JPH08106791A - Method of driving semiconductor memory - Google Patents
Method of driving semiconductor memoryInfo
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- JPH08106791A JPH08106791A JP23875894A JP23875894A JPH08106791A JP H08106791 A JPH08106791 A JP H08106791A JP 23875894 A JP23875894 A JP 23875894A JP 23875894 A JP23875894 A JP 23875894A JP H08106791 A JPH08106791 A JP H08106791A
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- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性メモリとして
機能する複数のメモリセルからなるアレイ構造を有する
半導体記憶装置及びその駆動方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device having an array structure composed of a plurality of memory cells functioning as a non-volatile memory and a driving method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、不揮発性メモリを搭載した半
導体記憶装置として、例えば特開平5-28778 号公報や特
開平4-356797号公報、特開平4-15953 号公報に開示され
るごとく、不揮発性メモリセルを構成するメモリセルの
ソースに接続されているソース線にもソースデコーダを
接続するようにしたものが知られている。以下、図24
〜図28を参照しながら、従来の不揮発性メモリセルを
搭載した半導体記憶装置について説明する。図24は従
来の半導体記憶装置のブロック回路図である。101は
メモリセルアレイ、102はロウデコーダ回路、103
はカラムデコーダ回路、104はソースデコーダ回路で
ある。図25は従来の半導体記憶装置のメモリセルアレ
イ101の一部を示す回路図である。ここでT11〜Tmn
は不揮発性メモリトランジスタ、W1 〜Wm はワード
線、B1 〜Bn はビット線、S1 〜Sm はソース線、S
A1 〜SAn はセンスアンプ、ST1 〜STn は列選択
用トランジスタ、RD1〜RDm はロウデコーダ、SD
1 〜SDm はソースデコーダである。図25に示すよう
に各メモリトランジスタT11〜Tmnはソース、ドレイ
ン、ゲートからなり、このトランジスタT11〜Tmnのゲ
ート下方に容量部(フローティングゲート)が配置され
て、不揮発性メモリセルが構成されている。そして、メ
モリセルアレイ101は、各トランジスタT11〜Tmnを
内蔵するメモリセルをm行n列の行列状に配置して構成
されている。そして、第1行に配置されたトランジスタ
T11〜T1nのゲートはワード線W1 に、第2行に配置さ
れたトランジスタT21〜T2nのゲートはワード線W2
に、第m行に配置されたトランジスタTm1〜Tmnのゲー
トはワード線Wm にそれぞれ接続されている。また、第
1行に配置されたトランジスタT11〜T1nのソースはソ
ース線S1 に、第2行に配置されたトランジスタT21〜
T2nのソースはソース線S2 に、第m行に配置されたト
ランジスタTm1〜Tmnのソースはソース線Sm にそれぞ
れ接続されている。さらに、第1列に配置されたトラン
ジスタT11〜Tm1のドレインはビット線B1 に、第2列
に配置されたトランジスタT12〜Tm2のドレインはビッ
ト線B2 に、第n列に配置されたトランジスタT1n〜T
mnのドレインはビット線Bn にそれぞれ接続されてい
る。すなわち、ワード線W1 〜Wm とビット線B1 〜B
n の交点にメモリトランジスタT11〜Tmnを配置するN
OR型の構成である。ここでワード線W1 〜Wm とソー
ス線S1 〜Sm は同じ方向に延びて、ワード線W1 〜W
m はロウデコーダRD1 〜RDm をハイしてなるロウデ
コーダ回路102に、ソース線S1 〜Sm はソースデコ
ーダSD1 〜SDm を配置してなるソースデコーダ回路
104に接続される一方、ビット線B1 〜Bn はワード
線W1 〜Wm 及びソース線S1 〜Sm とは直交する方向
に延びてセンスアンプSA1 〜SAn を介してカラムデ
コーダ回路103に接続される。そして、後述するよう
に、各ビット線B1〜Bn の一部位から各メモリトラン
ジスタT11〜Tmnを経て各ソース線S1 〜Sm に至る経
路P11〜Pmnには、ゲートの電位がしきい値以上でドレ
インーソース間の電位が所定以上のときに、容量部のメ
モリ状態が“1”であれば電流が流れ、容量部のメモリ
状態が“0”であれば電流が流れないようになされてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor memory device equipped with a nonvolatile memory, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei5-28778, Japanese Unexamined Patent Publication Hei-4-356797 and Japanese Unexamined Patent Publication Hei4-15953, There is known one in which a source decoder is connected to a source line connected to the source of a memory cell that constitutes a memory cell. Below, FIG.
28 to 28, a conventional semiconductor memory device equipped with a nonvolatile memory cell will be described. FIG. 24 is a block circuit diagram of a conventional semiconductor memory device. 101 is a memory cell array, 102 is a row decoder circuit, 103
Is a column decoder circuit, and 104 is a source decoder circuit. FIG. 25 is a circuit diagram showing a part of a memory cell array 101 of a conventional semiconductor memory device. Where T11 to Tmn
Is a non-volatile memory transistor, W1 to Wm are word lines, B1 to Bn are bit lines, S1 to Sm are source lines, S
A1 to SAn are sense amplifiers, ST1 to STn are column selecting transistors, RD1 to RDm are row decoders, SD
1 to SDm are source decoders. As shown in FIG. 25, each of the memory transistors T11 to Tmn is composed of a source, a drain, and a gate, and a capacitance portion (floating gate) is arranged below the gates of the transistors T11 to Tmn to form a nonvolatile memory cell. . The memory cell array 101 is configured by arranging memory cells having the transistors T11 to Tmn therein in a matrix of m rows and n columns. The gates of the transistors T11 to T1n arranged in the first row are word lines W1 and the gates of the transistors T21 to T2n arranged in the second row are word lines W2.
In addition, the gates of the transistors Tm1 to Tmn arranged in the m-th row are connected to the word line Wm, respectively. The sources of the transistors T11 to T1n arranged in the first row are the source lines S1 to the transistors T21 to T1n arranged in the second row.
The source of T2n is connected to the source line S2, and the sources of the transistors Tm1 to Tmn arranged in the m-th row are connected to the source line Sm. Further, the drains of the transistors T11 to Tm1 arranged in the first column are on the bit line B1, the drains of the transistors T12 to Tm2 arranged in the second column are on the bit line B2, and the transistors T1n to Tn in the nth column are arranged. T
The drains of mn are connected to the bit lines Bn, respectively. That is, word lines W1 to Wm and bit lines B1 to Bm
N which arranges the memory transistors T11 to Tmn at the intersection of n
It is an OR type configuration. Here, the word lines W1 to Wm and the source lines S1 to Sm extend in the same direction, and the word lines W1 to Wm.
m is connected to the row decoder circuit 102 in which the row decoders RD1 to RDm are set high, the source lines S1 to Sm are connected to the source decoder circuit 104 in which the source decoders SD1 to SDm are arranged, while the bit lines B1 to Bn are connected. The word lines W1 to Wm and the source lines S1 to Sm extend in a direction orthogonal to each other and are connected to the column decoder circuit 103 via sense amplifiers SA1 to SAn. As will be described later, in the paths P11 to Pmn from one portion of each bit line B1 to Bn to each source line S1 to Sm via each memory transistor T11 to Tmn, the potential of the gate is equal to or more than the threshold voltage. When the potential between the source and the source is equal to or higher than a predetermined value, a current flows if the memory state of the capacitor is "1", and no current flows if the memory state of the capacitor is "0".
【0003】次に、図25を参照しながら、従来の半導
体記憶装置のデータ読み出し方法について説明する。E
EPROMに代表される不揮発性半導体記憶装置ではメ
モリトランジスタのしきい値を電気的に大きく変化させ
ることで書き込みと消去が行なわれる。一般には、メモ
リセルが読み出し電源電圧Vccより高しきい値電圧にあ
る状態を“0”状態、メモリセルが読み出し電源電圧V
ccより低しきい値電圧にある状態を“1”状態と言い、
以後そう呼ぶことにする。Next, referring to FIG. 25, a conventional data reading method of a semiconductor memory device will be described. E
In a nonvolatile semiconductor memory device represented by EPROM, writing and erasing are performed by electrically changing the threshold value of a memory transistor. Generally, a state in which the memory cell is at a threshold voltage higher than the read power supply voltage Vcc is a “0” state, and the memory cell is in the read power supply voltage Vcc
The state where the threshold voltage is lower than cc is called "1" state,
I will call it so.
【0004】例えばトランジスタT22を内蔵するメモリ
セル(以下、メモリセル(T22)と記述する)を読みだ
す場合について従来の読み出し方法を説明する。まず、
選択ワード線W2 を読み出し電源電圧Vcc(例えば5
V)にし、非選択ワード線W1、W3 を接地電位Vss
(例えば0V)にする。同時に選択ソース線S2 を接地
電位Vssにし、非選択ソース線S1 、Sm を読み出し中
間電位Vrm(例えば1V)又は読み出し中間電位Vrmに
保ったままフローティングにする。また、選択ビット線
B2 をセンスアンプを介してVrmにし、非選択ビット線
B1 、Bn を接地電位Vss又は接地電位Vssに保ったま
まフローティングにする。実際には、ビット線にはセン
スアンプが接続されているため、ビット線の電位はVrm
から僅かに変動するが、ここでは説明を簡単にするため
に一定の電圧であるとする。また、非選択ソース線と非
選択ビット線をフローティングにする場合もあるとした
が、説明を簡単にするために、非選択ソース線は読み出
し中間電位Vrm、非選択ビット線はVssとする。メモリ
セル(T22)が“0”状態ならばメモリセル(T22)は
電流を流さず、ビット線B2 には電流が流れない。メモ
リセル(T22)が“1”状態ならばビット線B2 からメ
モリセル(T22)を通ってソース線S2 に電流が流れ
る。ビット線B2 の電流の有無をセンスアンプで検知す
ることでデータが読み出される。従来の不揮発性メモリ
セルを搭載した半導体記憶装置では、例えば図19に示
すようにメモリセル(T22)と同じビット線B2 に接続
されている非選択メモリセル(T12)が過剰に低しきい
値電圧状態で弱くデプレッション化していたとしても、
ソース線S1 の電位がVrmでありビット線B2 と同電位
であるため、ビット線B2 からS1 には電流は流れにく
く、非選択メモリセル(T12)がよほど強くデプレッシ
ョン化していない限り非選択メモリセル(T12)を誤読
み出しにはならず、読み出しマージンが広くなってい
る。ソース線S1 をフローティングにする場合も同様
に、ビット線B2 からソース線S1 には貫通電流は流れ
ず、非選択メモリセル(T12)を誤読み出しにはなら
ず、読み出しマージンが広くなっている。A conventional read method will be described for the case of reading a memory cell having a transistor T22 therein (hereinafter, referred to as a memory cell (T22)). First,
The selected word line W2 is read out from the power source voltage Vcc (for example, 5
V) and set the non-selected word lines W1 and W3 to the ground potential Vss.
(For example, 0 V). At the same time, the selected source line S2 is set to the ground potential Vss, and the non-selected source lines S1 and Sm are floated while being kept at the read intermediate potential Vrm (for example, 1V) or the read intermediate potential Vrm. Further, the selected bit line B2 is set to Vrm via the sense amplifier, and the non-selected bit lines B1 and Bn are made floating while keeping the ground potential Vss or the ground potential Vss. In reality, since the sense amplifier is connected to the bit line, the potential of the bit line is Vrm
However, it is assumed that the voltage is constant for simplicity of explanation. In addition, although the non-selected source line and the non-selected bit line may be floated in some cases, the non-selected source line is set to the read intermediate potential Vrm and the non-selected bit line is set to Vss for simplicity of description. If the memory cell (T22) is in the "0" state, no current flows through the memory cell (T22), and no current flows through the bit line B2. If the memory cell (T22) is in the "1" state, a current flows from the bit line B2 through the memory cell (T22) to the source line S2. Data is read by detecting the presence / absence of a current in the bit line B2 with a sense amplifier. In a conventional semiconductor memory device equipped with a non-volatile memory cell, for example, as shown in FIG. 19, an unselected memory cell (T12) connected to the same bit line B2 as the memory cell (T22) has an excessively low threshold voltage. Even if the depletion is weak in the voltage state,
Since the potential of the source line S1 is Vrm and the same potential as that of the bit line B2, it is difficult for current to flow from the bit lines B2 to S1 and the unselected memory cells (T12) are not strongly depleted unless they are deselected memory cells. (T12) is not erroneously read, and the read margin is wide. Similarly, when the source line S1 is set to a floating state, a through current does not flow from the bit line B2 to the source line S1 so that the unselected memory cell (T12) is not erroneously read and the read margin is wide.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
25に示すような従来の不揮発性メモリセルを搭載した
半導体記憶装置では、書き込みや消去動作をベリファイ
動作を行うことで制御してもメモリセルの特性のばらつ
きが大きく、メモリセルをデプレッション化(しきい値
電圧が0V以下)してしまうことが考えられる。すなわ
ち、半導体記憶装置の高集積化に伴い、半導体記憶装置
の製造工程において、不純物濃度のバラツキや各部の寸
法のバラツキによってしきい値にある程度のバラツキが
生じ、寸法などの誤差が大きくなり、バラツキを大きく
する傾向にある。However, in the conventional semiconductor memory device having the non-volatile memory cell as shown in FIG. 25, the memory cell of the memory cell is controlled even if the write and erase operations are controlled by performing the verify operation. It is conceivable that the variation of the characteristics is large and the memory cell is depleted (threshold voltage is 0 V or less). That is, as the semiconductor memory device becomes highly integrated, the threshold value varies to some extent due to variations in the impurity concentration and variations in the dimensions of each part in the manufacturing process of the semiconductor memory device, and errors in dimensions and the like increase, resulting in variations. Tends to increase.
【0006】さらに、不揮発性メモリトランジスタ(特
にスタック型のフローティングゲートを有する不揮発性
メモリトランジスタ)のしきい値電圧はドレイン電圧に
依存して変化するという特性がある。このことを図2
7,図28及び容量−電位基本関係式を使って説明す
る。図27はスタック型フローティングゲート構造を有
するトランジスタの断面を概略的に示す。図28
(a),(b)は、それぞれ試作したスタックフローテ
ィングゲート構造を有する不揮発メモリトランジスタと
通常のMOSトランジスタとのドレイン電流Id −ゲー
ト電圧Vg 特性を示す。図27において、61はフロー
ティングゲート、62はコントロールゲート、63はド
レイン、64はソース、1は半導体基板を示し、便宜上
絶縁膜の図示は省略している。Cc はフローティングゲ
ート−コントロールゲート間容量、Cd はフローティン
グゲート−ドレイン間容量、Cs はフローティングゲー
ト−ソース間容量、Cb はフローティングゲート−半導
体基板間容量、Vcgはコントロールゲート62への印加
電圧、Vfgはフローティングゲート61の電位、Vd は
ドレイン電圧、Vs はソース電圧、Vb は半導体基板1
の電位である。図28(b)に示すように、通常のMO
Sトランジスタではドレイン電圧Vd が0.1 Vと2.0 V
とではしきい値電圧にほとんど差がないように、フロー
ティングゲートから見たしきい値電圧VTfgはドレイン
電圧にほとんど依存せず一定である。一方、図27に示
すようにフローティングゲート61はドレイン63との
間で容量結合しており、ドレイン63に電圧Vd を印加
するとフローティングゲート61の電位Vfgが下記の容
量−電位基本関係式に示すごとく、rd Vd だけ(rd
=Cd/Ct)低下する。また、コントロールゲート62
から見たしきい値電圧VTcgはドレイン電圧Vd により
rd Vd/rだけ低下する。その結果、図28(a)に示
すように、スタック型フローティングゲート構造を有す
る不揮発性メモリトランジスタでは、ドレイン電圧Vd
が0.1 Vの場合より2.0 Vの場合のほうがしきい値電圧
が約0.3 V(通常0.2 〜0.4 V)だけ低下している。Further, the threshold voltage of a non-volatile memory transistor (in particular, a non-volatile memory transistor having a stack type floating gate) has a characteristic that it changes depending on the drain voltage. This is shown in Figure 2.
7, FIG. 28 and the basic equation of capacitance-potential will be used for description. FIG. 27 schematically shows a cross section of a transistor having a stack type floating gate structure. FIG.
(A) and (b) show drain current Id-gate voltage Vg characteristics of a prototype nonvolatile memory transistor having a stack floating gate structure and a normal MOS transistor, respectively. In FIG. 27, 61 is a floating gate, 62 is a control gate, 63 is a drain, 64 is a source, 1 is a semiconductor substrate, and an insulating film is omitted for convenience. Cc is a floating gate-control gate capacitance, Cd is a floating gate-drain capacitance, Cs is a floating gate-source capacitance, Cb is a floating gate-semiconductor substrate capacitance, Vcg is an applied voltage to the control gate 62, and Vfg is The potential of the floating gate 61, Vd is the drain voltage, Vs is the source voltage, and Vb is the semiconductor substrate 1.
Is the potential of. As shown in FIG. 28B, a normal MO
The drain voltage Vd of the S transistor is 0.1 V and 2.0 V.
