JPH0414871A - 不揮発性半導体記憶装置及びその消去及び書き込み方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置及びその消去及び書き込み方法Info
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- JPH0414871A JPH0414871A JP2119395A JP11939590A JPH0414871A JP H0414871 A JPH0414871 A JP H0414871A JP 2119395 A JP2119395 A JP 2119395A JP 11939590 A JP11939590 A JP 11939590A JP H0414871 A JPH0414871 A JP H0414871A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
み消去可能な複数のメモリトランジスタを含んだ不揮発
性半導体記憶装置に関するものである。
−3tate C1rcufts、 Vol 、24.
pp、123g−t24g(1989)l: M 示
すit t: 従来のNAND型EEFROMのメモリ
トランジスタ群を示す断面図、第6図はその等価回路図
である。第5図において、1はP型半導体基板であり、
2はN型の拡散領域である。これらN拡散領域2゜2間
のP型半導体基板1の表面部をチャネル領域とした選択
トランジスタQ1、メモリトランジスタM1〜M8及び
選択トランジスタQ2が直列ニ接続されている。第5図
及び第6図に示すように、選択トランジスタQ1及びQ
2は1層ゲートであり、一方、メモリトランジスタM1
〜M8はフローティングゲートFGとコントロールゲー
トCGから成る2層ゲート構造である。そして、フロー
ティングゲートFG下のゲート酸化膜(トンネル酸化膜
)はトンネル現象が生じる程度の膜厚に設定されている
。
1のN拡散領域(ドレイン領域)2がビット線BLに接
続され、選択トランジスタQ2のN拡散領域(ソース領
域)2がソース線SLに接続されており、選択トランジ
スタQ1及びQ2のゲートには制御信号SGI及びSG
2が印加され、メモリトランジスタM1〜M8のコント
ロールゲートCGにはそれぞれ制御信号CGI〜CG8
が印加される。
8の消去は全メモリトランジスタM1〜M8に対し一括
して行っており、ビット線BL及びソース線SLをそれ
ぞれ接地し、制御信号SG1、CGI 〜CG8を1.
7 V l::設定し、制御信号SG2を5vに設定す
る。
トンネル酸化膜に高電界がががりトンネル現象によりフ
ローティングゲートFGに電子が蓄積されることにより
、メモリトランジスタM1〜M8すべての閾値が高くな
り、2V程度(“1”書き込み)になる。
ンジスタM8からMlにかけて順次行っている。以下、
メモリトランジスタM8に書き込む例を説明する。制御
信号SGI、CGI〜CG7を22Vに設定し、制御信
号SG2と書き込み対象のメモリトランジスタM8の制
御信号CG8を接地する。そして、書き込みデータが“
1゛の場合ビット線BLに11. Vを印加する。
8すべてのコントロールゲート・ドレイン間の電位差が
11vとなり、フローティングケート・ドレイン間のト
ンネル酸化膜に誘起される電界はトンネル現象を引き起
こすには充分てなく、フローティングゲートFGに蓄積
された電荷量は変化しない。
Vを印加する。このように設定すると、書き込み対象で
ないメモリトランジスタM1〜M7のコントロールゲー
ト・ドレイン間の電位差がOvとなり、フローティング
ゲート・ドレイン間のトンネル酸化膜に誘起される電界
はOであり、トンネル現象を引き起こさず、フローティ
ングゲートFGに蓄積された電荷量は変化しない。逆に
、書き込み対象のメモリトランジスタM8のコントロー
ルゲート・ドレイン間の電位差が22Vとなり、ブロー
ティングゲート・ドレイン間のトンネル酸化膜に誘起さ
れる電界はトンネル現象を引き起こし、フローティング
ゲートFGに蓄積された電荷がドレイン側に引き抜かれ
閾値が低くなり、3V程度(“02書き込み)になる。
書き込みは、CGI−CG(f−1)を22Vに設定し
