JPH04351792A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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JPH04351792A
JPH04351792A JP3152563A JP15256391A JPH04351792A JP H04351792 A JPH04351792 A JP H04351792A JP 3152563 A JP3152563 A JP 3152563A JP 15256391 A JP15256391 A JP 15256391A JP H04351792 A JPH04351792 A JP H04351792A
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transistor
selection
transistors
insulating film
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Tatsuro Inoue
井上 達朗
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Abstract

PURPOSE:To prevent erroneous write in and erroneous erasure of nonselection memory transistors. CONSTITUTION:A memory cell array 800 is configured by memory array configuration groups arranged in a matrix from and each memory array configuration group is selected by plural memory transistors QM1,1 to QM2,6 and first selection transistors QS1,1 to QS2,6 which are connected to the memory transistors in parallel. Each memory array configuration group is connected to bit lines through second selection transistors QC1 to QC4 and the second selection transistors are selected by selection lines C1 to C2. During a write in and a read out period, a memory transistor which is the same memory array configuration group is selected by first word lines X1 to X6 and the first selection transistors which make pairs with the selected memory transistors are turned off by second word lines Z1 to Z6. Since the first selection tracsistors, which are paried with the other nonselection memory transistors, are turned on, these first selection transistors act as trnasfer gates and prevent erroneous write in and erroneous erasure of nonselection memory transistors.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体記憶装置
に関し、特に、メモリトランジスタに記憶されたデータ
を電気的に消去して新たなデータを書き込むことができ
る電気的消去可能型プログラマブルリードオンリメモリ
装置(以下、EEPROMと称す)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to an electrically erasable programmable read-only memory that can electrically erase data stored in a memory transistor and write new data. The present invention relates to a device (hereinafter referred to as EEPROM).

【0002】0002

【従来の技術】従来より電源を切っても書き込まれたデ
ータを消失しない不揮発性半導体記憶装置が種々研究開
発されている。特に、近年、EEPROMの開発が急速
に進み、各種の製品が実用化されている。
2. Description of the Related Art Various types of nonvolatile semiconductor memory devices have been researched and developed that do not lose written data even when the power is turned off. In particular, the development of EEPROMs has progressed rapidly in recent years, and various products have been put into practical use.

【0003】EEPROMには種々の構造のものがあり
、近年メモリトランジスタを直列に接続して構成された
ものが提案されている(R.Shirota他、Tec
hnical  digest  of  1988 
 symposium  on  VLSI  tec
hnology  P33〜P34)。
[0003] EEPROMs have various structures, and in recent years, one constructed by connecting memory transistors in series has been proposed (R. Shirota et al., Tec.
hnical digest of 1988
symposium on VLSI tec
hnology P33-P34).

【0004】図12は、従来の不揮発性半導体記憶装置
の一例を示す等価回路図であり、まず、図12に示され
た従来例を説明する。符号Qsi,j(i=1〜2,j
=1〜4)は選択用トランジスタ、符号QMi,j(i
=1〜2,j=1〜6)はメモリトランジスタである。 メモリトランジスタQMi,j(i=1〜2,j=1〜
6)の制御ゲート電極は各行毎にワード線Xi(i=1
〜6)に接続されている。選択用トランジスタQsi,
j(i=1〜2,j=1〜4)のうち、ビット線Y1及
びY2に接続されている第1の選択用トランジスタ群(
図中のQs1,1,Qs1,3,Qs2,1,Qs2,
3)のゲート電極は、それぞれ第1のZ1,Z3に接続
されており、ソース線にSに接続されている第2の選択
用トランジスタ群(図中のQs1,2,Qs14,Qs
2,2,Qs2,4)のゲート電極はそれぞれ第2の選
択線Z2,Z4に接続されている。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram showing an example of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. First, the conventional example shown in FIG. 12 will be explained. Sign Qsi,j (i=1~2,j
=1 to 4) are selection transistors, symbols QMi,j(i
=1-2, j=1-6) are memory transistors. Memory transistor QMi,j (i=1~2, j=1~
6) control gate electrode is connected to the word line Xi (i=1
~6). selection transistor Qsi,
j (i=1 to 2, j=1 to 4), the first selection transistor group (
Qs1,1, Qs1,3, Qs2,1, Qs2, in the figure
The gate electrodes of 3) are connected to the first Z1 and Z3, respectively, and the second selection transistor group (Qs1, 2, Qs14, Qs in the figure) is connected to the source line S.
The gate electrodes of Qs2, 2, Qs2, and 4) are connected to second selection lines Z2 and Z4, respectively.

【0005】各第1の選択用トランジスタQs1,2〜
Qs2,3と、3つのメモリトランジスタQM1,1〜
QM1,3,QM1,4〜QM1,6,QM2,1〜Q
M2,3,QM2,3〜QM2,4と、各第2の選択用
トランジスタQs1,2〜Qs2,4は組をなしており
、以下、各組メモリアレイ構成群という。ビット線Y1
,Y2とソース線Sとの間に直列に接続されており、ビ
ット線Y1,Y2はメモリアレイ構成群の第1の選択用
トランジスタQs1,1〜Qs2,3のドレイン電極に
接続されている。
[0005] Each of the first selection transistors Qs1, 2~
Qs2,3 and three memory transistors QM1,1~
QM1, 3, QM1, 4 ~ QM1, 6, QM2, 1 ~ Q
M2,3, QM2,3 to QM2,4 and each second selection transistor Qs1,2 to Qs2,4 form a set, and each set is hereinafter referred to as a memory array configuration group. Bit line Y1
, Y2 and the source line S, and the bit lines Y1, Y2 are connected to the drain electrodes of the first selection transistors Qs1,1 to Qs2,3 of the memory array configuration group.

【0006】図13は従来例のビット線Y1(Y2)か
らソース線Sまでの間に形成された各メモリアレイ構成
群の平面図であり、図14は図13のA−A’に沿った
断面図である。
FIG. 13 is a plan view of each memory array configuration group formed between the bit line Y1 (Y2) and the source line S in the conventional example, and FIG. 14 is a plan view along the line AA' in FIG. FIG.

【0007】図13,図14において21は半導体基板
、22aは第1の選択用トランジスタQs1,1(Qs
1,3〜Qs2,3)のドレイン領域、22bは第2の
選択用トランジスタQs1,2(Qs1,4〜Qs2,
4)のソース領域、22cは各トランジスタを直列に接
続する不純物拡散層領域、23a,23bは第1,第2
の選択用トランジスタQs1,1,Qs1,2のゲート
絶縁膜、4はメモリトランジスタQM1,1(QM1,
2〜QM2,6)の第1ゲート絶縁膜、25はメモリト
ランジスタQM1,1(QM1,2〜QM2,6)の第
2ゲート絶縁膜、26はメモリトランジスタQM1,1
(QM1,2〜QM2,6)の浮遊ゲート電極、27は
メモリトランジスタQM1,1(QM1,2〜QM2,
6)の制御ゲート電極、28a,28bは選択用トラン
ジスタQs1,1,Qs1,2のゲート電極、29は層
間絶縁膜、30はコンタクト孔、31はビット線Y1(
Y2)を構成する金属配線である。
In FIGS. 13 and 14, 21 is a semiconductor substrate, 22a is a first selection transistor Qs1,1 (Qs
1, 3 to Qs2, 3), and 22b is the second selection transistor Qs1, 2 (Qs1, 4 to Qs2,
4) source region; 22c is an impurity diffusion layer region connecting each transistor in series; 23a and 23b are first and second source regions;
4 is the gate insulating film of the selection transistor Qs1,1, Qs1,2, and 4 is the memory transistor QM1,1 (QM1,
2 to QM2, 6), 25 is the second gate insulating film of memory transistor QM1, 1 (QM1, 2 to QM2, 6), and 26 is memory transistor QM1, 1.
(QM1, 2 to QM2, 6) floating gate electrodes, 27 is a memory transistor QM1, 1 (QM1, 2 to QM2,
6) control gate electrodes, 28a, 28b are gate electrodes of selection transistors Qs1, 1, Qs1, 2, 29 is an interlayer insulating film, 30 is a contact hole, 31 is a bit line Y1 (
This is the metal wiring that constitutes Y2).

【0008】この不揮発性半導体記憶装置の構造的特徴
は、メモリトランジスタQM1,1の第1ゲート絶縁膜
24が例えば90オングストロームと薄く、浮遊ゲート
電極26と半導体基板21間、及び浮遊ゲート電極26
とソース・ドレイン電極間のトンネリングが容易に起き
ることである。したがって、この従来例はこの動作原理
(トンネリング)を利用して電気的書き込みと消去を行
う。
The structural feature of this nonvolatile semiconductor memory device is that the first gate insulating film 24 of the memory transistor QM1,1 is as thin as, for example, 90 angstroms, and the first gate insulating film 24 of the memory transistor QM1,1 is thin, for example, between the floating gate electrode 26 and the semiconductor substrate 21 and between the floating gate electrode 26.
and tunneling between the source and drain electrodes easily occurs. Therefore, this conventional example performs electrical writing and erasing using this operating principle (tunneling).

【0009】次にこの不揮発性半導体の動作を、図12
中の所定のメモリアレイ構成群Qs1,1,QM1,1
,QM1,2,QM1,3,Qs1,2にアクセスする
として説明する。 尚、各トランジスタはNチャンネル型トランジスタとす
る。この場合のデータ消去、データ書き込み、データ読
み出しの各モードにおけるビット線Y1,第1,第2の
選択線Z1,Z2及びワード線X1,X2,X3の電位
を表1に示す。ここで表中の数値の単位はいずれもボル
ト(V)である。
Next, the operation of this nonvolatile semiconductor is shown in FIG.
Predetermined memory array configuration groups Qs1,1, QM1,1 in
, QM1,2, QM1,3, Qs1,2 will be explained. Note that each transistor is an N-channel transistor. Table 1 shows the potentials of the bit line Y1, first and second selection lines Z1 and Z2, and word lines X1, X2, and X3 in each mode of data erase, data write, and data read in this case. The unit of all numerical values in the table is volt (V).

【0010】0010

【表1】[Table 1]

【0011】以下の説明でデータの消去は浮遊ゲート電
極へ電子を注入することを、一方、データの書き込みは
浮遊ゲート電極から電子を引き抜くことである。
In the following explanation, erasing data refers to injecting electrons into the floating gate electrode, while writing data refers to extracting electrons from the floating gate electrode.

