JPH02133960A - Writable nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
Writable nonvolatile semiconductor memory deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は半導体記憶装置に関し、特に、MOSトランジ
スタの縦続接続を基本単位とするメモリセルアレイを有
する書込可能不揮発性半導体記憶装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a writable nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell array whose basic unit is a cascade of MOS transistors.
[従来の技術]
従来の書込可能不揮発性半導体記憶装置として、MOS
トランジスタをメモリセルとして用いたものが知られて
いる。最近、そのような半導体記憶装置のメモリセルア
レイの構成の1つとして、文献“IEDM 87−2
5.6”で示されたようなものがある。これは、メモリ
セルアレイの構成の基本単位として単独のMOS)ラン
ジスタでなく、縦続接続した複数のエンハンスメント型
MOSトランジスタを基本単位として用いるものである
。エンハンスメント型MOSトランジスタを用いた従来
のメモリセルへの書込みの原理は次のようなものであっ
た。[Prior art] As a conventional writable nonvolatile semiconductor memory device, MOS
Devices using transistors as memory cells are known. Recently, as one of the configurations of a memory cell array of such a semiconductor memory device, the document “IEDM 87-2
5.6". This uses multiple enhancement-type MOS transistors connected in cascade instead of a single MOS transistor as the basic unit of the memory cell array configuration. The principle of writing into a conventional memory cell using an enhancement type MOS transistor was as follows.
一般に、MOSトランジスタへの書込みはそのフローテ
ィングゲートへの電子注入によって行なわれる。この電
子注入の方法として、MOSトランジスタにアバランシ
ェ状態でチャネル電流を流すことによって行なうものが
ある。Generally, writing to a MOS transistor is performed by injecting electrons into its floating gate. One method for this electron injection is to cause a channel current to flow through the MOS transistor in an avalanche state.
第5図は単独のエンハンスメント型MOSトランジスタ
について、そのドレイン電圧を9vとした場合のそのゲ
ート電圧としきい値電圧との関係を示したグラフである
。図において、横軸はゲート電圧vG1縦軸はしきい値
電圧Vthである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gate voltage and threshold voltage of a single enhancement type MOS transistor when its drain voltage is 9V. In the figure, the horizontal axis is the gate voltage vG, and the vertical axis is the threshold voltage Vth.
図を参照して、ドレイン電圧が一定値9Vの場合、MO
S)ランジスタのしきい値電圧Vthはゲート電圧vG
が8v〜14Vのときに急激に大きくなっている。これ
は、MOSトランジスタのPN接合部がゲート電圧vG
が8v〜14Vにおいて、アバランシェ状態となってい
ることを意味する。Referring to the figure, when the drain voltage is a constant value of 9V, MO
S) The transistor threshold voltage Vth is the gate voltage vG
It suddenly increases when the voltage is between 8v and 14V. This means that the PN junction of the MOS transistor has a gate voltage vG
This means that the voltage is in an avalanche state between 8V and 14V.
したがってMOSトランジスタはゲート電圧vGが8v
〜14Vにおいて最も効率の良い書込状態となる。逆に
、ゲート電圧vGが8vよりも小・あるいは、14vよ
りも大の範囲では書込みのレベルは極めて低いか書込み
が行なわれない状態となる。一般に、このようなMOS
トランジスタの特性を利用することによってメモリセル
であるMOSトランジスタへの書込みが行なわれる。な
お、ドレイン電圧9V、ゲート電圧9.5vの条件で書
込みが行なわれると、書込まれたMOSトランジスタの
しきい値電圧は4.5v程度となる。Therefore, the gate voltage vG of the MOS transistor is 8V.
The most efficient writing state occurs at ~14V. Conversely, when the gate voltage vG is less than 8V or greater than 14V, the writing level is extremely low or no writing is performed. Generally, such MOS
Writing to a MOS transistor, which is a memory cell, is performed by utilizing the characteristics of the transistor. Note that when writing is performed under the conditions of a drain voltage of 9V and a gate voltage of 9.5V, the threshold voltage of the written MOS transistor becomes approximately 4.5V.
第4図(a)は、先に述べたエンハンスメント型MOS
トランジスタより構成されるメモリセルアレイの一例を
示す図であるとともに、メモリセルトランジスタ19に
書込みをする場合の各メモリセルトランジスタのゲート
に印加する電圧を示した図である。先に述べたように、
MOSトランジスタを書込状態とするのに最適なゲート
電圧はドレイン電圧が9Vのとき8v〜14Vであった
。Figure 4(a) shows the enhancement type MOS described earlier.
2 is a diagram illustrating an example of a memory cell array composed of transistors, and also a diagram illustrating voltages applied to the gates of each memory cell transistor when writing to the memory cell transistor 19. FIG. As mentioned earlier,
The optimal gate voltage for putting the MOS transistor in the write state was 8V to 14V when the drain voltage was 9V.
したがって、ドレイン電圧を9vにした場合、書込みを
するメモリセルトランジスタ19のゲート電圧はこの範
囲内でなければならない。また、書込みをしないメモリ
セルトランジスタ16〜18の各ゲートの電圧は8v〜
14Vの範囲外でなければならない。さらに、書込みを
するメモリセルトランジスタにはチャネル電流を流す必
要があるため、ドレイン・ソース間には適切な電圧が印
加されなければならない。そのため、図に示すように、
書込みをするメモリセルトランジスタ19のゲート電圧
だけを9.5vとし、ドレインライン1には9Vを与え
である。さらに、ソースライン2は接地電位OVが与え
られている。しかし、メモリセルトランジスタ19に書
込みをするには、ドレインライン1の電圧9vを書込み
をするメモリセルトランジスタ19のドレインに伝達す
る必要があるため、書込みをしないメモリセルトランジ
スタ16〜18をON状態とする必要がある。Therefore, when the drain voltage is set to 9V, the gate voltage of the memory cell transistor 19 for writing must be within this range. In addition, the voltage at each gate of memory cell transistors 16 to 18 that do not perform writing is 8V to 8V.
