JPH0822695A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device

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Publication number
JPH0822695A
JPH0822695A JP17602194A JP17602194A JPH0822695A JP H0822695 A JPH0822695 A JP H0822695A JP 17602194 A JP17602194 A JP 17602194A JP 17602194 A JP17602194 A JP 17602194A JP H0822695 A JPH0822695 A JP H0822695A
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JP
Japan
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memory
gate electrode
transistor
sense amplifier
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP17602194A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Fukuda
実 福田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0822695A publication Critical patent/JPH0822695A/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a non-volatile semiconductor memory device which can be operated with a constant voltage of about 2V. CONSTITUTION:A memory cell consists of a memory transistor and a selective gate transistor and is connected to a sense-amplifier with NAND constitution. This memory TR is obtd. by forming a floating gate electrode 24 via a gate insulating film on a channel region between diffusion regions 20 and 22 for a source and drain. Further, a control gate electrode 26 is formed via an insulating film thereon. The threshold voltage viewed from the control gate electrode 26 is so set as to attain negative, for example, -1.0V by implanting ions to the channel region under the floating gate electrode 24. The selective gate TR is obtd. by forming a selective gate electrode 30 of a polysilicon via a gate insulating film on the channel region between the diffusion region 20 and the diffusion region 28 of the extension part connecting to the sense-amplifier.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はフローティングゲート電
極を備えたFAMOS型メモリトランジスタ又はマスク
ROMメモリトランジスタをメモリセルに含む不揮発性
半導体メモリ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device including a FAMOS type memory transistor having a floating gate electrode or a mask ROM memory transistor in a memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1(A)はFAMOSメモリトランジ
スタであり、半導体基板に形成された拡散層からなるド
レイン2とソース4の間のチャネル領域上にゲート絶縁
膜を介してポリシリコンのフローティングゲート電極6
が形成され、その上に絶縁膜を介してポリシリコンのコ
ントロールゲート電極8が形成されている。初期状態、
すなわち一方の記憶状態でのしきい値電圧はコントロー
ルゲート電極8から測定した値が+1.5〜2Vであ
り、フローティングゲート電極6に電子が注入された他
方の記憶状態になるとしきい値電圧が+5〜6Vに高く
なる。そのため、読出し時にコントロールゲート電極8
に供給される電圧は、一方の記憶状態のメモリトランジ
スタがオンとなり、他方の記憶状態のメモリトランジス
タがオンにならないような電圧に設定しなければなら
ず、例えば電源電圧2Vでは一方の記憶状態のメモリト
ランジスタもオンにならないため、使用することができ
ない。すなわち、2V以下というような低電圧ではこの
メモリトランジスタを動作させることはできない。
2. Description of the Related Art FIG. 1A shows a FAMOS memory transistor, which has a floating gate made of polysilicon via a gate insulating film on a channel region between a drain 2 and a source 4 formed of a diffusion layer formed on a semiconductor substrate. Electrode 6
Is formed, and a control gate electrode 8 made of polysilicon is formed thereon via an insulating film. initial state,
That is, the threshold voltage in one memory state is +1.5 to 2V measured from the control gate electrode 8, and the threshold voltage is increased in the other memory state in which electrons are injected into the floating gate electrode 6. It goes up to + 5-6V. Therefore, at the time of reading, the control gate electrode 8
Must be set to a voltage at which one memory state memory transistor is turned on and the other memory state memory transistor is not turned on. For example, at a power supply voltage of 2 V, one memory state The memory transistor also cannot be turned on and cannot be used. That is, this memory transistor cannot be operated at a voltage as low as 2 V or less.

【0003】高集積化のために、FAMOSメモリトラ
ンジスタの一方の記憶状態でのしきい値電圧を負に設定
したEEPROMが提案されている(米国特許第493
9690号公報参照)。そこでは、図1(B)に示され
るように、複数個のメモリトランジスタ10がセンスア
ンプに対し直列に接続されたNAND型配列がとられて
いる。12はセンスアンプにつながる拡散領域、14は
ソース拡散領域であり、メモリトランジスタ10の配列
の両端には選択ゲート電極16,18が設けられて、こ
のNANDメモリセルアレイが選択されるようになって
いる。
For high integration, an EEPROM has been proposed in which the threshold voltage of one memory state of a FAMOS memory transistor is set negative (US Pat. No. 4,933).
9690 publication). Here, as shown in FIG. 1B, a NAND type array in which a plurality of memory transistors 10 are connected in series to a sense amplifier is adopted. Reference numeral 12 is a diffusion region connected to the sense amplifier, 14 is a source diffusion region, and select gate electrodes 16 and 18 are provided at both ends of the array of the memory transistors 10 to select the NAND memory cell array. .

