスタTrがオンする。   Referring to FIG. 2A, at the time of writing, the voltage of control gate CG is set to 7V, the voltage of drain D is set to 5V, and the voltage of source S is set to 0V. In this state, the coupling capacitor C (FC) causes the voltage of the floating gate to be about 4.2 V by setting the coupling ratio described later, and the transistor Tr is turned on.

このとき、ドレインDの電圧が5Vなので、Trは飽和領域での動作となり過剰電圧が印加されるので、ホットエレクトロンが発生しフローティングゲートに電子が注入される。この状態を書き込み状態とする。このとき、例えば、ドレインDの電圧を0Vとすれば、Trには電流が流れないので、ホットエレクトロンは発生せず、電子はフローティングゲートに注入されない。すなわち選択的に書き込みが行われる。   At this time, since the voltage of the drain D is 5 V, Tr operates in the saturation region and an excessive voltage is applied, so hot electrons are generated and electrons are injected into the floating gate. This state is referred to as a write state. At this time, for example, if the voltage of the drain D is set to 0 V, no current flows through Tr, so that hot electrons are not generated and electrons are not injected into the floating gate. That is, writing is selectively performed.

一方、消去時には、コントロールゲートCGの電圧を1〜2V、ドレインDの電圧を7V、ソースSをオープン(open)とする。   On the other hand, at the time of erasing, the voltage of the control gate CG is 1 to 2 V, the voltage of the drain D is 7 V, and the source S is open.

図3Aは、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールの発生を示す図であり、コントロールゲートCGの電圧Vcgを0V、ドレインDの電圧Vdを高電圧(Vd=high)、ソースSをオープン(open)とする。まず初めに、ドレインDの近傍にて空乏層の電界集中が起こる。   FIG. 3A is a diagram showing the generation of hot holes between bands (Band to Band). The voltage Vcg of the control gate CG is 0 V, the voltage Vd of the drain D is high (Vd = high), and the source S is Open. First, electric field concentration of the depletion layer occurs in the vicinity of the drain D.

そして、図3Bに示すように、いわゆる高エネルギーによるバンド・バンド間(Band to Band)の電流が流れ、ホールと電子のペアが発生する。高エネルギーを持ったホール(ホットホール)が一部フローティングゲートFGに取り込まれる。バンド・バンド間(Band to Band)のことを、以降、単に「B to B」ともいう。   Then, as shown in FIG. 3B, a so-called high energy band-to-band current flows, and a hole-electron pair is generated. Some holes (hot holes) having high energy are taken into the floating gate FG. Hereinafter, the band-to-band (Band to Band) is also simply referred to as “B to B”.

さらに電圧を上げ、フローティングゲートとの間の酸化膜に過電界が印加されると、ファウラーノルトハイム(Fauler-Nordheim)のトンネル電流が流れ、フローティングゲート
FGからドレインDへ電子が放出される。さらに電圧を上げると、ジャンクションブレークダウンが起こり、大電流が基板に流れる。このブレークダウン電圧をVBDとする。
When the voltage is further increased and an over electric field is applied to the oxide film between the floating gate and the Fowler-Nordheim tunnel current, electrons flow from the floating gate FG to the drain D. When the voltage is further increased, a junction breakdown occurs and a large current flows through the substrate. This breakdown voltage is assumed to be VBD.

このように、フローティングゲートへの書き込み、消去を行うと、フローティングゲート内の電子の数が、増減し、その結果、コントロールゲートとソース間の閾値が変化する。   As described above, when writing or erasing is performed on the floating gate, the number of electrons in the floating gate increases or decreases, and as a result, the threshold value between the control gate and the source changes.

バンド・バンド間(B to B)電流の詳細は、「文献:『フラッシュメモリ技術ハンドブック』、編者:舛岡富士雄、発行所:株式会社サイエンスフォーラム、1993年8月15日第1版第1刷発行。第5章第2節 不揮発性メモリセルにおけるバンド間トンネ
ル現象の解析、P206〜215」を参照。
For details on band-to-band (B to B) current, refer to “Reference:“ Flash Memory Technology Handbook ”, Editor: Fujio Takaoka, Publisher: Science Forum, Inc., August 15, 1993, 1st edition, 1st edition issued. See Chapter 5, Section 2, Analysis of Band-to-Band Tunneling in Non-volatile Memory Cells, P206-215.

この文献中の図7には、ドレイン電流とドレイン・ゲート間電圧依存性を測定した結果が示されており、ドレイン電圧を上げるに従い、アバランシェブレークダウンが起こる前のドレイン電流の変化の様子が示されている。   FIG. 7 in this document shows the results of measuring the drain current and the drain-gate voltage dependence, and shows how the drain current changes before the avalanche breakdown occurs as the drain voltage is increased. Has been.

また、図4は、初期時(Initial)、書き込み時(Program)、消去時(Erase)のコントロー
ルゲート電圧Vgとドレイン電流Idの特性(Vg−Id特性)を示す図である。図4に示すように、このセルは消去し過ぎる(過消去)と、閾値が負になってしまうので、その限界点をErase(Limit)とする。また、過消去により閾値が負になった場合の特性をErase(
Over)に示す。
FIG. 4 is a diagram showing characteristics (Vg-Id characteristics) of the control gate voltage Vg and the drain current Id at the initial time (Initial), at the time of writing (Program), and at the time of erasing (Erase). As shown in FIG. 4, if this cell is over-erased (over-erased), the threshold value becomes negative, and the limit point is defined as Erase (Limit). In addition, if the threshold value becomes negative due to over-erasing, the characteristics of Erase (
Over).

図5は、ファウラーノルトハイムのトンネル電流による消去特性を示している。
消去時間と閾値を示す。トンネル電流による消去特性は電界に依存するので、消去特性は時間tを対数で表現したLog(t)に対しほぼ直線になる。この場合は、消去時間が長すぎると過消去(オーバイレース)になってしまうので、時間の制御が非常に困難である。
FIG. 5 shows the erase characteristics of Fowler-Nordheim due to the tunnel current.
Indicates the erase time and threshold. Since the erasing characteristic by the tunnel current depends on the electric field, the erasing characteristic is substantially linear with respect to Log (t) expressing the time t in logarithm. In this case, if the erasing time is too long, overerasing (overerasing) occurs, so that the time control is very difficult.

図6Aには、BtoBによる消去特性を示す。BtoBでは過剰な電子とホールが基板のドレイン近傍に発生するので、フローティングゲートがほぼ中性状態になると、消去特性は飽和してくる。実験では、多少負側で飽和する。但し、多少でも負の閾値になると、このセルはリークが発生し、問題である。この問題を解決するために、消去時、コントロールゲートにバイアス(VCG=1v)を印加して、消去を制御する。このように、コントロールゲートにバイアス電圧を印加することにより、過消去(オーバイレース)した場合にも閾値を正側に維持することができる。   FIG. 6A shows the erase characteristics by BtoB. In BtoB, excessive electrons and holes are generated in the vicinity of the drain of the substrate. Therefore, when the floating gate is almost neutral, the erasing characteristic is saturated. In the experiment, it is slightly saturated on the negative side. However, if the threshold value is somewhat negative, this cell will cause a leak, which is a problem. In order to solve this problem, at the time of erasing, a bias (VCG = 1v) is applied to the control gate to control erasing. Thus, by applying a bias voltage to the control gate, the threshold value can be maintained on the positive side even in the case of overerasing (overerase).

図7に、このメモリセルのカップリング系の等価回路を示す。
フローティングゲートの状態が初期状態(中性状態)とすると、この系のトータルチャージはゼロということから、(VCG−VFG)*C(FC)+(Vsub−VFG)*C(FB)+(VD−VFG)*C(FD)+(VS−VFG)*C(FS)=0。C(FC)+C(FB)+C(FD)+C(FS)=CT(トータル)とすると、VFG=VCG*C(FC)/CT+Vsub*C(FB)/CT+VD*C(FD)/CT+VS*C(FS)/CTここで、C(FD)=C(FS)≒0、Vsub=VS=0 とすると、VFG=VCG*C(FG)/{C(FC)+C(FB)}ここで、C(FG)/{C(FC)+C(FB)}=α(カップリング比)とすると、VFG=αVCG となる。通常、α≒0.6に設定する。
FIG. 7 shows an equivalent circuit of the coupling system of this memory cell.
If the state of the floating gate is the initial state (neutral state), the total charge of this system is zero, so (VCG−VFG) * C (FC) + (Vsub−VFG) * C (FB) + (VD -VFG) * C (FD) + (VS-VFG) * C (FS) = 0. When C (FC) + C (FB) + C (FD) + C (FS) = CT (total), VFG = VCG * C (FC) / CT + Vsub * C (FB) / CT + VD * C (FD) / CT + VS * C (FS) / CT where C (FD) = C (FS) ≈0 and Vsub = VS = 0, VFG = VCG * C (FG) / {C (FC) + C (FB)} where If C (FG) / {C (FC) + C (FB)} = α (coupling ratio), VFG = αVCG. Usually, α≈0.6 is set.

例えば、中性状態で、VCG=1vとすると、フローティングゲートの電圧VFGは0.6vとなり、等価的にホールが注入された状態になる。従って、この状態で、BtoBの消去を行うと、図6のグラフのように、上へ1vシフトした形となり、消去限界点の閾値に収束させることが出来る。このように、消去時VCGの電圧を最適な正電圧とすることで、任意の閾値に設定でき、過消去を防ぐことが出来る。   For example, if VCG = 1v in the neutral state, the voltage VFG of the floating gate is 0.6v, and the hole is equivalently injected. Therefore, if BtoB is erased in this state, it is shifted upward by 1v as shown in the graph of FIG. 6, and can be converged to the threshold of the erase limit point. Thus, by setting the voltage of VCG at the time of erasing to an optimum positive voltage, it is possible to set an arbitrary threshold value and prevent over-erasing.

このメモリセルの動作は図2Aに示されている。書き込みは、CGに7v、ドレインDに5v、ソースSを0vとすると、ホットエレクトロンが発生して、フローティングゲートFGに電子が注入される。   The operation of this memory cell is shown in FIG. 2A. In writing, when CG is 7v, drain D is 5v, and source S is 0v, hot electrons are generated and electrons are injected into the floating gate FG.

消去は、消去後の閾値を設定するために、CGに1〜2vを印加する。ドレインDに7v、ソースSをopenにすると、BtoBのホットホールが発生してフローティングゲートにホールが注入(電子が放出)され、消去される。   In erasing, 1 to 2 v is applied to the CG in order to set a threshold value after erasing. When the drain D is 7v and the source S is open, BtoB hot holes are generated, holes are injected into the floating gate (electrons are emitted), and erased.

読み出しは、CGに3v、ドレインに1v、ソースSを0vとする。書き込みされて閾値が3v以上になっていればオフ(“0”)、消去されて閾値が0.5vになっていればオン(“1”)となる。   For reading, CG is 3v, the drain is 1v, and the source S is 0v. It is turned off (“0”) if the threshold value is 3 v or more after writing, and turned on (“1”) if it is erased and the threshold value is 0.5 v.