【0012】最初に、データを消去するモードについて
説明する。まずビット線Y1及びソース線Sは接地電位
に、ワード線X1,X2,X3を正の高電圧、例えば1
7Vに設定する。第1,第2の選択線は5Vに設定した
ため、各メモリトランジスタQM1,1,QM1,2,
QM1,3のチャンネル電位、及びソース、ドレイン電
極の電位は0Vに固定される。この時、各メモリトラン
ジスタQM1,1,QM1,2,QM1,3の制御ゲー
ト電極27に印加された正の高電圧により、第1ゲート
絶縁膜24中の電界が強くなり、F−N電子トンネル現
象が発生して、半導体基板21及び不純物拡散層22c
から第1ゲート絶縁膜24を介して、浮遊ゲート電極2
6に電子が注入され、各メモリトランジスタQM1,1
,QM1,2,QM1,3のしきい値電圧が上昇する。 この状態がデータが消去された状態である。この消去モ
ードには、メモリトランジスタの選択性はないので、全
メモリトランジスタに記憶されていたデータが同時に消
去される。
First, the mode for erasing data will be explained. First, the bit line Y1 and the source line S are set to ground potential, and the word lines X1, X2, and X3 are set to a positive high voltage, for example, 1
Set to 7V. Since the first and second selection lines were set to 5V, each memory transistor QM1,1, QM1,2,
The channel potential of QM1 and QM3 and the potential of the source and drain electrodes are fixed to 0V. At this time, due to the positive high voltage applied to the control gate electrode 27 of each memory transistor QM1, 1, QM1, 2, QM1, 3, the electric field in the first gate insulating film 24 becomes strong, and the F-N electron tunnels. When the phenomenon occurs, the semiconductor substrate 21 and the impurity diffusion layer 22c
from the floating gate electrode 2 via the first gate insulating film 24.
6, each memory transistor QM1,1
, QM1, 2, QM1, 3 increase. This state is a state in which data has been erased. In this erase mode, there is no selectivity of memory transistors, so data stored in all memory transistors is erased at the same time.

【0013】次に、データをメモリトランジスタQM1
,1,QM1,2,QM1,3に書き込むモードについ
て説明する。ビット線Y1と、第1の選択線Z1及び書
き込むべきメモリトランジスタQM1,1,QM1,2
,QM1,3よりもビット線Y1側に接続されているメ
モリトランジスタのワード線X1,X2,X3を正の高
電圧、例えば20Vに設定する。同時にも、書き込むべ
きメモリトランジスタQM1,1,QM1,2,QM1
,3及びそのメモリトランジスタよりもソース線S側に
接続されているメモリトランジスタのワード線X1,X
2,X3と、ソース線Sを接地電位にする。この時、書
き込むべきメモリトランジスタの制御ゲート電極27は
接地電位、また、そのメモリトランジスタのドレイン電
極は正の高電位20Vとなっているため、書き込むべき
メモリトランジスタの第1ゲート絶縁膜24には強い電
界が加わり、F−N電子トンネル現象により、書き込む
べきメモリトランジスタの浮遊ゲート電極26から不純
物拡散層22cに向けて電子が放出される。この時、制
御ゲート電極27とドレイン電極に高電圧が印加された
メモリトランジスタはトランスファトランジスタとして
のみ働くが、このバイアス状態のメモリトランジスタの
第1ゲート絶縁膜24の電界は小さいので、F−N電子
トンネル現象は起こさない。
Next, data is transferred to memory transistor QM1.
, 1, QM1, 2, and QM1, 3 modes will be explained. Bit line Y1, first selection line Z1 and memory transistors QM1, 1, QM1, 2 to be written
, QM1, QM3, the word lines X1, X2, X3 of the memory transistors connected to the bit line Y1 side are set to a positive high voltage, for example, 20V. At the same time, memory transistors QM1, 1, QM1, 2, QM1 to be written
, 3 and the word lines X1, X of the memory transistors connected to the source line S side than the memory transistors.
2, X3 and the source line S are set to ground potential. At this time, the control gate electrode 27 of the memory transistor to be written is at ground potential, and the drain electrode of the memory transistor is at a positive high potential of 20V, so the first gate insulating film 24 of the memory transistor to be written is strong. When an electric field is applied, electrons are emitted from the floating gate electrode 26 of the memory transistor to be written toward the impurity diffusion layer 22c due to the FN electron tunneling phenomenon. At this time, the memory transistor to which a high voltage is applied to the control gate electrode 27 and the drain electrode functions only as a transfer transistor, but since the electric field of the first gate insulating film 24 of the memory transistor in this bias state is small, the F-N electron No tunnel phenomenon occurs.

【0014】また、書き込むべきメモリトランジスタよ
りもソース線Sに接続されたメモリトランジスタでは、
制御ゲート27の電位は接地電位となるが、ドレイン電
極電位が書き込むべきメモリトランジスタによって遮断
されるため高くならない。その結果として第1ゲート絶
縁膜24中の電界は小さくなりF−N電子トンネル現象
を起こさない。これによりメモリトランジスタへの選択
書き込みが達成される。
Furthermore, in a memory transistor connected to the source line S rather than the memory transistor to be written to,
Although the potential of the control gate 27 becomes the ground potential, it does not become high because the drain electrode potential is blocked by the memory transistor to be written. As a result, the electric field in the first gate insulating film 24 becomes small and no FN electron tunneling phenomenon occurs. This accomplishes selective writing to the memory transistors.

【0015】書き込むべきメモリトランジスタが複数の
時は、1個の選択用トランジスタQs1,1に接続され
ている複数個のメモリトランジスタに対し、上述の方法
で順次ソース側Sのメモリトランジスタから書き込む。 これは、メモリトランジスタの書き込み中の電界ストレ
スによる既書き込みデータの保護、すなわち、しきい値
電圧変動の防止のためである。
When a plurality of memory transistors are to be written, writing is sequentially performed from the memory transistors on the source side S to the plurality of memory transistors connected to one selection transistor Qs1,1 using the above-described method. This is to protect written data due to electric field stress during writing to the memory transistor, that is, to prevent threshold voltage fluctuation.

【0016】尚、このデータの書き込み時には第2の選
択用トランジスタQs1,2のゲート電極に接続されて
いる第2の選択線Z2は0Vに保持する必要がある。こ
れは、メモリトランジスタの制御ゲート電極電位が0V
でも、既書き込みメモリトランジスタの場合は、チャン
ネル電流が流れてしまうことから、このチャンネル電流
を遮断するためである。
Incidentally, when writing this data, the second selection line Z2 connected to the gate electrodes of the second selection transistors Qs1 and Qs2 must be held at 0V. This means that the control gate electrode potential of the memory transistor is 0V.
However, in the case of a memory transistor that has already been written, a channel current flows, so the purpose is to cut off this channel current.

【0017】次に、メモリトランジスタに記憶されたデ
ータを読み出す場合について説明する。このモードの場
合、ビット線Y1を1Vに、第1,第2の選択線Z1,
Z2を5Vに固定する。さらに読み出すべきメモリトラ
ンジスタに接続されたワード線X1,X2,X3のみを
接地電位に、他の全てのワード線を5Vに設定する。こ
のとき選択されたメモリトランジスタが消去状態の場合
、しきい値電圧が正であるから、ビット線Y1からソー
ス線Sに電流が流れない。一方、選択されたメモリトラ
ンジスタが書き込み状態の場合、しきい値電圧は負であ
るためビット線Y1からソース線Sに電流が流れる。他
の選択されないメモリトランジスタはすべてトランスフ
ァゲートとして働く。この動作モードより、各メモリト
ランジスタのしきい値は必ず制御ゲート電圧、例として
5V以下に制御されていなければならない。
Next, the case of reading data stored in the memory transistor will be explained. In this mode, the bit line Y1 is set to 1V, the first and second selection lines Z1,
Fix Z2 to 5V. Furthermore, only the word lines X1, X2, and X3 connected to the memory transistors to be read are set to the ground potential, and all other word lines are set to 5V. If the memory transistor selected at this time is in the erased state, no current flows from the bit line Y1 to the source line S because the threshold voltage is positive. On the other hand, when the selected memory transistor is in the write state, current flows from the bit line Y1 to the source line S because the threshold voltage is negative. All other unselected memory transistors act as transfer gates. In this mode of operation, the threshold value of each memory transistor must be controlled to a control gate voltage, for example, 5V or less.

【0018】次に図12中の4つのメモリアレイ構成群
をメモリトランジスタQM1,3,QM2,3,QM1
,6,QM2,6で代表させて、書き込み状態の4つの
メモリアレイ構成群のバイアス状態を説明する。この時
の各ビット線Y1,Y2、各ワード線X3,X6、第1
,第2の選択線Z1〜Z4の電位を表2に示す。
Next, the four memory array configuration groups in FIG.
, 6, QM2, and 6, the bias states of the four memory array configuration groups in the write state will be explained. At this time, each bit line Y1, Y2, each word line X3, X6, the first
, the potentials of the second selection lines Z1 to Z4 are shown in Table 2.

【0019】[0019]

【表2】[Table 2]

【0020】表2中の数値の単位はボルト(V)である
The unit of the numerical values in Table 2 is volt (V).

【0021】さて、メモリトランジスタQM1,3とQ
M2,3の制御ゲート電極27は同一のワード線X3に
、メモリトランジスタQM1,6とQM2,6の制御ゲ
ート電極27も同一のワード線X6に、それぞれ接続さ
れている。このため、メモリトランジスタQM1,3と
QM2,3及びメモリトランジスタQM1,6とQM2
,6の選択書き込みはビット線Y1,Y2の電位制御に
よって行われる。
Now, memory transistors QM1, QM3 and Q
Control gate electrodes 27 of M2, 3 are connected to the same word line X3, and control gate electrodes 27 of memory transistors QM1, 6 and QM2, 6 are also connected to the same word line X6. Therefore, memory transistors QM1, 3 and QM2, 3 and memory transistors QM1, 6 and QM2
, 6 is performed by controlling the potentials of the bit lines Y1 and Y2.