【0004】マイクロコンピュータで用いるメモリ用L
SIではEPROMでデバッグを行なった後、量産用と
してはマスクROMを再度設計することが多い。この場
合、EPROMとマスクROMではメモリトランジスタ
の構造の違いにより、電流能力が大きく異なり、スピー
ド的に同等のものができないため、タイミングの再設計
を余儀なくされるという問題が生じている。また、通
常、センスアンプとしてはスタティック型の回路構成が
とられているため、仮にCMOS構成にしたとしてもア
ドレス信号の切換え時にCMOS回路に電流が流れ、消
費電力が大きくなっている。
L for memory used in a microcomputer
In SI, after debugging with EPROM, mask ROM is often redesigned for mass production. In this case, the EPROM and the mask ROM have different current capacities due to the difference in the structure of the memory transistors, and they cannot be equivalent in terms of speed, which causes a problem that the timing must be redesigned. In addition, since the sense amplifier normally has a static circuit configuration, even if the sense amplifier is configured to have a CMOS configuration, a current flows through the CMOS circuit when the address signal is switched, resulting in a large power consumption.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的は
2V程度の低電圧でも動作させることのできるメモリト
ランジスタを備えた低電圧動作可能な不揮発性半導体メ
モリ装置を提供することである。その場合、図1(B)
のようなNAND型メモリセルアレイでは、NANDア
レイの縦に並んだメモリセルのうちの1つのメモリセル
を選択するために、途中のメモリセルをそれぞれのコン
トロールゲート電極に印加する電源電圧によってオンさ
せなければならないため、精密なしきい値電圧制御が必
要になる。しかし、そのような制御は容易ではない。そ
のため、歩留まりの面において問題があり、またスピー
ドを補償することができないという問題も生じる。
SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a low voltage non-volatile semiconductor memory device having a memory transistor which can be operated even at a low voltage of about 2V. In that case, FIG. 1 (B)
In such a NAND type memory cell array, in order to select one of the vertically arranged memory cells of the NAND array, the memory cells in the middle must be turned on by the power supply voltage applied to each control gate electrode. Therefore, precise threshold voltage control is required. However, such control is not easy. Therefore, there is a problem in yield and a problem that speed cannot be compensated.

【0006】本発明の第2の目的はEPROMやEEP
ROMでデバッグした回路を同一特性のマスクROMで
置き換えることができるようにして短期間開発を可能に
することである。本発明の第3の目的はワード線駆動回
路やセンスアンプにおいても低消費電力化を実現するこ
とである。
A second object of the present invention is EPROM or EEP.
It is possible to replace a circuit debugged by a ROM with a mask ROM having the same characteristics and enable development in a short period of time. A third object of the present invention is to realize low power consumption also in a word line drive circuit and a sense amplifier.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】メモリトランジスタを低
電圧動作可能にする本発明の不揮発性半導体メモリ装置
に含まれるメモリセルは、2トランジスタ型又は1トラ
ンジスタ型として実現される。2トランジスタ型メモリ
セルはメモリトランジスタと、このメモリトランジスタ
とセンスアンプとの間に挿入された選択ゲートトランジ
スタとを含んでいる。メモリトランジスタは半導体基板
のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してフローティン
グゲート電極が形成され、さらにその上に絶縁膜を介し
てコントロールゲート電極が形成され、かつコントロー
ルゲート電極から測定したしきい値電圧が一方の記憶状
態で負、他方の記憶状態で正になるようにしきい値電圧
が設定されているメモリトランジスタ、又は半導体基板
のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が
形成され、しきい値電圧が一方の記憶状態で負、他方の
記憶状態で正になるようにしきい値電圧が設定されてい
るメモリトランジスタである。
A memory cell included in a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention which enables a memory transistor to operate at a low voltage is realized as a two-transistor type or a one-transistor type. The two-transistor type memory cell includes a memory transistor and a select gate transistor inserted between the memory transistor and the sense amplifier. A memory transistor has a floating gate electrode formed on a channel region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a control gate electrode formed on the floating gate electrode via an insulating film, and a threshold voltage measured from the control gate electrode. A gate electrode is formed on the channel region of the semiconductor substrate, or a memory transistor whose threshold voltage is set so as to be negative in one memory state and positive in the other memory state, via a gate insulating film, In the memory transistor, the threshold voltage is set so that the threshold voltage is negative in one memory state and positive in the other memory state.