The threshold voltage VTfg as seen from the floating gate is constant with almost no dependence on the drain voltage so that there is almost no difference in the threshold voltage between and. On the other hand, as shown in FIG. 27, the floating gate 61 is capacitively coupled with the drain 63, and when the voltage Vd is applied to the drain 63, the potential Vfg of the floating gate 61 is as shown in the following capacitance-potential basic relational expression. , Rd Vd only (rd
= Cd / Ct). Also, the control gate 62
The threshold voltage VTcg seen from above is lowered by rd Vd / r due to the drain voltage Vd. As a result, as shown in FIG. 28A, in the nonvolatile memory transistor having the stack type floating gate structure, the drain voltage Vd
The threshold voltage is lower by about 0.3 V (usually 0.2 to 0.4 V) in the case of 2.0 V than in the case of 0.1 V.
【0007】(容量−電位基本関係式) Ct =Cc +Cd +Cs +Cb r=Cc/Ct , rd =Cd/Ct , rs =Cs/Ct ,
rb =Cb/Ct Vcg=( Vfg−rd Vd −rs Vs −rb Vb)/r つまりVfg=rVcg+rd Vd +rs Vs +rb Vb VTcg0 =(VTfg−rs Vs −rb Vb )/r VTcg=VTcg0 −rd Vd/r 以上のように、メモリセルアレイ内に配置される各不揮
発性メモリセルのしきい値は、製造工程における不純物
濃度の不均一な分布のみならず、各部への電圧の印加状
態によってもバラツキが生じ、全体としてある範囲内に
分布している。図26は、このような各不揮発性メモリ
セルにおけるしきい値分布状態を概略的に示す。横軸は
不揮発性メモリのしきい値、縦軸は度数を表わす。NO
R型のメモリセルアレイでは誤読み出しが起こらないよ
うに、ベリファイ動作等によって、しきい値電圧は高め
に制御されており、予め各メモリセルのしきい値は、高
しきい値状態(“0”状態)では図26の実線A〜B
に、低しきい値状態(“1”状態)では図26の実線C
〜Dにそれぞれ示す分布状態となるよう設定されてい
る。また、読み出し動作では、すでに説明したように、
ドレイン電圧Vd に依存してしきい値電圧が低下する
(0.2 〜0.4 V)ので、メモリセルのしきい値は、破線
A′〜B′及びC′〜D′に示す分布状態となる。(Capacitance-potential basic relational expression) Ct = Cc + Cd + Cs + Cb r = Cc / Ct, rd = Cd / Ct, rs = Cs / Ct,
rb = Cb / Ct Vcg = (Vfg-rd Vd-rs Vs-rb Vb) / r That is, Vfg = rVcg + rd Vd + rs Vs + rb Vb VTcg0 = (VTfg-rs Vs-rvVg / rsVt-rbbbb / bbbb) r As described above, the threshold value of each nonvolatile memory cell arranged in the memory cell array varies depending not only on the uneven distribution of the impurity concentration in the manufacturing process but also on the voltage application state to each part. , As a whole, it is distributed within a certain range. FIG. 26 schematically shows a threshold voltage distribution state in each such nonvolatile memory cell. The horizontal axis represents the threshold value of the nonvolatile memory, and the vertical axis represents the frequency. NO
In order to prevent erroneous reading from occurring in the R-type memory cell array, the threshold voltage is controlled to a high level by a verify operation or the like, and the threshold value of each memory cell is set in advance to a high threshold state (“0”). (State), solid lines AB in FIG.
In the low threshold state (“1” state), the solid line C in FIG.
It is set so that the distribution states shown in FIGS. In the read operation, as already explained,
Since the threshold voltage is lowered (0.2 to 0.4 V) depending on the drain voltage Vd, the threshold voltage of the memory cell has a distribution state shown by broken lines A'to B'and C'to D '.
【0008】一方、低しきい値状態においては、センス
アンプの感度やメモリセルの相互コンダクタンスにもよ
るが、メモリセルのコントロールゲートに読みだし電圧
Vccの最小値Vccmin を印加した時に流れる読みだし電
流(約50μA以上)を確保するために、メモリセルのし
きい値はVccmin よりも約1.0V程度は低くしなけれ
ばならない(図26の点B′参照)。また、NOR型の
メモリセルアレイでは、非選択メモリセルによる誤読み
出しが生じないように、1本のビット線に接続されてい
る非選択メモリセルのリーク電流の総和が読みだし電流
(約50μA以上)より十分小さくなければならず、低し
きい値状態のメモリセルのしきい値電圧は約0.5 V以上
でなければならない(図26の点A′参照) 以上のように、低しきい値状態においては、例えばVcc
が3.0 VでVccmin が2.7 Vの場合には、図26の点
A′〜点Bの間の電位差を1.2 V以下にしなければなら
ず、ドレイン電圧によるしきい値の低下を0.2 〜0.4 V
と仮定すると、ベリファイ動作等によるしきい値分布
(A〜B)の幅は1.0 V以下にしなければならない。以
上にのべた数値は最小限必要な数値であり、実際の不揮
発性メモリにおいてはベリファイ動作の制御マージンを
考慮にいれる必要がある。したがって、不揮発性メモリ
のしきい値の分布状態の制御は低しきい値状態において
特に厳しさが要求される。しかも、高集積化されると、
発熱を抑制する必要があるなどの点から消費電力の低減
を図るべく、半導体記憶装置の動作電圧は低電圧化され
る傾向にある。このため、読みだし電圧Vccが低くなる
と、益々しきい値分布の制御を厳しくする必要が生じ
る。例えば読みだし電圧Vccが3.0 V程度になると、ド
レイン電圧によるしきい値の低下さえも無視できない。
かかる原因が重なって、半導体記憶装置の一部のメモリ
セルに過剰にデプレッション化が生じる確率が高くなっ
ている。On the other hand, in the low threshold state, depending on the sensitivity of the sense amplifier and the transconductance of the memory cell, the read current flowing when the minimum value Vccmin of the read voltage Vcc is applied to the control gate of the memory cell. In order to secure (about 50 μA or more), the threshold value of the memory cell must be lower than Vccmin by about 1.0 V (see point B ′ in FIG. 26). Further, in the NOR type memory cell array, the sum of leak currents of the non-selected memory cells connected to one bit line is read current (about 50 μA or more) so as to prevent erroneous reading by the non-selected memory cells. The threshold voltage of the memory cell in the low threshold state must be about 0.5 V or more (see point A'in FIG. 26). Is, for example, Vcc
Is 3.0 V and Vccmin is 2.7 V, the potential difference between points A'and B in FIG. 26 must be 1.2 V or less, and the decrease in threshold due to drain voltage is 0.2 to 0.4 V.
Assuming that, the width of the threshold distribution (A to B) due to the verify operation or the like must be 1.0 V or less. The above numerical values are the minimum necessary numerical values, and it is necessary to consider the control margin of the verify operation in the actual non-volatile memory. Therefore, the control of the threshold voltage distribution state of the nonvolatile memory is required to be particularly strict in the low threshold state. Moreover, when highly integrated,
The operating voltage of the semiconductor memory device tends to be lowered in order to reduce power consumption in terms of the need to suppress heat generation. Therefore, when the read voltage Vcc becomes lower, it becomes necessary to tighten the control of the threshold distribution more and more. For example, when the read voltage Vcc is about 3.0 V, even a decrease in the threshold value due to the drain voltage cannot be ignored.
Due to the overlapping reasons, the probability of excessive depletion in some memory cells of the semiconductor memory device is increasing.
【0009】一方、高しきい値状態のメモリセルは読み
だし電圧Vccの最大値Vccmax を印加した時にもOFF
状態でなければならない。このため、そのリーク電流は
読みだし電流(約50μA以上)より十分小さくしなけれ
ばならず、Vccmax よりも約0.5 V程度以上高くしなけ
ればならない(図26の点C′参照)。高しきい値状態
のメモリセルはこれ以外に厳しい制限条件はないので、
読みだし動作のみを考慮する場合においては、しきい値
電圧が高いほど有利であり、しきい値電圧の制御マージ
ンは大きくなる。On the other hand, the memory cell in the high threshold state is turned off even when the maximum value Vccmax of the read voltage Vcc is applied.
Must be in a state. Therefore, the leak current must be sufficiently smaller than the read current (about 50 μA or more) and must be higher than Vccmax by about 0.5 V or more (see point C ′ in FIG. 26). Memory cells in the high threshold state have no other strict limiting conditions, so
In the case of considering only the read operation, the higher the threshold voltage is, the more advantageous it is, and the control margin of the threshold voltage is increased.
【0010】なお、書き込み動作や、書き込み・消去回
数の向上を考慮すると、高しきい値状態といってもでき
る限りしきい値電圧を低くするのが好ましい。しかし、
読みだし動作のみを考慮する場合には、しきい値を低く
する必要はない。本発明は読みだし動作に関するもので
あるため、ここでは高しきい値状態のメモリセルは、し
きい値電圧が高いほど有利であると仮定している。Considering the write operation and the improvement in the number of times of writing and erasing, it is preferable to make the threshold voltage as low as possible even in the high threshold state. But,
If only the read operation is considered, it is not necessary to lower the threshold value. Since the present invention is concerned with read operations, it is assumed here that memory cells in the high threshold state are more advantageous at higher threshold voltages.
【0011】図25に示したような従来の不揮発性メモ
リセルを搭載した半導体記憶装置の読み出し方法では、
メモリセルのドレインに接続される選択ビット線に読み
出し中間電位を印加しているので、選択ビット線に接続
されている非選択メモリセルのしきい値電圧をも低下さ
せてしまい、過剰にデプレッション化する可能性が生じ
る。特に、図25に示すメモリセル(T12)やメモリセ
ル(Tm2)ではドレインだけでなくソースにも読み出し
中間電位を印加しており、基板バイアス効果によりフロ
ーティングゲートから見たしきい値電圧は上昇するが、
読み出し中間電位が1.0 Vでは基板バイアス効果は約0.
1 V程度であり、ソース電圧Vs によるしきい値電圧の
低下によって打ち消されてしまい、コントロールゲート
から見たしきい値電圧はより一層低下する。In the conventional method for reading a semiconductor memory device having a nonvolatile memory cell as shown in FIG.
Since the read intermediate potential is applied to the selected bit line connected to the drain of the memory cell, the threshold voltage of the non-selected memory cell connected to the selected bit line is also lowered, resulting in excessive depletion. The possibility arises. In particular, in the memory cell (T12) and memory cell (Tm2) shown in FIG. 25, the read intermediate potential is applied not only to the drain but also to the source, and the threshold voltage seen from the floating gate rises due to the substrate bias effect. But,
The substrate bias effect is about 0 when the read intermediate potential is 1.0 V.
It is about 1 V, and is canceled by the decrease in the threshold voltage due to the source voltage Vs, and the threshold voltage seen from the control gate is further decreased.
【0012】以上のような原因により、例えば図25に
示す選択ビット線B2 に接続された非選択メモリセル
(T12)が過剰にデプレッション化しているときに、低
しきい値状態のメモリセル(T22)を読みだす場合、ビ
ット線B2 に電流が流れビット線B2 の電位がわずかに
低下する。そのとき読み出し中間電位のソース線S1 か
らメモリセル(T12)を通してビット線B2 に電流がな
がれ、ビット線B2 の電位を読み出し中間電位に戻して
しまう。ビット線B2 の電位が変化しなければビット線
B2 に接続しされているセンスアンプSA2 は低しきい
値状態のメモリセル(T22)を高しきい値状態であると
判断し、誤読み出しになるおそれがある。また、読み出
しの高速化を図るために必要である相互コンダクタンス
の向上も困難である。Due to the above reasons, for example, when the non-selected memory cell (T12) connected to the selected bit line B2 shown in FIG. 25 is excessively depleted, the memory cell (T22) in the low threshold state is ), A current flows through the bit line B2 and the potential of the bit line B2 drops slightly. At that time, a current flows from the source line S1 of the read intermediate potential to the bit line B2 through the memory cell (T12), and the potential of the bit line B2 is returned to the read intermediate potential. If the potential of the bit line B2 does not change, the sense amplifier SA2 connected to the bit line B2 determines that the memory cell (T22) in the low threshold state is in the high threshold state, resulting in an erroneous read. There is a risk. In addition, it is difficult to improve the mutual conductance necessary for speeding up reading.
【0013】本発明の第1の目的は、読み出しの際に非
選択メモリセルにおけるしきい値電圧低下を防止するこ
とにより、誤読み出しを防止することにある。A first object of the present invention is to prevent erroneous reading by preventing a threshold voltage drop in a non-selected memory cell during reading.
【0014】また、本発明の第2の目的は、読み出しの
際における非選択ソース線の充放電を防止することによ
り、消費電力の低減を図ることにある。A second object of the present invention is to reduce power consumption by preventing charging / discharging of non-selected source lines during reading.
【0015】さらに、本発明の第3の目的は、誤読み出
しの防止や消費電力の低減を図りつつ、読み出し動作の
高速化を図ることにある。A third object of the present invention is to speed up the reading operation while preventing erroneous reading and reducing power consumption.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記各目的を達成するた
めに、本願では請求項1〜11の発明に示される手段を
講じている。In order to achieve each of the above objects, the present application employs the means shown in the inventions of claims 1 to 11.
【0017】具体的に請求項1の発明の講じた手段は、
少なくともゲート、ソース、ドレインからなるトランジ
スタと容量部とを有する不揮発性メモリセルを行列上に
配列してなるメモリセルアレイと、上記メモリセルアレ
イの行方向に配置された各トランジスタのゲートに接続
される複数のワード線と、上記メモリセルアレイの列方
向に配置された各トランジスタのドレインに接続される
複数のビット線と、上記メモリセルアレイの行方向に配
置された各トランジスタのソースに接続される複数のソ
ース線と、上記ワード線を選択するためのデコーダ回路
と、上記ビット線を選択するためのデコーダ回路と、上
記ソース線を選択するためのデコーダ回路とを備えた半
導体記憶装置の駆動方法として、上記複数のソース線の
うち少なくとも1本のソース線を上記デコーダ回路によ
り選択し、上記選択ソース線に接続されている上記不揮
発性メモリセルと同じアドレスのワード線を上記デコー
ダ回路により選択し、上記選択ワード線の電位を所定電
位に設定し、上記ビット線の電位を第1電位に設定し、
上記選択ソース線の電位を上記第1電位よりも高い第2
電位に設定して、上記選択ソース線及び選択ワード線に
接続される少なくとも1つのメモリセルの記憶内容を読
み出す方法である。Specifically, the means taken by the invention of claim 1 is as follows.
A memory cell array in which non-volatile memory cells each having at least a transistor including a gate, a source, and a drain and a capacitor are arranged in a matrix, and a plurality of transistors connected to the gates of the respective transistors arranged in the row direction of the memory cell array. Word lines, a plurality of bit lines connected to the drains of the transistors arranged in the column direction of the memory cell array, and a plurality of sources connected to the sources of the transistors arranged in the row direction of the memory cell array. Line, a decoder circuit for selecting the word line, a decoder circuit for selecting the bit line, and a decoder circuit for selecting the source line. At least one source line of the plurality of source lines is selected by the decoder circuit, and A word line of the same address as the nonvolatile memory cell connected to the source line is selected by the decoder circuit, the potential of the selected word line is set to a predetermined potential, and the potential of the bit line is set to a first potential. Then
A second voltage in which the potential of the selected source line is higher than the first potential
This is a method of setting the potential and reading the stored contents of at least one memory cell connected to the selected source line and the selected word line.
【0018】請求項2の発明の講じた手段は、請求項1
の発明において、上記メモリセルの記憶内容を読み出す
際、上記第1電位をほぼ接地電位にする方法である。The measures taken by the invention of claim 2 are as follows:
In the invention described above, when the stored content of the memory cell is read out, the first potential is set to substantially the ground potential.
【0019】請求項3の発明の講じた手段は、請求項1
又は2の発明において、上記メモリセルの記憶内容を読
み出す際、非選択ソース線の電位を上記第1電位に設定
する方法である。The means taken by the invention of claim 3 is the method of claim 1.
Alternatively, in the second aspect of the invention, when the stored content of the memory cell is read, the potential of the non-selected source line is set to the first potential.
【0020】請求項4の発明の講じた手段は、請求項1
又は2の発明において、上記メモリセルの記憶内容を読
みだす際、非選択ソース線の電位をフローティングにす
る方法である。The means taken by the invention of claim 4 is defined by claim 1.
Alternatively, in the second aspect of the invention, when the stored content of the memory cell is read, the potential of the non-selected source line is set to a floating state.
【0021】請求項5の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3又は4の発明において、上記メモリセルの記
憶内容を読みだす際、上記選択ソース線に接続されてい
る全ての上記不揮発性メモリセルを一括で読み出す方法
である。According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the first, second, third or fourth aspect, all the above-mentioned means connected to the selected source line when reading the stored contents of the memory cell. This is a method of collectively reading the nonvolatile memory cells.
【0022】請求項6の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3又は4の発明において、上記メモリセルの記
憶内容を読みだす際、非選択ビット線の電位をフローテ
ィングにする方法である。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of the first, second, third or fourth aspect of the present invention, when the stored content of the memory cell is read, the potential of the non-selected bit line is set to a floating state. is there.
【0023】請求項7の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3,4又は5の発明において、書き込みベリフ
ァイ動作又は消去ベリファイ動作における読み出しを行
う際には、選択ソース線の電位を上記読み出し動作にお
ける選択ソース線の電位より低く設定する方法である。According to a seventh aspect of the present invention, in the invention of the first, second, third, fourth or fifth aspect, the potential of the selected source line is set at the time of reading in the write verify operation or the erase verify operation. This is a method of setting the potential lower than the potential of the selected source line in the read operation.
