JP5522296B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Description

本発明は、主に標準CMOSプロセスを用いたトランジスタにより構成される不揮発性半導体記憶素子及び当該不揮発性半導体記憶素子を備える不揮発性半導体記憶装置に関する。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory element mainly composed of a transistor using a standard CMOS process and a nonvolatile semiconductor memory device including the nonvolatile semiconductor memory element.

近年、電源の供給を止めても記憶する情報が消えず、書き換えが容易であることから、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)に代表される不揮発性メモリは、マイクロコンピュータ内のマスクROMに置き換えて用いられたり、またICカードなどに用いられたりしている。さらに、不揮発性メモリは、システムLSIや論理ICに不揮発性メモリを埋め込む為のロジック混載メモリ(Embedded Memory)の需要が高まるなど、多くの製品に用いられている。また、さらに、高精度が要求されるアナログ回路に数百ビットから数キロビットの不揮発性メモリを組み込み、製造後にアナログ回路の特性を調整するためのスイッチとして用いる需要もあり、不揮発性メモリの応用範囲は広がりをみせている。
従来の不揮発性メモリは3層ポリシリコン又は2層ポリシリコンを用いたセル構成が一般的であり、製造工程は標準CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセスに比べ複雑で工程数も多いものであった。そのため、標準CMOSロジック製品の製造に比べ、不揮発性メモリと標準CMOSロジックを混載した製品は、製造工程の増加と歩留まりの低下とを招き、製品価格が高くなるという問題があった。
In recent years, even if the supply of power is stopped, the stored information does not disappear and it is easy to rewrite. Therefore, nonvolatile memories such as EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) have been replaced with mask ROMs in microcomputers. Or used for an IC card or the like. Further, the nonvolatile memory is used in many products such as a demand for a logic embedded memory (embedded memory) for embedding the nonvolatile memory in a system LSI or a logic IC. Furthermore, there is also a demand for incorporating a non-volatile memory of several hundred bits to several kilobits into an analog circuit that requires high accuracy and using it as a switch for adjusting the characteristics of the analog circuit after manufacturing. Is spreading.
Conventional nonvolatile memories generally have a cell configuration using three-layer polysilicon or two-layer polysilicon, and the manufacturing process is more complicated and requires more steps than a standard CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) process. . Therefore, compared with the manufacture of a standard CMOS logic product, a product in which a nonvolatile memory and a standard CMOS logic are mixed has an increase in manufacturing process and a decrease in yield, resulting in a problem that the product price is increased.

特開平10−289959号公報JP-A-10-289959

しかしながら、1層ポリシリコン不揮発性メモリを用いても、標準CMOSプロセスに比べ、依然として製造工程数は多いものであるため、標準CMOSロジックと不揮発性メモリを混載した製品の製造において、標準CMOSロジック製品の製造に比べ製造工程の増加と歩留まりの低下とを招き、製品価格が高くなるという問題が未だにある。   However, even if a single-layer polysilicon nonvolatile memory is used, the number of manufacturing steps is still larger than that of the standard CMOS process. Therefore, in the manufacture of a product in which standard CMOS logic and nonvolatile memory are mixed, a standard CMOS logic product is used. There is still a problem that the product price is increased due to an increase in the manufacturing process and a decrease in the yield compared with the manufacturing of the above.

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、デジタル回路の製造に用いられる標準CMOSプロセスで製造できる1トランジスタ型の不揮発性半導体記憶素子を有する不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a non-volatile semiconductor memory device having a one-transistor type non-volatile semiconductor memory element that can be manufactured by a standard CMOS process used for manufacturing a digital circuit. There is to do.

本発明は、第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部を備える不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備える半導体基板上に形成されたトランジスタは、前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのゲートに第1の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第1の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることにより情報を記憶し、前記第1の高電圧は前記第2の高電圧より高い電圧であり、前記第2の高電圧は前記第1の低電圧より高い電圧であり、前記第1の低電圧は前記第2の低電圧より高い電圧であり、前記第1の不揮発性半導体記憶素子は、正孔又は電子をトラップさせる手段を具備し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子は前記第1の不揮発性半導体記憶素子に正孔をトラップさせる場合に電子をトラップし、前記第1の不揮発性半導体記憶素子に電子をトラップさせる場合に正孔をトラップする手段を具備し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子と前記第2の不揮発性半導体記憶素子との特性差を検出する検出回路を具備する、ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。 The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device including a storage unit including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element as a set, the first nonvolatile semiconductor memory element and the first nonvolatile semiconductor memory element When the transistor formed on the semiconductor substrate included in the nonvolatile semiconductor memory element 2 traps electrons in a crystal defect near the boundary between the semiconductor substrate of the transistor and the gate oxide film, And applying a first high voltage to one of the source and drain terminals of the transistor to generate a band-to-band tunneling current between the terminal and the semiconductor substrate, thereby causing electrons to be generated in the crystal defects. In the case of trapping and trapping holes in the crystal defects, a second low voltage is applied to the gate and the source or drain of the transistor is connected. A second high voltage is applied to one of the terminals to generate a band-to-band tunnel current and a hot hole having a high energy between the terminal and the semiconductor substrate, thereby causing a hole in the crystal defect. The information is stored by trapping and trapping holes or electrons in the crystal defects, the first high voltage being higher than the second high voltage, and the second high voltage being the first high voltage. The first low voltage is higher than the second low voltage, and the first nonvolatile semiconductor memory element includes means for trapping holes or electrons. , the second nonvolatile semiconductor memory element, when to the holes of the first nonvolatile semiconductor memory device to trap electrons in the case of traps, trapped electrons to the first nonvolatile semiconductor memory device Track holes Comprises means for comprises a detection circuit for detecting a characteristic difference between the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory device, the nonvolatile semiconductor memory device, characterized in that .

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGと、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子Sと、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線BitBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子SBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線Bitと、を備え、前記検出回路は、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBに流れる電流の差で示される前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が記憶する2値情報を検出し、前記2値情報をデータ線DL及びデータ線DLBへ出力することを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, a terminal CG connected to a gate of the first nonvolatile semiconductor memory element, and a terminal S connected to a source of the first nonvolatile semiconductor memory element; The bit line BitB connected to the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element, the terminal CGB connected to the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element, and the second nonvolatile semiconductor memory element A terminal SB connected to the source; and a bit line Bit connected to the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element, wherein the detection circuit has a current flowing through the bit line Bit and the bit line BitB. Binary information stored in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element indicated by the difference is detected, and the binary information is detected by the data lines DL and the data. And outputs to the line DLB.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記端子CGに前記第1の低電圧を印加し前記端子Sに前記第1の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、前記端子CGBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、前記記憶部に情報を書き込み、前記端子CGに前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流とホットホールを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、前記端子CGBに前記第1の低電圧を印加し前記端子SBに前記第1の高電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、前記記憶部から情報を消去し、前記端子CGと前記端子CGBと前記端子Sと前記端子SBに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBから前記2値情報を検出し、当該2値情報を前記データ線DL及び前記データ線DLBへ出力することにより、前記記憶部の記憶する情報を読み出すことを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, the first low voltage is applied to the terminal CG, the first high voltage is applied to the terminal S, and the first nonvolatile semiconductor memory element is A band-to-band tunneling current is generated between the source of the transistor provided and the semiconductor substrate to trap electrons in the crystal defect of the transistor, and the second low voltage is applied to the terminal CGB to apply the second low voltage to the terminal SB. Is applied to generate a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, and trap the hole in the crystal defect of the transistor. Information is written to the storage unit, the second low voltage is applied to the terminal CG, the second high voltage is applied to the terminal S, and the first non-voltage is applied. A band-to-band tunneling current and a hot hole are generated between the source of the transistor included in the emissive semiconductor memory element and the semiconductor substrate to trap holes in crystal defects of the transistor, and the first low voltage is applied to the terminal CGB. And applying the first high voltage to the terminal SB to generate a band-to-band tunnel current between the source of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, thereby causing crystal defects in the transistor. The information is erased from the storage unit by trapping electrons, and the voltage that is the power supply voltage of the detection circuit is applied to the terminal CG, the terminal CGB, the terminal S, and the terminal SB. The binary information is detected from the line Bit and the bit line BitB, and the binary information is detected as the data line DL and the data line DL. By outputting to, characterized in that for reading information stored in the storage unit.

また、本発明は、上記に記載の発明において、更に、電源供給線と前記検出回路との間に、電源供給をオンとオフの切替えをする電源スイッチ用トランジスタを備え、前記電源スイッチ用トランジスタのゲートが接続される検出制御線SETを備え、前記検出制御線SETを用いて前記電源スイッチ用トランジスタのオンとオフの切替えを行い、前記検出回路が前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBの電流の差を検出し記憶するか否かを選択し、前記検出制御線SETにより前記検出回路をオフすることで、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子の情報の書き込み及び消去の際に、前記ビット線BitBに接続される前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレイン及び前記ビット線Bitが接続される前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインをオープンにすることを特徴とする。   The present invention further includes a power switch transistor for switching power supply on and off between the power supply line and the detection circuit in the above-described invention, and the power switch transistor includes: A detection control line SET to which a gate is connected, and the power supply switching transistor is turned on and off using the detection control line SET, and the detection circuit detects currents of the bit line Bit and the bit line BitB. By selecting whether to detect and store the difference and turning off the detection circuit by the detection control line SET, information of the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element can be stored. When writing and erasing, the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element connected to the bit line BitB and the bit line Bit are connected. Characterized by opening the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element.

また、本発明は、第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部を備える不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備える半導体基板上に形成されたトランジスタは、前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのソースとドレインとゲートとに電圧を印加し、前記ソースと前記ドレインとの間にチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることにより情報を記憶し、前記第2の低電圧は、前記第2の高電圧より低い電圧であり、前記第1の不揮発性半導体記憶素子は、正孔又は電子をトラップさせる手段を具備し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子は前記第1の不揮発性半導体記憶素子に正孔をトラップさせる場合に電子をトラップし、前記第1の不揮発性半導体記憶素子に電子をトラップさせる場合に正孔をトラップする手段を具備し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子と前記第2の不揮発性半導体記憶素子との特性差を検出する検出回路を具備する、ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。 According to another aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device including a memory unit including a first non-volatile semiconductor memory element and a second non-volatile semiconductor memory element as a set. When a transistor formed on a semiconductor substrate included in the second nonvolatile semiconductor memory element traps electrons in a crystal defect near a boundary between the semiconductor substrate of the transistor and a gate oxide film, A voltage is applied to the drain and the gate, a channel current and hot electrons having high energy are generated between the source and the drain to trap the electrons in the crystal defects, and holes in the crystal defects. , A second low voltage is applied to the gate, and one of the source and drain terminals of the transistor A second high voltage is applied to generate a band-to-band tunnel current and a hot hole having high energy between the terminal and the semiconductor substrate to trap the hole in the crystal defect; Information is stored by trapping holes or electrons, and the second low voltage is a voltage lower than the second high voltage, and the first nonvolatile semiconductor memory element includes holes or electrons. comprising means for trapping, the second nonvolatile semiconductor memory element, the case of trapping holes and trapping electrons in the first non-volatile semiconductor memory device, the first nonvolatile semiconductor memory comprising means for trapping holes in case of trapped electrons in the device, to include a detection circuit for detecting a characteristic difference between the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory device It is non-volatile semiconductor memory device according to claim.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGと、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子Sと、前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線BitBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子SBと、前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線Bitと、を備え、前記検出回路は、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBに流れる電流の差で示される前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が記憶する2値情報を検出し、前記2値情報をデータ線DL及びデータ線DLBへ出力することを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, a terminal CG connected to a gate of the first nonvolatile semiconductor memory element, and a terminal S connected to a source of the first nonvolatile semiconductor memory element; The bit line BitB connected to the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element, the terminal CGB connected to the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element, and the second nonvolatile semiconductor memory element A terminal SB connected to the source; and a bit line Bit connected to the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element, wherein the detection circuit has a current flowing through the bit line Bit and the bit line BitB. Binary information stored in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element indicated by the difference is detected, and the binary information is detected by the data lines DL and the data. And outputs to the line DLB.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記データ線DLに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線Bitに電源電圧を印加し、前記端子SBと前記端子CGBとに電圧を印加し前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、前記データ線DLBに半導体基板に印加される電圧を印加することで前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線BitBに半導体基板と同じ電圧を印加し、前記端子CGと前記端子Sとに電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間のチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることにより、前記記憶部に情報を書き込み、前記データ線DLに半導体基板と同じ電圧を印加することで前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線Bitに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記端子Sと前記端子CGとに電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンとを発生させ前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、前記データ線DLBに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインが接続される前記ビット線BitBに前記電圧を印加し、前記端子CGに前記第2の低電圧を印加し、前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることにより、前記記憶部から情報を消去し、前記端子CGと前記端子CGBと前記端子Sと前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBから前記2値情報を検出し、当該2値情報を前記データ線DL及び前記データ線DLBへ出力することにより、前記記憶部の記憶する情報を読み出すことを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, the drain of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element is connected by applying a voltage that is a power supply voltage of the detection circuit to the data line DL. A power supply voltage is applied to the bit line Bit, a voltage is applied to the terminal SB and the terminal CGB, and a band-to-band tunnel current is generated between a source of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element and a semiconductor substrate. The hot holes are generated to trap holes in crystal defects of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element, and a voltage applied to the semiconductor substrate is applied to the data line DLB. The same voltage as that of the semiconductor substrate is applied to the bit line BitB to which the drain of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element is connected. In addition, a voltage is applied to the terminal CG and the terminal S, and hot electrons, which are electrons having high energy and channel current between the source and drain of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element, By writing electrons in the crystal defects of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element and writing information in the memory unit, and applying the same voltage as the semiconductor substrate to the data line DL A voltage applied to a semiconductor substrate is applied to the bit line Bit to which a drain of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element is connected, a voltage is applied to the terminal S and the terminal CG, and the second Channel current between the source and drain of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element and the hot electrons The first nonvolatile semiconductor is generated by trapping electrons in crystal defects of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element and applying a voltage that is a power supply voltage of the detection circuit to the data line DLB. The voltage is applied to the bit line BitB to which the drain of the storage element is connected, the second low voltage is applied to the terminal CG, the second high voltage is applied to the terminal S, and the first An interband tunnel current and the hot hole are generated between the source of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, and holes are trapped in crystal defects of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element. By deleting the information from the storage unit, the detection circuit is connected to the terminal CG, the terminal CGB, the terminal S, and the terminal SB. By applying a voltage that is a power supply voltage, the binary information is detected from the bit line Bit and the bit line BitB, and the binary information is output to the data line DL and the data line DLB. The information stored in the storage unit is read out.

また、本発明は、第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部が複数配列された不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子は半導体基板上に形成されたトランジスタを備え、前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのゲートに第1の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第1の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、前記第1の低電圧は前記第2の低電圧より高い電圧であり、前記第1の高電圧は前記第2の高電圧より高い電圧であり、前記第2の低電圧は前記トランジスタの半導体基板に印加する電圧以下であり、前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることによりトランジスタの前記ソースと前記ドレインとの間に電流が流れるときの特性差を記憶させ、前記ソース及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ドレインに流れる電流量を検出するか、又は、前記ドレイン及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ソースに流れる電流量を検出することで記憶する情報を読み出す、ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。   According to another aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device in which a plurality of memory units each including a first non-volatile semiconductor memory element and a second non-volatile semiconductor memory element are arranged. When the memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element include a transistor formed on a semiconductor substrate and trap electrons in a crystal defect near a boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, the transistor A first low voltage is applied to the gate of the transistor and a first high voltage is applied to one of the source and drain terminals of the transistor to generate a band-to-band tunnel current between the terminal and the semiconductor substrate. When trapping electrons in a crystal defect and trapping holes in the crystal defect, a second low voltage is applied to the gate, and the source of the transistor or A second high voltage is applied to any one of the terminals to generate an interband tunnel current and a hot hole having a high energy between the terminal and the semiconductor substrate, thereby causing a hole in the crystal defect. The first low voltage is higher than the second low voltage, the first high voltage is higher than the second high voltage, and the second low voltage is A voltage applied to the semiconductor substrate of the transistor is less than or equal to, and by trapping holes or electrons in the crystal defects, a characteristic difference when a current flows between the source and the drain of the transistor is stored, and the source and A power supply voltage of a semiconductor circuit including the transistor is applied to the gate, and an amount of current flowing through the drain is detected, or the transistor is applied to the drain and the gate. Applying a power supply voltage of the semiconductor circuit comprising, reading the information stored by detecting the amount of current flowing to the source, it is a nonvolatile semiconductor memory device according to claim.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の記憶部が有する第1の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線Dと、前記複数の記憶部が有する第2の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線DBと、前記記憶部が記憶する情報を検出する検出回路と、前記検出回路が検出した情報を増幅し出力するメインアンプ部と、前記メインアンプ部が出力する端子OUTと、前記データ線Dと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第1のトランスファゲートと、前記データ線DBと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第2のトランスファゲートと、前記第1のトランスファゲート及び前記第2のトランスファゲートのゲートに接続されるカラム選択信号と、前記記憶部が備える第1の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子Sと、前記記憶部が備える第2の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子SBと、前記各記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第1の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第1のワード線WLnと、前記各記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第2のワード線WLnBと、を備えることを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, the data line D to which the drains of the transistors of the first nonvolatile semiconductor memory element included in the plurality of memory portions are commonly connected, and the memory lines included in the plurality of memory portions. A data line DB commonly connected to the drains of the transistors of the two nonvolatile semiconductor memory elements; a detection circuit that detects information stored in the storage unit; and a main amplifier unit that amplifies and outputs the information detected by the detection circuit A terminal OUT that is output from the main amplifier section, a first transfer gate that switches on and off the connection between the data line D and the detection circuit, and a connection between the data line DB and the detection circuit. A second transfer gate for switching off, and a column selection connected to the gates of the first transfer gate and the second transfer gate. A signal, a terminal S to which a source of the first nonvolatile semiconductor memory element included in the memory unit is commonly connected, and a terminal SB to which a source of the second nonvolatile semiconductor memory element included in the memory unit is commonly connected. A first word line WLn connected to a gate of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element for selecting the first nonvolatile semiconductor memory element of each memory part; and And a second word line WLnB connected to a gate of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element for selecting a second nonvolatile semiconductor memory element.

