JPH0529586A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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- JPH0529586A JPH0529586A JP3186003A JP18600391A JPH0529586A JP H0529586 A JPH0529586 A JP H0529586A JP 3186003 A JP3186003 A JP 3186003A JP 18600391 A JP18600391 A JP 18600391A JP H0529586 A JPH0529586 A JP H0529586A
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- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】浮遊ゲート電極と制御ゲート電極を有するメモ
リ用トランジスタM1,1 ,…と並列に第1の選択用トラ
ンジスタS1,1 を接続したものを複数個直列に接続した
メモリアレイ構成単位とし、ビット線と選択線に連結さ
せる。 【効果】第1の選択用トランジスタのON,OFFによ
りフラッシュEEPROMの欠点をなくすことができ
る。
リ用トランジスタM1,1 ,…と並列に第1の選択用トラ
ンジスタS1,1 を接続したものを複数個直列に接続した
メモリアレイ構成単位とし、ビット線と選択線に連結さ
せる。 【効果】第1の選択用トランジスタのON,OFFによ
りフラッシュEEPROMの欠点をなくすことができ
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は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込
むことができる電気的消去可能型PROM(以下、EE
PROMという)等の不揮発性半導体記憶装置に関す
る。
憶されたデータを電気的に消去して新たなデータを書込
むことができる電気的消去可能型PROM(以下、EE
PROMという)等の不揮発性半導体記憶装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から電源を切っても書込まれたデー
タが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。そして、近年、その中でEEPROMの開
発が急速に進み、各種の製品が実用化されている。EE
PROMには種々の構造のものがあり、近時、メモリ用
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。
タが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。そして、近年、その中でEEPROMの開
発が急速に進み、各種の製品が実用化されている。EE
PROMには種々の構造のものがあり、近時、メモリ用
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。
【0003】図21はこのような不揮発性半導体記憶装
置の一例の回路図である。符号Sij(i=1,2、j=
1〜4)は選択トランジスタを、符号Mi,j (i=1,
2、j=1〜6)はメモリトランジスタを示す。メモリ
用トランジスタの制御ゲート電極は各行毎にワード線X
i (i=1〜6)に接続されている。また選択トランジ
スタのうちビット線に接続されている第1選択トランジ
スタ群(図中のS11,S21,S13,S23)のゲート電極
はそれぞれ第1の選択線Z1 ,Z3 に他の第2選択トラ
ンジスタ群S12,S22,S14,S24をそれぞれ第2の選
択線Z2 ,Z4 に接続されている。更に第1選択トラン
ジスタと3つのメモリ用トランジスタと第2選択用トラ
ンジスタは対をなしビット線Y1 ,Y2 とソース線Sと
の間に直列に接続されている。ビット線Y1 ,Y2 は選
択用トランジスタのドレイン電極を各列ごとに接続して
いる。 図18はこの記憶装置のビット線からソース線
までの対となっているトランジスタ群の平面図であり、
図22は図18のA−A線断面図である。
置の一例の回路図である。符号Sij(i=1,2、j=
1〜4)は選択トランジスタを、符号Mi,j (i=1,
2、j=1〜6)はメモリトランジスタを示す。メモリ
用トランジスタの制御ゲート電極は各行毎にワード線X
i (i=1〜6)に接続されている。また選択トランジ
スタのうちビット線に接続されている第1選択トランジ
スタ群(図中のS11,S21,S13,S23)のゲート電極
はそれぞれ第1の選択線Z1 ,Z3 に他の第2選択トラ
ンジスタ群S12,S22,S14,S24をそれぞれ第2の選
択線Z2 ,Z4 に接続されている。更に第1選択トラン
ジスタと3つのメモリ用トランジスタと第2選択用トラ
ンジスタは対をなしビット線Y1 ,Y2 とソース線Sと
の間に直列に接続されている。ビット線Y1 ,Y2 は選
択用トランジスタのドレイン電極を各列ごとに接続して
いる。 図18はこの記憶装置のビット線からソース線
までの対となっているトランジスタ群の平面図であり、
図22は図18のA−A線断面図である。
【0004】ここで21は半導体基板、22aは第1選
択トランジスタのドレイン領域、22bは第2選択トラ
ンジスタのソース領域、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、32は第1,第2選択ト
ランジスタゲート絶縁膜、23はメモリ用トランジスタ
の第1のゲート絶縁膜、25はメモリ用トランジスタの
第2のゲート絶縁膜、24は浮遊ゲート電極、30は制
御ゲート電極、28は選択トランジスタのゲート電極、
29は層間絶縁膜、30はコンタクト孔、32はビット
線金属配線である。この装置の構造的特色はメモリ用ト
ランジスタの第1のゲート絶縁膜が例えば9nmと薄く
浮遊ゲート電極−基板及び浮遊ゲート電極−ソース・ド
レイン電極間のトンネリングが容易におきることであ
る。又この装置はこの動作原理を利用し電気的書込消去
を行う。
択トランジスタのドレイン領域、22bは第2選択トラ
ンジスタのソース領域、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、32は第1,第2選択ト
ランジスタゲート絶縁膜、23はメモリ用トランジスタ
の第1のゲート絶縁膜、25はメモリ用トランジスタの
第2のゲート絶縁膜、24は浮遊ゲート電極、30は制
御ゲート電極、28は選択トランジスタのゲート電極、
29は層間絶縁膜、30はコンタクト孔、32はビット
線金属配線である。この装置の構造的特色はメモリ用ト
ランジスタの第1のゲート絶縁膜が例えば9nmと薄く
浮遊ゲート電極−基板及び浮遊ゲート電極−ソース・ド
レイン電極間のトンネリングが容易におきることであ
る。又この装置はこの動作原理を利用し電気的書込消去
を行う。
【0005】この不揮発性半導体の動作原理を最初に図
21のS11,M1,1 ,M1,2 ,M1,3 ,S12の直列トラ
ンジスタ群でNチャンネルトランジスタを例にして説明
する。この場合のデータ消去,書込み及び読み出しの各
モードにおけるビット線、第1,第2の選択線及びワー
ド線の電位を図24に示す。但し図中数値の単位はいず
れもボルト(V)である。
21のS11,M1,1 ,M1,2 ,M1,3 ,S12の直列トラ
ンジスタ群でNチャンネルトランジスタを例にして説明
する。この場合のデータ消去,書込み及び読み出しの各
モードにおけるビット線、第1,第2の選択線及びワー
ド線の電位を図24に示す。但し図中数値の単位はいず
れもボルト(V)である。
【0006】なおここでデータの消去は浮遊ゲート電極
へ電子を注入する状態を、またデータの書込は浮遊ゲー
ト電極から電子を放出する状態のことをいう。データを
消去する場合はワード線X1 ,X2 及びX3 を正電位側
としビット線Y1 、及びソース線Sを接地電位側として
高電圧(例えば17V)を印加する。第1の選択線
Z1 、第2の選択線Z2 には5Vが印加されているため
この状態でチャンネル及びソース・ドレイン電極の電位
は0Vに固定され、各メモリ用トランジスタM1,1,M
1,2 ,M1,3 の第1のゲート絶縁膜23中の電界が強く
なり、ファウラ−ノードハイム型のトンネル現象(以
下、F−Nトンネル現象という)が起こり半導体基板及
び不純物拡散層22cから第1のゲート絶縁膜24を介
して浮遊ゲート電極24に電子が注入される。この結果
各メモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M1,3 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。この消去モードにおいては、メモリ用トラ
ンジスタの選択性はないため、全メモリに記憶されてい
たデータが同時に消去される。一方メモリ用トランジス
タM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 にデータを書込むときに
は、ビット線Y1 と、書込みをすべきメモリ用トランジ
スタM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 よりもビット線側に接
続されているメモリ用トランジスタのワード線X1 ,X
2 又はX3 とを高電位(例えば20V)にすると共に、
書込むべきメモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M
1,3 及びそれよりソース線側に接続されているメモリ用
トランジスタのワード線X1 ,X2 ,又はX3 を接地電
位にする。そうすると書込みメモリ用トランジスタの第
1のゲート絶縁膜23中の電界が強くなり、F−N電子
トンネル現象により、浮遊ゲート電極24から不純物拡
散層22cに向けて電子が放出される。このとき制御ゲ
ート電極30とドレイン電極に高電圧が印加されたメモ
リ用トランジスタはトランスファートランジスタとして
のみ働く。また、このバイアス状態のメモリ用トランジ
スタの第1のゲート絶縁膜23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。さらに書込メモリト
ランジスタよりもソース側に接続されたメモリ用トラン
ジスタでは制御ゲート27の電位は接地電位になるが、
ドレイン電極電位が書込メモリ用トランジスタによりカ
ットオフされるため高くならず、その結果第1のゲート
絶縁膜中の電界が小さくなりF−N電子トンネル現象を
起こさない。これによりメモリ用トランジスタへの選択
書込みが達成される。書込みを行うべきメモリ用トラン
ジスタが複数の場合は、1個の選択トランジスタS11に
接続されている複数個のメモリ用トランジスタに対し上
述の方法で順次ソース側のメモリトランジスタより書込
みを行う。これはメモリ用トランジスタ書込み中の電界
ストレスによる既書込データの保護、すなわち閾値変動
の防止のためである。なおこのデータ書込み時には第2
選択トランジスタ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
リ用トランジスタの制御ゲート電極電位が0Vでも既書
込メモリトランジスタの場合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。
へ電子を注入する状態を、またデータの書込は浮遊ゲー
ト電極から電子を放出する状態のことをいう。データを