【0024】請求項8の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3,4,5,6又は7の発明において、上記不
揮発性メモリセルとして、上記ソースと上記容量部の間
の容量結合比を上記ドレインと上記容量部の間の容量結
合比よりも大きくなるように形成された不揮発性メモリ
セルを用いる方法である。According to the present invention of claim 8, in the invention of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, the non-volatile memory cell has a capacitance between the source and the capacitance section. This is a method of using a non-volatile memory cell formed so that the coupling ratio is higher than the capacitive coupling ratio between the drain and the capacitance section.
【0025】請求項9の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3,4,5,6又は7の発明において、上記不
揮発性メモリセル内の上記メモリトランジスタとして、
容量部がスプリットゲート構造を有するメモリトランジ
スタを用いる方法である。According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the first, second, third, fourth, fifth, sixth or seventh aspect, as the memory transistor in the non-volatile memory cell,
This is a method of using a memory transistor in which the capacitor portion has a split gate structure.
【0026】請求項10の発明の講じた手段は、請求項
9の発明において、上記スプリットゲート構造を有する
上記メモリトランジスタの容量部に、上記メモリトラン
ジスタのソース領域とオーバーラップする領域を設けて
おく方法である。According to a tenth aspect of the present invention, in the invention of the ninth aspect, the capacitor portion of the memory transistor having the split gate structure is provided with a region overlapping with the source region of the memory transistor. Is the way.
【0027】請求項11の発明の講じた手段は、請求項
1,2,3,4,5,6又は7の発明において、予め
“1”状態のメモリセルのしきい値電圧を負に設定して
おき、上記メモリセルの記憶内容を読みだす際、全ての
ワード線を接地電位にする方法である。According to the invention of claim 11, in the invention of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, the threshold voltage of the memory cell in the "1" state is set negative in advance. Incidentally, this is a method in which all the word lines are set to the ground potential when the stored contents of the memory cells are read out.
【0028】[0028]
【作用】以上の構成により、各請求項の発明では、下記
の作用が得られる。With the above construction, the following actions are obtained in the invention of each claim.
【0029】請求項1又は2の発明によれば、不揮発性
メモリセルを行列上に配列したメモリセルアレイ構造を
有する半導体記憶装置において、メモリセルの記憶内容
を読みだす際、ビット線の電位が選択ソース線の電位よ
りも低く設定されるので、選択ビット線に接続される各
非選択メモリセルにおいて、ドレイン電圧に依存するし
きい値電圧の低下が抑制される。したがって、非選択メ
モリセルの誤差動による誤読み出しが抑制されることに
なる。According to the invention of claim 1 or 2, in the semiconductor memory device having the memory cell array structure in which the non-volatile memory cells are arranged in a matrix, when the stored contents of the memory cells are read, the potential of the bit line is selected. Since the potential is set lower than the potential of the source line, a decrease in the threshold voltage depending on the drain voltage is suppressed in each unselected memory cell connected to the selected bit line. Therefore, erroneous reading due to the error motion of the non-selected memory cell is suppressed.
【0030】請求項3の発明では、請求項1の発明の作
用に加え、非選択ソース線はビット線の電位に等しいか
ら、非選択メモリセルがデプレッション化していても非
選択ソース線からビット線へはほとんど電流は流れな
い。したがって、誤読み出しが確実に防止されることに
なる。According to the invention of claim 3, in addition to the operation of the invention of claim 1, since the non-selected source line is equal to the potential of the bit line, even if the non-selected memory cell is depleted, the bit line from the non-selected source line is changed. Almost no current flows to. Therefore, erroneous reading is surely prevented.
【0031】請求項4の発明では、記憶内容の読み出し
の際、非選択ソース線がフローティングに保持されるの
で、ソース線における充放電が抑制され、その分消費電
力が少なくなる。In the fourth aspect of the invention, since the non-selected source line is held in the floating state when the stored contents are read out, charging / discharging of the source line is suppressed, and the power consumption is reduced accordingly.
【0032】請求項5の発明では、選択ソース線上のす
べてのメモリセルが一括して読み出されるので、読み出
し始動時に電圧が印加されるのは選択ソース線と選択ワ
ード線のみであり、充放電による電力の消費が極めて少
なくなり、消費電力がさらに低減されることになる。According to the fifth aspect of the invention, since all the memory cells on the selected source line are read out at once, the voltage is applied only to the selected source line and the selected word line at the time of starting reading, and the voltage is applied to the selected source line and the selected word line. The power consumption is extremely low, and the power consumption will be further reduced.
【0033】請求項6の発明では、メモリセルの読み出
しの際、非選択ビット線の電位がフローティングになる
ので、ビット線上への充放電による電力の消費が抑制さ
れることになる。According to the sixth aspect of the invention, since the potential of the non-selected bit line becomes floating at the time of reading the memory cell, power consumption due to charge / discharge on the bit line is suppressed.
【0034】請求項7の発明では、ベリファイ時の読み
出し動作のソース電圧を通常の読み出し動作のソース電
圧より低くすることにより、ベリファイ時においてはし
きい値は高めに制御され、通常の読み出し動作ではしき
い値が低めに制御される。したがって、非選択メモリセ
ルはしきい値電圧は高いままであるが、選択メモリセル
は読み出し動作に適したしきい値電圧にすることが可能
であり、ベリファイ時の“1”状態のしきい値電圧の上
限を高く設定することができ、半導体記憶装置のしきい
値の設計マージンを大きくとることが可能になる。According to the invention of claim 7, the threshold voltage is controlled to be higher during the verify operation by lowering the source voltage during the verify operation during the read operation than during the normal read operation. The threshold is controlled lower. Therefore, the threshold voltage of the non-selected memory cell remains high, but the selected memory cell can be set to the threshold voltage suitable for the read operation, and the threshold value of the "1" state at the time of verify is set. The upper limit of the voltage can be set high, and a large threshold design margin of the semiconductor memory device can be secured.
【0035】請求項8の発明では、ソース電圧によるし
きい値電圧の低下が大きくなる構造となっているので、
ソース電圧をソフトライトが起こらない程度に高電圧に
設定しておくことが可能になり、メモリセルの相互コン
ダクタンスを大きくして読み出し動作を高速にすること
ができる。According to the invention of claim 8, since the structure is such that the threshold voltage is greatly reduced by the source voltage,
The source voltage can be set to a high voltage so that soft write does not occur, and the read operation can be speeded up by increasing the mutual conductance of the memory cell.
【0036】請求項9又は10の発明では、不揮発性メ
モリセルにスプリットゲート構造でソース側にフローテ
ィングゲートを設けたメモリトランジスタを用いる構成
になっているので、フローティングゲートのソース側の
容量結合比は大きくドレイン側の容量結合比は殆ど0に
なっており、ソース電圧によるしきい値電圧低下を大き
くできる。According to the ninth or tenth aspect of the invention, since the nonvolatile memory cell is configured to use the memory transistor having the split gate structure and the floating gate provided on the source side, the capacitance coupling ratio of the floating gate on the source side is The capacitance coupling ratio on the drain side is substantially zero, and the threshold voltage drop due to the source voltage can be increased.
【0037】請求項11の発明では、読み出し電圧を接
地電圧に設定して、メモリセルの記憶内容の読み出しが
行われるので、読み出し時におけるワード線の電位の変
動がなく、消費電力がさらに低減される。According to the eleventh aspect of the present invention, since the read voltage is set to the ground voltage and the stored content of the memory cell is read, the potential of the word line does not fluctuate during the read and the power consumption is further reduced. It
【0038】[0038]
【実施例】以下、本発明の各実施例について、各々図面
を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0039】(第1実施例)以下、本発明における第1
実施例の半導体記憶装置の駆動方法について、図1〜5
を参照しながら説明する。本実施例における半導体記憶
装置のブロック回路図は図24に示した従来の不揮発性
半導体記憶装置のブロック回路図と同一であり説明は省
略する。また、図1に示す半導体記憶装置のメモリセル
アレイの構造自体は、図25に示した従来の不揮発性半
導体記憶装置のメモリセルアレイの構造と同一である。
すなわち、各トランジスタT11〜Tmnを内蔵するメモリ
セルをm行n列の行列状に配置して構成され、メモリセ
ル(T11)〜(Tmn)、ワード線W1 〜Wm 、ビット線
B1 〜Bn 、ソース線S1 〜Sm 、各列選択用トランジ
スタST1 〜STn 、センスアンプSA1 〜SAn 、ロ
ウデコーダRD1 〜RDm 、カラムデコーダ、ソースデ
コーダSD1 〜SDm の構造と配置関係は、従来例にお
ける図25に示す構造と同じである。なお、センスアン
プは全てのビット線B1 〜Bn に配置されている。(First Embodiment) The first embodiment of the present invention will be described below.
A method for driving a semiconductor memory device according to an embodiment will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to. The block circuit diagram of the semiconductor memory device according to this embodiment is the same as the block circuit diagram of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. The structure itself of the memory cell array of the semiconductor memory device shown in FIG. 1 is the same as the structure of the memory cell array of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
That is, the memory cells having the respective transistors T11 to Tmn are arranged in a matrix of m rows and n columns, the memory cells (T11) to (Tmn), the word lines W1 to Wm, the bit lines B1 to Bn, and the sources. The lines S1 to Sm, the column selecting transistors ST1 to STn, the sense amplifiers SA1 to SAn, the row decoders RD1 to RDm, the column decoders, and the source decoders SD1 to SDm are similar to the structure shown in FIG. Is the same. The sense amplifiers are arranged on all the bit lines B1 to Bn.
【0040】図1を参照しながら、本実施例における読
み出し方法について説明する。ここでは、共通のワード
線W2 及びソース線S2 に接続されるメモリセル(T2
1)〜(T2m)を一括に読み出す場合について説明する
ものとし、メモリセル(T11)と(T12)はデプレッシ
ョン化していると仮定する。選択ワード線W2 の電位を
読み出し電源電圧Vcc(例えば5V)に設定し、非選択
ワード線W1 ,…,Wmの電位を接地電位Vss(例えば
0V)に設定する。同時に選択ソース線S2 の電位を読
み出し中間電位Vrm(例えば1V)に設定し、非選択ソ
ース線S1 ,…,Sm の電位を接地電位Vssに設定す
る。また、すべてのビット線B1 〜Bn の電位をセンス
アンプを介して接地電位Vssに設定する。実際には、ビ
ット線B1 〜Bn にはセンスアンプが接続されているた
め、ビット線B1 〜Bn の電位は接地電位Vssから僅か
に変動するが、ここでは説明を簡単にするために、ビッ
ト線B1 〜Bn の電位は一定の電圧(接地電位Vss)で
あるとする。The reading method in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, the memory cells (T2) connected to the common word line W2 and source line S2 are connected.
It is assumed that 1) to (T2m) are collectively read, and it is assumed that the memory cells (T11) and (T12) are depleted. The potential of the selected word line W2 is set to the read power supply voltage Vcc (for example, 5V), and the potential of the non-selected word lines W1, ..., Wm is set to the ground potential Vss (for example, 0V). At the same time, the potential of the selected source line S2 is set to the read intermediate potential Vrm (for example, 1 V), and the potential of the non-selected source lines S1, ..., Sm is set to the ground potential Vss. Further, the potentials of all the bit lines B1 to Bn are set to the ground potential Vss via the sense amplifier. In reality, since the sense amplifiers are connected to the bit lines B1 to Bn, the potentials of the bit lines B1 to Bn slightly fluctuate from the ground potential Vss. It is assumed that the potentials B1 to Bn are constant voltages (ground potential Vss).
【0041】以上のように読みだし動作における各部の
電位を設定すると、例えば、メモリセル(T22)が
“0”状態(高しきい値状態)ならばメモリセル(T2
2)は作動せず電流を流さない。また、メモリセル(T1
2)は過剰にデプレッション化しているが、ビット線B2
と非選択ソース線S1 の電位が同じ(接地電位Vss)
であるためメモリセル(T12)には電流が流れない。し
たがって、ビット線B2 には電流が流れずメモリセル
(T22)が“0”状態にあることを検知できる。一方、
例えば、メモリセル(T21)が“1”状態(低しきい値
状態)ならばメモリセル(T21)が作動して電流が流
れ、ビット線B1 には電流が流れメモリセル(T21)が
“1”状態にあることを検知できる。ここで、メモリセ
ル(T11)はデプレッション化しているが、メモリセル
(T21)が作動して流れた電流がメモリセル(T11)が
配置されている経路P11を経てソース線S1 に流れ出て
しまわない程度にメモリセル(T11)のしきい値電圧は
制御されている。When the potentials of the respective parts in the read operation are set as described above, for example, if the memory cell (T22) is in the "0" state (high threshold state), the memory cell (T2
2) does not operate and does not carry current. In addition, the memory cell (T1
2) has excessive depletion, but bit line B2
And the non-selected source line S1 have the same potential (ground potential Vss)
Therefore, no current flows in the memory cell (T12). Therefore, no current flows through the bit line B2, and it can be detected that the memory cell (T22) is in the "0" state. on the other hand,
For example, if the memory cell (T21) is in the "1" state (low threshold value state), the memory cell (T21) operates and a current flows, and a current flows in the bit line B1 and the memory cell (T21) is "1". "It can detect that it is in a state. Here, although the memory cell (T11) is depleted, the current flowing by operating the memory cell (T21) does not flow out to the source line S1 via the path P11 in which the memory cell (T11) is arranged. The threshold voltage of the memory cell (T11) is controlled to some extent.
【0042】したがって、本実施例の読みだし方法で
は、ワード線W2 とソース線S2 のみに読み出し用の電
位を印加するだけで、メモリセル(T21)〜(T2m)を
一括に読み出すことができる。その場合、従来の不揮発
性メモリセルを配置した半導体記憶装置の読みだし動作
に比べ、読み出し頻度が多い場合やベリファイ時の読み
出し動作では充放電する配線が少ないので、低消費電力
化できる。Therefore, in the read method of this embodiment, the memory cells (T21) to (T2m) can be read in a lump by applying the read potential only to the word line W2 and the source line S2. In that case, compared with the read operation of the conventional semiconductor memory device in which the nonvolatile memory cells are arranged, when the read frequency is high or the read operation at the time of verification, the number of wirings to be charged / discharged is small, so that the power consumption can be reduced.
【0043】また、ビット線と非選択ソース線とは接地
電位Vssに設定されているため、非選択メモリセルにお
けるドレイン電圧によるしきい値低下はなく、ドレイン
電圧によるしきい値低下に起因する誤読み出しは起こら
ない。Further, since the bit line and the non-selected source line are set to the ground potential Vss, there is no threshold drop due to the drain voltage in the non-selected memory cell, and there is an error due to the threshold drop due to the drain voltage. No read occurs.
【0044】なお、上記読みだし動作では、選択ソース
線に読み出し中間電位Vrmが印加されるので、ソース電
圧による選択メモリセルのしきい値低下が生じる。しか
し、選択メモリセルが“1”状態ならば問題はなく、む
しろメモリセルの作動電流が増加して読み出しが高速に
なる。さらに、ソースに印加する読み出し中間電位Vrm
を上記実施例よりも少し高めにすればメモリセルの相互
コンダクタンスを大きくでき、読み出しをより高速にで
きる。一方、選択メモリセルが“0”状態(高しきい値
状態)ならばソース電圧による選択メモリセルのしきい
値低下が起こり、電流を流してしまうことが考えられる
が、“0”状態のメモリセルのしきい値電圧の下限を十
分高く設定し、ソース電圧によってしきい値低下しても
電流が流れないようにすることができる。NOR型の不
揮発性メモリでは“0”状態のしきい値電圧には下限は
設けられているが上限は特に設けられていず、特性バラ
ツキに余裕があることが知られている。In the above read operation, the read intermediate potential Vrm is applied to the selected source line, so that the threshold voltage of the selected memory cell is lowered by the source voltage. However, if the selected memory cell is in the "1" state, there is no problem, and rather the operating current of the memory cell increases and the reading speed becomes faster. Furthermore, the read intermediate potential Vrm applied to the source
If the value is set to be slightly higher than that in the above embodiment, the mutual conductance of the memory cell can be increased and the reading speed can be increased. On the other hand, if the selected memory cell is in the “0” state (high threshold state), the threshold voltage of the selected memory cell may decrease due to the source voltage and current may flow. It is possible to set the lower limit of the threshold voltage of the cell to a sufficiently high value so that current does not flow even if the threshold voltage is lowered by the source voltage. It is known that in the NOR type non-volatile memory, the threshold voltage in the “0” state has a lower limit but not an upper limit in particular, and there is a margin in characteristic variation.
【0045】また、上記実施例の読み出し方法では、選
択ワード線に接続されるすべてのメモリセルのデータを
読みだす一括読み出しを行っているが、1つのメモリセ
ルの読み出しを行うことも可能である。例えばメモリセ
ル(T22)を読み出しを行う場合には、各ワード線W1
〜Wm ,ソース線S1 〜Sm の電位は上記図1に示す電
位とし、選択ビット線B2 の電位は例えば接地電位Vss
(0 V)にする一方、非選択ビット線B1 ,B3 〜Bn
と電圧供給源との間をOFFして電位をフローティング
にすればよい。その場合にも、従来の読み出し方法と異
なり、選択ビット線B2 の電位が接地電位Vssと低いの
で、しきい値電圧の低下が抑制され、“誤読み出しを防
止することができる。ただし、上記実施例のように、選
択ワード線の一括読み出しを行う場合、無駄な充放電が
ないので、消費電力を低減し得る利点がある。Further, in the read method of the above-mentioned embodiment, the batch read for reading the data of all the memory cells connected to the selected word line is performed, but it is also possible to read one memory cell. . For example, when reading from the memory cell (T22), each word line W1
.About.Wm and the potentials of the source lines S1 to Sm are the potentials shown in FIG. 1, and the potential of the selected bit line B2 is, for example, the ground potential Vss.
