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。 Patent Document 1 describes a semiconductor memory device in which a plurality of anti-fuse memories each composed of a diode-connected N-type MOS transistor (rectifying element) and a memory capacitor are arranged in a matrix. The memory capacitor has a structure in which a memory gate insulating film, which is dielectrically broken down by a voltage difference between a word line and a bit line, and a memory gate electrode are stacked on an active region. A word line is provided corresponding to each row of the anti-fuse memory, and a bit line is provided corresponding to each column. In the memory capacitor of each anti-fuse memory, the bit line is connected to the diffusion region provided at one end of the active region, and the source region of the MOS transistor is connected to the memory gate electrode. In the MOS transistor, the gate electrode and the drain region are connected to each other to form a diode connection, and the gate electrode and the drain region are connected to the word line.

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.

国際公開第2016/136604号International Publication No. 2016/136604

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.

実施形態に係る半導体記憶装置の回路構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a circuit configuration of a semiconductor memory device according to an embodiment. アンチヒューズメモリの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of an anti-fuse memory. メモリアレイにおける各活性領域、ソース線、ワード線、ビット線の平面レイアウトを示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a planar layout of each active region, source line, word line, and bit line in the memory array. 書き込み動作の際の各ソース線、各ワード線及び各ビット線への電圧の印加状態の一例を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of a voltage application state to each source line, each word line, and each bit line during a write operation. 読み出し動作の際の各ソース線、各ワード線及び各ビット線への電圧の印加状態の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a voltage application state to each source line, each word line, and each bit line during a read operation. 各メモリキャパシタの拡散領域をそれぞれウエルと等電位となるように電気的に接続した例の半導体記憶装置の回路構成を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a circuit configuration of a semiconductor memory device of an example in which diffusion regions of each memory capacitor are electrically connected to each other so as to be equipotential.

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 semiconductor memory device 1 includes a memory array CA, a bit line BL, a word line WL, and a source line SL. In the memory array CA, a plurality of anti-fuse memories (memory cells) M are arranged in a matrix. The bit line BL is provided corresponding to each row of the anti-fuse memory M, and the word line WL and the source line SL are provided corresponding to each column of the anti-fuse memory M. That is, the anti-fuse memories M arranged in the row direction share one bit line BL, and the anti-fuse memories M arranged in the column direction share one word line WL and one source line SL. ..

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 memory capacitor 10 and a MOS transistor 20. Each word line WL and each source line SL are connected to each antifuse memory M in the corresponding column. Each bit line BL is connected to each antifuse memory M in the corresponding row. Therefore, the anti-fuse memory Mij in the i-th column and the j-th row is connected to the word line WLi, the source line SLi, and the bit line BLj, respectively. As will be described later, the bit lines BL extend in the row direction, and the word lines WL and the source lines SL extend in the column direction and are orthogonal to each other.

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 semiconductor memory device 1 also includes a column selection circuit 25, a row selection circuit 26, and a sense amplifier 27. The bit line BL is connected to the row selection circuit 26 and the sense amplifier 27, respectively, and the word line WL and the source line SL are connected to the column selection circuit 25, respectively.

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 gate electrode 20a of the MOS transistor 20 is connected to the word line WL, the source region 20b is connected to the memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10, and the drain region 20c is connected to the bit line BL. Further, the diffusion region 10b of the memory capacitor 10 is connected to the source line SL. In the anti-fuse memory M, the column selection circuit 25 and the row selection circuit 26 control the voltages of the connected bit line BL, source line SL, and word line WL, thereby writing and reading data.

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 memory capacitor 10 has a memory gate electrode 10a, a diffusion region 10b, and a memory gate insulating film 10c (see FIG. 2), and 1-bit data is non-volatile depending on the presence or absence of dielectric breakdown of the memory gate insulating film 10c. Hold. That is, in the memory capacitor 10, the memory gate insulating film 10c is not dielectrically broken and the memory gate electrode 10a and the diffusion region 10b are electrically insulated, and the memory gate insulating film 10c is dielectrically broken. The short-circuited state in which the memory gate electrode 10a and the diffusion region 10b are electrically short-circuited corresponds to "0" or "1" of 1-bit data. Note that, in this example, dielectric breakdown of the memory gate insulating film 10c to bring it into a short-circuit state is referred to as writing of data in the anti-fuse memory M. Further, the data reading means to detect whether the memory capacitor 10 is in the insulated state or the short-circuited state.