消去する場合はワード線X1 ,X2 及びX3 を正電位側
としビット線Y1 、及びソース線Sを接地電位側として
高電圧(例えば17V)を印加する。第1の選択線
Z1 、第2の選択線Z2 には5Vが印加されているため
この状態でチャンネル及びソース・ドレイン電極の電位
は0Vに固定され、各メモリ用トランジスタM1,1,M
1,2 ,M1,3 の第1のゲート絶縁膜23中の電界が強く
なり、ファウラ−ノードハイム型のトンネル現象(以
下、F−Nトンネル現象という)が起こり半導体基板及
び不純物拡散層22cから第1のゲート絶縁膜24を介
して浮遊ゲート電極24に電子が注入される。この結果
各メモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M1,3 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。この消去モードにおいては、メモリ用トラ
ンジスタの選択性はないため、全メモリに記憶されてい
たデータが同時に消去される。一方メモリ用トランジス
タM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 にデータを書込むときに
は、ビット線Y1 と、書込みをすべきメモリ用トランジ
スタM1,1 ,M1,2 、又はM1,3 よりもビット線側に接
続されているメモリ用トランジスタのワード線X1 ,X
2 又はX3 とを高電位(例えば20V)にすると共に、
書込むべきメモリ用トランジスタM1,1 ,M1,2 ,M
1,3 及びそれよりソース線側に接続されているメモリ用
トランジスタのワード線X1 ,X2 ,又はX3 を接地電
位にする。そうすると書込みメモリ用トランジスタの第
1のゲート絶縁膜23中の電界が強くなり、F−N電子
トンネル現象により、浮遊ゲート電極24から不純物拡
散層22cに向けて電子が放出される。このとき制御ゲ
ート電極30とドレイン電極に高電圧が印加されたメモ
リ用トランジスタはトランスファートランジスタとして
のみ働く。また、このバイアス状態のメモリ用トランジ
スタの第1のゲート絶縁膜23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。さらに書込メモリト
ランジスタよりもソース側に接続されたメモリ用トラン
ジスタでは制御ゲート27の電位は接地電位になるが、
ドレイン電極電位が書込メモリ用トランジスタによりカ
ットオフされるため高くならず、その結果第1のゲート
絶縁膜中の電界が小さくなりF−N電子トンネル現象を
起こさない。これによりメモリ用トランジスタへの選択
書込みが達成される。書込みを行うべきメモリ用トラン
ジスタが複数の場合は、1個の選択トランジスタS11に
接続されている複数個のメモリ用トランジスタに対し上
述の方法で順次ソース側のメモリトランジスタより書込
みを行う。これはメモリ用トランジスタ書込み中の電界
ストレスによる既書込データの保護、すなわち閾値変動
の防止のためである。なおこのデータ書込み時には第2
選択トランジスタ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
リ用トランジスタの制御ゲート電極電位が0Vでも既書
込メモリトランジスタの場合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。
【0007】メモリ用トランジスタに記憶されたデータ
を読み出す場合はビット線Y1 を1Vに、第1の選択線
Z1 、及び第2の選択線Z2 を5Vに固定し読み出すべ
きメモリ用トランジスタに接続されたワード線X1 ,X
2 又はX3 のみを接地電位に他を全て5Vに接続する。
そうすると選択されメモリ用トランジスタが消去状態の
場合閾値電圧が正であるためビット線からソース線へ電
流は流れない。一方選択されたメモリ用トランジスタが
書込み状態であれば閾値電圧が負であるため電流が流れ
る。他のメモリ用トランジスタは全てトランスファゲー
トとして働く。このため各メモリ用トランジスタの閾値
は必ず制御ゲート電極(例えば5V)以下に制御されて
いなければならない。
を読み出す場合はビット線Y1 を1Vに、第1の選択線
Z1 、及び第2の選択線Z2 を5Vに固定し読み出すべ
きメモリ用トランジスタに接続されたワード線X1 ,X
2 又はX3 のみを接地電位に他を全て5Vに接続する。
そうすると選択されメモリ用トランジスタが消去状態の
場合閾値電圧が正であるためビット線からソース線へ電
流は流れない。一方選択されたメモリ用トランジスタが
書込み状態であれば閾値電圧が負であるため電流が流れ
る。他のメモリ用トランジスタは全てトランスファゲー
トとして働く。このため各メモリ用トランジスタの閾値
は必ず制御ゲート電極(例えば5V)以下に制御されて
いなければならない。
【0008】次に図21の4つのトランジスタ群から、
それぞれメモリ用トランジスタM1,3 ,M2,3 ,
M1,6 ,M2,6 を代表させて書込み状態の4つのトラン
ジスタ群のバイアス状態を説明する。このときの各ワー
ド線、第1,第2選択線及びビット線の電位を図25に
示す。M1,3 とM2,3 は同一のワード線X3 で、又M
1,6 とM2,6 は同一のワード線X6 で制御ゲート電極電
位がそれぞれ制御される。このためM1,3 とM2,3 、M
1,6 とM2,6 の選択はビット線Y1 ,Y2 によって行な
われる。例えばM1,3 を書込みかつM2,3 を書込まない
場合ビット線Y2 は10Vの中間電位に保たれこの結果
M2,3 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。この結果第1
のゲート絶縁膜に加わる電界はM1,3 に比べて小さくF
−N電子トンネリングを起こすに至らない。このためM
2,3 の誤書込は起きない。またこの時M2,1 ,M2,2 の
メモリトランジスタは制御ゲートに20V、ドレイン電
極に10Vが印加されるバイアス状態になる。この状態
も前に説明した消去状態の制御ゲート−ドレイン電極間
電圧差よりも小さくF−N電子トンネリングは起きず書
込み中の非書込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。M1,6 ,M2,6 についてはワード線は
0Vにバイアスされしかもドレイン電極はゲート電極が
第1の選択線Z3 により0Vに固定され第1選択トラン
ジスタS13,S23によりビット線Y1 ,Y2 より切りは
なされるため電圧ストレスは加わらず誤消去・誤書込は
起きない。このようにワード線を共有するメモリ用トラ
ンジスタの誤書込及び書込するディジット線に接続され
た非選択メモリトランジスタの消去を防ぐため例えば1
0V等の中間電位が必要である。なおこの中間電位を用
いずビット線を例えば0Vと20Vの2値の電圧のみで
制御する場合ソース側メモリ用トランジスタから順次書
込シーケンスによればもちろん誤書込は防止できるが書
込中の非書込ビット線非選択メモリトランジスタの消去
の進行を防ぐことができない。このため過消去の問題、
つまりは閾値の非意図的な増加を引き起こす。これは時
にビット線に近いメモリトランジスタで顕著で、かつ直
列にメモリ用トランジスタの数が多いほど書込中消去の
回数が多くなるため問題になる。この問題は例えば非書
込トランジスタの閾値が読み出し時制御ゲート電圧より
も高くなるような時にはデータの誤読み出しにつながり
致命的な欠陥となる。
それぞれメモリ用トランジスタM1,3 ,M2,3 ,
M1,6 ,M2,6 を代表させて書込み状態の4つのトラン
ジスタ群のバイアス状態を説明する。このときの各ワー
ド線、第1,第2選択線及びビット線の電位を図25に
示す。M1,3 とM2,3 は同一のワード線X3 で、又M
1,6 とM2,6 は同一のワード線X6 で制御ゲート電極電
位がそれぞれ制御される。このためM1,3 とM2,3 、M
1,6 とM2,6 の選択はビット線Y1 ,Y2 によって行な
われる。例えばM1,3 を書込みかつM2,3 を書込まない
場合ビット線Y2 は10Vの中間電位に保たれこの結果
M2,3 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。この結果第1
のゲート絶縁膜に加わる電界はM1,3 に比べて小さくF
−N電子トンネリングを起こすに至らない。このためM
2,3 の誤書込は起きない。またこの時M2,1 ,M2,2 の
メモリトランジスタは制御ゲートに20V、ドレイン電
極に10Vが印加されるバイアス状態になる。この状態
も前に説明した消去状態の制御ゲート−ドレイン電極間
電圧差よりも小さくF−N電子トンネリングは起きず書
込み中の非書込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。M1,6 ,M2,6 についてはワード線は
0Vにバイアスされしかもドレイン電極はゲート電極が
第1の選択線Z3 により0Vに固定され第1選択トラン
ジスタS13,S23によりビット線Y1 ,Y2 より切りは
なされるため電圧ストレスは加わらず誤消去・誤書込は
起きない。このようにワード線を共有するメモリ用トラ
ンジスタの誤書込及び書込するディジット線に接続され
た非選択メモリトランジスタの消去を防ぐため例えば1
0V等の中間電位が必要である。なおこの中間電位を用
いずビット線を例えば0Vと20Vの2値の電圧のみで
制御する場合ソース側メモリ用トランジスタから順次書
込シーケンスによればもちろん誤書込は防止できるが書
込中の非書込ビット線非選択メモリトランジスタの消去
の進行を防ぐことができない。このため過消去の問題、
つまりは閾値の非意図的な増加を引き起こす。これは時
にビット線に近いメモリトランジスタで顕著で、かつ直
列にメモリ用トランジスタの数が多いほど書込中消去の
回数が多くなるため問題になる。この問題は例えば非書
込トランジスタの閾値が読み出し時制御ゲート電圧より
も高くなるような時にはデータの誤読み出しにつながり
致命的な欠陥となる。
【0009】このように従来のメモリ用トランジスタを
直列に接続して構成された不揮発性半導体記憶装置は (1)消去・書込ともにF−N電子トンネリングを使用
する (2)メモリ用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)書込中の非選択トランジスタの非意図的な消去を
防止するためビット線電位に高,中,低の3値のバイア
ス電圧を使用する等の特色を有している。
直列に接続して構成された不揮発性半導体記憶装置は (1)消去・書込ともにF−N電子トンネリングを使用
する (2)メモリ用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)書込中の非選択トランジスタの非意図的な消去を
防止するためビット線電位に高,中,低の3値のバイア
ス電圧を使用する等の特色を有している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如く、従来の不揮発性半導体記憶装置は選択性の書込の
ために3種類のビット線電位を必要とし、なおかつその
中間電位と高,低電位との電位差でF−N電子トンネリ
ングを制御する必要があるためその電圧の設定範囲が狭
いという欠点を有している。特に中間電位の電圧設定は
高くても低くても不良の原因となるので特にその制御が
困難である。
如く、従来の不揮発性半導体記憶装置は選択性の書込の
ために3種類のビット線電位を必要とし、なおかつその
中間電位と高,低電位との電位差でF−N電子トンネリ
ングを制御する必要があるためその電圧の設定範囲が狭