【0008】このメモリセルはそれぞれ複数個のメモリ
セルを含むブロックが第1の選択信号により選択される
ようにセンスアンプに並列に接続され、各ブロック内で
は複数個のメモリセルが互いに並列にセンスアンプに接
続されるように接続されているとともに、同一ブロック
内のメモリセルの選択ゲートトランジスタには第2の選
択信号が共通に供給されて、NOR回路を構成してい
る。
This memory cell is connected in parallel to a sense amplifier so that a block including a plurality of memory cells is selected by a first selection signal, and a plurality of memory cells are sensed in parallel in each block. The NOR circuit is configured by being connected to the amplifier and being commonly supplied with the second selection signal to the selection gate transistors of the memory cells in the same block.

【0009】メモリトランジスタを低電圧動作可能にす
る本発明の1トランジスタ型メモリセルは、半導体基板
のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してフローティン
グゲート電極が形成され、さらにその上に絶縁膜を介し
てコントロールゲート電極が形成され、かつコントロー
ルゲート電極から測定したしきい値電圧が一方の記憶状
態で負、他方の記憶状態で正になるようにしきい値電圧
が設定されているメモリトランジスタ、又は半導体基板
のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が
形成され、しきい値電圧が一方の記憶状態で負、他方の
記憶状態で正になるようにしきい値電圧が設定されてい
るメモリトランジスタのみを含み、メモリセルのコント
ロールゲート電極又はゲート電極につながるワード線駆
動回路にはメモリセルの非選択時に一方の記憶状態のメ
モリトランジスタもオンにならない負の電圧を供給する
負電圧発生回路を備えている。EEPROM、EPRO
M及びマスクROMにおいても、しきい値電圧を負にす
るためにはチャネル領域にイオン打込みを行なってしき
い値電圧を調整することができる。
According to the one-transistor type memory cell of the present invention which enables a memory transistor to operate at a low voltage, a floating gate electrode is formed on a channel region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and further an insulating film is interposed on the floating gate electrode. A memory transistor or semiconductor in which a control gate electrode is formed and the threshold voltage measured from the control gate electrode is set to be negative in one memory state and positive in the other memory state. A memory transistor in which a gate electrode is formed on a channel region of a substrate via a gate insulating film, and the threshold voltage is set to be negative in one memory state and positive in the other memory state. The word line drive circuit including only the control gate electrode or the gate electrode of the memory cell Also the memory transistor of one of the storage state at the time of non-selection of Le and a negative voltage generating circuit for supplying a negative voltage which does not turn on. EEPROM, EPRO
In the M and the mask ROM as well, in order to make the threshold voltage negative, the threshold voltage can be adjusted by performing ion implantation in the channel region.

【0010】ワード線駆動回路とセンスアンプにおいて
も低消費電力化を実現するために、本発明ではワード線
駆動回路とセンスアンプの少なくとも一方をCMOS構
成とし、アドレス信号の切換え時点を検出してその切換
え時点に対応したパルス信号を発生するアドレス切換え
検出回路を備え、そのアドレス切換え検出回路の出力パ
ルス信号が発生している期間はワード線の駆動やセンス
アンプの動作を禁止状態とするクロック動作型駆動回路
を備えている。
In order to realize low power consumption in the word line drive circuit and the sense amplifier, at least one of the word line drive circuit and the sense amplifier has a CMOS structure in the present invention, and the switching point of the address signal is detected to detect the change. A clock operation type that has an address switching detection circuit that generates a pulse signal corresponding to the switching time, and disables word line drive and sense amplifier operation during the period when the output pulse signal of the address switching detection circuit is generated. It has a drive circuit.

