JPH05167044A - 半導体不揮発性記憶装置とその書き込み方法 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置とその書き込み方法

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JPH05167044A
JPH05167044A JP35316591A JP35316591A JPH05167044A JP H05167044 A JPH05167044 A JP H05167044A JP 35316591 A JP35316591 A JP 35316591A JP 35316591 A JP35316591 A JP 35316591A JP H05167044 A JPH05167044 A JP H05167044A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体不揮発性記憶装置のメモリイアレイ
を、ドレインとMONOS型の不揮発性記憶素子とMI
S素子とソースとを順次配列してなる第1のメモリセル
10と、ソースとMONOS型の不揮発性記憶素子とM
IS素子とドレインとを順次配列してなる第2のメモリ
セル14とを、ビット線の方向に交互に配列して構成す
る半導体不揮発性記憶装置およびその書き込み方法。 【効果】 半導体不揮発性記憶装置におけるソース領域
の面積を減少することが可能となり、集積度を増大する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気的に書き換え可能な
半導体不揮発性記憶装置とその書き込み方法とに関し、
とくに半導体不揮発性記憶装置の高集積化に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】電気的に書き換え可能な半導体不揮発性
記憶素子としては、従来は、MNOS(Metal−N
itride−Oxide−Semiconducto
r)型の不揮発性記憶素子や、たとえば、特開平2−1
03966号公報に記載されている、MONOS(Me
tal−Oxide−Nitride−Oxide−S
emiconductor)型の不揮発性記憶素子が知
られている。
【0003】このMONOS型の不揮発性記憶素子は、
MNOS型の不揮発性記憶素子の第2層のゲート絶縁膜
であるシリコン窒化膜の上に、ゲート電極からのキャリ
アの注入を防ぐのに充分なバリア高さを持つ第3層のゲ
ート絶縁膜であるシリコン酸化膜を有する。
【0004】従来の半導体不揮発性記憶装置は、MON
OS型、あるいはMNOS型の不揮発性記憶素子と、ア
ドレス選択用のMIS(Metal−Insulato
r−Semiconductor)素子とからなるメモ
リセルをマトリクス状に配列したメモリアレイを有して
いる。
【0005】従来、半導体不揮発性記憶装置を高集積化
する手段として、たとえば本発明者らが、IEEE S
olid−State Circuits,Vol.2
6,497(1991)において提案している、図3に
示すような、半導体不揮発性記憶装置のメモリアレイの
回路構成が知られている。
【0006】図3に示すように、メモリアレイは、ドレ
イン52と、書き込みワード線54に接続するMONO
S型の不揮発性記憶素子50と、選択ワード線55に接
続するアドレス選択用のMIS素子51と、ソース53
とを、順次配列してなるメモリセル48、49をマトリ
クス状に配列し、さらにドレイン52に接続するビット
線56、57と、ソース53に接続するソース線58と
からなる。ここでソース線58は、すべてのメモリセル
を接続している。
【0007】図3に示す回路構成の平面図を図4に示
す。
【0008】図4の平面図に示すように、メモリアレイ
は、書き込みワード線59と、選択ワード線60、61
と、コンタクトホール66でドレイン64と接続するビ
ット線62と、コンタクトホール66でソース65と接
続するソース線63と、素子分離領域67とからなる。
【0009】このメモリアレイは、すべてのメモリセル
のソース線を接続するため、ソース線63の配線数が減
少し、かつビット線62を素子分離領域67以外の領域
に配線できるため、素子分離領域67が減少し、メモリ
アレイの面積を縮小することが可能で、半導体不揮発性
記憶装置の高集積化に有利である。
【0010】従来の半導体不揮発性記憶装置の書き込み
方法を、図3の回路図を用いて説明する。
【0011】メモリセル48の書き込みは、ソース線5
8と、ビット線56と、選択ワード線55とに基板電位
と同じ基準電圧(以下Vssと記載する)を印加し、書
き込みワード線54にプログラム電圧(以下Vppと記
載する)を印加して行なう。
【0012】この状態で、ビット線57にVppを印加
すると、メモリセル49は書き込み禁止となる。
【0013】なお、書き込み禁止とは、書き込みを行な
うメモリセルと同一書き込みワード線上のメモリセルの
書き込みを行なわないことである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体不揮発性
記憶装置の書き込み禁止は、アドレス選択用のMIS素
子を非導通状態にして行なうため、アドレス選択用のM
IS素子に小さなリーク電流が発生すると、書き込み禁