いという欠点を有している。特に中間電位の電圧設定は
高くても低くても不良の原因となるので特にその制御が
困難である。
【0011】さらに過消去の問題、つまり読み出し時の
制御ゲート電圧以上にメモリ用トランジスタ閾値が上昇
してしまう問題は原理的に残っている。これを制御する
ために消去電圧のち密な設定及び制御やメモリ用トラン
ジスタの製造方法に対する制限が生じてしまい、これが
製造歩留りの低下を生じさせるという欠点も有してい
る。
制御ゲート電圧以上にメモリ用トランジスタ閾値が上昇
してしまう問題は原理的に残っている。これを制御する
ために消去電圧のち密な設定及び制御やメモリ用トラン
ジスタの製造方法に対する制限が生じてしまい、これが
製造歩留りの低下を生じさせるという欠点も有してい
る。
【0012】また書込・消去ともにF−N電子トンネリ
ングを使用しているため書込・消去ともに比較的高い電
圧を必要としておりこれは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にともに高耐圧のトラン
ジスタ及び接合を用いなければいけないという欠点を有
している。また書込・消去ともにF−Nトンネリングし
か利用できないため第1のゲート絶縁膜は例えば10n
m以下の酸化膜等の薄い絶縁膜しか利用できない。この
ため絶縁膜の膜厚や膜質の制御が難しく製造歩留りが低
いという欠点も有している。また書込がソース線側から
シリアルにしかできないため必ず全ビットの消去及び再
プログラムが必要であり、例えばワード消去,ワード書
込等の機能をもたせることが不可能である。このことは
再プログラムに要する時間が長大であることを意味し大
容量不揮発性メモリとして用いるとしてもその用途が極
端に制限されるという欠点を有している。
ングを使用しているため書込・消去ともに比較的高い電
圧を必要としておりこれは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にともに高耐圧のトラン
ジスタ及び接合を用いなければいけないという欠点を有
している。また書込・消去ともにF−Nトンネリングし
か利用できないため第1のゲート絶縁膜は例えば10n
m以下の酸化膜等の薄い絶縁膜しか利用できない。この
ため絶縁膜の膜厚や膜質の制御が難しく製造歩留りが低
いという欠点も有している。また書込がソース線側から
シリアルにしかできないため必ず全ビットの消去及び再
プログラムが必要であり、例えばワード消去,ワード書
込等の機能をもたせることが不可能である。このことは
再プログラムに要する時間が長大であることを意味し大
容量不揮発性メモリとして用いるとしてもその用途が極
端に制限されるという欠点を有している。
【0013】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって選択的書込において中間電位を必要とせず、
書込を比較的低電圧で可能な、過消去及び過書込の問題
を起こさない、書込・消去に対し電圧マージンの広い、
第1のゲート絶縁膜が厚くとも製造可能な、かつワード
書込・ワード消去の機能を有することも可能な、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
的とする。
のであって選択的書込において中間電位を必要とせず、
書込を比較的低電圧で可能な、過消去及び過書込の問題
を起こさない、書込・消去に対し電圧マージンの広い、
第1のゲート絶縁膜が厚くとも製造可能な、かつワード
書込・ワード消去の機能を有することも可能な、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
的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明の不揮発
性半導体記憶装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート
電極を有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用
トランジスタを並列に接続した対を1つの単位として少
なくとも複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に
少なくとも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接
続してメモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メ
モリアレイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列して
メモリアレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制
御ゲート電極同志を各行毎に接続し第1のワード線と
し、前記第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を
各行毎に接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用
トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択線
とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2
の選択用トランジスタのドレイン電極同志を各列毎に接
続してビット線とし、前記メモリアレイ構成単位トラン
ジスタ群の前記第2の選択用トランジスタが接続されて
いない方の端部のメモリ用トランジスタおよび選択用ト
ランジスタのソース電極同志を共通に接続してソース線
とし、前記第1の選択用トランジスタのチャンネル部と
前記メモリ用トランジスタのチャンネル部が半導体基板
の所定の領域に隣接して設けられているというものであ
る。
性半導体記憶装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート
電極を有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用
トランジスタを並列に接続した対を1つの単位として少
なくとも複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に
少なくとも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接
続してメモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メ
モリアレイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列して
メモリアレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制
御ゲート電極同志を各行毎に接続し第1のワード線と
し、前記第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を
各行毎に接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用
トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択線
とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2
の選択用トランジスタのドレイン電極同志を各列毎に接
続してビット線とし、前記メモリアレイ構成単位トラン
ジスタ群の前記第2の選択用トランジスタが接続されて
いない方の端部のメモリ用トランジスタおよび選択用ト
ランジスタのソース電極同志を共通に接続してソース線
とし、前記第1の選択用トランジスタのチャンネル部と
前記メモリ用トランジスタのチャンネル部が半導体基板
の所定の領域に隣接して設けられているというものであ
る。
【0015】又、本願第2の発明の不揮発性半導体記憶
装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を有する
メモリ用トランジスタおよび第1の選択用トランジスタ
を並列に接続した対を1つの単位として少なくとも複数
個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なくとも1
つの第2の選択用トランジスタを直列に接続してメモリ
アレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリアレイ構
成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリアレイ
を構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲート電極
同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記第1の
選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に接続し
第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジスタの
ゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前記メモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用トラン
ジスタのドレイン同志を各列毎に接続してビット線と
し、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の前記第
2の選択用トランジスタが接続されていない方の端部の
メモリ用トランジスタおよび選択用トランジスタのソー
ス電極同志を共通に接続してソース線とし、前記メモリ
用トランジスタは、P型半導体基板の表面部に選択的に
形成された1対のN型不純物拡散層、前記P型半導体基
板の前記1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表面
に形成された第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート絶
縁膜上に形成された浮遊ゲート電極、前記浮遊ゲート電
極上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極間
絶縁膜と前記浮遊ゲート電極上の前記第1のゲート電極
間絶縁膜が設けられていない部分に設けられた前記第1
のゲート電極間絶縁膜より薄い第2のゲート絶縁膜およ
び前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた制御ゲート電
極を有し、前記第2のワード線は前記第1のゲート電極
間絶縁膜上に設けられているというものである。
装置は、浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を有する
メモリ用トランジスタおよび第1の選択用トランジスタ
を並列に接続した対を1つの単位として少なくとも複数
個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なくとも1
つの第2の選択用トランジスタを直列に接続してメモリ
アレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリアレイ構
成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリアレイ
を構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲート電極
同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記第1の
選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に接続し
第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジスタの
ゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前記メモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用トラン
ジスタのドレイン同志を各列毎に接続してビット線と
し、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の前記第
2の選択用トランジスタが接続されていない方の端部の
メモリ用トランジスタおよび選択用トランジスタのソー
ス電極同志を共通に接続してソース線とし、前記メモリ
用トランジスタは、P型半導体基板の表面部に選択的に
形成された1対のN型不純物拡散層、前記P型半導体基
板の前記1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表面
に形成された第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲート絶
縁膜上に形成された浮遊ゲート電極、前記浮遊ゲート電
極上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極間
絶縁膜と前記浮遊ゲート電極上の前記第1のゲート電極
間絶縁膜が設けられていない部分に設けられた前記第1
のゲート電極間絶縁膜より薄い第2のゲート絶縁膜およ
び前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた制御ゲート電
極を有し、前記第2のワード線は前記第1のゲート電極
間絶縁膜上に設けられているというものである。
【0016】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例を示す半導体
チップの平面図である。
チップの平面図である。
【0018】図2は図1のA−A線断面図、図3は図1
のB−B線断面図、図4は図1のC−C線断面図、図5
は図1のD−D線断面図、図6は図1のE−E線断面
図、図7は図1のF−F線断面図、図8は図1のG−G
線断面図、図9は図1のH−H線断面図である。ただ
し、図1においては、図を見易くするため金属配線15
a,15bは図示していない。
のB−B線断面図、図4は図1のC−C線断面図、図5
は図1のD−D線断面図、図6は図1のE−E線断面
図、図7は図1のF−F線断面図、図8は図1のG−G
線断面図、図9は図1のH−H線断面図である。ただ
し、図1においては、図を見易くするため金属配線15
a,15bは図示していない。
【0019】この実施例は、浮遊ゲート電極および制御
ゲート電極を有するメモリ用トランジスタM1,1 ,…お
よび第1の選択用トランジスタS1,1 ,…を並列に接続
した対を1つの単位として3個直列に接続したトランジ
スタ群の端部に少なくとも1つの第2の選択用トランジ
スタQ1 ,…を直列に接続してメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群とし、このようなメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群を2行2列に配列してメモリアレイを構成
し、前述のメモリ用トランジスタの制御ゲート電極同志
を各行毎に接続し第1のワード線X1 ,…とし、前述の
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線Z1 ,…とし、前述の第2の選択
用トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択
線C1 ,…とし、前述のメモリアレイ構成単位トランジ
スタ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極同志
を各列毎に接続してビット線Y1 ,…とし、前述のメモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の前述の第2の選択用
トランジスタが接続されていない方の端部のメモリ用ト
ランジスタおよび選択用トランジスタのソース電極同志
を共通に接続してソース線Sとし、前述のメモリ用トラ
ンジスタは、P型シリコン基板1の表面部に選択的に形
成された1対のN型不純物拡散層2c、P型半導体基板
1の前述の1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表
面に形成された第1のゲート絶縁膜3、第1のゲート絶
縁膜3上に形成された浮遊ゲート電極4、浮遊ゲート電
極4上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極
間絶縁膜6と浮遊ゲート電極4上の第1のゲート電極間
絶縁膜6が設けられていない部分に設けられた第1のゲ
ート電極間絶縁膜6より薄い第2のゲート絶縁膜5およ
び第2のゲート絶縁膜5上に設けられた制御ゲート電極
10を有し、第2のワード線Z1 ,…は第1のゲート電
極間絶縁膜6上に設けられているポリシリコン膜(8)
であるというものである。
ゲート電極を有するメモリ用トランジスタM1,1 ,…お
よび第1の選択用トランジスタS1,1 ,…を並列に接続
した対を1つの単位として3個直列に接続したトランジ
スタ群の端部に少なくとも1つの第2の選択用トランジ
スタQ1 ,…を直列に接続してメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群とし、このようなメモリアレイ構成単位ト
ランジスタ群を2行2列に配列してメモリアレイを構成
し、前述のメモリ用トランジスタの制御ゲート電極同志
を各行毎に接続し第1のワード線X1 ,…とし、前述の
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線Z1 ,…とし、前述の第2の選択
用トランジスタのゲート電極同志を行状に接続して選択
線C1 ,…とし、前述のメモリアレイ構成単位トランジ
スタ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極同志
を各列毎に接続してビット線Y1 ,…とし、前述のメモ
リアレイ構成単位トランジスタ群の前述の第2の選択用
トランジスタが接続されていない方の端部のメモリ用ト
ランジスタおよび選択用トランジスタのソース電極同志
を共通に接続してソース線Sとし、前述のメモリ用トラ
ンジスタは、P型シリコン基板1の表面部に選択的に形
成された1対のN型不純物拡散層2c、P型半導体基板
1の前述の1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の表
面に形成された第1のゲート絶縁膜3、第1のゲート絶
縁膜3上に形成された浮遊ゲート電極4、浮遊ゲート電
極4上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電極
間絶縁膜6と浮遊ゲート電極4上の第1のゲート電極間
絶縁膜6が設けられていない部分に設けられた第1のゲ
ート電極間絶縁膜6より薄い第2のゲート絶縁膜5およ
び第2のゲート絶縁膜5上に設けられた制御ゲート電極
10を有し、第2のワード線Z1 ,…は第1のゲート電
極間絶縁膜6上に設けられているポリシリコン膜(8)
であるというものである。
【0020】なお、1は例えば抵抗率13ΩcmのP型
半導体基板、2a,2b,2cは例えばAs等の不純物
を選択的に導入してなるN型不純物拡散層、3は例えば
厚さ12nmの酸化シリコン膜(以下SiO2 膜と記
す)のメモリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜、4
は例えばP等の不純物を含む厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜からなる浮遊ゲート電極、5は例えば厚さ30
nmのSiO2 からなるメモリ用トランジスタの第2の
ゲート絶縁膜、6は例えば厚さ60nmのSiO2 から
なる第1のゲート電極間絶縁膜、7は例えば厚さ40n
mのSiO2 からなる第1の選択用トランジスタのゲー
ト絶縁膜、8は例えばP等の不純物を含む厚さ300n
mの多結晶シリコン膜からなる第1の選択用トランジス
タのゲート電極、9は例えば厚さ60nmのSiO2 か
らなる第1の選択用トランジスタのゲート電極上の第2
のゲート電極間絶縁膜、10は例えばP等の不純物を含
む厚さ400nmの多結晶シリコン膜からなるメモリ用
トランジスタの制御ゲート電極、11は例えば厚さ60
nmのSiO2 からなる第3のゲート電極間絶縁膜であ
る。
半導体基板、2a,2b,2cは例えばAs等の不純物
を選択的に導入してなるN型不純物拡散層、3は例えば
厚さ12nmの酸化シリコン膜(以下SiO2 膜と記
す)のメモリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜、4
は例えばP等の不純物を含む厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜からなる浮遊ゲート電極、5は例えば厚さ30
nmのSiO2 からなるメモリ用トランジスタの第2の
ゲート絶縁膜、6は例えば厚さ60nmのSiO2 から
なる第1のゲート電極間絶縁膜、7は例えば厚さ40n
mのSiO2 からなる第1の選択用トランジスタのゲー
ト絶縁膜、8は例えばP等の不純物を含む厚さ300n
mの多結晶シリコン膜からなる第1の選択用トランジス
タのゲート電極、9は例えば厚さ60nmのSiO2 か
らなる第1の選択用トランジスタのゲート電極上の第2
のゲート電極間絶縁膜、10は例えばP等の不純物を含
む厚さ400nmの多結晶シリコン膜からなるメモリ用
トランジスタの制御ゲート電極、11は例えば厚さ60
nmのSiO2 からなる第3のゲート電極間絶縁膜であ
る。
【0021】ここで、メモリ用トランジスタの第1のゲ
ート絶縁膜3はメモリ用トランジスタのチャンネル領域
を覆い、浮遊ゲート電極4とP型シリコン基板1とを絶
縁する。また第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜
7は第1の選択用トランジスタのチャンネル領域を覆
い、第1の選択用トランジスタのゲート電極8と基板1
とを絶縁する。さらに第1のゲート電極間絶縁膜6は浮
遊ゲート電極4と第1の選択用トランジスタのゲート電
極8とを絶縁し、第2のゲート電極間絶縁膜9は第1の
選択用トランジスタのゲート電極8とメモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10とを絶縁し、第3のゲート電
極間絶縁膜11はメモリトランジスタの制御ゲート電極
10と不純物拡散層2cとを絶縁する。12は例えば厚
さ30nmのSiO2 からなる第2の選択用トランジス
タのゲート絶縁膜、13は例えばP等の不純物を含む厚
さ400nmの多結晶シリコン膜からなる第2の選択用
トランジスタのゲート電極、14a,14bはコンタク
ト孔、15a,15bは例えばAl等の材料からなる金
属配線、16は例えば厚さ400nmのSiO2 からな