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 column selection circuit 25 applies a voltage to the word line WL and the source line SL, and the row selection circuit 26 applies a voltage to the bit line BL. The voltage applied to the word line WL includes a first selected column voltage and a first unselected column voltage at the time of writing, and a second selected column voltage and a second unselected column voltage at the time of reading. The voltage applied to the source line SL includes a first source line voltage at the time of writing and a second source line voltage at the time of reading. The voltage applied to the bit line BL includes a first selected row voltage and a first unselected row voltage at the time of writing, and a second selected row voltage and a second unselected row voltage at the time of reading. Details of these voltages will be described later.

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 sense amplifier 27 acquires the 1-bit data written in the anti-fuse memory M based on the change in the potential of the bit line BL precharged to the second selected row voltage. For example, the sense amplifier 27 detects whether the potential of the bit line BL falls below a predetermined threshold potential within a fixed time. In this example, the precharge method is used for reading data, but the method for reading data is not particularly limited.

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 active region 31 and a second active region 32, which are separated in the row direction by an element isolation film IL formed of an insulating material.

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 memory capacitor 10 is formed in the first active region 31. In the first active region 31, a diffusion region 10b that is heavily doped with an N-type dopant is formed at a predetermined distance from the element isolation film IL. As will be described later, the diffusion region 10b functions as the source line SL. A memory gate insulating film 10c is formed on the first active region 31 between the element isolation film IL and the diffusion region 10b. The memory gate electrode 10a is provided over the respective upper surfaces of the memory gate insulating film 10c and the element isolation film IL. Sidewalls SW1 made of an insulating material are provided on both side walls of the memory gate electrode 10a.

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 transistor 20 is formed in the second active region 32. In the second active region 32, a source region 20b heavily doped with an N-type dopant is formed so as to be adjacent to the element isolation film IL. Further, in the second active region 32, a drain region 20c which is heavily doped with an N-type dopant is formed at a predetermined distance from the source region 20b. A gate insulating film 20d is formed on the second active region 32 between the source region 20b and the drain region 20c, and a gate electrode 20a is formed on the gate insulating film 20d. As will be described later, the gate electrode 20a functions as the word line WL. Sidewalls SW2 made of an insulating material are provided on both side walls of the gate electrode 20a. The thickness of the gate insulating film 20d is determined according to the first selected column voltage and is made larger than that of the memory gate insulating film 10c so as not to cause dielectric breakdown when writing data.

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 source region 20b of the MOS transistor 20 and the memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10. The contact C1 connects the memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10 and the source region 20b of the MOS transistor 20. Instead of connecting the memory gate electrode 10a and the source region 20b by the contact C1, contacts may be provided on the memory gate electrode 10a and the source region 20b, and the contacts may be connected by wiring.

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 drain region 20c, and the contact C2 is connected to the bit line BL formed of a metal wiring provided in a metal wiring layer above the gate electrode 20a. In this example, the contact C2 includes a contact C2a formed in the same layer as the contact C1 and a contact C2b formed on the contact C2a. The contact C2 may be formed as one contact. The bit line BL extends in the row direction. The memory gate electrode 10a, the gate electrode 20a, the contact C1, the contact C2, and the bit line BL are covered with an interlayer insulating film. The memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10 and the gate electrode 20a of the MOS transistor 20 are wirings in the same wiring layer (same layer) formed in the same process.

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 active regions 31 extending in the column direction are formed in the well S2. The first active region 31 is heavily doped with an N-type dopant to form the source line SL. A contact C3 is formed on the first active region 31 at the end of the memory array, the source line SL is connected to the column selection circuit 25 via the contact C3, a metal wiring (not shown), and the like. Two source line voltages are provided. The source line SL extends in the column direction and is shared by the anti-fuse memories M adjacent in the row direction.

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 active regions 31 adjacent to each other, a plurality of rectangular second active regions 32 elongated in the row direction are arranged in the column direction at predetermined intervals. The second active region 32 is integrated with that of the anti-fuse memory M adjacent in the row direction.