Must be outside the 14V range. Furthermore, since a channel current must flow through the memory cell transistor for writing, an appropriate voltage must be applied between the drain and source. Therefore, as shown in the figure,
Only the gate voltage of the memory cell transistor 19 for writing is set to 9.5V, and 9V is applied to the drain line 1. Furthermore, the source line 2 is provided with a ground potential OV. However, in order to write to the memory cell transistor 19, it is necessary to transmit the voltage 9V of the drain line 1 to the drain of the memory cell transistor 19 to be written, so the memory cell transistors 16 to 18 that are not to be written are turned on. There is a need to.
但し、このとき、書込みをしないメモリセルトランジス
タ16〜18の中に、既に書込みがなされしきい値電圧
が4.5vとなっているものがあることを考慮し、その
ゲート電圧を4.5v以上にしなければならない。さら
に、書込みをしないメモリセルトランジスタ16〜18
のゲート電圧は、先に述べたように、8v〜14Vの範
囲外でなければならない。これらのことを考慮して、書
込みをしないメモリセルトランジスタ16〜18各々の
ゲートにはすべて21Vを印加する。However, at this time, considering that some of the memory cell transistors 16 to 18 that are not to be programmed have already been programmed and have a threshold voltage of 4.5V, the gate voltage should be set to 4.5V or higher. must be done. Furthermore, memory cell transistors 16 to 18 that do not perform writing
The gate voltage of should be outside the range of 8v to 14V, as mentioned earlier. Taking these things into consideration, 21V is applied to the gates of each of the memory cell transistors 16 to 18 that are not to be written.
次に、MOSトランジスタからの読出しについて説明す
る。書込みが行なわれたMOS)ランジスタは、そのフ
ローティングゲートに電子が蓄積され、そのしきい値は
4.5v程度に上昇している。したがって、ドレイン・
ソース間に低電圧をかけておくとゲート電圧が4.5v
より大きければON状態となリドレイン電流が流れるが
、ゲート電圧が4.5vより小さければOFF状態とな
りドレイン電流は流れない。逆に、書込みが行なわれて
いないMOS)ランジスタのしきい値電圧は初期時の値
を保っている。したがって、書込みが行なわれていない
MOSトランジスタはそのゲート電圧が初期時のしきい
値電圧よりも大きい値でさえあれば4.5vよりも小さ
い値であってもドレイン電流が流れる。このような書込
みが行なわれたMOS)ランジスタと書込みが行なわれ
ていないMOSトランジスタの特性の違いを利用するこ
とによって読出しを行なう。Next, reading from the MOS transistor will be explained. The written MOS transistor has electrons accumulated in its floating gate, and its threshold value has increased to about 4.5V. Therefore, the drain
If a low voltage is applied between the source, the gate voltage will be 4.5V.
If the gate voltage is higher than 4.5V, the drain current is in the ON state and flows, but if the gate voltage is smaller than 4.5V, the gate voltage is in the OFF state and no drain current flows. Conversely, the threshold voltage of a MOS transistor to which writing has not been performed remains at its initial value. Therefore, in a MOS transistor to which writing has not been performed, a drain current flows even if the gate voltage is smaller than 4.5 V as long as the gate voltage is larger than the initial threshold voltage. Reading is performed by utilizing the difference in characteristics between a MOS transistor to which writing has been performed and a MOS transistor to which writing has not been performed.
第4図(、b )は、第4図(a)と同様に、先に述べ
たエンハンスメント型MOSトランジスタより構成され
るメモリセルアレイの一例を示す図であるとともにメモ
リセルトランジスタ17から読出しをする場合の各メモ
リセルトランジスタへの印加電圧を示した図である。図
に示すように、読出したいメモリセルトランジスタ17
のゲート電圧を4■とすることによって、書込みがなさ
れているか否かを判定できる。すなわち、書込みが行な
われていればOFF状態、書込みが行なわれていなけれ
ばON状態となる。さらに、メモリセルトランジスタ1
7がON状態となった場合に電流が流れるように、ドレ
インライン1には1vを与えソースライン2は接地しO
vとしている。しかし、このドレインライン1およびソ
ースライン2のそれぞれの電圧を読出したいメモリセル
トランジスタ17のドレインおよびソースに与えるため
には、読出したくないメモリセルトランジスタ16.1
8.および19はすべてON状態とする必要がある。し
たがって、読出したくないメモリセル15,18.およ
び19が書込まれているか否か、すなわち、しきい値電
圧が465vに上昇しているか否かにかかわらずON状
態となるようにメモリセルトランジスタ16.18.お
よび19のそれぞれのゲート電圧はすべて7vとなって
いる。Similar to FIG. 4(a), FIG. 4(,b) is a diagram showing an example of a memory cell array composed of the enhancement type MOS transistors mentioned above, and also shows a case where reading is performed from the memory cell transistor 17. FIG. 3 is a diagram showing voltages applied to each memory cell transistor in FIG. As shown in the figure, the memory cell transistor 17 to be read is
By setting the gate voltage to 4■, it can be determined whether or not writing is being performed. That is, if writing is being performed, it is in the OFF state, and if writing is not being performed, it is in the ON state. Furthermore, memory cell transistor 1
7 is in the ON state, 1V is applied to the drain line 1, and the source line 2 is grounded.
