JPH0143400B2 - - Google Patents

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JPH0143400B2
JPH0143400B2 JP14792180A JP14792180A JPH0143400B2 JP H0143400 B2 JPH0143400 B2 JP H0143400B2 JP 14792180 A JP14792180 A JP 14792180A JP 14792180 A JP14792180 A JP 14792180A JP H0143400 B2 JPH0143400 B2 JP H0143400B2
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JP
Japan
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floating gate
gate
series circuit
point
potential
Prior art date
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Application number
JP14792180A
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Japanese (ja)
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JPS5771587A (en
Inventor
Hiroshi Iwahashi
Masamichi Asano
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP14792180A priority Critical patent/JPS5771587A/en
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Publication of JPH0143400B2 publication Critical patent/JPH0143400B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C7/00Arrangements for writing information into, or reading information out from, a digital store

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  • Read Only Memory (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデータを電気的に書き替えが可能な
読出し専用の半導体記憶装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a read-only semiconductor memory device in which data can be electrically rewritten.

ゲート電極としてフローテイングゲートとコン
トロールゲートの二つを有する二重ゲート型の
MOSトランジスタをメモリセルとして使用した
読出し専用半導体記憶装置すなわちリードオンリ
メモリは、現在多くの電子装置で利用されてい
る。
A double gate type with two gate electrodes: a floating gate and a control gate.
Read-only semiconductor memory devices that use MOS transistors as memory cells, that is, read-only memories, are currently used in many electronic devices.

第1図および第2図は上記二重ゲート型の
MOSトランジスタをメモリセルとして使用した、
従来の半導体記憶装置の構成を示すもので、第1
図は回路図、第2図はそのパターン平面図であ
る。図において1は各メモリセル、2は各メモリ
セルのコントロールゲートを兼ねた行線、3は各
フローテイングゲート、4は列線、5はドレイ
ン、6は接地電位が与えられるソース、7はドレ
イン5と列線4とを接続するコンタクトホールで
ある。このような構成の記憶装置において予めデ
ータを設定するには、フローテイングゲート3に
電子を注入するか否によつて行なつている。すな
わちフローテイングゲート3に電子が注入された
メモリセル1ではそのしきい電圧が上昇し、電子
の注入が行なわれないメモリセル1ではしきい電
圧は変化しないので、このとき行線2に所定電位
を与えればしきい電圧の高いメモリセル1はオフ
し、低いメモリセル1はオンする。したがつてこ
れにより“1”あるいは“0”のデータが読み出
されることになる。
Figures 1 and 2 show the above double gate type.
Using MOS transistors as memory cells,
This shows the configuration of a conventional semiconductor memory device, and the first
The figure is a circuit diagram, and FIG. 2 is a plan view of the pattern. In the figure, 1 is each memory cell, 2 is a row line that also serves as a control gate of each memory cell, 3 is each floating gate, 4 is a column line, 5 is a drain, 6 is a source to which a ground potential is applied, and 7 is a drain This is a contact hole that connects the column line 5 and the column line 4. In a storage device having such a configuration, data is set in advance depending on whether or not electrons are injected into the floating gate 3. That is, in the memory cell 1 in which electrons are injected into the floating gate 3, the threshold voltage increases, and in the memory cell 1 in which no electrons are injected, the threshold voltage does not change. If , the memory cell 1 with a high threshold voltage is turned off, and the memory cell 1 with a low threshold voltage is turned on. Therefore, data of "1" or "0" is read out.

ところで上記従来の記憶装置において、データ
書込みのためにはフローテイングゲート3に電子
を注入する際は、そのメモリセル1のドレイン5
とコントロールゲートすなわち行線2の両方に高
電圧を印加し、そのドレイン5の近傍で生じるイ
オン衝撃電流によつて行なつている。そのため一
つのメモリセル1毎に電子を注入するか否かを決
めねばならないので、一つのメモリセルに対して
高電位および接地電位をそれぞれ与える必要があ
る。この結果、第1図に示すようなメモリセルの
配列および第2図に示すようなパターンとする必
要があり、このためにメモリセル1の占有面積が
大きくなつてしまい記憶装置全体のチツプサイズ
が大型となる欠点がある。
By the way, in the above conventional memory device, when injecting electrons into the floating gate 3 for data writing, the drain 5 of the memory cell 1 is
A high voltage is applied to both the control gate and the row line 2, and an ion bombardment current is generated near the drain 5 of the control gate. Therefore, it is necessary to decide whether or not to inject electrons for each memory cell 1, so it is necessary to apply a high potential and a ground potential to each memory cell. As a result, it is necessary to arrange the memory cells as shown in FIG. 1 and in a pattern as shown in FIG. There is a drawback.

この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、メモリ
セルの占有面積を小さくしもつてチツプサイズの
縮小化が可能な半導体記憶装置を提供することに
ある。
This invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a semiconductor memory device that can reduce the chip size by reducing the area occupied by memory cells. be.