また、本発明は、上記に記載の発明において、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に前記第1の低電圧を印加し前記端子Sに前記第1の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールを発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、選択する記憶部に情報を書き込み、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に前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBに前記第1の低電圧を印加し前記端子SBに前記第1の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、選択する記憶部から情報を消去し、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ワード線WLn及び前記ワード線WLnBと前記端子S及び前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧を印加し記憶部から記憶する情報を出力させると共に、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記情報を前記検出回路に検出させ、前記検出回路が検出した前記情報を前記メインアンプ部で増幅し前記端子OUTへ出力することで、選択する記憶部から情報を読み出すことを特徴とする。   In the present invention described above, when a desired storage unit is selected from the plurality of storage units, the first low voltage is applied to the first word line WLn in the selected storage unit. Then, the first high voltage is applied to the terminal S to generate a band-to-band tunnel current between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit and the semiconductor substrate. Electrons are trapped in crystal defects, and the second low voltage is applied to the second word line WLnB in the storage unit, the second high voltage is applied to the terminal SB, and the second of the storage unit The non-volatile semiconductor memory element includes a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source of the transistor and the semiconductor substrate, and traps holes in crystal defects of the transistor. By writing the information to the selected storage unit, when the desired storage unit is selected from the plurality of storage units, the second low voltage is applied to the first word line WLn in the selected storage unit. And applying the second high voltage to the terminal S to generate a band-to-band tunnel current between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit and the semiconductor substrate, Holes are trapped in crystal defects, and the first low voltage is applied to the second word line WLnB in the memory portion, the first high voltage is applied to the terminal SB, and By generating a band-to-band tunnel current between the source of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element 2 and the semiconductor substrate, and trapping electrons in the crystal defects of the transistor, When erasing information from the selected storage unit and selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the word line WLn, the word line WLnB, the terminal S, and the terminal SB in the selected storage unit Applying a power supply voltage of the detection circuit to output information stored from the storage unit, applying a voltage to the column selection signal to cause the detection circuit to detect the information, and detecting the information detected by the detection circuit to the main The information is read from the storage unit to be selected by amplifying the signal by the amplifier unit and outputting the amplified signal to the terminal OUT.

また、本発明は、第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部が複数配列された不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子は半導体基板上に形成されたトランジスタを備え、前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのソース、ドレイン、及びゲートに電圧を印加し、前記ソースと前記ドレインとの間にチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ、前記結晶欠陥に電子をトラップし、前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、前記第2の高電圧は、前記第2の低電圧より高い電圧であり、前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることによりトランジスタの前記ソースと前記ドレインとの間に電流が流れるときの特性差を記憶させ、前記ソース及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ドレインに流れる電流量を検出するか、又は、前記ドレイン及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ソースに流れる電流量を検出することで記憶する情報を読み出す、ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。   According to another aspect of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor memory device in which a plurality of memory units each including a first non-volatile semiconductor memory element and a second non-volatile semiconductor memory element are arranged. When the memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element include a transistor formed on a semiconductor substrate and trap electrons in a crystal defect near a boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, the transistor A voltage is applied to the source, drain, and gate of the substrate to generate hot electrons, which are electrons having a channel current and high energy, between the source and the drain, trap electrons in the crystal defects, and When trapping holes in the defect, a second low voltage is applied to the gate, and either the source or drain of the transistor is selected. A second high voltage is applied to the terminal, and a hot hole which is a hole having an interband tunnel current and high energy is generated between the terminal and the semiconductor substrate to trap the hole in the crystal defect; The second high voltage is higher than the second low voltage, and a characteristic when a current flows between the source and the drain of a transistor by trapping holes or electrons in the crystal defects. Store the difference, apply the power supply voltage of the semiconductor circuit including the transistor to the source and the gate, and detect the amount of current flowing in the drain, or detect the amount of current flowing in the drain and the gate of the semiconductor circuit including the transistor A nonvolatile semiconductor memory device, wherein information stored is read by applying a power supply voltage and detecting an amount of current flowing through the source A.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の記憶部が有する第1の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線Dと、前記複数の記憶部が有する第2の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線DBと、前記データ線Dと前記データ線DBとを介して前記記憶部の記憶する情報が入力され、入力された情報を検出する検出回路と、前記検出回路が検出した情報を増幅し出力するメインアンプ部と、前記メインアンプ部が出力する端子OUTと、前記データ線Dと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第1のトランスファゲートと、前記データ線DBと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第2のトランスファゲートと、前記第1のトランスファゲート及び前記第2のトランスファゲートのゲートに接続されるカラム選択信号と、前記記憶部が備える第1の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子Sと、前記記憶部が備える第2の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子SBと、前記各記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第1の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第1のワード線WLnと、前記各記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第2のワード線WLnBと、を備えることを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, the data line D to which the drains of the transistors of the first nonvolatile semiconductor memory element included in the plurality of memory portions are commonly connected, and the memory lines included in the plurality of memory portions. Information stored in the storage unit is input via the data line DB to which the drains of the transistors of the two nonvolatile semiconductor memory elements are commonly connected, and the data line D and the data line DB. A detection circuit for detecting, a main amplifier unit for amplifying and outputting information detected by the detection circuit, a terminal OUT for output from the main amplifier unit, and turning on and off the connection between the data line D and the detection circuit. A first transfer gate for switching, a second transfer gate for switching on and off the connection between the data line DB and the detection circuit, and the first transfer gate. A column selection signal connected to the gate and the gate of the second transfer gate, a terminal S to which the sources of the first nonvolatile semiconductor memory elements included in the memory unit are commonly connected, and a second included in the memory unit A terminal SB to which the sources of the nonvolatile semiconductor memory elements are commonly connected, and a gate of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element for selecting the first nonvolatile semiconductor memory element of each memory portion A first word line WLn connected and a second transistor connected to a gate of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element for selecting the second nonvolatile semiconductor memory element of each memory unit. A word line WLnB.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の記憶部から選択された前記記憶部の第1のワード線WLnと前記端子Sとに電圧を印加し、前記メインアンプは、前記検出回路を通じて、前記データ線Dに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記第1のトランスファゲートをオンすることで選択された前記記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、当該記憶部の前記第2のワード線WLnBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールを発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、選択する前記記憶部に情報を書き込み、前記複数の記憶部から選択された記憶部の前記第1のワード線WLnに前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBと前記端子SBに電圧を印加し、前記メインアンプは、前記検出回路を通じて、前記データ線DBに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記第2のトランスファゲートをオンすることで選択された前記記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、選択する前記記憶部から情報を消去し、前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際に、選択する記憶部の前記ワード線WLn及び前記ワード線WLnBと前記端子S及び前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧を印加し記憶部から記憶する情報を出力させると共に、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記情報を前記検出回路に検出させ、前記検出回路が検出した前記情報を前記検出回路で増幅し前記端子OUTへ出力することで、選択する記憶部から情報を読み出すことを特徴とする。   In the invention described above, a voltage is applied to the first word line WLn and the terminal S of the storage unit selected from the plurality of storage units, and the main amplifier is configured to detect the detection signal. A voltage applied to the semiconductor substrate is applied to the data line D through the circuit, a voltage is applied to the column selection signal, and the first transfer gate is turned on, so that the first nonvolatile memory of the storage unit selected A channel current and the hot electrons are generated between a source and a drain of a transistor included in the conductive semiconductor memory element to trap electrons in a crystal defect of the transistor, and the second word line WLnB of the memory portion includes the second current line WLnB. 2 is applied to the terminal SB, and the second non-volatile semiconductor memory element of the memory unit includes the second high voltage. By generating a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source and the semiconductor substrate, and trapping the hole in the crystal defect of the transistor, information is written to the storage unit to be selected, from the plurality of storage units The second low voltage is applied to the first word line WLn of the selected memory unit, the second high voltage is applied to the terminal S, and the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit is A band-to-band tunneling current is generated between the source of the transistor provided and the semiconductor substrate, holes are trapped in crystal defects of the transistor, and a voltage is applied to the second word line WLnB and the terminal SB in the memory portion. The main amplifier applies a voltage applied to the semiconductor substrate to the data line DB through the detection circuit, and applies a voltage to the column selection signal. A channel current and hot electrons are generated between a source and a drain of a transistor included in a second nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit selected by applying and turning on the second transfer gate, and the transistor The information is erased from the storage unit to be selected by trapping electrons in the crystal defects of the storage unit, and when selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the word line WLn and the word of the storage unit to be selected The power supply voltage of the detection circuit is applied to the line WLnB, the terminal S, and the terminal SB to output information stored from the storage unit, and a voltage is applied to the column selection signal to cause the detection circuit to detect the information. The information detected by the detection circuit is amplified by the detection circuit and output to the terminal OUT, so that information is selected from the storage unit to be selected. Is read out.

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタは、標準CMOSプロセスで構成されることを特徴とする。   According to the present invention, in the above-described invention, the transistors included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element are configured by a standard CMOS process.

この発明では、半導体基板上に形成されたトランジスタにソース・半導体基板間のバンド間トンネル電流、又はソース・ドレイン間のチャネル電流を発生させ、トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜の境界付近にある結晶欠陥に、電子又は正孔をトラップすることで、トランジスタの閾値が変化することを利用し、情報を記憶させる。また、このように動作するトランジスタを備える不揮発性半導体記憶素子及び当該不揮発性半導体記憶素子を備える不揮発性半導体記憶装置を提供する。
この発明によれば、従来の不揮発性メモリのフローティングゲートを備える不揮発性半導体記憶装置に比べ、製造において複雑な工程数を増やさずともすむ標準CMOSプロセスで製造できる1トランジスタ型不揮発性半導体記憶素子及び不揮発性半導体記憶装置を実現できる。
また、標準CMOSロジックと当該不揮発性半導体記憶装置を混載した製品は、標準CMOSプロセスを用いて製造ができるため、製造工程を増加させず歩留まりの低下を抑える効果がある。
In the present invention, a transistor formed on a semiconductor substrate generates a band-to-band tunnel current between the source and the semiconductor substrate, or a channel current between the source and the drain, and a crystal near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor. Information is stored by utilizing the fact that the threshold value of the transistor is changed by trapping electrons or holes in the defect. In addition, a nonvolatile semiconductor memory element including the transistor that operates as described above and a nonvolatile semiconductor memory device including the nonvolatile semiconductor memory element are provided.
According to the present invention, a one-transistor nonvolatile semiconductor memory element that can be manufactured by a standard CMOS process that does not increase the number of complicated steps in manufacturing compared with a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate of a conventional nonvolatile memory, and A nonvolatile semiconductor memory device can be realized.
In addition, a product in which standard CMOS logic and the nonvolatile semiconductor memory device are mixedly mounted can be manufactured by using a standard CMOS process, so that there is an effect of suppressing a decrease in yield without increasing a manufacturing process.

本発明で利用する結晶欠陥を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the crystal defect utilized by this invention. 第1実施形態におけるチャネルホットエレクトロンを用いて電子を結晶欠陥にトラップする動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement which traps an electron to a crystal defect using the channel hot electron in 1st Embodiment. 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態におけるバンド間トンネル電流を用いて結晶欠陥に電子又は正孔をトラップする動作を示す図である。It is a figure which shows the operation | movement which traps an electron or a hole to a crystal defect using the interband tunnel current in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment. バンド間トンネル電流の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of an interband tunnel current. 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態における不揮発性半導体記憶素子にデータを記憶させる際のNMOSトランジスタの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the NMOS transistor at the time of storing data in the non-volatile semiconductor memory element in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment. 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態における不揮発性半導体記憶素子に記憶されるデータを読み出す際のNMOSトランジスタの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the NMOS transistor at the time of reading the data memorize | stored in the non-volatile semiconductor memory element in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment. 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態における不揮発性半導体記憶素子にデータを記憶させた際のNMOSトランジスタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the NMOS transistor at the time of making data memorize | store in the non-volatile semiconductor memory element in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment. 第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態における不揮発性半導体記憶素子が備えるNMOSトランジスタの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the NMOS transistor with which the non-volatile semiconductor memory element in 1st Embodiment, 2nd Embodiment, and 3rd Embodiment is provided. 第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置1に係る記憶部200とSRAM部100との内部構成と接続構成を示した図である。It is the figure which showed the internal structure and connection structure of the memory | storage part 200 and SRAM part 100 which concern on the non-volatile semiconductor memory device 1 of 1st Embodiment. 第1実施形態の各動作を示す図である。It is a figure which shows each operation | movement of 1st Embodiment. 第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置2に係る記憶部200とSRAM部110との内部構成と接続構成を示した図である。It is the figure which showed the internal structure and connection structure of the memory | storage part 200 and SRAM part 110 which concern on the non-volatile semiconductor memory device 2 of 2nd Embodiment. 第2実施形態の各動作を示す図である。It is a figure which shows each operation | movement of 2nd Embodiment. 第3実施形態の不揮発性半導体記憶装置3に係るメモリアレイが備える記憶部600−mとセンスアンプ部400と出力用のMainAmp300の内部構成及び接続構成を示している。The internal structure and connection structure of memory | storage part 600-m with which the memory array which concerns on the non-volatile semiconductor memory device 3 of 3rd Embodiment is provided, the sense amplifier part 400, and Main Amp300 for output are shown. 第3実施形態の各動作を示す図である。It is a figure which shows each operation | movement of 3rd Embodiment. 本実施形態の各実施形態を構成する半導体プロセス例を示す図である。It is a figure which shows the example of a semiconductor process which comprises each embodiment of this embodiment.

(本実施形態の原理)
図1は標準的なCMOSプロセスによるNMOSトランジスタである。また、図1は半導体基板とゲート酸化膜の境界付近には結晶欠陥(図1においては界面準位と記載)が存在することを模式的に示している。結晶欠陥は、電子や正孔がトラップされやすくなっている。
本実施形態は、半導体基板とゲート酸化膜の境界付近に存在する結晶欠陥に電子又は正孔をトラップすることで、ソース・ドレイン間のチャネル電流の流れ始めるゲート電圧(以下、閾値という)を変化させ利用することで、後述するような不揮発性半導体記憶素子を構成する。
(Principle of this embodiment)
FIG. 1 shows an NMOS transistor by a standard CMOS process. FIG. 1 schematically shows that crystal defects (shown as interface states in FIG. 1) exist near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film. Crystal defects tend to trap electrons and holes.
In this embodiment, by trapping electrons or holes in crystal defects existing near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film, the gate voltage (hereinafter referred to as a threshold value) at which channel current begins to flow between the source and drain is changed. By using them, a nonvolatile semiconductor memory element as described later is configured.

図2は、NMOSトランジスタを例にして、チャネルホットエレクトロンを利用し結晶欠陥に電子をトラップする動作について示している。NMOSトランジスタのドレインに5V、ソースに0V、ゲートに7Vを印加する。このようにすることで、ドレイン近傍の空乏層領域で高エネルギーを持った電子が衝突電離を起こし、電子と正孔の対を発生する。
このとき、ゲートに正の高電圧が印加されているので、発生した電子の一部がゲートへ移動し、結晶欠陥にトラップされる。また、発生した正孔は、半導体基板に移動する。
FIG. 2 shows an operation of trapping electrons in crystal defects using channel hot electrons, taking an NMOS transistor as an example. 5V is applied to the drain of the NMOS transistor, 0V to the source, and 7V to the gate. By doing so, electrons having high energy in the depletion layer region near the drain cause impact ionization and generate pairs of electrons and holes.
At this time, since a positive high voltage is applied to the gate, some of the generated electrons move to the gate and are trapped by crystal defects. The generated holes move to the semiconductor substrate.

図3は、NMOSトランジスタを例にして、ソース・半導体基板間のバンド間トンネル電流を利用し、半導体基板とゲート酸化膜の境界付近に存在する結晶欠陥に正孔をトラップする動作について示している。NMOSのドレインをオープンにし、ゲートに0V、ソースに7Vを印加する。すると、ソースに高電圧を印加するので、ソースの拡散層付近には空乏層が広がり、ゲートエッジ付近の空乏層ではゲート変調されて、表面付近で空乏層に高電界が加わり、バンド間トンネル電流が流れ、高エネルギーの電子と正孔が発生する。これをホットエレクトロンとホットホールと言う。発生したホットホールの一部がゲートに引かれ、ソース近傍の結晶欠陥にトラップされる。   FIG. 3 shows an operation of trapping holes in crystal defects existing near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film using an inter-band tunnel current between the source and the semiconductor substrate, using an NMOS transistor as an example. . The NMOS drain is opened, and 0V is applied to the gate and 7V is applied to the source. Then, since a high voltage is applied to the source, the depletion layer spreads in the vicinity of the diffusion layer of the source, the gate is modulated in the depletion layer near the gate edge, a high electric field is applied to the depletion layer near the surface, and the interband tunnel current Flows, generating high energy electrons and holes. These are called hot electrons and hot holes. Some of the generated hot holes are drawn to the gate and trapped by crystal defects near the source.