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 memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10 is formed in a rectangular shape elongated in the row direction, and one end of the memory gate electrode 10a extends into the first active region 31. The other end is between the first active region 31 and the second active region 32, but may extend into the second active region 32. The contact C1 is formed across the memory gate electrode 10a and the second active region 32, and the memory gate electrode 10a and the source region 20b of the MOS transistor 20 provided in the second active region 32 are electrically connected. ..

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 active region 32 in the column direction. The portion of the word line WL on the second active region 32 becomes the gate electrode 20a of the MOS transistor 20. A contact C4 is formed on the word line WL at the end of the memory array, and the word line WL is connected to the column selection circuit 25 via the contact C4, a metal wiring (not shown), etc., and the first selected column voltage and the first non-selected voltage are applied. The selected column voltage, the second selected column voltage, and the second unselected column voltage are applied.

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 active region 32 in the row direction. The contact C2 is shared by the anti-fuse memories M adjacent in the row direction. Bit lines BL are provided for each row as wirings shared by the anti-fuse memories M arranged in the row direction. Each bit line BL extends in the row direction and is orthogonal to the word line WL and the source line SL. The bit line BL is connected to the drain region 20c of the MOS transistor 20 provided in the second active region 32 by the contact C2. The bit line BL is connected to the row selection circuit 26, and is supplied with a first selected row voltage, a first unselected row voltage, a second selected row voltage, and a second unselected row voltage.

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 MOS transistor 20 to which the first selected row voltage is applied as the drain voltage, and is set to be equal to or higher than the threshold voltage of the MOS transistor 20. The first non-selected column voltage is a gate voltage that turns off the MOS transistor 20.

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 MOS transistor 20. The first selected row voltage causes dielectric breakdown of the memory gate insulating film 10c between the memory gate electrode 10a to which this voltage is applied via the MOS transistor 20 and the diffusion region 10b to which the first source line voltage is applied. It is set as a voltage that causes a voltage difference. The first selected row voltage is set higher than the first source line voltage.

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 gate insulating film 10c and to prevent the leak current from flowing from the bit line BL to the source line SL via the non-selected anti-fuse memory M. It is set to the same as the source line voltage.

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 gate electrode 20a, and the first selected row voltage from the bit line BL is applied to the drain region 20c. As a result, the MOS transistor 20 is turned on, and the first selected row voltage of the bit line BL is applied to the memory gate electrode 10a via the MOS transistor 20. Further, the first source line voltage is applied from the source line SL to the diffusion region 10b of the memory capacitor 10.

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 memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10, and the first source line voltage (=0V) is applied to the diffusion region 10b. Therefore, a channel (not shown) is formed on the surface of the first active region 31 just below the memory gate electrode 10a, and the channel is turned on, and the channel potential becomes the same potential as the potential of the source line SL. As a result, in the selected anti-fuse memory M, the potential difference between the channel and the memory gate electrode 10a becomes 5 V, so that the memory gate insulating film 10c below the memory gate electrode 10a is dielectrically broken down. In this way, the memory gate electrode 10a and the diffusion region 10b are brought into a low resistance conductive state through the channel, and a state in which data is written is obtained.

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 gate electrode 20a of the MOS transistor 20 of the anti-fuse memory M11, and the bit lines BL1 to 5V are applied to the drain region 20c. As a result, the MOS transistor 20 is turned on, and 5V applied to the drain region 20c is applied to the memory gate electrode 10a via the source region 20b of the MOS transistor 20.

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 diffusion region 10b of the memory capacitor 10 is set to the first source line voltage (=0V) of the source line SL1. As a result, in the anti-fuse memory M11, the memory gate insulating film 10c is dielectrically broken between the memory gate electrode 10a and the channel formed in the first active region 31 immediately below the memory gate electrode 10a as described above. A voltage difference of 5V occurs. As a result, the memory gate insulating film 10c is broken down, the memory capacitor 10 is short-circuited, and data is written in the anti-fuse memory M11.

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 gate electrode 20a to turn off the MOS transistor 20, or the bit line BL to the drain region 20c of the MOS transistor 20. Either or both of the first unselected column voltages are applied.