ところで第3図は前記メモリセルとして使用さ
れる二重ゲート型のMOSトランジスタの構成を
示す断面図である。図において8は基板、6,5
はソース、ドレイン、2はコントロールゲートを
兼ねた行線、3はフローテイングゲートであり、
上記行線2およびフローテイングゲート3は通
常、ポリシリコンによつて形成されている。また
行線2とフローテイングゲート3との間およびフ
ローテイングゲート3と基板8との間にはそれぞ
れ酸化シリコン等の絶縁物が介在している。この
ため行線2とフローテイングゲート3との間およ
びフローテイングゲート3と、前記ソース6とド
レイン5との間の導電チヤネルあるいは基板8と
の間には、容量C1,C2が存在する。このような
構造において、いまコントロールゲートを兼ねた
行線2とフローテイングゲート3との間の電界が
ある値以上になると、この両ゲート間にはトンネ
ル電流が流れる。第4図は横軸に電界の強さを、
縦軸に電流密度をそれぞれとつたものである。第
4図に示すように行線2とフローテイングゲート
3との間の電界強度がEc以上になると、この間
には電流が流れる。またコントロールゲートを兼
ねた行線2の電位をVCGとすれば、このときのフ
ローテイングゲート3の電位VFGは次式で与えら
れる。
By the way, FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a double gate type MOS transistor used as the memory cell. In the figure, 8 is the substrate, 6, 5
are the source and drain, 2 is the row line that also serves as the control gate, 3 is the floating gate,
The row lines 2 and floating gates 3 are usually made of polysilicon. Insulators such as silicon oxide are interposed between the row line 2 and the floating gate 3 and between the floating gate 3 and the substrate 8, respectively. Therefore, capacitances C 1 and C 2 exist between the row line 2 and the floating gate 3 and between the floating gate 3 and the conductive channel or substrate 8 between the source 6 and the drain 5. . In such a structure, when the electric field between the row line 2, which also serves as a control gate, and the floating gate 3 exceeds a certain value, a tunnel current flows between the two gates. In Figure 4, the horizontal axis represents the strength of the electric field,
The vertical axis represents the current density. As shown in FIG. 4, when the electric field strength between the row line 2 and the floating gate 3 exceeds Ec, a current flows between them. Further, if the potential of the row line 2 which also serves as a control gate is V CG , the potential V FG of the floating gate 3 at this time is given by the following equation.

VFG=C1/C1+C2VCG …(1) ここでいまC2がC1の2倍であれば上記(1)式は
次式のようになる。
V FG = C 1 /C 1 +C 2 V CG (1) If C 2 is twice C 1 , the above equation (1) becomes the following equation.

VFG=1/3VCG ……(2) すなわち上記(2)式のような電位関係があれば、
行線2とフローテイングゲート3との間の電界の
方がフローテイングゲート3と前記導電チヤネル
あるいは基板8との間の電界よりも大きい。した
がつて第4図中に示す電界強度Ecを上記両電界
の中間値に設定すれば、フローテイングゲート3
から行線2に向けて電子の流れが生じる。従つ
て、フローテイングゲートからは電子が放出され
てそこに正孔が残り、フローテイングゲートは正
に帯電する。この電子の流れが生じている時間を
長くすれば、第5図に示すように、そのMOSト
ランジスタのしきい電圧は正から負へと変化し、
しきい電圧がいつたん負になればそのコントロー
ルゲートの電位が零であつてもオンすることにな
る。この発明は上記のような二重ゲート型の
MOSトランジスタの性質を利用したものである。
V FG = 1/3V CG ...(2) In other words, if there is a potential relationship as shown in equation (2) above,
The electric field between the row line 2 and the floating gate 3 is greater than the electric field between the floating gate 3 and the conductive channel or substrate 8. Therefore, if the electric field strength Ec shown in FIG. 4 is set to an intermediate value between the above two electric fields, the floating gate 3
A flow of electrons occurs from the line 2 toward the row line 2. Therefore, electrons are emitted from the floating gate, holes remain there, and the floating gate becomes positively charged. If we lengthen the time during which this electron flow occurs, the threshold voltage of the MOS transistor changes from positive to negative, as shown in Figure 5.
Once the threshold voltage becomes negative, it will turn on even if the control gate potential is zero. This invention is a double gate type as mentioned above.
This takes advantage of the properties of MOS transistors.

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明
する。第6図はこの発明に係る半導体記憶装置の
回路構成図である。図において11は列アドレス
信号a00,a11,…をデコードする列デコ
ーダ、12はこの列デコーダ11のデコード出力
により駆動される列選択用のMOSトランジスタ、
13は列線、14は行アドレス信号A00
A11,…をデコードする行デコーダ、15は
行線16はコントロールゲートおよびフローテイ
ングゲートを有する二重ゲート型のMOSトラン
ジスタからなるメモリセルである。このうちメモ
リセル16はそれぞれ同数個直列接続され、複数
の直列回路17を構成している。そして上記各直
列回路17の一端は上記各列線13に接続される
とともに、他端はこの記憶装置をデータ読出しモ
ードあるいはデータ書込みモードのいずれかに設
定するための信号R/をゲート入力とする各
MOSトランジスタ18を介して接地電位点すな
わち基準電位点に接続される。また上記各直列回
路17において対応する位置にあるメモリセル1
6の各コントロールゲートは同一の行線15に接
続される。さらに上記列選択用のMOSトランジ
スタ12のそれぞれの他端は共通接続され、この
共通接続点Sと正極性の電源電圧VD印加点との
間には、クロツク信号φをゲート入力とする負荷
用のMOSトランジスタ19が接続される。また
上記接続点Sと接地電位点との間には、前記各メ
モリセル16にデータを書き込む際、その書込み
データに応じて“1”あるいは“0”に設定され
る信号Aをゲート入力とするMOSトランジスタ
20が接続される。またさらに前記各列線13と
VD印加点との間には、上記クロツク信号φをゲ
ート入力とする複数の負荷用のMOSトランジス
タ21が接続される。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to the present invention. In the figure, 11 is a column decoder that decodes column address signals a 0 , 0 , a 1 , 1 , . . . , 12 is a MOS transistor for column selection driven by the decoded output of this column decoder 11,
13 is a column line, 14 is a row address signal A 0 , 0 ,
A row decoder 15 decodes A 1 , 1 , . . . , and a row line 16 is a memory cell consisting of a double gate type MOS transistor having a control gate and a floating gate. Of these, the same number of memory cells 16 are connected in series to form a plurality of series circuits 17. One end of each series circuit 17 is connected to each column line 13, and the other end receives a gate input signal R/ for setting the storage device in either data read mode or data write mode. each
It is connected to a ground potential point, that is, a reference potential point, via a MOS transistor 18. In addition, memory cells 1 at corresponding positions in each series circuit 17 described above
Each of the 6 control gates is connected to the same row line 15. Further, the other ends of each of the column selection MOS transistors 12 are commonly connected, and between this common connection point S and the positive polarity power supply voltage VD application point, a load circuit whose gate input is the clock signal φ is connected. MOS transistor 19 is connected. Further, between the connection point S and the ground potential point, a gate input is a signal A which is set to "1" or "0" depending on the written data when writing data to each of the memory cells 16. MOS transistor 20 is connected. Furthermore, each of the column lines 13 and
A plurality of load MOS transistors 21 whose gates receive the clock signal φ are connected to the V D application point.

