JP6721205B1 - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
【課題】データ書き込み時のリーク電流を抑制させることができるアンチヒューズメモリ及び半導体記憶装置を提供する。【解決手段】半導体記憶装置1には複数のアンチヒューズメモリMが行列状に配置されている。アンチヒューズメモリMは、メモリキャパシタ10とMOSトランジスタ20とを有する。メモリキャパシタ10は、メモリゲート電極10aがMOSトランジスタ20のソース領域20bに接続され、拡散領域10bが列ごとのソース線SLに接続されている。MOSトランジスタ20のゲート電極20aは、列ごとのワード線WLに接続され、ドレイン領域20cは行ごとのビット線BLに接続されており、独立して印加される電圧が制御される。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anti-fuse memory and a semiconductor memory device capable of suppressing a leak current at the time of writing data. A plurality of anti-fuse memories M are arranged in a matrix in a semiconductor memory device 1. The anti-fuse memory M has a memory capacitor 10 and a MOS transistor 20. In the memory capacitor 10, the memory gate electrode 10a is connected to the source region 20b of the MOS transistor 20, and the diffusion region 10b is connected to the source line SL for each column. The gate electrode 20a of the MOS transistor 20 is connected to the word line WL for each column, and the drain region 20c is connected to the bit line BL for each row, and the voltage applied independently is controlled. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、アンチヒューズメモリ及び半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to an antifuse memory and a semiconductor memory device.
データの書き込みを1回限り行えるアンチヒューズメモリが知られている(例えば、特許文献1を参照)。アンチヒューズメモリでは、メモリキャパシタの絶縁膜であるメモリゲート絶縁膜を電気的に絶縁破壊することによって、データの書き込みを行う。 There is known an anti-fuse memory in which data can be written only once (for example, see Patent Document 1). In the anti-fuse memory, data is written by electrically breaking down the memory gate insulating film that is the insulating film of the memory capacitor.
特許文献1には、ダイオード接続されたN型のMOSトランジスタ(整流素子)とメモリキャパシタとからなる複数のアンチヒューズメモリを行列状に配置した半導体記憶装置が記載されている。メモリキャパシタは、ワード線とビット線との電圧差により絶縁破壊されるメモリゲート絶縁膜とメモリゲート電極とを活性領域上に積層した構成である。アンチヒューズメモリの各行に対応してワード線が、各列に対応してビット線がそれぞれ設けられている。各アンチヒューズメモリのメモリキャパシタは、活性領域の一端に設けられた拡散領域にビット線が接続され、メモリゲート電極にMOSトランジスタのソース領域が接続されている。また、MOSトランジスタは、ゲート電極とドレイン領域とが相互に接続されてダイオード接続され、これらのゲート電極及びドレイン領域がワード線に接続されている。
上記半導体記憶装置では、行列状に配置したアンチヒューズメモリのうち、特定のアンチヒューズメモリにデータを書き込む場合には、そのデータを書き込むアンチヒューズメモリに接続されたビット線に0Vの電圧を印加しワード線に5Vの電圧を印加する。それ以外のビット線、ワード線にはそれぞれ3V、0Vの電圧を印加する。これによりデータを書き込むアンチヒューズメモリでは、メモリゲート電極と拡散領域との間にメモリゲート絶縁膜を絶縁破壊する電圧差を生じさせ、それ以外のアンチヒューズメモリではメモリゲート絶縁膜が絶縁破壊しない電圧差としている。 In the above semiconductor memory device, when writing data to a specific antifuse memory among the antifuse memories arranged in a matrix, a voltage of 0 V is applied to the bit line connected to the antifuse memory for writing the data. A voltage of 5V is applied to the word line. Voltages of 3V and 0V are applied to the other bit lines and word lines, respectively. As a result, in an anti-fuse memory that writes data, a voltage difference that causes dielectric breakdown of the memory gate insulating film is generated between the memory gate electrode and the diffusion region, and in other anti-fuse memories, a voltage that does not cause dielectric breakdown of the memory gate insulating film. The difference is.
上記のような構成のアンチヒューズメモリでは、データを書き込むアンチヒューズメモリ(以下、選択アンチヒューズメモリと称する)と同じワード線に接続されているデータを書き込まないアンチヒューズメモリ(以下、非選択アンチヒューズメモリと称する)では、選択アンチヒューズメモリと同じく、MOSトランジスタのゲート電極とドレイン領域とにワード線から書き込み用の5Vの電圧が印加される。この結果、その非選択アンチヒューズメモリにおいても、MOSトランジスタがオン状態となり、5Vの電圧がメモリキャパシタのメモリゲート電極に印加される。非選択アンチヒューズメモリに接続されたビット線には、メモリゲート絶縁膜が絶縁破壊されないように、3Vの電圧が印加されるが、メモリゲート電極と拡散領域との間には約2Vの電圧差が生じる。この結果、当該非選択アンチヒューズメモリのメモリゲート絶縁膜が既に絶縁破壊されている場合に、当該非選択アンチヒューズメモリを通して、ワード線からビット線にリーク電流が流れるという問題があった。 In the antifuse memory configured as described above, an antifuse memory (hereinafter, referred to as a selected antifuse memory) that is connected to the same word line as an antifuse memory to which data is written (hereinafter, referred to as a selected antifuse memory) In the memory), similar to the selective anti-fuse memory, a voltage of 5 V for writing is applied from the word line to the gate electrode and the drain region of the MOS transistor. As a result, even in the non-selected anti-fuse memory, the MOS transistor is turned on and a voltage of 5V is applied to the memory gate electrode of the memory capacitor. A voltage of 3V is applied to the bit line connected to the non-selected anti-fuse memory so that the memory gate insulating film is not broken down, but a voltage difference of about 2V is applied between the memory gate electrode and the diffusion region. Occurs. As a result, when the memory gate insulating film of the non-selected anti-fuse memory is already broken down, there is a problem that a leak current flows from the word line to the bit line through the non-selected anti-fuse memory.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、データ書き込み時のリーク電流を抑制させることができるアンチヒューズメモリ及び半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an anti-fuse memory and a semiconductor memory device capable of suppressing a leak current at the time of writing data.
本発明のアンチヒューズメモリは、活性領域と、前記活性領域上に形成されたメモリゲート絶縁膜と、前記メモリゲート絶縁膜上に形成されたメモリゲート電極とを有するメモリキャパシタと、ゲート電極と、ソース領域と、ドレイン領域とを有するMOSトランジスタとを備え、前記ゲート電極は、ワード線が接続され、前記ドレイン領域は、前記ワード線とは別に設けられたビット線が接続され、前記メモリゲート電極と前記ソース領域とが接続されているものである。 An anti-fuse memory according to the present invention includes a memory capacitor having an active region, a memory gate insulating film formed on the active region, and a memory gate electrode formed on the memory gate insulating film, and a gate electrode, A memory transistor having a source region and a drain region, wherein the gate electrode is connected to a word line, and the drain region is connected to a bit line provided separately from the word line; And the source region are connected to each other.