【0011】[0011]

【作用】一方の記憶状態のFAMOSメモリトランジス
タのしきい値電圧又は一方の記憶状態のマスクROMメ
モリトランジスタのしきい値電圧が負、例えば−1.0
V程度に設定されておれば、コントロールゲート電極又
はゲート電極への印加電圧が0Vであってもそれらのメ
モリトランジスタにはオン電流が流れる。FAMOSメ
モリトランジスタの他方の記憶状態又はマスクROMメ
モリトランジスタの他方の記憶状態ではしきい値電圧が
正であるので、コントロールゲート電極又はゲート電極
への印加電圧が0Vの場合にはそれらのメモリトランジ
スタにはオン電流が流れない。そのため、コントロール
ゲート電圧又はゲート電圧が0Vであってもメモリトラ
ンジスタを読み出すことができる。このように、2V以
下の低電圧でも動作が可能であり、従来のように一方の
記憶状態のFAMOSをオンさせたり、一方の記憶状態
のマスクROMをオンさせるために5Vのような高電圧
を印加する必要がなくなる。
The threshold voltage of the FAMOS memory transistor in one memory state or the threshold voltage of the mask ROM memory transistor in one memory state is negative, for example -1.0.
If the voltage is set to about V, even if the voltage applied to the control gate electrode or the gate electrode is 0V, an on-current flows through those memory transistors. Since the threshold voltage is positive in the other storage state of the FAMOS memory transistor or the other storage state of the mask ROM memory transistor, when the voltage applied to the control gate electrode or the gate electrode is 0 V, those memory transistors are Does not flow on current. Therefore, the memory transistor can be read even if the control gate voltage or the gate voltage is 0V. As described above, operation is possible even at a low voltage of 2 V or less, and a high voltage such as 5 V is used to turn on the FAMOS in one memory state or turn on the mask ROM in one memory state as in the conventional case. No need to apply.

【0012】一方、一方の記憶状態のFAMOSメモリ
トランジスタ又は一方の記憶状態のマスクROMメモリ
トランジスタにはコントロールゲート電圧又はゲート電
圧が0Vでもオン電流が流れるので、非選択時には選択
ゲートトランジスタをオフにすることによりセンスアン
プが誤って読み出すことがないようにする。
On the other hand, since the ON current flows through the FAMOS memory transistor in one memory state or the mask ROM memory transistor in one memory state even if the control gate voltage or the gate voltage is 0 V, the select gate transistor is turned off when it is not selected. This prevents the sense amplifier from reading by mistake.

【0013】FAMOSメモリセルとマスクROMメモ
リセルで読出し時にメモリトランジスタのコントロール
ゲート電極又はゲート電極に印加する電位は0Vであ
り、両者で電位環境を同一とすることができるので、結
果としてFAMOSメモリセルと同一のタイミング特性
をもつマスクROMを実現することができる。したがっ
て、従来のように両者でタイミングの再設計をする必要
がなくなる。アドレス線駆動回路やセンスアンプをCM
OS構成とし、かつクロック動作型とすることにより、
アドレス信号の切換え時にCMOS回路に貫通電流が流
れるのを阻止することができ、より低消費電力化を実現
することができる。
In the FAMOS memory cell and the mask ROM memory cell, the potential applied to the control gate electrode or the gate electrode of the memory transistor at the time of reading is 0 V, and the potential environment can be the same in both, and as a result, the FAMOS memory cell It is possible to realize a mask ROM having the same timing characteristics as the above. Therefore, there is no need to redesign the timing on both sides as in the conventional case. CM for address line drive circuit and sense amplifier
By having an OS configuration and a clock operation type,
It is possible to prevent a through current from flowing through the CMOS circuit when the address signal is switched, and it is possible to further reduce power consumption.

【0014】[0014]

【実施例】図2は一実施例のメモリセルを表わしてい
る。図2(A)はマイクロコンピュータ用不揮発性メモ
リセルの例であり、メモリトランジスタは半導体基板に
形成されたソース・ドレイン用の拡散領域20,22の
間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介して形成された
フローティングゲート電極24と、さらにフローティン
グゲート電極24上に絶縁膜を介して形成されたコント
ロールゲート電極26を備えている。このメモリトラン
ジスタはフローティングゲート電極24の下のチャネル
領域にイオン打込みがなされてコントロールゲート電極
26からみたしきい値電圧が負、例えば−1.0Vにな
るように設定されている。
DETAILED DESCRIPTION FIG. 2 shows a memory cell of one embodiment. FIG. 2A is an example of a nonvolatile memory cell for a microcomputer, in which a memory transistor is formed on a semiconductor substrate through a gate insulating film on a channel region between source / drain diffusion regions 20 and 22. The floating gate electrode 24 thus formed and the control gate electrode 26 formed on the floating gate electrode 24 with an insulating film interposed therebetween are provided. This memory transistor is set such that the channel region under the floating gate electrode 24 is ion-implanted and the threshold voltage seen from the control gate electrode 26 is negative, for example, -1.0V.

