JPH04259996A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH04259996A
JPH04259996A JP3249096A JP24909691A JPH04259996A JP H04259996 A JPH04259996 A JP H04259996A JP 3249096 A JP3249096 A JP 3249096A JP 24909691 A JP24909691 A JP 24909691A JP H04259996 A JPH04259996 A JP H04259996A
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high voltage
sense
lines
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semiconductor memory
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李 雄茂
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    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/08Address circuits; Decoders; Word-line control circuits
    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性半導体記憶
装置に関し、特に、その高集積化に関する。
【0002】
【従来の技術】この発明は、電気的にデータの書換えが
可能なEEPROMなどのような不揮発性半導体記憶装
置に適用することが可能であり、特に、選択トランジス
タおよびセンシングトランジスタの2つのトランジスタ
により1つのメモリセルを構成し、ページ単位でロウ単
位にデータの書換えが可能なEEPROMに適用され得
るものである。
【0003】バイト単位で電気的にデータを書込み消去
することのできる不揮発性半導体記憶装置のデコーダ回
路は、SEEQ社により1984年のISSCCにおい
て発表された。図6を参照して、この不揮発性半導体記
憶装置は、ロウ選択信号AXをデコードして1つのロウ
ライン、すなわちワードラインWL1を選択するロウデ
コーダ部1と、カラム選択信号AYをデコードして1つ
のカラムラインY1を選択するカラムデコーダ部2と、
センスラインにバイアス電圧を供給するセンスラインバ
イアス部3と、選択されたワードラインWL1に高電圧
を供給するロウ高電圧供給部4と、カラムラインの信号
を通過させるカラムパスゲート部5と、カラムラインに
高電圧を供給するカラム高電圧供給部6と、ビットライ
ンBL1に高電圧を供給するビット高電圧供給部7と、
メモリセルアレイとを含む。
【0004】このような構成を有する従来の不揮発性半
導体記憶装置は、データの消去がバイト単位またはロウ
単位で行なわれるが、データを消去する場合に、高電圧
Vmult(約17ボルト)を選ばれたワードラインW
L1およびカラムラインY1に印加し、これを維持する
。また、プログラムラインPL1にも高電圧Vmult
を印加する。これにより、トランジスタM1がオンし、
メモリセルCM1のゲートに高電圧が印加される。
【0005】このとき、ビットラインBL1の電圧は0
ボルトであり、その電圧はトランジスタM2を介してメ
モリセルCM1のドレインに印加される。同時に、メモ
リセルCM1のトップゲートに維持されたセンスライン
SL1には、プログラムラインPL1の高電圧Vmul
tがトランジスタM1を介して印加されるので、電子が
メモリトランジスタCM1のドレイン領域からフローテ
ィングゲートにトンネリングされる。これにより、デー
タが消去され、メモリトランジスタCM1のしきい電圧
が約2ないし5ボルトになる。
【0006】図6に示した回路は、メモリトランジスタ
CM1を一例として図示したものであり、8個の入力お
よび出力端子を備えた不揮発性半導体記憶装置では、8
個のメモリトランジスタが独立のビットラインに接続さ
れ、ワードラインはすべてのメモリトランジスタに共通
に接続される。また、8個のメモリトランジスタからな
る各バイトごとに、1つのバイト選択トランジスタが設
けられており、センスラインは8個のメモリトランジス
タ単位で接続される。また、カラムデコーダ部2は、8
個のビットラインごとに1つずつ独立して配置され、そ
れぞれのメモリトランジスタはカラムパスゲート部5を
介して独立のデータをストアする。
【0007】プログラム、すなわちデータの書込み時に
は、選ばれたワードラインWL1および選ばれたカラム
ラインY1が高電圧Vmultに維持され、プログラム
ラインPL1が接地され、センスラインSL1がトラン
ジスタM1およびプログラムラインPL1を介して接地
される。また、ビットラインBL1を高電圧Vmult
で維持させて、メモリトランジスタCM1のドレインに
高電圧を印加することにより、メモリトランジスタCM
1のフローティングゲートの電子がドレインの拡散領域
にトンネリングされ、データが書込まれる。このとき、