本発明の半導体記憶装置は、上記アンチヒューズメモリが行列状に配置されたメモリアレイと、前記アンチヒューズメモリの行ごとに設けられ、対応する行内の前記アンチヒューズメモリにそれぞれ接続された前記ビット線と、前記アンチヒューズメモリの列ごとに設けられ、対応する列内の前記アンチヒューズメモリにそれぞれ接続された前記ワード線とを備えるものである。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device including a memory array in which the antifuse memories are arranged in a matrix, and the bit lines provided for each row of the antifuse memories and connected to the antifuse memories in a corresponding row. And the word line provided for each column of the anti-fuse memory and connected to the anti-fuse memory in the corresponding column, respectively.
本発明によれば、MOSトランジスタのゲート電極にワード線を接続し、ドレイン領域をワード線とは別に設けられたビット線に接続して、ゲート電極とドレイン領域とに印加する電圧を独立に制御するので、データの書き込みの際に、書き込みの対象とならないアンチヒューズメモリのMOSトランジスタをオフ状態とすることができ、メモリゲート絶縁膜が既に絶縁破壊されているアンチヒューズメモリのリーク電流を抑制することができる。 According to the present invention, the word line is connected to the gate electrode of the MOS transistor, the drain region is connected to the bit line provided separately from the word line, and the voltages applied to the gate electrode and the drain region are independently controlled. Therefore, when writing data, it is possible to turn off the MOS transistor of the anti-fuse memory that is not the target of writing, and suppress the leak current of the anti-fuse memory in which the memory gate insulating film has already been dielectrically broken down. be able to.
図1において、半導体記憶装置1は、メモリアレイCA、ビット線BL、ワード線WL、ソース線SLを備えている。メモリアレイCAには、複数のアンチヒューズメモリ(メモリセル)Mが行列状に配置されている。ビット線BLは、アンチヒューズメモリMの各行に対応してそれぞれ設けられ、ワード線WL及びソース線SLは、アンチヒューズメモリMの各列に対応してそれぞれ設けられている。すなわち、行方向に並ぶアンチヒューズメモリMにて一のビット線BLを共有しているとともに、列方向に並ぶアンチヒューズメモリMにて一のワード線WL及び一のソース線SLを共有している。
In FIG. 1, the
なお、以下では、個々のアンチヒューズメモリMを区別する場合には、i及びjを1、2、3・・・として、第i列第j行のものをアンチヒューズメモリMijとして説明する。また、ワード線WL、ソース線SLを特定の列のものに区別する場合には、第i列のものをワード線WLi、ソース線SLiとして説明する。ビット線BLについても同様に、特定の行のものに区別する場合には、第j行のものをビット線BLjとして説明する。 In the following, when distinguishing the individual anti-fuse memories M, i and j will be described as 1, 2, 3,... And the one in the i-th column and the j-th row will be described as the anti-fuse memory Mij. Further, when distinguishing the word line WL and the source line SL into a specific column, the i-th column will be described as a word line WLi and a source line SLi. Similarly, for the bit line BL, when the bit line BL is classified into a particular row, the j-th row is described as the bit line BLj.
さらに、データの書き込み及び読み出しの対象となるアンチヒューズメモリMと、対象とならないアンチヒューズメモリMとを区別する場合には、前者を選択アンチヒューズメモリM、後者を非選択アンチヒューズメモリMと称して説明する。 Furthermore, when distinguishing the anti-fuse memory M that is the target of data writing and reading from the anti-fuse memory M that is not the target, the former is called the selected anti-fuse memory M and the latter is called the non-selected anti-fuse memory M. Explain.
アンチヒューズメモリMは、いずれも同一の構成であり、それぞれメモリキャパシタ10とMOSトランジスタ20とを有している。各ワード線WL及び各ソース線SLは、それぞれ対応する列の各アンチヒューズメモリMに接続されている。各ビット線BLは、対応する行の各アンチヒューズメモリMに接続されている。したがって、第i列第j行のアンチヒューズメモリMijは、ワード線WLi、ソース線SLi、ビット線BLjにそれぞれ接続されている。なお、後述するように、ビット線BLは、行方向に延在し、ワード線WL及びソース線SLは、列方向に延在しており、互いに直交している。
The anti-fuse memories M have the same structure and each have a
また、半導体記憶装置1は、列選択回路25、行選択回路26、センスアンプ27を備えている。ビット線BLは、行選択回路26及びセンスアンプ27にそれぞれ接続され、ワード線WL及びソース線SLは、それぞれ列選択回路25に接続されている。
The
アンチヒューズメモリMは、MOSトランジスタ20のゲート電極20aがワード線WLに、ソース領域20bがメモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aに、ドレイン領域20cがビット線BLにそれぞれ接続されている。また、メモリキャパシタ10の拡散領域10bがソース線SLに接続されている。アンチヒューズメモリMは、列選択回路25及び行選択回路26によって、接続されたビット線BL、ソース線SL及びワード線WLの電圧が制御されることで、データの書き込み、読み出しが行われる。
In the anti-fuse memory M, the
メモリキャパシタ10は、メモリゲート電極10a、拡散領域10b、メモリゲート絶縁膜10c(図2参照)を有しており、メモリゲート絶縁膜10cの絶縁破壊の有無により、1ビットのデータを不揮発的に保持する。すなわち、メモリキャパシタ10は、メモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊されておらずメモリゲート電極10aと拡散領域10bとの間が電気的に絶縁されている絶縁状態と、メモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊されてメモリゲート電極10aと拡散領域10bとが電気的に短絡した短絡状態が1ビットデータの「0」また「1」に対応する。なお、この例では、メモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊して短絡状態とすることを、アンチヒューズメモリMのデータの書き込みと称している。また、データ読み出しは、メモリキャパシタ10が絶縁状態であるか短絡状態であるかを検出することを意味する。
The
データの書き込み及び読み出しの際に、列選択回路25は、ワード線WL及びソース線SLに電圧を印加し、行選択回路26は、ビット線BLに電圧を印加する。ワード線WLに印加する電圧としては、書き込み時の第1選択列電圧及び第1非選択列電圧と、読み出し時の第2選択列電圧及び第2非選択列電圧とがある。また、ソース線SLに印加する電圧としては、書き込み時の第1ソース線電圧と、読み出し時の第2ソース線電圧とがある。ビット線BLに印加する電圧としては、書き込み時の第1選択行電圧及び第1非選択行電圧と、読み出し時の第2選択行電圧及び第2非選択行電圧とがある。これらの電圧の詳細については、後述する。
At the time of writing and reading data, the
データの読み出しには、プリチャージ方式を採用している。センスアンプ27は、第2選択行電圧にまでプリチャージされたビット線BLの電位の変化に基づいて、アンチヒューズメモリMに書き込まれている1ビットのデータを取得する。例えば、センスアンプ27は、ビット線BLの電位が一定の時間内に所定の閾値電位よりも低下するか否かを検出する。なお、この例ではデータの読み出しではプリチャージ方式を用いているが、データの読み出しの方式は特に限定されない。
A precharge method is used for reading data. The
図2にアンチヒューズメモリMの断面構造の一例を示す。なお、行方向に隣接するアンチヒューズメモリM同士は、列方向に対して線対称な配置である。このため、アンチヒューズメモリMには、図2に示される配置とこれに線対称な配置とがある。アンチヒューズメモリMは、半導体基板S1上のP型のウエルS2に形成されている。P型のウエルS2には、絶縁材料で形成された素子分離膜ILによって行方向に分離された、第1活性領域31と第2活性領域32が設けられている。