図8は、コントロールゲートに印加される電圧VCGと、フローティングゲートに印加される電圧VFGとの関係を示したものである。図に示すように、コントロールゲートの電圧VCGを増加すると、フローティングゲートの電圧VFGは、それに比例して増加する。   FIG. 8 shows the relationship between the voltage VCG applied to the control gate and the voltage VFG applied to the floating gate. As shown in the figure, when the control gate voltage VCG is increased, the floating gate voltage VFG is increased in proportion thereto.

以上、本発明の第1の実施の形態として、標準CMOSプロセスを使用するケースとして、図1に示す1層ポリシリコンゲートのメモリ素子を例に説明してきたが、多少のプロセス変更を許すならば、面積の縮小できる2層ポリシリコンゲート構造のメモリ素子を使用しても動作は同じである。   As described above, the first embodiment of the present invention has been described by taking the single-layer polysilicon gate memory element shown in FIG. 1 as an example in which a standard CMOS process is used. Even when a memory element having a two-layer polysilicon gate structure capable of reducing the area is used, the operation is the same.

図9は、2層ポリシリコンゲート構造のメモリ素子の構成を示す図である。図9に示すように、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGをそれぞれポリシリコンで構成した、2層ポリシリコンゲート構造とすることができる。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a memory element having a two-layer polysilicon gate structure. As shown in FIG. 9, a two-layer polysilicon gate structure in which the control gate CG and the floating gate FG are each composed of polysilicon can be formed.

[第2の実施の形態]
以上、本発明の第1の実施の形態として不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)の例について説明したが、次に、本発明の第2の実施の形態として、このメモリセルをマトリックスアレイに組み込んだ場合の不揮発性半導体メモリ装置の実施の形態について説明する。
[Second Embodiment]
The example of the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) has been described above as the first embodiment of the present invention. Next, as the second embodiment of the present invention, this memory cell is incorporated into a matrix array. An embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device in this case will be described.

図10は、本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す図である。
図10に示すように、メモリセルM11〜Mmnがマトリックス上に配列されてメモリセルアレイを形成する。これらのメモリセルM11〜Mmnは、本発明によるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, memory cells M11 to Mmn are arranged on a matrix to form a memory cell array. These memory cells M11 to Mmn are floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements according to the present invention.

図10において、図示しない行デコーダによりワード線WL1〜WLmが選択され、図示しない列デコーダによりデータ線D1〜Dnが選択される。   In FIG. 10, word lines WL1 to WLm are selected by a row decoder (not shown), and data lines D1 to Dn are selected by a column decoder (not shown).

ワード線WL1にはメモリセルM11、M12〜M1nのコントロールゲートCGが接続される。ワード線WL2には、メモリセルM21、M22〜M2nのコントロールゲートCGが接続される。同様にワード線WLmに、メモリセルMm1、Mm2、〜MmnのコントロールゲートCGが接続される。   The control gate CG of the memory cells M11, M12 to M1n is connected to the word line WL1. A control gate CG of the memory cells M21, M22 to M2n is connected to the word line WL2. Similarly, control gates CG of memory cells Mm1, Mm2,... Mmn are connected to word line WLm.

データ線D1にはメモリセルM11、M21、〜Mm1のドレインDが接続される。データ線D2にはメモリセルM12、M22、〜Mm2のドレインDが接続される。同様に、データ線Dnには、メモリセルM1n、M2n〜MmnのドレインDが接続される。   The data line D1 is connected to the drains D of the memory cells M11, M21 to Mm1. The data line D2 is connected to the drains D of the memory cells M12, M22, to Mm2. Similarly, drains D of memory cells M1n and M2n to Mmn are connected to the data line Dn.

メモリセルM11、M21〜MmnのソースSは共通接続のソース線Sourceに接続される。共通接続のソース線Sourceはソース制御回路200に接続される。ソース制御回路200は、読み出し時と書き込み時においてR/W信号により駆動されるNch(N型チャネル)トランジスタ201と、消去時においてErase信号により駆動されるPch(P型チャネル)トランジスタ202とが直列に接続されて構成されている。
このトランジスタ201とトランジスタ202の接続点がソース線Sourceに接続される。このソース制御回路200では、読み出し時と書き込み時にトランジスタ201によりソース線Sourceを0vにする。また、消去時にトランジスタ202によりソース線Sourceを所望のバイアス電圧Vbにバイアスする。
The sources S of the memory cells M11 and M21 to Mmn are connected to a commonly connected source line Source. The commonly connected source line Source is connected to the source control circuit 200. In the source control circuit 200, an Nch (N-type channel) transistor 201 driven by an R / W signal at the time of reading and writing and a Pch (P-type channel) transistor 202 driven by an Erase signal at the time of erasing are connected in series. Connected to and configured.
A connection point between the transistor 201 and the transistor 202 is connected to the source line Source. In the source control circuit 200, the source line Source is set to 0v by the transistor 201 at the time of reading and writing. Further, the source line Source is biased to a desired bias voltage Vb by the transistor 202 at the time of erasing.

図11Aは、図10に示すメモリセルアレイの動作を説明するための図である。図11Bに示す表は消去をドレイン側で行うメモリの例を示しており、図11Cに示す表は消去をソース側で行うメモリの例を示している。   FIG. 11A is a diagram for explaining the operation of the memory cell array shown in FIG. The table shown in FIG. 11B shows an example of a memory that performs erasing on the drain side, and the table shown in FIG. 11C shows an example of a memory that performs erasing on the source side.

図11Bの表に示すように、ドレイン側で蓄積電荷の消去を行なう場合は、全メモリセルの蓄積電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの蓄積電荷のみを消去するページ消去モードと、選択した1個のメモリセルのみの蓄積電荷を消去するビット消去モードとを選択できる。   As shown in the table of FIG. 11B, when erasing the accumulated charge on the drain side, only the accumulated charge of the memory cell connected to the selected word line and the batch erase mode in which the accumulated charge of all the memory cells is erased simultaneously. The page erase mode for erasing and the bit erase mode for erasing the accumulated charge of only one selected memory cell can be selected.

また、図11Cの表に示すように、ソース側で蓄積電荷の消去を行なう場合は、全メモリセルの蓄積電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの蓄積電荷のみを消去するページ消去モードとを選択できる。   As shown in the table of FIG. 11C, when erasing accumulated charges on the source side, a batch erase mode in which accumulated charges of all memory cells are simultaneously erased and accumulation of memory cells connected to a selected word line are performed. A page erase mode in which only charges are erased can be selected.

最初に、図11Bに示す表を参照して、ドレイン側で電荷の消去を行う場合を説明する。
一括消去モードでは、ワード線WL1,WL2〜mに対し、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧として、1vを印加する。データ線D1,D2〜nに対し、ホットホールを発生に必要なバイアス電圧として、7vを印加する。また、共通接続されたソース線Sourceをオープンにするにするか、メモリセルをオフさせるための適当なバイアス電圧として例えば2vを印加する。この状態では全メモリセルが同時に消去される。
First, the case where charge is erased on the drain side will be described with reference to the table shown in FIG. 11B.
In the collective erase mode, 1 v is applied to the word lines WL1 and WL2 to m as a bias voltage for giving a positive threshold when erasing charges in the memory cell. 7 v is applied to the data lines D1, D2 to n as a bias voltage necessary for generating hot holes. For example, 2 v is applied as an appropriate bias voltage for opening the commonly connected source line Source or turning off the memory cell. In this state, all memory cells are erased simultaneously.

次に、ページ消去モードでは、ワード線WL1に対し、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧として、1vを印加する。また、他のワード線WL2〜mに対し、電界を緩和しホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧として、4vを印加する。データ線D1〜Dnには、ホットホールを発生に必要なバイアス電圧として、7vを印加する。共通接続されたソース線Sourceはオープンにするか、或いはメモリセルをオフにするためのバイアス電圧として、4vを印加する。   Next, in the page erase mode, 1 v is applied to the word line WL1 as a bias voltage for giving a positive threshold value when erasing charges in the memory cell. Further, 4 v is applied to the other word lines WL2 to m as a bias voltage for relaxing the electric field and suppressing the generation of hot holes. 7 v is applied to the data lines D1 to Dn as a bias voltage necessary for generating hot holes. The commonly connected source line Source is opened, or 4 v is applied as a bias voltage for turning off the memory cell.

この状態では、ワード線WL1に接続されるメモリセルM11〜M1nは消去されるが、ワーソ線WL2〜WLmに繋がるメモリセルは、ゲート電圧が4vと高いので、ドレインとの電界が弱くなり、BtoBのホットホールが発生し難くなり、消去されない。よって、ワード線WL1に接続されたメモリセルM11〜M1nのみ消去される。   In this state, the memory cells M11 to M1n connected to the word line WL1 are erased. However, since the memory cells connected to the word lines WL2 to WLm have a high gate voltage of 4v, the electric field with the drain becomes weak and BtoB Hot holes are less likely to occur and are not erased. Therefore, only the memory cells M11 to M1n connected to the word line WL1 are erased.

ビット消去モードでは、例えば、メモリセルM11のビット消去を行なう場合は、ワード線WL1に1v、ワード線WL2〜mに4v、データ線D1に7v、データ線D2〜Dnをopenあるいはバイアス4vを印加する。また、ソース線Sourceはオープンにするか或いは4vを印加する。この状態では、メモリセルM11のみが消去される。   In the bit erase mode, for example, when performing bit erase of the memory cell M11, 1v is applied to the word line WL1, 4v is applied to the word lines WL2 to m, 7v is applied to the data line D1, and an open or bias 4v is applied to the data lines D2 to Dn. To do. Further, the source line Source is opened or 4v is applied. In this state, only the memory cell M11 is erased.

書き込み及び読み出しは、選択されたメモリセル例えばM11が選択される場合は、ワード線WL1とデータ線D1に電圧を印加すれば書き込み或いは読み出しが行われる。   Writing and reading are performed by applying a voltage to the word line WL1 and the data line D1 when the selected memory cell, for example, M11 is selected.

次に、図11Cに示す表を参照して、ソース側で電荷の消去を行う場合を説明する。
一括消去モードの場合は、データ線WL1〜WLmに対し、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧として、1vを印加する。データ線D1〜Dnをオープンにするか、あるいはメモリセルをオフにするためのバイアス電圧として、2vを印加する。また、共通接続されたソース線Sourceに対し、ホットホールを発生に必要なバイアス電圧として、7v印加する。これにより、全てのメモリセルにおいて、蓄積された電荷が消去される。
Next, the case where charge is erased on the source side will be described with reference to the table shown in FIG. 11C.
In the batch erase mode, 1 v is applied to the data lines WL1 to WLm as a bias voltage for giving a positive threshold when erasing charges in the memory cells. 2 v is applied as a bias voltage for opening the data lines D1 to Dn or turning off the memory cells. Further, 7 v is applied to the commonly connected source line Source as a bias voltage necessary for generating hot holes. As a result, the accumulated charges are erased in all the memory cells.