なお、上記各メモリセル16は予めその書込み
データに基づいて、フローテイングゲートから電
子を放出させるか、もしくは放出を行なわず初期
の中性状態のままにすることによりそのしきい値
電圧が負または正に設定されているものとする。
Note that each memory cell 16 has its threshold voltage set to negative or It is assumed that this is set correctly.

次に上記のように構成された記憶装置からデー
タを読み出す場合の動作を、第7図に示すタイミ
ングチヤートを用いて説明する。まずデータを読
み出す場合に、信号R/をデータ読出しモード
すなわち“1”に、信号Aを“0”にそれぞれ設
定しておく。信号Aを“0”に設定するとMOS
トランジスタ20はオフ状態になり、データ読出
し時にはこのトランジスタ20は動作とは無関係
になる。また信号R/を“1”に設定すると各
MOSトランジスタ18はオン状態になり、各直
列回路17の一端はそれぞれ接地電位点に接続さ
れた状態になる。次にφが“1”となつている期
間に、列デコーダ11および行デコーダ14によ
り一つの直列回路17内の一つのメモリセル16
が選択されたとする。φが“1”になると負荷用
のMOSトランジスタ19,21がオンして、接
続点Sおよび各列線13は充電され“1”とな
る。またこのとき行デコーダ14は選択行線には
“0”信号を、非選択行線には“1”信号をそれ
ぞれ出力する。したがつて上記直列回路17内の
非選択の各メモリセル16のコントロールゲート
に“1”信号が与えられ、これらすべてのメモリ
セル16はオン状態になる。一方、上記直列回路
17において、選択されたメモリセル16のコン
トロールゲートには“0”信号が与えられる。そ
してこの選択されたメモリセル16のしきい電圧
が予め正に設定されていれば、このメモリセルは
オフ状態になる。φが“1”となつている期間
に、上記選択されたメモリセル16がオフ状態で
あれば、列デコーダ11によつて選択されMOS
トランジスタ19および21によつて“1”に充
電された列線13は放電されず、したがつてこの
とき接続点Sは“1”のままになる。また上記選
択されたメモリセル16のしきい電圧が予め負に
設定されていれば、このメモリセルはオン状態に
なる。したがつてこのとき“1”に充電される列
線13および接続点Sは直列回路17によつて放
電され、接続点Sは“0”になる。すなわちφが
“1”の期間に接続点Sの信号を検出すれば上記
選択されたメモリセルに予め書き込まれたデータ
を得ることができる。また、もちろんφを“1”
にして列線13を予め充電し、その後非選択行線
を“1”にして、その時の接続点Sの信号を検出
する様にしてもよい。
Next, the operation of reading data from the storage device configured as described above will be explained using the timing chart shown in FIG. First, when reading data, the signal R/ is set to a data read mode, that is, "1", and the signal A is set to "0". When signal A is set to “0”, MOS
Transistor 20 is turned off and becomes irrelevant to the operation during data reading. Also, when signal R/ is set to “1”, each
The MOS transistor 18 is turned on, and one end of each series circuit 17 is connected to the ground potential point. Next, during the period when φ is "1", one memory cell 16 in one series circuit 17 is selected by the column decoder 11 and the row decoder 14.
Suppose that is selected. When φ becomes "1", the load MOS transistors 19 and 21 are turned on, and the connection point S and each column line 13 are charged and become "1". At this time, the row decoder 14 outputs a "0" signal to the selected row line and a "1" signal to the unselected row line. Therefore, a "1" signal is applied to the control gate of each unselected memory cell 16 in the series circuit 17, and all these memory cells 16 are turned on. On the other hand, in the series circuit 17, a "0" signal is applied to the control gate of the selected memory cell 16. If the threshold voltage of the selected memory cell 16 is set positive in advance, this memory cell is turned off. If the selected memory cell 16 is off during the period when φ is “1”, the column decoder 11 selects the MOS
The column line 13 charged to "1" by the transistors 19 and 21 is not discharged, so that the connection point S remains at "1" at this time. Further, if the threshold voltage of the selected memory cell 16 is previously set to a negative value, this memory cell is turned on. Therefore, the column line 13 and the connection point S, which are charged to "1" at this time, are discharged by the series circuit 17, and the connection point S becomes "0". That is, if the signal at the connection point S is detected during the period when φ is "1", the data written in advance in the selected memory cell can be obtained. Also, of course, φ is “1”
Alternatively, the column line 13 may be charged in advance, and then the unselected row line may be set to "1", and the signal at the connection point S at that time may be detected.