FIG. 2 shows an example of a sectional structure of the anti-fuse memory M. The antifuse memories M adjacent in the row direction are arranged line-symmetrically with respect to the column direction. Therefore, the anti-fuse memory M has an arrangement shown in FIG. 2 and an arrangement symmetrical with respect to this. The anti-fuse memory M is formed in the P-type well S2 on the semiconductor substrate S1. The P-type well S2 is provided with a first
第1活性領域31には、メモリキャパシタ10が形成されている。第1活性領域31には、素子分離膜ILと所定の間隔を空けて、N型のドーパントを高濃度ドープした拡散領域10bが形成されている。後述するように、拡散領域10bはソース線SLとして働く。素子分離膜ILと拡散領域10bとの間の第1活性領域31上には、メモリゲート絶縁膜10cが形成されている。メモリゲート絶縁膜10c、素子分離膜ILの各上面にまたがってメモリゲート電極10aが設けられている。メモリゲート電極10aの両側壁には、絶縁材料で形成されたサイドウォールSW1が設けられている。
The
第2活性領域32には、MOSトランジスタ20が形成されている。第2活性領域32には、素子分離膜ILに隣接するように、N型のドーパントを高濃度ドープしたソース領域20bが形成されている。また、第2活性領域32には、ソース領域20bと所定の間隔を空けて、N型のドーパントを高濃度ドープしたドレイン領域20cが形成されている。ソース領域20bとドレイン領域20cとの間の第2活性領域32上には、ゲート絶縁膜20dが形成され、このゲート絶縁膜20dの上にゲート電極20aが形成されている。後述するように、ゲート電極20aはワード線WLとして働く。ゲート電極20aの両側壁には、絶縁材料で形成されたサイドウォールSW2が設けられている。ゲート絶縁膜20dは、データの書き込みの際に絶縁破壊しないように、その厚みが第1選択列電圧に応じて決められ、メモリゲート絶縁膜10cのものよりも大きくされている。
The
MOSトランジスタ20のソース領域20bと、メモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aとにまたがって、コンタクトC1が設けられている。このコンタクトC1により、メモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aとMOSトランジスタ20のソース領域20bが接続されている。コンタクトC1によりメモリゲート電極10aとソース領域20bとを接続することに代えて、メモリゲート電極10a上とソース領域20b上にそれぞれコンタクトを設け、それぞれのコンタクトを配線で接続してもよい。
A contact C1 is provided across the
ドレイン領域20cには、コンタクトC2が設けられており、このコンタクトC2により、ゲート電極20aよりも上層のメタル配線層に設けたメタル配線からなるビット線BLに接続されている。この例では、コンタクトC2は、コンタクトC1と同層に形成されたコンタクトC2aと、このコンタクトC2aの上部に形成されたコンタクトC2bとからなる。コンタクトC2を一のコンタクトで形成してもよい。ビット線BLは、行方向に延設されている。メモリゲート電極10a、ゲート電極20a、コンタクトC1、コンタクトC2、ビット線BLは、層間絶縁膜により覆われている。メモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aと、MOSトランジスタ20のゲート電極20aは、同一工程で形成された、同じ配線層(同層)の配線である。
A contact C2 is provided in the
図3にアンチヒューズメモリMの平面レイアウトの一例を示す。複数のアンチヒューズメモリMが行列状に配置され、メモリアレイCAを構成する。行方向に隣接するアンチヒューズメモリMの各要素の配置は、上述のように列方向に対して線対称である。また、各行におけるアンチヒューズメモリMの各要素の配置は同じである。 FIG. 3 shows an example of a plane layout of the anti-fuse memory M. A plurality of anti-fuse memories M are arranged in a matrix to form a memory array CA. The arrangement of each element of the anti-fuse memory M adjacent in the row direction is line-symmetric with respect to the column direction as described above. The arrangement of each element of the anti-fuse memory M in each row is the same.
ウエルS2には、列方向に延在した複数の第1活性領域31が形成されている。第1活性領域31は、N型のドーパントが高濃度でドープされ、ソース線SLを構成する。メモリアレイ端の第1活性領域31上にコンタクトC3が形成され、ソース線SLは、コンタクトC3、メタル配線(図示省略)等を介して列選択回路25に接続され、第1ソース線電圧、第2ソース線電圧が与えられる。ソース線SLは、列方向に延在し、行方向に隣接するアンチヒューズメモリMで共有される。
A plurality of first
互いに隣接する第1活性領域31の間のウエルS2に、行方向に長い矩形状の複数の第2活性領域32が、所定の間隔を空けて列方向に配置されている。第2活性領域32は、行方向に隣接するアンチヒューズメモリMのものと一体化している。
In the well S2 between the first
メモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aは、行方向に長い矩形状に形成され、その一端が第1活性領域31内にまで延びている。他端は、第1活性領域31と第2活性領域32との間にあるが、第2活性領域32内まで延びていてもよい。コンタクトC1が、メモリゲート電極10aと第2活性領域32とにまたがって形成され、メモリゲート電極10aと第2活性領域32に設けられたMOSトランジスタ20のソース領域20bとが電気的に接続される。
The
列方向に配置されたアンチヒューズメモリMで共有される配線として、列方向に延在したワード線WLが列ごとに設けられている。各ワード線WLは、第2活性領域32を列方向に横断するように配置されている。ワード線WLの第2活性領域32上の部分がMOSトランジスタ20のゲート電極20aとなる。メモリアレイ端のワード線WL上にコンタクトC4が形成され、ワード線WLは、コンタクトC4、メタル配線(図示省略)等を介して列選択回路25に接続され、第1選択列電圧、第1非選択列電圧、第2選択列電圧、第2非選択列電圧が与えられる。
A word line WL extending in the column direction is provided for each column as a wiring shared by the anti-fuse memories M arranged in the column direction. Each word line WL is arranged so as to cross the second
第2活性領域32の行方向の中央に、コンタクトC2が形成されている。コンタクトC2は、行方向に隣接するアンチヒューズメモリMで共有される。行方向に配置されたアンチヒューズメモリMで共有される配線としてビット線BLが行ごとに設けられている。各ビット線BLは、行方向に延在しており、ワード線WL及びソース線SLと直交している。ビット線BLは、コンタクトC2によって第2活性領域32に設けられたMOSトランジスタ20のドレイン領域20cと接続されている。ビット線BLは、行選択回路26に接続され、第1選択行電圧、第1非選択行電圧、第2選択行電圧、第2非選択行電圧が与えられる。
A contact C2 is formed in the center of the second
以下に、上記の構成のデータの書き込みと読み出しについて説明する。1つのアンチヒューズメモリMを選択して、そのアンチヒューズメモリMにデータを書き込む場合には、選択アンチヒューズメモリMに接続されている選択ワード線となるワード線WLに第1選択列電圧を印加し、その他の非選択ワード線となるワード線WLに第1非選択列電圧を印加する。また、選択アンチヒューズメモリMに接続されている選択ビット線となるビット線BLに第1選択行電圧を印加し、その他の非選択ビットとなるビット線BLに第1非選択行電圧を印加する。さらに、選択アンチヒューズメモリMに接続されている選択ソース線となるソース線SL及びその他の非選択ソース線となるソース線SLのいずれにも第1ソース線電圧を印加する。 The writing and reading of the data having the above configuration will be described below. When one antifuse memory M is selected and data is written to the antifuse memory M, the first selected column voltage is applied to the word line WL which is the selected word line connected to the selected antifuse memory M. Then, the first non-selected column voltage is applied to the word line WL which becomes the other non-selected word line. Further, the first selected row voltage is applied to the bit line BL which is the selected bit line connected to the selected anti-fuse memory M, and the first unselected row voltage is applied to the bit lines BL which are the other unselected bits. .. Further, the first source line voltage is applied to both the source line SL that is the selected source line and the other source line SL that is the non-selected source line connected to the selected anti-fuse memory M.