プログラムされたメモリトランジスタCM1のしきい電
圧は約−3ないし−5ボルトになる。
【0008】プログラムされたメモリトランジスタCM
1にストアされたデータは、読出し時において次のよう
に読出される。まず、基準電圧VREF がセンスライ
ンバイアス部3およびカラムパスゲート部5を介して、
選ばれたセンスラインに印加される。また、選ばれたワ
ードラインWL1には電源電圧Vccが印加される。そ
の後、メモリトランジスタSL1に流れる電流を感知す
ることによりストアされたデータが読出される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の不揮発性半導体記憶装置は、各バイトごと
にバイト選択トランジスタを必要とするので、チップの
大きさが大きくなる。これに加えて、データのプログラ
ムおよび消去時に、ワードラインに高電圧Vmultが
印加されるので、メモリトランジスタの書換え回数が多
くなるほどワードラインに接続された選択トランジスタ
のゲート酸化膜が破壊されやすく、したがって、不揮発
性半導体記憶装置の書換え可能回数が低下していた。
【0010】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、その1つの目的は、不揮発性半
導体記憶装置の半導体基板上の占有面積を減少させるこ
とである。
【0011】この発明のもう1つの目的は、不揮発性半
導体記憶装置の消去および書込みすることのできる回数
を増加させることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係る不揮発性
半導体記憶装置は、半導体基板と、互いに平行に基板上
に配置された複数のワードラインおよび複数のセンスラ
インと、複数のワードラインに垂直に基板上に配置され
た複数のビットラインと、各ビットラインと各ワードラ
インとが交差する位置の基板上に設けられた複数の選択
トランジスタと、各ビットラインと各センスラインとが
交差する位置の基板上に設けられた複数のセンストラン
ジスタと、アドレス信号に応答して、複数のワードライ
ンの中の1本を選択するワードライン選択手段と、外部
から与えられる第1の制御信号に応答して、ワードライ
ン選択手段と複数のワードラインとの間を接続する第1
のスイッチング手段と、外部から与えられる第2の制御
信号に応答して、複数のセンスラインをバイアスするた
めのセンスラインバイアス手段と、ワードライン選択手
段からの出力信号に応答して、センスラインバイアス手
段と複数のセンスラインとの間を接続する第2のスイッ
チング手段と、予め定められた高電圧を発生する高電圧
発生手段と、第2の制御信号に応答して、高電圧発生手
段を複数のワードラインと複数のセンスラインとに接続
する接続手段とを含む。複数の選択トランジスタおよび
複数のセンストランジスタは、基板内に形成された拡散
層を介して接続され、それによりアレイが構成される。
【0013】
【実施例】図1は、この発明の一実施例を示す不揮発性
半導体記憶装置のブロック図である。また、図2は、図
1に示した不揮発性半導体記憶装置の回路図である。図
1および図2に示した不揮発性半導体記憶装置は、M本
のロウとN本のカラムとを備えたメモリセルアレイを備
えている。図1を参照して、この不揮発性半導体記憶装
置は、内部から与えられるロウアドレス信号AXおよび
カラムアドレス信号AYをデコードすることにより、多
数のロウラインおよびカラムラインの中で各1本をそれ
ぞれ選択するためのロウデコーダ部100およびカラム
デコーダ部110と、外部から与えられる書込み制御信
号/WEX に応答して、プログラムラインに所定の電
圧を印加するセンスラインバイアス部120と、ロウデ
コーダ100からの出力信号およびプログラム信号/P
GMによって選択されたセンスラインSL100および
ワードラインWL1に動作電圧を供給するページ選択ト
ランジスタ部130と、多数のビットラインBL100
ないしBL10NとワードラインWL100とが交差す
る位置に設けられ、メモリトランジスタCM100ない
しCM10Nのドレインに接続された選択トランジスタ
M100ないしM10Nと、選択トランジスタM100
ないしM10NとセンスラインSL100とが交差する
位置に設けられ、データを消去しかつストアするための
メモリトランジスタ(またはセンストランジスタ)CM
100ないしCM10Nと、メモリトランジスタCM1
00ないしCM10Nのソースがドレインに接続され、
かつソースが接地され、ゲートには書込み制御信号/W
Eが与えられるプルダウントランジスタM110と、ワ
ードラインWL100とセンスラインSL100とに所
定の高電圧を印加する高電圧ゲーティング部140と、
高電圧を発生して高電圧ゲーティング部14に供給する
高電圧ポンプ部150と、書込み制御信号/WEX に
応答して、高電圧ゲーティング部14を介してワードラ
インWL100とセンスラインSL100とに選択的に
高電圧が供給されるように制御する高電圧制御部160
と、カラムデコーダ部110の出力信号に応答して、ビ
ットラインBL100ないしBL10Nの中の1つを選
択的に共通データラインDLに接続するカラムパスゲー