It is set as v. However, in order to apply the respective voltages of drain line 1 and source line 2 to the drain and source of memory cell transistor 17 to be read, it is necessary to
8. and 19 must all be in the ON state. Therefore, memory cells 15, 18 . Memory cell transistors 16, 18 . and 19, the gate voltages are all 7V.
なお、書込みを行ないたくない書込禁止時については次
のとおりである。The following is a write-inhibited time when writing is not desired.
第4図(c)は第4図(a)および(b)と同様に、先
に述べたエンハンスメント型MOSトランジスタより構
成されるメモリセルアレイの一例を示す図であるととも
に、書込禁止時の各メモリセルトランジスタへの印加電
圧を示した図である。FIG. 4(c), like FIGS. 4(a) and 4(b), is a diagram showing an example of a memory cell array composed of the enhancement type MOS transistors mentioned above, and also shows each memory cell array when write is prohibited. FIG. 3 is a diagram showing voltages applied to memory cell transistors.
但し、各メモリセルトランジスタのゲート電圧は書込み
たいメモリセルトランジスタとして仮にメモリセリトラ
ンジスタ19が選択されていた状態の場合のものである
。図を参照して、ドレインライン1およびソースライン
2にはともに接地電位Ovが与えられている。したがっ
て、メモリセルトランジスタ16〜19がすべてON状
態であっても前記4つのメモリセルトランジスタのどれ
にもチャネル電流は流れず書込みが行なわれることはな
い。However, the gate voltage of each memory cell transistor is the one in the case where the memory cell transistor 19 is temporarily selected as the memory cell transistor to be written. Referring to the figure, both drain line 1 and source line 2 are provided with ground potential Ov. Therefore, even if all memory cell transistors 16 to 19 are in the ON state, no channel current flows through any of the four memory cell transistors and no writing is performed.
なお、一般にMOS)ランジスタの記憶情報を消去する
方法としては紫外線照射などが用いられる。Note that ultraviolet irradiation or the like is generally used as a method for erasing information stored in a MOS transistor.
[発明が解決しようとする課題]
縦続接続されたエンハンスメント型MOSトランジスタ
を基本単位として構成されたメモリセルアレイを用いた
場合の従来の書込可能不揮発性半導体記憶装置において
、書込みおよび読出しは以上のように行なわれていた。[Problems to be Solved by the Invention] Writing and reading are performed as described above in a conventional writable nonvolatile semiconductor memory device using a memory cell array configured using cascade-connected enhancement type MOS transistors as a basic unit. It was carried out in
したがって、書込時および読出時ともに選択されたメモ
リセルトランジスタのゲートと選択されないメモリセル
トランジスタのゲートには別の電圧を与えなければなら
なかった。さらに、これらの電圧はともにOvではない
ため接地以外の電圧源が2個必要であった。Therefore, different voltages must be applied to the gates of selected memory cell transistors and the gates of unselected memory cell transistors both during writing and reading. Furthermore, since both of these voltages are not Ov, two voltage sources other than ground are required.
すなわち、書込時および続出時ともに、ドレインライン
へ電圧を印加するための電源に加えてメモリセルトラン
ジスタのゲート電圧印加用の電源が2個必要であった。That is, in addition to a power supply for applying a voltage to the drain line, two power supplies for applying a gate voltage to the memory cell transistor are required both during writing and during continuous data writing.
そのため、記憶装置として使用上、非常に不便であった
。Therefore, it was very inconvenient to use as a storage device.
本発明の目的は、上記のような課題を解決し、メモリセ
ルトランジスタのゲートへの電圧印加を単一電源で行な
うことによって読出しおよび書込みができる不揮発性半
導体記憶装置を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a nonvolatile semiconductor memory device that can perform reading and writing by applying a voltage to the gates of memory cell transistors using a single power supply.
[課題を解決するための手段]
上記のような目的を達成するために、本発明に係る書込
可能不揮発性半導体記憶装置においては、そのメモリセ
ルアレイを以下のように構成した。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above objects, in a writable nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, a memory cell array thereof is configured as follows.
メモリセルアレイを構成するメモリセルトランジスタは
すべて、フローティングゲートを有し、そのフローティ
ングゲートの下部の一部または全部にトンネル酸化膜を
有し、かつ、そのトンネル酸化膜の少なくとも一部にド
レイン拡散領域を有し、さらに、フローティングゲート
に電荷が蓄積されない初期状態での特性としてデプレッ
ション型を有し、さらに、フローティングゲートに電荷
が蓄積された書込状態での特性がエンハンスメント型と
なり得るMOS)ランジスタとする。上記のようなMO
S)ランジスタを縦続接続し、これを基本単位としてメ
モリセルアレイを構成した。All memory cell transistors constituting the memory cell array have a floating gate, a tunnel oxide film in part or all of the lower part of the floating gate, and a drain diffusion region in at least a part of the tunnel oxide film. A MOS) transistor which has a depletion type characteristic in an initial state where no charge is accumulated in the floating gate, and which can have an enhancement type characteristic in a written state where a charge is accumulated in the floating gate. . MO as above
S) A memory cell array was constructed by connecting transistors in cascade and using them as a basic unit.