第1選択列電圧は、第1選択行電圧をドレイン電圧として印加しているMOSトランジスタ20をオン状態にすることができるゲート電圧であり、MOSトランジスタ20の閾値電圧以上に設定されている。第1非選択列電圧は、MOSトランジスタ20をオフ状態にするゲート電圧である。
The first selected column voltage is a gate voltage that can turn on the
第1選択行電圧及び第1非選択行電圧は、MOSトランジスタ20のドレイン電圧として印加されるものである。第1選択行電圧は、この電圧がMOSトランジスタ20を介して印加されるメモリゲート電極10aと第1ソース線電圧が印加される拡散領域10bとの間に、メモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊する電圧差を生じさせる電圧として設定されている。この第1選択行電圧は、第1ソース線電圧よりも高く設定されている。
The first selected row voltage and the first non-selected row voltage are applied as the drain voltage of the
第1非選択行電圧は、メモリゲート絶縁膜10cの絶縁破壊の防止と、非選択アンチヒューズメモリMを介してビット線BLからソース線SLにリーク電流が流れることを阻止するために、第1ソース線電圧と同じに設定されている。
The first non-selected row voltage is the first to prevent the dielectric breakdown of the memory
この例では、第1選択行電圧が5V、第1選択列電圧が6Vである。また、第1非選択列電圧及び第1非選択行電圧及び第1ソース線電圧がウエル電圧(電位)と同じ0Vである。 In this example, the first selected row voltage is 5V and the first selected column voltage is 6V. The first non-selected column voltage, the first non-selected row voltage, and the first source line voltage are 0V, which is the same as the well voltage (potential).
選択アンチヒューズメモリMでは、ワード線WLからの第1選択列電圧がゲート電極20aに印加され、ビット線BLからの第1選択行電圧がドレイン領域20cに印加される。これにより、MOSトランジスタ20がオン状態になり、ビット線BLの第1選択行電圧がMOSトランジスタ20を介してメモリゲート電極10aに印加される。また、メモリキャパシタ10の拡散領域10bにソース線SLから第1ソース線電圧が印加される。
In the selected anti-fuse memory M, the first selected column voltage from the word line WL is applied to the
このように選択アンチヒューズメモリMでは、メモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aに第1選択行電圧(=5V)が印加されるとともに、拡散領域10bに第1ソース線電圧(=0V)が印加されるため、メモリゲート電極10aの直下の第1活性領域31の表面にチャネル(図示せず)が形成されオン状態になり、チャネル電位がソース線SLの電位と同電位となる。これにより、選択アンチヒューズメモリMでは、チャネルとメモリゲート電極10aの電位差が5Vとなるため、メモリゲート電極10aの下部のメモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊される。このようにして、メモリゲート電極10aと拡散領域10bとがチャネルを介して低抵抗の導通状態となり、データが書き込まれた状態となる。
As described above, in the selected anti-fuse memory M, the first selected row voltage (=5V) is applied to the
例えば、アンチヒューズメモリM11にデータを書き込む場合には、図4に示すように、ワード線WL1を第1選択列電圧(=6V)に、ワード線WL2、WL3・・・を第1非選択列電圧(=0V)にし、ビット線BL1を第1選択行電圧(=5V)に、ビット線BL2、BL3・・・を第1非選択行電圧(=0V)にする。 For example, when writing data to the anti-fuse memory M11, as shown in FIG. 4, the word line WL1 is set to the first selected column voltage (=6V), and the word lines WL2, WL3... Are set to the first unselected column. The voltage (=0 V) is set, the bit line BL1 is set to the first selected row voltage (=5 V), and the bit lines BL2, BL3... Are set to the first non-selected row voltage (=0 V).
アンチヒューズメモリM11のMOSトランジスタ20のゲート電極20aにワード線WL1から6Vが印加され、ドレイン領域20cにビット線BL1から5Vが印加される。これにより、MOSトランジスタ20はオン状態となり、ドレイン領域20cに印加されている5VがMOSトランジスタ20のソース領域20bを介してメモリゲート電極10aに印加される。
The word lines WL1 to 6V are applied to the
アンチヒューズメモリM11は、そのメモリキャパシタ10の拡散領域10bがソース線SL1の第1ソース線電圧(=0V)とされている。これにより、アンチヒューズメモリM11では、上記のようにメモリゲート電極10aとこのメモリゲート電極10aの直下の第1活性領域31に形成されるチャネルとの間に、メモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊する5Vの電圧差が生じる。その結果、メモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊されて、メモリキャパシタ10が短絡状態となり、アンチヒューズメモリM11にデータが書き込まれる。
In the anti-fuse memory M11, the
一方、非選択アンチヒューズメモリMでは、ワード線WLからゲート電極20aに第1非選択列電圧が印加されてMOSトランジスタ20がオフ状態となるか、ビット線BLからMOSトランジスタ20のドレイン領域20cに第1非選択列電圧が印加されるかのどちらかまたは両方になる。
On the other hand, in the non-selected anti-fuse memory M, the first non-selected column voltage is applied from the word line WL to the
前者の場合には、ビット線BLからの電圧がMOSトランジスタ20を介してメモリゲート電極10aに印加されず、後者の場合には、MOSトランジスタ20を介してメモリゲート電極10aに印加される第1非選択電圧がソース線SLから拡散領域10bに印加される第1ソース線電圧と同じになる。このため、いずれの場合でも、非選択アンチヒューズメモリMでは、メモリゲート電極10aとその直下の第1活性領域31との間にメモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊される電圧差が生じることはなく、メモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊されずに絶縁状態のままとなり、データが書き込まれない状態が維持される。また、非選択アンチヒューズメモリMを介してビット線BLからソース線SLにリーク電流が流れることが阻止される。
In the former case, the voltage from the bit line BL is not applied to the
以下、(A)選択アンチヒューズメモリMと同じ行の非選択アンチヒューズメモリM、(B)選択アンチヒューズメモリMと同じ列の非選択アンチヒューズメモリM、(C)選択アンチヒューズメモリMと異なる行及び列の非選択アンチヒューズメモリM、について説明する。 In the following, (A) unselected antifuse memory M in the same row as selected antifuse memory M, (B) different unselected antifuse memory M in the same column as selected antifuse memory M, and (C) different selected antifuse memory M. The row and column non-selected anti-fuse memory M will be described.