ページ消去モードの場合は、ワード線WL1に対し、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧として、1vを印加し、他のワード線WL2〜mにバイアス電圧、4vを印加すると、非選択のメモリセルは電界が緩和され消去されず、WL1のセルのみが消去される。書き込み、読み出しは同じ動作である。   In the page erase mode, 1v is applied to the word line WL1 as a bias voltage for giving a positive threshold when erasing charges in the memory cell, and the bias voltage 4v is applied to the other word lines WL2 to m. When applied, the electric field of the unselected memory cells is relaxed and not erased, and only the WL1 cell is erased. Writing and reading are the same operation.

ソース側での消去のメリットとしては、ホットホールでのダメージがソース側に起こるので、読み出し時のドレイン側には影響されず、信頼性には良好な結果が期待できる。
また、他のメリットとしては、ソース側のみに高電圧が印加されるので、ドレイン側の回路(図示しない列デコーダ等)は、低電圧用のトランジスタで構成できるので、回路特性向上、レイアウト面積削減が期待できる。
As an advantage of erasing on the source side, since damage at the hot hole occurs on the source side, the drain side at the time of reading is not affected, and a good result can be expected in reliability.
Another advantage is that since a high voltage is applied only to the source side, a drain side circuit (such as a column decoder (not shown)) can be composed of low voltage transistors, improving circuit characteristics and reducing layout area. Can be expected.

前述の第1のバイアス電圧は、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧「1v」が相当する。前述の第2のバイアス電圧は、電界を緩和しホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧「4v」が相当する。   The first bias voltage described above corresponds to the bias voltage “1v” for providing a positive threshold when erasing charges in the memory cell. The aforementioned second bias voltage corresponds to the bias voltage “4v” for relaxing the electric field and suppressing the generation of hot holes.

また、前述のバイアス電圧Aは、メモリセル内の電荷の消去時に正の閾値を与えるためのバイアス電圧「1v」が相当する。前述のバイアス電圧Bは、ホットホールを発生に必要なバイアス電圧「7v」が相当する。前述のバイアス電圧Cは、メモリセルをオフさせるためのバイアス電圧「2v」が相当する。また、前述のバイアス電圧Dは、電界を緩和しホットホールの発生を抑止するためのバイアス電圧あるいはメモリセルをオフにするためのバイアス電圧「4v」が相当する。   The bias voltage A described above corresponds to a bias voltage “1v” for giving a positive threshold when erasing charges in the memory cell. The aforementioned bias voltage B corresponds to the bias voltage “7v” necessary for generating hot holes. The aforementioned bias voltage C corresponds to a bias voltage “2v” for turning off the memory cell. The bias voltage D described above corresponds to a bias voltage for relaxing the electric field and preventing the generation of hot holes, or a bias voltage “4v” for turning off the memory cell.

[第3の実施の形態]
図12Aは、本発明の第3の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す図である。図12Aは、ソース線をドレイン線と並行に設けたメモリセルアレイの例を示している。図12Aに示すメモリセルアレイが、図10に示すメモリセルアレイと構成上異なるのは、ソース線S1〜Sn1をドレイン線D1〜Dnと並行に独立して設けた点であり、他の構成は同様である。
[Third Embodiment]
FIG. 12A is a diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 12A shows an example of a memory cell array in which source lines are provided in parallel with drain lines. The memory cell array shown in FIG. 12A differs from the memory cell array shown in FIG. 10 in that the source lines S1 to Sn1 are provided independently in parallel with the drain lines D1 to Dn, and the other configurations are the same. is there.

図12Aに示すメモリセルアレイでは、ソース線S1にはメモリセルM11〜Mm1のソースSが接続される。ソース線S2にはメモリセルM12〜Mm2のソースSが接続される。同様に、ソース線SnにはメモリセルM1n〜MmnのソースSが接続される。   In the memory cell array shown in FIG. 12A, the source S of the memory cells M11 to Mm1 is connected to the source line S1. The source S of the memory cells M12 to Mm2 is connected to the source line S2. Similarly, the source S of the memory cells M1n to Mmn is connected to the source line Sn.

また、図12Bは、図12Aに示すメモリセルアレイの動作モードを表で示したものである。   FIG. 12B is a table showing the operation modes of the memory cell array shown in FIG. 12A.

図12Bに示されるように、ソース側で蓄積電荷の消去を行なう場合にも、全メモリセルの蓄積電荷を同時に消去する一括消去モードと、選択したワード線に接続されたメモリセルの蓄積電荷のみを消去するページ消去モードと、選択した1個のメモリセルのみの蓄積電荷を消去するビット消去モードとを選択できる。   As shown in FIG. 12B, even when the stored charge is erased on the source side, only the stored charge of the memory cell connected to the selected word line and the batch erase mode in which the stored charge of all the memory cells is erased simultaneously. The page erase mode for erasing and the bit erase mode for erasing the accumulated charge of only one selected memory cell can be selected.

図12Bの表において、一括消去モードでは、WL1,WL2〜mに1vを印加、D1,D2〜nをopenにし、S1、S2〜nに7Vを印加する。この状態では全メモリセルが同時に消去される。すなわち、全メモリセルはソース側から消去される。   In the table of FIG. 12B, in the batch erase mode, 1 v is applied to WL1, WL2 to m, D1, D2 to n are open, and 7 V is applied to S1 and S2 to n. In this state, all memory cells are erased simultaneously. That is, all memory cells are erased from the source side.

次に、ページ消去モードでは、WL1に1v、WL2〜mに4vを印加する。D1〜Dnはopenにし、S1、S2〜nに7Vを印加する。この状態では、WL1に接続されるM11〜M1nは消去されるが、WL2〜WLmに繋がるメモリセルは、ゲート電圧が4vと高いので、ソースとの電界が弱くなり、BtoBのホットホールが発生し難くなり、消去されない。よって、WL1のみ消去される。   Next, in the page erase mode, 1v is applied to WL1, and 4v is applied to WL2 to m. D1 to Dn are set to open, and 7V is applied to S1 and S2 to n. In this state, M11 to M1n connected to WL1 are erased, but the memory cells connected to WL2 to WLm have a high gate voltage of 4v, so the electric field with the source becomes weak and BtoB hot holes are generated. It becomes difficult and will not be erased. Therefore, only WL1 is erased.

ビット消去モードでは、例えば、メモリセルM11のビット消去を行なう場合は、WL1に1v、WL2〜mに4v、D1、D2〜Dnをopen、S1に7v、S2〜nをopenにする。この状態では、M11のみが消去される。   In the bit erase mode, for example, when performing bit erase of the memory cell M11, 1v is set to WL1, 4v is set to WL2 to m, D1, D2 to Dn are open, 7v is set to S1, and S2 to n are open. In this state, only M11 is erased.

書き込み及び読み出しは、選択されたメモリセル例えばM11が選択される場合は、WL1とD1に電圧を印加すれば書き込み或いは読み出しがが行われる。   For writing and reading, when a selected memory cell, for example, M11 is selected, writing or reading is performed by applying a voltage to WL1 and D1.

以上、本発明の不揮発性半導体メモリ素子、および不揮発性半導体メモリ装置について説明したが、上述した実施の形態では、書き込みについては、ホットエレクトロンによる書き込みを例に説明したが、コントロールゲートCGに例えば10〜15v程度の高電圧を印加して、ファウラーノルトハイムのトンネル電流による書き込みも可能である。但し、トンネル電流による書き込みは、比較的高電圧を必要とする。   As described above, the nonvolatile semiconductor memory element and the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention have been described. In the above-described embodiment, the writing by hot electrons has been described as an example of writing. Writing with a Fowler-Nordheim tunnel current is also possible by applying a high voltage of about 15V. However, writing with a tunnel current requires a relatively high voltage.

以上説明したように、従来のEEPROM等では、消去時において、閾値を正側であるように制御しながら、電荷を消去する必要があり、そのために複雑な制御回路を要していた。これに対して、本発明においては、フローティングゲート内の電荷をホットホールにより消去するため、コントロールゲートの電圧を制御するだけでよく、複雑な制御回路を必要としない。   As described above, in a conventional EEPROM or the like, it is necessary to erase charges while controlling the threshold value to be on the positive side at the time of erasing, and thus a complicated control circuit is required. On the other hand, in the present invention, since the charges in the floating gate are erased by hot holes, it is only necessary to control the voltage of the control gate, and no complicated control circuit is required.

[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子として、第1の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子において、消去時のコントロールゲートの電位が負になる場合について説明する。第1の実施の形態に係る不揮発性半導体メモリ素子と重複する説明は割愛する。
[Fourth Embodiment]
Next, as a nonvolatile semiconductor memory element according to the fourth embodiment of the present invention, a case where the potential of the control gate at the time of erasing becomes negative in the nonvolatile semiconductor memory element according to the first embodiment will be described. To do. The description overlapping with the nonvolatile semiconductor memory element according to the first embodiment is omitted.

図2Bを参照して、書き込みは、コントロールゲートCGを3v、ドレインDを9v、ソースSをオープン(open)にすると、ドレイン近傍でバンド・バンド間(Band to Band)によるホットホール(Hot Hole)とホットエレクトロン(Hot Electron)が発生し、ゲート電圧が正電位なので、ホットエレクトロンがフローティングゲート内へ注入され、電荷として蓄積される。   Referring to FIG. 2B, in writing, when the control gate CG is 3v, the drain D is 9v, and the source S is open, a hot hole (Hot Hole) by band-to-band in the vicinity of the drain. Since hot electrons are generated and the gate voltage is positive, hot electrons are injected into the floating gate and accumulated as electric charges.

このとき、ドレインDを7vにすると、ゲート電圧を3vに上げているので、ホットホール及びホットエレクトロンは発生せず、書き込みは起こらない。この条件を書き込み禁止とする。   At this time, when the drain D is set to 7v, the gate voltage is increased to 3v, so that hot holes and hot electrons are not generated and writing does not occur. This condition is write-protected.

消去は、コントロールゲートCGを−1v〜0v、ドレインDに7v、ソースSをオープンにすると、ドレイン近傍でバンド間(Band to Band)によるホットホール(Hot Hole)が発生し、フローティングゲート内にホットホールが注入され、蓄積された電荷が消去される。コントロールゲートCGにマイナスのバイアスを印加すると、フローティングゲートの電位が負になるので、さらに消去が起こり易くなる。   In the erasing, when the control gate CG is set to −1 v to 0 v, the drain D is set to 7 v, and the source S is opened, a hot hole (Hot Hole) is generated in the vicinity of the drain due to band-to-band. Holes are injected and the accumulated charge is erased. When a negative bias is applied to the control gate CG, the potential of the floating gate becomes negative, so that erasure is more likely to occur.

MOSFETではソースとドレインの構造が対称であるため、ドレインをオープンにしてソース側に電圧を印加するようにしても、同様な書込み、消去動作を行なうことができる。   In a MOSFET, the source and drain structures are symmetric, so that the same write and erase operations can be performed even if the drain is open and a voltage is applied to the source side.

また、読み出しは、コントロールゲートCGに0〜3v、ドレインDに1v、ソースSを0vにすると、書き込みが行われて閾値が3v以上になっている場合は、電流が流れず“0”と判断され、消去が行われて閾値が負、或いは3v以下になっている場合は電流が流れて“1”と判断される。   Further, in reading, when the control gate CG is set to 0 to 3 v, the drain D is set to 1 v, and the source S is set to 0 v, when the write is performed and the threshold value is 3 v or more, no current flows and “0” is determined. If the threshold value is negative or less than 3v after erasing is performed, a current flows and it is determined as “1”.