るフィールド絶縁膜、17は例えば厚さ800nmのB
PSGからなる層間絶縁膜である。
ート絶縁膜3はメモリ用トランジスタのチャンネル領域
を覆い、浮遊ゲート電極4とP型シリコン基板1とを絶
縁する。また第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜
7は第1の選択用トランジスタのチャンネル領域を覆
い、第1の選択用トランジスタのゲート電極8と基板1
とを絶縁する。さらに第1のゲート電極間絶縁膜6は浮
遊ゲート電極4と第1の選択用トランジスタのゲート電
極8とを絶縁し、第2のゲート電極間絶縁膜9は第1の
選択用トランジスタのゲート電極8とメモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10とを絶縁し、第3のゲート電
極間絶縁膜11はメモリトランジスタの制御ゲート電極
10と不純物拡散層2cとを絶縁する。12は例えば厚
さ30nmのSiO2 からなる第2の選択用トランジス
タのゲート絶縁膜、13は例えばP等の不純物を含む厚
さ400nmの多結晶シリコン膜からなる第2の選択用
トランジスタのゲート電極、14a,14bはコンタク
ト孔、15a,15bは例えばAl等の材料からなる金
属配線、16は例えば厚さ400nmのSiO2 からな
るフィールド絶縁膜、17は例えば厚さ800nmのB
PSGからなる層間絶縁膜である。
【0022】平面的には浮遊ゲート電極をもつメモリト
ランジスタと第1の選択用トランジスタが、そのチャン
ネル領域同志がフィールド絶縁膜16で挟まれた基板領
域で隣接して設けられている。また、浮遊ゲート電極4
はフィールド絶縁膜領域から基板領域の途中まで延びて
設けられている。制御ゲート電極10との間の結合容量
を大きくするためである。また制御ゲート電極10は行
同志で接続され第1のワード線を、第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極8は行同志接続され第2のワード線
を、第2の選択用トランジスタのゲート電極13は行同
志接続され選択線をそれぞれ構成している。第2の選択
用トランジスタのドレイン電極を構成する不純物拡散層
2aにはビット線コンタクト14aが開孔され金属配線
15aとの接続をもつ。この金属配線15aは図1にお
いては示されていない。この金属配線は各ビット線コン
タクト14a同志を列毎に接続するよう設けられビット
線を構成する。ソース側不純物拡散層2cは共通に接続
されその上にソース線コンタクト14bが開孔されここ
で金属配線15bとの接続をもつ。この金属配線15b
はソース線を構成する。直列に配置されたトランジスタ
同志は不純物拡散層2cにより接続される。この不純物
拡散層2a,2c及びトランジスタのチャンネル領域は
各列毎にフィールド絶縁膜16により分離されている。
ランジスタと第1の選択用トランジスタが、そのチャン
ネル領域同志がフィールド絶縁膜16で挟まれた基板領
域で隣接して設けられている。また、浮遊ゲート電極4
はフィールド絶縁膜領域から基板領域の途中まで延びて
設けられている。制御ゲート電極10との間の結合容量
を大きくするためである。また制御ゲート電極10は行
同志で接続され第1のワード線を、第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極8は行同志接続され第2のワード線
を、第2の選択用トランジスタのゲート電極13は行同
志接続され選択線をそれぞれ構成している。第2の選択
用トランジスタのドレイン電極を構成する不純物拡散層
2aにはビット線コンタクト14aが開孔され金属配線
15aとの接続をもつ。この金属配線15aは図1にお
いては示されていない。この金属配線は各ビット線コン
タクト14a同志を列毎に接続するよう設けられビット
線を構成する。ソース側不純物拡散層2cは共通に接続
されその上にソース線コンタクト14bが開孔されここ
で金属配線15bとの接続をもつ。この金属配線15b
はソース線を構成する。直列に配置されたトランジスタ
同志は不純物拡散層2cにより接続される。この不純物
拡散層2a,2c及びトランジスタのチャンネル領域は
各列毎にフィールド絶縁膜16により分離されている。
【0023】本発明の特色は第1に直列に接続されるメ
モリトランジスタと対をなす第1の選択用トランジスタ
をメモリ用トランジスタと並列に、しかもチャンネル領
域を隣接して設けたことである。第2にこの第1の選択
用トランジスタのゲート電極を行同志接続し第2のワー
ド線として使用していることにある。
モリトランジスタと対をなす第1の選択用トランジスタ
をメモリ用トランジスタと並列に、しかもチャンネル領
域を隣接して設けたことである。第2にこの第1の選択
用トランジスタのゲート電極を行同志接続し第2のワー
ド線として使用していることにある。
【0024】第1の特色はメモリセルの占有面積を小さ
くすることを目的としている。つまりメモリ用トランジ
スタと第1の選択用トランジスタをフィールド絶縁膜に
よる分離を行なわずに設けたためこの分セル占有面積が
小さくなっている。この特色と関連して、第2のワード
線である第1の選択用トランジスタのゲート電極8は浮
遊ゲート電極4上を横切って配置されている。しかし、
図1に示すようにその幅は浮遊ゲート電極の幅より狭
く、かつ図7に示すように、第1のゲート電極間絶縁膜
6が厚くなっているので、第2のワード線の電位が浮遊
ゲート電極の電位に及ぼす影響は一応無視して差支えな
い。またメモリ用トランジスタの制御ゲート電極はこの
第1の選択用トランジスタのゲート電極8上を覆うよう
に配置される。この結果制御ゲート電極10と浮遊ゲー
ト電極4の容量結合は浮遊ゲート電極4と制御ゲート電
極10が対向している領域に生じる。
くすることを目的としている。つまりメモリ用トランジ
スタと第1の選択用トランジスタをフィールド絶縁膜に
よる分離を行なわずに設けたためこの分セル占有面積が
小さくなっている。この特色と関連して、第2のワード
線である第1の選択用トランジスタのゲート電極8は浮
遊ゲート電極4上を横切って配置されている。しかし、
図1に示すようにその幅は浮遊ゲート電極の幅より狭
く、かつ図7に示すように、第1のゲート電極間絶縁膜
6が厚くなっているので、第2のワード線の電位が浮遊
ゲート電極の電位に及ぼす影響は一応無視して差支えな
い。またメモリ用トランジスタの制御ゲート電極はこの
第1の選択用トランジスタのゲート電極8上を覆うよう
に配置される。この結果制御ゲート電極10と浮遊ゲー
ト電極4の容量結合は浮遊ゲート電極4と制御ゲート電
極10が対向している領域に生じる。
【0025】これら第1,第2の特色は装置の安定した
書込・消去・読み出し動作を与える。
書込・消去・読み出し動作を与える。
【0026】次に本発明の書込・消去・読出し動作につ
いて図1の回路図である図10を参照して説明する。
いて図1の回路図である図10を参照して説明する。
【0027】符号Si,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Mi,j と第1の選択用トランジスタS
i,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、例えばM1,1 ,M1,2 ,M1,3 とS1,1 ,S
1,2 ,S1,2 からなる1つのトランジスタ群をなす。メ
モリセルアレイはこのトランジスタ群の端部に第2の選
択用トランジスタを直列に接続したメモリセルアレイ構
成単位トランジスタ群として行列状に配置して得られ
る。ただし図1の平面図ではソース拡散層配線2b及び
ビット線コンタクト14bを2群で共有するようにおり
返したレイアウト配置になっている。メモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10は各行毎に第1のワード線X
i (i=1〜6)に、また第1の選択用トランジスタの
ゲート電極8に各行毎に第2のワード線Zi (i=1〜
6)に接続されている。メモリセル構成単位トランジス
タ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極15a
は列毎にビット線Yi (i=1,2)を構成しており、
一方第2の選択用トランジスタが接続されていない他方
の端部のメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラ
ンジスタのソース領域2bは共通にソース線S(15
b)に接続されている。又第2の選択用トランジスタの
ゲート電極13は行毎に接続して選択線Ci (i=1,
2)を構成する。図12に書込動作時における代表的な
メモリ用トランジスタを選択した場合の各ワード線,ビ
ット線およびソース線の電位の例を示している。各電圧
の単位はボルト(V)である。なおここで書込とは浮遊
ゲート電極に電子を注入しメモリ用トランジスタの閾値
を増大させることを意味する。
第1の選択用トランジスタであり、符号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Mi,j と第1の選択用トランジスタS
i,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、例えばM1,1 ,M1,2 ,M1,3 とS1,1 ,S
1,2 ,S1,2 からなる1つのトランジスタ群をなす。メ
モリセルアレイはこのトランジスタ群の端部に第2の選
択用トランジスタを直列に接続したメモリセルアレイ構
成単位トランジスタ群として行列状に配置して得られ
る。ただし図1の平面図ではソース拡散層配線2b及び
ビット線コンタクト14bを2群で共有するようにおり
返したレイアウト配置になっている。メモリ用トランジ
スタの制御ゲート電極10は各行毎に第1のワード線X
i (i=1〜6)に、また第1の選択用トランジスタの
ゲート電極8に各行毎に第2のワード線Zi (i=1〜
6)に接続されている。メモリセル構成単位トランジス
タ群の第2の選択用トランジスタのドレイン電極15a
は列毎にビット線Yi (i=1,2)を構成しており、
一方第2の選択用トランジスタが接続されていない他方
の端部のメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラ
ンジスタのソース領域2bは共通にソース線S(15
b)に接続されている。又第2の選択用トランジスタの
ゲート電極13は行毎に接続して選択線Ci (i=1,
2)を構成する。図12に書込動作時における代表的な
メモリ用トランジスタを選択した場合の各ワード線,ビ
ット線およびソース線の電位の例を示している。各電圧
の単位はボルト(V)である。なおここで書込とは浮遊
ゲート電極に電子を注入しメモリ用トランジスタの閾値
を増大させることを意味する。
【0028】この実施例での書込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M
1,1 に書込む場合、このメモリ用トランジスタのドレイ
ン電極にはビット線Y1 よりトランジスタQ1を介して
6Vが、制御ゲート電極には第1のワード線X1 より1
0Vが供給される。一方このメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタQ1,1 のゲート電極に
は第2のワード線Z1 により0Vが供給されこのトラン
ジスタはオフする。従ってドレイン電極からの電流径路
はメモリ用トランジスタM1,1 を通る径路だけとなる。
一方このメモリ用トランジスタM1,1 が属する群の他の