【0022】いま、メモリトランジスタQM1,3を書
き込みに、一方、メモリトランジスタQM2,3は書き
込まない場合を考える。このとき、メモリトランジスタ
QM1,3は上述の書き込みのバイアス状態になるが、
メモリトランジスタQM2,3には書き込みたくないの
で、ビット線Y2は10Vの中間電位に保たれる。この
結果、メモリトランジスタQM2,3のバイアス状態は
制御ゲート電極に0V、ドレイン電極に10Vが印加さ
れる状態になる。
Now, consider a case where memory transistors QM1 and QM3 are used for writing, while memory transistors QM2 and QM3 are not used for writing. At this time, memory transistors QM1 and QM3 are in the write bias state described above, but
Since it is not desired to write to the memory transistors QM2 and QM3, the bit line Y2 is kept at an intermediate potential of 10V. As a result, the bias state of the memory transistors QM2 and QM3 is such that 0V is applied to the control gate electrode and 10V is applied to the drain electrode.

【0023】メモリトランジスタQM1,3のバイアス
状態は、制御ゲート電極に0V、ドレイン電極に20V
が印加されているのに対し、メモリトランジスタQM2
,3のドレイン電極は10Vと低いために、第1ゲート
絶縁膜に加わる電界はメモリトランジスタQM1,3に
比べてメモリトランジスタQM2,3の方が小さくなる
。よってメモリトランジスタQM2,3はF−N電子ト
ンネリングを起こすに至らず、メモリトランジスタQM
2,3に誤書き込みは起こらない。
The bias state of the memory transistors QM1 and QM3 is 0V on the control gate electrode and 20V on the drain electrode.
is applied, while memory transistor QM2
, 3 are as low as 10V, the electric field applied to the first gate insulating film is smaller in the memory transistors QM2, QM3 than in the memory transistors QM1, QM3. Therefore, memory transistors QM2 and QM3 do not cause FN electron tunneling, and memory transistors QM2 and QM3 do not cause FN electron tunneling.
No erroneous writing occurs in 2 and 3.

【0024】尚、メモリトランジスタQM2,1とQM
2,2には、制御ゲート電極に20Vが、ドレイン電極
に10Vがそれぞれ印加されるバイアス状態となる。こ
の状態も消去モードでの制御ゲート電極とドレイン電極
との間に加わる電位差よりも小さいので、F−N電子ト
ンネリング現象は起きずに、書き込み時の非書き込みビ
ット線の非選択メモリトランジスタの消去は起きない。
Note that the memory transistors QM2,1 and QM
2 and 2 are in a bias state in which 20 V is applied to the control gate electrode and 10 V is applied to the drain electrode, respectively. Since this state is also smaller than the potential difference applied between the control gate electrode and the drain electrode in erase mode, the F-N electron tunneling phenomenon does not occur, and erasing of unselected memory transistors on non-written bit lines during writing is possible. It doesn't happen.

【0025】メモリトランジスタQM1,6,QM2,
6については、ワード線X6は0Vにバイアスされてお
り、しかもドレイン電極はゲート電極が第1の選択線Z
3によって0Vに固定されている第1の選択用トランジ
スタQs1,3,Qs2,3により、ビット線Y1,Y
2から切り離されているために、電界ストレスは加わら
ず誤消去及び誤書き込みは起きない。
Memory transistors QM1, 6, QM2,
6, the word line X6 is biased to 0V, and the drain electrode and the gate electrode are connected to the first selection line Z
The first selection transistors Qs1, 3, Qs2, 3 fixed at 0V by
2, no electric field stress is applied and erroneous erasing and erroneous writing do not occur.

【0026】以上の説明から明らかなように、ワード線
X1〜X6を共有するメモリトランジスタQM1,1〜
QM2,6の誤書き込みを防ぐには、例えば10V等の
中間電位が必要である。尚、この中間電位を用いずにビ
ット線を、例えば0Vと20Vの2つの値の電圧のみで
制御しようとすると、ワード線を共有するメモリトラン
ジスタ誤書き込みは防止できるものの、書き込み時の非
書き込みビット線に接続されている非選択メモリトラン
ジスタの誤消去の進行を防ぐことができない。つまり、
非書き込みビット線に接続されている非選択メモリトラ
ンジスタのしきい値の非意図的な増加を引き起こす。こ
の現象は特にビット線に近いメモリトランジスタで顕著
であり、直列に接続されたメモリトランジスタの数が多
くなるほど、書き込み時に消去の回数が多くなるので問
題になる。この問題は例えば非書き込みトランジスタの
しきい値が、読み出し時に制御ゲート電極に印加される
電圧よりも高くなった場合、データの誤読み出しとなり
、致命的な欠陥となる。
As is clear from the above description, the memory transistors QM1,1 to QM1, which share the word lines X1 to X6,
To prevent erroneous writing to QM2 and QM6, an intermediate potential such as 10V is required, for example. Note that if you try to control the bit line with only two voltage values, for example 0V and 20V, without using this intermediate potential, it is possible to prevent erroneous writes to the memory transistors that share the word line, but the non-written bits during writing It is not possible to prevent the progress of erroneous erasure of unselected memory transistors connected to the line. In other words,
This causes an unintentional increase in the threshold of unselected memory transistors connected to non-write bit lines. This phenomenon is particularly noticeable in memory transistors close to bit lines, and becomes a problem as the number of memory transistors connected in series increases, as the number of times of erasing during writing increases. For example, if the threshold value of the non-write transistor becomes higher than the voltage applied to the control gate electrode during reading, this problem will result in erroneous reading of data, resulting in a fatal defect.

【0027】以上の説明から、従来の不揮発性メモリト
ランジスタは、 (1)消去・書き込み時、共にF−N電子トンネリング
現象を利用する。 (2)メモリトランジスタの他に、ビット線とソース線
の間に選択トランジスタを2個直列に接続する。 (3)書き込み時に、非選択トランジスタの非意図的な
消去を防ぐために、ビット線のバイアスを高・中・低の
3つの電圧を用いる。 等の特徴を有している。
From the above explanation, the conventional nonvolatile memory transistor (1) utilizes the FN electron tunneling phenomenon during both erasing and writing. (2) In addition to the memory transistor, two selection transistors are connected in series between the bit line and the source line. (3) To prevent unintentional erasure of non-selected transistors during writing, three voltages, high, medium, and low, are used for the bit line bias. It has the following characteristics.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来の不揮発性記憶装置は、選択性の書き込み
のために3種類のビット線バイアス電位を必要としてお
り、中間電位と高・低電位との電位差でF−N電子トン
ネリングを制御しているので、各電圧の設定範囲が狭く
なるという欠点を有している。特に中間電位の電圧設定
は、高くとも低くとも不良の原因となるので、特にその
制御が困難である。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as mentioned above, conventional nonvolatile memory devices require three types of bit line bias potentials for selective writing: an intermediate potential, high and low potentials, and three types of bit line bias potentials. Since the F-N electron tunneling is controlled by the potential difference, there is a drawback that the setting range of each voltage is narrow. In particular, it is difficult to control the voltage setting of the intermediate potential, since either high or low voltage settings can cause defects.

【0029】さらに従来の不揮発性記憶装置は、過消去
、つまり読み出し時の制御ゲート電圧以上にメモリトラ
ンジスタのしきい値が上昇してしまう問題を内包してお
り、過消去を防止するためには、消去電圧の緻密な設定
とその制御を必要としており、これらはメモリトランジ
スタの製造方法に対する制限を生じさせ、製造歩留まり
の低下を生じさせるという欠点も有している。
Furthermore, conventional nonvolatile memory devices have the problem of over-erasing, that is, the threshold voltage of the memory transistor rises above the control gate voltage during reading, and in order to prevent over-erasing, However, these methods require precise setting and control of the erase voltage, which also has the disadvantage of imposing restrictions on the method of manufacturing the memory transistor and lowering the manufacturing yield.

【0030】さらに、メモリセルへの書き込みと消去を
共にF−Nトンネリング現象を利用しているために、書
き込み・消去モードの実行に正の高電圧を必要としてい
る。このため、ビット線制御用トランジスタとワード線
制御用トランジスタとして、高耐圧の接合を使用した高
耐圧トランジスタを用いる必要があるという欠点を有し
ている。
Furthermore, since the FN tunneling phenomenon is used for both writing and erasing into the memory cell, a high positive voltage is required to execute the write/erase mode. For this reason, there is a drawback that it is necessary to use high breakdown voltage transistors using high breakdown voltage junctions as the bit line control transistor and the word line control transistor.

【0031】さらにメモリトランジスタへの、書き込み
・消去はF−Nトンネリング現象のみを利用しているの
で、第1ゲート絶縁膜24は、例えば100オングスト
ローム以下の極めて薄いシリコン酸化膜を成長させねば
ならず、絶縁膜の膜厚や膜質の制御が難しく、製造歩留
まりを低下させるという欠点も有している。
Furthermore, since writing and erasing into the memory transistor utilizes only the F-N tunneling phenomenon, the first gate insulating film 24 must be an extremely thin silicon oxide film of, for example, 100 angstroms or less. However, it is difficult to control the thickness and quality of the insulating film, which also has the disadvantage of lowering manufacturing yield.

【0032】さらに、メモリセルへの書き込みがソース
線S側からシリアルにしか実行できないので、書き込み
時には一度必ずメモリセルを消去してから、再プログラ
ムをする必要がある。このことはワード消去やワード書
き込み等の機能を実現できないことを意味し、再プログ
ラムに要する時間が長くなり、大容量不揮発性メモリと
して用いるとしても、その用途は極端に制限されてしま
うという欠点を有している。
Furthermore, since writing to the memory cell can only be performed serially from the source line S side, it is necessary to erase the memory cell once before reprogramming. This means that functions such as word erasing and word writing cannot be realized, and reprogramming takes a long time.Even if it is used as a large-capacity nonvolatile memory, its uses are extremely limited. have.