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 memory gate electrode 10a via the MOS transistor 20, and in the latter case, the voltage is applied to the memory gate electrode 10a via the MOS transistor 20. The non-selection voltage becomes the same as the first source line voltage applied from the source line SL to the diffusion region 10b. Therefore, in either case, in the non-selected anti-fuse memory M, there is no voltage difference between the memory gate electrode 10a and the first active region 31 immediately below the memory gate electrode 10a due to dielectric breakdown. The memory gate insulating film 10c remains in the insulating state without being broken down, and the state in which no data is written is maintained. Further, a leak current is prevented from flowing from the bit line BL to the source line SL via the non-selected anti-fuse memory M.

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 MOS transistors 20 are connected. The first selected row voltage (=5V) is applied to the drain region 20c of the memory cell from the bit line BL1, but the first unselected column voltage (=0V) is applied to the memory gate electrode 10a from the word lines WL2, WL3. Is applied. As a result, the MOS transistors 20 of the antifuse memories M21, M31,... Are turned off. As a result, in the anti-fuse memories M21, M31,..., Memory gate insulation is performed between the memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10 and the diffusion region 10b to which the first source line voltage (=0 V) is applied. There is no voltage difference that causes dielectric breakdown of the film 10c. Therefore, no data is written to the anti-fuse memories M21, M31....

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 memory capacitor 10 may be in a short circuit state. As described above, in the conventional semiconductor memory device including the conventional anti-fuse memory in which the gate electrode and the drain region of the MOS transistor are connected, the unselected anti-fuse memory in the same row as the selected anti-fuse memory sharing the word line is used. Since the MOS transistor of the fuse memory is turned on, there is a problem that a leak current flows from the word line to the bit line through the short-circuited memory capacitor. In the semiconductor memory device 1 as well, when the MOS transistors 20 of the anti-fuse memories M21, M31,... Are turned on, the bit lines BL1 are transferred to the source lines SL2, SL3,. Leak current flows. However, in this semiconductor memory device 1, a voltage can be independently applied to the bit line BL and the word line WL, and the first non-selected gate electrode 20a of the MOS transistor 20 of the anti-fuse memories M21, M31. Since the column voltage is applied to turn it off, such a leak current does not occur.

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 memory gate electrode 10a and the diffusion region 10b or an excessive current flows, the range of destruction of the memory capacitor 10 becomes the well. It may extend to the inside of S2. In that case, in addition to the normal leakage current path flowing to the source line SL via the memory gate electrode 10a, the memory gate insulating film 10c, and the surface of the well S2, the well is also provided from the memory gate electrode 10a through the memory gate insulating film 10c. A leak path flowing to S2 is formed. The leak current flowing in the source line SL can be blocked by adjusting the voltage of the source line SL, but the leak current flowing in the well S2 cannot be blocked because the well potential needs to be 0V.

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 semiconductor memory device 1, a voltage can be independently applied to the bit line BL and the word line WL, and the gate electrode 20a of the MOS transistor 20 of the anti-fuse memories M21, M31,. Since the non-selected column voltage is applied to turn it off, the leak current does not flow through the leak path even if there is a leak path flowing through the well S2. This means that the formation of a leak path to the well S2 is allowed at the time of writing data, and the data writing conditions such as the first selected column voltage and the first selected row voltage can be easily determined. In addition to being able to do so, it is advantageous for reliable dielectric breakdown.

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 MOS transistor 20 in the off state as described above, It is not necessary to suppress the leak current by setting the voltage set for the lines SL2, SL3... to higher than 0V. Therefore, the potential of the diffusion regions 10b of the anti-fuse memories M22, M32,..., M23, M33, etc., which are the non-selected anti-fuse memories M connected to the source lines SL2, SL3,. Therefore, it is possible to prevent erroneous writing to other anti-fuse memories M22, M32,..., M23, M33, etc. connected to the source lines SL2, SL3.