止状態でも、わずかな書き込みが起こる。
【0015】したがって、アドレス選択用のMIS素子
のリーク電流を低減する必要があるため、アドレス選択
用のMIS素子のゲート長を小さくすることができな
い。
【0016】図4において、選択ワード線60と選択ワ
ード線61との間隔は、半導体不揮発性記憶装置の製造
工程におけるフォトリソグラフィーのパターン解像度に
より決まる。このため選択ワード線60、61のような
長いパターンの間隔は、パターン解像度が著しく低下す
る。
【0017】この結果、選択ワード線60と選択ワード
線61との間隔、すなわちソース領域の面積を、小さく
することができない。
【0018】本発明の目的は、前述の課題を除去し、高
集積度を有する半導体不揮発性記憶装置、およびその書
き込み方法を提供するものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の目的
を達成するために次に記載するような半導体不揮発性記
憶装置、およびその書き込み方法を採用する。
【0020】本発明の半導体不揮発性記憶装置において
は、半導体基板の表面領域に、ドレインとMONOS型
の不揮発性記憶素子とMIS素子とソースとを順次配列
してなるメモリセルと、ソースとMONOS型の不揮発
性記憶素子とMIS素子とドレインとを順次配列してな
るメモリセルとを、ビット線方向に交互に配列してな
り、ドレインをビット線に接続し、ソースをソース線に
接続し、すべてのメモリセルのソース線を接続してな
る。
【0021】本発明の半導体不揮発性記憶装置の書き込
み方法は、ドレインとMONOS型の不揮発性記憶素子
とMIS素子とソースとを順次配列してなるメモリセル
と、ソースとMONOS型の不揮発性記憶素子とMIS
素子とドレインとを順次配列してなるメモリセルとを、
ビット線方向に交互に配列してなり、ドレインをビット
線に接続し、ソースをソース線に接続し、すべてのメモ
リセルのソース線を接続してなり、書き込みはソース線
の電位と書き込みワード線の電位とを同じ電位にするこ
とにより行ない、書き込み禁止はソース線の電位とビッ
ト線の電位と書き込みワード線の電位とを同じ電位にす
ることにより行なう。
【0022】
【作用】本発明における半導体不揮発性記憶装置は、ド
レインとソースとの配列が異なる2種類のメモリセルを
交互に配列することと、書き込みをソース線の電位と書
き込みワード線の電位とを同じ電位にして行ない、書き
込み禁止をソース線の電位とビット線の電位と書き込み
ワード線の電位とを同じ電位にして行なうこととによ
り、高集積化を達成できるようにしている。
【0023】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明における半導体不揮発性記憶装置のメ
モリアレイの回路構成の一例を示す回路図である。
【0024】ここでは、2×4のメモリアレイ構造で説
明を行なうが、大規模なメモリアレイ構造にまで拡張で
きることは以下の説明から明白である。
【0025】図1の回路図にに示すように、メモリアレ
イは、ドレイン20と、書き込みワード線22、24に
接続するMONOS型の不揮発性記憶素子18と、選択
ワード線26、28に接続するMIS素子19と、ソー
ス21とを、順次配列してなる第1のメモリセル10、
11、12、13を備える。
【0026】さらに、ソース21と、書き込みワード線
23、25に接続するMONOS型の不揮発性記憶素子
18と、選択ワード線27、29に接続するMIS素子
19と、ドレイン20とを、順次配列してなる第2のメ
モリセル14、15、16、17とを備える。
【0027】さらにそのうえ、ドレイン20に接続する
ビット線30、31と、ソース21に接続するソース線
32とからなる。このソース線32はすべてのメモリセ
ルを接続している。
【0028】図2は、図1に示す本発明における半導体
不揮発性記憶装置のメモリアレイの一例を示す平面図で
ある。
【0029】図2に示すように、メモリアレイは書き込
みワード線33、34、35、36と、選択ワード線3
7、38、39、40と、コンタクトホール46でドレ
イン44と接続するビット線41、42と、コンタクト
ホール46でソース45と接続するソース線43と、素
子分離領域47とからなる。このソース線43は、すべ
てのメモリセルのソース45を接続している。
【0030】従来の半導体不揮発性記憶装置は、図4に
示すように、ビット線方向に書き込みワード線と選択ワ
ード線とが連続して配置している。これに対して本発明
においては、ビット線方向に書き込みワード線と選択ワ
ード線とは交互に配置している。
【0031】なお、書き込みワード線33、34、3
5、36は、MONOS型の不揮発性記憶素子のゲート
電極となる。このゲート電極の下の領域に、シリコン酸
化膜とシリコン窒化膜と酸化シリコン膜とからなる三層
の絶縁膜を備える。選択ワード線37、38、39、4
0は、MIS素子のゲート電極となる。
【0032】本発明の半導体不揮発性記憶装置の製造方
法においては、選択ワード線37、38、39、40と
書き込みワード線33、34、35、36とを別々に形
成している。このため、選択ワード線37と書き込みワ
ード線34との間隔、および選択ワード線39と書き込
みワード線36との間隔は、製造工程におけるフォトリ
ソグラフィーのパターン解像度以下にすることができ