(0 V) while unselected bit lines B1, B3 to Bn
It suffices to turn off between the voltage supply source and the voltage supply source to make the potential floating. Also in that case, unlike the conventional read method, the potential of the selected bit line B2 is as low as the ground potential Vss, so that the reduction of the threshold voltage is suppressed and "erroneous read can be prevented. As in the example, when performing batch reading of the selected word line, there is no wasteful charging / discharging, and there is an advantage that power consumption can be reduced.
【0046】なお、“0”状態のメモリセルのしきい値
電圧の下限を十分高く設定し、ソース電圧によってしき
い値低下が生じても電流が流れないように予め設定して
おき、読み出し時にソース電圧による選択メモリセルの
しきい値低下を大きくするように選択ソース線の電位を
設定すれば、“1”状態(低しきい値状態)のメモリセ
ルの作動電流が増加して読み出しを高速にできる。この
ような条件は、フローティングゲートとソースの容量結
合比を大きくして、ソース電圧をソフトライトが起こら
ない程度に高くすることで実現できる。フローティング
ゲートとソースの容量結合比を大きくする構造として
は、図2または図3に示すような構造がある。図2及び
図3において、1は半導体基板、2はゲート絶縁膜、3
はフローティングゲート電極、4は容量絶縁膜、5はゲ
ート電極、8はドレイン領域、9はソース領域である。
そして、図2に示す例では、ソース領域9とドレイン領
域8とが非対称でソース領域9の方がフローティングゲ
ート3の直下の領域に大きくオーバーラップしている。
また、図3に示す例では、スプリットゲート構造となっ
ており、フローティングゲート3がソース領域9の側に
偏って位置している。The lower limit of the threshold voltage of the memory cell in the "0" state is set to be sufficiently high so that current does not flow even if the threshold voltage is lowered by the source voltage. If the potential of the selected source line is set so as to increase the threshold voltage drop of the selected memory cell due to the source voltage, the operating current of the memory cell in the “1” state (low threshold state) increases and the reading speed is increased. You can Such a condition can be realized by increasing the capacitive coupling ratio between the floating gate and the source and increasing the source voltage to such an extent that soft write does not occur. As a structure for increasing the capacitive coupling ratio between the floating gate and the source, there is a structure as shown in FIG. 2 or 3. 2 and 3, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a gate insulating film, 3
Is a floating gate electrode, 4 is a capacitive insulating film, 5 is a gate electrode, 8 is a drain region, and 9 is a source region.
In the example shown in FIG. 2, the source region 9 and the drain region 8 are asymmetrical, and the source region 9 largely overlaps the region directly below the floating gate 3.
Further, in the example shown in FIG. 3, it has a split gate structure, and the floating gates 3 are located deviated to the source region 9 side.
【0047】また、“0”状態のメモリセルのしきい値
電圧の下限は、例えば書き込み消去動作の条件により十
分高く設定できない場合も考えられ、その場合にはソー
ス電圧による選択メモリセルのしきい値低下は好ましく
ない。そこでフローティングゲート−ソース領域間の容
量結合比をほとんど0にする構成を適用すればソース電
圧によるメモリセルのしきい値低下はほとんど起こらな
い。そのためには、図4に示すようにソース領域9とフ
ローティングゲート電極3の直下の領域との間に半導体
基板1と同じ導電型のオフセット領域29を備えた構造
としてもよい。ただし、同図において、28はサイドウ
ォールである。The lower limit of the threshold voltage of the memory cell in the "0" state may not be set sufficiently high depending on the condition of the write / erase operation, in which case the threshold of the selected memory cell by the source voltage may be set. The decrease in value is not preferable. Therefore, if the structure in which the capacitive coupling ratio between the floating gate and the source region is set to almost 0 is applied, the threshold voltage of the memory cell is hardly reduced by the source voltage. For that purpose, as shown in FIG. 4, an offset region 29 of the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 1 may be provided between the source region 9 and the region immediately below the floating gate electrode 3. However, in the figure, 28 is a sidewall.
【0048】さらに、図は省略するが、図3に示すよう
なスプリットゲート構造にして、フローティングゲート
がドレイン側に位置しているものでもよい。Although not shown, the floating gate may be located on the drain side in a split gate structure as shown in FIG.
【0049】なお、上記第1実施例の駆動方法では選択
ソース線の電位を読み出し中間電位Vrm(例えば1V)
に設定したが、選択ソース線の電位は読み出し電源電圧
Vccとしてもよい。In the driving method of the first embodiment, the potential of the selected source line is read out and the intermediate potential Vrm (for example, 1 V).
However, the potential of the selected source line may be the read power supply voltage Vcc.
【0050】さらに、上記第1実施例の駆動方法では選
択ビット線の電位をセンスアンプを介して接地電位Vss
に設定したが、センスアンプがリファレンス電位を必要
とする場合には選択ビット線の電位を接地電位Vssより
大きく選択ソース線の電位より小さくしてもよい。Further, in the driving method of the first embodiment, the potential of the selected bit line is set to the ground potential Vss via the sense amplifier.
However, when the sense amplifier requires the reference potential, the potential of the selected bit line may be set higher than the ground potential Vss and lower than the potential of the selected source line.
【0051】なお、本実施例の不揮発性メモリにはフロ
ーティングゲートを備えたものを用いたが、MNOS
(metal nitride oxide semiconductor )型メモリセル
などに代表されるMOSトランジスタのチャネル領域上
の絶縁膜に電子を注入して、しきい値電圧を変化させる
タイプの不揮発性メモリトランジスタを用いてもよい。Although the nonvolatile memory of this embodiment provided with a floating gate was used, MNOS
A non-volatile memory transistor of a type in which electrons are injected into an insulating film on a channel region of a MOS transistor typified by a (metal nitride oxide semiconductor) type memory cell to change the threshold voltage may be used.
【0052】次に、本実施例におけるベリファイ方法に
ついて、図5を参照しながら説明する。図5はメモリセ
ルのしきい値電圧分布の概略図を示しており、横軸は不
揮発性メモリのしきい値、縦軸は度数を示す。一般的に
NOR型の不揮発性メモリでは“1”状態に遷移する書
き込み又は消去動作においてベリファイを行なう。ここ
でもメモリセルが“1”状態に遷移する動作においてベ
リファイを行なう場合について述べる。Next, the verifying method in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram of the threshold voltage distribution of the memory cell, where the horizontal axis shows the threshold value of the nonvolatile memory and the vertical axis shows the frequency. Generally, in a NOR type non-volatile memory, verification is performed in a write or erase operation that transits to a "1" state. Here also, a case will be described in which verification is performed in the operation in which the memory cell transits to the "1" state.
【0053】一般的に、ベリファイ動作では、メモリセ
ルが“1”状態に遷移するバイアス条件で徐々に遷移す
るようパルス印加し、その都度所望のメモリセルをセン
スアンプで検知して“1”状態になっているかを確認す
る。所望のメモリセルが“1”状態になっていれば書き
込み又は消去動作を終了し、所望のメモリセルが“1”
状態になっていなければ再度パルス印加し、所望のメモ
リセルをセンスアンプで検知することを繰り返す。本実
施例では所望のメモリセルをセンスアンプでの検知は、
既に図1で説明した読み出し方法と同様の方法にて行な
うが、ベリファイ時には、選択ソース線の電圧をセンス
アンプで検知できる程度に、できるかぎり低くする(例
えば0.5 V)。本実施例のベリファイによってメモリセ
ルのしきい値電圧の分布は図5の実線A〜B,C〜Dで
示したようになる。つまり、“1”状態の下限電位は点
Aの電位に、上限電位は点Bの電位に、“0”状態の下
限電位は点Cの電位に、上限電位は点Dの電位になるよ
うに設定している。Generally, in the verify operation, a pulse is applied so that the memory cell gradually transitions under a bias condition in which the memory cell transits to the "1" state, and each time a desired memory cell is detected by the sense amplifier, the "1" state is detected. Check that If the desired memory cell is in the "1" state, the write or erase operation is completed, and the desired memory cell is in the "1" state.
If it is not in the state, the pulse is applied again, and the detection of the desired memory cell by the sense amplifier is repeated. In this embodiment, detection of a desired memory cell by the sense amplifier is
Although the same reading method as that already described with reference to FIG. 1 is performed, the voltage of the selected source line is made as low as possible (for example, 0.5 V) at the time of verification so that it can be detected by the sense amplifier. By the verification of the present embodiment, the distribution of the threshold voltage of the memory cell becomes as shown by the solid lines A to B and C to D in FIG. That is, the lower limit potential of the “1” state is the potential of the point A, the upper limit potential is the potential of the point B, the lower limit potential of the “0” state is the potential of the point C, and the upper limit potential is the potential of the point D. It is set.
【0054】一方、通常の読み出しにおけるソース電圧
は、上記図1に示すように、ベリファイ時の読み出しソ
ース電圧より高い読み出し中間電位Vrm(1V)にす
る。既に図27,28と容量−電位基本関係式で示した
ように、ソース電圧を高くするとメモリセルのしきい値
電圧が低下する。その時、各メモリセルのしきい値の分
布状態は、図5の破線A′〜B′及びC′〜D′で示す
ように、通常の読み出しにおける“1”状態の下限電位
は点A’の電位に、上限電位は点B’の電位に、“0”
状態の下限電位は点C’の電位に、上限電位は点D’の
電位になる。ここで、図5の破線で示したような分布に
なるのは選択したメモリセルだけであり、非選択メモリ
セルは実線に示す分布状態のままである。“1”状態の
しきい値電圧の下限電位は非選択メモリセルを誤読み出
ししないために設定され、“1”状態のしきい値電圧の
上限電位は選択メモリセルの読み出し電流を確保するた
めに設定されている。この条件に鑑み、従来のNOR型
不揮発性メモリにおける“1”状態のしきい値電圧の分
布は、図5の点線で示すように点Aから点B’の間に制
御しなければならない。一方、本実施例のベリファイで
は、図5の実線の点Aから点Bの間に制御すればよい。
つまり、図26では、0〜A′間が0.5 V以上でなけれ
ばならないが、本実施例では、0〜A間が0.5 V以上で
あればよく、点A′における電位が負になってもよい。
したがって、マージンを大きくすることができる利点が
ある。On the other hand, the source voltage in the normal read is set to the read intermediate potential Vrm (1V) higher than the read source voltage at the time of verify, as shown in FIG. As already shown in FIGS. 27 and 28 and the capacitance-potential basic relational expression, when the source voltage is increased, the threshold voltage of the memory cell is lowered. At that time, as shown by broken lines A'-B 'and C'-D' in FIG. 5, the threshold voltage distribution of each memory cell has a lower limit potential of the point A'in the "1" state in normal reading. Potential, the upper limit potential is the potential at point B ', "0"
The lower limit potential of the state is the potential at the point C ′, and the upper limit potential is the potential at the point D ′. Here, only the selected memory cells have the distribution shown by the broken line in FIG. 5, and the unselected memory cells remain in the distribution state shown by the solid line. The lower limit potential of the threshold voltage in the "1" state is set to prevent unselected memory cells from being erroneously read, and the upper limit potential of the threshold voltage in the "1" state is set to secure the read current of the selected memory cell. It is set. In view of this condition, the distribution of the threshold voltage in the "1" state in the conventional NOR type nonvolatile memory must be controlled between point A and point B'as shown by the dotted line in FIG. On the other hand, in the verification of this embodiment, control may be performed between the points A and B on the solid line in FIG.
That is, in FIG. 26, the voltage between 0 and A'must be 0.5 V or more, but in this embodiment, the voltage between 0 and A should be 0.5 V or more, even if the potential at the point A'becomes negative. Good.
Therefore, there is an advantage that the margin can be increased.
【0055】なお、通常の読み出しにおける“0”状態
のしきい値電圧の下限電位(点C’の電位)でも動作電
流が流れない程度に過剰にしきい値電圧を高くしてお
く。The threshold voltage is set excessively high so that the operating current does not flow even at the lower limit potential (potential at the point C ′) of the threshold voltage in the “0” state in normal reading.
【0056】また、上記ベリファイ方法における読み出
しでは選択ソース線の電位を例えば0.5 Vとしたが、こ
れに限定されるものではない。Further, in the reading in the above verification method, the potential of the selected source line is set to 0.5 V, for example, but it is not limited to this.
【0057】さらに、上記ベリファイ方法における読み
出しでは、選択ビット線の電位をセンスアンプを介して
Vssにするとしたが、センスアンプがリファレンス電位
を必要する場合には選択ビット線の電位を接地電位Vss
より大きく選択ソース線の電位より小さくしてもよい。Further, in the reading in the verify method, the potential of the selected bit line is set to Vss via the sense amplifier, but when the sense amplifier requires the reference potential, the potential of the selected bit line is set to the ground potential Vss.
It may be made larger and smaller than the potential of the selected source line.
【0058】本実施例では、不揮発性メモリとしてフロ
ーティングゲートを備えたものを用いたが、MNOS
(metal nitride oxide semiconductor )型メモリセル
などに代表されるMOSトランジスタのチャネル領域上
の絶縁膜に電子を注入して、しきい値電圧を変化させる
タイプの不揮発性メモリトランジスタを用いてもよい。In this embodiment, the nonvolatile memory provided with the floating gate was used.
A non-volatile memory transistor of a type in which electrons are injected into an insulating film on a channel region of a MOS transistor typified by a (metal nitride oxide semiconductor) type memory cell to change the threshold voltage may be used.
【0059】(第2実施例)次に、読み出し時に非選択
ソース線の電位をフローティングする方法に係る第2実
施例について、図6〜図9を参照しながら説明する。た
だし、図7,図8は本第2実施例における読み出し動作
を説明する回路図及びタイミングチャートであるが、図
6,図7は第2実施例と比較を行うために、第1実施例
における読み出し動作つまり非選択ソース線の電位をフ
ローティングにしない場合の動作を説明する回路図及び
タイミングチャートを示したものである。本実施例にお
ける半導体記憶装置のブロック回路図は図24に示した
従来の不揮発性半導体記憶装置のブロック回路図と同一
であり説明は省略する。また、本実施例における半導体
記憶装置のメモリセルアレイ部の全体的な構造は、上記
第1実施例における図1に示す構造と同じであり、説明
を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of a method for floating the potential of the non-selected source line at the time of reading will be described with reference to FIGS. 6 to 9. However, FIGS. 7 and 8 are a circuit diagram and a timing chart for explaining the read operation in the second embodiment, but FIGS. 6 and 7 show the first embodiment in order to make a comparison with the second embodiment. 6A and 6B are a circuit diagram and a timing chart for explaining a read operation, that is, an operation in the case where the potential of the non-selected source line is not floated. The block circuit diagram of the semiconductor memory device according to this embodiment is the same as the block circuit diagram of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. The overall structure of the memory cell array portion of the semiconductor memory device according to the present embodiment is the same as the structure shown in FIG. 1 according to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
【0060】図6は、上記図1に示すメモリセルアレイ
内のメモリセル(T11)及び(T21)、ビット線B1 、
ソース線S1 ,S2 、ソースデコーダSD1 ,SD2 ,
センスアンプSA1 及びダミーセル(Td )の部分を詳
細に示す回路図である。ソースデコーダSD1 ,SD2
内には、それぞれ各ソース線S1 ,S2 に読み出し中間
電位Vrmを供給するためのMOSトランジスタTR1m,
TR2mと、各ソース線S1 ,S2 に接地電位Vssを供給
するためのMOSトランジスタTR1s,TR2sとが配置
されている。そして、MOSトランジスタTR1s,TR
2sのゲートには、それぞれ信号SDO1 ,SDO2 が供
給され、MOSトランジスタTR1m,TR2mのゲートに
は、それぞれ信号XDEC1 ,XDEC2 が供給され
る。なお、この構造はソース線に印加する電位のタイミ
ングを説明するために単純化したものであり、このよう
な構造に限定されるものではない。FIG. 6 shows the memory cells (T11) and (T21) in the memory cell array shown in FIG. 1, the bit line B1,
Source lines S1 and S2, source decoders SD1 and SD2,
FIG. 3 is a circuit diagram showing details of a sense amplifier SA1 and a dummy cell (Td) portion. Source decoder SD1, SD2
Inside, MOS transistors TR1m and TR1m for supplying the read intermediate potential Vrm to the source lines S1 and S2, respectively.
TR2m and MOS transistors TR1s and TR2s for supplying the ground potential Vss to the source lines S1 and S2 are arranged. Then, the MOS transistors TR1s, TR
Signals SDO1 and SDO2 are supplied to the gate of 2s, and signals XDEC1 and XDEC2 are supplied to the gates of the MOS transistors TR1m and TR2m, respectively. Note that this structure is simplified in order to explain the timing of the potential applied to the source line and is not limited to such a structure.