このように、フローティングゲートへの書き込み、消去を行うと、フローティングゲート内の電子の数が、増減し、その結果、コントロールゲートとソース間の閾値が変化する。   As described above, when writing or erasing is performed on the floating gate, the number of electrons in the floating gate increases or decreases, and as a result, the threshold value between the control gate and the source changes.

前述の第1の低電圧は、図2Bのコントロールゲートに印加する電圧「3v」が相当し、第2の低電圧は、図2Bのコントロールゲートに印加する電圧「−1〜0v」が相当する。また、前述の第1の高電圧は、図2Bのコントロールゲートに印加する電圧「9v」が相当し、第2の高電圧は、図2Bのドレインに印加する電圧「7v」が相当する。   The first low voltage corresponds to the voltage “3v” applied to the control gate of FIG. 2B, and the second low voltage corresponds to the voltage “−1 to 0 v” applied to the control gate of FIG. 2B. . The first high voltage corresponds to the voltage “9v” applied to the control gate of FIG. 2B, and the second high voltage corresponds to the voltage “7v” applied to the drain of FIG. 2B.

また、BtoBによる消去特性を示す図6Bにおいて、コントロールゲートの電圧VCGを変化させることにより、閾値を制御することができる。図中の(a)のグラフで示す「VCG=0v」の場合は、閾値を少しだけ負にすることができる。図中の(b)のグラフで示す「VCG=1v」の場合は、閾値を正(例えば、1V)とすることができ、図中の(c)のグラフで示す「VCG=−1v」の場合は、閾値を負(例えば、−1V)とすることができる。このように、コントロールゲートの電圧を制御することにより、閾値を変化させることができる。本発明では、この特性を利用している。   Further, in FIG. 6B showing the erase characteristics by BtoB, the threshold value can be controlled by changing the voltage VCG of the control gate. In the case of “VCG = 0v” shown in the graph of (a) in the figure, the threshold value can be made slightly negative. In the case of “VCG = 1v” shown in the graph of (b) in the figure, the threshold value can be positive (for example, 1V), and “VCG = −1v” shown in the graph of (c) in the figure. In this case, the threshold value can be negative (for example, -1 V). Thus, the threshold value can be changed by controlling the voltage of the control gate. In the present invention, this characteristic is utilized.

例えば、中性状態で、コントロールゲート電圧VCGを1v(VCG=1v)とすると、フローティングゲート電圧VFGは0.6V(VFG=0.6v)となり、等価的にホールが注入された状態になる。従って、この状態で、BtoBの消去を行うと、図6Bの(b)のグラフのように、上へ1vシフトした形となり、正の閾値に収束させることが出来る。また、逆に、コントロールゲート電圧VCGを−1vにすると、図6Bの(c)のグラフのようにグラフは下にシフトし、電子が注入される。このように、消去時にコントロールゲート電圧VCGを最適な電圧とすることで、任意の閾値に設定でき、過消去を防ぐことが出来る。   For example, if the control gate voltage VCG is 1 v (VCG = 1 v) in the neutral state, the floating gate voltage VFG is 0.6 V (VFG = 0.6 v), and a hole is equivalently injected. Accordingly, when BtoB is erased in this state, the shape is shifted upward by 1v as shown in the graph of FIG. 6B, and can be converged to a positive threshold value. Conversely, when the control gate voltage VCG is set to −1v, the graph is shifted downward as shown in FIG. 6B (c), and electrons are injected. Thus, by setting the control gate voltage VCG to an optimum voltage at the time of erasing, it is possible to set an arbitrary threshold value and to prevent over-erasing.

このメモリセルの動作は、図2Bと同じであり、重複した説明は省略する。   The operation of this memory cell is the same as in FIG. 2B, and a duplicate description is omitted.

ここで、コントロールゲートCGに負電圧を印加する方法について説明する。
図13は、本発明の不揮発性半導体メモリ素子に採用されるプロセス構造を示す図である。図13に示すように、P型基板(Psub)上に、不揮発性素子を構成するwell構造(図面右側)と、制御用の回路を構成する高電圧系のトランジスタを構成するwell構造(図面左側)を採用する。
Here, a method of applying a negative voltage to the control gate CG will be described.
FIG. 13 is a diagram showing a process structure employed in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. As shown in FIG. 13, on a P-type substrate (Psub), a well structure (non-right side of the drawing) that constitutes a non-volatile element and a well structure (on the left side of the drawing) that constitutes a high-voltage transistor constituting a control circuit. ).

不揮発性素子の微細トランジスタは、Psub上に形成されたDeep−Nwell(DNW)内に、例えば不揮発性NMOS素子NV−NMOS(Non-Volatile-N channel M
etal-Oxide-Semiconductor)を作るためのP−well(PW)と不揮発性PMOS素子
NV−PMOSを作るためのN−well(NW)を構成する。
The fine transistor of the non-volatile element includes, for example, a non-volatile NMOS element NV-NMOS (Non-Volatile-N channel M) in a Deep-Nwell (DNW) formed on the Psub.
A P-well (PW) for producing etal-Oxide-Semiconductor and an N-well (NW) for producing a nonvolatile PMOS element NV-PMOS are configured.

NMOSのP−wellにはwell電圧VPWが、PMOSのN−wellにはwell電圧VNWが印加される。また、不揮発性素子のドレイン、ソースにはそれぞれ測定電圧を印加する端子D、Sが接続される。   The well voltage VPW is applied to the NMOS P-well, and the well voltage VNW is applied to the PMOS N-well. Further, terminals D and S for applying a measurement voltage are connected to the drain and source of the nonvolatile element, respectively.

一方、不揮発性素子に高電圧を供給する目的で、20v(ボルト)系のトランジスタが、図左側のように、Psub上に、20v系NMOSを作るための高電圧用P−well(HPW)と、20v系PMOSを作るための高電圧用N−well(HNW)を構成する。   On the other hand, for the purpose of supplying a high voltage to the non-volatile element, a 20v (volt) type transistor has a P-well for high voltage (HPW) for making a 20v type NMOS on Psub as shown on the left side of the figure. , A high voltage N-well (HNW) for forming a 20v PMOS is constructed.

NMOSトランジスタのソース、PsubはVssと共通接続する。また、PMOSトランジスタのソース、well(HNW)はVppに接続する。この構造を採用すると、NV−MOS系のwellと20v系のwellを電気的に分離できるので、wellに異なった電圧を印加できる。   The source of the NMOS transistor, Psub, is commonly connected to Vss. The source of the PMOS transistor, well (HNW) is connected to Vpp. When this structure is adopted, the NV-MOS well and the 20v well can be electrically separated, and thus different voltages can be applied to the well.

ここでは、Vss=−2v〜0v,Vpp=3v〜9vとする。なお、この構造自体は、例えばフラッシュメモリのように、消去時にメモリセルのP−wellに正の電圧を印加するような製品には良く用いられる。   Here, Vss = −2v to 0v and Vpp = 3v to 9v. This structure itself is often used for products such as a flash memory in which a positive voltage is applied to the P-well of a memory cell during erasing.

以上、本発明の実施の形態として、標準CMOSプロセスを使用するケースとして、図1Aに示す1層ポリシリコンゲートのメモリ素子を例に説明してきたが、多少のプロセス変更を許すならば、面積の縮小できる2層ポリシリコンゲート構造のメモリ素子を使用しても動作は同じである。   As described above, as an embodiment of the present invention, the case where the standard CMOS process is used has been described by taking the one-layer polysilicon gate memory element shown in FIG. 1A as an example. The operation is the same even when a memory element having a two-layer polysilicon gate structure which can be reduced is used.

次に、本発明の不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)の応用例として、本発明の不揮発性半導体メモリ素子をメモリセルとして構成されたメモリセルアレイを備える、不揮発性半導体メモリ装置の例を示す。   Next, as an application example of the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) of the present invention, an example of a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell array configured by using the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention as a memory cell will be described.

図14Aは、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第1の実施例を示す図である。図14Aに示す不揮発性半導体メモリ装置は、SRAM100と、本発明の不揮発性半導体メモリ素子を使用した記憶部200とで構成されている。   FIG. 14A is a diagram showing a first example of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. The nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 14A includes an SRAM 100 and a storage unit 200 using the nonvolatile semiconductor memory element of the present invention.

SRAM100はデータを保持するSRAMであり、周知のシングルポートSRAM(SP−SRAM)の回路構成を示している。このSRAM100は、スイッチ用のトランジス101、102と、左側のインバータを構成するトランジスタ111、112、右側のインバータを構成するトランジスタ121、122とで構成される。また、2つのインバータの入力と出力とが互いに接続されて、フリップフロップが構成されている。   The SRAM 100 is an SRAM that holds data, and shows a circuit configuration of a well-known single port SRAM (SP-SRAM). The SRAM 100 includes switching transistors 101 and 102, transistors 111 and 112 constituting a left inverter, and transistors 121 and 122 constituting a right inverter. The input and output of the two inverters are connected to each other to form a flip-flop.

記憶部200のトランジスタ201、202は、データを転送するトランスファーゲートとなるトランジスタ、トランジスタ(メモリセル)202、204は、本発明のフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)である。   The transistors 201 and 202 of the storage unit 200 are transistors serving as transfer gates for transferring data, and the transistors (memory cells) 202 and 204 are floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements (memory cells) of the present invention.

そして、SRAM100のインバータ用のトランジスタ111、112のゲートが記憶部200内のトランスファーゲート用のトランジスタ201に接続される。また、SRAM100のインバータ用のトランジスタ121、122のゲートが記憶部200内のトランスファーゲート用のトランジスタ203に接続される。   The gates of the inverter transistors 111 and 112 in the SRAM 100 are connected to the transfer gate transistor 201 in the storage unit 200. The gates of the inverter transistors 121 and 122 in the SRAM 100 are connected to the transfer gate transistor 203 in the storage unit 200.

前述の第1の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)202が相当し、第2の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)204が相当する。また、前述の第1のトランスファーゲートはトランジス201が相当し、第2のトランスファーゲートはトランジスタ203が相当する。   The first nonvolatile semiconductor memory element described above corresponds to the transistor (memory cell) 202, and the second nonvolatile semiconductor memory element corresponds to the transistor (memory cell) 204. In addition, the first transfer gate corresponds to the transistor 201, and the second transfer gate corresponds to the transistor 203.