直列に接続されたメモリ用トランジスタM1,2 ,M1,3
の制御ゲート電極は第1のワード線X2 ,X3 により全
て0Vに固定される。他の第1の選択トランジスタS
1,2 ,S1,3 のゲート電極には第2のワード線Z2 ,Z
3 より10Vが供給されオン状態になる。従って選択さ
れたメモリトランジスタM1,1 のソース電極はこの第1
の選択トランジスタS1,2 ,S1,3 を介して接地電位の
ソース線S2 に接続される。このときビット線Y1 より
ソース線にチャンネル電流が流れM1,1 のチャンネル中
にホットエレクトロンが生じ浮遊ゲート電極に電子が注
入される。選択された同一群内のメモリ用トランジスタ
M1,2 ,M1,3 は制御ゲート電極電圧が0Vと低くかつ
ソース・ドレイン電極間に電位差がわずかしか生じない
ため書込まれない。同様にメモリ用トランジスタM1,2
を書込むときも第2の選択用トランジスタのゲート電極
を10Vに同一群内の他のメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極電位を全て0Vに、他の第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極を10Vに、かつ第1の選択用トラ
ンジスタS1,2 のゲート電極電位を0Vにしオフさせれ
ばよい。すなわち選択されたメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタはメモリ用トランジス
タをバイパスする径路を遮断し、他の第1の選択用トラ
ンジスタは非選択メモリ用トランジスタをバイパスする
径路を形成し、ビット線−ソース線間のトランスファー
ゲートとして働く。
るホットエレクトロン注入を利用している。例えばM
1,1 に書込む場合、このメモリ用トランジスタのドレイ
ン電極にはビット線Y1 よりトランジスタQ1を介して
6Vが、制御ゲート電極には第1のワード線X1 より1
0Vが供給される。一方このメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタQ1,1 のゲート電極に
は第2のワード線Z1 により0Vが供給されこのトラン
ジスタはオフする。従ってドレイン電極からの電流径路
はメモリ用トランジスタM1,1 を通る径路だけとなる。
一方このメモリ用トランジスタM1,1 が属する群の他の
直列に接続されたメモリ用トランジスタM1,2 ,M1,3
の制御ゲート電極は第1のワード線X2 ,X3 により全
て0Vに固定される。他の第1の選択トランジスタS
1,2 ,S1,3 のゲート電極には第2のワード線Z2 ,Z
3 より10Vが供給されオン状態になる。従って選択さ
れたメモリトランジスタM1,1 のソース電極はこの第1
の選択トランジスタS1,2 ,S1,3 を介して接地電位の
ソース線S2 に接続される。このときビット線Y1 より
ソース線にチャンネル電流が流れM1,1 のチャンネル中
にホットエレクトロンが生じ浮遊ゲート電極に電子が注
入される。選択された同一群内のメモリ用トランジスタ
M1,2 ,M1,3 は制御ゲート電極電圧が0Vと低くかつ
ソース・ドレイン電極間に電位差がわずかしか生じない
ため書込まれない。同様にメモリ用トランジスタM1,2
を書込むときも第2の選択用トランジスタのゲート電極
を10Vに同一群内の他のメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極電位を全て0Vに、他の第1の選択用トラン
ジスタのゲート電極を10Vに、かつ第1の選択用トラ
ンジスタS1,2 のゲート電極電位を0Vにしオフさせれ
ばよい。すなわち選択されたメモリ用トランジスタと対
をなす第1の選択用トランジスタはメモリ用トランジス
タをバイパスする径路を遮断し、他の第1の選択用トラ
ンジスタは非選択メモリ用トランジスタをバイパスする
径路を形成し、ビット線−ソース線間のトランスファー
ゲートとして働く。
【0029】M1,5 で代表される同一ビット線に接続さ
れている他のメモリ用トランジスタ群の誤書込・誤消去
を防止するために他のトランジスタ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 は全て0Vに固定される。このた
めメモリ用トランジスタを通るチャンネル電流が生じず
書込が生じない。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M1,1 とM2,1 の選択書込はビッ
ト線電圧によって実現される。すなわちM2,1 の書込み
時はビット線Y1 が0Vに固定されてソース・ドレイン
間電位差が0Vになり書込が行なわれない。又ビット線
Y1 を開放状態にすることでもチャンネル電流は流れず
書込は行なわれない。
れている他のメモリ用トランジスタ群の誤書込・誤消去
を防止するために他のトランジスタ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 は全て0Vに固定される。このた
めメモリ用トランジスタを通るチャンネル電流が生じず
書込が生じない。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M1,1 とM2,1 の選択書込はビッ
ト線電圧によって実現される。すなわちM2,1 の書込み
時はビット線Y1 が0Vに固定されてソース・ドレイン
間電位差が0Vになり書込が行なわれない。又ビット線
Y1 を開放状態にすることでもチャンネル電流は流れず
書込は行なわれない。
【0030】次に消去の例について説明する。図13,
図14に消去動作時の各ワード線,ビット線およびソー
ス線の電位の一例を示す。
図14に消去動作時の各ワード線,ビット線およびソー
ス線の電位の一例を示す。
【0031】なおここで消去とは浮遊ゲート電極から電
子を放出しメモリ用トランジスタの閾値を減少させるこ
とを意味する。この例での消去は以下のようにして実現
される。つまりソース・ドレイン領域もしくはどちらか
一方に例えば18V等の高電圧を、制御ゲート電極に例
えば0V等の低電圧を印加した場合浮遊ゲート電極から
ソース又はドレイン領域にむかう第1のゲート絶縁膜中
の電界が強くなる。この結果第1のゲート絶縁膜を介し
F−Nトンネリング現象が起こり電子の放出が起きる。
消去はこのF−N電子トンネリングの性質を利用してい
る。
子を放出しメモリ用トランジスタの閾値を減少させるこ
とを意味する。この例での消去は以下のようにして実現
される。つまりソース・ドレイン領域もしくはどちらか
一方に例えば18V等の高電圧を、制御ゲート電極に例
えば0V等の低電圧を印加した場合浮遊ゲート電極から
ソース又はドレイン領域にむかう第1のゲート絶縁膜中
の電界が強くなる。この結果第1のゲート絶縁膜を介し
F−Nトンネリング現象が起こり電子の放出が起きる。
消去はこのF−N電子トンネリングの性質を利用してい
る。
【0032】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
ついて図13を参照して説明する。
可能である。まず最初にソース側から消去を行う場合に
ついて図13を参照して説明する。
【0033】一括消去の場合は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、ソース線を20
Vに、全ての選択線を0Vの状態にする。この結果全て
のメモリトランジスタ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圧に保たれ消去が可能
になる。
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、ソース線を20
Vに、全ての選択線を0Vの状態にする。この結果全て
のメモリトランジスタ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圧に保たれ消去が可能
になる。
【0034】ワード線を選択して消去をする場合は選択
した第1のワード線のみ0Vにし他の全ての第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
択線は0Vにしてビット線から各トランジスタ群を切り
はなす。この結果選択されたワード線以外では浮遊ゲー
ト電極−ソース・ドレイン電極間の電界が小さくなりF
−N電子トンネリングが起きず消去が禁止される。この
結果選択された第1のワード線に接続されたメモリ用ト
ランジスタのみが消去される。
した第1のワード線のみ0Vにし他の全ての第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
択線は0Vにしてビット線から各トランジスタ群を切り
はなす。この結果選択されたワード線以外では浮遊ゲー
ト電極−ソース・ドレイン電極間の電界が小さくなりF
−N電子トンネリングが起きず消去が禁止される。この
結果選択された第1のワード線に接続されたメモリ用ト
ランジスタのみが消去される。
【0035】ビット線側から消去する場合は、図14に
示すように、ソース線Sを開放にし、ビット線Y1 ,Y
2 に20Vを印加するほかは上述したソース線からの消
去の場合と同じである。
示すように、ソース線Sを開放にし、ビット線Y1 ,Y
2 に20Vを印加するほかは上述したソース線からの消
去の場合と同じである。
【0036】図11(a)はこれら書込・消去モードに
おけるメモリ用トランジスタの閾値変化を示している。
書込が行なわれた場合閾値が上昇し例えば制御ゲート電
極電位VG が0Vで、電流ID が流れず、逆に消去が行
なわれた場合閾値は減少し、制御ゲート電極電位VG が
0Vで電流が流れる。
おけるメモリ用トランジスタの閾値変化を示している。
書込が行なわれた場合閾値が上昇し例えば制御ゲート電
極電位VG が0Vで、電流ID が流れず、逆に消去が行
なわれた場合閾値は減少し、制御ゲート電極電位VG が
0Vで電流が流れる。
【0037】図11(b)はメモリ用トランジスタ閾値
の時間に対する変動を示している。なお消去は電気的に
行う方法のみ説明したが、これは例えば紫外線照射によ
る一括消去でもかまわない。
の時間に対する変動を示している。なお消去は電気的に
行う方法のみ説明したが、これは例えば紫外線照射によ
る一括消去でもかまわない。
【0038】次に読み出し時の動作の説明を図15を参
照して行う。
照して行う。
【0039】選択したメモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極に0Vをそれと対をなす第1の選択用トランジス
タのゲート電極に0Vを印加し第1の選択用トランジス
タのチャンネルをオフし、メモリ用トランジスタのチャ
ンネル部のみの電流径路とする。この選択したメモリ用
トランジスタが属する群の他の第1の選択用トランジス
タのゲート電極は全て5Vにしオン状態にしてトランス
ファーゲートトランジスターとしてビット線から選択さ
れたメモリ用トランジスタのドレイン電極までの電流径
路及び選択されたメモリ用トランジスタからソース線ま
での電流径路をつくる。この結果選択されたメモリ用ト
ランジスタが書込状態であり閾値が0V以上であればこ
のメモリ用トランジスタによりビット線からソース線へ
の電流径路は遮断されビット線からソース線への電流流
出は起こらない。逆に選択されたメモリ用トランジスタ
が消去状態であり閾値が0V以下であればこのメモリ用
トランジスタを介してチャンネル電流が流れる。この電
流はビット線からの流出電流として現われる。このよう
に選択したメモリ用トランジスタの“書込”もしくは
“消去”状態がビット線からの電流の“無”,“有”に