メモリセルアレイを構成するMOSトランジスタはすべ
てトンネル酸化膜を有しているため、書込時のメモリセ
ルトランジスタのフローティングゲートへの電子注入は
トンネル効果によって行なうことができる。トンネル効
果によってフローティングゲートに電子を注入する場合
、その効率はメモリセルトランジスタのチャネル電流に
はほとんど依存しない。したがって、従来のようにドレ
イン・ソース間に高電圧を印加する必要はなく、ドレイ
ンおよびソース電圧はともに接地電位Ovでよい。Since all MOS transistors constituting the memory cell array have a tunnel oxide film, electron injection into the floating gate of the memory cell transistor during writing can be performed by the tunnel effect. When electrons are injected into the floating gate by the tunnel effect, the efficiency hardly depends on the channel current of the memory cell transistor. Therefore, there is no need to apply a high voltage between the drain and source as in the conventional case, and both the drain and source voltages may be at the ground potential Ov.
さらに、書込みが行なわれたメモリセルトランジスタの
特性を書込前のデプレッション型からエンハンスメント
型へと変化するようにしておくことができる。したがっ
て、書込後にメモリセルトランジスタの特性がエンハン
スメント型となるようにしておけば次のような読出方法
が可能となる。Furthermore, the characteristics of the memory cell transistor to which writing has been performed can be changed from the depletion type before writing to the enhancement type. Therefore, if the characteristics of the memory cell transistor are set to the enhancement type after writing, the following reading method becomes possible.
すなわち、読出したいメモリセルトランジスタに書込み
がなされているか否か、すなわち、メモリセルトランジ
スタの記憶情報は、その特性(エンハンスメント型かデ
プレッション型か)から判定できる。つまり、ドレイン
・ソース間に低電圧が印加されていた場合、書込みが行
なわれていなければその特性はデプレッション型である
からゲート電圧がOvでON状態となりドレイン電流が
流れる。逆に、書込みが行なわれていればその特性はエ
ンハンスメント型であるからゲート電圧OVではOFF
状態となりドレイン電流は流れない。That is, whether or not writing has been performed in the memory cell transistor to be read, that is, the stored information of the memory cell transistor can be determined from its characteristics (enhancement type or depletion type). That is, when a low voltage is applied between the drain and the source, if writing is not performed, the characteristics are of the depression type, so that the gate voltage becomes ON at Ov, and the drain current flows. On the other hand, if writing is being performed, its characteristics are enhancement type, so it is turned off at gate voltage OV.
state, and no drain current flows.
したがって、メモリセルトランジスタの記憶情報を読出
すには読出したいメモリセルトランジスタのゲート電圧
をOvにしておけばよい。Therefore, in order to read the stored information of the memory cell transistor, it is sufficient to set the gate voltage of the memory cell transistor to be read to Ov.
上記のように本発明に係る不揮発性半導体記憶装置では
書込時および読出時の電圧源として、従来ソースライン
のみへの印加電圧源であった、接地電位Ovを用いるこ
とができる。したがって、従来書込時および読出時に接
地電位Ov以外の電圧をメモリセルトランジスタのゲー
トに供給するために必要であった電圧源を減少させるこ
とができる。これによって、単一電源による書込みおよ
び読出しが可能となる。As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, the ground potential Ov, which has conventionally been a voltage source applied only to the source line, can be used as a voltage source during writing and reading. Therefore, the number of voltage sources conventionally required to supply a voltage other than the ground potential Ov to the gate of the memory cell transistor during writing and reading can be reduced. This allows writing and reading with a single power supply.
〔実施例]
第3図(a)は本実施例で用いるメモリセルトランジス
タを半導体基板上にバターニングした場合の一例を示す
平面図である。図を参照して、15は半導体基板、12
はソース拡散層、11はドレイン拡散層、13aはフロ
ーティングゲート、13bはコントロールゲートである
。また、14aはトンネル酸化膜である。[Example] FIG. 3(a) is a plan view showing an example of a case where a memory cell transistor used in this example is patterned on a semiconductor substrate. Referring to the figure, 15 is a semiconductor substrate, 12
11 is a source diffusion layer, 11 is a drain diffusion layer, 13a is a floating gate, and 13b is a control gate. Further, 14a is a tunnel oxide film.
また、第3図(b)は同図(a)のようにパタニングさ
れたメモリセルトランジスタの直線AA′方向の断面を
模式的に示した図である。図を参照して、半導体基板1
5上に、ソース拡散層12とドレイン拡散層11とが形
成される。さらに、ソース拡散層12とドレイン拡散層
11との間の半導体基板15上にはフローティングゲー
ト13aとコントロールゲート13bとが形成される。Further, FIG. 3(b) is a diagram schematically showing a cross section of a memory cell transistor patterned as shown in FIG. 3(a) in the direction of straight line AA'. Referring to the figure, semiconductor substrate 1
5, a source diffusion layer 12 and a drain diffusion layer 11 are formed. Further, a floating gate 13a and a control gate 13b are formed on the semiconductor substrate 15 between the source diffusion layer 12 and the drain diffusion layer 11.
このとき、フローティングゲート13a下の酸化膜がト
ンネル酸化膜14aであり通常のゲート酸化膜よりも1
00A以下程度と薄くなっている。At this time, the oxide film under the floating gate 13a is a tunnel oxide film 14a, which is 14% larger than a normal gate oxide film.
It is thin, about 00A or less.