このようにして、NMOSトランジスタの半導体基板とゲート酸化膜の境界付近に存在する結晶欠陥に正孔又は電子をトラップさせることで、閾値をわずかに変更させることができる。本実施形態では、トランジスタ二つを一組として不揮発性半導体記憶素子を構成する。情報を記憶させるには、不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの閾値を異なる方向へ変化させ行う。情報を読み出すには、当該トランジスタのソース及びゲートに電圧を印加し、当該トランジスタのドレインそれぞれに流れる電流の差を検出することで行う。   In this way, the threshold value can be slightly changed by trapping holes or electrons in crystal defects existing near the boundary between the semiconductor substrate of the NMOS transistor and the gate oxide film. In the present embodiment, a non-volatile semiconductor memory element is configured with two transistors as a set. In order to store information, the threshold value of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element is changed in a different direction. Information is read by applying a voltage to the source and gate of the transistor and detecting a difference in current flowing through the drain of the transistor.

図4に示すように、NMOSトランジスタにおいて、半導体基板とゲートをグランド電圧にし(Vsub=Vg=0V)、図3とは逆にソースをオープンにし、ドレインに正の電圧を印加すると、ドレイン近傍でホットホールが発生し、ドレイン・半導体基板間に正孔によるバンド間トンネル電流が流れる。
この電流が流れ始める時のドレイン電圧をVBtoBとし、アバランシェブレイクダウンが起こる時のドレイン電圧をVBDとし、ドレインに印加する電圧をVdとしたとき、VBtoB<Vd<VBDが成り立つ範囲のドレイン電圧Vdでは、電流Idはゲート・ドレイン間電圧に依存する。すなわち、NMOSトランジスタにおいては、図4に示すように、ゲートに正の電圧を印加すると、VBtoB及びVBDが高くなり、ゲート電圧Vgを負の電圧を印加するとVBtoB及びVBDが低くなる。ゲート電圧Vgを変化させることで、バンド間トンネル電流が流れ始める電圧VBtoBとアバランシェブレイクダウン電流が流れるブレークダウン電圧VBDを変化させ、バンド間トンネル電流を増減させることができる。(舛岡富士雄編、「フラッシュメモリ技術ハンドブック」、第1版、株式会社サイエンスフォーラム、1993年8月15日、p.206−215参照)
本実施形態では、VBtoB<Vd<VBDが成り立つ範囲のドレイン電圧Vdで発生するホットホールをドレイン近傍又はソース近傍の結晶欠陥にトラップさせることで、閾値を変化させトランジスタにデータを記憶させることができる。また、本実施形態では、バンド間トンネル電流を用いることで、アバランシェブレイクダウンによる閾値の不可逆的変化及び劣化を避けることができ、データの書き換えることができる。
As shown in FIG. 4, in the NMOS transistor, when the semiconductor substrate and the gate are set to the ground voltage (Vsub = Vg = 0V), the source is opened contrary to FIG. 3, and when a positive voltage is applied to the drain, Hot holes are generated, and a band-to-band tunneling current flows between the drain and the semiconductor substrate.
The drain voltage when this current begins to flow is VBtoB, the drain voltage when an avalanche breakdown occurs is VBD, and the voltage applied to the drain is Vd. The current Id depends on the gate-drain voltage. That is, in the NMOS transistor, as shown in FIG. 4, when a positive voltage is applied to the gate, VBtoB and VBD are increased, and when a negative voltage is applied to the gate voltage Vg, VBtoB and VBD are decreased. By changing the gate voltage Vg, the voltage VBtoB at which the band-to-band tunnel current starts to flow and the breakdown voltage VBD through which the avalanche breakdown current flows can be changed to increase or decrease the band-to-band tunnel current. (Refer to Fujio Tsujioka, “Flash Memory Technology Handbook”, 1st Edition, Science Forum, Inc., August 15, 1993, p. 206-215)
In the present embodiment, data can be stored in a transistor by changing a threshold value by trapping hot holes generated at a drain voltage Vd in a range where VBtoB <Vd <VBD is satisfied in a crystal defect near the drain or near the source. . In the present embodiment, by using the band-to-band tunnel current, irreversible change and deterioration of the threshold due to avalanche breakdown can be avoided, and data can be rewritten.

次に、図5(a)〜(b)を参照し、バンド間トンネル電流を用いたデータを書き込む際のトランジスタの動作を説明する。まず、図5(a)を参照して、結晶欠陥に電子をトラップする動作例を説明する。半導体基板に0Vを印加し、ドレインをオープンにし、ソースに9Vを、ゲートに2Vを印加する。ソースに9Vを印加するのは、ゲートに2Vを印加しているので、前述した図3のホットホールがトラップされる場合の半導体基板とゲート酸化膜の境界付近の電界の条件と本構成における条件とを同一にするためである。このように電圧を印加することで、ソース近傍の拡散層に広がる空乏層に電界集中が起こり、バンド間トンネル電流が流れる。また、ゲートに半導体基板に比べ高い電圧を印加しているので、ソース近傍の結晶欠陥には電子がトラップされる。結晶欠陥に電子がトラップされた状態を、書き込み状態という。   Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, the operation of the transistor when writing data using the band-to-band tunnel current will be described. First, an example of operation for trapping electrons in crystal defects will be described with reference to FIG. 0V is applied to the semiconductor substrate, the drain is opened, 9V is applied to the source, and 2V is applied to the gate. The reason why 9V is applied to the source is that 2V is applied to the gate, so the conditions of the electric field in the vicinity of the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film when the hot holes in FIG. Is to make the same. By applying the voltage in this way, electric field concentration occurs in the depletion layer spreading in the diffusion layer near the source, and an interband tunnel current flows. In addition, since a higher voltage is applied to the gate than the semiconductor substrate, electrons are trapped in crystal defects near the source. A state in which electrons are trapped by crystal defects is called a written state.

また、図5(b)では、結晶欠陥に正孔をトラップする例を説明する。半導体基板に0Vを印加し、ドレインをオープンにし、ソースに7Vを、ゲートに0Vを印加する。このようにすることで、ソース近傍の拡散層に広がる空乏層に電界集中が起こり、バンド間トンネル電流が流れ、ホットホールが発生する。このとき、ゲート電圧が半導体基板電圧と同じなので、ソース近傍の結晶欠陥にホットホールがトラップされる。結晶欠陥に正孔がトラップされた状態を、消去状態という。また、ゲートに負の電圧を印加すると、ホットホールはソース近傍の結晶欠陥にさらにトラップされやすくなる。   FIG. 5B illustrates an example in which holes are trapped in crystal defects. 0V is applied to the semiconductor substrate, the drain is opened, 7V is applied to the source, and 0V is applied to the gate. By doing so, electric field concentration occurs in the depletion layer spreading in the diffusion layer in the vicinity of the source, an interband tunnel current flows, and a hot hole is generated. At this time, since the gate voltage is the same as the semiconductor substrate voltage, hot holes are trapped in crystal defects near the source. A state where holes are trapped by crystal defects is called an erased state. Also, when a negative voltage is applied to the gate, the hot holes are more easily trapped by crystal defects near the source.

次に、図6(a)〜(d)を参照して、トランジスタに記憶したデータを読み出す方法について説明する。図5の動作によりトランジスタはソース近傍の結晶欠陥に正孔又は電子をトラップしているとする。図6(a)は、ソース近傍の結晶欠陥に電子がトラップされている状態を示した図である。このとき、半導体基板に0Vを印加し、ソースに0Vを、ゲートに3Vを、ドレインに3Vを印加するとドレイン付近の空乏層は広がるが、結晶欠陥に電子がトラップされているのでソース近傍の空乏層の広がりは抑えられる。このため、閾値は高くなる。図6(b)は、ソース近傍の結晶欠陥に正孔がトラップされている状態を示した図である。このとき、半導体基板に0Vを印加し、ソースに0Vを印加し、ゲートに3Vを印加し、ドレインに3Vを印加すると、ドレイン近傍の空乏層は広がり、結晶欠陥に正孔がトラップされているのでソース近傍の空乏層はさらに広がる。このため、閾値は低くなる。本実施形態では、正孔又は電子を結晶欠陥にトラップさせることで情報を記憶させ、閾値が変化することに伴うソース・ドレイン間のチャネル電流の変化を、センスアンプ回路を用い検出することで、情報を読み出す。   Next, a method for reading data stored in the transistor will be described with reference to FIGS. It is assumed that the transistor traps holes or electrons in crystal defects near the source by the operation of FIG. FIG. 6A is a diagram showing a state where electrons are trapped in a crystal defect near the source. At this time, when 0 V is applied to the semiconductor substrate, 0 V is applied to the source, 3 V is applied to the gate, and 3 V is applied to the drain, the depletion layer near the drain spreads, but electrons are trapped in crystal defects, so depletion near the source The spread of the layer is suppressed. For this reason, a threshold value becomes high. FIG. 6B is a diagram showing a state where holes are trapped in crystal defects near the source. At this time, when 0 V is applied to the semiconductor substrate, 0 V is applied to the source, 3 V is applied to the gate, and 3 V is applied to the drain, the depletion layer near the drain spreads and holes are trapped in crystal defects. Therefore, the depletion layer near the source further expands. For this reason, a threshold value becomes low. In the present embodiment, information is stored by trapping holes or electrons in crystal defects, and a change in the channel current between the source and the drain accompanying a change in the threshold is detected using a sense amplifier circuit. Read information.

ここで、図6(c)及び図6(d)は、ソース側にドレイン側よりも高い電圧を印加した場合を示す図である。また、図6(c)において、ソース近傍の結晶欠陥に電子がトラップされている状態で、半導体基板に0Vを印加し、ソースに3Vを、ゲートに3Vを、ドレインに0Vを印加すると、ソース近傍に空乏層は半導体基板の深い領域まで広がる。
このためソース近傍の結晶欠陥にトラップされている電子の影響が、ほとんど現れず閾値の変化が、図6(a)の場合に比べ小さくなる。また同様に、図6(d)において、ソース近傍の結晶欠陥に正孔がトラップされている状態で、半導体基板に0Vを印加し、ソースに3Vを印加し,ゲートに3Vを印加し、ドレインに0Vを印加すると、ソース近傍に空乏層が半導体基板の深い領域まで広がる。このため、ソース近傍の結晶欠陥にトラップされている正孔の影響が、図6(b)の場合に比べ小さくなり、閾値の変化は小さくなる。
Here, FIG. 6C and FIG. 6D are diagrams showing a case where a higher voltage is applied to the source side than to the drain side. In FIG. 6C, when electrons are trapped in crystal defects near the source, 0 V is applied to the semiconductor substrate, 3 V is applied to the source, 3 V is applied to the gate, and 0 V is applied to the drain. In the vicinity, the depletion layer extends to a deep region of the semiconductor substrate.
For this reason, the influence of the electrons trapped in the crystal defects in the vicinity of the source hardly appears, and the change in the threshold value becomes smaller than in the case of FIG. Similarly, in FIG. 6D, in the state where holes are trapped by crystal defects near the source, 0 V is applied to the semiconductor substrate, 3 V is applied to the source, 3 V is applied to the gate, When 0 V is applied to the gate electrode, a depletion layer extends to a deep region of the semiconductor substrate near the source. For this reason, the influence of the holes trapped in the crystal defects in the vicinity of the source becomes smaller than that in the case of FIG.

以上、図6(a)〜図6(d)に示したように、ソース近傍の結晶欠陥に正孔又は電子をトラップした場合、ソースにドレインより高い電圧を印加するときと、ドレインにソースより高い電圧を印加するときとで、ソース・ドレイン間の電流の変化に違いがある。そこで、本実施形態の不揮発性半導体記憶素子から情報を読み出す場合、図6(a)及び図6(b)で示した、結晶欠陥に正孔又は電子をトラップしている側の空乏層が浅くなるようにソース及びドレインに電圧を印加し、電流の変化が大きく現れるようにすることで、センスアンプ回路での検出をしやすくする。   As described above, as shown in FIGS. 6A to 6D, when holes or electrons are trapped in crystal defects in the vicinity of the source, when a voltage higher than the drain is applied to the source, and from the source to the drain There is a difference in the change in current between the source and the drain when a high voltage is applied. Therefore, when information is read from the nonvolatile semiconductor memory element of this embodiment, the depletion layer on the side where holes or electrons are trapped in the crystal defects shown in FIGS. 6A and 6B is shallow. Thus, by applying a voltage to the source and drain so that a change in current appears greatly, detection by the sense amplifier circuit is facilitated.

また、図7は、NMOSトランジスタの初期状態、結晶欠陥に正孔をトラップした状態(ホールトラップ状態)、結晶欠陥に電子をトラップした状態(エレクトロントラップ状態)におけるドレイン電流Idとゲート電圧Vgの特性を示したグラフである。ホールトラップ状態においては、閾値が低くなり、或いはトランジスタの電流駆動能力が向上し(グラフの傾きが急になる)ゲート電圧Vgが同じときには初期状態に比べ電流が流れやすくなる。また、エレクトロントラップ状態においては、閾値が高くなり、或いはトランジスタの特性劣化により電流駆動能力が低下し(グラフの傾きが緩くなる)、ゲート電圧Vgが同じときには、初期状態に比べ電流が流れにくくなることを示している。   FIG. 7 shows the characteristics of the drain current Id and the gate voltage Vg in the initial state of the NMOS transistor, the state where holes are trapped in crystal defects (hole trap state), and the state where electrons are trapped in crystal defects (electron trap state). It is the graph which showed. In the hole trap state, when the gate voltage Vg is the same when the threshold voltage is low or the current drive capability of the transistor is improved (the slope of the graph is steep) and the gate voltage Vg is the same, the current flows more easily. Further, in the electron trap state, the threshold value is increased, or the current driving capability is lowered due to the deterioration of the transistor characteristics (the slope of the graph becomes gentle), and when the gate voltage Vg is the same, the current is less likely to flow than in the initial state. It is shown that.

図8は、図5(a)、図5(b)、図6(a)及び図6(b)の動作を一覧としてまとめたものである。「書き込み禁止」は、不揮発性半導体記憶素子をアレイ状に並べて使うときの一括書き込みを意識している動作で、複数の不揮発性半導体記憶素子に同時に書き込みを行う場合に特定の不揮発性半導体記憶素子に書き込みをしないバイアス条件を示している。当該バイアス条件はゲートに4Vを印加し、ドレインに9Vを印加することであり、ゲート電圧を高くすることでソース・半導体基板間に流れるバンド間トンネル電流の発生を抑え、記憶する情報の変更を行わないようにできる。ここで、「消去」動作におけるゲート電圧を−2V〜0Vとしているのは、ゲートに−2Vを印加すると、ゲートに0Vを印加した場合に比べ、正孔を結晶欠陥にトラップする消去状態は強くなるので、閾値とドレイン電流Idの変化量は大きくなり、後述する不揮発性半導体記憶装置の構成などにおいてセンスアンプ回路で記憶する情報を検出しやすくなる。
なお、本発明に記載の第1の低電圧は2Vに対応し、本発明に記載の第1の高電圧は9Vに対応し、本発明に記載の第2の低電圧は−2V〜0Vに対応し、本発明に記載の第2の高電圧は7Vに対応する。また、本発明に記載の半導体回路の電源電圧は3Vに対応する。
FIG. 8 summarizes the operations of FIGS. 5A, 5B, 6A, and 6B as a list. “Write prohibition” is an operation that is conscious of batch writing when arraying nonvolatile semiconductor memory elements and using them, when writing to a plurality of nonvolatile semiconductor memory elements at the same time. Bias conditions for not writing are shown. The bias condition is that 4V is applied to the gate and 9V is applied to the drain. By increasing the gate voltage, generation of interband tunnel current flowing between the source and the semiconductor substrate is suppressed, and the stored information is changed. You can avoid it. Here, the gate voltage in the “erase” operation is set to −2V to 0V. When −2V is applied to the gate, the erased state in which holes are trapped in crystal defects is stronger than when 0V is applied to the gate. Therefore, the amount of change in the threshold value and the drain current Id increases, and it becomes easy to detect information stored in the sense amplifier circuit in the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device described later.
The first low voltage described in the present invention corresponds to 2V, the first high voltage described in the present invention corresponds to 9V, and the second low voltage described in the present invention ranges from -2V to 0V. Correspondingly, the second high voltage described in the present invention corresponds to 7V. The power supply voltage of the semiconductor circuit described in the present invention corresponds to 3V.