(A)選択アンチヒューズメモリMと同じ行の非選択アンチヒューズメモリM、すなわちアンチヒューズメモリM11と同じビット線BL1に接続されているアンチヒューズメモリM21、M31・・・では、それらのMOSトランジスタ20のドレイン領域20cにビット線BL1から第1選択行電圧(=5V)が印加されるが、メモリゲート電極10aにはワード線WL2、WL3・・・から第1非選択列電圧(=0V)が印加される。これにより、アンチヒューズメモリM21、M31・・・のMOSトランジスタ20は、オフ状態になる。この結果、アンチヒューズメモリM21、M31・・・では、それらのメモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aと、第1ソース線電圧(=0V)が印加されている拡散領域10bとの間にメモリゲート絶縁膜10cが絶縁破壊される電圧差が生じることはない。したがって、アンチヒューズメモリM21、M31・・・にデータが書き込まれることはない。
(A) In the non-selected anti-fuse memory M in the same row as the selected anti-fuse memory M, that is, in the anti-fuse memories M21, M31,... Connected to the same bit line BL1 as the anti-fuse memory M11, those
アンチヒューズメモリM21、M31・・・の一部または全部は、データが既に書き込まれてメモリキャパシタ10が短絡状態になっている場合がある。上述のように、MOSトランジスタのゲート電極とドレイン領域とが接続された従来のアンチヒューズメモリで構成される従来の半導体記憶装置では、ワード線を共有する選択アンチヒューズメモリと同じ行の非選択アンチヒューズメモリのMOSトランジスタがオン状態となるため、短絡状態のメモリキャパシタを通してワード線からビット線にリーク電流が流れるという問題があった。この半導体記憶装置1でも、アンチヒューズメモリM21、M31・・・のMOSトランジスタ20がオン状態になってしまうと、ビット線BL1からMOSトランジスタ20、メモリキャパシタ10を通してソース線SL2、SL3・・・にリーク電流が流れてしまう。しかしながら、この半導体記憶装置1では、ビット線BLとワード線WLとに独立に電圧を印加することができ、アンチヒューズメモリM21、M31・・・のMOSトランジスタ20のゲート電極20aに第1非選択列電圧を印加してオフ状態としているため、そのようなリーク電流は発生しない。
In some or all of the anti-fuse memories M21, M31,..., Data may already be written and the
ところで、選択アンチヒューズメモリMに対するデータの書き込み時に、メモリゲート電極10aと拡散領域10bとの間に過大な電圧差が生じたり、過大な電流が流れたりすると、メモリキャパシタ10の破壊の範囲がウエルS2の内部にまで及んでしまう場合がある。その場合には、メモリゲート電極10a、メモリゲート絶縁膜10c、ウエルS2表面を経由してソース線SLに流れる通常のリーク電流の経路に加えて、メモリゲート電極10aからメモリゲート絶縁膜10cを通してウエルS2に流れるリーク経路が形成される。ソース線SLに流れるリーク電流は、ソース線SLの電圧を調整することにより阻止することができるが、ウエルS2に流れるリーク電流は、ウエル電位を0Vとする必要があるため阻止することができない。
By the way, when data is written to the selective anti-fuse memory M, if an excessive voltage difference is generated between the
上述のように、従来の半導体記憶装置では、選択アンチヒューズメモリと同じ行の非選択アンチヒューズメモリのMOSトランジスタがオン状態となるため、ウエルに流れるリーク経路が存在する場合、短絡状態のメモリキャパシタを通してワード線からウエルにリーク電流が流れるという問題が発生する。このため、従来の半導体記憶装置では、メモリキャパシタにおける過剰な破壊を避け、適切な絶縁破壊がなされるように、データ書き込みのための印加電圧等の精密な調整及び制御が不可欠であった。 As described above, in the conventional semiconductor memory device, the MOS transistor of the non-selected anti-fuse memory in the same row as the selected anti-fuse memory is turned on. Therefore, when there is a leak path flowing to the well, the short-circuited memory capacitor is present. There is a problem that a leak current flows from the word line to the well through the. Therefore, in the conventional semiconductor memory device, precise adjustment and control of the applied voltage and the like for data writing are indispensable so as to avoid excessive breakdown in the memory capacitor and perform appropriate dielectric breakdown.
これに対して、この半導体記憶装置1では、ビット線BLとワード線WLとに独立に電圧を印加することができ、アンチヒューズメモリM21、M31・・・のMOSトランジスタ20のゲート電極20aに第1非選択列電圧を印加してオフ状態としているため、ウエルS2に流れるリーク経路が存在しても、そのリーク経路にリーク電流が流れることはない。このことは、データの書き込みの際にウエルS2へのリーク経路の形成を許容することを意味しており、第1選択列電圧、第1選択行電圧などのデータ書き込み条件を容易に決めることができるとともに、確実な絶縁破壊をするうえで有利である。
On the other hand, in the
また、アンチヒューズメモリM21、M31・・・の一部または全部を通したソース線SL2、SL3・・・へのリーク電流が、上記のようにオフ状態のMOSトランジスタ20によって抑制されるため、ソース線SL2、SL3・・・に設定する電圧を0Vより高くしてリーク電流を抑制する必要がない。このため、ソース線SL2、SL3・・・に接続された非選択アンチヒューズメモリMであるアンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等の拡散領域10bの電位を上昇させることがないので、ソース線SL2、SL3・・・に接続された他のアンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等に誤書き込みがなされることを防止できる。
Further, since the leak current to the source lines SL2, SL3,... Through a part or all of the anti-fuse memories M21, M31,... Is suppressed by the
(B)選択アンチヒューズメモリMと同じ列の非選択アンチヒューズメモリM、すなわちアンチヒューズメモリM11と同じワード線WL1及びソース線SL1に接続されているアンチヒューズメモリM12、M13・・・では、それらのMOSトランジスタ20は、ゲート電極20aにワード線WL1から第1選択列電圧が印加されてオン状態になる。しかしながら、これらのアンチヒューズメモリM12、M13・・・では、MOSトランジスタ20のドレイン領域20cにビット線BL2、BL3・・・からの第1非選択行電圧(=0V)が印加されている。また、ソース線SL1からは第1ソース線電圧(=0V)がメモリキャパシタ10の拡散領域10bに印加されている。このため、MOSトランジスタ20を介して第1非選択行電圧が印加されるメモリゲート電極10aと、第1ソース線電圧が印加されている拡散領域10bとの間に、メモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊する電圧差が生じることはない。したがって、アンチヒューズメモリM12、M13・・・にデータが書き込まれることはない。また、ビット線BL2、BL3・・・とソース線SL1は、同じ電圧なので、メモリキャパシタ10が短絡状態になっているアンチヒューズメモリM12、M13・・・を通してソース線SL1とビット線BL2、BL3・・・との間にリーク電流は流れない。
(B) In the unselected anti-fuse memories M in the same column as the selected anti-fuse memory M, that is, in the anti-fuse memories M12, M13,... Which are connected to the same word line WL1 and source line SL1 as the anti-fuse memory M11, The first selected column voltage is applied to the
なお、アンチヒューズメモリM12、M13・・・のMOSトランジスタ20のゲート絶縁膜20dには、メモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊する電圧以上の第1選択列電圧(=6V)が印加されるが、第1選択列電圧に応じてゲート絶縁膜20dをメモリゲート絶縁膜10cよりも厚くしてあるため、ゲート絶縁膜20dが絶縁破壊されることはない。
A first selected column voltage (=6V) higher than the voltage that causes dielectric breakdown of the memory
(C)選択アンチヒューズメモリMと異なる行及び列の非選択アンチヒューズメモリM、すなわち接続されているビット線BL、ワード線WL、ソース線SLのいずれもがアンチヒューズメモリM11とは異なるアンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等では、それらのMOSトランジスタ20のゲート電極20aにワード線WL2、WL3・・・からの第1非選択列電圧(=0V)が印加されている。このため、MOSトランジスタ20はオフ状態が維持されるので、上述のアンチヒューズメモリM21、M31・・・の場合と同様に、アンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等にデータが書き込まれることはない。
(C) An anti-fuse memory M of a row and a column different from that of the selected anti-fuse memory M, that is, an anti-fuse whose connected bit line BL, word line WL, and source line SL are different from the anti-fuse memory M11. In the memories M22, M32..., M23, M33, etc., the first non-selected column voltage (=0 V) from the word lines WL2, WL3,... Is applied to the
また、メモリキャパシタ10が短絡状態になっているアンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等を通してソース線SL2、SL3・・・とビット線BL2、BL3・・・との間にリーク電流が流れることもない。なお、アンチヒューズメモリM22、M32・・・、M23、M33・・・等が接続されたビット線BL2、BL3・・・には、第1非選択行電圧(=0V)が印加されているので、ビット線BL2、BL3・・・の電圧に起因してデータの書き込みが行われることもなく、リーク電流が流れることもない。
Also, between the source lines SL2, SL3... And the bit lines BL2, BL3... Through the anti-fuse memories M22, M32..., M23, M33... In which the
次に、データ読み出し動作について説明する。データを読み出す場合には、まず各ソース線SLに第2ソース線電圧をそれぞれ設定した状態にする。このように第2ソース線電圧を設定した状態で、選択アンチヒューズメモリMが接続されたビット線BLに第2選択行電圧を印加して、そのビット線BLを第2選択行電圧にまでプリチャージする。なお、他のビット線BLは第2非選択行電圧としてプリチャージを行わない。 Next, the data read operation will be described. When reading data, first, the second source line voltage is set to each source line SL. With the second source line voltage set in this way, the second selected row voltage is applied to the bit line BL to which the selected anti-fuse memory M is connected, and the bit line BL is preset to the second selected row voltage. To charge. The other bit lines BL are not precharged as the second non-selected row voltage.