ト部170と、読出し動作において選択されたメモリト
ランジスタにストアされたデータ信号を増幅しかつ入出
力部200に与えるデータ出力バッファ180と、書込
み動作において入出力部200に与えられたデータをカ
ラムパスゲート部170に与えるデータ入力バッファ1
90とを含む。
【0014】図2に示した回路図において、トランジス
タM100ないしM10M,M130ないしM13Mお
よびM160ないしM16Mはエンハンスメント型NM
OSトランジスタを示しており、また、トランジスタM
120ないしM12M,M140ないしM14Mおよび
M150ないしM15Mはデプレッション型NMOSト
ランジスタを示している。
【0015】図5は、図2に示した回路の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。次に、図2および
図5を参照して、不揮発性半導体記憶装置の動作につい
て説明する。
【0016】まず、外部から与えられる書込み制御信号
/WEX が図5(a)に示すように低電位になり、デ
ータの書込みがチップの内部に認識されると、チップの
内部でカウンタ(図示せず)によって、動作サイクルが
自動消去期間と自動プログラム期間とに分離される。書
込み制御信号/WEX が低電位になるに従って、図5
(b)に示すように、書込み制御信号WEが低電位とな
り、チップ内部の高電圧昇圧回路が動作する。したがっ
て、図5(c)に示されるように、約20ボルトの電源
電圧Vppが供給され、図5(d)に示されるようにク
ロック信号CLKが供給される。
【0017】自動消去期間において、消去信号/ERA
が図5(e)に示されるように低電位になるに従って、
センスラインバイアス部120がプログラムラインPL
100に図5(f)に示すように約5ボルトの電源電圧
Vccを与える。高電圧制御部160は、図5(g)に
示されるように出力電圧VWEとして高電圧を出力し、
一方、出力電圧VWPとして図5(h)に示すように低
レベルの電圧を出力する。
【0018】ロウデコーダ部100は、外部から与えら
れるアドレス信号AX によって選択された出力OT0
 を介して約5ボルトの電圧を出力し、一方他の出力O
T1 ないしOTM を介して低レベルの電圧を出力す
る。このとき選択されたワードラインWL100には、
トランジスタM120を介してロウデコーダ100の出
力OT0 の約5ボルトの電圧が伝達される。このワー
ドラインWL100の約5ボルトの電圧は、トランジス
タM140を介して高電圧ポンプ部150の出力PO0
 に伝達され、高電圧ポンプ部150はその約5ボルト
の電圧をクロック信号CLKに応答して、電源電圧Vp
p、すなわち約20ボルトの電圧に上昇させる。昇圧さ
れた電圧は出力PO0 を介して出力される。このよう
に、約5ボルトよりも高い出力PO0 の高電圧Vpp
は、トランジスタM140のゲート電位が低レベルであ
るので、図5(i)に示したようにワードラインWL1
00には伝達されない。センスラインSL100に接続
されているトランジスタM150およびM100のゲー
ト電位は、高レベルであり、したがって、トランジスタ
M150およびM100が動作状態であるので、出力P
O0の高電圧は図5(j)に示されたようにセンスライ
ンSL100に伝達される。
【0019】このとき、センスラインSL100のパス
であるトランジスタM130のソースが接続されている
プログラムラインPL100の電圧は、上記のように約
5ボルトの電圧であり、また、そのゲートの電圧も約5
ボルトであり、さらにセンスラインSL100は約20
ボルトの高電圧であるので、トランジスタM130はシ
ャントオフする。
【0020】したがって、データの消去の際、選択され
たワードラインWL100は、約5ボルトの電圧となり
、選択されたセンスラインSL100にのみ約20ボル
トの高電圧Vppが供給される。したがって、メモリト
ランジスタCM100のドレインからフローティングゲ
ートへ電荷がトンネリングされ、ビットラインBL10
0は接地され図5(k)に示したように低電位となる。
【0021】また、選択されていないロウデコーダ部1
00の出力OT1 ないしOTM は0ボルトであるの
で、ワードラインWL101ないしWL10Mも0ボル
トであり、高電圧発生部150の出力PO1 ないしP
OM もトランジスタM151ないしM15Mを介して
0ボルトが供給されるので、非選択のセンスラインSL
101ないしSL10MもトランジスタM151ないし
M15Mを介して0ボルトに接地される。このとき、ト
ランジスタM131ないしM13Mはシャントオフされ
る。したがって、上記のような動作で選ばれたロウライ
ン上に位置するメモリトランジスタCM100ないしC
M10Mにストアされたデータを消去することができる
【0022】一方、プログラム動作では、まず、チップ
内部のカウンタによって消去動作が行なわれ、それが完
了した後、プログラム動作が行なわれる。すなわち、図
5(l)に示したようにプログラム信号/PGMが低電
位となり、消去信号/ERAが高電位となる。プログラ
ムラインPL100が低電位となり、高電圧制御部60
が出力電圧VWPとして約20ボルトの高電圧を出力し
、出力電圧VWEとして0ボルトの電圧を出力する。選