また、第3図(c)は同図(a)のようにパタニングさ
れたメモリセルトランジスタの直線BB′の断面図であ
る。図を参照して、半導体基板15上にはその内部にフ
ローティングゲート13aを有した通常の酸化膜14b
が形成される。さらに、その上層にはコントロールゲー
ト13bが形成される。なお、トンネル効果によるドレ
イン拡散層11からフローティングゲート13aへの電
子注入は、ドレイン拡散層11およびソース拡散層12
への印加電圧をOvとし、コントロールゲート13bに
10v〜15Vの高電圧を印加することによって行なう
。Further, FIG. 3(c) is a cross-sectional view taken along straight line BB' of the memory cell transistor patterned as shown in FIG. 3(a). Referring to the figure, a normal oxide film 14b having a floating gate 13a therein is formed on a semiconductor substrate 15.
is formed. Furthermore, a control gate 13b is formed in the upper layer. Note that electron injection from the drain diffusion layer 11 to the floating gate 13a due to the tunnel effect is caused by the injection of electrons into the floating gate 13a from the drain diffusion layer 11 and the source diffusion layer 12.
The voltage applied to the control gate 13b is set to Ov, and a high voltage of 10V to 15V is applied to the control gate 13b.
第2図は本実施例で用いるメモリセルトランジスタのゲ
ート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the gate voltage and drain current of the memory cell transistor used in this example.
図において、横軸はゲート電圧VG1縦軸はドレイン電
流I0である。In the figure, the horizontal axis is the gate voltage VG, and the vertical axis is the drain current I0.
本実施例で用いるメモリセルトランジスタは、書込みが
行なわれる前の初期状態における特性は第2図(a)に
示すようなデプレッション型を示す。なお、その場合の
しきい値電圧は以後の説明において仮に一2vであると
する。書込みが行なわれるとフローティングゲートに電
荷が蓄積され、しきい値電圧が高くなり、その特性は第
2図(b)に示すようなエンハンスメント型を示す。な
お、その場合のしきい値電圧は以後の説明において仮に
2vであるとする。The memory cell transistor used in this embodiment exhibits a depletion type characteristic in an initial state before writing is performed as shown in FIG. 2(a). Note that the threshold voltage in this case is assumed to be -2V in the following description. When writing is performed, charge is accumulated in the floating gate, and the threshold voltage increases, and its characteristics exhibit an enhancement type as shown in FIG. 2(b). Note that the threshold voltage in this case is assumed to be 2V in the following description.
本実施例においては、上記のような構造を有し、かつ、
上記のような特性を有したメモリセルトランジスタを縦
続接続し、メモリセルアレイとする。In this example, the structure is as described above, and
Memory cell transistors having the above characteristics are connected in cascade to form a memory cell array.
第1図は本発明の一実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
第1図(a)はメモリセルアレイの構成とともに、メモ
リセルトランジスタ4に書込みをする場合のメモリセル
トランジスタ3〜6への印加電圧を示した図である。図
を参照して、書込みをするメモリセルトランジスタ4の
ゲート電圧は18Vとし、書込みをしないメモリセルト
ランジスタ3゜5、および6のグー11圧はすべて5/
■とする。FIG. 1(a) is a diagram showing the configuration of the memory cell array and the voltages applied to the memory cell transistors 3 to 6 when writing to the memory cell transistor 4. Referring to the figure, the gate voltage of memory cell transistor 4 to which writing is performed is 18V, and the voltages of memory cell transistors 3, 5 and 6 which are not to be written are all 5/5/1.
■.
したがって、メモリセルトランジスタ3〜6は既に書込
みが行なわれているか否かにかかわらず、すべてON状
態となる。さらに、ドレインライン1とソースライン2
はともに接地し、Ovを与えている。したがって、メモ
リセルトランジスタ3〜6のドレインおよびソースには
ドレインライン1およびソースライン2の電位が伝達さ
れ、すべてOvとなる。但し、書込みをするメモリセル
トランジスタ4のゲートには高電圧18Vが印加されて
いるため、トンネル効果が起こる。このため、メモリセ
ルトランジスタ4のフローティングゲートには電子が注
入され書込みが行なわれる。これは、その特性がデプレ
ッション型からエンハンスメント型へと変化したことを
意味する。Therefore, memory cell transistors 3 to 6 are all turned on regardless of whether writing has already been performed or not. Furthermore, drain line 1 and source line 2
are both grounded, giving Ov. Therefore, the potentials of the drain line 1 and the source line 2 are transmitted to the drains and sources of the memory cell transistors 3 to 6, and all become Ov. However, since a high voltage of 18 V is applied to the gate of the memory cell transistor 4 for writing, a tunnel effect occurs. Therefore, electrons are injected into the floating gate of memory cell transistor 4 and writing is performed. This means that its characteristics have changed from a depression type to an enhancement type.
なお、書込禁止状態については次のようにすればよい。Note that the write-inhibited state may be handled as follows.
第1図(b)は書込みを行なわない場合について、メモ
リセルトランジスタ3〜6への印加電圧を第1図(a)
と同様に示した図である。図は仮に、書込みをするメモ
リセルトランジスタとしてメモリセルトランジスタ4を
選択していた場合のものである。よって、メモリセルト
ランジスタ3〜6の各ゲートへの印加電圧はメモリセル
トランジスタ4への書込みをする場合と同様となってい
る。しかし、ドレインライン1には電圧18Vを印加し
、ソースライン2は接地との接続を電気的に遮断しフロ
ーティング状態とする。このため、メモリセルトランジ
スタ3〜6すべてがON状態であっても、メモリセルト
ランジスタ4にトンネル効果による書込みは起こらず、
どのメモリセルトランジスタにもチャネル電流は流れな
い。FIG. 1(b) shows the voltages applied to the memory cell transistors 3 to 6 when no writing is performed, as shown in FIG. 1(a).