【0061】また、NBはビット線ノードであり、ビッ
ト線B1 とは、信号YSGによって制御される選択トラ
ンジスタST1aを介して接続されている。NDはダミー
ビット線ノードであり、ダミービット線DBLとは、信
号YSGによって制御される選択トランジスタST1bを
介して接続されている。TRdmはダミーセル(Td )の
ドレインに読み出し中間電位を供給するためのMOSト
ランジスタであり、信号DXDECによって制御される
ものである。TRdrはダミーセル(Td )のソースに接
地電位を供給するためのMOSトランジスタであり、信
号RESETにより制御されるものである。NB is a bit line node and is connected to the bit line B1 via a selection transistor ST1a controlled by a signal YSG. ND is a dummy bit line node, and is connected to the dummy bit line DBL via a selection transistor ST1b controlled by a signal YSG. TRdm is a MOS transistor for supplying the read intermediate potential to the drain of the dummy cell (Td) and is controlled by the signal DXDEC. TRdr is a MOS transistor for supplying the ground potential to the source of the dummy cell (Td) and is controlled by the signal RESET.
【0062】次に、図7のタイミングチャートを参照し
ながら、第1実施例における読み出し動作について説明
する。図7は、メモリセル(T11)を読みだし、次にメ
モリセル(T21)を読みだし、その後、再度メモリセル
(T11)を読みだす場合の各信号の変化を示す。予備動
作として、信号YSGをHigh にし、選択トランジスタ
ST1a,ST1bを導通させたまま、信号RESETをわ
ずかの時間だけHighにして、ビットノードNBとダミ
ービット線ノードDBとの電位を接地電位Vssにリセッ
トする。次に、読み出し時においては、メモリセル(T
11)〜(Tm1)のいずれか1つを選択し、非選択ソース
線の電位を接地電位Vssに設定する一方、選択ソース線
の電位を読み出し中間電位Vrmに設定する。例えばメモ
リセル(T11)を読みだす場合、信号SD01 をLow
に、信号SDO2 をHigh にした後、信号XDEC1 を
Lowにし、信号XDEC2 をHigh に保持しておく。信
号XDEC1 をLowにすると同時に選択ワード線W1 を
High にし、非選択ワード線W2 はLowに保持したまま
にする。このとき、選択したメモリセル(T11)が
“1”状態(低しきい値状態)ならばビット線ノードN
Bの電位が変動し(約200mV程度)、“0”状態”
(高しきい値状態)ならばビット線ノードNBの電位は
変動しない。これと同時に、ダミーセル(Td )によっ
て、ダミーセルビット線ノードNDはリファレンス電位
に保持される。そして、ビット線ノードNBとダミーセ
ルビット線ノードNDとの電位差がある程度以上になる
タイミングを見計らって、ビット線B1 とセンスアンプ
SA1 との接続を切り離すべく、信号YSGをLowに、
選択ワード線W1 の電位をLowに、信号XDEC1 をH
igh に、信号SDO1 をLowにする。その直後に。セン
スアンプSA1 を活性化させるべく、信号ISAEをL
owにし、これによりビット線ノードNBとダミーセルビ
ット線ノードNDとの電位差が増幅される。メモリセル
(T21)を選択して読みだす場合も同様であり、説明は
省略する。Next, the read operation in the first embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. FIG. 7 shows a change in each signal when the memory cell (T11) is read, then the memory cell (T21) is read, and then the memory cell (T11) is read again. As a preliminary operation, the signal YSG is set to High, the signal RESET is set to High for a short time while the selection transistors ST1a and ST1b are kept conductive, and the potentials of the bit node NB and the dummy bit line node DB are reset to the ground potential Vss. To do. Next, at the time of reading, the memory cell (T
11) to (Tm1) are selected and the potential of the non-selected source line is set to the ground potential Vss, while the potential of the selected source line is set to the read intermediate potential Vrm. For example, when reading the memory cell (T11), the signal SD01 is set to Low.
Then, after the signal SDO2 is set to High, the signal XDEC1 is set to Low and the signal XDEC2 is held at High. At the same time that the signal XDEC1 is set to Low, the selected word line W1 is set to High and the non-selected word line W2 is held at Low. At this time, if the selected memory cell (T11) is in the "1" state (low threshold state), the bit line node N
The potential of B fluctuates (about 200 mV) and is in the "0" state "
In the (high threshold state), the potential of bit line node NB does not change. At the same time, the dummy cell (Td) holds the dummy cell bit line node ND at the reference potential. Then, in consideration of the timing when the potential difference between the bit line node NB and the dummy cell bit line node ND exceeds a certain level, the signal YSG is set to Low in order to disconnect the connection between the bit line B1 and the sense amplifier SA1.
The potential of the selected word line W1 is set to Low, and the signal XDEC1 is set to H.
The signal SDO1 is set to Low. Shortly thereafter. To activate the sense amplifier SA1, the signal ISAE goes low.
ow, thereby amplifying the potential difference between the bit line node NB and the dummy cell bit line node ND. The same applies to the case of selecting and reading the memory cell (T21), and the description thereof will be omitted.
【0063】次に、図8は、第2実施例におけるメモリ
セルアレイ内のメモリセル(T11)及び(T21)、ビッ
ト線B1 、ソース線S1 ,S2 、ソースデコーダSD1
,SD2 ,センスアンプSA1 及びダミーセル(Td
)の部分を詳細に示す回路図である。ソースデコーダ
SD1 ,SD2 内には、それぞれ各ソース線S1 ,S2
に読み出し中間電位Vrmを供給するためのMOSトラン
ジスタTR1m,TR2mとが配置されているが、各ソース
線S1 ,S2 に接地電位Vssを供給するためのMOSト
ランジスタTR1s,TR2sは配置されていない。つま
り、非選択ソース線の電位はフローティングに設定され
ることになる。Next, FIG. 8 shows the memory cells (T11) and (T21) in the memory cell array in the second embodiment, the bit line B1, the source lines S1 and S2, and the source decoder SD1.
, SD2, sense amplifier SA1 and dummy cell (Td
3] is a circuit diagram showing in detail the part of FIG. In the source decoders SD1 and SD2, there are source lines S1 and S2, respectively.
Although the MOS transistors TR1m and TR2m for supplying the read intermediate potential Vrm are arranged at, the MOS transistors TR1s and TR2s for supplying the ground potential Vss to the source lines S1 and S2 are not arranged. That is, the potential of the non-selected source line is set to be floating.
【0064】次に、図9を参照しながら、第2実施例に
おける読み出し動作について説明する。図9は、メモリ
セル(T11)を読みだし、次にメモリセル(T21)を読
みだし、その後、再度メモリセル(T11)を読みだす場
合の各信号の変化を示す。予備動作として、信号YSG
をHigh にし、選択トランジスタST1a,ST1bを導通
させたまま、信号RESETをわずかの時間だけHigh
にして、ビットノードNBとダミービット線ノードDB
との電位を接地電位Vssにリセットする。次に、読み出
し時においては、メモリセル(T11)〜(Tm1)のいず
れか1つを選択し、非選択ソース線の電位を接地電位V
ssに設定する一方、選択ソース線の電位を読み出し中間
電位Vrmに設定する。例えばメモリセル(T11)を読み
だす場合、信号XDEC1 をLowにし、信号XDEC2
をHigh に保持しておく。信号XDEC1 をLowにする
と同時に選択ワード線W1 をHigh にし、非選択ワード
線W2 はLowに保持したままにする。このとき、選択し
たメモリセル(T11)が“1”状態(低しきい値状態)
ならばビット線ノードNBの電位が変動し(約200mV
程度)、“0”状態”(高しきい値状態)ならばビット
線ノードNBの電位は変動しない。これと同時に、ダミ
ーセル(Td )によって、ダミーセルビット線ノードN
Dはリファレンス電位に保持される。そして、ビット線
ノードNBとダミーセルビット線ノードNDとの電位差
がある程度以上になるタイミングを見計らって、ビット
線B1 とセンスアンプSA1 との接続を切り離すべく、
信号YSGをLowに、ワード線W1 の電位をLowに、信
号XDEC1 をHigh にする。その直後にセンスアンプ
SA1 を活性化させるべく、信号ISAEをLowにし、
これによりビット線ノードNBとダミーセルビット線ノ
ードNDとの電位差が増幅される。メモリセル(T21)
を選択して読みだす場合も同様であり、説明は省略す
る。Next, the read operation in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a change in each signal when the memory cell (T11) is read, the memory cell (T21) is read next, and then the memory cell (T11) is read again. As a preliminary operation, signal YSG
Is set to High, and the signal RESET is set to High for a short time while the selection transistors ST1a and ST1b are kept conductive.
The bit node NB and the dummy bit line node DB
And the potentials of and are reset to the ground potential Vss. Next, at the time of reading, any one of the memory cells (T11) to (Tm1) is selected and the potential of the non-selected source line is set to the ground potential V.
Meanwhile, the potential of the selected source line is set to the read intermediate potential Vrm while being set to ss. For example, when reading the memory cell (T11), the signal XDEC1 is set to Low and the signal XDEC2 is set.
Is held at High. At the same time that the signal XDEC1 is set to Low, the selected word line W1 is set to High and the non-selected word line W2 is held at Low. At this time, the selected memory cell (T11) is in the "1" state (low threshold state)
Then, the potential of the bit line node NB fluctuates (about 200 mV
If it is "0" state (high threshold state), the potential of the bit line node NB does not change.At the same time, the dummy cell (Td) causes the dummy cell bit line node N
D is held at the reference potential. Then, in consideration of the timing when the potential difference between the bit line node NB and the dummy cell bit line node ND exceeds a certain level, the connection between the bit line B1 and the sense amplifier SA1 is cut off.
The signal YSG is set to Low, the potential of the word line W1 is set to Low, and the signal XDEC1 is set to High. Immediately after that, in order to activate the sense amplifier SA1, the signal ISAE is set to Low,
As a result, the potential difference between the bit line node NB and the dummy cell bit line node ND is amplified. Memory cell (T21)
The same applies when selecting and reading.
【0065】次に、上記第1実施例と第2実施例との読
みだし動作について比較する。第1実施例における読み
だし方法では、すべてのソース線の電位はMOSトラン
ジスタTR1s,TR2s等によって接地電位にリセットさ
れるので、ソース線の充放電が生じ、その分だけ電力が
消費される。Next, the read operation of the first embodiment and the second embodiment will be compared. In the reading method of the first embodiment, the potentials of all the source lines are reset to the ground potential by the MOS transistors TR1s, TR2s, etc., so that the source lines are charged and discharged, and the power is consumed accordingly.
【0066】それに対し、第2実施例では、非選択ソー
ス線の電位はすべてフローティングに保持されるので、
ソース線の充放電は原則として生じない。ただし、例え
ばソース線S2 に接続されているメモリセルにデプレッ
ション化しているものが1個以上あればリセット時にソ
ース線S2 の電荷はデプレッション化しているメモリセ
ルを通ってビット線に放電され、接地電位Vssにリセッ
トされる。したがって、再びソース線S2 上のメモリセ
ルを読みだす場合には、ソース線S2 を接地電位Vssか
ら読みだし中間電位Vrmまで充電しなければならず、そ
の分だけ電力が余分に消費される。しかし、例えばソー
ス線S1 に接続されるすべてのメモリセルがデプレッシ
ョン化していないときには、ソース線S1 の電荷はリセ
ット時にビット線に放電されることはなく、リーク電流
などにより幾分電位が低下したとしても、ほぼ読みだし
中間電位Vrmに保持される。したがって、再びソース線
S1 上のメモリセルを読みだす場合には、ソース線の充
放電は極めて少なく、よって、消費電力の低減を図るこ
とができる。On the other hand, in the second embodiment, the potentials of the non-selected source lines are all held in the floating state,
In principle, charging / discharging of the source line does not occur. However, if, for example, one or more depleted memory cells are connected to the source line S2, the charge on the source line S2 is discharged to the bit line through the depleted memory cells at reset and the ground potential It is reset to Vss. Therefore, when the memory cell on the source line S2 is read again, the source line S2 must be read from the ground potential Vss and charged to the intermediate potential Vrm, and the power is additionally consumed correspondingly. However, for example, when all the memory cells connected to the source line S1 are not depleted, the charge of the source line S1 is not discharged to the bit line at the time of resetting, and it is assumed that the potential is lowered to some extent due to a leak current or the like. Is also read out and held at the intermediate potential Vrm. Therefore, when the memory cell on the source line S1 is read again, the charge and discharge of the source line are extremely small, so that the power consumption can be reduced.
【0067】(第3実施例)次に、第3実施例の半導体
記憶装置及びその駆動方法について、図10〜18を参
照しながら説明する。本実施例における半導体記憶装置
のブロック回路図は図24に示した従来の不揮発性半導
体記憶装置のブロック回路図と同一であり説明は省略す
る。図10には、本実施例における半導体記憶装置のメ
モリセルアレイ部を示し、基本的な構造は上記第1実施
例における図1に示す構造と同じである。すなわち、各
トランジスタT11〜Tmnを内蔵するメモリセルをm行n
列の行列状に配置して構成され、メモリセル(T11)〜
(Tmn)、ワード線W1 〜Wm、ビット線B1 〜Bn 、
ソース線S1 〜Sm 、各列選択用トランジスタST1 〜
STn 、センスアンプSA1 〜SAn 、ロウデコーダR
D1 〜RDm 、カラムデコーダ、ソースデコーダSD1
〜SDm の構造と配置関係は、第1実施例における図1
に示す構造と同じである。(Third Embodiment) Next, a semiconductor memory device and a method of driving the same according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. The block circuit diagram of the semiconductor memory device according to this embodiment is the same as the block circuit diagram of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. FIG. 10 shows the memory cell array portion of the semiconductor memory device in this embodiment, and the basic structure is the same as the structure shown in FIG. 1 in the first embodiment. That is, memory cells each including the transistors T11 to Tmn are arranged in m rows and n.
The memory cells (T11) are arranged by being arranged in a matrix of columns.
(Tmn), word lines W1 to Wm, bit lines B1 to Bn,
Source lines S1 to Sm, column select transistors ST1 to
STn, sense amplifiers SA1 to SAn, row decoder R
D1 to RDm, column decoder, source decoder SD1
The structure and arrangement of SDm to SDm are shown in FIG.
It has the same structure as shown in.
【0068】ここで、本実施例の特徴として、図1に示
す構成に加え、各トランジスタT11〜Tmnのソースと各
ソース線S1 〜Sm との間に、ソース線側からトランジ
スタ側への電流の流通のみを許容するダイオードD11〜
Dmnがそれぞれ配置されている。そして、この各ダイオ
ードD11〜Dmnにより、各経路P11〜Pmnにおいて、各
トランジスタT11〜Tmnのソースからドレイン方向(順
方向)に流れる電流は各トランジスタT11〜Tmnの動作
電流とほぼ等しく、ドレインからソース方向(逆方向)
に流れる電流はほとんど遮断されあるいは低減されると
いう電流特性が得られる。すなわち、このダイオードD
11〜Dmnは電流の方向によって抵抗値が変化する異方向
抵抗部である。ただし、異方向抵抗部は、逆方向におけ
る電流値がほぼ完全に遮断されるというダイオードとし
ての機能を必ずしも有しなくても、逆方向の電流値が順
方向に比べて小さいものも含まれるが、以下の実施例で
は、便宜上すべてダイオードとして表現する。Here, as a feature of this embodiment, in addition to the configuration shown in FIG. 1, a current from the source line side to the transistor side is applied between the sources of the transistors T11 to Tmn and the source lines S1 to Sm. Diode D11 that allows only distribution ~
Dmn are arranged respectively. By the diodes D11 to Dmn, the currents flowing from the sources of the transistors T11 to Tmn in the drain direction (forward direction) in the paths P11 to Pmn are substantially equal to the operating currents of the transistors T11 to Tmn, and the drains to the sources of the transistors T11 to Tmn. Direction (reverse direction)
A current characteristic is obtained in which the current flowing through is almost cut off or reduced. That is, this diode D
11 to Dmn are different-direction resistance portions whose resistance values change depending on the direction of the current. However, although the different direction resistance part does not necessarily have the function as a diode that the current value in the reverse direction is almost completely cut off, it may include the one in which the reverse direction current value is smaller than that in the forward direction. In the following examples, all are expressed as diodes for convenience.
【0069】次に、図10を参照しながら、本実施例に
おける読み出し方法について説明する。ここではワード
線W2 、すなわちメモリセル(T21)〜(T2m)を一括
に読み出す場合について説明するものとし、メモリセル
(T11)と(T12)はデプレッション化していると仮定
する。選択ワード線W2 の電位を読み出し電源電圧Vcc
(例えば5V)に設定し、非選択ワード線W1 、Wm の
電位を接地電位Vss(例えば0V)に設定する。同時に
選択ソース線S2 の電位を読み出し中間電位Vrm(例え
ば1V)に設定し、非選択ソース線S1 、Sm の電位を
接地電位Vssに設定する。また、ビット線B1 〜Bn の
電位をセンスアンプを介して接地電位Vssに設定する。
実際には、ビット線B1 〜Bn にはセンスアンプが接続
されているため、ビット線B1 〜Bn の電位は接地電位
Vssから僅かに変動するが、ここでは説明を簡単にする
ために、ビット線B1 〜Bn の電位は一定の電圧(接地
電位Vss)であるとする。例えば、メモリセル(T22)
が“0”状態ならばメモリセル(T22)は作動せず電流
を流さない。また、メモリセル(T12)は過剰にデプレ
ッション化しているが、ビット線B2 とソース線S1 の
電位が同じでVssであるため、メモリセル(T12)には
電流が流れない。したがって、ビット線B2には電流が
流れず、メモリセル(T22)が“0”状態にあることを
検知できる。一方、例えば、メモリセル(T21)が
“1”状態ならばメモリセル(T21)が作動して電流が
流れ、ビット線B1 には電流が流れ、メモリセル(T2
1)が“1”状態にあることを検知できる。Next, the reading method in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, the case of collectively reading the word line W2, that is, the memory cells (T21) to (T2m) will be described, and it is assumed that the memory cells (T11) and (T12) are depleted. The potential of the selected word line W2 is read out and the power supply voltage Vcc
(For example, 5V), and the potentials of the non-selected word lines W1 and Wm are set to the ground potential Vss (for example, 0V). At the same time, the potential of the selected source line S2 is set to the read intermediate potential Vrm (for example, 1 V), and the potentials of the non-selected source lines S1 and Sm are set to the ground potential Vss. Further, the potentials of the bit lines B1 to Bn are set to the ground potential Vss via the sense amplifier.