【0015】また、電気的に消去可能にするために、メ
モリトランジスタのゲート絶縁膜の少なくとも一部はト
ンネル現象可能な薄いゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)
となっている。また、このメモリセルには選択ゲートト
ランジスタとして拡散領域20とセンスアンプにつなが
る拡散領域28の間のチャネル領域上にゲート絶縁膜を
介してポリシリコンの選択ゲート電極30が形成されて
いる。
Further, in order to make it electrically erasable, at least a part of the gate insulating film of the memory transistor is a thin gate insulating film capable of tunneling (tunnel insulating film).
Has become. Further, in this memory cell, a polysilicon select gate electrode 30 is formed as a select gate transistor on the channel region between the diffusion region 20 and the diffusion region 28 connected to the sense amplifier via a gate insulating film.

【0016】図2(B)は図2(A)と同等な特性をも
つマスクROMメモリセルであり、メモリトランジスタ
はソース・ドレイン用の拡散領域20,22上にゲート
絶縁膜を介してポリシリコンゲート電極32が形成され
たものであり、初期状態でしきい値電圧が負、例えば−
1.0Vになるように、チャネル領域にイオン打込みが
なされて設定されている。ゲート電極32はグラウンド
電位に固定されて使用される。またこのメモリセルでも
選択ゲート電極30による選択ゲートトランジスタが形
成されている。
FIG. 2B shows a mask ROM memory cell having the same characteristics as FIG. 2A. The memory transistor is formed on the diffusion regions 20 and 22 for source / drain through a gate insulating film and polysilicon. The gate electrode 32 is formed, and the threshold voltage is negative in the initial state, for example, −
Ion implantation is set in the channel region so as to be 1.0 V. The gate electrode 32 is used while being fixed to the ground potential. Also in this memory cell, a select gate transistor is formed by the select gate electrode 30.

【0017】図3により図2(A)のメモリセルの動作
について説明する。 (A)プログラミング ”0” ドレイン28に8Vを印加し、選択ゲート電極30に1
2.0Vを印加してこのメモリセルを選択し、ソース2
2を0Vとし、コントロールゲート電極26には12.
0Vを印加する。このとき、ドレイン28からソース2
2に電流が流れ、メモリトランジスタではアバランシェ
動作によって電子がフローティングゲート電極24に注
入されて”0”がプログラミングされる。
The operation of the memory cell of FIG. 2A will be described with reference to FIG. (A) Programming "0" Apply 8V to the drain 28 and set 1 to the select gate electrode 30.
Apply 2.0V to select this memory cell, source 2
2 is set to 0 V, and the control gate electrode 26 has 12.
Apply 0V. At this time, drain 28 to source 2
A current flows through the memory transistor 2, and electrons are injected into the floating gate electrode 24 by the avalanche operation in the memory transistor to program "0".

【0018】(B)プログラミング ”1” ドレイン28をフローティング状態とする。その他は
(A)と同じであるが、フローティングゲート電極24
には電子は注入されない。
(B) Programming "1" The drain 28 is brought into a floating state. Others are the same as (A), but the floating gate electrode 24
No electrons are injected into.

【0019】(C)消去 ソース22を5Vとし、コントロールゲート電極26に
−10Vを印加することにより、フローティングゲート
電極24に注入されていた電子がトンネル絶縁膜を経て
ソース22へ流れ、消去が行なわれて初期状態に戻る。
(C) Erase By setting the source 22 to 5V and applying -10V to the control gate electrode 26, the electrons injected into the floating gate electrode 24 flow to the source 22 through the tunnel insulating film and erase is performed. Is returned to the initial state.

【0020】(D)その他のメモリセル コントロールゲート電極26に電圧を印加しないことに
より、選択ゲート電極30に12.0Vが印加されたメ
モリセルが選択されても、フローティングゲート電極2
4の記憶状態は変わらない。
(D) Other memory cells By not applying a voltage to the control gate electrode 26, even if a memory cell in which 12.0 V is applied to the select gate electrode 30 is selected, the floating gate electrode 2
The memory state of 4 does not change.