、制御信号CG1−CG3を接地し他は上記したメモリ
トランジスタM8に書き込む例と同様に行う。このよう
にしてメモリトランジスタM8〜M1の書き込みが順次
行われる。
合は、制御信号SGI、SG2及び読み出し対象でない
メモリトランジスタMl−M7の制御信号CGI−CG
7を5Vに設定し、読み出し対象のメモリトランジスタ
M8の制御信号CG8を接地して行う。このように設定
すると、選択トランジスタQl、Q2及びメモリトラン
ジスタM1〜M7はオンする。そして、読み出し対象の
メモリトランジスタM8が“1′を記憶しておれば閾値
は2vであるためオフし、“0”を記憶しておれば閾値
は一3Vであるためオンする。この読み出し対象のメモ
リトランジスタM8のオン、オフにより全メ・モリトラ
ンジスタM1〜M8を介して、ビット線BLからソース
線SLにかけて電流が流れるか否かを図示しないセンス
アンプにより検出することにより、メモリトランジスタ
M8の記憶内容を読み出す。
読み出しは、制御信号CGiを接地し、制御信号CGi
以外の制御信号CGI〜CG8を5Vに設定してメモリ
トランジスタM8の記憶内容を読み出す場合と同様に行
う。このようにしてメモリトランジスタM1〜M8の読
み出しが順次行われる。
ており、1ビツトのデータか1つのメモリトランジスタ
で記憶され、かつ、ビット線BLと直接電気的接続を図
るべきN拡散領域2が少なくて済むため、高集積化か可
能という優れた特徴を有している。
直列に接続されており、読み出し時におけるビット線B
Lからソース線SLへの電流経路に8個のメモリトラン
ジスタM1〜M8すべてを介することになるため、ビッ
ト線BLからソース線SLに流れる電流量は少なくなり
、読み出しに時間がかかってしまうという問題点があっ
た。
たもので、高集積度を維持しつつ、高速読み出しを行う
ことができる電気的書込、消去可能な不揮発性半導体記
憶装置を得ることを目的とする。
ィングゲートを有し電気的書き込み消去可能な複数のメ
モリトランジスタ及び選択トランジスタを第]の層に含
んでおり、前記第1の層上の第2の層に形成され、所定
数の前記メモリトランジスタのドレインに共通に接続さ
れるととも(こ前記選択、トランジスタの一方電極に接
続された11ビツト線と、前記所定数のメモリトランジ
スタのソースに共通に・接続されたソース線と、前記第
2の層上の第3の層に形成され、前記選択トランジスタ
の他方電極に接続された主ビ・ソト線と、読み出し時に
前記選択トランジスタをオンさせ、前記所定数のメモリ
トランジスタのうち、読み出し対象のメモリトランジス
タのコントロールゲートに該メモリトランジスタの記憶
内容の0/1に応し該メモリトランジスタがオン/オフ
するレベルの第1の読み出し電圧を付与し、それ以外の
メモリトランジスタのコントロールゲートにその記憶内
容に関わらず該メモリトランジスタがオフするレベルの
第2の読み出し電圧を付与し、前記副ビット線及び前記
読み出し対象のメモリトランジスタを介して前記主ビッ
ト線から前記ソース線にかけて電流が流れるか否かを検
出することにより、前記読み出し対象のメモリトランジ
スタの記憶内容を読み出す読み出し制御手段とを備えて
いる。
タをオンさせ、所定数のメモリトランジスタのうち、読
み出し対象のメモリトランジスタのコントロールゲート
に該メモリトランジスタの記憶内容の0/1に応じ該メ
モリトランジスタがオン/オフするレベルの第1の読み
出し電圧を付与し、それ以外のメモリトランジスタのコ
ントロールゲートにその記憶内容に関わらず該メモリト
ランジスタかオフするレベルの第2の読み出し電圧を付
与し、副ビット線及び読み出し対象のメモリトランジス
タを介して主ビット線からソース線にかけて電流が流れ
るか否かを検出することにより、読み出し対象のメモリ
トランジスタの記憶内容を読み出すため、読み出し時に
おいて電流経路となるメモリトランジスタは読み出し対
象のメモリトランジスタのみである。
、多層構造で主ビット線及び副ビット線が形成されてい
る。
リトランジスタ群を示す断面図、第2図はその等価回路
図である。第1図において、]はP型半導体基板であり
、2aは後述するメモリトランジスタのN型ドレイン拡