対応しこの電流をビット線に接続したセンス増幅器等で
検出しデータ“1”,“0”に対応づけて情報を記憶す
る。非選択メモリ用トランジスタの制御ゲート電極は0
Vでも5Vでもよい。なぜならこのメモリトランジスタ
は対になる選択用トランジスタの存在によりトランスフ
ァーとしての働きをなす必要がなくなっているからであ
る。また本発明では読み出し時の非選択メモリ用トラン
ジスタの閾値も同様の意味からどのような値であっても
よい。要するに選択用トランジスタの閾値が第2のワー
ド線電圧よりも低ければこのトランジスタがトランスフ
ァーとして働き本装置の読み出し機能は動作する。選択
したメモリ用トランジスタが属していない群の第1のワ
ード線及び第2のワード線及び選択線は全て0Vに固定
される。このためビット線からこの群を通る電流径路は
遮断される。このため他の群の全てのメモリ用トランジ
スタの閾値が0V以下でも動作に影響がない。同一のワ
ード線に接続されるメモリ用トランジスタを並列に読み
出すことも可能である。これは例えばM1,1 とM2,1 を
同時に読み出すことで代表される。つまりビット線Y1
とビット線Y2 を別々のセンス増幅器に接続しそれぞれ
の電流に応じてデータを出力すればよい。
ト電極に0Vをそれと対をなす第1の選択用トランジス
タのゲート電極に0Vを印加し第1の選択用トランジス
タのチャンネルをオフし、メモリ用トランジスタのチャ
ンネル部のみの電流径路とする。この選択したメモリ用
トランジスタが属する群の他の第1の選択用トランジス
タのゲート電極は全て5Vにしオン状態にしてトランス
ファーゲートトランジスターとしてビット線から選択さ
れたメモリ用トランジスタのドレイン電極までの電流径
路及び選択されたメモリ用トランジスタからソース線ま
での電流径路をつくる。この結果選択されたメモリ用ト
ランジスタが書込状態であり閾値が0V以上であればこ
のメモリ用トランジスタによりビット線からソース線へ
の電流径路は遮断されビット線からソース線への電流流
出は起こらない。逆に選択されたメモリ用トランジスタ
が消去状態であり閾値が0V以下であればこのメモリ用
トランジスタを介してチャンネル電流が流れる。この電
流はビット線からの流出電流として現われる。このよう
に選択したメモリ用トランジスタの“書込”もしくは
“消去”状態がビット線からの電流の“無”,“有”に
対応しこの電流をビット線に接続したセンス増幅器等で
検出しデータ“1”,“0”に対応づけて情報を記憶す
る。非選択メモリ用トランジスタの制御ゲート電極は0
Vでも5Vでもよい。なぜならこのメモリトランジスタ
は対になる選択用トランジスタの存在によりトランスフ
ァーとしての働きをなす必要がなくなっているからであ
る。また本発明では読み出し時の非選択メモリ用トラン
ジスタの閾値も同様の意味からどのような値であっても
よい。要するに選択用トランジスタの閾値が第2のワー
ド線電圧よりも低ければこのトランジスタがトランスフ
ァーとして働き本装置の読み出し機能は動作する。選択
したメモリ用トランジスタが属していない群の第1のワ
ード線及び第2のワード線及び選択線は全て0Vに固定
される。このためビット線からこの群を通る電流径路は
遮断される。このため他の群の全てのメモリ用トランジ
スタの閾値が0V以下でも動作に影響がない。同一のワ
ード線に接続されるメモリ用トランジスタを並列に読み
出すことも可能である。これは例えばM1,1 とM2,1 を
同時に読み出すことで代表される。つまりビット線Y1
とビット線Y2 を別々のセンス増幅器に接続しそれぞれ
の電流に応じてデータを出力すればよい。
【0040】選択線の存在は次のような効果を与える。
第1に書込時に非選択メモリ用トランジスタを通じて流
れる寄生漏れ電流が第2の選択用トランジスタにより遮
断でき効率的な書込が可能になる。この結果書込と消去
間の閾値変動幅が広くとれる。第2にビット線に接続さ
れる拡散層を各トランジスタ群の第2の選択用トランジ
スタのドレイン拡散層のみとすることができるためビッ
ト線容量を小さくすることができる。
第1に書込時に非選択メモリ用トランジスタを通じて流
れる寄生漏れ電流が第2の選択用トランジスタにより遮
断でき効率的な書込が可能になる。この結果書込と消去
間の閾値変動幅が広くとれる。第2にビット線に接続さ
れる拡散層を各トランジスタ群の第2の選択用トランジ
スタのドレイン拡散層のみとすることができるためビッ
ト線容量を小さくすることができる。
【0041】図16は本発明の第2の実施例を示す半導
体チップの平面図、図17は16のA−A線断面図、図
18は図16のB−B線断面図、図19は図16のC−
C線断面図、図20は図16のD−D線断面図である。
体チップの平面図、図17は16のA−A線断面図、図
18は図16のB−B線断面図、図19は図16のC−
C線断面図、図20は図16のD−D線断面図である。
【0042】この実施例はメモリ用トランジスタと第1
の選択用トランジスタの対になっている部分の構造のみ
が第1の実施例と異なっている。このためこの部分のみ
を抽出して図示してある。
の選択用トランジスタの対になっている部分の構造のみ
が第1の実施例と異なっている。このためこの部分のみ
を抽出して図示してある。
【0043】この構造の特色は第1に第1の選択用トラ
ンジスタのゲート電極8がメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極10上にあること、第2に第1の選択用トラ
ンジスタのチャンネル領域はメモリ用トランジスタの制
御ゲート電極10の開孔部18下に設けられ、第1の選
択用トランジスタのゲート電極8はこの領域で第1の選
択用トランジスタのゲート絶縁膜7に接しチャンネル領
域を覆っていることである。
ンジスタのゲート電極8がメモリ用トランジスタの制御
ゲート電極10上にあること、第2に第1の選択用トラ
ンジスタのチャンネル領域はメモリ用トランジスタの制
御ゲート電極10の開孔部18下に設けられ、第1の選
択用トランジスタのゲート電極8はこの領域で第1の選
択用トランジスタのゲート絶縁膜7に接しチャンネル領
域を覆っていることである。
【0044】この構造によるとメモリ用トランジスタの
浮遊ゲート電極4と制御ゲート電極10との対向面積を
大きくとることが可能で強い容量結合を実現することが
可能である。他の部分の構造・構成は第1の実施例と同
様であり駆動法,機能等は何ら変わらない。
浮遊ゲート電極4と制御ゲート電極10との対向面積を
大きくとることが可能で強い容量結合を実現することが
可能である。他の部分の構造・構成は第1の実施例と同
様であり駆動法,機能等は何ら変わらない。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように本発明は直列に接続
されたメモリ用トランジスタのそれぞれと並列に第1の
選択トランジスタをそのチャンネル領域がメモリ用トラ
ンジスタチャンネル領域に隣接するように設け、かつこ
の第1の選択用トランジスタのゲート電圧を制御する第
2のワード線を設け、かつ各直列に接続された、メモリ
用トランジスタ及び第1の選択トランジスタの対とビッ
ト線間に第2の選択トランジスタを設けることにより以
下に述べるような効果がある。
されたメモリ用トランジスタのそれぞれと並列に第1の
選択トランジスタをそのチャンネル領域がメモリ用トラ
ンジスタチャンネル領域に隣接するように設け、かつこ
の第1の選択用トランジスタのゲート電圧を制御する第
2のワード線を設け、かつ各直列に接続された、メモリ
用トランジスタ及び第1の選択トランジスタの対とビッ
ト線間に第2の選択トランジスタを設けることにより以
下に述べるような効果がある。
【0046】(1)選択的書込時において中間電位を設
定する必要がなく2値の電圧設定でよい。従って周辺回
路・制御回路の設計が容易である。
定する必要がなく2値の電圧設定でよい。従って周辺回
路・制御回路の設計が容易である。
【0047】(2)過書込・過消去の問題を起こさな
い、つまりメモリ用トランジスタの閾値変動に上限・下
限の制限がない。このため書込・消去時のメモリ用トラ
ンジスタの閾値変動差が大きくとれる。また周辺回路、
特に書込系の制御回路の設計が単純でかつ容易である。
またメモリ用トランジスタ製造時の変動要因によるプロ
グラム特性の差が生じても許容でき高い製造歩留まりを
有する。
い、つまりメモリ用トランジスタの閾値変動に上限・下
限の制限がない。このため書込・消去時のメモリ用トラ
ンジスタの閾値変動差が大きくとれる。また周辺回路、
特に書込系の制御回路の設計が単純でかつ容易である。
またメモリ用トランジスタ製造時の変動要因によるプロ
グラム特性の差が生じても許容でき高い製造歩留まりを
有する。
【0048】(3)書込にホットエレクトロン注入を使
用することができるため消去時に比べ書込時の非選択メ
モリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜中の電界を小
さくすることができる。このため書込中の同一ワード線
に接続された非選択メモリ用トランジスタの誤書込を容
易に防止することができる。また書込後の閾値も制御ゲ
ート電圧を例えば0V等の低電圧で行なえるため書込時
の制御ゲート電圧が低くできるので、第1のワード線を
駆動するデコーダには高耐圧ドレインを有するトランジ
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。
用することができるため消去時に比べ書込時の非選択メ
モリ用トランジスタの第1のゲート絶縁膜中の電界を小
さくすることができる。このため書込中の同一ワード線
に接続された非選択メモリ用トランジスタの誤書込を容
易に防止することができる。また書込後の閾値も制御ゲ
ート電圧を例えば0V等の低電圧で行なえるため書込時
の制御ゲート電圧が低くできるので、第1のワード線を
駆動するデコーダには高耐圧ドレインを有するトランジ
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。
【0049】(4)書込をF−N電子トンネリングで行
う必要がなくまた消去をF−N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第1のゲート絶縁膜に例えば1
2nm等の比較的厚い酸化膜を使用することも可能であ
る。このため絶縁膜製造時の制御が容易でかつ製造歩留
りも高い。
う必要がなくまた消去をF−N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第1のゲート絶縁膜に例えば1
2nm等の比較的厚い酸化膜を使用することも可能であ
る。このため絶縁膜製造時の制御が容易でかつ製造歩留
りも高い。
【0050】(5)書込中のドレイン電圧が低くてよい
ためメモリ用トランジスタの浮遊ゲート電極−ドレイン
間電界を比較的弱く設定できる。そのため既書込データ
に対する書込中の誤消去が起きにくい。このため直列に
接続したメモリ用トランジスタ群のうちの書込順序に制
限がない。このため周辺回路の設計が容易である。
ためメモリ用トランジスタの浮遊ゲート電極−ドレイン
間電界を比較的弱く設定できる。そのため既書込データ
に対する書込中の誤消去が起きにくい。このため直列に
接続したメモリ用トランジスタ群のうちの書込順序に制
限がない。このため周辺回路の設計が容易である。
【0051】(6)ワード消去・ワード書込が可能であ
る。つまり特定のワード線の情報のみを書き変えること
ができる。そのため全ビット消去,全ビット書込を行な
わないで記憶データの更新が可能である。このためプロ
グラム時間の大幅短縮が実現できる。このため随時蓄積