(第1実施形態)
図9は、第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置1に係る記憶部200とSRAM部100との内部構成と接続構成を示した図である。
記憶部200はNMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202を備える。
NMOSトランジスタ201のソースは端子Sに、ゲートは端子CGに、ドレインは信号線BitBに接続している。またNMOSトランジスタ202のソースは端子SBに、ゲートは端子CGBに、ドレインは信号線Bitに接続している。
また、SRAM部100は、ワード線WLで駆動されるNMOSトランジスタ101及びNMOSトランジスタ102を備え、PMOSトランジスタ103、PMOSトランジスタ104、NMOSトランジスタ105及びNMOSトランジスタ106で構成されるラッチ型センスアンプ回路を備える。当該ラッチ型センスアンプ回路で信号線Bitと信号線BitBの電流の差を検出し、記憶部200の記憶する情報を記憶する。
(First embodiment)
FIG. 9 is a diagram illustrating an internal configuration and a connection configuration of the storage unit 200 and the SRAM unit 100 according to the nonvolatile semiconductor memory device 1 of the first embodiment.
The storage unit 200 includes an NMOS transistor 201 and an NMOS transistor 202.
The NMOS transistor 201 has a source connected to the terminal S, a gate connected to the terminal CG, and a drain connected to the signal line BitB. The source of the NMOS transistor 202 is connected to the terminal SB, the gate is connected to the terminal CGB, and the drain is connected to the signal line Bit.
The SRAM unit 100 includes an NMOS transistor 101 and an NMOS transistor 102 that are driven by a word line WL, and includes a latch-type sense amplifier circuit that includes a PMOS transistor 103, a PMOS transistor 104, an NMOS transistor 105, and an NMOS transistor 106. . The latch type sense amplifier circuit detects a difference in current between the signal line Bit and the signal line BitB, and stores information stored in the storage unit 200.

PMOSトランジスタ103のソースは電源電圧を供給する端子に接続され、PMOSトランジスタ103のドレインはNMOSトランジスタ105のドレインと接続点Aで接続される。NMOSトランジスタ105のソースは接地される。またPMOSトランジスタ103のゲートとNMOSトランジスタ105のゲートは信号線BitBに接続される。また、PMOSトランジスタ104のソースは電源電圧を供給する端子に接続され、PMOSトランジスタ104のドレインはNMOSトランジスタ106のドレインと接続点Bで接続される。NMOSトランジスタ106のソースは接地される。また、PMOSトランジスタ104とNMOSトランジスタ106のゲートは信号線Bitに接続される。   The source of the PMOS transistor 103 is connected to a terminal for supplying a power supply voltage, and the drain of the PMOS transistor 103 is connected to the drain of the NMOS transistor 105 at the connection point A. The source of the NMOS transistor 105 is grounded. The gate of the PMOS transistor 103 and the gate of the NMOS transistor 105 are connected to the signal line BitB. The source of the PMOS transistor 104 is connected to a terminal for supplying a power supply voltage, and the drain of the PMOS transistor 104 is connected to the drain of the NMOS transistor 106 at a connection point B. The source of the NMOS transistor 106 is grounded. The gates of the PMOS transistor 104 and the NMOS transistor 106 are connected to the signal line Bit.

NMOSトランジスタ101のドレインはデータ線DLに接続され、NMOSトランジスタ101のソースは、接続点Aに接続される。NMOSトランジスタ102のドレインはデータ線DLBに接続され、NMOSトランジスタ102のソースは、接続点Bに接続される。また、NMOSトランジスタ101とNMOSトランジスタ102のゲートはワード線WLに接続される。また、接続点Aは信号線Bitと接続され、接続点Bは信号線BitBと接続される。
また、本発明に記載の検出回路は、SRAM部100に対応する。
The drain of the NMOS transistor 101 is connected to the data line DL, and the source of the NMOS transistor 101 is connected to the connection point A. The drain of the NMOS transistor 102 is connected to the data line DLB, and the source of the NMOS transistor 102 is connected to the connection point B. The gates of the NMOS transistor 101 and the NMOS transistor 102 are connected to the word line WL. The connection point A is connected to the signal line Bit, and the connection point B is connected to the signal line BitB.
The detection circuit described in the present invention corresponds to the SRAM unit 100.

次に、図10(a)及び図10(b)を参照して、第1実施形態の動作を説明する。図10(a)は、第1実施形態に係る記憶部200へのデータの記憶動作及び読み出し動作における、半導体基板に0Vを印加している場合の各端子のバイアス条件を示している。
また、当該動作は、ソース・半導体基板間のバンド間トンネル電流、発生するホットホールを用いて、データを記憶する動作である。なお、“0”は対となる信号線より電圧が低いことを示し、“1”は対となる信号線より電圧が高いことを示す。ここで、対となる信号線とは、ビット線Bitとビット線BitBの対、及びデータ線DLとデータ線DLBの対である。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b). FIG. 10A shows the bias conditions of each terminal when 0 V is applied to the semiconductor substrate in the data storage operation and the data read operation to the storage unit 200 according to the first embodiment.
The operation is an operation for storing data using a band-to-band tunnel current between the source and the semiconductor substrate and a generated hot hole. Note that “0” indicates that the voltage is lower than that of the paired signal lines, and “1” indicates that the voltage is higher than that of the paired signal lines. Here, the paired signal lines are a pair of the bit line Bit and the bit line BitB, and a pair of the data line DL and the data line DLB.

(書き込み動作)
第1実施形態に係る記憶部200にデータ“0”を記憶させる「書き込み」は、端子CGに2Vを、端子CGBに−2Vを、端子Sに9Vを、端子SBに7Vを印加し行う。また、ワード線WLに0Vを印加する。このようにすることで、NMOSトランジスタ201のソース・半導体基板間にバンド間トンネル電流が発生し、半導体基板に対し高い電圧がゲートに印加されているので、結晶欠陥には電子がトラップされる。また、NMOSトランジスタ202のソース・半導体基板間にバンド間トンネル電流及びホットホールが発生する。NMOSトランジスタ202のゲートは、半導体基板に対し低い電圧が印加されているので、結晶欠陥にはホットホールがトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ201は書き込み状態となり、NMOSトランジスタ202は消去状態となる。このようにして、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ高くなり、記憶部200がデータ“0”を記憶した状態となる。
(Write operation)
“Write” for storing data “0” in the storage unit 200 according to the first embodiment is performed by applying 2V to the terminal CG, −2V to the terminal CGB, 9V to the terminal S, and 7V to the terminal SB. Further, 0 V is applied to the word line WL. By doing so, a band-to-band tunneling current is generated between the source of the NMOS transistor 201 and the semiconductor substrate, and a high voltage is applied to the gate of the semiconductor substrate, so that electrons are trapped in crystal defects. In addition, a band-to-band tunnel current and a hot hole are generated between the source of the NMOS transistor 202 and the semiconductor substrate. Since a low voltage is applied to the gate of the NMOS transistor 202 with respect to the semiconductor substrate, hot holes are trapped in crystal defects. As a result, the NMOS transistor 201 is in a write state and the NMOS transistor 202 is in an erase state. In this way, the threshold value of the NMOS transistor 201 becomes higher than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “0”.

(“0”読み出し)
第1実施形態に係る記憶部200にデータ“0”を記憶した状態における、記憶されたデータの読み出しを説明する。ワード線WLにSRAM部100の電源電圧を印加し、端子CG及び端子CGBに3Vを印加することで、記憶部200に記憶されたデータは、データ線DLとデータ線DLBとの電圧差から得られる。端子CG、端子CGB及びワード線WLに上述のバイアス条件の電圧を印加すると、信号線Bitに流れる電流は信号線BitBに比べ大きくなり、接続点Aの電圧が接続点Bの電圧より低くなる。ワード線WLが電源電圧に印加されているので、NMOSトランジスタ101及びNMOSトランジスタ102がオンであり、接続点A及び接続点Bの電圧の差はデータ線DL及びデータ線DLBに電圧の差として現れる。記憶部200の記憶するデータ“0”を、データ線DL及びデータ線DLBから、得ることができる。このとき、PMOSトランジスタ103からNMOSトランジスタ202を経由して電流が流れるので、PMOSトランジスタ103よりNMOSトランジスタ202の電流駆動能力を強く設定することで、SRAM部にデータがラッチされ、接続点Aが“1”、接続点Bが“0”にセットされる。
("0" read)
The reading of stored data in a state where data “0” is stored in the storage unit 200 according to the first embodiment will be described. The data stored in the storage unit 200 is obtained from the voltage difference between the data line DL and the data line DLB by applying the power supply voltage of the SRAM unit 100 to the word line WL and applying 3V to the terminal CG and the terminal CGB. It is done. When a voltage under the above-described bias condition is applied to the terminal CG, the terminal CGB, and the word line WL, the current flowing through the signal line Bit becomes larger than the signal line BitB, and the voltage at the connection point A becomes lower than the voltage at the connection point B. Since the word line WL is applied to the power supply voltage, the NMOS transistor 101 and the NMOS transistor 102 are on, and the voltage difference between the connection point A and the connection point B appears as a voltage difference between the data line DL and the data line DLB. . Data “0” stored in the storage unit 200 can be obtained from the data line DL and the data line DLB. At this time, since a current flows from the PMOS transistor 103 via the NMOS transistor 202, by setting the current driving capability of the NMOS transistor 202 stronger than that of the PMOS transistor 103, data is latched in the SRAM portion, and the connection point A is “ 1 ", node B is set to" 0 ".

(消去動作)
第1実施形態に係る記憶部200にデータ“1”を記憶させる動作(以下、「消去」という)は、端子CGに−2Vを印加し、端子CGBに2Vを印加し、端子Sに7Vを印加し、端子SBに9Vを印加し行う。NMOSトランジスタ201は消去状態に、NMOSトランジスタ202は書き込み状態になる。
この結果、NMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202の状態は、データ“0”を記憶した状態とは逆にNMOSトランジスタ201の閾値がNMOSトランジスタ202の閾値に比べ低くなる。
(Erase operation)
In the operation of storing data “1” in the storage unit 200 according to the first embodiment (hereinafter referred to as “erase”), −2V is applied to the terminal CG, 2V is applied to the terminal CGB, and 7V is applied to the terminal S. And 9V is applied to the terminal SB. The NMOS transistor 201 is in the erased state, and the NMOS transistor 202 is in the written state.
As a result, in the states of the NMOS transistor 201 and the NMOS transistor 202, the threshold value of the NMOS transistor 201 is lower than the threshold value of the NMOS transistor 202, contrary to the state where the data “0” is stored.

(“1”の読み出し)
第1実施形態に係る記憶部200の記憶するデータ“1”の読み出しは、端子CGに3Vを印加し、端子CGBに3Vを印加し、端子Sに0Vを印加し、端子SBに0Vを印加し、ワード線WLに電源電圧を印加し行う。この結果、接続点Aの電圧が接続点Bの電圧より高くなり、データ線DL及びデータ線DLBからデータ“1”を記憶している状態を、得ることができる。
(Reading “1”)
Reading data “1” stored in the storage unit 200 according to the first embodiment applies 3 V to the terminal CG, 3 V to the terminal CGB, 0 V to the terminal S, and 0 V to the terminal SB. Then, a power supply voltage is applied to the word line WL. As a result, it is possible to obtain a state in which the voltage at the connection point A is higher than the voltage at the connection point B and data “1” is stored from the data line DL and the data line DLB.

図10(b)は、図2に示したチャネルホットエレクトロンを利用し、記憶部200にデータを記憶させる動作を示している。なお、図10(b)ではSRAM部100の電源電圧を2Vとしている。   FIG. 10B shows an operation of storing data in the storage unit 200 using the channel hot electrons shown in FIG. In FIG. 10B, the power supply voltage of the SRAM unit 100 is 2V.

(書き込み動作)
記憶部200にデータ“0”を記憶させる、図10(b)に示す「書き込み」動作は、端子CGに5Vを印加し、端子CGBに−2Vを印加し、端子Sに5Vを印加し、端子SBに7Vを印加する。また、ワード線WLには電源電圧である2Vを印加する。また、ビット線Bitに2Vを印加し、ビット線BitBに0Vを印加する。このようにすることで、NMOSトランジスタ201のソース近傍で発生したホットエレクトロンの一部がゲートへ移動し、結晶欠陥にトラップされる。また、NMOSトランジスタ202のソース近傍の拡散層に広がる空乏層で、バンド間トンネル電流が流れ、ホットホールが発生する。NMOSトランジスタ202の結晶欠陥にホットホールがトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ201は書き込み状態に、NMOSトランジスタ202は消去状態になる。また、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ高く、記憶部200がデータ“0”を記憶した状態となる。
なお、NMOSトランジスタ202の閾値が負の値になるまで消去が行われても、ゲートに負の電圧を印加しているため、チャネル電流は流れない。
(Write operation)
In the “write” operation illustrated in FIG. 10B in which data “0” is stored in the storage unit 200, 5V is applied to the terminal CG, −2V is applied to the terminal CGB, and 5V is applied to the terminal S. 7V is applied to the terminal SB. Further, 2V which is a power supply voltage is applied to the word line WL. Further, 2V is applied to the bit line Bit, and 0V is applied to the bit line BitB. By doing so, a part of hot electrons generated near the source of the NMOS transistor 201 moves to the gate and is trapped by crystal defects. In addition, a band-to-band tunneling current flows in a depletion layer extending in the diffusion layer near the source of the NMOS transistor 202, and a hot hole is generated. Hot holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 202. As a result, the NMOS transistor 201 is in a write state and the NMOS transistor 202 is in an erase state. Further, the threshold value of the NMOS transistor 201 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “0”.
Even if erasing is performed until the threshold value of the NMOS transistor 202 becomes a negative value, no channel current flows because a negative voltage is applied to the gate.

(“0”読み出し動作)
図10(b)に示す「“0”読み出し」は、端子CGに2Vを印加し、端子CGBに2Vを印加し、端子Sに0Vを印加し、端子SBに0Vを印加し、ワード線WLに2Vを印加し行う。上述の条件で端子CG、端子CGB及びワード線WLを印加すると、信号線Bitに流れる電流は信号線BitBに比べ大きくなり、接続点Aの電圧が接続点Bの電圧より低くなる。ワード線WLが電源電圧に印加されているので、接続点A及び接続点Bの電圧の差はデータ線DL及びデータ線DLBに現れる。このようにして、記憶部200の記憶するデータ“0”を、ビット線Bit及びビット線BitBの電流の差をSRAM部100で検出し、データ線DL及びデータ線DLBから出力することで、得ることができる。
(“0” read operation)
In ““ 0 ”read” shown in FIG. 10B, 2V is applied to the terminal CG, 2V is applied to the terminal CGB, 0V is applied to the terminal S, 0V is applied to the terminal SB, and the word line WL 2V is applied to When the terminal CG, the terminal CGB, and the word line WL are applied under the above-described conditions, the current flowing through the signal line Bit becomes larger than that of the signal line BitB, and the voltage at the connection point A becomes lower than the voltage at the connection point B. Since the word line WL is applied to the power supply voltage, the voltage difference between the connection point A and the connection point B appears on the data line DL and the data line DLB. In this way, the data “0” stored in the storage unit 200 is obtained by detecting the current difference between the bit line Bit and the bit line BitB by the SRAM unit 100 and outputting the difference from the data line DL and the data line DLB. be able to.

(消去動作)
チャネルホットエレクトロンを利用し、記憶部200にデータ“1”を記憶させる、図10(b)に示す「消去」動作は、端子CGに−2Vを印加し、端子CGBに5Vを印加し、端子Sに7Vを印加し、端子SBに5Vを印加し行う。これにより、NMOSトランジスタ201の結晶欠陥に正孔がトラップされ、NMOSトランジスタ202の結晶欠陥に電子がトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ低くなり、記憶部200がデータ“1”を記憶した状態となる。
(Erase operation)
In the “erase” operation shown in FIG. 10B using channel hot electrons to store data “1” in the storage unit 200, −2V is applied to the terminal CG, 5V is applied to the terminal CGB, 7V is applied to S and 5V is applied to the terminal SB. As a result, holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 201, and electrons are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 202. As a result, the threshold value of the NMOS transistor 201 is lower than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “1”.

(“1”読み出し)
図10(b)に示す「“1”読み出し」は、端子CGに2Vを印加し、端子CGBに2Vを印加し、端子Sに0Vを印加し、端子SBに0Vを印加し、ワード線WLに2Vを印加し行う。上述の条件で端子CG、端子CGB及びワード線WLを印加すると、記憶部200の記憶するデータ“1”を、ビット線Bit及びビット線BitBの電流の差をSRAM部100で検出し、データ線DL及びデータ線DLBから出力することで、得ることができる。
("1" read)
In “1” reading ”shown in FIG. 10B, 2V is applied to the terminal CG, 2V is applied to the terminal CGB, 0V is applied to the terminal S, 0V is applied to the terminal SB, and the word line WL 2V is applied to When the terminal CG, the terminal CGB, and the word line WL are applied under the above-described conditions, the data “1” stored in the storage unit 200 is detected by the SRAM unit 100 and the difference in current between the bit line Bit and the bit line BitB is detected. It can be obtained by outputting from DL and data line DLB.

本第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、標準CMOSロジックを製造するプロセスで製造することができ、製造工程数も増加しないため、歩留まりの低下及び製品コストの増加を抑える効果がある。   The nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment can be manufactured by a process for manufacturing standard CMOS logic, and the number of manufacturing steps is not increased. Therefore, there is an effect of suppressing a decrease in yield and an increase in product cost.