次に各メモリセル16にデータを書き込む場合
の動作を、第8図に示すタイミングチヤートを用
いて説明する。まずデータを書き込む場合に、前
記信号R/をデータ書込みモードすなわち
“0”に設定しておく。信号R/を“0”に設
定すると各MOSトランジスタ18はオフ状態に
なり、各直列回路17の一端はそれぞれ接地電位
点から分離された状態になる。次にφが“1”と
なつている期間に、列デコーダ11および行デコ
ーダ14により一つの直列回路17内の一つのメ
モリセル16が選択されたとする。φが“1”に
なると前記と同様に負荷用のMOSトランジスタ
19,21がオンして、接続点Sおよび各列線1
3は充電され“1”となる。またこのとき行デコ
ーダ14は選択行線には正極性の高電位電圧V1
を、非選択行線にはこのV1よりも低電位の電圧
V2をそれぞれ出力する(ただしV1,V2はいずれ
も“1”信号の電位よりも高電位であるとする)。
さらにこのときMOSトランジスタ20のゲート
に与える信号Aを書込みデータに応じて“0”に
設定すれば、このMOSトランジスタ20はオフ
状態となる。またいま、列デコーダ11によつて
選択されている直列回路17内のすべてのメモリ
セル16のコントロールゲートには“1”信号よ
りも高電位の電圧V1またはV2が与えられている
ため、これらのメモリセルはすべてオン状態にあ
る。さらにMOSトランジスタ20がオフ状態に
あるため、接続点Sおよび選択されている列線1
3も“1”に相当する電位となつており、上記直
列回路17内のすべてのメモリセル16がオン状
態にあるため各ソース、ドレインの電位も“1”
に相当する電位に上昇している。この状態のと
き、上記直列回路17において選択されたメモリ
セル16のコントロールゲートには高電位電圧
V1が与えられるが、このメモリセルのソース、
ドレイン電圧も上昇しているため、このメモリセ
ル16のコントロールゲートとフローテイングゲ
ートとの間の電界は前記第4図中のEc以上には
ならず、したがつて両ゲート間には電流は流れ
ず、フローテイングゲートから電子の放出が行わ
れないので、フローテイングゲートは中性状態の
ままにされてそのしきい値電圧は正のまま変化し
ない。
Next, the operation for writing data into each memory cell 16 will be explained using the timing chart shown in FIG. First, when writing data, the signal R/ is set to data write mode, that is, "0". When the signal R/ is set to "0", each MOS transistor 18 is turned off, and one end of each series circuit 17 is separated from the ground potential point. Next, suppose that one memory cell 16 in one series circuit 17 is selected by the column decoder 11 and the row decoder 14 during the period when φ is "1". When φ becomes "1", the load MOS transistors 19 and 21 are turned on in the same way as described above, and the connection point S and each column line 1 are turned on.
3 is charged and becomes "1". At this time, the row decoder 14 applies a positive high potential voltage V 1 to the selected row line.
, the unselected row line has a voltage lower than this V 1 .
V 2 is output respectively (assuming that both V 1 and V 2 are higher in potential than the “1” signal potential).
Further, at this time, if the signal A applied to the gate of the MOS transistor 20 is set to "0" in accordance with the write data, the MOS transistor 20 is turned off. Also, since the control gates of all memory cells 16 in the series circuit 17 selected by the column decoder 11 are now supplied with a voltage V 1 or V 2 that is higher in potential than the "1" signal, All of these memory cells are in the on state. Furthermore, since the MOS transistor 20 is in the off state, the connection point S and the selected column line 1
3 is also at a potential corresponding to "1", and since all the memory cells 16 in the series circuit 17 are in the on state, the potential of each source and drain is also "1".
has risen to a potential corresponding to . In this state, a high potential voltage is applied to the control gate of the selected memory cell 16 in the series circuit 17.
V 1 is given, the source of this memory cell,
Since the drain voltage has also increased, the electric field between the control gate and floating gate of this memory cell 16 does not exceed Ec in FIG. 4, and therefore no current flows between the two gates. First, since no electrons are emitted from the floating gate, the floating gate remains in a neutral state and its threshold voltage remains positive and does not change.

一方、上記記号Aを書込みデータに応じて
“1”に設定すれば、MOSトランジスタ20はオ
ン状態になり、上記列デコーダ11によつて選択
されている直列回路17内のすべてのメモリセル
16のソース、ドレイン電圧は零になる。この状
態のとき、そのコントロールゲートに高電位電圧
V1が与えられる選択されたメモリセル16では、
コントロールゲートとフローテイングゲートとの
間の電界がEc以上になり、そのフローテイング
ゲートから電子が放出され、そのしきい電圧は正
から負に変化する。
On the other hand, if the symbol A is set to "1" according to the write data, the MOS transistor 20 is turned on, and all the memory cells 16 in the series circuit 17 selected by the column decoder 11 are turned on. The source and drain voltages become zero. In this state, a high potential voltage is applied to the control gate.
In the selected memory cell 16 to which V 1 is applied,
The electric field between the control gate and the floating gate becomes greater than Ec, electrons are emitted from the floating gate, and the threshold voltage changes from positive to negative.