【0033】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、選択的書き込みにおいて中間電位を必要とせず
、書き込みを比較的低電圧で実行でき、しかも過書き込
み及び過消去の問題を起こさず、書き込み・消去に対し
電圧マージンが広く、第1ゲート絶縁膜を厚くすること
が可能であり、しかも、ワード書き込み、ワード消去の
機能を実現可能な、高集積化に適した不揮発性半導体記
憶装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and does not require an intermediate potential in selective writing, can perform writing at a relatively low voltage, and does not cause the problems of overwriting and overerasing. , a nonvolatile semiconductor memory device suitable for high integration, which has a wide voltage margin for writing and erasing, allows the first gate insulating film to be made thick, and can realize word writing and word erasing functions. is intended to provide.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は浮遊ゲー
トと制御ゲートを有するメモリトランジスタと該メモリ
トランジスタと並列に接続された第1の選択用トランジ
スタで構成されるトランジスタ対を複数個直列接続した
メモリアレイ構成群を行列状に配置したメモリアレイと
、各々が同一の行方向位置に配されたメモリトランジス
タの制御ゲートに共通接続された第1のワード線と、該
複数の第1のワード線にそれぞれ対応し各々が同一の行
方向位置に配された第1の選択用トランジスタのゲート
に共通接続された複数の第2のワード線と、メモリアレ
イの複数列にそれぞれ対応して設けられた複数のビット
線と、該複数のビット線とメモリアレイ構成群の一端と
の間に接続された複数の第2の選択用トランジスタと、
メモリアレイの複数行にそれぞれ対応して設けられ各々
が同一行に属するメモリアレイ構成群の第2の選択用ト
ランジスタのゲートに接続された複数の選択線と、上記
複数のメモリアレイ構成群の他端に接続されたソース線
とを備えたことである。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to connect a plurality of transistor pairs in series, each consisting of a memory transistor having a floating gate and a control gate, and a first selection transistor connected in parallel with the memory transistor. a memory array in which memory array configuration groups arranged in rows and columns; a first word line commonly connected to control gates of memory transistors each arranged at the same row direction position; A plurality of second word lines are provided corresponding to the plurality of columns of the memory array, and a plurality of second word lines are connected in common to the gates of the first selection transistors, which correspond to the respective lines and are arranged at the same row direction position. a plurality of second selection transistors connected between the plurality of bit lines and one end of the memory array configuration group;
a plurality of selection lines provided corresponding to the plurality of rows of the memory array and connected to the gates of second selection transistors of the memory array configuration groups each belonging to the same row; and a plurality of selection lines other than the plurality of memory array configuration groups It also has a source line connected to the end.

【0035】[0035]

【発明の作用】メモリセルトランジスタへの書き込み及
び読み出し時には、選択されたメモリトランジスタと対
を形成する第1選択トランジスタはオフし、非選択メモ
リトランジスタと対をなす第1の選択トランジスタはす
べてオンし、トランスファーゲートとして機能する。
[Operation of the invention] When writing to or reading from a memory cell transistor, the first selection transistor that forms a pair with the selected memory transistor is turned off, and all the first selection transistors that form a pair with non-selected memory transistors are turned on. , functions as a transfer gate.

【0036】[0036]

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明の不揮発性半導体記憶装置の第1実施
例を示す平面図、図2,図3は図1のA−A’,B−B
’にそれぞれ沿った断面図である。図4〜図7も図2〜
図3と同様の断面図であり、それぞれ図1のC−C’,
D−D’,E−E’,F−F’に沿って断面されている
Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are AA' and BB in FIG.
' FIG. Figures 4 to 7 are also Figure 2 to
These are cross-sectional views similar to those shown in FIG.
Sections are taken along DD', EE', and FF'.

【0037】図において、1は例えば13ΩcmのP型
半導体基板、2a,2b,2cは、例えば、AS等のN
型不純物のドープされた第1の不純物拡散層、3は、例
えば、厚さ300オングストロームのシリコン酸化膜か
らなる第1の選択用のMOS型トランジスタのゲート絶
縁膜、4は例えばP(リン)等の不純物を含む多結晶シ
リコンからなる厚さ3000オングストロームの第1の
選択用のMOS型トランジスタのゲート電極、5は例え
ば、厚さ300オングストロームのシリコン酸化膜から
なる第2の選択用のMOS型トランジスタのゲート絶縁
膜、6は例えば、P(リン)等の不純物を含む多結晶シ
リコンからなる厚さ3000オングストロームの第2の
選択用のMOS型トランジスタのゲート電極、7は例え
ば、化学的気相成長法によって形成された厚さ2500
オングストロームのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜
、8aは例えば、AS等を高濃度に含むN型多結晶シリ
コンからなる厚さ500オングストロームの第1の選択
用トランジスタの不純物拡散層、8bは例えば、B(ボ
ロン)等を3×1016cm−3の高濃度に含むP型多
結晶シリコンからなる厚さ500オングストロームの第
1の選択用トランジスタのチャンネル領域である。
In the figure, 1 is a P-type semiconductor substrate of, for example, 13 Ωcm, and 2a, 2b, and 2c are N-type semiconductor substrates such as AS, for example.
A first impurity diffusion layer 3 doped with a type impurity is, for example, a gate insulating film of a first selection MOS type transistor made of a silicon oxide film with a thickness of 300 angstroms, and 4 is a gate insulating film of a first selection MOS type transistor, for example, P (phosphorous) or the like. The gate electrode of a first selection MOS transistor with a thickness of 3000 angstroms is made of polycrystalline silicon containing impurities, and 5 is a second selection MOS transistor made of a silicon oxide film with a thickness of 300 angstroms. 6 is a gate electrode of a second selection MOS transistor with a thickness of 3000 angstroms made of polycrystalline silicon containing impurities such as P (phosphorous), and 7 is a gate insulating film made of, for example, chemical vapor deposition. Thickness 2500 mm formed by method
8a is an impurity diffusion layer of the first selection transistor with a thickness of 500 angstroms and is made of N-type polycrystalline silicon containing a high concentration of, for example, AS; 8b is an impurity diffusion layer of, for example, B This is a channel region of a first selection transistor having a thickness of 500 angstroms and made of P-type polycrystalline silicon containing boron (boron) or the like at a high concentration of 3×10 16 cm −3 .

【0038】9は例えば、厚さ120オングストローム
のシリコン酸化膜からなるメモリトランジスタの第1ゲ
ート絶縁膜、10は例えばP(リン)等の不純物を含む
多結晶シリコンからなる厚さ2000オングストローム
のメモリトランジスタ用浮遊ゲート電極、11は例えば
、厚さ200オングストロームのシリコン酸化膜からな
るメモリトランジスタの第2ゲート絶縁膜、12は例え
ば、P(リン)等の不純物を含む多結晶シリコンからな
る厚さ3000オングストロームのメモリトランジスタ
用制御ゲート電極である。
9 is a first gate insulating film of a memory transistor made of a silicon oxide film with a thickness of 120 angstroms, and 10 is a memory transistor with a thickness of 2000 angstroms made of polycrystalline silicon containing impurities such as P (phosphorous). 11 is a second gate insulating film of a memory transistor made of a silicon oxide film with a thickness of 200 angstroms, and 12 is a floating gate electrode with a thickness of 3000 angstroms made of polycrystalline silicon containing impurities such as P (phosphorous). This is a control gate electrode for a memory transistor.

【0039】13は金属配線と各部の絶縁を行う、例え
ば、厚さ1.0μmのBPSG等からなる金属配線層間
膜、14は層間膜13に形成されたコンタクト孔、15
は例えば、厚さ1.0μmのAl等からなる金属配線、
16は例えば、厚さ6000オングストロームのシリコ
ン酸化膜からなるフィールド絶縁膜、17は例えばAS
等を1020cm−2の高濃度にドーピングして厚さ5
000オングストロームに成長させメモリトランジスタ
間を埋め込んだ多結晶シリコンである。
13 is a metal wiring interlayer film made of, for example, BPSG with a thickness of 1.0 μm, which insulates the metal wiring and each part; 14 is a contact hole formed in the interlayer film 13;
For example, metal wiring made of Al etc. with a thickness of 1.0 μm,
16 is a field insulating film made of, for example, a silicon oxide film with a thickness of 6000 angstroms, and 17 is, for example, an AS film.
etc. to a high concentration of 1020 cm-2 to a thickness of 5
This is polycrystalline silicon grown to a thickness of 1,000 angstroms and buried between memory transistors.

【0040】今、第2の選択用のMOS型トランジスタ
のゲート電極6は、セルアレイ内では図1に示すように
行毎に接続されていて選択線となり、第1の選択用のM
OS型トランジスタのゲート電極4はセルアレイ内では
、同じく図1に示されているように行毎に接続されてい
て第2のワード線となる。
Now, the gate electrode 6 of the second selection MOS transistor is connected row by row in the cell array as shown in FIG. 1, and serves as a selection line.
In the cell array, the gate electrodes 4 of the OS type transistors are connected row by row, as also shown in FIG. 1, and serve as second word lines.

【0041】また、制御ゲート電極12はセルアレイ内
では、図1に示すように、行毎に接続されて第1のワー
ド線となり、フィールド絶縁膜16は各トランジスタの
不純物拡散層2a,2cを列毎に分離している。
In the cell array, the control gate electrodes 12 are connected row by row to form first word lines, as shown in FIG. It is separated for each.

【0042】本実施例では半導体基板1上に設けられた
第2の選択用のMOS型トランジスタと、この第2の選
択用のMOS型トランジスタに直列に接続された複数の
メモリトランジスタに加えて、このメモリ用トランジス
タのそれぞれと並列に第1の選択用のMOS型トランジ
スタを接続している。しかも平面的なセル占有面積の増
加を防ぐために、第1の選択用のMOS型トランジスタ
はメモリトランジスタの上方に積層して設け、高集積化
時のセル間のボイド発生防止のために多結晶シリコン膜
17を第1の選択用のMOS型トランジスタの不純物拡
散層8aに沿ってセル間の空隙を埋め込むように設けて
いる。
In this embodiment, in addition to a second selection MOS transistor provided on the semiconductor substrate 1 and a plurality of memory transistors connected in series to the second selection MOS transistor, A first selection MOS type transistor is connected in parallel with each of the memory transistors. Moreover, in order to prevent an increase in the planar cell occupation area, the first selection MOS transistor is stacked above the memory transistor, and is made of polycrystalline silicon to prevent voids between cells at the time of high integration. A film 17 is provided along the impurity diffusion layer 8a of the first selection MOS transistor so as to fill the gaps between the cells.

【0043】したがって、本実施例では、第1の選択用
のMOS型トランジスタ100は、絶縁膜上の不純物拡
散層8aからなるソース・ドレイン領域(以下、同じく
8a)、多結晶シリコン膜17、チャンネル領域8b、
チャンネル領域8bの上部のゲート絶縁膜3、該ゲート
絶縁膜3上のゲート電極4で構成されており、ソース・
ドレイン領域8a、チャンネル領域8bは列毎に絶縁分
離されている。第2の選択用のMOSトランジスタ11
0と複数のメモリトランジスタからなる直列トランジス
タ群のドレイン領域2aには、コンタクト孔14が開孔
されていて、ビット線となる金属配線15が接続されて
いる。また直列トランジスタ群のソース電極は各群で共
通に接続されていて、ソース拡散層配線2bを構成して
いる。
Therefore, in this embodiment, the first selection MOS transistor 100 includes a source/drain region (hereinafter referred to as 8a) consisting of an impurity diffusion layer 8a on an insulating film, a polycrystalline silicon film 17, and a channel. area 8b,
It consists of a gate insulating film 3 above the channel region 8b and a gate electrode 4 on the gate insulating film 3.
Drain region 8a and channel region 8b are insulated and separated for each column. MOS transistor 11 for second selection
A contact hole 14 is formed in the drain region 2a of a series transistor group consisting of memory transistors 0 and a plurality of memory transistors, and a metal wiring 15 serving as a bit line is connected to the drain region 2a. Further, the source electrodes of the series transistor groups are commonly connected in each group and constitute a source diffusion layer wiring 2b.