It is a figure shown similarly to. The figure shows a case where memory cell transistor 4 is selected as the memory cell transistor to be written. Therefore, the voltage applied to each gate of memory cell transistors 3 to 6 is the same as when writing to memory cell transistor 4. However, a voltage of 18 V is applied to the drain line 1, and the source line 2 is electrically disconnected from the ground and placed in a floating state. Therefore, even if all of the memory cell transistors 3 to 6 are in the ON state, writing to the memory cell transistor 4 due to the tunnel effect does not occur.
No channel current flows through any memory cell transistor.
上記のように、書込時には、書込みをしたいメモリセル
トランジスタ4のゲートと、書込みをしないメモリセル
トランジスタ3.5.および6のそれぞれのゲートへの
印加電圧用電源は従来と同様に2個必要である。しかし
、ドレインライン1に印加する電圧には従来と違い接地
電位Ovを用いている。そこで、書込みをしたいメモリ
セルトランジスタ4のゲートへの電圧印加用電源に、ド
レインライン1への電圧印加用電源を用いメモリセルト
ランジスタ4のゲートに18Vを与えることができる。As mentioned above, during writing, the gate of the memory cell transistor 4 to which writing is to be performed and the memory cell transistors 3, 5, . As in the conventional case, two power supplies are required for applying voltages to the respective gates of 6 and 6. However, the ground potential Ov is used as the voltage applied to the drain line 1, unlike the conventional case. Therefore, 18V can be applied to the gate of the memory cell transistor 4 by using the power source for applying the voltage to the drain line 1 as the power source for applying the voltage to the gate of the memory cell transistor 4 to which writing is desired.
また、こうすることによって、書込禁止時においても問
題はない。すなわち、書込禁止時については、ドレイン
ライン1の電圧も18Vにすればよいため、ドレインラ
イン1への電圧印加用電源からメモリセルトランジスタ
4のゲートとドレインライン1の両方に電圧を与えれば
よい。Moreover, by doing this, there is no problem even when writing is prohibited. In other words, when writing is prohibited, the voltage of the drain line 1 only needs to be set to 18V, so the voltage can be applied to both the gate of the memory cell transistor 4 and the drain line 1 from the power supply for applying voltage to the drain line 1. .
次に、読出しを行なう場合について説明する。Next, the case of reading will be explained.
第1図(C)はメモリセルトランジスタ4がら読出しを
行なう場合について、メモリセルトランジスタ3〜6へ
の印加電圧を第1図(a)および(b)と同様に示した
図である。図を参照して、読出したいメモリセル4のゲ
ート電圧は接地電位OVとし、読出さないメモリセルト
ランジスタ3゜5、および6のゲート電圧はすべて5v
とする。FIG. 1(C) is a diagram showing the voltages applied to the memory cell transistors 3 to 6 when reading is performed from the memory cell transistor 4, similar to FIGS. 1(a) and 1(b). Referring to the figure, the gate voltage of memory cell 4 to be read is the ground potential OV, and the gate voltage of memory cell transistors 3.5 and 6 to be read is all 5V.
shall be.
したがって、読出しをしないメモリセルトランジスタ3
.5.および6は書込みが行なわれているか否かにかか
わらずすべてON状態となる。さらに、ドレインライン
1には1vを印加しソースライン2は接地電位Ovを印
加する。この結果、読出しをしたいメモリセルトランジ
スタ4のドレインにはIV、ソース間にはOvが印加さ
れる。−方、メモリセルトランジスタ4のゲート電圧は
OVであるから、メモリセルトランジスタ4がデプレッ
ション型であればON状態となりドレイン電流が流れる
。しかし、エンハンスメント型であればOFF状態とな
りドレイン電流は流れない。すなわち、メモリセルトラ
ンジスタ4に書込みが行なわれていなければ、メモリセ
ルトランジスタ4の特性はデプレッション型のままであ
るからドレイン電流は流れる。しかし、書込みが行なわ
れていれば、メモリセルトランジスタの特性はエンハン
スメント型となっておりドレイン電流は流れない。した
がって、ドレイン電流の有無によっで読出したいメモリ
セルトランジスタ4の記憶情報を読出すことができる。Therefore, memory cell transistor 3 that does not perform reading
.. 5. and 6 are all in the ON state regardless of whether writing is being performed or not. Furthermore, 1V is applied to the drain line 1, and the ground potential Ov is applied to the source line 2. As a result, IV is applied to the drain of the memory cell transistor 4 to be read, and Ov is applied between the sources. On the other hand, since the gate voltage of the memory cell transistor 4 is OV, if the memory cell transistor 4 is a depression type, it is in an ON state and a drain current flows. However, if it is an enhancement type, it is in an OFF state and no drain current flows. That is, if writing is not performed to the memory cell transistor 4, the characteristics of the memory cell transistor 4 remain in the depletion type, so that a drain current flows. However, if writing is performed, the characteristics of the memory cell transistor are of the enhancement type, and no drain current flows. Therefore, the stored information of the memory cell transistor 4 to be read can be read depending on the presence or absence of the drain current.
上記のように、続出時には、読出したいメモリセルトラ
ンジスタ4のゲートに印加する電圧には接地電位Ovを
用いている。したがって、書込時と同様に、読出しをし
たいメモリセルトランジスタ4のゲートへの電圧印加用
電源は必要でなくなる。なお、ドレインライン1への電
圧印加用電源とドレインライン1のと間には適当な回路
が設けられておりドレインライン1への電圧印加用電源
からの高電圧18Vを1vにして、ドレインライン1へ
印加することができる。As described above, during continuous reading, the ground potential Ov is used as the voltage applied to the gate of the memory cell transistor 4 to be read. Therefore, as in the case of writing, a power source for applying a voltage to the gate of the memory cell transistor 4 to be read is not required. Note that an appropriate circuit is provided between the power supply for voltage application to the drain line 1 and the drain line 1, and the high voltage 18V from the power supply for voltage application to the drain line 1 is set to 1V. can be applied to
さらに、メモリセルトランジスタの記憶情報を消去する
場合について説明する。Furthermore, a case will be described in which information stored in a memory cell transistor is erased.