In reality, since the sense amplifiers are connected to the bit lines B1 to Bn, the potentials of the bit lines B1 to Bn slightly fluctuate from the ground potential Vss. It is assumed that the potentials B1 to Bn are constant voltages (ground potential Vss). For example, memory cell (T22)
If is "0", the memory cell (T22) does not operate and no current flows. Although the memory cell (T12) is excessively depleted, no current flows through the memory cell (T12) because the potentials of the bit line B2 and the source line S1 are the same and Vss. Therefore, no current flows through the bit line B2, and it can be detected that the memory cell (T22) is in the "0" state. On the other hand, for example, if the memory cell (T21) is in the "1" state, the memory cell (T21) operates and a current flows, a current flows through the bit line B1, and the memory cell (T2)
It can detect that 1) is in the "1" state.
【0070】ここで、メモリセル(T11)はデプレッシ
ョン化しているが、本実施例では第1実施例と異なり、
メモリセル(T21)が作動してビット線B1 に流れた電
流が、メモリセル(T11)を経てソース線S1 に流れ出
てしまうことをダイオードD11によって防いでいる。ま
た、非選択ソース線S1 と全てのビット線の電位が等し
くVssであるために電流は流れにくい。ダイオードD11
は逆バイアスでも僅かにリーク電流を流すが、実施例の
ワード線に接続されている全てのメモリセルを一括に読
み出す方法では上記リーク電流をも抑制することができ
低消費電力化できる。Here, the memory cell (T11) is depleted, but in this embodiment, unlike the first embodiment,
The diode D11 prevents the current flowing in the bit line B1 from operating the memory cell (T21) from flowing out to the source line S1 via the memory cell (T11). Further, since the potentials of the non-selected source line S1 and all bit lines are equal to Vss, it is difficult for current to flow. Diode D11
Although a small amount of leak current flows even with a reverse bias, the method of collectively reading all the memory cells connected to the word line of the embodiment can suppress the above leak current and reduce power consumption.
【0071】以上のように、ワード線W2 とソース線S
2 にのみに読み出し用の電位を印加するだけで、メモリ
セル(T21)〜(T2m)を一括に読み出すことができ、
読み出し頻度が多い場合やベリファイ時の読み出し動作
では充放電する配線が従来の不揮発性半導体記憶装置に
比べて少なく、低消費電力化できる。As described above, the word line W2 and the source line S
Memory cells (T21) to (T2m) can be read in a lump by applying a read potential only to 2.
When the reading frequency is high or in the reading operation at the time of verification, the number of wirings charged and discharged is smaller than that of the conventional nonvolatile semiconductor memory device, and the power consumption can be reduced.
【0072】また、ビット線と非選択ソース線は接地電
位になっているため、非選択メモリセルにおけるドレイ
ン電圧によるしきい値低下はなく、ドレイン電圧による
しきい値低下に起因する誤読み出しは起こらない。Since the bit line and the non-selected source line are at the ground potential, the threshold voltage is not lowered by the drain voltage in the non-selected memory cell, and erroneous reading due to the threshold voltage reduction by the drain voltage is not caused. Absent.
【0073】なお、上記選択ソース線には読み出し中間
電位が印加されて、ソース電圧による選択メモリセルの
しきい値低下が起こる。ソース電圧による選択メモリセ
ルのしきい値低下を積極的に利用して、読み出し動作速
度を高速にしてもよく、また、ソース電圧による選択メ
モリセルのしきい値低下を防止してもよく、これらは第
1実施例と同様に適用できる。これらに関しては既に第
1実施例で述べており、説明は省略する。The read intermediate potential is applied to the selected source line, and the threshold voltage of the selected memory cell is lowered by the source voltage. The threshold voltage decrease of the selected memory cell due to the source voltage may be positively utilized to increase the read operation speed, and the threshold voltage decrease of the selected memory cell due to the source voltage may be prevented. Can be applied similarly to the first embodiment. These have already been described in the first embodiment, and description thereof will be omitted.
【0074】次に、本実施例においてワード線の電位を
接地電位Vssにしたまま読み出す方法について説明す
る。読み出し方法は図10で示した読み出し方法におい
て全てのワード線W1 〜Wm の電位を接地電位Vss(例
えば0V)に接地したものであり、図面は省略する。本
実施例の“1”状態におけるメモリセルのしきい値電圧
を予め負に設定しておけば、メモリトランジスタはワー
ド線の電位を接地電位Vss(例えば0V)にしても、
“1”状態ならば電流を流し、“0”状態ならば電流を
流さないため、図10で示した読み出し方法において全
てのワード線W1 〜Wm の電位を接地電位Vss(例えば
0V)に設定しても、メモリセルの状態をビット線電流
を検知することでデータを読みだせる。すなわち選択ソ
ース線S2 の電位を読み出し中間電位Vrm(例えば1
V)に設定し、非選択ソース線S1 ,…,Sm の電位を
接地電位Vssに設定し、ビット線の電位をセンスアンプ
を介して接地電位Vssに設定することでソース線で選択
したメモリセル(T21)〜(T2m)を一括で読み出すこ
とができるのである。したがって読み出し時にワード線
電位の変動がなく一層の低消費電力化と低電源電圧化が
可能である。Next, a method for reading the word line with the potential of the word line kept at the ground potential Vss in this embodiment will be described. The read method is the read method shown in FIG. 10 in which the potentials of all the word lines W1 to Wm are grounded to the ground potential Vss (for example, 0 V), and the drawings are omitted. If the threshold voltage of the memory cell in the “1” state of this embodiment is set to a negative value in advance, the memory transistor sets the word line potential to the ground potential Vss (for example, 0V),
In the reading method shown in FIG. 10, the potentials of all the word lines W1 to Wm are set to the ground potential Vss (for example, 0V) because current is passed in the "1" state and current is not passed in the "0" state. Even if the state of the memory cell is detected by detecting the bit line current, the data can be read. That is, the potential of the selected source line S2 is read out and the intermediate potential Vrm (for example, 1
V), the potentials of the non-selected source lines S1, ..., Sm are set to the ground potential Vss, and the potentials of the bit lines are set to the ground potential Vss via the sense amplifier to select the memory cell selected by the source line. It is possible to read (T21) to (T2m) in a batch. Therefore, the word line potential does not fluctuate during reading, and further lower power consumption and lower power supply voltage can be achieved.
【0075】上記第3実施例の読みだし方法では、選択
ソース線の電位を読み出し中間電位Vrm(例えば1V)
としたが、選択ソース線の電位は読み出し電源電圧Vcc
としてもよい。In the reading method of the third embodiment, the potential of the selected source line is read out and the intermediate potential Vrm (for example, 1 V).
However, the potential of the selected source line is the read power supply voltage Vcc.
It may be.
【0076】上記第3実施例の読みだし方法ではビット
線の電位をセンスアンプを介して接地電位Vssに設定す
るとしたが、センスアンプがリファレンス電位を必要す
る場合には選択ビット線の電位を接地電位Vssより高く
読み出し中間電位Vrmより低く設定してもよい。Although the potential of the bit line is set to the ground potential Vss via the sense amplifier in the reading method of the third embodiment, the potential of the selected bit line is grounded when the sense amplifier requires the reference potential. It may be set higher than the potential Vss and lower than the read intermediate potential Vrm.
【0077】上記実施例における読み出し動作では、選
択ソース線に読み出し中間電位が印加されて、ソース電
圧による選択メモリセルのしきい値低下が起こる。ソー
ス電圧による選択メモリセルのしきい値低下を積極的に
利用して、読み出し動作速度を高速にしてもよく、ま
た、ソース電圧による選択メモリセルのしきい値低下を
防止してもよく、これらは第1実施例と同様に適用でき
る。これらに関しては既に第1実施例で述べており、説
明は省略する。In the read operation in the above embodiment, the read intermediate potential is applied to the selected source line, and the threshold voltage of the selected memory cell is lowered by the source voltage. The threshold voltage decrease of the selected memory cell due to the source voltage may be positively utilized to increase the read operation speed, and the threshold voltage decrease of the selected memory cell due to the source voltage may be prevented. Can be applied similarly to the first embodiment. These have already been described in the first embodiment, and description thereof will be omitted.
【0078】本実施例における異方向抵抗部を有する半
導体記憶装置の構造には各種のものがある。以下、その
構造例及びその製造工程について説明する。There are various structures of the semiconductor memory device having the different direction resistance portion in the present embodiment. Hereinafter, the structural example and the manufacturing process thereof will be described.
【0079】図11(a)〜(c)及び図12(a)〜
(c)は、第1構造例に係るメモリセルの製造工程を示
すものである。図11(a)に示す工程では、P型半導
体基板1の上に、トンネルSiO2 膜2,フローティン
グゲート3、容量絶縁膜4、コントロールゲート5及び
保護用SiO2 膜を形成し、スタック型フローティング
ゲート構造を形成する。図11(b)に示す工程では、
基板全面にレジスト7を塗布した後ダイオードを形成す
る領域を開口し、P+ イオン注入を行ない、低濃度のn
- 層9を形成する。図11(c)に示す工程では、レジ
スト10を塗布した後ダイオードを形成する領域を残し
て開口し、As+ イオン注入を行ない、高濃度のn+ 層
21を形成する。図12(a)に示す工程では、保護膜
としてSiO2 膜22をCVD法により堆積する。図12
(b)に示す工程では、レジスト23を塗布してダイオ
ードを形成する領域を開口し、異方性エッチング法によ
りSiO2 膜22をエッチングバックしダイオードを形
成する領域のゲート側壁にサイドウオール24を残す。
図12(c)に示す工程では、タングステンシリサイド
膜25をパターニングし、ショットキーダイオードを形
成する。上記タングステンシリサイド膜25は配線層と
してパターニングしてもよいし、コンタクトの埋め込み
層としてパターニングしてもよい。以上の工程で形成さ
れたショットキーダイオードが異方向抵抗部として機能
する。FIGS. 11A to 11C and FIGS. 12A to 12C.
(C) shows a manufacturing process of the memory cell according to the first structural example. In the step shown in FIG. 11A, a tunnel SiO2 film 2, a floating gate 3, a capacitance insulating film 4, a control gate 5 and a protective SiO2 film are formed on a P-type semiconductor substrate 1 to form a stack type floating gate structure. To form. In the step shown in FIG. 11B,
After coating the resist 7 on the entire surface of the substrate, a region for forming a diode is opened, P + ion implantation is performed, and a low concentration n
-Forming layer 9. In the step shown in FIG. 11C, after the resist 10 is applied, the region where the diode is to be formed is left open and As + ions are implanted to form a high-concentration n + layer 21. In the step shown in FIG. 12A, a SiO2 film 22 is deposited as a protective film by the CVD method. FIG.
In the step shown in (b), the resist 23 is applied to open the region where the diode is to be formed, and the SiO2 film 22 is etched back by an anisotropic etching method to leave the sidewall 24 on the gate side wall in the region where the diode is to be formed. .
In the step shown in FIG. 12C, the tungsten silicide film 25 is patterned to form a Schottky diode. The tungsten silicide film 25 may be patterned as a wiring layer or as a contact buried layer. The Schottky diode formed through the above steps functions as the different-direction resistance portion.
【0080】次に、図13(a)〜(d)は、第2構造
例に係るメモリセルの製造工程を示すものである。図1
3(a)に示す工程では、P型半導体基板1の上に、ト
ンネルSiO2 膜2,フローティングゲート3、容量絶
縁膜4、コントロールゲート5及び保護用SiO2 膜を
形成し、スタック型フローティングゲート構造を形成す
る。図13(b)に示す工程では、レジスト25を塗布
し、ダイオードを形成する領域を残して開口し、As+
イオン注入を行い高濃度n+ 層27を形成する。図13
(c)に示す工程では、SiO2 膜を堆積してエッチバ
ックすることでサイドウオール28を形成する。図13
(d)に示す工程では、As+ イオン注入を行い高濃度
n+ 層30を形成する。図13(d)ではn+ 層30は
フローティングゲートからオフセットされており、オフ
セットの大きさはサイドウオール28の膜厚で制御す
る。図13(d)に示すオフセット領域29が異方向抵
抗部として機能する。図13(d)に示すメモリセルの
例は明確なダイオード構造を有していないが、ダイオー
ドと同様の特性が得られる。図14は、図13(d)に
示すオフセットトランジスタの電気特性をシミュレーシ
ョンしたものである。縦軸はトランジスタの動作電流、
横軸はゲート(フローティングゲート)電圧であり、実
線はオフセット領域29と隣接するn+ 層を高電位にし
た場合(順方向)の特性を、点線はオフセット領域29
と隣接するn+ 層30を低電位にした場合(逆方向)の
特性をそれぞれ示す。ゲート長は0.5 ミクロンでオフセ
ット量は0.2 ミクロンであり、ドレイン−ソース間電圧
は1 Vである。同図から、順方向と逆方向では電流値が
2桁以上異なっていることがわかる。Next, FIGS. 13A to 13D show manufacturing steps of the memory cell according to the second structural example. FIG.
In the step shown in FIG. 3 (a), a tunnel SiO2 film 2, a floating gate 3, a capacitance insulating film 4, a control gate 5 and a protective SiO2 film are formed on a P type semiconductor substrate 1 to form a stack type floating gate structure. Form. In the step shown in FIG. 13B, a resist 25 is applied, and an opening is formed by leaving As + in a region where a diode is to be formed.
Ion implantation is performed to form a high concentration n + layer 27. FIG.
In the step shown in (c), a side wall 28 is formed by depositing a SiO2 film and etching it back. FIG.
In the step shown in (d), As @ + ion implantation is performed to form a high concentration n @ + layer 30. In FIG. 13D, the n + layer 30 is offset from the floating gate, and the magnitude of the offset is controlled by the film thickness of the sidewall 28. The offset region 29 shown in FIG. 13D functions as a different-direction resistance portion. The example of the memory cell shown in FIG. 13D does not have a clear diode structure, but the same characteristics as those of the diode can be obtained. FIG. 14 is a simulation of the electrical characteristics of the offset transistor shown in FIG. The vertical axis is the operating current of the transistor,
The horizontal axis represents the gate (floating gate) voltage, the solid line represents the characteristics when the n + layer adjacent to the offset region 29 has a high potential (forward direction), and the dotted line represents the offset region 29.
The characteristics of the case where the n + layer 30 adjacent to and are made low potential (reverse direction) are shown. The gate length is 0.5 μm, the offset amount is 0.2 μm, and the drain-source voltage is 1 V. From the figure, it can be seen that the current values in the forward direction and the reverse direction are different by two digits or more.
【0081】図15(a)〜(c)は、第3構造例に係
るメモリセルの製造工程を示す。図15(a)に示す工
程では、上記第1,第2構造例の製造工程と同様に、ス
タック型フローティングゲート構造を形成する。図15
(b)に示す工程では、レジスト31を塗布し、ダイオ
ードを形成する領域を残して開口し、斜め方向からのB
F2+イオン注入を行って、ゲート下に深く入り込んだp
層33を形成する。BF2+イオン注入は大傾角で行うこ
とが望ましく、45度 60KeV 6E12atoms/cm2 が適
当と思われるが、この条件に限定されるものではない。
図15(c)に示す工程では、As+ イオン注入を行い
高濃度n+ 層30を形成する。図15(c)に示すよう
に、まずp層33を形成して高濃度n+ 層30を後退さ
せたことにより、p層33−高濃度n+ 層30間がダイ
オードとして機能する。FIGS. 15A to 15C show manufacturing steps of the memory cell according to the third structural example. In the step shown in FIG. 15A, a stack type floating gate structure is formed as in the manufacturing steps of the first and second structure examples. FIG.
In the step shown in (b), a resist 31 is applied, and an opening is formed leaving a region for forming a diode.
F2 + ion implantation was performed and p deeply entered under the gate
Form the layer 33. It is desirable that the BF2 + ion implantation is performed at a large inclination angle, and 45 degrees 60 KeV 6E12 atoms / cm2 seems to be suitable, but the condition is not limited to this.
In the step shown in FIG. 15C, As + ion implantation is performed to form a high concentration n + layer 30. As shown in FIG. 15C, first, the p-layer 33 is formed and the high-concentration n + layer 30 is made to recede, so that the region between the p-layer 33 and the high-concentration n + layer 30 functions as a diode.
【0082】なお、p層33の濃度を濃くしてn+ 層3
0がゲートに対してオフセットになってもよい。図15
のメモリセルの例は図13のメモリセルの例よりもサイ
ドウオール工程が必要ないと言う特徴がある。図16
は、図15(c)の構造を有するメモリセルの電気特性
をシミュレーションしたものである。縦軸はトランジス
タの動作電流、横軸はゲート(フローティングゲート)
電圧であり、実線は順方向の特性を、点線は逆方向の特
性をそれぞれ示す。ゲート長は0.5 ミクロンでp層33
の濃度は1E18atoms/cm3 であり、オフセット状態には
なっていず、ドレイン- ソース間電圧は1 Vである。順
方向と逆方向では電流値が1桁以上異なっていることが
わかる。It should be noted that the concentration of the p layer 33 is increased and the n + layer 3 is
0 may be offset with respect to the gate. FIG.