【0044】次に本実施例の動作を図8に示す等価回路
図を用いて説明する。符号Qsi,j(i=1〜2,j
=1〜6)は第1の選択用トランジスタであり、符号Q
Mi,j(i=1〜2,j=1〜6)はメモリトランジ
スタである。メモリトランジスタQMi,jと第1の選
択用トランジスタQsi,jはそれぞれ対をなし、これ
らの対が3対直列に接続されていて、例えばQM1,1
,QM1,2,QM1,3とQs1,1,Qs1,2,
Qs1,3からなる1つのメモリアレイ構成群をなす。 メモリセルアレイ800はこのメモリアレイ構成群を行
列状に配置して得られる。尚、図1の平面図ではソース
拡散層2a及びビット線コンタクト14を2つのメモリ
アレイ構成群で共有するようにレイアウト配置されてい
る。
Next, the operation of this embodiment will be explained using the equivalent circuit diagram shown in FIG. Sign Qsi,j (i=1~2,j
=1 to 6) are the first selection transistors, and have the symbol Q
Mi,j (i=1-2, j=1-6) is a memory transistor. The memory transistor QMi,j and the first selection transistor Qsi,j each form a pair, and three of these pairs are connected in series, for example, QM1,1
,QM1,2,QM1,3 and Qs1,1,Qs1,2,
Qs1 and Qs3 form one memory array configuration group. Memory cell array 800 is obtained by arranging this memory array configuration group in a matrix. In the plan view of FIG. 1, the layout is such that the source diffusion layer 2a and the bit line contact 14 are shared by two memory array configuration groups.

【0045】メモリトランジスタのQMi,jの制御ゲ
ート電極12は各行毎に第1のワード線Xi(i=1〜
6)に接続されており、第1の選択用トランジスタQs
i,jのゲート電極4は各行毎に第2のワード線Zi(
i=1〜6)に接続されている。
The control gate electrode 12 of the memory transistor QMi,j is connected to the first word line Xi (i=1 to
6), and the first selection transistor Qs
The gate electrodes 4 of i and j are connected to the second word line Zi(
i=1 to 6).

【0046】直列に接続されたメモリアレイ構成群のド
レイン電極2aは、列毎にビット線Yi(i=1〜2)
に接続されており、一方、ソース電極2bは共通にソー
ス線Sに接続されている。さらに第2の選択用トランジ
スタQci(i=1〜4)のゲート電極6は行毎に接続
されていて、選択線(Ci(i=1〜2)で制御されて
いる。
The drain electrodes 2a of the memory array configuration groups connected in series are connected to bit lines Yi (i=1 to 2) for each column.
On the other hand, the source electrodes 2b are commonly connected to the source line S. Furthermore, the gate electrodes 6 of the second selection transistors Qci (i=1 to 4) are connected to each other row by row, and are controlled by selection lines (Ci (i=1 to 2)).

【0047】次に、表3を参照して、書き込みモードに
おける代表的なメモリトランジスタQM1,1,QM1
,2,QM1,3,QM2,1,QM1,5,QM2,
5を選択した場合の各ワード線、各ビット線、各選択線
、ソース線のバイアス電位の例を示す。尚、表3中の数
値の単位はいずれもボルト(V)である。
Next, referring to Table 3, typical memory transistors QM1, 1, QM1 in write mode
,2,QM1,3,QM2,1,QM1,5,QM2,
An example of the bias potential of each word line, each bit line, each selection line, and source line when 5 is selected is shown. Note that the units of all numerical values in Table 3 are volts (V).

【0048】[0048]

【表3】[Table 3]

【0049】尚、本実施例の説明中、書き込みとは浮遊
ゲート電極10に電子を注入することによって、メモリ
トランジスタのしきい値電圧を増大させることをいう。 この例での書き込みはチャンネル電流によるホットエレ
クトロン注入を利用している。例えばメモリトランジス
タQM1,1に書き込む場合には、このメモリトランジ
スタQM1,1のドレイン電極にはビット線Y1より第
2の選択用トランジスタQc1を介して6Vが印加され
、制御ゲート電極には第1のワード線X1より10Vが
供給される。
In the description of this embodiment, writing refers to increasing the threshold voltage of the memory transistor by injecting electrons into the floating gate electrode 10. Writing in this example uses hot electron injection using a channel current. For example, when writing to the memory transistor QM1,1, 6V is applied to the drain electrode of the memory transistor QM1,1 from the bit line Y1 via the second selection transistor Qc1, and the first voltage is applied to the control gate electrode. 10V is supplied from the word line X1.

【0050】一方、このメモリトランジスタQM1,1
と対をなし並列に接続されている第1の選択用トランジ
スタQs1,1のゲート電極には第2のワード線Z1よ
り0Vが供給されててるのでオフする。したがってこの
ビット線Y1よりドレイン電極に供給された電圧による
電流の径路はメモリトランジスタQM1,1を通る径路
のみとなる。
On the other hand, this memory transistor QM1,1
Since 0V is supplied from the second word line Z1 to the gate electrode of the first selection transistor Qs1,1, which is paired with and connected in parallel, it is turned off. Therefore, the only path for the current caused by the voltage supplied from the bit line Y1 to the drain electrode is the path passing through the memory transistors QM1,1.

【0051】一方、このメモリトランジスタQM1,1
が属するメモリアレイ構成群の他のメモリトランジスタ
QM1,2,QM1,3の制御ゲート電極は、第1のワ
ード線X2,X3によりすべて0Vに固定される。また
、これらと並列に配された第1の選択用トランジスタQ
s1,2,Qs1,3のゲート電極には第2のワード線
Z2,Z3から10Vが供給され、これらの第1の選択
用トランジスタQs1,2,Qs1,3はオンする。
On the other hand, this memory transistor QM1,1
The control gate electrodes of the other memory transistors QM1, 2, QM1, 3 of the memory array configuration group to which the memory array structure group belongs are all fixed to 0V by the first word lines X2, X3. In addition, a first selection transistor Q arranged in parallel with these
10V is supplied from the second word lines Z2, Z3 to the gate electrodes of s1, 2, Qs1, 3, and these first selection transistors Qs1, 2, Qs1, 3 are turned on.

【0052】よって、選択されたメモリトランジスタQ
M1,1のソース電極はこれらの選択トランジスタQs
1,2,Qs1,3を介して、接地電位のソース線Sに
接続され、ビット線Y1からソース線Sにチャンネル電
流が流れる。 その結果メモリトランジスタQM1,1のチャンネル部
にホットエレクトロンが生じて浮遊ゲート電極に電子が
注入される。
Therefore, the selected memory transistor Q
The source electrode of M1,1 is connected to these selection transistors Qs
The bit line Y1 is connected to the source line S at ground potential through the bit line Y1, Qs1, Qs1, and Qs1, and a channel current flows from the bit line Y1 to the source line S. As a result, hot electrons are generated in the channel portion of the memory transistor QM1,1, and electrons are injected into the floating gate electrode.

【0053】しかしながら、選択された同一メモリセル
構成群内の他のメモリトランジスタQM1,2,QM1
,3は制御ゲート電極に供給されている電圧が0Vであ
り、ソース・ドレイン電極間に電位差がほとんど生じな
いため書き込まれない。
However, other memory transistors QM1, 2, QM1 in the same selected memory cell configuration group
, 3 are not written because the voltage supplied to the control gate electrode is 0V and there is almost no potential difference between the source and drain electrodes.

【0054】同様にメモリトランジスタQM1,2を書
き込むときは、第2の選択用トランジスタQc1のゲー
ト電極に選択線C1から10Vを供給し、ドレイン電極
にビット線Y1から6Vを供給する。同一メモリアレイ
構成群内の他のメモリトランジスタQM1,1,QM1
,3の制御ゲート電極には、第1のワード線X1,X3
から0Vを供給し、他の第1の選択用トランジスタQs
1,1,Qs1,3のゲート電極には第2のワード線Z
1,Z3から10Vを供給し、選択されたメモリトラン
ジスタQM1,2の制御ゲートに第1のワード線から1
0Vを供給し、この選択されたメモリトランジスタQM
1,2と対をなしている第1の選択用トランジスタQs
1,2のゲート電極に、第2のワード線Z2から0Vを
供給する。
Similarly, when writing to the memory transistors QM1 and QM2, 10V is supplied from the selection line C1 to the gate electrode of the second selection transistor Qc1, and 6V is supplied from the bit line Y1 to the drain electrode. Other memory transistors QM1, 1, QM1 in the same memory array configuration group
, 3 are connected to the first word lines X1, X3.
0V from the other first selection transistor Qs
A second word line Z is connected to the gate electrodes of Qs1, 1, Qs1, 3.
1, Z3 from the first word line to the control gate of the selected memory transistor QM1, 2.
0V and this selected memory transistor QM
The first selection transistor Qs paired with 1 and 2
0V is supplied to the gate electrodes 1 and 2 from the second word line Z2.

【0055】このようにすれば、選択されたメモリトラ
ンジスタQM1,2と対をなす第1の選択用トランジス
タQs1,2は、このメモリトランジスタQM1,2を
バイパスする径路を遮断し、他の第1の選択用トランジ
スタQs1,1,Qs1,1は非選択メモリトランジス
タQM1,1,QM1,3をバイパスする径路を形成す
るので、選択されたメモリトランジスタQM1,2のみ
にソース・ドレイン間にチャンネル電流が流れる。こう
してチャンネル部にホットエレクトロンが生じ選択され
たメモリトランジスタQM1,2の浮遊ゲートに電子が
注入される。この時、第1の選択用トランジスタQs1
,1,Qs1,3はビット線Y1〜ソース線S間のトラ
ンスファーゲートとして働く。
In this way, the first selection transistor Qs1, 2 paired with the selected memory transistor QM1, 2 blocks the path bypassing this memory transistor QM1, 2, and Since the selection transistors Qs1,1, Qs1,1 form a path that bypasses the unselected memory transistors QM1,1, QM1,3, a channel current flows between the source and drain only in the selected memory transistors QM1,2. flows. In this way, hot electrons are generated in the channel portion and electrons are injected into the floating gates of the selected memory transistors QM1 and QM2. At this time, the first selection transistor Qs1
, 1, Qs1, 3 act as transfer gates between the bit line Y1 and the source line S.