第1図(d)は、メモリセルトランジスタ3〜6すべで
の記憶情報を消去する場合について、メモリセルトラン
ジスタ3〜6への印加電圧を第1図(a)、 (b)
、および(c)と同様に示した図である。図を参照して
、メモリセルトランジスタ3〜6のすべてのゲートに接
地電位Ovを印加し、ドレインライン1には18Vを印
加する。さらに、ソースライン2は接地との接続を電気
的に遮断しフローティング状態とする。これによって、
ドレインラインlに最も近いメモリセルトランジスタ3
から、ドレインライン1に遠いメモリセルトランジスタ
へと順にその記憶情報が消去されていく。これは次のよ
うな原理によるものである。FIG. 1(d) shows the voltages applied to the memory cell transistors 3 to 6 when erasing information stored in all of the memory cell transistors 3 to 6.
, and (c). Referring to the figure, ground potential Ov is applied to all gates of memory cell transistors 3 to 6, and 18V is applied to drain line 1. Further, the source line 2 is electrically disconnected from the ground and placed in a floating state. by this,
Memory cell transistor 3 closest to drain line l
From there, the stored information is sequentially erased from the memory cell transistors farthest from the drain line 1. This is based on the following principle.
すなわち、ゲート電圧はOvであるから、メモリセルト
ランジスタ3に書込みが行なわれフローティングゲート
に電荷が蓄積されていた場合、ドレイン電圧18Vによ
ってトンネル効果が生じ、書込時とは逆にその電荷がト
ンネル層に放出される。フローティングゲートから電荷
を放出したメモリセルトンジスタ3の特性はエンハンス
メント型から初期状態のデプレッション型へと戻る。In other words, since the gate voltage is Ov, when writing is performed on the memory cell transistor 3 and charges are accumulated in the floating gate, a tunnel effect occurs due to the drain voltage of 18V, and the charges are tunneled, contrary to the case of writing. released into the layers. The characteristics of the memory cell transistor 3 which has discharged charges from the floating gate return from the enhancement type to the initial state of the depletion type.
一方、メモリセルトランジスタ3のゲートはOvが与え
られているからメモリセルトランジスタ3はON状態と
なりドレインライン1の電圧18Vは次のメモリセルト
ランジスタ4のドレインへと伝達される。なお、電荷が
蓄積されていないメモリセルトランジスタに関しては、
デプレッション型の特性を有しているためゲート電圧が
OVであればON状態である。したがって、ドレイン電
圧18Vは次のメモリセルトランジスタへと伝達される
。したがって、メモリセルトランジスタ4についてもメ
モリセルトランジスタ3と同様に、記憶情報の消去が行
なわれる。以後、メモリセルトランジスタ5および6に
ついても同様にその記憶情報の消去が行なわれすべての
メモリセルトランジスタ3〜6の記憶情報の消去が行な
われる。On the other hand, since Ov is applied to the gate of the memory cell transistor 3, the memory cell transistor 3 is turned on and the voltage 18V on the drain line 1 is transmitted to the drain of the next memory cell transistor 4. Regarding memory cell transistors in which no charge is accumulated,
Since it has depletion type characteristics, it is in an ON state if the gate voltage is OV. Therefore, the drain voltage of 18V is transmitted to the next memory cell transistor. Therefore, similarly to memory cell transistor 3, storage information is erased for memory cell transistor 4 as well. Thereafter, the stored information of memory cell transistors 5 and 6 is similarly erased, and the stored information of all memory cell transistors 3-6 is erased.
上記のように、記憶情報消去時においても、メモリセル
トランジスタ3〜6のそれぞれのゲート電圧はすべて接
地電位Ovを用いればよい。したがって、記憶情報消去
時に必要となる電源はドレインライン1への電圧印加用
電源だけである。As described above, even when erasing stored information, the ground potential Ov may be used as the gate voltage of each of the memory cell transistors 3 to 6. Therefore, the only power source required when erasing stored information is the power source for applying voltage to the drain line 1.
また、記憶情報の消去は紫外線照射によっても可能であ
る。Furthermore, erasure of stored information is also possible by irradiation with ultraviolet rays.
[発明の効果]
以上のように、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルアレイは、トンネル酸化膜を有し、かつ、書
込前の初期特性としてデブレッション型特性を有し、さ
らに、書込終了時にはエンハンスメント型特性を有する
メモリセルトランジスタの縦続接続から構成されている
ため、以下のような効果をもたらすことができる。[Effects of the Invention] As described above, the memory cell array of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a tunnel oxide film, has depletion type characteristics as an initial characteristic before writing, and further has: At the end of writing, since the memory cell transistor is composed of a cascade connection of memory cell transistors having enhancement type characteristics, the following effects can be brought about.