(第2実施形態)
図11は、第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置2に係る記憶部200とSRAM部110との内部構成と接続構成を示した図である。SRAM部110は、第1実施形態のSRAM部100にPMOSトランジスタ117を加える変更をしている。
PMOSトランジスタ113、PMOSトランジスタ114、NMOSトランジスタ115及びNMOSトランジスタ116で構成されるラッチ型センスアンプ回路にスイッチ用のPMOSトランジスタ117を備えることで、記憶部200の書き込み及び消去動作において、NMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202のドレインを完全にオープンにすることができ、本実施形態の原理で説明した構成を利用できる。また、SRAM部110に流れるリーク電流を抑えることができる。
なお、本発明に記載の電源スイッチ用トランジスタはPMOSトランジスタ117に対応する。また、本発明に記載の検出回路は、SRAM部110に対応する。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a diagram illustrating an internal configuration and a connection configuration of the storage unit 200 and the SRAM unit 110 according to the nonvolatile semiconductor memory device 2 of the second embodiment. The SRAM unit 110 is modified by adding a PMOS transistor 117 to the SRAM unit 100 of the first embodiment.
The latch type sense amplifier circuit including the PMOS transistor 113, the PMOS transistor 114, the NMOS transistor 115, and the NMOS transistor 116 includes the switching PMOS transistor 117, so that in the write and erase operations of the storage unit 200, the NMOS transistor 201 and The drain of the NMOS transistor 202 can be completely opened, and the configuration described in the principle of this embodiment can be used. In addition, leakage current flowing through the SRAM unit 110 can be suppressed.
The power switch transistor described in the present invention corresponds to the PMOS transistor 117. The detection circuit described in the present invention corresponds to the SRAM unit 110.

記憶部200はNMOSトランジスタ201とNMOSトランジスタ202を備える。
NMOSトランジスタ201のソースは端子Sに、ゲートは端子CGに、ドレインは信号線BitBに接続している。またNMOSトランジスタ202のソースは端子SBに、ゲートは端子CGBに、ドレインは信号線Bitに接続している。
また、SRAM部110は、ワード線WLで駆動されるNMOSトランジスタ111及びNMOSトランジスタ112を備え、PMOSトランジスタ113、PMOSトランジスタ114、NMOSトランジスタ115、NMOSトランジスタ116及びPMOSトランジスタ117で構成されるラッチ型センスアンプ回路を備える。当該ラッチ型センスアンプ回路は信号線Bitと信号線BitBの電流の差を検出し、記憶部200の記憶する情報を読み出し、記憶する。
The storage unit 200 includes an NMOS transistor 201 and an NMOS transistor 202.
The NMOS transistor 201 has a source connected to the terminal S, a gate connected to the terminal CG, and a drain connected to the signal line BitB. The source of the NMOS transistor 202 is connected to the terminal SB, the gate is connected to the terminal CGB, and the drain is connected to the signal line Bit.
The SRAM unit 110 includes an NMOS transistor 111 and an NMOS transistor 112 that are driven by a word line WL, and includes a PMOS transistor 113, a PMOS transistor 114, an NMOS transistor 115, an NMOS transistor 116, and a PMOS transistor 117. An amplifier circuit is provided. The latch-type sense amplifier circuit detects a difference in current between the signal line Bit and the signal line BitB, and reads and stores information stored in the storage unit 200.

PMOSトランジスタ113のソースはPMOSトランジスタ117のドレインに接続され、PMOSトランジスタ113のドレインはNMOSトランジスタ115のドレインと接続点Cで接続される。NMOSトランジスタ115のソースは接地される。またPMOSトランジスタ103のゲートとNMOSトランジスタ105のゲートは信号線BitBに接続される。また、PMOSトランジスタ114のソースはPMOSトランジスタ117のドレインに接続され、PMOSトランジスタ114のドレインはNMOSトランジスタ116のドレインと接続点Dで接続される。NMOSトランジスタ116のソースは接地される。また、PMOSトランジスタ114とNMOSトランジスタ116のゲートは信号線Bitに接続される。また、PMOSトランジスタ117のソースは電源電圧を供給する端子に接続され、PMOSトランジスタ117のゲートは検出制御線SETに接続される。   The source of the PMOS transistor 113 is connected to the drain of the PMOS transistor 117, and the drain of the PMOS transistor 113 is connected to the drain of the NMOS transistor 115 at the connection point C. The source of the NMOS transistor 115 is grounded. The gate of the PMOS transistor 103 and the gate of the NMOS transistor 105 are connected to the signal line BitB. The source of the PMOS transistor 114 is connected to the drain of the PMOS transistor 117, and the drain of the PMOS transistor 114 is connected to the drain of the NMOS transistor 116 at the connection point D. The source of the NMOS transistor 116 is grounded. The gates of the PMOS transistor 114 and the NMOS transistor 116 are connected to the signal line Bit. The source of the PMOS transistor 117 is connected to a terminal for supplying a power supply voltage, and the gate of the PMOS transistor 117 is connected to the detection control line SET.

NMOSトランジスタ111のドレインはデータ線DLに接続され、NMOSトランジスタ111のソースは、接続点Cに接続される。NMOSトランジスタ112のドレインはデータ線DLBに接続され、NMOSトランジスタ102のソースは接続点Dに接続される。また、NMOSトランジスタ111とNMOSトランジスタ112のゲートはワード線WLに接続される。また、接続点Cは信号線Bitと接続され、接続点Dは信号線BitBと接続される。   The drain of the NMOS transistor 111 is connected to the data line DL, and the source of the NMOS transistor 111 is connected to the connection point C. The drain of the NMOS transistor 112 is connected to the data line DLB, and the source of the NMOS transistor 102 is connected to the connection point D. The gates of the NMOS transistor 111 and the NMOS transistor 112 are connected to the word line WL. The connection point C is connected to the signal line Bit, and the connection point D is connected to the signal line BitB.

図12は、第2実施形態に係る記憶部200へのデータの記憶動作及び読み出し動作における、半導体基板に0Vを印加している場合の、各端子のバイアス条件を示している。また、記憶部200を構成するトランジスタの状態及び各信号線の状態を示している。
なお、“0”は対となる信号線より電圧が低いことを示し、“1”は対となる信号線より電圧が高いことを示す。ここで、対となる信号線とは、ビット線Bitとビット線BitBの対、データ線DLとデータ線DLBの対である。また、「H」はPMOSトランジスタ117のゲートに接続された検出制御信号SETにSRAM部110の電源電圧を印加することを示し、「L↓」はPMOSトランジスタ117のゲートに接続された検出制御信号SETを電源電圧から半導体基板と同じ電圧0Vに変化させることを示している。
FIG. 12 shows bias conditions of each terminal when 0 V is applied to the semiconductor substrate in the data storage operation and the data read operation to the storage unit 200 according to the second embodiment. Further, the state of the transistors constituting the storage unit 200 and the state of each signal line are shown.
Note that “0” indicates that the voltage is lower than that of the paired signal lines, and “1” indicates that the voltage is higher than that of the paired signal lines. Here, the paired signal lines are a pair of the bit line Bit and the bit line BitB, and a pair of the data line DL and the data line DLB. “H” indicates that the power supply voltage of the SRAM unit 110 is applied to the detection control signal SET connected to the gate of the PMOS transistor 117, and “L ↓” indicates the detection control signal connected to the gate of the PMOS transistor 117. It shows that SET is changed from the power supply voltage to the same voltage 0 V as that of the semiconductor substrate.

(書き込み動作)
第2実施形態に係る記憶部200にデータ“0”を記憶させる「書き込み」は、端子CGに2Vを、端子CGBに−2Vを、端子Sに9Vを、端子SBに7Vを印加し行う。このようにすることで、NMOSトランジスタ201の結晶欠陥には電子がトラップされ、NMOSトランジスタ202の結晶欠陥にホットホールがトラップされ、NMOSトランジスタ201は書き込み状態に、NMOSトランジスタ202は消去状態になる。この結果、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ高くなり、記憶部200がデータ“0”を記憶した状態となる。
(Write operation)
“Write” for storing data “0” in the storage unit 200 according to the second embodiment is performed by applying 2V to the terminal CG, −2V to the terminal CGB, 9V to the terminal S, and 7V to the terminal SB. By doing so, electrons are trapped in the crystal defect of the NMOS transistor 201, hot holes are trapped in the crystal defect of the NMOS transistor 202, the NMOS transistor 201 is in the write state, and the NMOS transistor 202 is in the erased state. As a result, the threshold value of the NMOS transistor 201 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “0”.

(消去動作)
第2実施形態に係る記憶部200にデータ“1”を記憶させる「消去」は、端子CGに−2Vを、端子CGBに2Vを、端子Sに7Vを、端子SBに9Vを印加し行う。このようにすることで、NMOSトランジスタ201は消去状態になり、NMOSトランジスタ202は書き込み状態になる。この結果、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ低くなり、記憶部200がデータ“1”を記憶した状態となる。
(Erase operation)
“Erase” for storing data “1” in the storage unit 200 according to the second embodiment is performed by applying −2V to the terminal CG, 2V to the terminal CGB, 7V to the terminal S, and 9V to the terminal SB. By doing so, the NMOS transistor 201 is in the erased state, and the NMOS transistor 202 is in the written state. As a result, the threshold value of the NMOS transistor 201 is lower than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “1”.

(“0”読み出し及び“1”読み出し動作)
図12に示す、「“0”読み出し」及び「“1”読み出し」は、端子CG及び端子CGBに3Vを印加し、端子S及び端子SBに0Vを印加し、ワード線WLに電源電圧を印加し、検出制御線SETの電圧を電源電圧から半導体基板に印加する電圧であるグランド電圧に変化させることで行う。
記憶部200がデータ“0”を記憶している状態で、当該バイアス条件で端子及び信号線を印加すると、ビット線Bitの電圧はビット線BitBに比べ低くなる。この結果、データ線DLの電圧はデータ線DLBの電圧より低くなり、記憶部200が記憶するデータ“0”を、ビット線Bit及びビット線BitBの電流の差をSRAM部110で検出し、データ線DL及びデータ線DLBから出力することで、得ることができる。
また、記憶部200がデータ“1”を記憶している状態で、当該バイアス条件で端子及び信号線を印加すると、ビット線Bitの電圧はビット線BitBに比べ高くなる。この結果、データ線DLの電圧はデータ線DLBの電圧より高くなり、記憶部200が記憶するデータ“1”を、ビット線Bit及びビット線BitBの電流の差をSRAM部110で検出し、データ線DL及びデータ線DLBから出力することで、得ることができる。
この実施例では、記憶部200の微小な電位差をSRAM部へ転送し、SET信号で活性化させることで、増幅及びラッチすることが出来るので、記憶部200のトランジスタ201、202は小さく出来る。
("0" read and "1" read operations)
In “0” reading and “1” reading shown in FIG. 12, 3V is applied to the terminal CG and the terminal CGB, 0V is applied to the terminal S and the terminal SB, and a power supply voltage is applied to the word line WL. Then, the voltage of the detection control line SET is changed from the power supply voltage to the ground voltage that is a voltage applied to the semiconductor substrate.
When a terminal and a signal line are applied under the bias condition in a state where the storage unit 200 stores data “0”, the voltage of the bit line Bit becomes lower than that of the bit line BitB. As a result, the voltage of the data line DL becomes lower than the voltage of the data line DLB, the data “0” stored in the storage unit 200 is detected by the SRAM unit 110 by detecting the current difference between the bit line Bit and the bit line BitB. It can be obtained by outputting from the line DL and the data line DLB.
In addition, when a terminal and a signal line are applied under the bias condition in a state where the storage unit 200 stores data “1”, the voltage of the bit line Bit becomes higher than that of the bit line BitB. As a result, the voltage of the data line DL becomes higher than the voltage of the data line DLB, the data “1” stored in the storage unit 200 is detected by the SRAM unit 110, and the difference in current between the bit line Bit and the bit line BitB is detected. It can be obtained by outputting from the line DL and the data line DLB.
In this embodiment, since a small potential difference in the storage unit 200 is transferred to the SRAM unit and activated by the SET signal, it can be amplified and latched, so that the transistors 201 and 202 in the storage unit 200 can be made small.

(書き込み動作)
また、第1実施形態と同様にチャネルホットエレクトロンを利用し、第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置2に係る記憶部200にデータ“0”を記憶させる動作である書き込み動作について説明する。
ワード線WLには電源電圧である2Vを印加し、データ線DLに2Vを印加し、データ線DLBに半導体基板に印加される電圧である0Vを印加する。更にSRAM部110に電源を供給するPMOS117を通電状態にするためグランド電圧に印加する。これにより、ビット線Bitの電圧は2Vになり、ビット線BitBの電圧は0Vになる。また、端子CGに5Vを印加し、端子CGBに−2Vを印加し、端子Sに5Vを印加し、端子SBに7Vを印加する。このようにすることで、NMOSトランジスタ201のソース近傍で発生したホットエレクトロンの一部がゲートへ移動し、結晶欠陥に電子がトラップされる。また、NMOSトランジスタ202のソース近傍の拡散層に広がる空乏層で、バンド間トンネル電流が流れ、ホットホールが発生する。NMOSトランジスタ202の結晶欠陥に正孔がトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ201は書き込み状態に、NMOSトランジスタ202は消去状態になる。また、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ高く、記憶部200がデータ“0”を記憶した状態となる。
(Write operation)
Further, similarly to the first embodiment, a write operation that uses channel hot electrons to store data “0” in the storage unit 200 of the nonvolatile semiconductor memory device 2 of the second embodiment will be described.
A power supply voltage of 2V is applied to the word line WL, a voltage of 2V is applied to the data line DL, and a voltage of 0V applied to the semiconductor substrate is applied to the data line DLB. Further, the PMOS 117 that supplies power to the SRAM unit 110 is applied to the ground voltage in order to make it energized. As a result, the voltage of the bit line Bit becomes 2V, and the voltage of the bit line BitB becomes 0V. Further, 5V is applied to the terminal CG, −2V is applied to the terminal CGB, 5V is applied to the terminal S, and 7V is applied to the terminal SB. In this way, some of the hot electrons generated near the source of the NMOS transistor 201 move to the gate, and electrons are trapped in crystal defects. In addition, a band-to-band tunneling current flows in a depletion layer extending in the diffusion layer near the source of the NMOS transistor 202, and a hot hole is generated. Holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 202. As a result, the NMOS transistor 201 is in a write state and the NMOS transistor 202 is in an erase state. Further, the threshold value of the NMOS transistor 201 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “0”.

(消去動作)
また、第1実施形態と同様にチャネルホットエレクトロンを利用し、第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置2に係る記憶部200にデータ“1”を記憶させる動作である書き込み動作について説明する。
ワード線WLには0Vを印加し、データ線DLに2Vを印加し、データ線DLBに0Vを印加する。更にSRAM部110に電源を供給するPMOS117を通電状態にするためグランド電圧に印加する。これにより、ビット線Bitの電圧は0Vになり、ビット線BitBの電圧は2Vになる。また、端子CGに−2Vを印加し、端子CGBに5Vを印加し、端子Sに7Vを印加し、端子SBに5Vを印加する。これにより、NMOSトランジスタ201の結晶欠陥に正孔がトラップされ、NMOSトランジスタ202の結晶欠陥に電子がトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ201の閾値はNMOSトランジスタ202の閾値に比べ低くなり、記憶部200がデータ“1”を記憶した状態となる。
(Erase operation)
Further, similarly to the first embodiment, a write operation that uses channel hot electrons to store data “1” in the storage unit 200 of the nonvolatile semiconductor memory device 2 of the second embodiment will be described.
0V is applied to the word line WL, 2V is applied to the data line DL, and 0V is applied to the data line DLB. Further, the PMOS 117 that supplies power to the SRAM unit 110 is applied to the ground voltage in order to make it energized. As a result, the voltage of the bit line Bit becomes 0V, and the voltage of the bit line BitB becomes 2V. Further, -2V is applied to the terminal CG, 5V is applied to the terminal CGB, 7V is applied to the terminal S, and 5V is applied to the terminal SB. As a result, holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 201, and electrons are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 202. As a result, the threshold value of the NMOS transistor 201 is lower than the threshold value of the NMOS transistor 202, and the storage unit 200 stores data “1”.

本第2実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、本第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置が備えるセンスアンプ回路の構成に変更を加えているが、標準CMOSロジックを製造するプロセスで製造することができ、製造工程数も増加しないため、歩留まりの低下及び製品コストの増加を抑える効果がある。   The nonvolatile semiconductor memory device of the second embodiment has been modified in the configuration of the sense amplifier circuit included in the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment, but is manufactured by a process of manufacturing standard CMOS logic. Since the number of manufacturing steps is not increased, the yield is reduced and the product cost is suppressed.