【0056】メモリトランジスタQM1,5で代表され
る同一ビット線Y1に接続されている他のメモリアレイ
構成群の誤書き込み・誤消去を防止するために、他のメ
モリアレイ構成群に接続されている第1のワード線X4
〜X6、第2のワード線Z4〜Z6及び選択線C2はす
べて0Vに固定される。このためメモリトランジスタQ
M1,4,QM1,5,QM1,6を通るチャンネル電
流は生じず誤書き込みは生じない。
In order to prevent erroneous writing and erasing of other memory array configuration groups connected to the same bit line Y1 represented by memory transistors QM1 and QM5, the memory transistors QM1 and QM5 are connected to other memory array configuration groups. First word line X4
~X6, second word lines Z4 to Z6, and selection line C2 are all fixed at 0V. Therefore, the memory transistor Q
No channel current is generated through M1,4, QM1,5, QM1,6, and no erroneous writing occurs.

【0057】同一ワード線に接続されているメモリトラ
ンジスタ、例えば、QM1,1とQM2,1の選択書き
込みは、ビット線電圧によって実現される。すなわち、
メモリトランジスタQM2,1の書き込み時は、ビット
線Y1を0VにすることによってメモリトランジスタQ
M1,1のソース・ドレイン間電位差を0Vにすれば書
き込みは行われない。尚、ビット線Y1を開放状態にし
ても同様にチャンネル電流は流れないので誤書き込みは
行われない。
Selective writing of memory transistors connected to the same word line, eg, QM1,1 and QM2,1, is realized by the bit line voltage. That is,
When writing to memory transistor QM2,1, by setting bit line Y1 to 0V, memory transistor Q
If the potential difference between the source and drain of M1, 1 is set to 0V, writing will not be performed. Note that even if the bit line Y1 is left open, no channel current flows, so no erroneous writing occurs.

【0058】続いて消去モードについて説明する。表4
,表5に消去状態の各ビット線、各ワード線、ソース線
の電位の例を示す。表中の単位はいずれもボルト(V)
である。ここで消去とは、浮遊ゲート電極から電子を放
出し、メモリトランジスタのしきい値電圧を減少させる
ことをいう。
Next, the erase mode will be explained. Table 4
, Table 5 shows examples of the potentials of each bit line, each word line, and source line in the erased state. All units in the table are volts (V)
It is. Erasing here refers to emitting electrons from the floating gate electrode to reduce the threshold voltage of the memory transistor.

【0059】尚表4はソース線から消去する場合を示し
、表5はビット線から消去する場合を示している。
Table 4 shows the case of erasing from the source line, and Table 5 shows the case of erasing from the bit line.

【0060】[0060]

【表4】[Table 4]

【0061】[0061]

【表5】[Table 5]

【0062】本実施例での消去はF−N電子トンネリン
グを利用している。すなわち、ソース・ドレイン領域も
しくはどちらか一方に、例えば、20V等の高電圧を印
加し、制御ゲート電極に例えば、0Vの低電圧を印加し
た場合、浮遊ゲート電極からソースまたはドレイン領域
に向かう第1ゲート絶縁膜中の電界が強くなり、第1ゲ
ート絶縁膜を介してF−Nトンネリング現象が起こり電
子の放出が起こる性質を利用している。
Erasing in this embodiment utilizes FN electron tunneling. That is, when a high voltage such as 20V is applied to the source/drain region or either one, and a low voltage of 0V is applied to the control gate electrode, the first This method utilizes the property that the electric field in the gate insulating film becomes strong, FN tunneling occurs through the first gate insulating film, and electrons are emitted.

【0063】したがって、消去はビット線側からもソー
ス線側からも可能である。まず最初にソース側から消去
を行う場合について説明する。
Therefore, erasing is possible from both the bit line side and the source line side. First, the case of erasing from the source side will be explained.

【0064】一括消去の場合は、メモリトランジスタの
選択性がなく、全ての第1のワード線X1〜X6を0V
に、全ての第2のワード線Z1〜Z6を20Vに、全て
の選択線C1,C2を0Vにする。この時、全てのメモ
リトランジスタQMi,j(i=1〜2,j=1〜6)
のソース線側の付随的にはドレイン側の不純物拡散層電
位は、高電位になるので浮遊ゲート電極から電子が放出
され消去される。
In the case of batch erasing, there is no selectivity of memory transistors, and all first word lines X1 to X6 are set to 0V.
First, all second word lines Z1 to Z6 are set to 20V, and all selection lines C1 and C2 are set to 0V. At this time, all memory transistors QMi,j (i=1 to 2, j=1 to 6)
Since the impurity diffusion layer potential on the source line side and, incidentally, on the drain side becomes a high potential, electrons are emitted from the floating gate electrode and erased.

【0065】ワード線を選択して消去する場合は、選択
した第1のワード線のみを0Vにして、他の全ての第1
のワード線及び全ての第2のワード線を20Vにする。 また、選択線C1,C2は0Vにし、ビット線Y1,Y
2から各メモリアレイ構成群を切り離す。ソース線には
20Vの高電圧を印加してあるので、この結果、選択さ
れたワード線以外では浮遊ゲート電極とソース・ドレイ
ン電極間での電界が小さくなるのでF−N電子トンネリ
ング現象が起きないので消去されない。このようにして
選択された第1のワード線に接続されたメモリトランジ
スタのみが消去される。
When selecting and erasing a word line, only the selected first word line is set to 0V, and all other first word lines are set to 0V.
and all second word lines to 20V. In addition, the selection lines C1 and C2 are set to 0V, and the bit lines Y1 and Y
Separate each memory array configuration group from 2. Since a high voltage of 20V is applied to the source line, as a result, the electric field between the floating gate electrode and the source/drain electrode becomes small except for the selected word line, so the F-N electron tunneling phenomenon does not occur. Therefore, it is not deleted. In this way, only the memory transistors connected to the selected first word line are erased.

【0066】一方、ビット線側から消去する場合は、そ
の電圧が印加される不純物拡散層がソース領域からドレ
イン領域に入れ替わるだけで、その他の前述した動作と
同様になる。
On the other hand, when erasing is performed from the bit line side, the impurity diffusion layer to which the voltage is applied is simply switched from the source region to the drain region, and the other operations are the same as those described above.

【0067】図9はこれらの書き込み・消去モードにお
けるメモリトランジスタQMi,jのしきい値電圧の変
化を示している。書き込みが行われた場合、しきい値電
圧は浮遊電極は浮遊ゲート電極に注入された電子により
上昇する。これより、制御ゲート電極に、例えば、0V
が印加されてもチャンネル電流は流れない。
FIG. 9 shows changes in the threshold voltage of memory transistor QMi,j in these write/erase modes. When writing is performed, the threshold voltage of the floating electrode increases due to electrons injected into the floating gate electrode. From this, for example, 0V is applied to the control gate electrode.
Even if is applied, no channel current flows.

【0068】反対に消去が行われた場合、しきい値電圧
は浮遊ゲート電極から電子が放出されることにより減少
する。これにより、例えば、制御ゲート電極に0Vが印
加されてもチャンネル電流が流れる。
On the other hand, when erasing is performed, the threshold voltage decreases as electrons are emitted from the floating gate electrode. Thereby, for example, a channel current flows even if 0V is applied to the control gate electrode.

【0069】図10はメモリトランジスタQMi,jの
しきい値電圧の時間に対する変動を示している。尚、こ
こで消去とは電気的に行う方法のみ説明しているが、例
えば紫外線照射による一括消去でもよい。続いて読み出
しモードの説明を表6を参照して行う。表中の単位はい
ずれもボルト(V)である。
FIG. 10 shows changes in the threshold voltage of memory transistor QMi,j over time. Note that although only an electrical method of erasing is described here, it may also be erased all at once by irradiating ultraviolet rays, for example. Next, the read mode will be explained with reference to Table 6. All units in the table are volts (V).

【0070】[0070]

【表6】[Table 6]

【0071】以下、メモリトランジスタQM2,1にア
クセスするとして説明する。選択されたメモリトランジ
スタQM2,1の制御ゲート電極に第1のワード線X1
から0Vを、メモリトランジスタQM2,1と対をなし
ている第1の選択用トランジスタQs2,1のゲート電
極に第2のワード線Z1から0Vを印加する。第1の選
択用トランジスタQs2,1のチャンネルはオフし、メ
モリトランジスタQM2,1のチャンネル部のみを電流
径路とする。
The following description will be made assuming that the memory transistors QM2,1 are accessed. The first word line X1 is connected to the control gate electrode of the selected memory transistor QM2,1.
0V is applied from the second word line Z1 to the gate electrode of the first selection transistor Qs2,1 paired with the memory transistor QM2,1. The channel of the first selection transistor Qs2,1 is turned off, leaving only the channel portion of the memory transistor QM2,1 as a current path.

【0072】この選択されたメモリトランジスタQM2
,1が属するメモリアレイ構成群の他の第1の選択用ト
ランジスタQs2,2,Qs2,3のゲート電極はすべ
て5Vにしてオン状態にし、トランスファーゲートとし
てビット線Y2から選択されたメモリトランジスタQM
2,1ドレイン電極までの電流径路及び選択されたメモ
リトランジスタQM2,1からソース線Sまでの電流径
路を形成する。
This selected memory transistor QM2
, 1 belong to the memory array configuration group, the gate electrodes of the other first selection transistors Qs2, 2, Qs2, 3 are all set to 5V and turned on, and the memory transistor QM selected from the bit line Y2 as a transfer gate is turned on.
A current path to the drain electrode 2,1 and a current path from the selected memory transistor QM2,1 to the source line S are formed.