すなわち、このようにして各メモリセル16の
しきい電圧を正または負に設定することによつて
データが書き込まれる。
That is, data is written by setting the threshold voltage of each memory cell 16 to be positive or negative in this manner.

第9図および第10図はそれぞれ上記第6図に
示す半導体記憶装置のメモリセルアレイ部分のパ
ターン平面図であり、第6図と対応する箇所には
同じ符号を付してある。また第9図、第10図に
おいて31は各フローテイングゲート、32はソ
ースあるいはドレインである。各メモリセルは複
数個直列接続されているため、従来のように各メ
モリセルのソースに接地電位を与える必要はな
く、また各ドレインと列線とを接続するためのコ
ンタクトホールも必要ない。したがつてメモリセ
ルの占有面積を小さくすることができ、この結
果、記憶装置全体のチツプサイズの縮小化が可能
である。
9 and 10 are pattern plan views of the memory cell array portion of the semiconductor memory device shown in FIG. 6, respectively, and portions corresponding to those in FIG. 6 are given the same reference numerals. Further, in FIGS. 9 and 10, 31 is each floating gate, and 32 is a source or drain. Since a plurality of memory cells are connected in series, there is no need to apply a ground potential to the source of each memory cell as in the conventional case, and there is no need for a contact hole to connect each drain to a column line. Therefore, the area occupied by the memory cells can be reduced, and as a result, the chip size of the entire memory device can be reduced.

第11図および第12図はそれぞれ上記行デコ
ーダ14を具体的に示す回路構成図である。第1
1図においてデータ読出しモード時には、前記信
号R/と逆位相関係にある信号/Wは“0”
である。このためMOSトランジスタ41はオフ、
MOSトランジスタ42はオンになり、a点、b
点はそれぞれ“1”、“0”となる。したがつて行
線15に接続された一方のMOSトランジスタ4
3はオフ、他方のMOSトランジスタ44はオン
になり、c点が行線15に接続される。いまこの
行線15が選択される条件にあるとき、d点は
“1”となり、これによりc点は“0”、したがつ
て行線15には“0”信号が出力される。
11 and 12 are circuit configuration diagrams specifically showing the row decoder 14, respectively. 1st
In Figure 1, in the data read mode, the signal /W, which has an opposite phase relationship with the signal R/, is "0".
It is. Therefore, the MOS transistor 41 is turned off.
The MOS transistor 42 is turned on, and points a and b
The points become "1" and "0", respectively. Therefore, one MOS transistor 4 connected to the row line 15
3 is off, the other MOS transistor 44 is on, and point c is connected to the row line 15. When the row line 15 is selected, the point d becomes "1", the point c becomes "0", and therefore a "0" signal is output to the row line 15.

一方、データ書込みモード時には信号/Wは
“1”である。このためMOSトランジスタ41が
オン、MOSトランジスタ42がオフしてb点は
“1”になり、さらにMOSトランジスタ43がオ
ン、MOSトランジスタ44がオフしてe点が行
線15に接続される。いまこの行線15が選択さ
れる条件にあるとき、d点は“1”f点は“0”
となり、g点の電位は正極性の高電位電源電圧
VpよりもMOSトランジスタ45のしきい電圧
Vth分低い電位(Vp―Vth)となる。したがつて
これに続くデイプレツシヨン型のMOSトランジ
スタ46がオンし、e点の電位はVpとなる。よ
つて行線15にはe点の電位VpからMOSトラン
ジスタ43のしきい電圧Vthを差し引いた電位
(Vp―Vth)が出力される。なおこの電位(Vp
―Vth)は前記V1に相当するものである。またこ
の行線15が非選択の条件にあるときには、d点
は“0”、f点は“1”、g点は“0”となり、
MOSトランジスタ46がオフし、e点の電位は
Vpから、直列接続された2個のMOSトランジス
タ47,48のしきい電圧の和2Vthを差し引い
た電位(Vp―2Vth)となる。このときb点の
“1”信号の電位はVpであるため、e点の電位
(Vp―2Vth)がそのまま行線15に出力される
ことになる。なおこの電位(Vp―2Vth)は前記
V2に相当するものである。また上記e点に接続
され信号/Wをゲート入力とするMOSトラン
ジスタ49は、この行線15が選択状態から非選
択状態に切りかわる際に、e点を(Vp―Vth)
から(Vp―2Vth)に放電させるためのものであ
る。
On the other hand, the signal /W is "1" in the data write mode. Therefore, the MOS transistor 41 is turned on, the MOS transistor 42 is turned off, and the point b becomes "1". Furthermore, the MOS transistor 43 is turned on, and the MOS transistor 44 is turned off, so that the point e is connected to the row line 15. Now, when this row line 15 is selected, point d is "1" and point f is "0".
Therefore, the potential at point g is the positive high potential power supply voltage.
Threshold voltage of MOS transistor 45 than Vp
The potential is lower by Vth (Vp - Vth). Therefore, the subsequent depletion type MOS transistor 46 is turned on, and the potential at point e becomes Vp. Therefore, a potential (Vp-Vth) obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the MOS transistor 43 from the potential Vp at point e is output to the row line 15. Note that this potential (Vp
-Vth) corresponds to the above-mentioned V1 . Also, when this row line 15 is under the non-selection condition, the d point is "0", the f point is "1", and the g point is "0".
The MOS transistor 46 is turned off, and the potential at point e is
The potential is obtained by subtracting 2Vth, the sum of the threshold voltages of the two MOS transistors 47 and 48 connected in series, from Vp (Vp-2Vth). At this time, since the potential of the "1" signal at point b is Vp, the potential at point e (Vp-2Vth) is output to the row line 15 as is. Note that this potential (Vp-2Vth) is the same as above.
It is equivalent to V2 . Furthermore, when the row line 15 changes from the selected state to the non-selected state, the MOS transistor 49, which is connected to the above point e and receives the signal /W as a gate input, converts the point e to (Vp-Vth).
This is for discharging from (Vp-2Vth).