る。
【0033】すなわち、ソース45のビット線方向の寸
法を減少することができ、ソース領域の面積を減少する
ことが可能である。
【0034】つぎに本発明の半導体不揮発性記憶装置の
書き込み方法を、図1を用いて説明する。
【0035】第1のメモリセル10の書き込みは、書き
込みワード線22とソース線32とにVppを印加し、
ビット線30にVssを印加し、MONOS型の不揮発
性記憶素子18のゲート絶縁膜へ基板から電子を注入す
ることにより行なう。なお、選択ワード線26は、Vp
pまたは電源電圧を印加し、MIS素子19を導通状態
とし、基板はVssとする。
【0036】第1のメモリセル10と同一ワード線上の
第1のメモリセル11は、ビット線31にVppを印加
することにより、不揮発性記憶素子18のゲートと基板
表面電位がともにVppとなるため、書き込み禁止とな
る。
【0037】さらに、この状態で、書き込みワード線2
3、24、25をVssすなわち基板と同電位にする
と、基板からMONOS型の不揮発性記憶素子18のゲ
ート絶縁膜へ電子が注入しないため、第1のメモリセル
12、13と第2のメモリセル14、15、16、17
は、書き込みが起こらない。なお、選択ワード線27、
28、29はVssとする。
【0038】以上の本発明の半導体不揮発性記憶装置の
書き込み方法により、第1のメモリセル10だけ選択的
に書き込みすることが可能である。
【0039】なお、同様の書き込み方法により、第1の
メモリセル11、12、13および第2のメモリセル1
4、15、16、17を、選択的に書き込みすることが
可能である。
【0040】本発明の半導体不揮発性記憶装置の書き込
み方法は、MIS素子19を導通状態にしているため、
MIS素子19のゲート長を小さくして、リーク電流が
発生しても書き込みが禁止され、選択的に書き込みする
ことが可能である。
【0041】すなわち、本発明の半導体不揮発性記憶装
置の書き込み方法は、MIS素子のゲート長を小さくす
ることが容易であり、メモリアレイの面積を減少するこ
とが可能である。
【0042】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
より従来に比較して、半導体不揮発性記憶装置における
ソース領域の面積を減少することが可能となる。
【0043】さらに、本発明の書き込み方法により、す
べてのメモリセルのソースを接続した半導体不揮発性記
憶装置において、メモリセルの選択的な書き込みが可能
となり、さらにそのうえアドレス選択用のMIS素子の
ゲート長を小さくすることが可能となる。すなわち、高
集積度を有する半導体不揮発性記憶装置と、その書き込
み方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体不揮発性記憶
装置のメモリアレイを示す回路図である。
【図2】本発明の一実施例における半導体不揮発性記憶
装置のメモリアレイを示す平面図である。
【図3】従来例における半導体不揮発性記憶装置のメモ
リアレイを示す回路図である。
【図4】従来例における半導体不揮発性記憶装置のメモ
リアレイを示す平面図である。
【符号の説明】
10 第1のメモリセル 14 第2のメモリセル 18 MONOS型の不揮発性記憶素子 19 MIS素子 20 ドレイン 21 ソース 22 書き込みワード線 30 ビット線 32 ソース線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 H01L 29/78 371

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面領域に、ドレインとM
    ONOS型の不揮発性記憶素子とMIS素子とソースと
    を順次配列してなる第1のメモリセルと、ソースとMO
    NOS型の不揮発性記憶素子とMIS素子とドレインと
    を順次配列してなる第2のメモリセルとを、ビット線方
    向に交互に配列してなり、前記ドレインをビット線に接
    続し、前記ソースをソース線に接続し、すべての前記メ
    モリセルの該ソース線を接続してなることを特徴とする
    半導体不揮発性記憶装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表面領域に、ドレインとM
    ONOS型の不揮発性記憶素子とMIS素子とソースと
    を順次配列してなる第1のメモリセルと、ソースとMO
    NOS型の不揮発性記憶素子とMIS素子とドレインと
    を順次配列してなる第2のメモリセルとを、ビット線方
    向に交互に配列してなり、前記ドレインをビット線に接
    続し、前記ソースをソース線に接続し、すべての前記メ
    モリセルの該ソース線を接続してなる半導体不揮発性記
    憶装置において、書き込みは前記ソース線の電位と書き
    込みワード線の電位とを同じ電位にすることにより行な
    い、書き込み禁止は前記ソース線の電位と前記ビット線
    の電位と前記書き込みワード線の電位とを同じ電位にす
    ることにより行なうことを特徴とする半導体不揮発性記
    憶装置の書き込み方法。
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