(第3実施形態)
図13は、第3実施形態の不揮発性半導体記憶装置3に係る記憶部600−m(m=1,2,…,n)を用いたメモリアレイ600とセンスアンプ部400と出力用のMainAmp300の接続構成を示している。
記憶部600−m(m=1,2,…,n)が一列に配列され、それぞれの不揮発性半導体記憶素子が備えるNMOSトランジスタ61−m(m=1,2,…,n)のソースはソース線Sに接続され、ドレインはデータ信号線Dに接続され、ゲートはそれぞれの不揮発性半導体記憶素子に対応するワード線WLm(m=1,2,…,n)に接続される。また、それぞれの不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタ62−m(m=1,2,…,n)のソースは信号線SBに接続され、ドレインはデータ信号線DBに接続され、ゲートはそれぞれ別のワード線WLmB(m=1,2,…,n)に接続される。記憶部600−m(m=1,2,…,n)は上述のように接続され、メモリアレイ600を構成している。
メモリアレイ600の出力であるデータ線Dとデータ線DBは、カラム信号COLiでON/OFFされるカラム選択用のNMOSトランジスタ501とNMOSトランジスタ502を介して、センスアンプ部400に入力される。メモリアレイ600の記憶するデータは、センスアンプ部400の出力が出力線SO及び出力線SOBを介してMainAmp300に入力され、MainAmp300から出力される。
センスアンプ部400は、PMOSトランジスタ41と、PMOSトランジスタ42と、NMOSトランジスタ43と、NMOSトランジスタ44とから構成されるラッチ型センスアンプ回路のON/OFFを選択する検出制御線SENにゲートが接続されたNMOSトランジスタ45で構成される。当該ラッチ型センスアンプ回路は、データ線D及びデータ線DBの電流の差を検出し、記憶する。MainAmp300は、センスアンプ部400の記憶する情報を増幅し、出力端子OUTへ出力する。
なお、本発明に記載の第1のトランスファゲートは、NMOSトランジスタ501に対応し、本発明に記載の第2のトランスファゲートは、NMOSトランジスタ502に対応する。また、検出回路は、センスアンプ部400に対応する。
(Third embodiment)
FIG. 13 shows a memory array 600 using the storage unit 600-m (m = 1, 2,..., N) according to the nonvolatile semiconductor memory device 3 of the third embodiment, a sense amplifier unit 400, and an output MainAmp 300. The connection configuration is shown.
Storage units 600-m (m = 1, 2,..., N) are arranged in a line, and the sources of NMOS transistors 61-m (m = 1, 2,..., N) included in the respective nonvolatile semiconductor storage elements are Connected to the source line S, the drain is connected to the data signal line D, and the gate is connected to a word line WLm (m = 1, 2,..., N) corresponding to each nonvolatile semiconductor memory element. Also, the source of the NMOS transistor 62-m (m = 1, 2,..., N) constituting each nonvolatile semiconductor memory element is connected to the signal line SB, the drain is connected to the data signal line DB, and the gate is Each is connected to another word line WLmB (m = 1, 2,..., N). The storage units 600-m (m = 1, 2,..., N) are connected as described above and constitute the memory array 600.
The data line D and the data line DB, which are the outputs of the memory array 600, are input to the sense amplifier unit 400 via the column selection NMOS transistor 501 and the NMOS transistor 502 which are turned on / off by the column signal COLi. Data stored in the memory array 600 is output from the main amplifier 300 by inputting the output of the sense amplifier unit 400 to the main amp 300 via the output line SO and the output line SOB.
The sense amplifier unit 400 has a gate connected to a detection control line SEN that selects ON / OFF of a latch-type sense amplifier circuit including a PMOS transistor 41, a PMOS transistor 42, an NMOS transistor 43, and an NMOS transistor 44. NMOS transistor 45. The latch type sense amplifier circuit detects and stores a difference in current between the data line D and the data line DB. The MainAmp 300 amplifies information stored in the sense amplifier unit 400 and outputs the amplified information to the output terminal OUT.
Note that the first transfer gate described in the present invention corresponds to the NMOS transistor 501, and the second transfer gate described in the present invention corresponds to the NMOS transistor 502. The detection circuit corresponds to the sense amplifier unit 400.

図14は、第3実施形態に係る記憶部600−1へのデータ記憶動作及び読み出し動作における、半導体基板に0Vを印加した場合の、各端子のバイアス条件を示している。また、記憶部600−1のNMOSトランジスタの状態及び各信号線の状態を示している。
なお、“0”は対となる信号線より電圧が低いことを示し、“1”は対となる信号線より電圧が高いことを示す。ここで、対となる信号線とは、データ線Dとデータ線DBの対、出力線SOと出力線SOBの対である。また、「H」は検出制御線SENに電源電圧を印加することであり、「H↑」は検出制御線SENをグランド電圧から電源電圧に変化させることを示している。
FIG. 14 shows bias conditions of each terminal when 0 V is applied to the semiconductor substrate in the data storage operation and read operation to the storage unit 600-1 according to the third embodiment. In addition, the state of the NMOS transistor and the state of each signal line in the storage unit 600-1 are shown.
Note that “0” indicates that the voltage is lower than that of the paired signal lines, and “1” indicates that the voltage is higher than that of the paired signal lines. Here, the paired signal lines are a pair of the data line D and the data line DB, and a pair of the output line SO and the output line SOB. “H” indicates that the power supply voltage is applied to the detection control line SEN, and “H ↑” indicates that the detection control line SEN is changed from the ground voltage to the power supply voltage.

(書き込み動作)
第3実施形態の不揮発性半導体記憶装置に係るメモリアレイ600を構成する記憶部600−1を選択しデータ“0”を記憶させる「書き込み」は、カラム信号COLiに0Vを印加し、ワード線WL1に2Vを印加し、ワード線WL1Bに−2Vを印加し、ソース線Sに9Vを印加し、ソース線SBに7Vを印加し、検出制御線SENに0Vを印加し行う。このようにすることで、NMOSトランジスタ61−1の結晶欠陥には電子がトラップされ、NMOSトランジスタ62−1の結晶欠陥にホットホールがトラップされる。NMOSトランジスタ61−1は書き込み状態になり、NMOSトランジスタ62−1は消去状態になる。
この結果、NMOSトランジスタ61−1の閾値はNMOSトランジスタ62−1の閾値に比べ高くなり、記憶部600−1がデータ“0”を記憶した状態となる。
このとき、非選択不揮発性半導体記憶素子に接続されたワード線WLn及びワード線WLmB(m=2,3,…,n)に4Vを印加する。非選択不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタのゲートに4Vを印加することで、ソース近傍の電界が緩和されバンド間トンネル電流の発生を抑え、他の不揮発性半導体記憶素子は記憶する内容が変更されない書込み禁止状態となる。
(Write operation)
In “write” for selecting the storage unit 600-1 constituting the memory array 600 according to the nonvolatile semiconductor memory device of the third embodiment and storing data “0”, 0 V is applied to the column signal COLi, and the word line WL1 2V, -2V is applied to the word line WL1B, 9V is applied to the source line S, 7V is applied to the source line SB, and 0V is applied to the detection control line SEN. In this way, electrons are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 61-1, and hot holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 62-1. The NMOS transistor 61-1 is in a write state, and the NMOS transistor 62-1 is in an erase state.
As a result, the threshold value of the NMOS transistor 61-1 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 62-1, and the storage unit 600-1 stores data "0".
At this time, 4 V is applied to the word line WLn and the word line WLmB (m = 2, 3,..., N) connected to the non-selected nonvolatile semiconductor memory element. By applying 4V to the gate of the NMOS transistor that constitutes the non-selected nonvolatile semiconductor memory element, the electric field in the vicinity of the source is relaxed to suppress the generation of the band-to-band tunneling current. It becomes a write-protected state that is not changed.

(消去動作)
記憶部600−1を選択しデータ“1”を記憶させる「消去」は、同様に図14に示すバイアス条件で行う。NMOSトランジスタ61−1は消去状態になり、NMOSトランジスタ62−1は書き込み状態になる。消去動作の結果、NMOSトランジスタ61−1の閾値はNMOSトランジスタ62−1の閾値に比べ低くなり、記憶部600−1がデータ“1”を記憶した状態となる。
また、他の不揮発性半導体記憶素子へのデータを記憶させる動作は、不揮発性半導体記憶素子を選択するワード線WLnに2Vを印加し、これと対になるワード線WLnBに−2Vを印加し、他の端子は同様のバイアス条件を与えることで行う。
(Erase operation)
“Erase” for selecting the storage unit 600-1 and storing the data “1” is similarly performed under the bias condition shown in FIG. The NMOS transistor 61-1 is in the erased state, and the NMOS transistor 62-1 is in the written state. As a result of the erasing operation, the threshold value of the NMOS transistor 61-1 becomes lower than the threshold value of the NMOS transistor 62-1, and the storage unit 600-1 stores data "1".
Further, in the operation of storing data in another nonvolatile semiconductor memory element, 2V is applied to the word line WLn for selecting the nonvolatile semiconductor memory element, and −2V is applied to the word line WLnB paired therewith, The other terminals are performed by giving similar bias conditions.

(“0”読み出し及び“1”読み出し)
次いで、記憶部600−1が記憶するデータを読み出す動作について説明する。
図14に示す、「“0”読み出し」及び「“1”読み出し」は、カラム信号COLiに電源電圧を印加し、ワード線WL1に3Vを印加し、ワード線WL1Bに3Vを印加し、ソース線S及びソース線SBに0Vを印加し、検出制御線SENに電源電圧を印加し行う。また非選択の記憶部600−m(m=2,3,…,n)に接続されるワード線WLn及びワード線WLnBに0Vを印加し、非選択不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタをオフにする。
記憶部600−1がデータ“0”を記憶している状態で、当該バイアス条件で端子及び信号線を印加すると、データ線Dに流れる電流はデータ線DBに流れる電流に比べ小さい。当該電流差は、NMOSトランジスタ501及びNMOSトランジスタ502を介してセンスアンプ部400に入力される。ここで、検出制御線SENが電源電圧に切り換わると、センスアンプ部400がデータ“0”を検出し、出力線SO及び出力線SOBを介してMainAmp300に出力する。MainAmp300は、入力されたデータ“0”を増幅し出力する。
また、記憶部600−1がデータ“1”を記憶している場合も、同様である。
また、他の不揮発性半導体記憶素子のデータを読み出す動作は、選択する記憶部600−mに接続されたワード線WLm及びワード線WLmBに3Vを印加し、他の端子は同様のバイアス条件を与えることで行う。
("0" read and "1" read)
Next, an operation of reading data stored in the storage unit 600-1 will be described.
14, ““ 0 ”read” and ““ 1 ”read” apply a power supply voltage to the column signal COLi, apply 3 V to the word line WL1, apply 3 V to the word line WL1B, 0V is applied to S and the source line SB, and a power supply voltage is applied to the detection control line SEN. Further, 0 V is applied to the word line WLn and the word line WLnB connected to the non-selected storage unit 600-m (m = 2, 3,..., N), and an NMOS transistor constituting the non-selected nonvolatile semiconductor memory element is provided. Turn off.
When the storage unit 600-1 stores data “0” and a terminal and a signal line are applied under the bias condition, the current flowing through the data line D is smaller than the current flowing through the data line DB. The current difference is input to the sense amplifier unit 400 via the NMOS transistor 501 and the NMOS transistor 502. Here, when the detection control line SEN is switched to the power supply voltage, the sense amplifier unit 400 detects data “0” and outputs the data “0” to the Main Amp 300 via the output line SO and the output line SOB. The MainAmp 300 amplifies the input data “0” and outputs it.
The same applies to the case where the storage unit 600-1 stores data “1”.
Further, in the operation of reading data from other nonvolatile semiconductor memory elements, 3 V is applied to the word line WLm and the word line WLmB connected to the selected memory unit 600-m, and the other terminals are given similar bias conditions. Do that.

(書き込み動作)
チャネルホットエレクトロンを利用し、第3実施形態の不揮発性半導体記憶装置3に係る記憶部600−1を選択し、データ“0”を記憶させる動作である書き込み動作について説明する。
MainAmp300は、出力線SOにセンスアンプ部400の電源電圧である2Vを印加し、出力線SOBに半導体基板が印加される電圧である0Vを印加する。また、検出制御線SENに2Vを印加する。また、カラム信号COLiに2Vを印加する。これにより、データ線Dの電圧は0Vになり、データ線DBの電圧は2Vになる。また、ワード線WL1に5Vを印加し、ワード線WL1Bに−2Vを印加し、ソース線Sに5Vを印加し、ソース線SBに7Vを印加する。この結果、NMOSトランジスタ61−1のソース近傍で発生したホットエレクトロンの一部がゲートへ移動し、結晶欠陥に電子がトラップされる。また、NMOSトランジスタ62−1のソース近傍の拡散層に広がる空乏層で、バンド間トンネル電流が流れ、ホットホールが発生する。NMOSトランジスタ62−1の結晶欠陥に正孔がトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ61−1は書き込み状態に、NMOSトランジスタ62−1は消去状態になる。また、NMOSトランジスタ61−1の閾値はNMOSトランジスタ62−1の閾値に比べ高く、記憶部600−1がデータ“0”を記憶した状態となる。
(Write operation)
A write operation, which is an operation for selecting the storage unit 600-1 of the nonvolatile semiconductor memory device 3 of the third embodiment and storing data “0” using channel hot electrons, will be described.
MainAmp 300 applies 2V, which is the power supply voltage of the sense amplifier unit 400, to the output line SO, and applies 0V, which is a voltage to which the semiconductor substrate is applied, to the output line SOB. Further, 2V is applied to the detection control line SEN. Further, 2 V is applied to the column signal COLi. As a result, the voltage of the data line D becomes 0V, and the voltage of the data line DB becomes 2V. Further, 5V is applied to the word line WL1, −2V is applied to the word line WL1B, 5V is applied to the source line S, and 7V is applied to the source line SB. As a result, some of the hot electrons generated near the source of the NMOS transistor 61-1 move to the gate, and electrons are trapped in the crystal defects. In addition, a band-to-band tunneling current flows in a depletion layer extending in the diffusion layer near the source of the NMOS transistor 62-1, and a hot hole is generated. Holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 62-1. As a result, the NMOS transistor 61-1 is in a write state and the NMOS transistor 62-1 is in an erase state. Further, the threshold value of the NMOS transistor 61-1 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 62-1, and the storage unit 600-1 stores data "0".

なお、非選択不揮発性半導体記憶素子に接続されたワード線WLmB(m=2,3,…,n)に4Vを印加する。非選択不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタ62−m(m=2,3,…,n)のゲートに4Vを印加することで、ソース近傍の電界が緩和されバンド間トンネル電流の発生を抑える。また、ワード線WLm(m=2,3,…,n)にチャネル電流が流れない電圧、例えば0V、を印加する。これにより、他の不揮発性半導体記憶素子は記憶する内容が変更されない書込み禁止状態となる。   Note that 4 V is applied to the word line WLmB (m = 2, 3,..., N) connected to the non-selected nonvolatile semiconductor memory element. By applying 4V to the gate of the NMOS transistor 62-m (m = 2, 3,..., N) constituting the non-selected nonvolatile semiconductor memory element, the electric field in the vicinity of the source is relaxed, and the generation of the interband tunnel current suppress. Further, a voltage at which no channel current flows to the word line WLm (m = 2, 3,..., N), for example, 0 V is applied. As a result, the other nonvolatile semiconductor memory elements are in a write-inhibited state in which the stored contents are not changed.

(消去動作)
チャネルホットエレクトロンを利用し、第3実施形態の不揮発性半導体記憶装置3に係る記憶部600−1を選択し、データ“1”を記憶させる動作である消去動作について説明する。
MainAmp300は、出力線SOに半導体基板が印加される電圧である0Vを印加し、出力線SOBにセンスアンプ部400の電源電圧である2Vを印加する。また、検出制御線SENに2Vを印加する。また、カラム信号COLiに2Vを印加する。これにより、データ線Dの電圧は2Vになり、データ線DBの電圧は0Vになる。また、ワード線WL1に−2Vを印加し、ワード線WL1Bに5Vを印加し、ソース線Sに7Vを印加し、ソース線SBに5Vを印加する。この結果、NMOSトランジスタ62−1のソース近傍で発生したホットエレクトロンの一部がゲートへ移動し、結晶欠陥に電子がトラップされる。また、NMOSトランジスタ61−1のソース近傍の拡散層に広がる空乏層で、バンド間トンネル電流が流れ、ホットホールが発生する。NMOSトランジスタ61−1の結晶欠陥に正孔がトラップされる。この結果、NMOSトランジスタ61−1は消去状態に、NMOSトランジスタ62−1は書き込み状態になる。また、NMOSトランジスタ62−1の閾値はNMOSトランジスタ61−1の閾値に比べ高く、記憶部600−1がデータ“1”を記憶した状態となる。
(Erase operation)
An erasing operation, which is an operation for selecting the storage unit 600-1 of the nonvolatile semiconductor memory device 3 of the third embodiment and storing data “1” using channel hot electrons, will be described.
MainAmp 300 applies 0 V, which is a voltage applied to the semiconductor substrate, to the output line SO, and applies 2 V, which is the power supply voltage of the sense amplifier unit 400, to the output line SOB. Further, 2V is applied to the detection control line SEN. Further, 2 V is applied to the column signal COLi. As a result, the voltage of the data line D becomes 2V, and the voltage of the data line DB becomes 0V. Further, -2V is applied to the word line WL1, 5V is applied to the word line WL1B, 7V is applied to the source line S, and 5V is applied to the source line SB. As a result, some of the hot electrons generated near the source of the NMOS transistor 62-1 move to the gate, and electrons are trapped in crystal defects. In addition, a band-to-band tunneling current flows in a depletion layer extending in the diffusion layer near the source of the NMOS transistor 61-1, and a hot hole is generated. Holes are trapped in the crystal defects of the NMOS transistor 61-1. As a result, the NMOS transistor 61-1 is in the erased state, and the NMOS transistor 62-1 is in the written state. Further, the threshold value of the NMOS transistor 62-1 is higher than the threshold value of the NMOS transistor 61-1, and the storage unit 600-1 stores data "1".