プリチャージの完了後、そのビット線BLが行選択回路26から電気的に切り離された状態にされる。この後に、選択アンチヒューズメモリMが接続されたワード線WLに第2選択列電圧を、その他のワード線WLに第2非選択列電圧をそれぞれ設定する。そして、このときのビット線BLの電位の変化をセンスアンプ27で検出する。
After the precharge is completed, the bit line BL is electrically disconnected from the
第2選択列電圧は、MOSトランジスタ20をオン状態にするゲート電圧として決められており、MOSトランジスタ20の閾値電圧以上に設定されている。この例では、第2選択列電圧を第1選択列電圧よりも低く設定している。第2非選択行電圧は、MOSトランジスタ20をオフ状態にするゲート電圧である。第2非選択行電圧は、第2ソース線電圧と同じ電圧に設定されている。この例では、第2選択行電圧、第2選択列電圧が3V、第2非選択行電圧、第2非選択列電圧、第2ソース線電圧がウエル電圧と同じ0Vである。
The second selected column voltage is determined as a gate voltage that turns on the
例えば、アンチヒューズメモリM11のデータを読み出す場合は、図5に示すように、ソース線SL1、SL2、SL3・・・を第2ソース線電圧(=0V)にした状態で、ビット線BL1を第2選択行電圧(=3V)にまでプリチャージする。プリチャージの完了後、ワード線WL1を第2選択列電圧(=3V)に、その他のワード線WL2、WL3・・・を第2非選択列電圧(=0V)にする。 For example, when reading the data of the anti-fuse memory M11, as shown in FIG. 5, with the source lines SL1, SL2, SL3,... Set to the second source line voltage (=0 V), the bit line BL1 is changed to the first line. 2 Precharge up to the selected row voltage (=3V). After completion of the precharge, the word line WL1 is set to the second selected column voltage (=3V), and the other word lines WL2, WL3... Are set to the second non-selected column voltage (=0V).
アンチヒューズメモリM11のMOSトランジスタ20は、そのゲート電極20aにワード線WL1から3Vが印加されることにより、オン状態となる。この結果、ビット線BL1の電圧がMOSトランジスタ20を介してメモリゲート電極10aに印加される。
The
アンチヒューズメモリM11にデータが書き込まれていなかった場合、すなわちメモリキャパシタ10が絶縁状態である場合では、メモリキャパシタ10からソース線SL1方向へ電流は流れない。そのため、ビット線BL1は、プリチャージされた3Vがそのまま保持される。一方、アンチヒューズメモリM11にデータが既に書き込まれていた場合、すなわちメモリキャパシタ10が短絡状態である場合では、ビット線BL1からMOSトランジスタ20、メモリキャパシタ10を通してソース線SL1方向に電流が流れ、ビット線の電位が降下する。
When no data is written in the anti-fuse memory M11, that is, when the
ビット線BL1に接続された他のアンチヒューズメモリM21、M31・・・では、それらのMOSトランジスタ20のメモリゲート電極10aにワード線WL2、WL3・・・から0Vが印加される。これにより、アンチヒューズメモリM21、M31・・・のMOSトランジスタ20は、オフ状態を維持する。したがって、アンチヒューズメモリM21、M31・・・を通してビット線BL1から電流が流れることはない。
In the other anti-fuse memories M21, M31,... Connected to the bit line BL1, 0V is applied to the
上記のように選択アンチヒューズメモリMであるアンチヒューズメモリM11のメモリキャパシタ10が短絡状態であるか否かによって、ビット線BL1の電位が決まる。アンチヒューズメモリM11のメモリキャパシタ10が短絡状態であれば、ビット線BL1の電位は第2選択行電圧が印加された時点からの時間の経過とともに降下する。
As described above, the potential of the bit line BL1 is determined depending on whether or not the
上記のビット線BL1の電位の変化をセンスアンプ27で検出することで、アンチヒューズメモリM11が書き込まれているか否か、すなわちアンチヒューズメモリM11が保持している1ビットデータを判定することができる。
By detecting the change in the potential of the bit line BL1 by the
上述のように、選択アンチヒューズメモリMに対するデータの書き込み時に、メモリキャパシタ10の破壊の範囲がウエルS2の内部にまで及び、メモリゲート電極10aからメモリゲート絶縁膜10cを通してウエルS2に流れる電流のリーク経路が形成される場合がある。
As described above, when writing data to the selective anti-fuse memory M, the range of destruction of the
従来の半導体記憶装置では、メモリキャパシタの拡散領域に接続されたビット線の電位をセンスアンプで検出して読み出しを行う。具体的には、メモリキャパシタが短絡状態であれば、ワード線に印加された電圧がMOSトランジスタ(整流素子)を通してメモリキャパシタのメモリゲート電極に印加され、メモリキャパシタに電流が流れ、ビット線の電位が上昇する。メモリキャパシタが絶縁状態であれば、ワード線に印加された電圧がMOSトランジスタ(整流素子)を通してメモリキャパシタのメモリゲート電極に印加されてもメモリキャパシタに電流が流れず、ビット線の電位は変化しない。 In a conventional semiconductor memory device, a potential of a bit line connected to a diffusion region of a memory capacitor is detected by a sense amplifier and read. Specifically, when the memory capacitor is in a short circuit state, the voltage applied to the word line is applied to the memory gate electrode of the memory capacitor through the MOS transistor (rectifying element), a current flows through the memory capacitor, and the potential of the bit line is increased. Rises. If the memory capacitor is in the insulated state, no current flows through the memory capacitor even if the voltage applied to the word line is applied to the memory gate electrode of the memory capacitor through the MOS transistor (rectifying element), and the potential of the bit line does not change. ..