The example of the memory cell is characterized in that the side wall process is not required as compared with the example of the memory cell of FIG. FIG.
15 is a simulation of electrical characteristics of a memory cell having the structure of FIG. The vertical axis represents the operating current of the transistor, and the horizontal axis represents the gate (floating gate).
It is the voltage, and the solid line shows the forward characteristic and the dotted line shows the reverse characteristic. Gate length is 0.5 micron and p layer 33
Has a concentration of 1E18 atoms / cm3, is not in an offset state, and has a drain-source voltage of 1V. It can be seen that the current values in the forward direction and the reverse direction are different by one digit or more.
【0083】図17(a)〜(c)及び図18(a),
(b)は、第4構造例に係るメモリセルの製造工程を示
すものである。図17(a)〜(c)に示す工程では、
図12(a)〜(c)に示す工程と同様に、スタック型
フローティングゲート構造を形成しPNダイオードを形
成する領域にP+ イオン注入を行ない、低濃度のn-層
9を形成し、PNダイオードを形成しない領域にAs+
イオン注入を行ない、高濃度のn+ 層21を形成する。
その後、図18(a)に示す工程で、保護膜としてSi
O2 膜22をCVD法により堆積する。次に、PNダイ
オードを形成する領域にSiO2 膜22をエッチングバ
ックしPNダイオードを形成する領域のゲート側壁にサ
イドウオール24を残す。その後、図18(b)に示す
ように、レジスト31を塗布し、PNダイオードを形成
する領域を開口し、BF2+イオン注入を行ってp層61
を形成する。これにより、p層61−n- 層9間に異方
向抵抗部として機能するPNダイオードが形成される。17 (a) to 17 (c) and FIG. 18 (a),
(B) shows a manufacturing process of the memory cell according to the fourth structural example. In the steps shown in FIGS. 17A to 17C,
Similar to the steps shown in FIGS. 12A to 12C, P + ions are implanted into a region where a stack type floating gate structure is formed and a PN diode is formed to form a low concentration n- layer 9, As + in the area where no diode is formed
Ions are implanted to form a high concentration n + layer 21.
Then, in a step shown in FIG. 18A, Si is used as a protective film.
The O2 film 22 is deposited by the CVD method. Next, the SiO2 film 22 is etched back in the region where the PN diode is formed, and the sidewall 24 is left on the side wall of the gate in the region where the PN diode is formed. After that, as shown in FIG. 18B, a resist 31 is applied, a region for forming a PN diode is opened, and BF2 + ion implantation is performed to form a p-layer 61.
To form. As a result, a PN diode functioning as a different-direction resistance portion is formed between the p layer 61 and the n− layer 9.
【0084】以上に示したメモリセルは従来のスタック
型フローティングゲート構造メモリーセルトランジスタ
のソース領域に相当する領域にダイオードが形成されて
おり、メモリセルの面積を増加させることはない。In the memory cell described above, the diode is formed in the region corresponding to the source region of the conventional stack type floating gate structure memory cell transistor, and the area of the memory cell is not increased.
【0085】なお、本実施例の不揮発性メモリにはフロ
ーティングゲートを備えたものを用いたが、MNOS
(metal nitride oxide semiconductor )型メモリセル
などに代表される、MOSトランジスタのチャネル領域
上の絶縁膜に電子を注入して、しきい値電圧を変化させ
るタイプの不揮発性メモリトランジスタを用いてもよ
い。Although the nonvolatile memory of this embodiment provided with a floating gate was used, MNOS
A non-volatile memory transistor of a type that changes the threshold voltage by injecting electrons into an insulating film on a channel region of a MOS transistor, which is typified by a (metal nitride oxide semiconductor) type memory cell, may be used.
【0086】(第4実施例)以下、第4実施例の半導体
記憶装置の駆動方法について、図19〜図23を参照し
ながら説明する。本実施例における半導体記憶装置のブ
ロック回路図は図24に示した従来の不揮発性半導体記
憶装置のブロック回路図と同一であり説明は省略する。
図19は本実施例における半導体記憶装置のメモリセル
アレイ部を示し、第1実施例に示すメモリセルアレイの
構造を高集積化のために改良したものである。本実施例
では、図19に示すように、例えば2個のメモリセル
(T21a)と(T21b )のドレインは共通の配線を介し
て共通のビット線B1 に接続されており、メモリセル
(T21a )のソースはソース線S2 に、メモリセル(T
21b)のソースはソース線S3 にそれぞれ接続されてい
る。すなわち、一対のメモリセル(T21a ),(T21b
)のソースは個別のソース線S2 、S3 に接続される
一方、各メモリセル(T21a ),(T21b )のドレイン
は共通のビット線B1 に接続されている。また、この一
対のメモリセル(T21a ),(T21b )の隣接領域には
メモリセルが配置されていない。そして、ビット線B2
に対し、各一対のメモリセル(T12a ),(T12b )と
(T32a ),(T32b )とが2ビット分の間隔を隔てて
配置されている。メモリセル(T12b )のソースは、メ
モリセル(T21a )と共通のソース線S2 に接続されて
いる。他方の一対のメモリセル(T32a )、(T32b )
の接続状態も同様である。(Fourth Embodiment) A method of driving a semiconductor memory device according to the fourth embodiment will be described below with reference to FIGS. The block circuit diagram of the semiconductor memory device according to this embodiment is the same as the block circuit diagram of the conventional nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
FIG. 19 shows a memory cell array portion of a semiconductor memory device in this embodiment, which is an improvement of the structure of the memory cell array shown in the first embodiment for high integration. In the present embodiment, as shown in FIG. 19, for example, the drains of two memory cells (T21a) and (T21b) are connected to a common bit line B1 via a common wiring, and the memory cell (T21a) Of the memory cell (T
The sources of 21b) are respectively connected to the source line S3. That is, a pair of memory cells (T21a), (T21b
Source is connected to individual source lines S2 and S3, while the drains of the memory cells (T21a) and (T21b) are connected to a common bit line B1. Further, no memory cell is arranged in the region adjacent to the pair of memory cells (T21a) and (T21b). And bit line B2
On the other hand, each pair of memory cells (T12a), (T12b) and (T32a), (T32b) are arranged with an interval of 2 bits. The source of the memory cell (T12b) is connected to the common source line S2 with the memory cell (T21a). The other pair of memory cells (T32a), (T32b)
The same applies to the connection state of.
【0087】以上の結果、ソース線S1 、S2 の間に2
本のワード線W1a、W1bを、ソース線S2 、S3 の間に
2本のワード線W2a、W2bを配置し、ビット線B1 〜B3
は、ワード線とソース線とに直行するように配置する。
そして、これらの配線で形成される行列上の領域に、2
ビット一組のメモリセル(T)がチェッカー模様状に配
置されている。なお、各メモリセル(T)のゲートはワ
ード線に接続され、NOR型メモリセルを配置してい
る。また、ワード線W1a、W1b〜W3a、W3bはそれぞれ
ロウデコーダに、ソース線S1 〜S3 はそれぞれソース
デコーダに、ビット線B1 〜B3はそれぞれ列選択用トラ
ンジスタST1 〜ST3 を介してセンスアンプSA1 〜
SA3 に接続され、カラムデコーダに接続されている。As a result of the above, two lines are placed between the source lines S1 and S2.
The two word lines W1a and W1b are arranged between the source lines S2 and S3, and the two word lines W2a and W2b are arranged, and the bit lines B1 to B3.
Are arranged so as to be orthogonal to the word line and the source line.
Then, in the area on the matrix formed by these wirings, 2
A set of bit memory cells (T) are arranged in a checkered pattern. The gate of each memory cell (T) is connected to a word line, and NOR type memory cells are arranged. The word lines W1a, W1b to W3a and W3b are row decoders, the source lines S1 to S3 are source decoders, and the bit lines B1 to B3 are column select transistors ST1 to ST3 via sense amplifiers SA1 to SA3.
It is connected to SA3 and to the column decoder.
【0088】また、図20に示す構造では、上記図19
に示すチェッカー模様状のメモリセルアレイ構造におい
て、各メモリセルを構成するメモリトランジスタのソー
ス側に上記第3実施例で述べたような異方向抵抗部を介
設した例を示す。この例ではソース線S1 ,S2 ,…と
メモリトランジスタの間にダイオードD12a ,D12b,D
21a ,…が配置されているが、各ドレインとメモリト
ランジスタとの間にダイオードを配置してもよい。In the structure shown in FIG. 20, the structure shown in FIG.
In the checkered memory cell array structure shown in FIG. 3, an example is shown in which the different-direction resistance portion as described in the third embodiment is provided on the source side of the memory transistor forming each memory cell. In this example, diodes D12a, D12b, D are provided between the source lines S1, S2, ... And the memory transistors.
21a, ... Are arranged, but a diode may be arranged between each drain and the memory transistor.
【0089】次に、本実施例におけるメモリセル(T)
の構造について説明する。図21(a)はビット線方向
の構造を示す断面図、図21(b)はそれに対応する平
面図である。また、図22は平面図においてフローティ
ングゲートのパターニングを示したものである。図23
はメモリセル単体のワード線方向の構造断面図を示す。
各図において、51は素子分離、52はソース配線、5
3は保護絶縁膜、54は層間絶縁膜、55はビット配
線、56はソース線コンタクト、57はビット線コンタ
クト、58は活性領域、59はパターニング後のフロー
ティングゲートである。図18に示すように、長辺方向
がデザインルールLの5倍で短辺方向がデザインルール
Lの長方形状の活性領域58を折り重なるように形成
し、フローティングゲート59は上記活性領域58の長
辺方向に直線状にパターニングする。図21(b)に示
すようにワード線であるコントロールゲート5はデザイ
ンルールのラインとスペースで等間隔にパターニングさ
れ、容量絶縁膜4とフローティングゲート59とトンネ
ルSiO2 膜2を自己整合的にエッチングする。ソース
30をイオン注入により形成し、形成後SiO2 膜22
を堆積する。SiO2 膜22をエッチバックし、サイド
ウオール28を形成し、イオン注入によりオフセットド
レイン27を形成する。オーバーサイズでビットコンタ
クト57を露光し、配線材料とSiO2 膜53を堆積
し、ソース配線52をパターニングする。層間膜54を
堆積し、ビットコンタクト57をオーバーサイズで露光
し、層間膜54をエッチバックし、ビットコンタクト5
7を開ける。配線材料を堆積し、ビット配線55をパタ
ーニングする。図21(b)の平面図に示すようにメモ
リセルのチャネル幅方向はビット線のデザインルールと
ビットコンタクト57のマスクの合わせマージンにより
律速されている。図23に示すように、メモリセル単体
のワード線方向の構造断面は活性領域に対してフローテ
ィングゲート3が非対称形である。このことは上記フロ
ーティングゲート59を上記活性領域58の長辺方向に
直線状にパターニングしたことに起因するもので、デザ
インルールが小さくなるほど直線状の方がパターニング
しやすく、微細化できる利点がある。Next, the memory cell (T) in this embodiment
The structure of will be described. 21A is a sectional view showing the structure in the bit line direction, and FIG. 21B is a plan view corresponding thereto. Further, FIG. 22 shows the patterning of the floating gate in a plan view. FIG. 23
Shows a structural sectional view of the memory cell alone in the word line direction.
In each figure, 51 is element isolation, 52 is source wiring, 5
3 is a protective insulating film, 54 is an interlayer insulating film, 55 is a bit wiring, 56 is a source line contact, 57 is a bit line contact, 58 is an active region, and 59 is a floating gate after patterning. As shown in FIG. 18, a rectangular active region 58 whose long side is 5 times the design rule L and whose short side is the design rule L is formed so as to be folded, and the floating gate 59 is formed so that the long side of the active region 58 is long side. Patterning in a linear direction. As shown in FIG. 21B, the control gate 5, which is a word line, is patterned at equal intervals by lines and spaces according to the design rule to etch the capacitive insulating film 4, the floating gate 59, and the tunnel SiO2 film 2 in a self-aligned manner. . The source 30 is formed by ion implantation, and after formation, the SiO2 film 22 is formed.
Is deposited. The SiO2 film 22 is etched back to form a side wall 28, and an offset drain 27 is formed by ion implantation. The bit contact 57 is exposed by oversize, the wiring material and the SiO2 film 53 are deposited, and the source wiring 52 is patterned. The interlayer film 54 is deposited, the bit contact 57 is exposed by oversize, the interlayer film 54 is etched back, and the bit contact 5 is formed.
Open 7 A wiring material is deposited and the bit wiring 55 is patterned. As shown in the plan view of FIG. 21B, the channel width direction of the memory cell is rate-controlled by the bit line design rule and the alignment margin of the mask of the bit contact 57. As shown in FIG. 23, the floating gate 3 is asymmetric with respect to the active region in the structural cross section of the memory cell alone in the word line direction. This is due to the fact that the floating gate 59 is linearly patterned in the long side direction of the active region 58, and the smaller the design rule is, the more linear the patterning is, the more advantageous it is for miniaturization.
【0090】なお、図21等に示すレイアウトはマスク
の合わせマージンをデザインルールの半分と仮定してお
り、セル面積はデザインルールの二乗の11倍になって
いるが、マスクの合わせマージンは露光技術に依存する
ものであり、デザインルールの半分に限定しなくてもよ
い。The layout shown in FIG. 21 and the like assumes that the mask alignment margin is half the design rule, and the cell area is 11 times the square of the design rule, but the mask alignment margin is the exposure technique. It does not have to be limited to half of the design rules.
【0091】なお、図21等に示すメモリセルは、上記
図13(d)に示したオフセット領域を内蔵した構造を
有するフローティングゲートメモリセル(第3実施例に
おける第2構造例)を用いているが、これに限定するも
のではなく、第1,第3,第4構造例に示す構造のメモ
リセルを用いてもよい。The memory cell shown in FIG. 21 and the like uses the floating gate memory cell (second structure example in the third embodiment) having the structure shown in FIG. 13 (d) having the built-in offset region. However, the present invention is not limited to this, and the memory cells having the structures shown in the first, third, and fourth structural examples may be used.
【0092】また、本実施例において、活性領域58を
長方形としたが、露光技術などの必要に応じて部分的に
変形してもよい。Further, in the present embodiment, the active region 58 has a rectangular shape, but it may be partially deformed depending on the exposure technique or the like.
【0093】さらに、本実施例において、フローティン
グゲート59とコントロールゲート5とソース配線52
は直線状であるとしたが、露光技術などの必要に応じて
部分的に変形してもよい。Further, in this embodiment, the floating gate 59, the control gate 5, and the source wiring 52 are included.
Is linear, but may be partially deformed according to the need of the exposure technique.
【0094】また、本実施例においてソース配線52は
配線材料であるとしたが、拡散層で形成してもよい。Although the source wiring 52 is made of a wiring material in this embodiment, it may be formed of a diffusion layer.
【0095】次に、図19を参照しながら、本実施例の
読み出し方法について説明する。本実施例では読み出し
方法は第1実施例と同様の電圧関係で読み出す。図19
あるいは図20に示すように、例えば2本のワード線W
1b,W2aの電位を読み出し電源電圧(例えば、5 V)
に、非選択ワード線W1a,W2b〜W3bの電位を接地電位
(例えば、0 V)にし、ソース線S2 の電位を読み出し
中間電位(例えば、1 V)にし、非選択ソース線S1 ,
S3 〜S4 の電位を接地電位(例えば、0 V)、全ての
ビット線の電位をセンスアンプを介して接地電位(例え
ば、0 V)にし、ワード線W1b,W2aに接続されている
全てのメモリセルを一括読み出しする。Next, the reading method of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the reading method uses the same voltage relationship as in the first embodiment. FIG.
Alternatively, as shown in FIG. 20, for example, two word lines W
Read the potential of 1b and W2a power supply voltage (for example, 5 V)
In addition, the potentials of the unselected word lines W1a and W2b to W3b are set to the ground potential (for example, 0 V), the potential of the source line S2 is set to the read intermediate potential (for example, 1 V), and the unselected source lines S1 and
All the memories connected to the word lines W1b and W2a by setting the potentials of S3 to S4 to the ground potential (for example, 0 V) and all the bit lines to the ground potential (for example, 0 V) via the sense amplifier. Read cells all at once.
【0096】なお、図20の構造のごとく、第3実施例
と同様にダイオードを介設した構造のメモリセルアレイ
の場合には、第3実施例と同様にワード線の電位を接地
電位にしたまま読み出してもよい。As in the structure of FIG. 20, in the case of a memory cell array having a structure in which a diode is provided as in the third embodiment, the word line potential is kept at the ground potential as in the third embodiment. You may read it.
【0097】また、デプレッション化するメモリセルが
発生しないように、しきい値電圧を制御すれば、第1実
施例と同様に1本のワード線を一括に読み出すようにし
てもよい。Further, if the threshold voltage is controlled so that no memory cell to be depleted is generated, one word line may be read out at once as in the first embodiment.