このメモリの動作を、図14Bにおいて示している。図示はしていないが、このメモリセルの初期設定として、エレクトロンを注入した状態に設定する。このメモリセルにエレクトロンを注入するためには、トランスファーゲートとなるトランジスタ201、203のゲート信号TRFを0v、ゲート信号CGL及びCGRを3v、ソースに9Vを印加する。この状態では、トランジスタ(メモリセル)202、204のフローティングゲートにはエレクトロンが注入される。
図14Bを参照して、書き込みは、トランスファーゲートとなるトランジスタ201、203のゲート信号TRFを0v、ゲート信号CGL(左側セル)を3v、ゲート信号CGR(右側セル)を0〜−2v、ソースSに7vを印加する。左側メモリセル202は電界が緩和され、消去されず、右側メモリセル204は消去される。この状態を書き込みと定義する。
The operation of this memory is shown in FIG. 14B. Although not shown, as an initial setting of the memory cell, a state in which electrons are injected is set. In order to inject electrons into this memory cell, the gate signal TRF of the transistors 201 and 203 serving as transfer gates is 0 v, the gate signals CGL and CGR are 3 v, and the source is 9 V. In this state, electrons are injected into the floating gates of the transistors (memory cells) 202 and 204.
Referring to FIG. 14B, the writing is performed by setting the gate signal TRF of the transistors 201 and 203 serving as transfer gates to 0 v, the gate signal CGL (left cell) to 3 v, the gate signal CGR (right cell) to 0 to -2 v, and the source S. 7v is applied. The left memory cell 202 has a reduced electric field and is not erased, and the right memory cell 204 is erased. This state is defined as writing.

一方、消去は、ゲート信号TRFを0v、コントロールゲートCGLを0〜−2v、コントロールゲートCGRを3v、ソースSを7vとすると、左側セル202は消去、右セル204は消去されない。この状態を消去とする。   On the other hand, in erasing, if the gate signal TRF is 0v, the control gate CGL is 0 to -2v, the control gate CGR is 3v, and the source S is 7v, the left cell 202 is erased and the right cell 204 is not erased. This state is assumed to be erased.

セルデータ転送モードでは、この記憶部200のデータをSRAM100に転送するモードである。転送は、基本的には、電源立上げ時に行われる。トランスファーゲートのゲート信号TRFをVcc印加状態、CGL、CGR及びSを0vとする。ここで、記憶部200に書き込みが行われている場合は、右側メモリセル204が消去されているので、電源Vccが徐々に立ち上がってくると、メモリセル202はオフ、メモリセル204がオンして信号Bitが信号BitBより低い電圧になるので、SRAM100の設定は、結果的にBitが0v、BitBがVccに設定される。   In the cell data transfer mode, the data in the storage unit 200 is transferred to the SRAM 100. The transfer is basically performed when the power is turned on. The gate signal TRF of the transfer gate is set to Vcc applied state, and CGL, CGR, and S are set to 0v. Here, when data is written in the storage unit 200, the right memory cell 204 is erased. Therefore, when the power supply Vcc gradually rises, the memory cell 202 is turned off and the memory cell 204 is turned on. Since the signal Bit becomes a voltage lower than the signal BitB, the setting of the SRAM 100 results in that Bit is set to 0v and BitB is set to Vcc.

一方、記憶部200が消去状態の場合は、電源立上げ時、メモリセル202がオン、メモリセル204はオフしているので、BitがVcc,BitBが0vに設定される。   On the other hand, when the storage unit 200 is in the erased state, when the power is turned on, the memory cell 202 is on and the memory cell 204 is off, so that Bit is set to Vcc and BitB is set to 0v.

SRAMの読み出しは、トランスファーゲートのゲート信号TRFが0v、ワード線WLが3v(Vcc)となり、信号CGL、CGR、ソースSを0vとする。TRFが0vなので、メモリセル202、204はSRAMから切り離されているので、電源投入後は、このメモリはSRAMと同様に動作する。   In the SRAM reading, the gate signal TRF of the transfer gate is 0 v, the word line WL is 3 v (Vcc), and the signals CGL, CGR, and the source S are 0 v. Since the TRF is 0v, the memory cells 202 and 204 are disconnected from the SRAM, so that after the power is turned on, the memory operates in the same manner as the SRAM.

ここで特徴的なのは、メモリセル202、204は最大9vまでの電圧が印加されるので、中耐圧のMOS、例えば3v系のMOSトランジスタを用いるのが推奨されるが、SRAM100及びスイッチトランジスタ201、202は高い電圧が印加されないので、低電圧MOSトランジスタ、たとえば1v系のMOSで構成できる。従って、微細化に適し
ており、面積的にも微小なメモリが実現できる。
What is characteristic here is that a voltage of up to 9v is applied to the memory cells 202 and 204, so it is recommended to use a medium voltage MOS, for example, a 3v MOS transistor, but the SRAM 100 and the switch transistors 201 and 202 are used. Since a high voltage is not applied, a low voltage MOS transistor, for example, a 1v type MOS can be used. Therefore, it is suitable for miniaturization and a memory having a small area can be realized.

図15Aに、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第2の実施例を示す。図15Aに示す不揮発性半導体メモリ装置が、図14Aに示す不揮発性半導体メモリ装置と構成上異なるのは、図14Aにおいて、ソースSを、左側のメモリセル202用のソースSLと、右側のメモリセル204用のソースSRに分けた点であり、他の構成は図14Aに示す不揮発性半導体メモリ装置と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このような構成とするとことにより、ソースに印加する電圧を独立に設定でき、書き換えが容易になる。   FIG. 15A shows a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. The nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 15A is structurally different from the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 14A in that the source S in FIG. 14A is the source SL for the left memory cell 202 and the right memory cell. The other points are the same as those of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 14A. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description is abbreviate | omitted. With such a configuration, the voltage applied to the source can be set independently, and rewriting becomes easy.

前述の第1のソース線SLはソース線SLが相当し、第2のソース線SRはソース線SRが相当する。   The first source line SL described above corresponds to the source line SL, and the second source line SR corresponds to the source line SR.

このメモリの動作を、図15Bにおいて示している。   The operation of this memory is shown in FIG. 15B.

図15Bを参照して、書き込みは、トランスファーゲート用のゲート信号TRFを0v、ワード線WLを0v、ゲート信号CGLを3v、CGRを−2v、ソースSLを9v、ソースSRを7vとする。左のメモリセル202には電子が注入されて閾値が高くなり、右のメモリセル204は消去されて電子が放出され、閾値が低くなる。   Referring to FIG. 15B, writing is performed by setting the gate signal TRF for the transfer gate to 0 v, the word line WL to 0 v, the gate signal CGL to 3 v, CGR to −2 v, the source SL to 9 v, and the source SR to 7 v. Electrons are injected into the left memory cell 202 to raise the threshold value, and the right memory cell 204 is erased to emit electrons to lower the threshold value.

消去は逆に、トランスファーゲート用のゲート信号TRFを0v、ワード線WLを0v、ゲート信号CGLを−2v、CGRを3v、ソースSLを7v、SRを9vに設定すると、メモリセル202の閾値は低くなり、メモリセル204の閾値は高くなる。この書き込み、消去セルの状態は可逆性があるので、書き込み/消去の繰り返しが容易に実現できる。セルデータ転送、SRAM読み出しモードは図11の実施例と同様である。   On the contrary, when the gate signal TRF for the transfer gate is set to 0 v, the word line WL is set to 0 v, the gate signal CGL is set to −2 v, the CGR is set to 3 v, the source SL is set to 7 v, and the SR is set to 9 v, the threshold value of the memory cell 202 is The threshold value of the memory cell 204 is increased. Since the state of the write / erase cell is reversible, repeated write / erase can be easily realized. The cell data transfer and SRAM read modes are the same as in the embodiment of FIG.

図16Aに、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第3の実施例を示す。図16Aに示す不揮発性半導体メモリ装置が、図15Aに示す不揮発性半導体メモリ装置と構成上異なるのは、図15Aにおいて、SRAM100の電源側にスイッチ用トランジスタ131を設けた点であり、他の構成は図15Aに示す不揮発性半導体メモリ装置と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付している。また、131のゲートには、SET信号が接続される。   FIG. 16A shows a third embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. The configuration of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 16A is different from that of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 15A in that a switching transistor 131 is provided on the power supply side of the SRAM 100 in FIG. Is the same as the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 15A. For this reason, the same code | symbol is attached | subjected to the same component. A SET signal is connected to the gate 131.

このメモリの動作を、図16Bにより示している。
図16Bと、図15Bとの違いは、セルデータ転送の状態である。図16Bの例では、セルデータ転送時、電源Vccは既に立ち上がっている。このとき、ゲート信号TRFをVccにして、ゲート信号SETをVccから徐々に0vにスイッチさせると、電源を立ち上げるのと同様の状態になり、SRAM100のフリップフロップがセルの状態に対応して設定される。
The operation of this memory is illustrated by FIG. 16B.
The difference between FIG. 16B and FIG. 15B is the state of cell data transfer. In the example of FIG. 16B, the power supply Vcc has already been started during cell data transfer. At this time, when the gate signal TRF is set to Vcc and the gate signal SET is gradually switched from Vcc to 0 v, the state is the same as when the power is turned on, and the flip-flop of the SRAM 100 is set corresponding to the state of the cell. Is done.

図17に、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第4の実施例を示す。図17は、記憶部500をm個のメモリアレイで構成した実施例である。   FIG. 17 shows a fourth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. FIG. 17 shows an embodiment in which the storage unit 500 is composed of m memory arrays.

図17において、300はデータを増幅して出力するメインアンプ、400はセルのデータを増幅する初段のアンプを示している。センスアンプ400は、電流源となるトランジスタ401、402を負荷にして、ゲートを交差させたラッチ回路用のトランジスタ403、404と、センスアンプ400を活性化させるためのトランジスタ405で構成される。   In FIG. 17, reference numeral 300 denotes a main amplifier that amplifies and outputs data, and 400 denotes a first-stage amplifier that amplifies cell data. The sense amplifier 400 includes transistors 401 and 404 for a latch circuit having gates crossed with transistors 401 and 402 serving as current sources as loads, and a transistor 405 for activating the sense amplifier 400.

トランジスタ405のゲートには、このトランジスタ405をオンにしセンスアンプ400を活性化させるためのセンスエネーブル信号SENが入力される。また、トランジスタ403、404のドレインは信号線SO、SOBを介して、メインアンプ(Main Amp)300に接続される。   A sense enable signal SEN for turning on the transistor 405 and activating the sense amplifier 400 is input to the gate of the transistor 405. The drains of the transistors 403 and 404 are connected to a main amplifier (Main Amp) 300 via signal lines SO and SOB.

さらに、トランジスタ403、404のそれぞれのゲートは信号線D、DBにより記憶部500−1〜500−m内のトランスファーゲートに接続される。   Further, the gates of the transistors 403 and 404 are connected to the transfer gates in the memory portions 500-1 to 500-m by signal lines D and DB.

記憶部500−1〜500−mは、トランスファーゲートとなるトランジス501、503と、本発明による不揮発性半導体メモリ素子であるメモリセル502、504とで構成される。   The storage units 500-1 to 500-m are composed of transistors 501 and 503 serving as transfer gates and memory cells 502 and 504 which are nonvolatile semiconductor memory elements according to the present invention.

記憶部500−1のトランスファーゲート用のトランジス501、503のゲートには、セルデータをセンスアンプ400にトランスファーするときに選択する信号SEL1が接続される。メモリセル502及び504のゲートにはそれぞれゲート信号CG1、CG1Bが接続される。また、メモリセル502のソースは信号線Sに接続され、メモリセル504のソースは信号線SBに接続される。   A signal SEL1 that is selected when cell data is transferred to the sense amplifier 400 is connected to the gates of the transfer gate transistors 501 and 503 of the storage unit 500-1. Gate signals CG1 and CG1B are connected to the gates of the memory cells 502 and 504, respectively. The source of the memory cell 502 is connected to the signal line S, and the source of the memory cell 504 is connected to the signal line SB.