なお、非選択不揮発性半導体記憶素子に接続されたワード線WLm(m=2,3,…,n)に4Vを印加する。非選択不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタ61−m(m=2,3,…,n)のゲートに4Vを印加することで、ソース近傍の電界が緩和されバンド間トンネル電流の発生を抑える。また、ワード線WLmB(m=2,3,…,n)にチャネル電流が流れない電圧、例えば0V、を印加する。これにより、非選択不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタ61−mとNMOSトランジスタ62−m(m=2,3,…,n)は記憶する内容が変更されない書込み禁止状態となる。   Note that 4 V is applied to the word line WLm (m = 2, 3,..., N) connected to the non-selected nonvolatile semiconductor memory element. By applying 4V to the gate of the NMOS transistor 61-m (m = 2, 3,..., N) constituting the non-selective nonvolatile semiconductor memory element, the electric field in the vicinity of the source is relaxed and the generation of the band-to-band tunnel current is generated. suppress. Further, a voltage at which no channel current flows, for example, 0 V, is applied to the word line WLmB (m = 2, 3,..., N). As a result, the NMOS transistor 61-m and the NMOS transistor 62-m (m = 2, 3,..., N) constituting the non-selected nonvolatile semiconductor memory element are in a write prohibited state in which the stored contents are not changed.

なお、記憶部200とメモリアレイ600を構成する記憶部600−m(m=1,2,…,n)のデータ記憶動作及び読み出し動作において、高電圧を印加しないSRAM部100、SRAM部110、センスアンプ部400及びMainAmp300を、例えば図15に示すプロセス構造を用いることで、微細化加工CMOSプロセスにて製造することができる。ここでは、図15を用いて、第1実施形態の不揮発性半導体記憶装置を高電圧が印加される記憶部200と、高電圧が印加されないSRAM部110とに分け、同一半導体基板上に構成する例を説明する。   In the data storage operation and the read operation of the storage unit 600-m (m = 1, 2,..., N) constituting the storage unit 200 and the memory array 600, the SRAM unit 100, the SRAM unit 110, The sense amplifier unit 400 and the MainAmp 300 can be manufactured by a miniaturized CMOS process by using, for example, the process structure shown in FIG. Here, referring to FIG. 15, the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment is divided into a memory unit 200 to which a high voltage is applied and an SRAM unit 110 to which a high voltage is not applied, and is configured on the same semiconductor substrate. An example will be described.

P型不純物がドーピングされた基板P−sub上に、本第1実施形態のSRAM部100を構成する低電圧系のウェル構造Memoryと、本第1実施形態の記憶部200を構成する高電圧系トランジスタを構成するウェル構造HV−Trを採用する。なお、ウェルとは基板に特定の不純物を加えることで形成されたP型半導体またはN型半導体の領域である。
SRAM部100を構成するトランジスタは、PMOSトランジスタを形成するためのN型ウェルNWとNMOSトランジスタを形成するためのP型ウェルPWを、基板P−sub上に形成されたディープN型ウェルDNW内に形成し構成される(ウェル構造Memory)。
一方、記憶部200を構成するトランジスタは、基板P−sub上にNMOSトランジスタを形成するためのP型ウェルHNWとPMOSトランジスタを形成するためのN型ウェルHPWを形成し構成される(ウェル構造HV−Tr)。
また、高電圧系のN型ウェル及びP型ウェルからディープN型ウェルDNW領域を絶縁するために、絶縁物を埋め込んだ分離溝TIを形成する。
On the substrate P-sub doped with P-type impurities, the low voltage well structure Memory constituting the SRAM unit 100 of the first embodiment and the high voltage system constituting the memory unit 200 of the first embodiment. A well structure HV-Tr constituting a transistor is adopted. The well is a P-type semiconductor or N-type semiconductor region formed by adding a specific impurity to the substrate.
The transistors constituting the SRAM unit 100 include an N-type well NW for forming a PMOS transistor and a P-type well PW for forming an NMOS transistor in a deep N-type well DNW formed on a substrate P-sub. Formed and constructed (well structure Memory).
On the other hand, the transistors constituting the storage unit 200 are formed by forming a P-type well HNW for forming an NMOS transistor and an N-type well HPW for forming a PMOS transistor on a substrate P-sub (well structure HV). -Tr).
Further, in order to insulate the deep N-type well DNW region from the high-voltage N-type well and P-type well, an isolation trench TI in which an insulator is embedded is formed.

第2実施形態及び第3実施形態においても同様に、記憶部200及び記憶部600−m(m=1,2,…,n)を高電圧系のウェル構造HV−Trに形成し、他の部分低電圧系のウェル構造Memoryに形成できる。当該構成を用い、本実施形態の不揮発性半導体記憶素子以外の回路を微細化加工CMOSプロセスにて製造することで、面積を小さくすることができる。   Similarly, in the second embodiment and the third embodiment, the storage unit 200 and the storage unit 600-m (m = 1, 2,..., N) are formed in a high-voltage well structure HV-Tr. A well structure having a partial low voltage system can be formed. By using this configuration and manufacturing a circuit other than the nonvolatile semiconductor memory element of the present embodiment by a miniaturized CMOS process, the area can be reduced.

また、第1実施形態、第2実施形態及び第3実施形態で不揮発性半導体記憶素子を構成するNMOSトランジスタのゲートに負の電圧を印加していたが、半導体基板(図15におけるHPW)に正の電圧を印加することで、ゲートに印加する電圧は正の範囲になり、電圧の制御が容易になる。例えば、実施形態においてゲートに−2Vを印加する場合では、半導体基板に2Vを印加することで、ゲートに0Vを印加しても半導体基板との電圧差は2V得ることができる。   Further, in the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, a negative voltage is applied to the gate of the NMOS transistor constituting the nonvolatile semiconductor memory element, but the positive voltage is applied to the semiconductor substrate (HPW in FIG. 15). By applying this voltage, the voltage applied to the gate is in the positive range, and the voltage can be easily controlled. For example, in the embodiment, when −2 V is applied to the gate, 2 V is applied to the semiconductor substrate, so that a voltage difference of 2 V from the semiconductor substrate can be obtained even when 0 V is applied to the gate.

以上説明したように、従来のEEPROM等では、フローティングゲートを用い不揮発性半導体記憶素子を構成していた。これに対して、本実施形態では、半導体基板とゲート酸化膜との境界付近に存在する結晶欠陥に電子または正孔をトラップさせ閾値が変化することを利用する。逆方向に閾値を変化させた二つのトランジスタを一組として記憶部を構成し、当該トランジスタに生じる電圧差を利用してデータを記憶する。この不揮発性半導体記憶素子は標準的なCMOSプロセスを用いて製造できる。また、電子又は正孔をトラップする際に流す電流は、ゲートの電圧で制御することができるのでアバランシェブレイクダウン電流を流さず行え、トランジスタを劣化させずにデータの変更ができる。   As described above, in a conventional EEPROM or the like, a nonvolatile semiconductor memory element is configured using a floating gate. On the other hand, this embodiment utilizes the fact that the threshold value changes by trapping electrons or holes in crystal defects existing near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film. A storage unit is configured with a pair of two transistors whose threshold values are changed in the opposite direction, and data is stored using a voltage difference generated in the transistors. The nonvolatile semiconductor memory element can be manufactured using a standard CMOS process. Further, since the current that flows when trapping electrons or holes can be controlled by the gate voltage, it can be performed without flowing an avalanche breakdown current, and data can be changed without degrading the transistor.

1 不揮発性半導体記憶装置
2 不揮発性半導体記憶装置
3 不揮発性半導体記憶装置
100 SRAM部
101 NMOSトランジスタ
102 NMOSトランジスタ
103 PMOSトランジスタ
104 PMOSトランジスタ
105 NMOSトランジスタ
106 NMOSトランジスタ
110 SRAM部
111 NMOSトランジスタ
112 NMOSトランジスタ
113 PMOSトランジスタ
114 PMOSトランジスタ
115 NMOSトランジスタ
116 NMOSトランジスタ
117 PMOSトランジスタ
200 記憶部
201 NMOSトランジスタ
202 NMOSトランジスタ
300 MainAmp
41 PMOSトランジスタ
42 PMOSトランジスタ
43 NMOSトランジスタ
44 NMOSトランジスタ
45 NMOSトランジスタ
400 センスアンプ部
501 NMOSトランジスタ
502 NMOSトランジスタ
600 メモリアレイ
600−m 記憶部
61−m NMOSトランジスタ
62−m NMOSトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonvolatile semiconductor memory device 2 Nonvolatile semiconductor memory device 3 Nonvolatile semiconductor memory device 100 SRAM part 101 NMOS transistor 102 NMOS transistor 103 PMOS transistor 104 PMOS transistor 105 NMOS transistor 106 NMOS transistor 110 SRAM part 111 NMOS transistor 112 NMOS transistor 113 PMOS Transistor 114 PMOS transistor 115 NMOS transistor 116 NMOS transistor 117 PMOS transistor 200 Storage unit 201 NMOS transistor 202 NMOS transistor 300 MainAmp
41 PMOS transistor 42 PMOS transistor 43 NMOS transistor 44 NMOS transistor 45 NMOS transistor 400 Sense amplifier section 501 NMOS transistor 502 NMOS transistor 600 Memory array 600-m Storage section 61-m NMOS transistor 62-m NMOS transistor

Claims (14)