散領域(一部、後述する選択トランジスタのN型ソース
領域を兼ねる)であり、2bはメモリトランジスタのN
型ソース拡散領域であり、2cは選択トランジスタのN
型ドレイン領域である。これらドレイン、ソース拡散領
域2g、2b間の゛P型半導体基板1の表面部をチャネ
ル領域としてメモリトランジスタMQI〜MQ5が形成
され、ドレイン、ソース拡散領域2c、2a間のP型半
導体基板1の表面部をチャネル領域として選択トランジ
スタSQが形成される。11図及び第2図に示すように
、選択トランジスタSQは1層ゲート構造であり、メモ
リトランジスタMQI〜MQ5はフローティングゲート
FGとコントロールゲートCGから成る2層ゲート構造
である。そして、フローティングゲートFG下のゲート
酸化膜(トンネル酸化膜)はトンネル現象が生じる程度
の膜厚に設定されている。
スタMQ1〜MQ5のドレイン拡散領域2aが共通にサ
ブビット線SBLに接続されている。このサブビット線
SBLはポリシリコン、シリサイド、ポリシリコンとシ
リサイドの2層あるいはタングステン等の高融点金属か
ら構成されており、ドレイン拡散領域2aに直接接触し
つつコントロールゲートcGの上層部に、絶縁膜を介す
る等によりコントロールゲートCGに接触することなく
形成されている。そして、選択トランジスタSQのドレ
イン拡散領域2cがパッド部3を介してメインビット線
MBLに接続されている。パッド部3はサブビット線S
BLと同じ素材が用いられており、サブビット線SBL
と同時に形成される。メインビット線MBLはドレイン
拡散領域2c上を除きサブビット線SBLより上層部に
形成され、絶縁膜等を介すことによりサブビット線SB
Lとの電気的接触を避けている。
1−MQ 5のソース拡散領域2bが共通にソース線S
Lに接続されている。そして、選択トランジスタSQ・
のゲートには制御信号線SQLが接続され、メモリトラ
ンジスタMQI〜MQ5のコントロールゲートCGには
それぞれワード線WL1〜WL5が接続されている。
MQ5の消去は全メモリトランジスタMQ1〜MQ5に
対し一括して行っており、メインビット線MBL及びソ
ース線SLをそれぞれ接地し、制御信号線SGL、’7
−ド線wL1〜wL5の電位を、従来の消去時に用いた
17Vを上回る22V程度の高電圧VPに設定する。
トンネル酸化膜に従来の消去時より高電界がかかりトン
ネル現象によりフローティングゲートFGに電子が蓄積
されることにより、メモリトランジスタMQI〜MQ5
すべての閾値が高くなり、6層程度(“1”書き込み)
になる。
らMQ5にかけて順次行われる。以下、メモリトランジ
スタMQIに書き込む例を説明する。制御信号線SGL
の電位を高電圧vPに設定し、書き込み対象のワード線
WL1の電位を接地し、それ以外のワード線WL2〜W
L5の電位をVP/2に設定する。そして、書き込みデ
ータが71”の場合メインビット線BLにvp72を印
加する。
MQ5すべてのフントロールゲート・ドレイン間の電位
差がvp72となり、フローティングゲート・ドレイン
間のトンネル酸化膜に誘起される電界はトンネル現象を
引き起こすには充分でなく、フローティングゲー)FG
に蓄積された電荷量は変化しない 一方、書き込みデータが“0°の場合メインビット線B
Lに高電圧VPを印加する。このように設定すると、書
き込み対象でない選択メモリトランジスタMQ2〜MQ
5のコントロールゲート−ドレイン間の電位差がQVと
なり、フローティングゲート・ドレイン間のトンネル酸
化膜に誘起される電界0であり、トンネル現象を引き起
こさず、フローティング・ゲートFGに蓄積された電荷
量は変化しない。逆に、書き込み対象のメモリトランジ
スタMQIのコントロールゲート・ドレイン間の電位差
がVPとなり、フローティングゲート・ドレイン間のト
ンネル酸化膜に誘起される電界はトンネル現象を引き起
こし、フローティングゲートFGに蓄積された電荷がド
レイン側に引き抜かれ閾値が低くなり、IV程度(“O
゛書き込み)になる。
の書き込みは、書き込み対象のメモリトランジスタMQ
iに接続されたワード線WLiを接地し、他のワード線
をVP/2に設定し上記したメモリトランジスタMQI
に書き込む例と同様に行う。このようにしてメモリトラ