書込時および読出時ともに、メモリセルトランジスタに
印加する電圧は接地電圧Ov以外に多くとも2電圧であ
る。したがって、書込時・読出時を通じてドレインライ
ンへの電圧印加用電源を書込みまたは読出しをする選択
メモリセルトランジスタのゲートへの電圧印加用電源に
共通して用いることができる。したがって、書込時およ
び読出時ともにドレインラインへの電圧印加用電源に加
えて必要となるメモリセルトランジスタのゲートへの電
圧印加用電源は、非選択メモリセルトランジスタのゲー
トへの電圧印加用電源1個でよいことになる。すなわち
、従来、ドレインラインへの電圧印加用電源に加えて2
電源を必要とした書込および読出動作を単一電源で行な
うことができるようになる。During both writing and reading, the voltages applied to the memory cell transistors are at most two voltages in addition to the ground voltage Ov. Therefore, the power source for applying voltage to the drain line during writing and reading can be commonly used as the power source for applying voltage to the gate of the selected memory cell transistor for writing or reading. Therefore, in addition to the power supply for applying voltage to the drain line during writing and reading, the power supply for applying voltage to the gate of the memory cell transistor that is required is the power supply 1 for applying voltage to the gate of the unselected memory cell transistor. It turns out that it is enough. In other words, in addition to the conventional power supply for applying voltage to the drain line, two
Write and read operations that require a power source can now be performed with a single power source.
第1図は本発明の一実施例である不揮発性半導体記憶装
置のメモリセルアレイの構成とともに書込・書込禁止・
読出・消去状態のメモリセルへの印加電圧を示した図、
第2図は本発明で用いられるメモリセルトランジスタの
特性を示した図、第3図は本実施例で用いられるメモリ
セルトランジスタを基板上に形成した場合の一例を示す
平面図および断面図、第4図は従来の不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルアレイの構成の一例とともに書込・
読出・書込禁止状態のメモリセルトランジスタへの印加
電圧を示した図、第5図は第4図に示した従来の不揮発
性半導体記憶装置で用いられるメモリセルトランジスタ
の特性を示した図である。
図において、1はドレインライン、2はソースライン、
3〜6はそれぞれトンネル酸化膜を有したメモリセルト
ランジスタ、11はドレイン拡散層、12はソース拡散
層、13aはフローティングゲート、13bはコントロ
ールゲート、14aはトンネル酸化膜、14bは酸化膜
、15は半導体基板、16〜19はそれぞれトンネル酸
化膜を有さないメモリセルトランジスタである。
なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 shows the structure of a memory cell array of a non-volatile semiconductor memory device which is an embodiment of the present invention, as well as write/write-protection and
Diagram showing voltage applied to memory cells in read/erase state,
FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the memory cell transistor used in the present invention, FIG. Figure 4 shows an example of the structure of a memory cell array of a conventional non-volatile semiconductor memory device, as well as a
FIG. 5 is a diagram showing the voltage applied to the memory cell transistor in a read/write inhibited state, and FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the memory cell transistor used in the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. . In the figure, 1 is a drain line, 2 is a source line,
3 to 6 are memory cell transistors each having a tunnel oxide film; 11 is a drain diffusion layer; 12 is a source diffusion layer; 13a is a floating gate; 13b is a control gate; 14a is a tunnel oxide film; 14b is an oxide film; Semiconductor substrates 16 to 19 are memory cell transistors each having no tunnel oxide film. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
、不揮発性記憶装置であって、 前記メモリセルは、デプレッション型MOSトランジス
タを含み、 前記デプレッション型MOSトランジスタは、半導体基
板と、 前記半導体基板に形成されたソース拡散領域と、 前記半導体基板に形成されたドイレン拡散領域と、 前記半導体基板上方に形成されるフローティングゲート
と、 少なくとも前記ドレイン拡散領域の上方でかつ前記フロ
ーティングゲート下部の少なくとも一部に形成されたト
ンネル酸化膜とを含み、それによって、書込時、トンネ
ル効果により前記フローティングゲートに電荷を蓄積し
て、前記デプレッション型MOSトランジスタをエンハ
ンスメント型MOSトランジスタに変化させる書込可能
不揮発性半導体記憶装置。[Scope of Claims] A nonvolatile memory device including at least two or more memory cells connected in series, wherein the memory cell includes a depression type MOS transistor, and the depression type MOS transistor is connected to a semiconductor substrate. , a source diffusion region formed in the semiconductor substrate, a drain diffusion region formed in the semiconductor substrate, a floating gate formed above the semiconductor substrate, and at least above the drain diffusion region and below the floating gate. a tunnel oxide film formed on at least a portion of the MOS transistor, thereby accumulating charge in the floating gate due to a tunnel effect during writing, thereby changing the depletion type MOS transistor into an enhancement type MOS transistor. Possible non-volatile semiconductor memory device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63289269A JPH02133960A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Writable nonvolatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63289269A JPH02133960A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Writable nonvolatile semiconductor memory device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02133960A true JPH02133960A (en) | 1990-05-23 |
Family
ID=17740973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63289269A Pending JPH02133960A (en) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | Writable nonvolatile semiconductor memory device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02133960A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008110747A (en) * | 2006-10-03 | 2008-05-15 | Takata Corp | Seat belt retractor and seat belt apparatus |
US7491906B2 (en) | 2005-07-14 | 2009-02-17 | Autoliv Development Ab | Seat belt apparatus |
JP2017010607A (en) * | 2016-10-05 | 2017-01-12 | エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 | Nonvolatile semiconductor storage circuit |
-
1988
- 1988-11-15 JP JP63289269A patent/JPH02133960A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7491906B2 (en) | 2005-07-14 | 2009-02-17 | Autoliv Development Ab | Seat belt apparatus |
JP2008110747A (en) * | 2006-10-03 | 2008-05-15 | Takata Corp | Seat belt retractor and seat belt apparatus |
JP2017010607A (en) * | 2016-10-05 | 2017-01-12 | エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 | Nonvolatile semiconductor storage circuit |
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