また、同様にして、記憶部500−2には、信号線SEL2、CG2、CG2Bが接続され、ソースはそれぞれ信号線S及びSBに接続される。同様にして、記憶部500−mには、信号線SELm、CGm、CGmBが接続され、ソースはそれぞれ信号線S及びSBに接続される。   Similarly, signal lines SEL2, CG2, and CG2B are connected to the storage unit 500-2, and sources are connected to the signal lines S and SB, respectively. Similarly, signal lines SELm, CGm, and CGmB are connected to the storage unit 500-m, and sources are connected to the signal lines S and SB, respectively.

前述のセンスアンプはセンスアンプ400が相当し、前述の第1の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)502が相当し、第2の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)504が相当する。また、前述の第1のトランスファーゲートはトランジス501が相当し、第2のトランスファーゲートはトランジスタ503が相当する。また、前述の第1のソース線はソース線Sが相当し、第2のソース線SBはソース線SBが相当する。また、前述の第1のコントロールゲート線CGnはコントロールゲート線CG1〜CGmが相当し、第2のコントロールゲート線CGnBはコントロールゲート線CG1B〜CGmBが相当する。   The aforementioned sense amplifier corresponds to the sense amplifier 400, the aforementioned first nonvolatile semiconductor memory element corresponds to the transistor (memory cell) 502, and the second nonvolatile semiconductor memory element corresponds to the transistor (memory cell) 504. Corresponds. Further, the above-described first transfer gate corresponds to the transistor 501 and the second transfer gate corresponds to the transistor 503. The first source line described above corresponds to the source line S, and the second source line SB corresponds to the source line SB. The first control gate line CGn corresponds to the control gate lines CG1 to CGm, and the second control gate line CGnB corresponds to the control gate lines CG1B to CGmB.

このメモリアレイの動作を、図18に示す。なお、図18では、記憶部500−1のメモリセルの動作を例として示している。   The operation of this memory array is shown in FIG. Note that FIG. 18 illustrates the operation of the memory cell of the memory portion 500-1 as an example.

図18を参照して、書き込みは、トランスファーゲートのゲート信号SEL1を0v、コントロールゲート信号CG1を2v、コントロールゲート信号CG1Bを−2v、ソースSを9v、ソースSBを7vに設定する。   Referring to FIG. 18, the write gate signal SEL1 of the transfer gate is set to 0v, the control gate signal CG1 is set to 2v, the control gate signal CG1B is set to -2v, the source S is set to 9v, and the source SB is set to 7v.

この書込み状態では、不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)502にはフローティングゲート内に電子が注入され、閾値が高くなるためoff状態となる。また、メモリセル504は、ホールが注入されるため、閾値が下がり、on状態となる。このとき、トランスファーゲートのゲート信号SEL1は0vでトランジスタ501、503はオフしているので、信号線D、DBのレベルは確定しておらず、センスアンプ400はまだ活性化する必要がないので、信号SENは0vである。当然、センスアンプの出力SO、SOBも確定していない。   In this writing state, the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) 502 is turned off because electrons are injected into the floating gate and the threshold value is increased. Further, since holes are injected into the memory cell 504, the threshold value is lowered and the memory cell 504 is turned on. At this time, since the gate signal SEL1 of the transfer gate is 0v and the transistors 501 and 503 are off, the levels of the signal lines D and DB are not fixed and the sense amplifier 400 does not need to be activated yet. The signal SEN is 0v. Of course, the outputs SO and SOB of the sense amplifier are not fixed.

消去は、トランスファーゲートのゲート信号SEL1を0v、ゲート信号CG1を−2v、ゲート信号CG1Bを2v、ソースSを7v、ソースSBを9vに設定すると、メモリセル502は、フローティングゲート内にホールが注入されるため、閾値が下がり、on状態となる。また、不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)504は、電子が注入され、閾値が高くなるためオフ状態となる。   For erasing, when the gate signal SEL1 of the transfer gate is set to 0v, the gate signal CG1 is set to -2v, the gate signal CG1B is set to 2v, the source S is set to 7v, and the source SB is set to 9v, the memory cell 502 injects holes into the floating gate. Therefore, the threshold value is lowered and the on state is entered. In addition, the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) 504 is turned off because electrons are injected and the threshold value is increased.

ここで、ソースS、ソースSBは選択された記憶部以外にも共通接続されている、すなわち、500−1が選択されている場合、500−2〜500−mのゲート信号CG1、CG1Bは、4V程度に高く設定して、メモリ素子に書き込み、消去を禁止する。   Here, the source S and the source SB are commonly connected in addition to the selected storage unit, that is, when 500-1 is selected, the gate signals CG1 and CG1B of 500-2 to 500-m are: It is set as high as about 4 V to prohibit writing and erasing to the memory element.

次に、このメモリ素子を読み出す。
“0”を読み出す場合、トランスファーゲートのゲート信号SEL1をH(High)として501、503をオンさせ、ゲート信号CG1、CG1Bを0v或いは1v程度に設定する。ソースS、SBは0vとする。502の閾値は高く、オフしており、504の閾値は低くオンしているので、信号線Dは“1”に、信号線DBは“0”になる。ここで、センスアンプ400を活性化するためにゲート信号SENをHにすると、信号線D、DBのレベルをセンスアンプ400が感知して増幅し、信号線SO、SOBのレベルが“0”及び“1”に確定する。この信号を、メインアンプ300で増幅して出力OUTを出力する。“1”読み出しの場合は、データが逆であること以外は、動作は同様である。
Next, this memory element is read.
When “0” is read, the gate signal SEL1 of the transfer gate is set to H (High) to turn on 501 and 503, and the gate signals CG1 and CG1B are set to about 0 v or 1 v. The sources S and SB are set to 0v. Since the threshold value 502 is high and off, and the threshold value 504 is low and on, the signal line D becomes “1” and the signal line DB becomes “0”. Here, when the gate signal SEN is set to H to activate the sense amplifier 400, the level of the signal lines D and DB is sensed and amplified by the sense amplifier 400, and the levels of the signal lines SO and SOB are “0”. Set to “1”. This signal is amplified by the main amplifier 300 to output the output OUT. In the case of “1” reading, the operation is the same except that the data is reversed.

図19に、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第5の実施例を示す。図19は、不揮発性半導体メモリ装置のメモリセルアレイを、1列にm個の記憶部700−1〜700−mを配列して構成した実施例である。   FIG. 19 shows a fifth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. FIG. 19 shows an embodiment in which a memory cell array of a nonvolatile semiconductor memory device is configured by arranging m storage units 700-1 to 700-m in one column.

図19に示す不揮発性半導体メモリ装置において、メインアンプ300、センスアンプ400は図14に示す例と同様であり、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   In the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 19, the main amplifier 300 and the sense amplifier 400 are the same as those in the example shown in FIG. 14.

図19に示す不揮発性半導体メモリ装置において、図示しない列デコーダより列選択信号COLiがトランジス601、602で構成されるトランスファーゲート部に出力される。iは1≦i≦nである。このトランジスタ601、602はカラムのトランスファーゲートとなるトランジスタであり、ゲートに列選択信号COLiが接続され、この列選択信号COLiにより選択される列セレクタゲートとなる。   In the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 19, a column selection signal COLi is output from a column decoder (not shown) to a transfer gate unit composed of the transistors 601 and 602. i is 1 ≦ i ≦ n. The transistors 601 and 602 serve as column transfer gates. A column selection signal COLi is connected to the gate of the transistors 601 and 602, and the column selector gate is selected by the column selection signal COLi.

記憶部700−1は、本発明による不揮発性半導体メモリ素子であるメモリセル701と702で構成される。メモリセル701のゲートには図示しない行デコーダより出力されるワード線WL1が接続され、メモリセル702には同じく図示しない行デコーダより出力されるワード線WL1Bが接続される。また、メモリセル701のソースは信号線Sに接続され、メモリセル702のソースは信号線SBに接続される。また、メモリセル701のドレインは共通データ線Dを通してトランスファーゲート部のトランジス601に接続され、メモリセル702のドレインは共通データ線DBを通してトランスファーゲート部のトランジス602に接続される。   The storage unit 700-1 includes memory cells 701 and 702 which are nonvolatile semiconductor memory elements according to the present invention. A word line WL1 output from a row decoder (not shown) is connected to the gate of the memory cell 701, and a word line WL1B output from a row decoder (not shown) is connected to the memory cell 702. The source of the memory cell 701 is connected to the signal line S, and the source of the memory cell 702 is connected to the signal line SB. The drain of the memory cell 701 is connected to the transistor 601 in the transfer gate portion through the common data line D, and the drain of the memory cell 702 is connected to the transistor 602 in the transfer gate portion through the common data line DB.

また、同様にして、記憶部700−2内の各メモリセルには、ワード線WL2、WL2Bが接続され、各メモリセルのソースはそれぞれソース線S及びSBに接続される。同様にして、記憶部500−mには、ワード線WLm、WLmBが接続され、ソースはそれぞれソース線S及びSBに接続される。   Similarly, word lines WL2 and WL2B are connected to the memory cells in the storage unit 700-2, and the sources of the memory cells are connected to the source lines S and SB, respectively. Similarly, word lines WLm and WLmB are connected to the storage unit 500-m, and sources are connected to the source lines S and SB, respectively.

前述のセンスアンプはセンスアンプ400が相当し、前述の第1の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)701が相当し、第2の不揮発性半導体メモリ素子は、トランジスタ(メモリセル)702が相当する。また、前述のトランスファーゲート部はトランジス601、602が相当する。また、前述のトランスファーゲート部の第1のトランスファーゲートはトランジス601が相当し、第2のトランスファーゲートはトランジスタ602が相当する。また、前述の第1のソース線Sはソース線Sが相当し、前述の第2のソース線SBはソース線SBが相当する。また、前述の第1のワード線WLnはワード線WL1〜WLnが相当し、前述の第2のワード線WLnBはワード線WL1B〜WLnBが相当する。また、前述の第1のデータ線Dは共通データ線Dが相当し、前述の第2のデータ線は共通データ線DBが相当する。   The aforementioned sense amplifier corresponds to the sense amplifier 400, the aforementioned first nonvolatile semiconductor memory element corresponds to the transistor (memory cell) 701, and the second nonvolatile semiconductor memory element corresponds to the transistor (memory cell) 702. Corresponds. The above-described transfer gate portion corresponds to the transistors 601 and 602. In addition, the first transfer gate of the above-described transfer gate portion corresponds to the transistor 601, and the second transfer gate corresponds to the transistor 602. The first source line S described above corresponds to the source line S, and the second source line SB described above corresponds to the source line SB. The first word line WLn corresponds to the word lines WL1 to WLn, and the second word line WLnB corresponds to the word lines WL1B to WLnB. The first data line D corresponds to the common data line D, and the second data line corresponds to the common data line DB.

このメモリアレイの動作を、図20に示す。図20においては、記憶部700−1のメモリセルの動作を例として示している。   The operation of this memory array is shown in FIG. In FIG. 20, the operation of the memory cell of the memory portion 700-1 is shown as an example.