ンジスタMQ1〜MQ5の書き込みが順次行われる。
場合は、制御信号線SGLを5vに設定し、読み出し対
象のメモリトランジスタMQIに接続されたワード線W
LIを接地し、他のワード線WL2〜WL5の電位を3
〜5vに設定して行う。このように設定すると、選択ト
ランジスタSQはオンするが読み出し対象でないメモリ
トランジスタMQ2〜MQ5は全てオフする。そして、
読み出し対象のメモリトランジスタMQIが“1”を記
憶しておれば閾値は6Vであるためオフし、′0“を記
憶しておれば閾値はIVであるためオンする。この読み
出し対象のメモリトランジスタMQIのオン、オフによ
り、サブビット線SBL及び読み出し対象のメモリトラ
ンジスタMQIを介してビット線MBLからソース線S
Lにがけて電流が流れるか否かを図示しないセンスアン
プにより検出することにより、メモリトランジスタMQ
1の記憶内容を読み出す。
読み出しは、読み出し対象のメモリトランジスタMQi
に接続されたワード線WLiを3〜5Vに設定し、それ
以外のワード線を接地してメモリトランジスタMQIの
記憶内容を読み出す場合と同様に行う。このようにして
メモリトランジスタMQI〜MQ5の読み出しが順次行
われる。
信号線SGL、メインビット線MBL。
制御回路の管理下で行われる。
ト線MBLと接続されたサブビット線SBLにより、各
メモリトランジスタMQI〜MQ5のドレイン拡散領域
2aを共通接続することにより、メインビット線MBL
からソース線SLへの電流経路上においてメモリトラン
ジスタMQI〜MQ5のOR接続を実現している。その
結果、読み田し時におけるメインビット線MBLからソ
ース線SLへの電流経路に読み出し対象のメモリトラン
ジスタが使用されるだけで済み、従来のNAND型EE
PROMのように読み出し対象以外のメモリトランジス
タが使用されることはなくなるため、該電流経路に充分
な電流を供給でき高速読み出しが可能となる。
用いるサブビット線SBLとメインビット線MBLの構
成を第1図で示すように多層構造で実現しているため、
サブビット線SBLの形成により高集積化が損なわれる
こともない。また、このサブビット線SBLの形成と同
時に選択トランジスタSQのドレイン拡散領域2c上に
パッド部3を設け、このパッド部3を介してメインビッ
ト線MBLとドレイン拡散領域2cとの接続を行うこと
により、メインビットIIMBLとドレイン拡散領域2
cとの間に良好な電気的接続をもたらす効果もある。
Mのメモリトランジスタを示す断面図、第4図は第3図
で示したメモリトランジスタを用いたEEFROMの回
路図である。第3図で示すように、P型半導体基板20
表面のN型ドレイン拡散領域21の一部上に凹部を有し
たフローティングゲート24が絶縁膜23を介して形成
されており、該凹部下がトンネル酸化膜23aとなる。
ーティングゲート24の形状を反映したコントロールゲ
ート26が絶縁膜25を介して形成されている。このコ
ントロールゲート26はフローティングゲート24が形
成されていないN型ソース拡散領域22上の端部からド
レイン、ソース拡散領域21.22間上において、フロ
ーティングゲート24と同じ高さに絶縁123を介して
形成されている。
用いて、第4図に示すように、第1図及び第2図で示し
たEEFROMと等価なEEFROMを実現することも
できる。この実施例のEEPROMにおいても第1図及
び第2図で示したEEPROMと同様の効果を奏するこ
とができる。加えて、第3図に示すように、メモリトラ
ンジスタの一部にコントロールゲートCGのみから成る
1層ゲート構造を実現することにより、消去時における
過消去を防止できる効果がある。
線SBLにドレインか共通接続されるメモリトランジス
タの数か5個あるいは4個のEEPROMを示したがこ
れに限定されるものではない。
手段により、選択トランジスタをオンさせ、所定数のメ
モリトランジスタのうち、読み出し対象のメモリトラン
ジスタのコントロールゲートに該メモリトランジスタの
記憶内容のO/1に応じ該メモリトランジスタがオン/
オフするレベルの!J1の読み出し電圧を付与し、それ
以外のメモリトランジスタのコントロールゲート(こそ
のに己憶内容に関わらず該メモリトランジスタかオフす