(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 gate electrode 20a of the MOS transistor 20 from the word line WL1 to be turned on. However, in these anti-fuse memories M12, M13,..., The first non-selected row voltage (=0 V) from the bit lines BL2, BL3... Is applied to the drain region 20c of the MOS transistor 20. Further, the first source line voltage (=0 V) is applied from the source line SL1 to the diffusion region 10b of the memory capacitor 10. Therefore, the memory gate insulating film 10c is insulated between the memory gate electrode 10a to which the first non-selected row voltage is applied via the MOS transistor 20 and the diffusion region 10b to which the first source line voltage is applied. There is no voltage difference to destroy. Therefore, no data is written to the anti-fuse memories M12, M13,.... Further, since the bit lines BL2, BL3... And the source line SL1 have the same voltage, the source line SL1 and the bit lines BL2, BL3... Are passed through the anti-fuse memories M12, M13.・Leak current does not flow between and.

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 gate insulating film 10c is applied to the gate insulating film 20d of the MOS transistor 20 of the anti-fuse memories M12, M13. Since the gate insulating film 20d is made thicker than the memory gate insulating film 10c according to the first selected column voltage, the gate insulating film 20d is not dielectrically broken down.

(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 gate electrodes 20a of the MOS transistors 20 thereof. ing. Therefore, since the MOS transistor 20 is maintained in the off state, the antifuse memories M22, M32,..., M23, M33,. No data is written.

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 memory capacitors 10 are short-circuited. There is no leakage current flowing in. Since the first non-selected row voltage (=0 V) is applied to the bit lines BL2, BL3,... To which the anti-fuse memories M22, M32..., M23, M33... , No data is written due to the voltages of the bit lines BL2, BL3... And no leak current flows.

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 row selection circuit 26. After that, the second selected column voltage is set to the word line WL to which the selected anti-fuse memory M is connected, and the second unselected column voltage is set to the other word lines WL. Then, the change in the potential of the bit line BL at this time is detected by the sense amplifier 27.

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 MOS transistor 20, and is set to be equal to or higher than the threshold voltage of the MOS transistor 20. In this example, the second selected column voltage is set lower than the first selected column voltage. The second non-selected row voltage is a gate voltage that turns off the MOS transistor 20. The second non-selected row voltage is set to the same voltage as the second source line voltage. In this example, the second selected row voltage and the second selected column voltage are 3V, and the second unselected row voltage, the second unselected column voltage, and the second source line voltage are 0V, which is the same as the well voltage.

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 MOS transistor 20 of the anti-fuse memory M11 is turned on by applying 3V from the word lines WL1 to the gate electrode 20a thereof. As a result, the voltage of the bit line BL1 is applied to the memory gate electrode 10a via the MOS transistor 20.

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 memory capacitor 10 is in an insulated state, no current flows from the memory capacitor 10 toward the source line SL1. Therefore, the bit line BL1 holds the precharged 3V as it is. On the other hand, when data is already written in the anti-fuse memory M11, that is, when the memory capacitor 10 is in a short-circuited state, a current flows from the bit line BL1 through the MOS transistor 20 and the memory capacitor 10 in the direction of the source line SL1 and the bit The potential of the line drops.

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 memory gate electrodes 10a of the MOS transistors 20 from the word lines WL2, WL3. As a result, the MOS transistors 20 of the antifuse memories M21, M31,... Are maintained in the off state. Therefore, no current flows from the bit line BL1 through the anti-fuse memories M21, M31....

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 memory capacitor 10 of the antifuse memory M11 which is the selected antifuse memory M is in the short circuit state. When the memory capacitor 10 of the anti-fuse memory M11 is in the short-circuited state, the potential of the bit line BL1 drops with the lapse of time from the time when the second selected row voltage is applied.

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 sense amplifier 27, it is possible to determine whether or not the anti-fuse memory M11 is written, that is, the 1-bit data held in the anti-fuse memory M11. ..

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 memory capacitor 10 extends to the inside of the well S2, and the leakage of current flowing from the memory gate electrode 10a to the well S2 through the memory gate insulating film 10c. A route may be formed.

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 semiconductor memory device 1, when the memory capacitor 10 is in the short-circuited state, there is a leakage path of the current flowing from the memory gate electrode 10a to the well S2 through the memory gate insulating film 10c, and the bit line BL1 to the MOS. Even if current does not flow in the direction of the source line SL1 through the transistor 20 and the memory capacitor 10 and flows in the well S2, the potential of the bit line BL1 drops. Therefore, when data is written to the selected anti-fuse memory M, the range of destruction of the memory capacitor 10 extends to the inside of the well S2, and a leak path for a current flowing from the memory gate electrode 10a to the well S2 through the memory gate insulating film 10c is formed. Even if it is, it is possible to determine whether or not the anti-fuse memory M11 is written by detecting the change in the potential of the bit line BL1 with the sense amplifier 27.