図20を参照して、書き込みは列選択信号COLiを0vとしてトランスファーゲートのトランジスタ601、602をオフさせ、ワード線WL1を2v、ワード線WL1Bを−2v、ソースSを9v、ソースSBを7vに設定する。メモリセル701はホットエレクトロンによる電子注入が起こり、702にはホットホールによるホール注入が起こる。   Referring to FIG. 20, writing is performed by setting column selection signal COLi to 0v, turning off transfer gate transistors 601 and 602, setting word line WL1 to 2v, word line WL1B to -2v, source S to 9v, and source SB to 7v. Set. In the memory cell 701, electron injection by hot electrons occurs, and in hole 702, hole injection by hot holes occurs.

消去は、逆に、ワード線WL1に−2v、ワード線WL1Bを2v、ソースSを7v、ソースSBを9vとすると、702にはホールが、704には電子が注入される。なお、記憶部700−2〜700−mには書き込み、消去が起こらないように、ワード線WL1、WLBには例えば4vを印加して置く。   On the contrary, when erasing is performed on the word line WL1 at -2v, the word line WL1B at 2v, the source S at 7v, and the source SB at 9v, holes are injected at 702 and electrons are injected at 704. Note that, for example, 4 v is applied to the word lines WL1 and WLB so that writing and erasing do not occur in the storage units 700-2 to 700-m.

読み出し時は、選択されたワード線WL1、WL1Bに2v、非選択ワード線には−2v、を印加する。選択されたカラムCOLiが選択されてH(オン)になると、“0”読み出しの場合は、信号線Dが“1”、信号線DBが“0”となり、ここでセンスアンプ400中のトランジスタ405のゲート信号SENがH(オン)となり、センスアンプ400の信号が確定して、信号線SOが“0”、信号線SOBが“1”となる。“1”データの読み出しも同様である。   At the time of reading, 2v is applied to the selected word lines WL1 and WL1B, and −2v is applied to the unselected word lines. When the selected column COLi is selected and turned on (H), in the case of “0” reading, the signal line D becomes “1” and the signal line DB becomes “0”. Here, the transistor 405 in the sense amplifier 400 The gate signal SEN becomes H (ON), the signal of the sense amplifier 400 is determined, the signal line SO becomes “0”, and the signal line SOB becomes “1”. The reading of “1” data is the same.

図21に、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第6の実施例を示す。図21は、図19に示すメモリセルを、具体的に列方向にもn個配置した例を示したものである。   FIG. 21 shows a sixth embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. FIG. 21 shows an example in which n memory cells shown in FIG. 19 are specifically arranged in the column direction.

図21に示す例では、記憶部701−11から700−mnで示すm×n個の記憶部が配置され、行方向をワード線WL1〜WLm、およびワード線WL1B〜WLmBで選択し、列方向を列選択信号SEL1〜SELnで選択する。メインアンプ300とセンスアンプ400の動作は、図19で説明した動作と同様である。また、書込み、消去、読み出しの動作も同様である。   In the example shown in FIG. 21, m × n storage units indicated by storage units 701-11 to 700-mn are arranged, the row direction is selected by word lines WL1 to WLm, and word lines WL1B to WLmB, and the column direction is selected. Are selected by the column selection signals SEL1 to SELn. The operations of the main amplifier 300 and the sense amplifier 400 are the same as those described with reference to FIG. The write, erase, and read operations are the same.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の不揮発性半導体メモリ素子、および不揮発性半導体メモリ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the nonvolatile semiconductor memory element and the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention are not limited to the above illustrated examples, and do not depart from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made within the range.

本発明によれば、不揮発性半導体メモリ装置のメモリセル内の蓄積電荷を消去する場合に、複雑な制御回路を使用することなくメモリセルの閾値を正側であるように制御でき、また、標準CMOSプロセスにより製造することができる、不揮発性半導体メモリ素子、および不揮発性半導体メモリ装置を提供することができる。さらに、不揮発性半導体メモリ装置を構成する不揮発性半導体メモリ素子(メモリセル)のフローティングゲートへの電荷の蓄積と消去を容易に行え、またフローティングゲートに蓄積された電荷を消去する場合にメモリセルの閾値を容易に制御でき、また、1層ポリシリコンのフローティングゲートを用いて製造することができる、不揮発性半導体メモリ素子、およびこの不揮発性半導体メモリ素子を備える不揮発性半導体メモリ装置を提供することができる。   According to the present invention, when erasing stored charges in a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device, the threshold value of the memory cell can be controlled to be on the positive side without using a complicated control circuit. A nonvolatile semiconductor memory element and a nonvolatile semiconductor memory device that can be manufactured by a CMOS process can be provided. Furthermore, it is possible to easily store and erase charges in the floating gate of the nonvolatile semiconductor memory element (memory cell) constituting the nonvolatile semiconductor memory device, and to erase the charge accumulated in the floating gate. To provide a nonvolatile semiconductor memory element that can easily control a threshold and can be manufactured by using a floating gate of one-layer polysilicon, and a nonvolatile semiconductor memory device including the nonvolatile semiconductor memory element. it can.

1・・・p型半導体基板に形成されたn型ウェル、2・・・n+拡散領域、3・・・フローティングゲート、4・・・ドレイン(n+型の拡散層)、5・・・ソース(n+型の拡散層)、6・・・トランジスタのゲート、11・・・コントロールゲート、Psub・・・p型半導体基板、CG・・・コントロールゲート、FG・・・フローティングゲート、D・・・ドレイン、S・・・ソース、C(FC)・・・コントロールゲートCGとフローティングゲートFGとの間のキャパシタ、Tr・・・トランジスタ(FET)、100・・・メモリセルアレイ、200・・・ソース制御回路、201・・・Nchトランジスタ、202・・・Pchトランジスタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type well formed in p-type semiconductor substrate, 2 ... n + diffusion region, 3 ... Floating gate, 4 ... Drain (n + type diffusion layer), 5 ... Source (N + type diffusion layer), 6 ... transistor gate, 11 ... control gate, Psub ... p-type semiconductor substrate, CG ... control gate, FG ... floating gate, D ... Drain, S ... Source, C (FC) ... Capacitor between control gate CG and floating gate FG, Tr ... Transistor (FET), 100 ... Memory cell array, 200 ... Source control Circuit 201 ... Nch transistor 202 ... Pch transistor

Claims (12)