【0073】この結果、選択されたメモリトランジスタ
QM2,1が書き込み状態でしきい値電圧が0V以上で
あれば、選択されたメモリトランジスタQM2,1の制
御ゲート電極の電位は0Vとなっているので、このメモ
リトランジスタQM2,1によって、ビット線Y2から
ソース線Sへの電流径路は遮断され電流は流れない。
As a result, if the selected memory transistor QM2,1 is in the write state and the threshold voltage is 0V or higher, the potential of the control gate electrode of the selected memory transistor QM2,1 is 0V. , the current path from the bit line Y2 to the source line S is cut off by the memory transistor QM2,1, and no current flows.

【0074】反対に選択されたメモリトランジスタQM
2,1が消去状態でしきい値電圧が0V以下であれば、
メモリトランジスタQM2,1を介してビット線Y2か
らソース線Sに電流が流れる。
Oppositely selected memory transistor QM
If 2,1 is in the erased state and the threshold voltage is 0V or less,
A current flows from the bit line Y2 to the source line S via the memory transistor QM2,1.

【0075】このように、選択したメモリトランジスタ
の消去、書き込みの状態がビット線からの電流のそれぞ
れ“有”,“無”に対応しており、この電流の有無をビ
ット線に接続されているセンスアンプ等で検出すること
によって、読み出されたデータの“0”,“1”を判断
する。
In this way, the erase and write states of the selected memory transistor correspond to the "presence" and "absence" of current from the bit line, respectively, and the presence or absence of this current is determined by the state connected to the bit line. By detecting with a sense amplifier or the like, it is determined whether the read data is "0" or "1".

【0076】ここで非選択メモリトランジスタの制御ゲ
ート電極は0Vでも5Vでもよい。なぜなら、このメモ
リトランジスタは対になっている第1の選択用トランジ
スタの存在によって、トランスファーゲートとしての働
きをする必要がないからである。
Here, the control gate electrode of the unselected memory transistor may be at 0V or 5V. This is because this memory transistor does not need to function as a transfer gate due to the existence of the paired first selection transistor.

【0077】また本実施例では、読み出し時の非選択メ
モリトランジスタのしきい値電圧も同様の意味から、ど
のような値であってもよい。ようするに第1の選択用ト
ランジスタのしきい値電圧が、第2のワード線に印加さ
れた電圧よりも低ければ、この第1の選択用トランジス
タがトランスファーゲートとして働き、本装置の読み出
し機能が果たされる。
Furthermore, in this embodiment, the threshold voltage of the unselected memory transistor during reading may have any value for the same reason. In this way, if the threshold voltage of the first selection transistor is lower than the voltage applied to the second word line, the first selection transistor acts as a transfer gate and the read function of the device is performed. .

【0078】一方、選択されたメモリトランジスタが属
していない他のメモリアレイ構成群の第1のワード線と
第2のワード線、及び選択線はすべて0Vに固定される
。このため、ビット線Y1,Y2からこれら他のメモリ
アレイ構成群を通る電流径路は遮断される。このため全
てのメモリアレイ構成群の全てのメモリトランジスタの
しきい値電圧が0V以下であっても動作に影響がない。
On the other hand, the first word line, second word line, and selection line of other memory array configuration groups to which the selected memory transistor does not belong are all fixed to 0V. Therefore, current paths from the bit lines Y1 and Y2 through these other memory array configuration groups are cut off. Therefore, even if the threshold voltages of all memory transistors in all memory array configuration groups are 0V or less, the operation is not affected.

【0079】前述した読み出しモードの他に、本実施例
では、同一の第1のワード線に接続されるメモリトラン
ジスタを並列に読み出すことも可能である。例えばメモ
リトランジスタQM1,1とQM2,1を同時に読み出
すには、ビット線Y1とビット線Y2を別々のセンスア
ンプ(不図示)に接続して、それぞれの電流に応じてデ
ータを出力すればよい。
In addition to the above-described read mode, in this embodiment, it is also possible to read out memory transistors connected to the same first word line in parallel. For example, to read memory transistors QM1,1 and QM2,1 simultaneously, bit line Y1 and bit line Y2 may be connected to separate sense amplifiers (not shown) and data may be output according to their respective currents.

【0080】ところで選択線は次のような利点を有する
。第1に書き込み時に非選択メモリトランジスタを通し
て流れる寄生リーク電流を第2の選択用トランジスタQ
ciによって遮断できるために、効率的な書き込みが可
能になる。この結果、書き込み時と消去時のメモリトラ
ンジスタQMi,jのしきい値電圧の変動幅を広く設定
できる。
By the way, the selection line has the following advantages. First, the parasitic leakage current flowing through the unselected memory transistor during writing is absorbed by the second selection transistor Q.
Since it can be blocked by ci, efficient writing becomes possible. As a result, it is possible to set a wide variation range of the threshold voltage of the memory transistor QMi,j during writing and erasing.

【0081】第2に、ビット線Yiに接続される不純物
拡散層を各メモリアレイ構成群の第2の選択用トランジ
スタQciのドレイン拡散層のみとすることができるの
で、ビット線容量を小さくすることができる。
Second, since the impurity diffusion layer connected to the bit line Yi can be only the drain diffusion layer of the second selection transistor Qci of each memory array configuration group, the bit line capacitance can be reduced. Can be done.

【0082】図11は本発明の第2実施例を示している
。図11は図2に示されている部分に相当する部分の断
面図である。第1実施例との相異点は、第1の選択用M
OS型トランジスタのチャンネル部8aが、第1の選択
用MOS型トランジスタのゲート電極4の上部に存在す
ることである。
FIG. 11 shows a second embodiment of the invention. FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion corresponding to that shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the first selection M
The channel portion 8a of the OS type transistor is present above the gate electrode 4 of the first selection MOS type transistor.

【0083】かかる構成によって、メモリトランジスタ
の制御ゲート12に加えられる高電圧による電界が、第
1の選択用MOS型トランジスタのゲート電極4によっ
て防がれて、第1の選択用トランジスタのチャンネル電
圧が安定するという利点がある。
With this configuration, the electric field due to the high voltage applied to the control gate 12 of the memory transistor is prevented by the gate electrode 4 of the first selection MOS type transistor, and the channel voltage of the first selection transistor is increased. It has the advantage of being stable.

【0084】その他機能及び駆動方法については第1実
施例と同様である。また、その他の構成についても同じ
であり、第1実施例の対応部分に付した符号と同一符号
を付して説明は省略する。
Other functions and driving methods are the same as in the first embodiment. Further, the other configurations are the same, and the same reference numerals as those given to the corresponding parts in the first embodiment are given, and the explanation thereof will be omitted.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、メモリト
ランジスタと第1の選択用トランジスタが並列に接続さ
れて一つの対を構成し、さらにこの対が複数直列に接続
されてメモリアレイ構成群となり、このメモリトランジ
スタおよび第1の選択用トランジスタの対とビット線間
に第2の選択用トランジスタが設けられている。
As explained above, in the present invention, a memory transistor and a first selection transistor are connected in parallel to form one pair, and a plurality of these pairs are further connected in series to form a memory array configuration group. A second selection transistor is provided between the pair of memory transistor and first selection transistor and the bit line.

【0086】また、第1の選択用トランジスタがメモリ
トランジスタの上部に積層して設けられており、第1の
選択用トランジスタを直列に接続している多結晶シリコ
ン上に設けられた第1の選択用トランジスタのソース・
ドレイン領域上に、第1の選択用トランジスタのソース
・ドレイン領域と同一導電型の不純物を高濃度に含む多
結晶シリコン膜を設け、各第1の選択用のトランジスタ
と第2の選択用のトランジスタの間に埋め込むようにし
ている。かかる構成はいかに述べるような効果をもたら
す。
Further, a first selection transistor is provided in a stacked manner on top of the memory transistor, and the first selection transistor is provided on the polycrystalline silicon which connects the first selection transistor in series. Source of transistor for
A polycrystalline silicon film containing a high concentration of impurity of the same conductivity type as the source/drain region of the first selection transistor is provided on the drain region, and each first selection transistor and second selection transistor are connected to each other. I try to embed it in between. Such a configuration brings about the effects described below.