また第12図においてデータ読出しモード時に
は、信号/Wは“0”、信号R/は“1”で
あるため、MOSトランジスタ51はオフ、MOS
トランジスタ52はオンになり、i点が行線15
に接続される。そしていま行線15が選択される
条件にあるとき、j点は“0”、k点は“1”に
なり、これによりi点は“0”、したがつて行線
15には“0”信号が出力される。
In addition, in FIG. 12, in the data read mode, the signal /W is "0" and the signal R/ is "1", so the MOS transistor 51 is off and the MOS
Transistor 52 is turned on, and point i is on row line 15.
connected to. Now, when the row line 15 is selected, the j point becomes "0" and the k point becomes "1", so the i point becomes "0" and therefore the row line 15 becomes "0". A signal is output.

一方、データ書込みモード時には、信号/W
は“0”であるため、今度はMOSトランジスタ
51がオン、MOSトランジスタ52がオフにな
り、1点が行線15に接続される。この時この
R/Wの“1”レベルは、Vp′の電位である。そ
していまこの行線15が選択される条件にあると
き、j点は“0”になり、m点の電位はVp′より
もMOSトランジスタ53のしきい電圧Vth分低
い電位(Vp′―Vth)となる。したがつてこれに
続くデイプレツシヨン型のMOSトランジスタ5
4がオンし、1点の電位はVp′となる。よつて行
線15には1点の電位Vp′からMOSトランジス
タ51のしきい電圧Vthを差し引いた電位
(Vp′―Vth)が出力される。またこの電位は前記
V1に相当するものである。またこの行線15が
非選択の条件にあるときには、j点は“1”、m
点は“0”となり、MOSトランジスタ54がオ
フし、1点の電位はVp′から、直列接続された2
個のMOSトランジスタ55,56のしきい電圧
の和2Vthを差し引いた電位(Vp′―2Vth)とな
る。したがつて行線15にはMOSトランジスタ
51のゲート電圧がVp′であるため上記1点の電
位と同じ(Vp′―2Vth)が出力されることにな
る。またこの電位は前記V2に相当するものであ
り、さらに1点に接続され信号/Wをゲート入
力とするMOSトランジスタ57は、前記第11
図中のMOSトランジスタ49と同様に、この行
線15が選択状態から非選択状態に切りかわる際
に、1点を(Vp′―Vth)から(Vp′―2Vth)に
放電させるためのものである。
On the other hand, in data write mode, the signal /W
Since is "0", the MOS transistor 51 is turned on, the MOS transistor 52 is turned off, and one point is connected to the row line 15. At this time, the "1" level of this R/W is the potential of Vp'. Now, when the row line 15 is selected, point j becomes "0" and the potential at point m is lower than Vp' by the threshold voltage Vth of the MOS transistor 53 (Vp' - Vth). becomes. Therefore, the following depletion type MOS transistor 5
4 is turned on, and the potential at one point becomes Vp'. Therefore, a potential (Vp'-Vth) obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the MOS transistor 51 from the potential Vp' at one point is output to the row line 15. Also, this potential is
It corresponds to V 1 . Moreover, when this row line 15 is under the non-selection condition, the j point is "1" and the m
The point becomes "0", the MOS transistor 54 is turned off, and the potential at one point changes from Vp' to the two connected in series.
The potential is obtained by subtracting 2Vth, the sum of the threshold voltages of the MOS transistors 55 and 56 (Vp'-2Vth). Therefore, since the gate voltage of the MOS transistor 51 is Vp', the same potential as the one point (Vp'-2Vth) is output to the row line 15. Further, this potential corresponds to the above-mentioned V 2 , and furthermore, the MOS transistor 57 connected to one point and having the signal /W as a gate input is connected to the above-mentioned eleventh potential.
Similar to the MOS transistor 49 in the figure, this is for discharging one point from (Vp'-Vth) to (Vp'-2Vth) when this row line 15 switches from a selected state to a non-selected state. be.