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 gate insulating film 20d can be reduced. That is, it is formed on the surface of the gate electrode 20a to which the first selected column voltage is applied from the word line WL and the second active region 32 immediately below the gate electrode 20a, and the first non-contact from the bit line BL via the drain region 20c. The voltage difference from the channel to which the selected row voltage (intermediate voltage) is applied can be made smaller than in the above example. Therefore, the thickness of the gate insulating film 20d can be reduced, and for example, the memory gate insulating film 10c and the gate insulating film 20d can have the same thickness. When the first non-selected row voltage is set to the intermediate voltage as described above, the intermediate voltage is set so that the voltage difference from the well voltage is lower than the voltage that causes the dielectric breakdown of the memory gate insulating film 10c. ..

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 MOS transistor 20 is insufficient and a part of the first selected column voltage of the bit line BL is applied to the memory gate electrode 10a of the memory capacitor 10, Since the voltage difference between the memory gate electrode 10a and the source line SL becomes small, the leak current flowing through the memory capacitor 10 in the short-circuited state can be reduced.

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 memory gate electrode 10a from the bit line BL to which the first selected column voltage is applied to the memory gate electrode 10a via the MOS transistor 20 becomes equal to or lower than the intermediate voltage. The selected column voltage may be set. For example, the first selected column voltage may be 6V, the first selected row voltage may be 5V, the intermediate voltage may be 3V, and the first non-selected column voltage may be set to 3V or less. In this case, as in the conventional semiconductor memory device, the MOS transistor 20 of the unselected antifuse memory M on the same row as the selected antifuse memory M is turned on, but the voltage applied to the memory gate electrode 10a and the source Since the voltage difference from the intermediate voltage of the line SL is small, the leak current in the non-selected anti-fuse memory M connected to the same bit line BL as the selected anti-fuse memory M can be suppressed.

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 MOS transistor 20 can be increased, the voltage drop rate of the bit line BL when the memory capacitor 10 is in the short-circuited state can be increased, and the data read operation can be performed at high speed. Can be converted.

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 semiconductor memory device 1, data can be written and read even when the voltage of all the source lines SL is 0V. Therefore, as in the semiconductor memory device 1A whose circuit configuration is shown in FIG. 6, the diffusion region 10b of the memory capacitor 10 may have the same potential as the well S2. In this case, for example, the diffusion region 10b of the memory capacitor 10 may be replaced with a diffusion region heavily doped with a P-type dopant. Alternatively, the diffusion region may not be formed in the first active region 31. In writing data with such a configuration, the memory gate insulating film 10c is destroyed by the voltage difference between the memory gate electrode 10a and the first active region 31 (well S2), and in reading, the memory gate electrode 10a is insulated from the memory gate electrode 10a. A current from the bit line BL1 is passed through the first active region 31 through the destroyed memory gate insulating film 10c. According to such a semiconductor memory device 1A, the source line SL can be eliminated and the circuit scale can be reduced.

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 Semiconductor memory device 10 Memory capacitor 10a Memory gate electrode 10b Diffusion region 10c Memory gate insulating film 20 MOS transistor 20a Gate electrode 20b Source region 20c Drain region 20d Gate insulating film 27 Sense amplifier 31, 32 Active region BL bit line SL source Line WL Word line M Anti-fuse memory

Claims (4)

行方向に延在するビット線と、
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. ..
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ワード線である非選択ワード線に、0Vよりも高く前記第1選択列電圧よりも低い電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 2. A voltage higher than 0 V and lower than the first selected column voltage is applied to an unselected word line which is the word line to which the anti-fuse memory which is a write target is not connected. The semiconductor memory device according to 1. 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ビット線である選択ビット線に、第2選択行電圧を印加し、
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.
前記ビット線に接続され、前記ビット線の電位の変化を検出するセンスアンプを備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体記憶装置。 4. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a sense amplifier connected to the bit line and detecting a change in the potential of the bit line.
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