半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子であって、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ドレインに第1の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ドレインに第2の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去し、
前記第1の高電圧のほうが第2の高電圧より高く、前記第1の低電圧のほうが第2の低電圧より高く(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)、
前記第1の高電圧の絶対値が前記第1の低電圧の絶対値より大きく、前記第2の高電圧の絶対値が前記第2の低電圧の絶対値より大きく(|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する際に、前記コントロールゲートに負の低電圧を印加することにより、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように制御する不揮発性半導体メモリ素子。
A floating gate type nonvolatile semiconductor memory device comprising a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, a source and a drain,
At the time of charge accumulation in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate and a first high voltage is applied to the drain, or a first low voltage is applied to the control gate and the Applying a first high voltage to the source, generating hot electrons by band-to-band in the semiconductor substrate, injecting and accumulating charges in the floating gate;
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate and a second high voltage is applied to the drain, or a second low voltage is applied to the control gate And applying a second high voltage to the source to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate, erasing the charge accumulated in the floating gate by the hot hole ,
The first high voltage is higher than the second high voltage, and the first low voltage is higher than the second low voltage (second low voltage <first low voltage <second high voltage < First high voltage),
The absolute value of the first high voltage is larger than the absolute value of the first low voltage, and the absolute value of the second high voltage is larger than the absolute value of the second low voltage (| first low voltage | <| First high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage |),
The second low voltage is a negative low voltage, and when erasing the charge accumulated in the floating gate, a negative low voltage is applied to the control gate, whereby the second low voltage is applied between the control gate and the source. And a non-volatile semiconductor memory device controlled to have a negative threshold .
前記不揮発性半導体メモリ素子は1層ポリシリコン構造のフローティングゲートを有する請求項に記載の不揮発性半導体メモリ素子。 The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 , wherein the nonvolatile semiconductor memory device has a floating gate having a one-layer polysilicon structure. 半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子を、複数配列して構成される不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加する不揮発性半導体メモリ装置。
Arranged by arranging a plurality of floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements each including a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a source and a drain A non-volatile semiconductor memory device,
The nonvolatile semiconductor memory element is
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Furthermore, the second low voltage is a negative low voltage, the at the time of erasing of the floating gate stored charge to have a negative threshold between the control gate and the source, the negative to the control gate A non-volatile semiconductor memory device to which the second low voltage is applied.
第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加し、
また、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースと第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースとが共通接続され、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートと接続され、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のデータを読み出す際には、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートと、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートのそれぞれに所定のゲート電圧を印加すると共に、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインからの出力信号を前記トランスファーゲートをオンにして読み出す不揮発性半導体メモリ装置。
A nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element,
The first and second nonvolatile semiconductor memory elements are:
A floating gate disposed on a FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device including a source and a drain,
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Further, the second low voltage is a negative low voltage, and when erasing charges accumulated in the floating gate, a negative threshold is applied to the control gate so as to have a negative threshold between the control gate and the source. Applying the second low voltage of a low voltage of
A source of the first nonvolatile semiconductor memory element and a source of the second nonvolatile semiconductor memory element are connected in common;
A drain of the first nonvolatile semiconductor memory element and a first transfer gate are connected; a drain of the second nonvolatile semiconductor memory element and a second transfer gate are connected;
When reading data from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements, a predetermined value is applied to each of the control gate of the first nonvolatile semiconductor memory element and the control gate of the second nonvolatile semiconductor memory element. A nonvolatile semiconductor memory device that reads out an output signal from the drains of the first and second nonvolatile semiconductor memory elements while turning on the transfer gate.
前記不揮発性半導体メモリ装置は、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAM(Static Random Access Memory)を備えており、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記フリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持するように構成される請求項に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory device includes an SRAM (Static Random Access Memory) that holds a signal by a flip-flop circuit,
The output signal from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements is transferred to the flip-flop circuit through the transfer gate, and the signal transferred by the flip-flop circuit is held. the nonvolatile semiconductor memory device according to 4.
第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホール
により前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加し、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線SLに接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SRに接続され、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートとが接続され、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のデータを読み出す際には、前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートと、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のコントロールゲートのそれぞれに所定のゲート電圧を印加すると共に、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインからの出力信号を前記トランスファーゲートをオンにして読み出す不揮発性半導体メモリ装置。
A nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element,
The first and second nonvolatile semiconductor memory elements are:
A floating gate disposed on a FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device including a source and a drain,
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Further, the second low voltage is a negative low voltage, and when erasing charges accumulated in the floating gate, a negative threshold is applied to the control gate so as to have a negative threshold between the control gate and the source. Applying the second low voltage of a low voltage of
The source of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to the first source line SL, the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second source line SR,
A drain of the first nonvolatile semiconductor memory element and a first transfer gate are connected; a drain of the second nonvolatile semiconductor memory element and a second transfer gate are connected;
When reading data from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements, a predetermined value is applied to each of the control gate of the first nonvolatile semiconductor memory element and the control gate of the second nonvolatile semiconductor memory element. A nonvolatile semiconductor memory device that reads out an output signal from the drains of the first and second nonvolatile semiconductor memory elements while turning on the transfer gate.
前記不揮発性半導体メモリ装置は、フリップフロップ回路により信号を保持するSRAM(Static Random Access Memory)を備えており、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記フリップフロップ回路に転送し、前記フリップフロップ回路により転送された信号を保持する請求項に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory device includes an SRAM (Static Random Access Memory) that holds a signal by a flip-flop circuit,
The nonvolatile memory according to claim 6 , wherein output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements are transferred to the flip-flop circuit through the transfer gate, and the signals transferred by the flip-flop circuit are held. Semiconductor memory device.
前記SRAM中のフリップフロップ回路への電源供給線は電源スイッチ用トランジスタを介して電源と接続されており、前記電源スイッチ用トランジスタのオン・オフを制御して前記フリップフロップ回路に電源を印加する請求項に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 A power supply line to a flip-flop circuit in the SRAM is connected to a power supply via a power switch transistor, and the power supply line is applied to the flip-flop circuit by controlling on / off of the power switch transistor. Item 8. The nonvolatile semiconductor memory device according to Item 7 . 第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを含む記憶部が複数個配列され、選択された記憶部中の前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を入力し、前記入力信号を増幅するセンスアンプを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加し、
また、前記各記憶部中において前記第1の不揮発性半導体メモリ素子とドレインと第1のトランスファーゲートとが接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインと第2のトランスファーゲートと接続され、
各記憶部中の前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに共通接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに共通接続され、
また、前記センスアンプは、一対のトランジスタのそれぞれのゲートを相手方のドレインに接続したラッチ回路を備えており、
前記各記憶部中の第1のトランスファーゲートの出力は前記センスアンプのラッチ回路の一方のトランジスのゲートに共通接続され、第2のトランスファーゲートの出力は前記センスアンプのラッチ回路の他方のトランジスのゲートに共通接続され、
前記各記憶部億部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第1のコントロールゲート線CGnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第2のコントロールゲート線CGnBに接続され、
前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際には、所望の記憶部中のトランスファーゲートをオンにすると共に、この記憶部に対応する第1および第2のコントロールゲート線CGn、CGnBを活性化することにより、前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記トランスファーゲートを介して前記センスアンプ中のラッチ回路に転送する不揮発性半導体メモリ装置。
A plurality of storage units including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged, and outputs from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements in the selected storage unit A nonvolatile semiconductor memory device comprising a sense amplifier for inputting a signal and amplifying the input signal,
The first and second nonvolatile semiconductor memory elements are:
A floating gate disposed on a FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device including a source and a drain,
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Further, the second low voltage is a negative low voltage, and when erasing charges accumulated in the floating gate, a negative threshold is applied to the control gate so as to have a negative threshold between the control gate and the source. Applying the second low voltage of a low voltage of
The first nonvolatile semiconductor memory element, the drain, and the first transfer gate are connected in each storage unit, and the drain and the second transfer gate of the second nonvolatile semiconductor memory element are connected. ,
The sources of the first nonvolatile semiconductor memory elements in each storage unit are commonly connected to a first source line S, and the sources of the second nonvolatile semiconductor memory elements are commonly connected to a second source line SB.
The sense amplifier includes a latch circuit in which the gates of the pair of transistors are connected to the drain of the counterpart,
The output of the first transfer gate in each storage unit is connected in common to the gate of one transistor of the latch circuit of the sense amplifier, and the output of the second transfer gate is connected to the other transistor of the latch circuit of the sense amplifier. Commonly connected to the gate
The gate of the first non-volatile semiconductor memory element in each storage unit is connected to the first control gate line CGn, and the gate of the second non-volatile semiconductor memory element is connected to the second control gate line CGnB. Connected,
When a desired storage unit is selected from the plurality of storage units, the transfer gate in the desired storage unit is turned on, and the first and second control gate lines CGn and CGnB corresponding to the storage unit are set. A nonvolatile semiconductor memory device that, when activated, transfers output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements to a latch circuit in the sense amplifier via the transfer gate.
第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加し、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに接続され、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第1のワード線WLnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは第2のワード線WLnBに接続され、
前記第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは第1のデータ線Dに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは第2のデータ線DBに接続される不揮発性半導体メモリ装置。
A nonvolatile semiconductor memory device comprising a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element,
The first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element include a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, a source, It is composed of a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device having a drain,
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Further, the second low voltage is a negative low voltage, and when erasing charges accumulated in the floating gate, a negative threshold is applied to the control gate so as to have a negative threshold between the control gate and the source. Applying the second low voltage of a low voltage of
The source of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to the first source line S, the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the second source line SB,
The gate of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected to a first word line WLn, the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to a second word line WLnB,
A non-volatile semiconductor memory device in which a drain of the first non-volatile semiconductor memory element is connected to a first data line D, and a drain of the second non-volatile semiconductor memory element is connected to a second data line DB.
第1の不揮発性半導体メモリ素子と第2の不揮発性半導体メモリ素子とを含む記憶部が複数配列され、選択された記憶部中の前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を列選択信号で駆動されるトランスファーゲート部を介して入力し、前記入力信号を増幅するセンスアンプを備える不揮発性半導体メモリ装置であって、
前記第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子は、
半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子で構成され、
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去するように構成されており(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧、|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、
さらに、前記第2の低電圧は負の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートとソースとの間で負の閾値を持つように、前記コントロールゲートに負の低電圧の前記第2の低電圧を印加し、
また、前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第1のソース線Sに共通接続され、第2の不揮発性半導体メモリ素子のソースは第2のソース線SBに共通接続され、
さらに前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは前記トランスファーゲート部の第1のトランスファーゲートに共通接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のドレインは前記トランスファーゲート部の第2のトランスファーゲートに共通接続され、
前記各記憶部中の第1の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは前記不揮発性半導体メモリ素子を選択するための第1のワード線WLnに接続され、前記第2の不揮発性半導体メモリ素子のゲートは前記不揮発性半導体メモリ素子を選択するための第2のワード線WLnBに接続され、
前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際に、選択する記憶部における前記第1のワード線WLnおよび第2のワード線WLnBを活性化すると共に、前記第1および第2のトランスファーゲートをオンにすることにより、この記憶部の第1および第2の不揮発性半導体メモリ素子からの出力信号を前記センスアンプに転送する不揮発性半導体メモリ装置。
A plurality of storage units including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged, and output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements in the selected storage unit A nonvolatile semiconductor memory device including a sense amplifier that inputs a signal through a transfer gate unit driven by a column selection signal and amplifies the input signal,
The first and second nonvolatile semiconductor memory elements are:
A floating gate disposed on a FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, and a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device including a source and a drain,
When charge is accumulated in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate, a first high voltage is applied to the source, and hot electrons due to band-to-band are applied to the semiconductor substrate. Generated inside, injected and accumulated in the floating gate,
When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate, a second high voltage is applied to the source, and hot holes due to band-to-band are generated. The charge generated in the semiconductor substrate and accumulated in the floating gate by the hot hole is erased (second low voltage <first low voltage <second high voltage <first High voltage , | first low voltage | <| first high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage | ),
Further, the second low voltage is a negative low voltage, and when erasing charges accumulated in the floating gate, a negative threshold is applied to the control gate so as to have a negative threshold between the control gate and the source. Applying the second low voltage of a low voltage of
Further, the source of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage unit is commonly connected to the first source line S, and the source of the second nonvolatile semiconductor memory element is commonly connected to the second source line SB. And
Further, the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage section is commonly connected to the first transfer gate of the transfer gate section, and the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element is connected to the transfer gate section. Connected in common to the second transfer gate,
The gate of the first nonvolatile semiconductor memory element in each storage unit is connected to a first word line WLn for selecting the nonvolatile semiconductor memory element, and the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element is Connected to a second word line WLnB for selecting the nonvolatile semiconductor memory element;
When selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the first word line WLn and the second word line WLnB in the selected storage unit are activated, and the first and second transfer gates are activated. A nonvolatile semiconductor memory device that transfers output signals from the first and second nonvolatile semiconductor memory elements of the storage unit to the sense amplifier by turning on the signal.
半導体基板に形成されたFET上に配置されるフローティングゲートと、前記フローティングゲートにゲート電圧を与えるコントロールゲートと、ソースとドレインとを備えるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子であって、  A floating gate type nonvolatile semiconductor memory device comprising a floating gate disposed on an FET formed on a semiconductor substrate, a control gate for applying a gate voltage to the floating gate, a source and a drain,
前記フローティングゲートへの電荷の蓄積時に、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ドレインに第1の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第1の低電圧を印加し前記ソースに第1の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットエレクトロンを前記半導体基板中に発生させ、前記フローティングゲートに電荷を注入して蓄積すると共に、  At the time of charge accumulation in the floating gate, a first low voltage is applied to the control gate and a first high voltage is applied to the drain, or a first low voltage is applied to the control gate and the Applying a first high voltage to the source, generating hot electrons by band-to-band in the semiconductor substrate, injecting and accumulating charges in the floating gate;
前記フローティングゲートに蓄積された電荷の消去時に、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ドレインに第2の高電圧を印加するか、または、前記コントロールゲートに第2の低電圧を印加し前記ソースに第2の高電圧を印加し、バンド・バンド間(Band to Band)によるホットホールを前記半導体基板中に発生させ、前記ホットホールにより前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去し、  When erasing charges accumulated in the floating gate, a second low voltage is applied to the control gate and a second high voltage is applied to the drain, or a second low voltage is applied to the control gate And applying a second high voltage to the source to generate a band-to-band hot hole in the semiconductor substrate, erasing the charge accumulated in the floating gate by the hot hole,
前記第1の高電圧のほうが第2の高電圧より高く、前記第1の低電圧のほうが第2の低電圧より高く(第2の低電圧<第1の低電圧<第2の高電圧<第1の高電圧)、  The first high voltage is higher than the second high voltage, and the first low voltage is higher than the second low voltage (second low voltage <first low voltage <second high voltage < First high voltage),
前記第1の高電圧の絶対値が前記第1の低電圧の絶対値より大きく、前記第2の高電圧の絶対値が前記第2の低電圧の絶対値より大きく(|第1の低電圧|<|第1の高電圧|、|第2の低電圧|<|第2の高電圧|)、  The absolute value of the first high voltage is larger than the absolute value of the first low voltage, and the absolute value of the second high voltage is larger than the absolute value of the second low voltage (| first low voltage | <| First high voltage |, | second low voltage | <| second high voltage |),
前記第2の低電圧は正の低電圧であり、前記フローティングゲートに蓄積された電荷を消去する際に、前記コントロールゲートに正の低電圧を印加することにより、前記コントロールゲートとソースとの間で正の閾値を持つように制御する不揮発性半導体メモリ素子。  The second low voltage is a positive low voltage, and when erasing the charge accumulated in the floating gate, a positive low voltage is applied to the control gate, thereby causing a gap between the control gate and the source. A non-volatile semiconductor memory device that is controlled to have a positive threshold.
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