データのプログラム・記憶の用途に適している。
る。つまり特定のワード線の情報のみを書き変えること
ができる。そのため全ビット消去,全ビット書込を行な
わないで記憶データの更新が可能である。このためプロ
グラム時間の大幅短縮が実現できる。このため随時蓄積
データのプログラム・記憶の用途に適している。
【0052】(7)各メモリ用トランジスタのチャンネ
ル領域に隣接して第1の選択用トランジスタのチャンネ
ル領域が設けられているためセル占有面積が小さい。ま
た各トランジスタ群のソース側に何等選択用のトランジ
スタを設ける必要がなくセルアレイ面積が小さい。
ル領域に隣接して第1の選択用トランジスタのチャンネ
ル領域が設けられているためセル占有面積が小さい。ま
た各トランジスタ群のソース側に何等選択用のトランジ
スタを設ける必要がなくセルアレイ面積が小さい。
【0053】以上のように本発明は多くの利点を有して
いる。
いる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体チップの平
面図である。
面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図1のB−B線断面図である。
【図4】図1のC−C線断面図である。
【図5】図1のD−D線断面図である。
【図6】図1のE−E線断面図である。
【図7】図1のF−F線断面図である。
【図8】図1のG−G線断面図である。
【図9】図1のH−H線断面図である。
【図10】本発明におけるメモリアレイの回路図であ
る。
る。
【図11】メモリ用トランジスタの書込状態および消去
状態におけるID −VG 特性図(図11(a))および
書込動作および消去動作中における閾値電圧の時間変化
を示す特性図(図11(b))である。
状態におけるID −VG 特性図(図11(a))および
書込動作および消去動作中における閾値電圧の時間変化
を示す特性図(図11(b))である。
【図12】本発明の不揮発性半導体記憶装置の書込動作
の説明に使用する図である。
の説明に使用する図である。
【図13】本発明の不揮発性半導体記憶装置のソース線
からの消去動作の説明に使用する図である。
からの消去動作の説明に使用する図である。
【図14】本発明の不揮発性半導体記憶装置のドット線
からの消去動作の説明に使用する図である。
からの消去動作の説明に使用する図である。
【図15】本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出し
動作の説明に使用する図である。
動作の説明に使用する図である。
【図16】本発明の第2の実施例を示す半導体チップの
平面図である。
平面図である。
【図17】図16のA−A線断面図である。
【図18】図16のB−B線断面図である。
【図19】図16のC−C線断面図である。
【図20】図16のD−D線断面図である。
【図21】従来の不揮発性半導体記憶装置の回路図であ
る。
る。
【図22】従来例を示す半導体チップの平面図である。
【図23】図22のA−A線断面図である。
【図24】従来の不揮発性半導体記憶装置の書込み動作
および読み出し動作の説明に使用する図である。
および読み出し動作の説明に使用する図である。
【図25】従来の不揮発性半導体記憶装置の書き込み状
態におけるバイアス状態の説明に使用する図である。
態におけるバイアス状態の説明に使用する図である。
1,21 P型シリコン基板
2a〜2c,22a〜22c N型不純物拡散層
3,23 メモリ用トランジスタの第1のゲート絶縁
膜 4,24 浮遊ゲート電極 5,25 メモリ用トランジスタの第2のゲート絶縁
膜 6 第1のゲート電極間絶縁膜 7 第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 8 第1の選択用トランジスタのゲート電極 28 第1,第2選択トランジスタのゲート電極 9 第2のゲート電極間絶縁膜 10,30 制御ゲート電極 11 第3のゲート電極間絶縁膜 12 第2の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 32 第1,第2選択トランジスタのゲート絶縁膜 13 第2の選択用トランジスタのゲート電極 14a,14b コンタクト孔 15a,15b 金属配線 16 フィールド絶縁膜 17 層間絶縁膜 29 層間絶縁膜 31 コンタクト孔 32 金属配線 C1 ,C2 選択線 Mi,j メモリ用トランジスタ Q1 ,Q2 第2の選択用トランジスタ S ソース線 Si1 第1選択トランジスタ Si,j 第1の選択用トランジスタ S2j 第2選択トランジスタ X1 〜X6 第1のワード線 Y1 ,Y2 ビット線 Z1 〜Z6 第2のワード線
膜 4,24 浮遊ゲート電極 5,25 メモリ用トランジスタの第2のゲート絶縁
膜 6 第1のゲート電極間絶縁膜 7 第1の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 8 第1の選択用トランジスタのゲート電極 28 第1,第2選択トランジスタのゲート電極 9 第2のゲート電極間絶縁膜 10,30 制御ゲート電極 11 第3のゲート電極間絶縁膜 12 第2の選択用トランジスタのゲート絶縁膜 32 第1,第2選択トランジスタのゲート絶縁膜 13 第2の選択用トランジスタのゲート電極 14a,14b コンタクト孔 15a,15b 金属配線 16 フィールド絶縁膜 17 層間絶縁膜 29 層間絶縁膜 31 コンタクト孔 32 金属配線 C1 ,C2 選択線 Mi,j メモリ用トランジスタ Q1 ,Q2 第2の選択用トランジスタ S ソース線 Si1 第1選択トランジスタ Si,j 第1の選択用トランジスタ S2j 第2選択トランジスタ X1 〜X6 第1のワード線 Y1 ,Y2 ビット線 Z1 〜Z6 第2のワード線
Claims (3)
- 【請求項1】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を
有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラン
ジスタを並列に接続した対を1つの単位として少なくと
も複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なく
とも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接続して
メモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリア
レイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリ
アレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジ
スタのゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前
記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用
トランジスタのドレイン電極同志を各列毎に接続してビ
ット線とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群
の前記第2の選択用トランジスタが接続されていない方
の端部のメモリ用トランジスタおよび選択用トランジス
タのソース電極同志を共通に接続してソース線とし、前
記第1の選択用トランジスタのチャンネル部と前記メモ
リ用トランジスタのチャンネル部が半導体基板の所定の
領域に隣接して設けられていることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 浮遊ゲート電極および制御ゲート電極を
有するメモリ用トランジスタおよび第1の選択用トラン
ジスタを並列に接続した対を1つの単位として少なくと
も複数個直列に接続したトランジスタ群の端部に少なく
とも1つの第2の選択用トランジスタを直列に接続して
メモリアレイ構成単位トランジスタ群とし、該メモリア
レイ構成単位トランジスタ群を行列状に配列してメモリ
アレイを構成し、前記メモリ用トランジスタの制御ゲー
ト電極同志を各行毎に接続し第1のワード線とし、前記
第1の選択用トランジスタのゲート電極同志を各行毎に
接続し第2のワード線とし、前記第2の選択用トランジ
スタのゲート電極同志を行状に接続して選択線とし、前
記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の第2の選択用
トランジスタのドレイン同志を各列毎に接続してビット
線とし、前記メモリアレイ構成単位トランジスタ群の前
記第2の選択用トランジスタが接続されていない方の端
部のメモリ用トランジスタおよび選択用トランジスタの
ソース電極同志を共通に接続してソース線とし、前記メ
モリ用トランジスタは、P型半導体基板の表面部に選択
的に形成された1対のN型不純物拡散層、前記P型半導
体基板の前記1対のN型不純物拡散層で挟まれた領域の
表面に形成された第1のゲート絶縁膜、前記第1のゲー
ト絶縁膜上に形成された浮遊ゲート電極、前記浮遊ゲー
ト電極上に中央部を横断して設けられた第1のゲート電
極間絶縁膜と前記浮遊ゲート電極上の前記第1のゲート
電極間絶縁膜が設けられていない部分に設けられた前記
第1のゲート電極間絶縁膜より薄い第2のゲート絶縁膜
および前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた制御ゲー
ト電極を有し、前記第2のワード線は前記第1のゲート
電極間絶縁膜上に設けられていることを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 第1の選択用トランジスタのチャネル部
はメモリ用トランジスタのチャネル部に隣接して設けら
れ、浮遊ゲート電極は第1のゲート絶縁膜上からはみ出
してフィールド絶縁膜上に延びて設けられている請求項
2記載の不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18600391A JP3146528B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18600391A JP3146528B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0529586A true JPH0529586A (ja) | 1993-02-05 |
JP3146528B2 JP3146528B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=16180670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18600391A Expired - Fee Related JP3146528B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3146528B2 (ja) |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP18600391A patent/JP3146528B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3146528B2 (ja) | 2001-03-19 |
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