メモリキャパシタに、メモリゲート電極からメモリゲート絶縁膜を通してウエルに流れる電流のリーク経路が形成されると、電流はメモリゲート電極からウエルに流れ、メモリキャパシタの拡散領域には流れない。そうすると、従来の半導体記憶装置では、メモリキャパシタが短絡状態であっても、ビット線の電位が上昇せず、読み出しができなくなる。 When a leak path for the current flowing from the memory gate electrode to the well is formed in the memory capacitor through the memory gate insulating film, the current flows from the memory gate electrode to the well and does not flow to the diffusion region of the memory capacitor. Then, in the conventional semiconductor memory device, even if the memory capacitor is short-circuited, the potential of the bit line does not rise and reading cannot be performed.
これに対して、この半導体記憶装置1では、メモリキャパシタ10が短絡状態である場合、メモリゲート電極10aからメモリゲート絶縁膜10cを通してウエルS2に流れる電流のリーク経路が存在し、ビット線BL1からMOSトランジスタ20、メモリキャパシタ10を通してソース線SL1方向に電流が流れずにウエルS2に電流が流れたとしても、ビット線BL1の電位が降下する。したがって、選択アンチヒューズメモリMに対するデータの書き込み時に、メモリキャパシタ10の破壊の範囲がウエルS2の内部にまで及び、メモリゲート電極10aからメモリゲート絶縁膜10cを通してウエルS2に流れる電流のリーク経路が形成された場合でも、ビット線BL1の電位の変化をセンスアンプ27で検出することで、アンチヒューズメモリM11が書き込まれているか否かを判定することができる。
On the other hand, in the
上記の例では、データの書き込み動作において、第1非選択行電圧をウエル電圧(=0V)と同じにしているが、ウエル電圧と第1選択行電圧との間の中間電圧としてもよい。例えば、第1ソース線電圧及びウエル電圧が0V、第1選択行電圧が6Vの場合に、第1非選択行電圧を3V程度とすることができる。このように、第1非選択行電圧を中間電圧とすることにより、ゲート絶縁膜20dに印加される電圧を小さくすることができる。すなわち、ワード線WLから第1選択列電圧が印加されるゲート電極20aと、ゲート電極20aの直下の第2活性領域32の表面に形成され、ドレイン領域20cを介してビット線BLから第1非選択行電圧(中間電圧)が印加されるチャネルとの電圧差を上記の例よりも小さくすることができる。このため、ゲート絶縁膜20dの厚みを小さくすることができ、例えばメモリゲート絶縁膜10cとゲート絶縁膜20dとを同じ厚みにすることができる。なお、このように第1非選択行電圧を中間電圧にする場合に、その中間電圧は、ウエル電圧との電圧差がメモリゲート絶縁膜10cを絶縁破壊する電圧よりも低くなるように設定される。
In the above example, in the data write operation, the first non-selected row voltage is the same as the well voltage (=0 V), but it may be an intermediate voltage between the well voltage and the first selected row voltage. For example, when the first source line voltage and the well voltage are 0V and the first selected row voltage is 6V, the first non-selected row voltage can be about 3V. Thus, by setting the first non-selected row voltage to the intermediate voltage, the voltage applied to the
また、上記の例では、データの書き込み動作において、各ソース線SLに第1ソース線電圧として0Vをそれぞれ設定しているが、選択アンチヒューズメモリMに接続されていない各ソース線SLの電圧は、これに限定されない。例えば、選択アンチヒューズメモリMに接続されていない各ソース線SLの電圧を0Vよりも高く第1選択行電圧よりも低い中間電圧としてもよい。この場合、第1選択行電圧を5Vとして、選択アンチヒューズメモリMに接続されていない各ソース線SLの電圧を例えば3V程度にすることができる。この場合、例えばMOSトランジスタ20のオフ特性が不十分な場合であってビット線BLの第1選択列電圧の一部がメモリキャパシタ10のメモリゲート電極10aに印加される場合であっても、そのメモリゲート電極10aとソース線SLとの電圧差が小さくなるため、短絡状態のメモリキャパシタ10を通して流れるリーク電流を低減することができる。
Further, in the above example, in the data write operation, 0 V is set as the first source line voltage to each source line SL, but the voltage of each source line SL not connected to the selected anti-fuse memory M is , But is not limited to this. For example, the voltage of each source line SL not connected to the selected anti-fuse memory M may be an intermediate voltage higher than 0V and lower than the first selected row voltage. In this case, the first selected row voltage can be set to 5V, and the voltage of each source line SL not connected to the selected anti-fuse memory M can be set to, for example, about 3V. In this case, for example, even when the off characteristic of the
上記のように選択アンチヒューズメモリMに接続されていない各ソース線SLの電圧を中間電圧に設定する場合、第1非選択列電圧を0Vよりも高く第1選択列電圧よりも低い電圧に設定し、第1選択列電圧が印加されているビット線BLからMOSトランジスタ20を通してメモリゲート電極10aに印加される電圧が中間電圧以下となるようにMOSトランジスタ20で電圧降下が生じるように第1非選択列電圧を設定してもよい。例えば、第1選択列電圧を6V、第1選択行電圧を5V、中間電圧を3Vとして、第1非選択列電圧を例えば3V以下に設定することができる。この場合は、従来の半導体記憶装置のように、選択アンチヒューズメモリMと同じ行の非選択アンチヒューズメモリMのMOSトランジスタ20がオン状態となるが、メモリゲート電極10aに印加される電圧とソース線SLの中間電圧との電圧差が小さいため、選択アンチヒューズメモリMと同じビット線BLに接続された非選択アンチヒューズメモリMにおけるリーク電流を抑制することができる。
When setting the voltage of each source line SL not connected to the selected anti-fuse memory M to the intermediate voltage as described above, the first non-selected column voltage is set to a voltage higher than 0V and lower than the first selected column voltage. However, the voltage applied to the
さらに、データの読み出し動作において、第2選択列電圧と第2選択行電圧とを同じにしているが、これに限定されるものではなく、異なる電圧としてもよい。例えば、第2選択行電圧よりも第2選択列電圧を高くしてもよく、第2選択行電圧を3V、第2選択列電圧を5Vに設定することができる。第2選択列電圧を高く設定することによって、MOSトランジスタ20のオン電流を増加させ、メモリキャパシタ10が短絡状態にある場合のビット線BLの電圧の降下速度を大きくでき、データの読み出し動作を高速化することができる。
Further, in the data read operation, the second selected column voltage and the second selected row voltage are the same, but the present invention is not limited to this, and they may be different voltages. For example, the second selected column voltage may be set higher than the second selected row voltage, and the second selected row voltage can be set to 3V and the second selected column voltage can be set to 5V. By setting the second selected column voltage to be high, the on-current of the
上述のように、半導体記憶装置1では、全てのソース線SLの電圧を0Vとしても、データの書き込み及び読み出しを行うことができる。そのため、図6に回路構成を示す半導体記憶装置1Aのように、メモリキャパシタ10の拡散領域10bをウエルS2と等電位となるようにした構成でもよい。この場合、例えば、メモリキャパシタ10の拡散領域10bに代えてP型のドーパントを高濃度ドープした拡散領域を形成すればよい。または、第1活性領域31に拡散領域を形成しなければよい。このような構成でのデータの書き込みでは、メモリゲート電極10aと第1活性領域31(ウエルS2)との間の電圧差によりメモリゲート絶縁膜10cを破壊し、読み出しでは、メモリゲート電極10aから絶縁破壊されたメモリゲート絶縁膜10cを通して第1活性領域31にビット線BL1からの電流を流す。このような半導体記憶装置1Aによれば、ソース線SLを廃止することができ、回路規模を小さくすることができる。
As described above, in the