第13図は第6図におけるメモリセル16に使
用するのに好適な二重ゲート型のMOSトランジ
スタの構造を示す断面図であり、61はP型の基
板、62はN+型のソース、63はN+型のドレイ
ン、64はコントロールゲート、65はフローテ
イングゲート、66は絶縁層である。このMOS
トランジスタでは、コントロールゲート64とフ
ローテイングゲート65との間の距離を一部小く
し、他の部分では大きくするようにしたものであ
り、このように構成することによつて前記第3図
中の容量におけるC1<C2なる関係を簡単に実現
することができる。すなわち、前記(1)式で与えら
れるフローテイングゲートの電位VFGを低下させ
て、コントロールゲートとフローテイングゲート
との間の電界を大きくするには、前記容量C1
値を小さくすればよい。さらに、この容量C1
値を小さくするには、コントロールゲートとフロ
ーテイングゲートとの間の距離を大きくすればよ
い。しかしながら、コントロールゲートとフロー
テイングゲートとの間の距離を全体的に大きくす
ると、両者間の電界は小さくなつてしまう。しか
しながら、第13図に示すようにコントロールゲ
ートとフローテイングゲートとの間の距離の一部
を小さくすることにより、容量C1の値を小さく
したままでコントロールゲートとフローテイング
ゲートとの間の電界を大きくすることができる。
また、コントロールゲート64とフローテイング
ゲート65との間の距離の一部を第13図に示す
ように800Åにすると、両ゲート間の電界も強く
なり、フローテイングゲート65に注入された電
子を短時間で除去することができる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a double-gate type MOS transistor suitable for use in the memory cell 16 in FIG. is an N + type drain, 64 is a control gate, 65 is a floating gate, and 66 is an insulating layer. This MOS
In the transistor, the distance between the control gate 64 and the floating gate 65 is made smaller in some parts, and made larger in other parts, and by configuring it in this way, the distance shown in FIG. The relationship C 1 <C 2 in capacity can be easily realized. That is, in order to lower the potential V FG of the floating gate given by the above equation (1) and increase the electric field between the control gate and the floating gate, the value of the capacitance C 1 needs to be reduced. . Furthermore, in order to reduce the value of this capacitance C1 , it is sufficient to increase the distance between the control gate and the floating gate. However, if the overall distance between the control gate and the floating gate is increased, the electric field between them becomes smaller. However, by reducing part of the distance between the control gate and the floating gate as shown in Figure 13, the electric field between the control gate and the floating gate can be reduced while keeping the value of capacitance C1 small. can be made larger.
Furthermore, if part of the distance between the control gate 64 and the floating gate 65 is set to 800 Å as shown in FIG. It can be removed in time.

第14図ないし第16図はそれぞれこの発明の
他の実施例を説明するためのものである。前記第
6図における各直列回路17において、直列接続
されたメモリセル16の数が多い場合、すべての
メモリセルのソース、ドレインを短時間のうちに
“1”に上昇させることは困難である。このため
第14図に示すように、φ=“1”の期間に先行
して“1”となる期間を有するクロツク信号φ′、
あるいはφ=“1”の期間に先行して“0”とな
る期間を有するクロツク信号を用いて、φ′ある
いはの期間に選択行線にV2の電位を出力させ
るとともに、この期間に非選択行線にV2の電位
を出力させるようにしたものである。そして第1
5図に示すものは、前記第11図に示す行デコー
ダにこのような機能を付加したものであり、この
機能を実現するために前記d点にクロツク信号φ
をゲート入力とするMOSトランジスタ50を接
続している。また第16図に示すものは、前記第
12図に示す行デコーダにこのような機能を付加
したものであり、この機能を実現するために前記
アドレス信号A0,A1…をゲート入力とするMOS
トランジスタに直列に、クロツク信号φ′をゲート
入力とするMOSトランジスタ58を挿入してい
る。
FIGS. 14 to 16 are for explaining other embodiments of the present invention, respectively. In each series circuit 17 in FIG. 6, if there are a large number of memory cells 16 connected in series, it is difficult to raise the source and drain of all memory cells to "1" in a short time. Therefore, as shown in FIG. 14, the clock signal φ', which has a period in which it is "1" prior to a period in which φ="1",
Alternatively, by using a clock signal that has a period of "0" preceding the period of φ = "1", a potential of V 2 is output to the selected row line during the period of φ', and the potential of V 2 is output to the selected row line during this period. It is designed to output a potential of V2 to the row line. and the first
The row decoder shown in FIG. 5 has such a function added to the row decoder shown in FIG.
A MOS transistor 50 whose gate input is . Moreover, the one shown in FIG. 16 is the row decoder shown in FIG. 12 with such a function added, and in order to realize this function, the address signals A 0 , A 1 . . . are used as gate inputs. M.O.S.
A MOS transistor 58 whose gate input is a clock signal φ' is inserted in series with the transistor.