択されたワードラインWL100は、トランジスタM1
40のゲートが高電圧になるにしたがって、高い電圧に
もたらされ、このときプログラム信号PGMが低電位で
あるので、出力OT0 の約5ボルトの電圧とワードラ
インWL100の高い電圧は電気的に分離される。そし
て、出力電圧VWEが低レベルになるに従ってセンスラ
インSL100のトランジスタM100がシャントオフ
され、プログラムラインが接地される。したがって、デ
ータの消去の際、選択されたセンスラインSL100の
高電圧がトランジスタM130を介して接地電位まで放
電される。このような動作で選ばれたワードラインWL
100に高電圧が供給され、選択されたセンスラインS
L100は接地電圧を維持するようになる。このとき、
選択されないワードラインWL101ないしWL10M
およびセンスラインSL101ないしSL10Mは、上
記の消去時と同様に接地電圧に維持される。
【0023】書込み動作において、外部から入出力部2
00をを介してプログラムすべきデータが入力される。 データ入力バッファ190は、入力されたデータ信号を
増幅した後、選択されたビットラインBL100ないし
BL10Nに所定の電圧を印加する。たとえば、外部の
入力データが「1」であるときは、ビットラインBL1
00ないしBL10Nに0ボルトの電圧が印加され、入
力データが「0」であるときには、20ボルトの電圧が
印加される。ビットラインBL100ないしBL10N
が0ボルトであるとき、メモリトランジスタCM100
ないしCM10Mの消去状態が持続されるようになり、
20ボルトの電圧が印加されることにより、メモリトラ
ンジスタCM100ないしCM10Mのフローティング
ゲートからドレインに電子がトンネリングされプログラ
ムされる。
【0024】このように、データが消去およびプログラ
ムされたメモリトランジスタCM100ないしCM10
Mは、選択されたワードラインに約5ボルトの電圧を印
加し、プログラムラインPL100に約1ないし4ボル
トの電圧を供給し、トランジスタM130を介して選ば
れたセンスラインSL1に供給することにより、データ
出力バッファ180がセンストランジスタに流れる電流
によりデータを読取る。
【0025】なお、図2に示したセンスラインデコーダ
部の一例が図3に示される。また、図2に示した高電圧
制御部の一例が図4に示されている。
【0026】このように、不揮発性半導体記憶装置のデ
ータの消去時において、ワードラインに電源電圧Vcc
が印加されるので、チップの耐久性を向上させることが
できる。また、各ロウごとにセンスライントランジスタ
M130ないしM13Mを1つずつ配置し、かつワード
ラインおよびセンスラインに必要な高電圧を1つの高電
圧発生部から供給することによりチップの大きさを減ら
すことができる。また、データの消去時には、ワードラ
インに高電圧Vppの代わりに約5ボルトの電圧を供給
するので、ゲート酸化膜の破壊による信頼性の低下およ
び耐久性の低下を減らすことができる。不揮発性半導体
記憶装置の高集積化に伴って半導体基板上の占有面積が
減少され、ロウデコーダ部および高電圧発生部を半導体
基板上にレイアウトすることが難しくなるが、エンハン
スメント型NMOSトランジスタM130ないはM13
MおよびM150ないしM15Mならびにデプレッショ
ン型NMOSトランジスタM120ないしM12M,M
140ないしM14MおよびM150ないしM15Mを
各ワードラインとセンスラインとに制御して制御信号で
制御することにより容易にレイアウトすることができる
ので、半導体チップの占有面積を最小に減らすことがで
きる。
【0027】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、各ロ
ウごとにバイト選択トランジスタを1つずつ設け、ワー
ドラインとセンスラインとに供給される電圧を1つの高
電圧発生手段から供給するようにしたので、半導体基板
上の占有面積が減少された不揮発性半導体記憶装置が得
られた。また、データの消去時において、ワードライン
の電圧が通常の電源電圧に維持されるので、ゲート酸化
膜が破壊されにくくなり、消去および書込み可能回数が
増加される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す不揮発性半導体記憶
装置のブロック図である。
【図2】図1に示した不揮発性半導体記憶装置の回路図
である。
【図3】図2に示たセンスラインデコーダ部の一例を示
す回路図である。
【図4】図2に示した高電圧制御部の一例を示す回路図
である。
【図5】図2に示した回路の動作を説明するためのタイ
ミングチャートである。
【図6】従来の不揮発性半導体記憶装置の回路図である
【符号の説明】
100  ロウデコーダ部 110  カラムデコーダ部 120  センスラインバイアス部 130  ページ選択トランジスタ部 140  高電圧ゲーティング部 150  高電圧ポンプ部 160  高電圧制御部 170  カラムパスゲート部 180  データ出力バッファ 190  データ入力バッファ 200  入出力部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板と、互いに平行に前記基板