上記の例では、P型のウエル(第1活性領域)上にメモリゲート絶縁膜及びメモリゲート電極を積層したN型のメモリキャパシタと、P型のウエル(第2活性領域)上にゲート絶縁膜及びゲート電極を積層したN型のMOSトランジスタとでアンチヒューズメモリを構成しているが、本発明はこれに限定されず、アンチヒューズメモリをP型のメモリキャパシタとP型のMOSトランジスタとで構成してもよい。この場合、P型のメモリキャパシタは、N型のウエルに設けた第1活性領域上にメモリゲート絶縁膜及びメモリゲート電極を積層し、また第1活性領域にP型のドーパントを高濃度ドープして拡散領域を形成した構成とすればよい。このP型のメモリキャパシタの拡散領域についても、上記の例と同様に、P型のドーパントを高濃度ドープする他に、N型のドーパントを高濃度ドープした構成としても、また拡散領域を形成しない構成としてもよい。P型のMOSトランジスタは、N型のウエルにゲート絶縁膜及びゲート電極を積層し、P型のドーパントを高濃度ドープしたドレイン領域及びソース領域とすればよい。 In the above example, the N-type memory capacitor in which the memory gate insulating film and the memory gate electrode are stacked on the P-type well (first active region) and the gate insulating film on the P-type well (second active region) The anti-fuse memory is composed of the N-type MOS transistor and the gate electrode stacked, but the present invention is not limited to this, and the anti-fuse memory is composed of a P-type memory capacitor and a P-type MOS transistor. You may. In this case, in the P-type memory capacitor, the memory gate insulating film and the memory gate electrode are stacked on the first active region provided in the N-type well, and the P-type dopant is highly doped in the first active region. The diffusion region may be formed by forming the diffusion region. As for the diffusion region of this P-type memory capacitor, similarly to the above-described example, the diffusion region is not formed even if the N-type dopant is highly doped in addition to the P-type dopant being highly doped. It may be configured. In the P-type MOS transistor, a gate insulating film and a gate electrode may be stacked in an N-type well to form a drain region and a source region that are heavily doped with a P-type dopant.
また、上記の例では、複数のアンチヒューズメモリを複数行及び複数列の行列状に配置しているが、行数及び列数は1以上であればよく、例えば1行複数列の行列状、複数行1列の行列状としてもよい。 Further, in the above example, the plurality of anti-fuse memories are arranged in a matrix of a plurality of rows and a plurality of columns, but the number of rows and the number of columns may be one or more, for example, a matrix of one row and a plurality of columns It may be in a matrix of a plurality of rows and one column.
1、1A 半導体記憶装置
10 メモリキャパシタ
10a メモリゲート電極
10b 拡散領域
10c メモリゲート絶縁膜
20 MOSトランジスタ
20a ゲート電極
20b ソース領域
20c ドレイン領域
20d ゲート絶縁膜
27 センスアンプ
31、32 活性領域
BL ビット線
SL ソース線
WL ワード線
M アンチヒューズメモリ
1, 1A
Claims (4)
列方向に延在するワード線と、
列方向に延在するソース線と、
複数のアンチヒューズメモリが行列状に配置されたメモリアレイとを備え、
前記複数のアンチヒューズメモリの各アンチヒューズメモリは、
活性領域と、前記活性領域上に形成されたメモリゲート絶縁膜と、前記メモリゲート絶縁膜上に形成されたメモリゲート電極と、前記活性領域内に形成された拡散領域とを有するメモリキャパシタと、
ゲート電極と、ソース領域と、ドレイン領域とを有するMOSトランジスタとを備え、
前記ゲート電極に前記ワード線が接続され、
前記ドレイン領域に前記ビット線が接続され、
前記拡散領域に前記ソース線が接続され、
前記メモリゲート電極と前記ソース領域とが接続されており、
書き込みの対象である前記アンチヒューズメモリが接続された前記ビット線である選択ビット線に、前記メモリゲート絶縁膜を絶縁破壊させる電圧である第1選択行電圧を印加し、
書き込みの対象である前記アンチヒューズメモリが接続された前記ワード線である選択ワード線に、前記MOSトランジスタをオン状態にする電圧である第1選択列電圧を印加し、
書き込みの対象である前記アンチヒューズメモリが接続された前記ソース線である選択ソース線に、前記活性領域が形成されたウエルの電圧と同じ電圧を印加し、
書き込みの対象である前記アンチヒューズメモリが接続されていない前記ソース線である非選択ソース線に、0Vよりも高く前記第1選択行電圧よりも低い電圧を印加する
ことを特徴とする半導体記憶装置。 Bit lines extending in the row direction,
A word line extending in the column direction,
Source lines extending in the column direction,
A plurality of anti-fuse memories and a memory array arranged in a matrix,
Each antifuse memory of the plurality of antifuse memories is
A memory capacitor having an active region, a memory gate insulating film formed on the active region, a memory gate electrode formed on the memory gate insulating film, and a diffusion region formed in the active region,
A MOS transistor having a gate electrode, a source region, and a drain region,
The word line is connected to the gate electrode,
The bit line is connected to the drain region,
The source line is connected to the diffusion region,
The memory gate electrode and the source region are connected,
A first selected row voltage, which is a voltage that causes a dielectric breakdown of the memory gate insulating film, is applied to a selected bit line that is the bit line connected to the anti-fuse memory that is a write target,
A first selected column voltage, which is a voltage for turning on the MOS transistor, is applied to a selected word line that is the word line connected to the anti-fuse memory that is the target of writing,
The same voltage as the voltage of the well in which the active region is formed is applied to the selected source line that is the source line to which the anti-fuse memory that is the target of writing is connected,
A semiconductor memory device, wherein a voltage higher than 0V and lower than the first selected row voltage is applied to a non-selected source line which is the source line to which the anti-fuse memory which is a write target is not connected. ..
読み出しの対象である前記アンチヒューズメモリが接続された前記ワード線である選択ワード線に、前記MOSトランジスタをオン状態にする電圧であり、かつ前記第2選択行電圧より高い第2選択列電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体記憶装置。 Applying a second selected row voltage to the selected bit line which is the bit line to which the anti-fuse memory that is the target of reading is connected,
A second selected column voltage which is a voltage for turning on the MOS transistor and higher than the second selected row voltage is applied to a selected word line which is the word line connected to the anti-fuse memory which is a read target. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the voltage is applied.
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