【0087】(1)選択的書き込み時において中間電位
を設定する必要がなく、2つの値の電圧設定でよい。し
たがって、周辺回路、制御回路の設計が容易である。 (2)過書き込み・過消去の問題を起こさない。これは
メモリトランジスタのしきい値電圧の変動に上限・下限
の制限がないということを意味する。このため、書き込
み、消去時のメモリトランジスタのしきい値電圧の変動
差が大きくとれる。したがって、周辺回路、特に書き込
み系の制御回路の設計が単純でかつ容易である。またメ
モリトランジスタ製造時の変動要因による書き込み特性
の差が生じても、許容範囲が広いので高い製造歩留まり
を有する。 (3)書き込みにホットエレクトロン注入を使用するこ
とができる。このため消去時に比べ、書き込み時の非選
択メモリトランジスタの第1ゲート絶縁膜中に電界を小
さくすることができる。このため書き込み時に同一ワー
ド線に接続された非選択メモリトランジスタの誤書き込
みを容易に防止することができる。また、書き込み後の
メモリトランジスタのしきい値電圧も、制御ゲート電極
の電圧を例えば0V等の低電圧で行うことができるため
、書き込み時の制御ゲート電極の電圧が低く、第1のワ
ード線を駆動するデコーダには高耐圧の接合を有する高
耐圧トランジスタを使用する必要がなくなり、デコーダ
の設計が容易になる。 (4)書き込みをF−N電子トンネリングで行う必要が
なく、かつ消去をF−N電子トンネリングで行うこと以
外、アバランシェブレークダウンや紫外線照射で行うこ
とも可能であることから、メモリトランジスタの第1ゲ
ート絶縁膜に例えば130オングストローム等の比較的
厚いシリコン酸化膜を使用することも可能である。この
ためメモリトランジスタの第1ゲート絶縁膜の製造時の
制御が容易でかつ製造歩留まりも高い。 (5)書き込み時のドレイン電圧が低く、第1ゲート絶
縁膜中の電界が弱いので、既書き込みデータに対する書
き込み時の誤消去も起きにくい。このため、直列に接続
されたメモリトランジスタ群のうちの書き込み順序に制
限がない。このため周辺回路の設計が容易である。 (6)ワード消去、ワード書き込みが可能である。つま
り特定のワード線の情報のみを書き換えることができる
。そのため全ビット消去、全ビット書き込みを行わない
で記憶データの更新が可能である。これは、プログラム
時間の大幅な短縮ができ、随時蓄積データのプログラム
記憶に対し適している。 (7)各メモリトランジスタの上部にそれと対をなして
いる第1の選択用トランジスタが積層して設けられてい
るために、セル占有面積は従来と同等である。また各ト
ランジスタ群のソース側に選択トランジスタが必要なく
、セルアレイを構成した場合のアレイ面積は小さくなる
。 (8)薄い多結晶シリコン膜上に設けられた第1の選択
用トランジスタのソース・ドレイン領域上を多結晶シリ
コン膜で埋め込んでいるために、高集積化したときに第
1の選択用トランジスタのソース・ドレイン領域にボイ
ドができるのを防ぐという利点がある。
(1) There is no need to set an intermediate potential during selective writing, and it is sufficient to set two voltage values. Therefore, designing of peripheral circuits and control circuits is easy. (2) Does not cause problems of overwriting and overerasing. This means that there is no upper or lower limit to the variation of the threshold voltage of the memory transistor. Therefore, the difference in threshold voltage fluctuation of the memory transistor during writing and erasing can be made large. Therefore, the design of the peripheral circuits, especially the write system control circuit, is simple and easy. Furthermore, even if there is a difference in write characteristics due to fluctuation factors during the manufacturing of memory transistors, the tolerance range is wide, resulting in a high manufacturing yield. (3) Hot electron injection can be used for writing. Therefore, the electric field in the first gate insulating film of the unselected memory transistor during writing can be made smaller than during erasing. Therefore, during writing, erroneous writing to unselected memory transistors connected to the same word line can be easily prevented. In addition, the threshold voltage of the memory transistor after writing can be determined by setting the voltage of the control gate electrode to a low voltage such as 0V, so that the voltage of the control gate electrode during writing is low and the voltage of the first word line is low. There is no need to use a high breakdown voltage transistor having a high breakdown voltage junction in the decoder to be driven, and the design of the decoder becomes easier. (4) Writing does not need to be performed by F-N electron tunneling, and erasing can also be performed by avalanche breakdown or ultraviolet irradiation in addition to F-N electron tunneling. It is also possible to use a relatively thick silicon oxide film, such as 130 angstroms, for the gate insulating film. Therefore, control during manufacturing of the first gate insulating film of the memory transistor is easy and the manufacturing yield is high. (5) Since the drain voltage during writing is low and the electric field in the first gate insulating film is weak, erroneous erasure during writing of already written data is less likely to occur. Therefore, there is no restriction on the writing order among the series-connected memory transistor groups. Therefore, designing of peripheral circuits is easy. (6) Word erasing and word writing are possible. In other words, only information on a specific word line can be rewritten. Therefore, it is possible to update the stored data without erasing all bits or writing all bits. This can significantly shorten the programming time and is suitable for program storage of accumulated data at any time. (7) Since the first selection transistor paired with each memory transistor is stacked above each memory transistor, the cell occupation area is the same as that of the conventional memory transistor. Further, since no selection transistor is required on the source side of each transistor group, the array area when forming a cell array is reduced. (8) Since the source and drain regions of the first selection transistor provided on the thin polycrystalline silicon film are buried with the polycrystalline silicon film, the first selection transistor is This has the advantage of preventing voids from forming in the source/drain regions.

【0088】加えて、電気的には第1の選択用トランジ
スタ間の距離が小さくなるために、第1の選択用トラン
ジスタのソース・ドレインの寄生抵抗を下げる働きもあ
る。
In addition, electrically, since the distance between the first selection transistors is reduced, the parasitic resistance of the source and drain of the first selection transistors is also reduced.

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

【図1】本発明の第1実施例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A' in FIG. 1;

【図3】図1のB−B’に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line B-B' in FIG. 1;

【図4】図1のC−C’に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line C-C' in FIG. 1;

【図5】図1のD−D’に沿った断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line D-D' in FIG. 1;

【図6】図1のE−E’に沿った断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along E-E' in FIG. 1;

【図7】図1のF−F’に沿った断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line F-F' in FIG. 1;

【図8】本発明の第1実施例の等価回路図である。FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1実施例のメモリトランジスタの電
圧−電流特性を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing voltage-current characteristics of the memory transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第1実施例のメモリトランジスタの
プログラム特性を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing programming characteristics of the memory transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2実施例を示す断面図である。FIG. 11 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図12】従来の不揮発性半導体記憶装置の等価回路図
である。
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図13】従来例の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a conventional example.

【図14】従来の不揮発性半導体記憶装置の断面図であ
る。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

QMi,j  メモリトランジスタ Qsi,j  第1の選択用トランジスタQci  第
2の選択用トランジスタ 1,21  半導体基板 2a,2b,2c,22a,22b,22c  第1の
不純物拡散層 3,23a  第1の選択用のMOS型トランジスタの
ゲート絶縁膜 4,28a  第1の選択用のMOS型トランジスタの
ゲート電極 6,28b  第2の選択用のMOS型トランジスタの
ゲート電極 5,23b  第2の選択用のMOS型トランジスタの
ゲート絶縁膜 7,29  層間絶縁膜 8a,8c  第1の選択用MOS型トランジスタの不
純物拡散層 8b  第1の選択用MOS型トランジスタのチャンネ
ル領域 9,24  メモリ用MOS型トランジスタの第1ゲー
ト絶縁膜 10,26  浮遊ゲート電極 11,25  メモリ用MOS型トランジスタの第2ゲ
ート絶縁膜 12,27  制御ゲート電極 13  金属配線層間膜 14,30  コンタクト孔 15,31  金属配線 16  フィールド絶縁膜 17  多結晶シリコン膜
QMi,j Memory transistor Qsi,j First selection transistor Qci Second selection transistor 1, 21 Semiconductor substrate 2a, 2b, 2c, 22a, 22b, 22c First impurity diffusion layer 3, 23a First selection Gate insulating film 4, 28a of MOS type transistor for first selection 6, 28b Gate electrode 5, 23b of MOS type transistor for second selection MOS type for second selection Gate insulating films 7 and 29 of the transistors Interlayer insulating films 8a and 8c Impurity diffusion layer 8b of the first selection MOS transistor Channel regions 9 and 24 of the first selection MOS transistor First gate of the memory MOS transistor Insulating films 10, 26 Floating gate electrodes 11, 25 Second gate insulating film 12, 27 of MOS transistor for memory Control gate electrode 13 Metal wiring interlayer film 14, 30 Contact hole 15, 31 Metal wiring 16 Field insulating film 17 Polycrystalline silicon membrane

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  浮遊ゲートと制御ゲートを有するメモ
リトランジスタと該メモリトランジスタと並列に接続さ
れた第1の選択用トランジスタで構成されるトランジス
タ対を複数個直列接続したメモリアレイ構成群を行列状
に配置したメモリアレイと、各々が同一の行方向位置に
配されたメモリトランジスタの制御ゲートに共通接続さ
れた第1のワード線と、該複数の第1のワード線にそれ
ぞれ対応し各々が同一の行方向位置に配された第1の選
択用トランジスタのゲートに共通接続された複数の第2
のワード線と、メモリアレイの複数列にそれぞれ対応し
て設けられた複数のビット線と、該複数のビット線とメ
モリアレイ構成群の一端との間に接続された複数の第2
の選択用トランジスタと、メモリアレイの複数行にそれ
ぞれ対応して設けられ各々が同一行に属するメモリアレ
イ構成群の第2の選択用トランジスタのゲートに接続さ
れた複数の選択線と、上記複数のメモリアレイ構成群の
他端に接続されたソース線とを備えた不揮発性半導体記
憶装置。
1. A memory array configuration group in which a plurality of transistor pairs each including a memory transistor having a floating gate and a control gate and a first selection transistor connected in parallel with the memory transistor are connected in series is arranged in a matrix. the arranged memory arrays, first word lines commonly connected to the control gates of the memory transistors arranged at the same row direction position, and the plurality of first word lines each corresponding to the plurality of first word lines, each of which is identical to the first word line. A plurality of second selection transistors commonly connected to the gates of the first selection transistors arranged in the row direction.
a plurality of bit lines provided corresponding to the plurality of columns of the memory array, and a plurality of second word lines connected between the plurality of bit lines and one end of the memory array configuration group.
a selection transistor, a plurality of selection lines connected to the gates of second selection transistors of the memory array configuration group, each of which is provided corresponding to a plurality of rows of the memory array and each belongs to the same row; A nonvolatile semiconductor memory device comprising a source line connected to the other end of a memory array configuration group.
【請求項2】  上記各メモリトランジスタは半導体基
板中に形成された不純物領域と、半導体基板の表面を被
う第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に積層され
た上記浮遊ゲートと、浮遊ゲート上に設けられた第2ゲ
ート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上の制御ゲートとを有
し、上記第1の選択用トランジスタは上記制御ゲートを
被う層間絶縁膜上の半導体層に設けられたチャンネル領
域と、該チャンネル領域上の第3ゲート絶縁膜と、該第
3ゲート絶縁膜上のゲート電極を有する請求項1記載の
不揮発性半導体記憶装置。
2. Each of the memory transistors includes an impurity region formed in a semiconductor substrate, a first gate insulating film covering a surface of the semiconductor substrate, and the floating gate stacked on the first gate insulating film. The first selection transistor has a second gate insulating film provided on the floating gate and a control gate on the second gate insulating film, and the first selection transistor is provided in a semiconductor layer on an interlayer insulating film covering the control gate. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a channel region provided, a third gate insulating film on the channel region, and a gate electrode on the third gate insulating film.
【請求項3】  上記各メモリトランジスタは半導体基
板中に形成された不純物領域と、半導体基板の表面を被
う第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に積層され
た上記浮遊ゲートと、浮遊ゲート上に設けられた第2ゲ
ート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上の制御ゲートとを有
し、上記第1の選択用トランジスタは上記制御ゲートを
被う層間絶縁膜上のゲート電極と、該ゲート電極上の第
3ゲート絶縁膜と、該第3ゲート絶縁膜上の半導体層に
設けられたチャンネル領域を有する請求項1記載の不揮
発性半導体記憶装置。
3. Each of the memory transistors includes an impurity region formed in a semiconductor substrate, a first gate insulating film covering a surface of the semiconductor substrate, and the floating gate stacked on the first gate insulating film. The first selection transistor has a second gate insulating film provided on the floating gate and a control gate on the second gate insulating film, and the first selection transistor has a gate electrode on an interlayer insulating film covering the control gate. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: a third gate insulating film on the gate electrode; and a channel region provided in a semiconductor layer on the third gate insulating film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000070675A1 (en) * 1999-05-14 2000-11-23 Hitachi, Ltd. Semiconductor memory device

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