るレベルの第2の読み出し電圧を付与し、副ビット線及
び読み出し対象のメモリトランジスタを介して主ビット
線からソース線にかけて電流が流れるか否かを検出する
ことにより、読み出し対象のメモリトランジスタの記憶
内容を読み出すため、読み出し時において電流紅路とな
るメモリトランジスタは読み出し対象のメモリトランジ
スタのみとなり、読み出し時にビット線からソース線に
かけて充分な電流を供給でき高速読み出しが可能となる
。
と、多層構造で主ビット線及び副ビット線が形成されて
いるため、副ビット線を形成することにより集積化が損
なわれることはない。
部を示す断面図、第2図はその等価回路図、第3図はこ
の発明の他の実施例であるEEPROMのメモリトラン
ジスタを示す断面図、第4図は第3図で示したメモリト
ランジスタを用いたこの発明の他の実施例であるEEF
ROMの一部を示す回路図、第5図は従来のNAND型
EEPROMの一部を示す断面図、第6図はその等価回
路図である。 図において、MQI〜MQ5はメモリトランジスタ、S
Qは選択トランジスタ、2aはドレイン拡散領域、2b
はソース拡散領域、FGはフローティングゲート、CG
はコントロールゲート、MBLはメインビット線、SB
Lはサブビット線である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- (1)フローティングゲートを有し電気的書き込み消去
可能な複数のメモリトランジスタ及び選択トランジスタ
を第1の層に含んだ不揮発性半導体記憶装置であって、 前記第1の層上の第2の層に形成され、所定数の前記メ
モリトランジスタのドレインに共通に接続されるととも
に前記選択トランジスタの一方電極に接続された副ビッ
ト線と、 前記所定数のメモリトランジスタのソースに共通に接続
されたソース線と、 前記第2の層上の第3の層に形成され、前記選択トラン
ジスタの他方電極に接続された主ビット線と、 読み出し時に前記選択トランジスタをオンさせ、前記所
定数のメモリトランジスタのうち、読み出し対象のメモ
リトランジスタのコントロールゲートに該メモリトラン
ジスタの記憶内容の0/1に応じ該メモリトランジスタ
がオン/オフするレベルの第1の読み出し電圧を付与し
、それ以外のメモリトランジスタのコントロールゲート
にその記憶内容に関わらず該メモリトランジスタがオフ
するレベルの第2の読み出し電圧を付与し、前記副ビッ
ト線及び前記読み出し対象のメモリトランジスタを介し
て前記主ビット線から前記ソース線にかけて電流が流れ
るか否かを検出することにより、前記読み出し対象のメ
モリトランジスタの記憶内容を読み出す読み出し制御手
段とを備えた不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
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JP2119395A JP2569895B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 不揮発性半導体記憶装置及びその消去及び書き込み方法 |
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JPH0414871A true JPH0414871A (ja) | 1992-01-20 |
JP2569895B2 JP2569895B2 (ja) | 1997-01-08 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2119395A Expired - Lifetime JP2569895B2 (ja) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | 不揮発性半導体記憶装置及びその消去及び書き込み方法 |
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JP (1) | JP2569895B2 (ja) |
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