以上説明したようにこの発明による半導体記憶
装置では、メモリセルの占有面積を小さくしもつ
てチツプサイズの縮小化を可能とするものであ
る。
As explained above, in the semiconductor memory device according to the present invention, it is possible to reduce the chip size by reducing the area occupied by the memory cells.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図および第2図それぞれ従来の半導体記憶
装置の構成を示し、第1図はその回路図、第2図
はパターン平面図、第3図ないし第5図はそれぞ
れこの発明の原理を説明するためのもので、第3
図は断面図、第4図は特性図、第5図は特性図、
第6図はこの発明の一実施例の回路構成図、第7
図および第8図はそれぞれ上記実施例回路の動作
を説明するためのタイミングチヤート、第9図お
よび第10図はそれぞれ上記実施例回路中のメモ
リセルアレイ部分のパターン平面図、第11図お
よび第12図はそれぞれ上記実施例回路中の行デ
コーダ部分の回路構成図、第13図は上記実施例
回路中のメモリセル部分の断面図、第14図ない
し第16図はこの発明の他の実施例を示し、第1
4図はタイミングチヤート、第15図は回路構成
図、第16図は回路構成図である。 11…列デコーダ、12,18,19,20,
21…MOSトランジスタ、13…列線、14…
行デコーダ、15…行線、16…メモリセル、1
7…直列回路、31…フローテイングゲート、3
2…ソースあるいはドレイン。
1 and 2 respectively show the configuration of a conventional semiconductor memory device, FIG. 1 is a circuit diagram thereof, FIG. 2 is a pattern plan view, and FIGS. 3 to 5 each illustrate the principle of the present invention. This is for the purpose of the third
The figure is a cross-sectional view, Figure 4 is a characteristic diagram, Figure 5 is a characteristic diagram,
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention, and FIG.
9 and 8 are timing charts for explaining the operation of the above embodiment circuit, respectively, FIGS. 9 and 10 are pattern plan views of the memory cell array portion in the above embodiment circuit, and FIGS. 11 and 12, respectively. The figures are respectively circuit configuration diagrams of the row decoder part in the above embodiment circuit, FIG. 13 is a sectional view of the memory cell part in the above embodiment circuit, and FIGS. 14 to 16 show other embodiments of the present invention. Show, first
4 is a timing chart, FIG. 15 is a circuit configuration diagram, and FIG. 16 is a circuit configuration diagram. 11... Column decoder, 12, 18, 19, 20,
21...MOS transistor, 13...column line, 14...
Row decoder, 15...Row line, 16...Memory cell, 1
7...Series circuit, 31...Floating gate, 3
2...Source or drain.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 フローテイングゲートおよびコントロールゲ
ートを有し、コントロールゲートとフローテイン
グゲートとの間の距離を一部小さくすることによ
り、コントロールゲートとフローテイングゲート
との間の電界強度がフローテイングゲートと導電
チヤネルあるいは基板との間の電界強度よりも大
きくなるように設定され、予め書込みデータに基
づいてフローテイングゲートからの電子の放出を
行なうかもしくは放出を行なわずに中性状態のま
まにすることによりそのしきい値電圧が負または
正に設定される絶縁ゲート電界効果トランジスタ
を複数個直列接続して構成される直列回路と、こ
の直列回路の一端を充電する負荷素子と、データ
読出し時のアドレス信号に応じて上記直列回路の
一つのトランジスタを選択し、この選択されたト
ランジスタのコントロールゲートには低論理信号
を、選択されないすべてのトランジスタのコント
ロールゲートには高論理信号をそれぞれ供給する
デコーダとを具備したことを特徴とする半導体記
憶装置。 2 フローテイングゲートおよびコントロールゲ
ートを有し、コントロールゲートとフローテイン
グゲートとの間の距離を一部小さくすることによ
り、コントロールゲートとフローテイングゲート
との間の電界強度がフローテイングゲートと導電
チヤネルあるいは基板との間の電界強度よりも大
きくなるように設定され、予め書込みデータに基
づいてフローテイングゲートからの電子の放出を
行なうかもしくは放出を行なわずに中性状態のま
まにすることによりそのしきい値電圧が負または
正に設定される絶縁ゲート電界効果トランジスタ
を複数個直列接続して構成される直列回路と、こ
の直列回路の一端と電源電圧印加点との間に挿入
され上記直列回路の一端を充電する負荷素子と、
上記直列回路と上記負荷素子との接続点と基準電
位点との間に挿入され、書込みデータに応じてス
イツチ制御されるスイツチ素子と、データ読出し
時のアドレス信号に応じて上記直列回路の一つの
トランジスタを選択し、この選択されたトランジ
スタのコントロールゲートには高電位を、選択さ
れないすべてのトランジスタのコントロールゲー
トには低電位をそれぞれ供給するデコーダとを具
備したことを特徴とする半導体記憶装置。
[Claims] 1. A floating gate and a control gate are provided, and by partially reducing the distance between the control gate and the floating gate, the electric field strength between the control gate and the floating gate is reduced. The electric field strength is set to be greater than the electric field strength between the floating gate and the conductive channel or substrate, and based on the written data, electrons are emitted from the floating gate or remain in a neutral state without being emitted. A series circuit consisting of a plurality of insulated gate field effect transistors connected in series, whose threshold voltage is set to be negative or positive by Select one transistor in the series circuit according to the address signal at the time, supply a low logic signal to the control gate of the selected transistor, and supply a high logic signal to the control gates of all the transistors not selected. A semiconductor memory device comprising: a decoder. 2. It has a floating gate and a control gate, and by partially reducing the distance between the control gate and the floating gate, the electric field strength between the control gate and the floating gate can be reduced between the floating gate and the conductive channel or The electric field strength is set to be greater than the electric field strength between the floating gate and the floating gate, and this is done by either emitting electrons from the floating gate based on the written data in advance, or by leaving the floating gate in a neutral state without emitting electrons. A series circuit consisting of a plurality of insulated gate field effect transistors connected in series whose threshold voltage is set to be negative or positive, and a series circuit inserted between one end of this series circuit and a power supply voltage application point. a load element that charges one end;
A switch element is inserted between a connection point between the series circuit and the load element and a reference potential point, and is switch-controlled according to the write data, and a switch element is inserted between the connection point of the series circuit and the load element and the reference potential point, and the switch element is controlled as a switch according to the write data. A semiconductor memory device comprising a decoder that selects a transistor and supplies a high potential to the control gate of the selected transistor and a low potential to the control gates of all unselected transistors.
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