第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部を備える不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備える半導体基板上に形成されたトランジスタは、
前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのゲートに第1の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第1の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることにより情報を記憶し、
前記第1の高電圧は前記第2の高電圧より高い電圧であり、前記第2の高電圧は前記第1の低電圧より高い電圧であり、前記第1の低電圧は前記第2の低電圧より高い電圧であり、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子は、正孔又は電子をトラップさせる手段を具備し、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子は前記第1の不揮発性半導体記憶素子に正孔をトラップさせる場合に電子をトラップし、前記第1の不揮発性半導体記憶素子に電子をトラップさせる場合に正孔をトラップする手段を具備し、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子と前記第2の不揮発性半導体記憶素子との特性差を検出する検出回路を具備する、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a non-volatile semiconductor memory device including a memory unit that includes a set of a first non-volatile semiconductor memory element and a second non-volatile semiconductor memory element,
The transistors formed on the semiconductor substrate included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element are:
When trapping electrons in a crystal defect near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, a first low voltage is applied to the gate of the transistor and applied to one of the source and drain terminals of the transistor. A first high voltage is applied to generate a band-to-band tunnel current between the terminal and the semiconductor substrate to trap electrons in the crystal defects;
When trapping holes in the crystal defect, a second low voltage is applied to the gate, a second high voltage is applied to one of the source and drain terminals of the transistor, the terminal, the semiconductor substrate, Inter-band tunneling current and hot holes that are holes with high energy are generated and trap holes in the crystal defects,
Storing information by trapping holes or electrons in the crystal defects;
The first high voltage is higher than the second high voltage, the second high voltage is higher than the first low voltage, and the first low voltage is higher than the second low voltage. A voltage higher than the voltage,
The first nonvolatile semiconductor memory element comprises means for trapping holes or electrons,
Said second non-volatile semiconductor memory element, the case of trapping holes and trapping electrons in the first non-volatile semiconductor memory device, in the case of trapping electrons in the first non-volatile semiconductor memory device Comprising means for trapping holes ;
A detection circuit for detecting a characteristic difference between the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element;
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGと、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子Sと、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線BitBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子SBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線Bitと、
を備え、
前記検出回路は、
前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBに流れる電流の差で示される前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が記憶する2値情報を検出し、前記2値情報をデータ線DL及びデータ線DLBへ出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
A terminal CG connected to a gate of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal S connected to a source of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A bit line BitB connected to a drain of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal CGB connected to the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal SB connected to a source of the second nonvolatile semiconductor memory element;
A bit line Bit connected to the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element;
With
The detection circuit includes:
Binary information stored in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element indicated by a difference between currents flowing in the bit line Bit and the bit line BitB is detected, and the binary information is detected. Is output to the data line DL and the data line DLB.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記端子CGに前記第1の低電圧を印加し前記端子Sに前記第1の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、前記端子CGBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、前記記憶部に情報を書き込み、
前記端子CGに前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流とホットホールを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、前記端子CGBに前記第1の低電圧を印加し前記端子SBに前記第1の高電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、前記記憶部から情報を消去し、
前記端子CGと前記端子CGBと前記端子Sと前記端子SBに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBから前記2値情報を検出し、当該2値情報を前記データ線DL及び前記データ線DLBへ出力することにより、前記記憶部の記憶する情報を読み出す、
ことを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
The first low voltage is applied to the terminal CG, the first high voltage is applied to the terminal S, and the band between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate is between A tunnel current is generated to trap electrons in the crystal defects of the transistor, the second low voltage is applied to the terminal CGB, the second high voltage is applied to the terminal SB, and the second nonvolatile By generating a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source of the transistor included in the semiconductor memory element and the semiconductor substrate and trapping the hole in the crystal defect of the transistor, information is written in the memory unit,
The second low voltage is applied to the terminal CG, the second high voltage is applied to the terminal S, and the band between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate is between A tunnel current and a hot hole are generated to trap a hole in a crystal defect of the transistor, the first low voltage is applied to the terminal CGB, the first high voltage is applied to the terminal SB, and the first Information is erased from the memory unit by generating an interband tunnel current between the source of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element of 2 and the semiconductor substrate and trapping electrons in crystal defects of the transistor;
The binary information is detected from the bit line Bit and the bit line BitB by applying a voltage that is a power supply voltage of the detection circuit to the terminal CG, the terminal CGB, the terminal S, and the terminal SB. By reading binary information to the data line DL and the data line DLB, information stored in the storage unit is read.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2.
前記不揮発性半導体記憶装置において、更に、
電源供給線と前記検出回路との間に、電源供給をオンとオフの切替えをする電源スイッチ用トランジスタを備え、
前記電源スイッチ用トランジスタのゲートが接続される検出制御線SETを備え、
前記検出制御線SETを用いて前記電源スイッチ用トランジスタのオンとオフの切替えを行い、前記検出回路が前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBの電流の差を検出し記憶するか否かを選択し、
前記検出制御線SETにより前記検出回路をオフすることで、前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子の情報の書き込み及び消去の際に、前記ビット線BitBに接続される前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレイン及び前記ビット線Bitが接続される前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインをオープンにする、
ことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device, further,
Between the power supply line and the detection circuit, a power switch transistor for switching the power supply on and off,
A detection control line SET to which a gate of the power switch transistor is connected;
The detection control line SET is used to switch the power switch transistor on and off, and the detection circuit selects whether or not to detect and store a difference in current between the bit line Bit and the bit line BitB. ,
By turning off the detection circuit by the detection control line SET, it is connected to the bit line BitB at the time of writing and erasing information of the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element Opening the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element and the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element to which the bit line Bit is connected;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3.
第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部を備える不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備える半導体基板上に形成されたトランジスタは、
前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのソースとドレインとゲートとに電圧を印加し、前記ソースと前記ドレインとの間にチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることにより情報を記憶し、
前記第2の低電圧は、前記第2の高電圧より低い電圧であり、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子は、正孔又は電子をトラップさせる手段を具備し、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子は前記第1の不揮発性半導体記憶素子に正孔をトラップさせる場合に電子をトラップし、前記第1の不揮発性半導体記憶素子に電子をトラップさせる場合に正孔をトラップする手段を具備し、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子と前記第2の不揮発性半導体記憶素子との特性差を検出する検出回路を具備する、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a non-volatile semiconductor memory device including a memory unit that includes a set of a first non-volatile semiconductor memory element and a second non-volatile semiconductor memory element,
The transistors formed on the semiconductor substrate included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element are:
When trapping electrons in a crystal defect near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, a voltage is applied to the source, drain, and gate of the transistor, and a channel current is generated between the source and the drain. And hot electrons, which are electrons with high energy, and trap the electrons in the crystal defects,
When trapping holes in the crystal defect, a second low voltage is applied to the gate, a second high voltage is applied to one of the source and drain terminals of the transistor, the terminal, the semiconductor substrate, Inter-band tunneling current and hot holes that are holes with high energy are generated and trap holes in the crystal defects,
Storing information by trapping holes or electrons in the crystal defects;
The second low voltage is a voltage lower than the second high voltage;
The first nonvolatile semiconductor memory element comprises means for trapping holes or electrons,
Said second non-volatile semiconductor memory element, the case of trapping holes and trapping electrons in the first non-volatile semiconductor memory device, in the case of trapping electrons in the first non-volatile semiconductor memory device Comprising means for trapping holes ;
A detection circuit for detecting a characteristic difference between the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element;
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGと、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子Sと、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線BitBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のゲートに接続される端子CGBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のソースに接続される端子SBと、
前記第2の不揮発性半導体記憶素子のドレインに接続されるビット線Bitと、
を備え、
前記検出回路は、
前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBに流れる電流の差で示される前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が記憶する2値情報を検出し、前記2値情報をデータ線DL及びデータ線DLBへ出力する、
ことを特徴とする請求項5に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
A terminal CG connected to a gate of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal S connected to a source of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A bit line BitB connected to a drain of the first nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal CGB connected to the gate of the second nonvolatile semiconductor memory element;
A terminal SB connected to a source of the second nonvolatile semiconductor memory element;
A bit line Bit connected to the drain of the second nonvolatile semiconductor memory element;
With
The detection circuit includes:
Binary information stored in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element indicated by a difference between currents flowing in the bit line Bit and the bit line BitB is detected, and the binary information is detected. Is output to the data line DL and the data line DLB.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記データ線DLに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線Bitに電源電圧を印加し、前記端子SBと前記端子CGBとに電圧を印加し前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、前記データ線DLBに半導体基板に印加される電圧を印加することで前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線BitBに半導体基板と同じ電圧を印加し、前記端子CGと前記端子Sとに電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間のチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることにより、前記記憶部に情報を書き込み、
前記データ線DLに半導体基板と同じ電圧を印加することで前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのドレインが接続される前記ビット線Bitに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記端子Sと前記端子CGとに電圧を印加し、前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンとを発生させ前記第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、前記データ線DLBに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで前記第1の不揮発性半導体記憶素子のドレインが接続される前記ビット線BitBに前記電圧を印加し、前記端子CGに前記第2の低電圧を印加し、前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールとを発生させ前記第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることにより、前記記憶部から情報を消去し、
前記端子CGと前記端子CGBと前記端子Sと前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧である電圧を印加することで、前記ビット線Bit及び前記ビット線BitBから前記2値情報を検出し、当該2値情報を前記データ線DL及び前記データ線DLBへ出力することにより、前記記憶部の記憶する情報を読み出す、
ことを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
By applying a voltage that is a power supply voltage of the detection circuit to the data line DL, a power supply voltage is applied to the bit line Bit to which a drain of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element is connected, and the terminal A voltage is applied to SB and the terminal CGB to generate a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, thereby generating the second nonvolatile A hole is trapped in a crystal defect of a transistor included in the semiconductor memory element and a voltage applied to the semiconductor substrate is applied to the data line DLB so that a drain of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element is connected. The same voltage as that of the semiconductor substrate is applied to the bit line BitB, and the voltage is applied to the terminal CG and the terminal S. In addition, a channel current between a source and a drain of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element and hot electrons which are electrons having high energy are generated, and the first nonvolatile semiconductor memory element is provided. By trapping electrons in crystal defects of the transistor, information is written in the storage unit,
Applying a voltage applied to the semiconductor substrate to the bit line Bit to which a drain of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element is connected by applying the same voltage as the semiconductor substrate to the data line DL, A voltage is applied to the terminal S and the terminal CG to generate a channel current and the hot electrons between the source and drain of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element, thereby the second nonvolatile semiconductor. The electron is trapped in the crystal defect of the transistor included in the memory element, and the voltage which is the power supply voltage of the detection circuit is applied to the data line DLB, so that the drain of the first nonvolatile semiconductor memory element is connected. The voltage is applied to the bit line BitB, the second low voltage is applied to the terminal CG, and the second voltage is applied to the terminal S. A high voltage is applied to generate a band-to-band tunnel current and the hot hole between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, and the first nonvolatile semiconductor memory element is provided. By trapping holes in the crystal defects of the transistor, the information is erased from the storage unit,
The binary information is detected from the bit line Bit and the bit line BitB by applying a voltage that is a power supply voltage of the detection circuit to the terminal CG, the terminal CGB, the terminal S, and the terminal SB. Reading the information stored in the storage unit by outputting the binary information to the data line DL and the data line DLB;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6.
第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部が複数配列された不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子は半導体基板上に形成されたトランジスタを備え、
前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのゲートに第1の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインのいずれか1つの端子に第1の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ前記結晶欠陥に電子をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、
前記第1の低電圧は前記第2の低電圧より高い電圧であり、前記第1の高電圧は前記第2の高電圧より高い電圧であり、前記第2の低電圧は前記トランジスタの半導体基板に印加する電圧以下であり、
前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることによりトランジスタの前記ソースと前記ドレインとの間に電流が流れるときの特性差を記憶させ、
前記ソース及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ドレインに流れる電流量を検出するか、又は、前記ドレイン及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ソースに流れる電流量を検出することで記憶する情報を読み出す、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of storage units each including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged,
The first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element include a transistor formed on a semiconductor substrate,
When trapping electrons in a crystal defect near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, a first low voltage is applied to the gate of the transistor and applied to one of the source and drain terminals of the transistor. A first high voltage is applied to generate a band-to-band tunnel current between the terminal and the semiconductor substrate to trap electrons in the crystal defects;
When trapping holes in the crystal defect, a second low voltage is applied to the gate, a second high voltage is applied to one of the source and drain terminals of the transistor, and the terminal and the semiconductor substrate Inter-band tunneling current and hot holes that are holes with high energy are generated between them, and the holes are trapped in the crystal defects,
The first low voltage is higher than the second low voltage, the first high voltage is higher than the second high voltage, and the second low voltage is a semiconductor substrate of the transistor. Less than the voltage applied to
The characteristic difference when a current flows between the source and the drain of the transistor by trapping holes or electrons in the crystal defects is memorized,
A power supply voltage of a semiconductor circuit including the transistor is applied to the source and the gate, and an amount of current flowing through the drain is detected, or a power supply voltage of a semiconductor circuit including the transistor is applied to the drain and the gate. , To read information stored by detecting the amount of current flowing through the source,
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記複数の記憶部が有する第1の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線Dと、
前記複数の記憶部が有する第2の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線DBと、
前記記憶部が記憶する情報を検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した情報を増幅し出力するメインアンプ部と、
前記メインアンプ部が出力する端子OUTと、
前記データ線Dと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第1のトランスファゲートと、
前記データ線DBと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第2のトランスファゲートと、
前記第1のトランスファゲート及び前記第2のトランスファゲートのゲートに接続されるカラム選択信号と、
前記記憶部が備える第1の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子Sと、
前記記憶部が備える第2の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子SBと、
前記各記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第1の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第1のワード線WLnと、
前記各記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第2のワード線WLnBと、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
A data line D commonly connected to the drains of the transistors of the first nonvolatile semiconductor memory elements of the plurality of memory units;
A data line DB commonly connected to the drains of the transistors of the second nonvolatile semiconductor memory element included in the plurality of memory units;
A detection circuit for detecting information stored in the storage unit;
A main amplifier unit that amplifies and outputs information detected by the detection circuit;
A terminal OUT output from the main amplifier unit;
A first transfer gate that switches on and off the connection between the data line D and the detection circuit;
A second transfer gate for switching on and off the connection between the data line DB and the detection circuit;
A column selection signal connected to the gates of the first transfer gate and the second transfer gate;
A terminal S to which the sources of the first nonvolatile semiconductor memory elements included in the memory unit are commonly connected;
A terminal SB to which the sources of the second nonvolatile semiconductor memory elements included in the memory unit are commonly connected;
A first word line WLn connected to a gate of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element for selecting the first nonvolatile semiconductor memory element of each memory unit;
A second word line WLnB connected to a gate of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element for selecting a second nonvolatile semiconductor memory element of each memory unit;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, comprising:
前記不揮発性半導体記憶装置において、
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に前記第1の低電圧を印加し前記端子Sに前記第1の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールを発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、選択する記憶部に情報を書き込み、
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に前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBに前記第1の低電圧を印加し前記端子SBに前記第1の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、選択する記憶部から情報を消去し、
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及び前記第2のワード線WLnBと前記端子S及び前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧を印加し記憶部から記憶する情報を出力させると共に、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記情報を前記検出回路に検出させ、前記検出回路が検出した前記情報を前記メインアンプ部で増幅し前記端子OUTへ出力することで、選択する記憶部から情報を読み出す、
ことを特徴とする請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
When a desired storage unit is selected from the plurality of storage units, the first low voltage is applied to the first word line WLn in the selected storage unit, and the first high voltage is applied to the terminal S. In addition, an interband tunnel current is generated between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory portion and the semiconductor substrate, and electrons are trapped in crystal defects of the transistor. The second low voltage is applied to the second word line WLnB, the second high voltage is applied to the terminal SB, and the source and semiconductor of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit Information is written to the memory unit to be selected by generating a band-to-band tunnel current and the hot hole between the substrate and trapping the hole in the crystal defect of the transistor. ,
When selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the second low voltage is applied to the first word line WLn in the selected storage unit, and the second high voltage is applied to the terminal S. And generating a band-to-band tunnel current between the source of the transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit and the semiconductor substrate, trapping holes in crystal defects of the transistor, and the memory unit The first low voltage is applied to the second word line WLnB and the first high voltage is applied to the terminal SB, and the source of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element of the memory portion is By generating a band-to-band tunneling current between the semiconductor substrate and trapping electrons in the crystal defects of the transistor, information is erased from the memory unit to be selected,
When a desired storage unit is selected from the plurality of storage units, the first word line WLn and the second word line WLnB, the terminal S, and the terminal SB in the selected storage unit are connected to the detection circuit. Applying power supply voltage to output information stored from the storage unit, applying voltage to the column selection signal to cause the detection circuit to detect the information, and amplifying the information detected by the detection circuit by the main amplifier unit Then, by outputting to the terminal OUT, information is read from the storage unit to be selected.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 9.
第1の不揮発性半導体記憶素子と第2の不揮発性半導体記憶素子とを一組とした記憶部が複数配列された不揮発性半導体記憶装置において、
前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子は半導体基板上に形成されたトランジスタを備え、
前記トランジスタの半導体基板とゲート酸化膜との境界付近にある結晶欠陥に電子をトラップする場合、前記トランジスタのソース、ドレイン、及びゲートに電圧を印加し、前記ソースと前記ドレインとの間にチャネル電流と高エネルギーを持つ電子であるホットエレクトロンとを発生させ、前記結晶欠陥に電子をトラップし、
前記結晶欠陥に正孔をトラップする場合、前記ゲートに第2の低電圧を印加し前記トランジスタのソース又はドレインいずれか1つの端子に第2の高電圧を印加し当該端子と前記半導体基板との間にバンド間トンネル電流と高エネルギーを持つ正孔であるホットホールとを発生させ前記結晶欠陥に正孔をトラップし、
前記第2の高電圧は、前記第2の低電圧より高い電圧であり、
前記結晶欠陥に正孔又は電子をトラップすることによりトランジスタの前記ソースと前記ドレインとの間に電流が流れるときの特性差を記憶させ、
前記ソース及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ドレインに流れる電流量を検出するか、又は、前記ドレイン及び前記ゲートに前記トランジスタを備える半導体回路の電源電圧を印加し、前記ソースに流れる電流量を検出することで記憶する情報を読み出す、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a nonvolatile semiconductor memory device in which a plurality of storage units each including a first nonvolatile semiconductor memory element and a second nonvolatile semiconductor memory element are arranged,
The first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element include a transistor formed on a semiconductor substrate,
When trapping electrons in a crystal defect near the boundary between the semiconductor substrate and the gate oxide film of the transistor, a voltage is applied to the source, drain, and gate of the transistor, and a channel current is generated between the source and the drain. And hot electrons, which are electrons with high energy, trap electrons in the crystal defects,
When trapping holes in the crystal defect, a second low voltage is applied to the gate, a second high voltage is applied to one of the source and drain terminals of the transistor, and the terminal and the semiconductor substrate Inter-band tunneling current and hot holes that are holes with high energy are generated between them, and the holes are trapped in the crystal defects,
The second high voltage is higher than the second low voltage;
The characteristic difference when a current flows between the source and the drain of the transistor by trapping holes or electrons in the crystal defects is memorized,
A power supply voltage of a semiconductor circuit including the transistor is applied to the source and the gate, and an amount of current flowing through the drain is detected, or a power supply voltage of a semiconductor circuit including the transistor is applied to the drain and the gate. , To read information stored by detecting the amount of current flowing through the source,
A non-volatile semiconductor memory device.
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記複数の記憶部が有する第1の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線Dと、
前記複数の記憶部が有する第2の不揮発性半導体記憶素子のトランジスタのドレインが共通接続されるデータ線DBと、
前記データ線Dと前記データ線DBとを介して前記記憶部の記憶する情報が入力され、入力された情報を検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した情報を増幅し出力するメインアンプ部と、
前記メインアンプ部が出力する端子OUTと、
前記データ線Dと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第1のトランスファゲートと、
前記データ線DBと前記検出回路の接続のオンとオフとを切替える第2のトランスファゲートと、
前記第1のトランスファゲート及び前記第2のトランスファゲートのゲートに接続されるカラム選択信号と、
前記記憶部が備える第1の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子Sと、
前記記憶部が備える第2の不揮発性半導体記憶素子のソースが共通接続される端子SBと、
前記各記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第1の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第1のワード線WLnと、
前記各記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子を選択するための前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタのゲートに接続された第2のワード線WLnBと、
を備えることを特徴とする請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
A data line D commonly connected to the drains of the transistors of the first nonvolatile semiconductor memory elements of the plurality of memory units;
A data line DB commonly connected to the drains of the transistors of the second nonvolatile semiconductor memory element included in the plurality of memory units;
Information stored in the storage unit is input via the data line D and the data line DB, and a detection circuit that detects the input information;
A main amplifier unit that amplifies and outputs information detected by the detection circuit;
A terminal OUT output from the main amplifier unit;
A first transfer gate that switches on and off the connection between the data line D and the detection circuit;
A second transfer gate for switching on and off the connection between the data line DB and the detection circuit;
A column selection signal connected to the gates of the first transfer gate and the second transfer gate;
A terminal S to which the sources of the first nonvolatile semiconductor memory elements included in the memory unit are commonly connected;
A terminal SB to which the sources of the second nonvolatile semiconductor memory elements included in the memory unit are commonly connected;
A first word line WLn connected to a gate of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element for selecting the first nonvolatile semiconductor memory element of each memory unit;
A second word line WLnB connected to a gate of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element for selecting a second nonvolatile semiconductor memory element of each memory unit;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, comprising:
前記不揮発性半導体記憶装置において、
前記複数の記憶部から選択された前記記憶部の第1のワード線WLnと前記端子Sとに電圧を印加し、前記メインアンプ部は、前記検出回路を通じて、前記データ線Dに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記第1のトランスファゲートをオンすることで選択された前記記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせると共に、当該記憶部の前記第2のワード線WLnBに前記第2の低電圧を印加し前記端子SBに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流と前記ホットホールを発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせることで、選択する前記記憶部に情報を書き込み、
前記複数の記憶部から選択された記憶部の前記第1のワード線WLnに前記第2の低電圧を印加し前記端子Sに前記第2の高電圧を印加し、当該記憶部の第1の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースと半導体基板との間にバンド間トンネル電流を発生させ、当該トランジスタの結晶欠陥に正孔をトラップさせると共に、当該記憶部における前記第2のワード線WLnBと前記端子SBに電圧を印加し、前記メインアンプ部は、前記検出回路を通じて、前記データ線DBに半導体基板に印加される電圧を印加し、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記第2のトランスファゲートをオンすることで選択された前記記憶部の第2の不揮発性半導体記憶素子が備えるトランジスタのソースとドレインとの間にチャネル電流と前記ホットエレクトロンを発生させ当該トランジスタの結晶欠陥に電子をトラップさせることで、選択する前記記憶部から情報を消去し、
前記複数の記憶部から所望の記憶部を選択する際に、選択する記憶部の前記第1のワード線WLn及び前記第2のワード線WLnBと前記端子S及び前記端子SBとに前記検出回路の電源電圧を印加し記憶部から記憶する情報を出力させると共に、前記カラム選択信号に電圧を印加し前記情報を前記検出回路に検出させ、前記検出回路が検出した前記情報を前記検出回路で増幅し前記端子OUTへ出力することで、選択する記憶部から情報を読み出す、
ことを特徴とする請求項12に記載の不揮発性半導体記憶装置。
In the nonvolatile semiconductor memory device,
A voltage is applied to the first word line WLn and the terminal S of the storage unit selected from the plurality of storage units, and the main amplifier unit applies the data line D to the semiconductor substrate through the detection circuit. A source and a drain of a transistor included in the first nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit selected by applying a voltage to the column selection signal and turning on the first transfer gate A channel current and hot electrons are generated between them to trap electrons in crystal defects of the transistor, and the second low voltage is applied to the second word line WLnB of the memory portion, and the terminal SB A second high voltage is applied, and a band-to-band gap is formed between the source of the transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element of the memory portion and the semiconductor substrate. It raises tail current and the hot holes, by trapping the holes in the crystal defect of the transistor, write information in the storage unit to be selected,
The second low voltage is applied to the first word line WLn of the storage unit selected from the plurality of storage units, the second high voltage is applied to the terminal S, and the first of the storage unit A band-to-band tunneling current is generated between the source of the transistor included in the nonvolatile semiconductor memory element and the semiconductor substrate, holes are trapped in crystal defects of the transistor, and the second word line WLnB in the memory portion A voltage is applied to the terminal SB, and the main amplifier section applies a voltage applied to the semiconductor substrate to the data line DB through the detection circuit, applies a voltage to the column selection signal, and applies the second transfer. A channel current and the host are connected between a source and a drain of a transistor included in the second nonvolatile semiconductor memory element of the memory unit selected by turning on the gate. Be to trap electrons in the crystal defect of the transistor to generate bets electrons, it erases information from the storage unit to be selected,
When selecting a desired storage unit from the plurality of storage units, the first word line WLn, the second word line WLnB, the terminal S, and the terminal SB of the storage unit to be selected are connected to the detection circuit. Applying a power supply voltage to output information stored from the storage unit, applying a voltage to the column selection signal, causing the detection circuit to detect the information, and amplifying the information detected by the detection circuit with the detection circuit By outputting to the terminal OUT, information is read from the storage unit to be selected.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12.
前記第1の不揮発性半導体記憶素子及び前記第2の不揮発性半導体記憶素子が有するトランジスタは、
標準CMOSプロセスで構成される、
ことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The transistors included in the first nonvolatile semiconductor memory element and the second nonvolatile semiconductor memory element are:
Composed of standard CMOS process,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is a memory device.
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