【0098】なお、本実施例の不揮発性メモリにはフロ
ーティングゲートを備えたものを用いたが、MNOS
(metal nitride oxide semiconductor )型メモリセル
などに代表される、MOSトランジスタのチャネル領域
上の絶縁膜に電子を注入して、しきい値電圧を変化させ
るタイプの不揮発性メモリトランジスタを用いてもよ
い。Although the nonvolatile memory of this embodiment provided with a floating gate was used, MNOS
A non-volatile memory transistor of a type that changes the threshold voltage by injecting electrons into an insulating film on a channel region of a MOS transistor, which is typified by a (metal nitride oxide semiconductor) type memory cell, may be used.
【0099】[0099]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1又は2の
発明によれば、不揮発性メモリセルを行列上に配列した
メモリセルアレイ構造を有する半導体記憶装置におい
て、メモリセルの記憶内容を読みだす際、ビット線の電
位を選択ソース線の電位よりも低く設定するようにした
ので、非選択メモリセルの誤差動による誤読み出しを可
及的に防止することができる。As described above, according to the invention of claim 1 or 2, in the semiconductor memory device having the memory cell array structure in which the non-volatile memory cells are arranged in a matrix, the stored contents of the memory cells are read out. At this time, since the potential of the bit line is set lower than the potential of the selected source line, it is possible to prevent erroneous reading due to error in non-selected memory cells as much as possible.
【0100】請求項3の発明によれば、非選択ソース線
の電位をビット線の電位に等しく設定するようにしたの
で、選択ビット線に接続されるメモリセルにおける誤読
み出しを確実に防止することができる。According to the third aspect of the present invention, the potential of the non-selected source line is set to be equal to the potential of the bit line, so that erroneous reading in the memory cell connected to the selected bit line can be surely prevented. You can
【0101】請求項4の発明によれば、ソース線におけ
る充放電の抑制により、消費電力の低減を図ることがで
きる。According to the fourth aspect of the present invention, the power consumption can be reduced by suppressing the charging / discharging of the source line.
【0102】請求項5の発明によれば、メモリセルの記
憶内容の読み出しの際、選択ソース線上のメモリセルを
一括読み出しするようにしたので、読み出し回数の低減
とソース線における充放電の回避とを図ることができ、
よって、消費電力の顕著な低減を図ることができる。According to the fifth aspect of the invention, when the memory contents of the memory cells are read out, the memory cells on the selected source line are collectively read out. Therefore, the number of readings can be reduced and the charging / discharging of the source line can be avoided. Can be
Therefore, the power consumption can be significantly reduced.
【0103】請求項6の発明によれば、メモリセルの記
憶内容の読み出しの際、非選択ビット線の電位をフロー
ティングにするようにしたので、ビット線上への充放電
による電力の消費を抑制することができる。According to the sixth aspect of the invention, the potential of the non-selected bit line is set to be floating when the stored contents of the memory cell are read out, so that power consumption due to charging / discharging on the bit line is suppressed. be able to.
【0104】請求項7の発明によれば、ベリファイ時の
読み出し動作のソース電圧を通常の読み出し動作のソー
ス電圧より低くするようにしたので、半導体記憶装置の
しきい値の設計マージンを大きく確保することができ
る。According to the invention of claim 7, the source voltage of the read operation at the time of verify is made lower than the source voltage of the normal read operation, so that a large threshold design margin of the semiconductor memory device is secured. be able to.
【0105】請求項8の発明によれば、ソース電圧によ
るしきい値電圧の低下を大きくようにしたので、メモリ
セルの相互コンダクタンスを大きくして読み出し動作を
高速にすることができる。According to the eighth aspect of the present invention, since the threshold voltage is greatly reduced due to the source voltage, the transconductance of the memory cell can be increased and the read operation can be speeded up.
【0106】請求項9又は10の発明によれば、不揮発
性メモリセルにスプリットゲート構造でソース側にフロ
ーティングゲートを設けたメモリトランジスタを用いた
ので、フローティングゲートのソース側の容量結合比を
大きくドレイン側の容量結合比を殆ど0にすることがで
き、よって、ソース電圧によるしきい値電圧の低下量を
大きくすることができる。According to the ninth or tenth aspect of the invention, since the memory transistor having the split gate structure and the floating gate provided on the source side is used for the non-volatile memory cell, the floating gate has a large capacitance coupling ratio on the source side. The capacitive coupling ratio on the side can be made almost zero, and thus the amount of decrease in the threshold voltage due to the source voltage can be increased.
【0107】請求項11の発明によれば、読み出し電圧
を接地電圧に設定して、メモリセルの記憶内容の読み出
しを行うようにしたので、読み出し時におけるワード線
の電位の変動をなくすことができ、よって、消費電力の
低減を図ることができる。According to the eleventh aspect of the present invention, the read voltage is set to the ground voltage and the stored contents of the memory cell are read. Therefore, it is possible to eliminate the fluctuation of the potential of the word line during the read. Therefore, power consumption can be reduced.
【図1】第1実施例の半導体記憶装置の構成及び読み出
し動作を説明するための電気回路図である。FIG. 1 is an electric circuit diagram for explaining a configuration and a read operation of a semiconductor memory device according to a first embodiment.
【図2】第1実施例の非対称ソース、ドレイン構造を有
するメモリセルの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a memory cell having an asymmetrical source / drain structure according to the first embodiment.
【図3】第1実施例のスプリットゲート構造を有するメ
モリセルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a memory cell having a split gate structure according to the first embodiment.
【図4】第1実施例のオフセット構造を有するメモリセ
ルの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a memory cell having the offset structure of the first embodiment.
【図5】第1実施例のメモリセルのしきい値電圧分布の
概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of threshold voltage distribution of the memory cell of the first embodiment.
【図6】第1実施例の半導体記憶装置のメモリセルアレ
イの詳細構造を示す電気回路図である。FIG. 6 is an electric circuit diagram showing a detailed structure of a memory cell array of the semiconductor memory device of the first embodiment.
【図7】第1実施例の読みだし方法における各部の信号
の変化を示すタイミングチャート図である。FIG. 7 is a timing chart showing changes in signals at various parts in the reading method according to the first embodiment.
【図8】第2実施例の半導体記憶装置のメモリセルアレ
イの詳細構造を示す電気回路図である。FIG. 8 is an electric circuit diagram showing a detailed structure of a memory cell array of the semiconductor memory device of the second embodiment.
【図9】第1実施例の読みだし方法における各部の信号
の変化を示すタイミングチャート図である。FIG. 9 is a timing chart showing changes in signals of various parts in the reading method according to the first embodiment.
【図10】第3実施例のメモリセルアレイの構成と読み
だし方法とを説明するための電気回路図である。FIG. 10 is an electric circuit diagram for explaining a configuration and a reading method of a memory cell array of a third embodiment.
【図11】第3実施例の第1構造例に係るメモリセルの
製造工程のうちn+ 層を形成するまでの工程における構
造の変化を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structural change in the process up to forming the n + layer in the process of manufacturing the memory cell according to the first structural example of the third example.
【図12】第3実施例の第1構造例に係るメモリセルの
製造工程のうちSiO2 膜の形成後ショットキーダイオ
ードを形成するまでの工程に工程における構造の変化を
示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a structural change in the steps of forming the Schottky diode after forming the SiO 2 film in the step of manufacturing the memory cell according to the first structural example of the third example.
【図13】第3実施例の第2構造例に係るオフセット構
造メモリセルの製造工程における構造の変化を示す断面
図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a structural change in a manufacturing process of an offset structure memory cell according to a second structure example of the third embodiment.
【図14】第3実施例の第2構造例に係るオフセット構
造メモリセルの電気特性をシミュレーションした結果で
ある。FIG. 14 is a result of simulating electric characteristics of an offset structure memory cell according to a second structure example of the third embodiment.
【図15】第3実施例の第3構造例に係るメモリセルの
製造工程における構造の変化を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structural change in the manufacturing process of the memory cell according to the third structural example of the third example.
【図16】第3実施例の第3構造例に係るメモリセルの
電圧−電流特性のシミュレーション結果を示す図であ
る。FIG. 16 is a diagram showing simulation results of voltage-current characteristics of a memory cell according to a third structural example of the third example.
【図17】第3実施例の第4構造例に係るメモリセルの
製造工程のうちn+ 層を形成するまでの工程における構
造の変化を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structural change in the process up to forming the n + layer in the process of manufacturing the memory cell according to the fourth structural example of the third example.
【図18】第3実施例の第4構造例に係るメモリセルの
製造工程のうちSiO2 膜の形成後PNダイオードを形
成するまでの工程に工程における構造の変化を示す断面
図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a structural change in the process of manufacturing the memory cell according to the fourth structural example of the third embodiment and forming the PN diode after forming the SiO 2 film.
【図19】第4実施例のメモリセルアレイの構成及び読
みだし動作を説明するための電気回路図である。FIG. 19 is an electric circuit diagram for explaining the configuration and the read operation of the memory cell array of the fourth embodiment.
【図20】第4実施例のダイオードを設けたメモリセル
アレイの構成及び読みだし動作を説明するための電気回
路図である。FIG. 20 is an electric circuit diagram for explaining a configuration and a read operation of a memory cell array provided with a diode according to a fourth embodiment.
【図21】第4実施例のメモリセルの構造を示す断面図
及び平面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view and a plan view showing the structure of the memory cell of the fourth embodiment.
【図22】第4実施例の半導体記憶装置のメモリセルの
フローティングゲートのパターニング状態を示す平面図
である。FIG. 22 is a plan view showing a patterned state of a floating gate of a memory cell of a semiconductor memory device according to a fourth example.
【図23】第4実施例の半導体記憶装置のメモリセル単
体のワード線方向の構造を示す断面である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing the structure of a single memory cell in the semiconductor memory device of the fourth embodiment in the word line direction.
【図24】従来の半導体記憶装置の全体構成を示すブロ
ック図である。FIG. 24 is a block diagram showing an overall configuration of a conventional semiconductor memory device.
【図25】従来の半導体記憶装置のメモリセルアレイの
構成及び読み出し動作を説明するための電気回路図であ
る。FIG. 25 is an electric circuit diagram for explaining a configuration and a read operation of a memory cell array of a conventional semiconductor memory device.
【図26】従来の半導体記憶装置のメモリセルのしきい
値電圧分布図である。FIG. 26 is a threshold voltage distribution diagram of memory cells of a conventional semiconductor memory device.
【図27】従来の半導体記憶装置のメモリセルの容量結
合の状態を断面状態で示す図である。FIG. 27 is a sectional view showing a state of capacitive coupling of memory cells of a conventional semiconductor memory device.
【図28】従来の半導体記憶装置の電気特性を示す特性
図である。FIG. 28 is a characteristic diagram showing electrical characteristics of a conventional semiconductor memory device.
1 半導体p基板 2 トンネルSiO2 膜 3 フローティングゲート 4 容量絶縁膜 5 コントロールゲート 11 メモリトランジスタ 12 ワード線 13 ビット線 14 ソース線 17 ダイオード 18 センスアンプ 24、28 サイドウオール 104 ソースデコーダ回路 1 semiconductor p substrate 2 tunnel SiO2 film 3 floating gate 4 capacitance insulating film 5 control gate 11 memory transistor 12 word line 13 bit line 14 source line 17 diode 18 sense amplifier 24, 28 side wall 104 source decoder circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/788 29/792 H01L 27/10 434 29/78 371 (72)発明者 森 俊樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中尾 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/788 29/792 H01L 27/10 434 29/78 371 (72) Inventor Toshiki Mori Osaka Prefecture 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Ichiro Nakao 1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (11)
らなるトランジスタと容量部とを有する不揮発性メモリ
セルを行列上に配列してなるメモリセルアレイと、上記
メモリセルアレイの行方向に配置された各トランジスタ
のゲートに接続される複数のワード線と、上記メモリセ
ルアレイの列方向に配置された各トランジスタのドレイ
ンに接続される複数のビット線と、上記メモリセルアレ
イの行方向に配置された各トランジスタのソースに接続
される複数のソース線と、上記ワード線を選択するため
のデコーダ回路と、上記ビット線を選択するためのデコ
ーダ回路と、上記ソース線を選択するためのデコーダ回
路とを備えた半導体記憶装置の駆動方法であって、 上記複数のソース線のうち少なくとも1本のソース線を
上記デコーダ回路により選択し、 上記選択ソース線に接続されている上記不揮発性メモリ
セルと同じアドレスのワード線を上記デコーダ回路によ
り選択し、 上記選択ワード線の電位を所定電位に設定し、 上記ビット線の電位を第1電位に設定し、 上記選択ソース線の電位を上記第1電位よりも高い第2
電位に設定して、 上記選択ソース線及び選択ワード線に接続される少なく
とも1つのメモリセルの記憶内容を読み出すことを特徴
とする半導体記憶装置の駆動方法。1. A memory cell array in which non-volatile memory cells each having a transistor including at least a gate, a source, and a drain and a capacitor section are arranged in a matrix, and gates of the transistors arranged in a row direction of the memory cell array. Connected to a plurality of word lines, a plurality of bit lines connected to the drains of the transistors arranged in the column direction of the memory cell array, and a source of the transistors arranged in the row direction of the memory cell array. Of a plurality of source lines, a decoder circuit for selecting the word line, a decoder circuit for selecting the bit line, and a decoder circuit for selecting the source line. In the driving method, at least one source line of the plurality of source lines is connected to the decoder circuit. Select the word line of the same address as the nonvolatile memory cell connected to the selected source line by the decoder circuit, set the potential of the selected word line to a predetermined potential, and set the potential of the bit line to A second potential higher than the first potential, the potential of the selected source line being set to the first potential;
A method of driving a semiconductor memory device, comprising: setting a potential and reading the stored contents of at least one memory cell connected to the selected source line and the selected word line.
法において、 上記メモリセルの記憶内容を読み出す際、上記第1電位
をほぼ接地電位にすることを特徴とする半導体記憶装置
の駆動方法。2. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first potential is set to substantially a ground potential when reading the stored contents of the memory cell.
駆動方法において、 上記メモリセルの記憶内容を読み出す際、非選択ソース
線の電位を上記第1電位と等しく設定することを特徴と
する半導体記憶装置の駆動方法。3. The method for driving a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the potential of the non-selected source line is set equal to the first potential when reading the stored contents of the memory cell. Driving method of semiconductor memory device.
駆動方法において、 上記メモリセルの記憶内容を読みだす際、非選択ソース
線の電位をフローティングにすることを特徴とする半導
体記憶装置の駆動方法。4. The method for driving a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the potential of a non-selected source line is set to a floating state when the stored content of the memory cell is read. Driving method.
憶装置の駆動方法において、 上記メモリセルの記憶内容を読みだす際、上記選択ソー
ス線に接続されている全ての上記不揮発性メモリセルを
一括で読み出すことを特徴とする半導体記憶装置の駆動
方法。5. The method for driving a semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein all the nonvolatile memories connected to the selected source line when reading the stored contents of the memory cells. A method for driving a semiconductor memory device, which comprises reading out cells all at once.
憶装置の駆動方法において、 上記メモリセルの記憶内容を読みだす際、非選択ビット
線の電位をフローティングにすることを特徴とする半導
体記憶装置の駆動方法。6. The method for driving a semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the potential of a non-selected bit line is set to a floating state when reading the stored contents of the memory cell. Driving method of semiconductor memory device.
体記憶装置の駆動方法において、 書き込みベリファイ動作又は消去ベリファイ動作におけ
る読み出しを行う際には、選択ソース線の電位を上記読
み出し動作における選択ソース線の電位より低く設定す
ることを特徴とする半導体記憶装置の駆動方法。7. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein when a read is performed in a write verify operation or an erase verify operation, the potential of the selected source line is set to the read operation. 2. A method for driving a semiconductor memory device, wherein the potential is set lower than the potential of the selected source line in.
載の半導体記憶装置の駆動方法において、 上記不揮発性メモリセルとして、上記ソースと上記容量
部の間の容量結合比を上記ドレインと上記容量部の間の
容量結合比よりも大きくなるように形成された不揮発性
メモリセルを用いることを特徴とする半導体記憶装置の
駆動方法。8. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the capacitive coupling ratio between the source and the capacitance section is the nonvolatile memory cell. A method of driving a semiconductor memory device, comprising using a nonvolatile memory cell formed so as to have a ratio larger than a capacitive coupling ratio between the drain and the capacitance section.
載の半導体記憶装置の駆動方法において、 上記不揮発性メモリセル内の上記メモリトランジスタと
して、容量部がスプリットゲート構造を有するメモリト
ランジスタを用いることを特徴とする半導体記憶装置の
駆動方法。9. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein a capacitance portion has a split gate structure as the memory transistor in the nonvolatile memory cell. A method for driving a semiconductor memory device, which uses a memory transistor.
方法において、 上記スプリットゲート構造を有する上記メモリトランジ
スタの容量部は、上記メモリトランジスタのソース領域
とオーバーラップする領域を有することを特徴とする半
導体記憶装置の駆動方法。10. The method of driving a semiconductor memory device according to claim 9, wherein the capacitance portion of the memory transistor having the split gate structure has a region overlapping with a source region of the memory transistor. Driving method of semiconductor memory device.
記載の半導体記憶装置の駆動方法において、 予め低しきい値状態におけるメモリセルのしきい値電圧
を負に設定しておき、 上記メモリセルの記憶内容を読みだす際、全てのワード
線を接地電位にすることを特徴とする半導体記憶装置の
駆動方法。11. The method according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7.
In the method for driving a semiconductor memory device described above, the threshold voltage of a memory cell in a low threshold state is set to a negative value in advance, and when reading the stored contents of the memory cell, all word lines are grounded. A method for driving a semiconductor memory device, comprising:
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