    上に配置された複数のワードラインおよび複数のセンス
    ラインと、前記複数のワードラインに垂直に前記基板上
    に配置された複数のビットラインと、各前記ビットライ
    ンと各前記ワードラインとが交差する位置の前記基板上
    に設けられた複数の選択トランジスタと、各前記ビット
    ラインと各前記センスラインとが交差する位置の前記基
    板上に設けられた複数のセンストランジスタとを含み、
    前記複数の選択トランジスタおよび前記複数のセンスト
    ランジスタは、前記基板内に形成された拡散層を介して
    接続され、それによりアレイが構成され、アドレス信号
    に応答して、前記複数のワードラインの中の1本を選択
    するワードライン選択手段と、外部から与えられる第1
    の制御信号に応答して、前記ワードライン選択手段と前
    記複数のワードラインとの間を接続する第1のスイッチ
    ング手段と、外部から与えられる第2の制御信号に応答
    して、前記複数のセンスラインをバイアスするためのセ
    ンスラインバイアス手段と、前記ワードライン選択手段
    からの出力信号に応答して、前記センスラインバイアス
    手段と前記複数のセンスラインとの間を接続する第2の
    スイッチング手段と、予め定められた高電圧を発生する
    高電圧発生手段と、前記第2の制御信号に応答して、前
    記高電圧発生手段を前記複数のワードラインと前記複数
    のセンスラインとに接続する接続手段とを含む、不揮発
    性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】  前記ワードライン選択手段は、複数の
    出力を備え、ロウアドレス信号をデコードすることによ
    り、前記複数の出力を介して前記複数のワードラインの
    中の1本を選択的に活性化するロウデコーダ手段を含み
    、前記第1のスイッチング手段は、前記ロウデコーダ手
    段の複数の出力と前記複数りワード線との間にそれぞれ
    接続され、第1の制御信号に応答して動作されるデプレ
    ッション型の複数の第1の電界効果トランジスタを含む
    、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】  前記複数の第1の電界効果トランジス
    タのゲートは、プログラム時において低電位が印加され
    、消去時において高電位が印加される、請求項2に記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】  前記第2のスイッチング手段は、エン
    ハンスメント型の複数の第2の電界効果トランジスタを
    含み、前記複数の第2の電界効果トランジスタは、ゲー
    トが前記ワードライン選択手段からの出力信号に応答し
    て動作される、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
  5. 【請求項5】  前記接続手段は、前記高電圧発生手段
    と前記複数のワードラインとの間にそれぞれ接続され、
    前記第2の制御信号に応答して動作される複数の第3の
    スイッチング手段と、前記高電圧発生手段と前記複数の
    センスラインとの間にそれぞれ接続され、前記第2の制
    御信号に応答して動作される複数の第4のスイッチング
    手段とを含む、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
  6. 【請求項6】  前記複数の第3のスイッチング手段は
    、前記高電圧発生手段と前記複数のワードラインとの間
    にそれぞれ接続され、前記第2の制御信号に応答して動
    作されるデプレッション型の複数の第3の電界効果トラ
    ンジスタを含む、請求項5に記載の不揮発性半導体記憶
    装置。
  7. 【請求項7】  前記複数の第4のスイッチング手段は
    、各々が前記高電圧発生手段の出力と対応する前記セン
    スラインとの間に直列に接続されたデプレッション型の
    第4の電界効果トランジスタおよびエンハンスメント型
    の第5の電界効果トランジスタからなる複数のトランジ
    スタ対を含み、前記第4および第5の電界効果トランジ
    スタは、前記第2の制御信号に応答して動作される、請
    求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。
JP24909691A 1990-12-19 1991-09-27 不揮発性半導体記憶装置 Expired - Lifetime JPH0752593B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019900021060A KR940005695B1 (ko) 1990-12-19 1990-12-19 불휘발성 기억소자의 로우 디코더 회로
KR21060 1990-12-19

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