【0021】(E)読出し 選択ゲート電極30に3Vを印加してこのメモリセルを
選択し、ドレイン28には1.5Vを印加し、ソース2
2は0Vとする。コントロールゲート電極26は0Vと
する。もし、フローティングゲート電極24に電子が注
入されたプログラミング”0”の状態であれば、しきい
値電圧が正になっているため、このメモリトランジスタ
はオンしない。一方、フローティングゲート電極24に
電子が注入されていないプログラミング”1”の状態の
場合には、そのしきい値電圧が負であるためメモリトラ
ンジスタがオンとなる。
(E) 3V is applied to the read selection gate electrode 30 to select this memory cell, 1.5V is applied to the drain 28, and the source 2 is applied.
2 is 0V. The control gate electrode 26 is set to 0V. If the programming “0” state in which electrons are injected into the floating gate electrode 24, this memory transistor is not turned on because the threshold voltage is positive. On the other hand, in the programming "1" state in which electrons are not injected into the floating gate electrode 24, the memory transistor is turned on because the threshold voltage thereof is negative.

【0022】次に、EPROMもしくはEEPROM、
又はマスクROMを備えた回路について説明する。図4
はメモリセル(破線で囲まれたもの)が図1(A)に示
された従来の1個のメモリトランジスタ1を備えている
場合の従来の回路の例である。メモリトランジスタ1の
コントロールゲート電極にはXデコーダ40からワード
線ドライバ42を経てワード線44が接続されている。
メモリトランジスタ1はYゲート46を経てセンスアン
プ48に接続されている。このメモリトランジスタ1は
初期状態でもしきい値電圧が正であり、書き込まれると
しきい値電圧がさらに高くなるため、ワード線には読み
出し時に5Vが印加され、非読み出し時は0Vとなる。
Next, EPROM or EEPROM,
Alternatively, a circuit including a mask ROM will be described. FIG.
1 is an example of a conventional circuit in the case where a memory cell (enclosed by a broken line) includes one conventional memory transistor 1 shown in FIG. The word line 44 is connected to the control gate electrode of the memory transistor 1 from the X decoder 40 through the word line driver 42.
The memory transistor 1 is connected to the sense amplifier 48 via the Y gate 46. This memory transistor 1 has a positive threshold voltage even in the initial state, and the threshold voltage is further increased when written, so that 5 V is applied to the word line when reading and 0 V when not reading.

【0023】図5は本発明の図2(A)のメモリセルを
NOR構成に接続した回路の例を示したものである。メ
モリセル50はメモリトランジスタ52と選択ゲートト
ランジスタ54を含んでおり、メモリトランジスタ52
は初期状態”1”でのしきい値電圧が負であり、”0”
が書き込まれるとしきい値電圧が正に変わる。メモリト
ランジスタ52のコントロールゲート電極には読出し時
も非読出し時も0Vが印加される。選択ゲートトランジ
スタ54にはXデコーダ40及びCMOS構成のワード
線ドライバ42を経てワード線44が接続され、メモリ
セル50が選択される。メモリセル50は従来と同様に
Yゲート46を経てCMOS構成のセンスアンプ48に
接続されている。
FIG. 5 shows an example of a circuit in which the memory cell of FIG. 2A of the present invention is connected in a NOR configuration. The memory cell 50 includes a memory transistor 52 and a selection gate transistor 54.
Has a negative threshold voltage in the initial state "1" and is "0"
Is written, the threshold voltage changes to positive. 0V is applied to the control gate electrode of the memory transistor 52 during reading and non-reading. The word line 44 is connected to the select gate transistor 54 via the X decoder 40 and the word line driver 42 of CMOS structure, and the memory cell 50 is selected. The memory cell 50 is connected to the sense amplifier 48 having the CMOS structure via the Y gate 46 as in the conventional case.

【0024】図6と図7に図5の回路をさらに低消費電
力化した好ましい回路の例を示す。図6と図7はアドレ
ス信号の切換え時にセンスアンプの駆動を禁止すること
によりCMOS回路に貫通電流が流れるのを防ぐように
したものである。図6は概略的に示したブロック図であ
り、アドレス信号はアドレス回路60からデコーダ62
を経てワードラインバッファ64で所定のワードライン
が選択される。選択されたワードラインのメモリセルが
センスアンプ48で読み出されて出力回路66から出力
される。ATD(Address Transition Detector)回路6
8はアドレス回路60の出力からアドレス信号の変化を
検出してアドレス信号が変化している時間に対応したパ
ルス信号を発生するものであり、そのパルス信号はワー
ドラインバッファ64とセンスアンプ48に供給され、
アドレス信号が変化している間はワードラインの選択と
センスアンプの駆動が禁止されて、CMOS回路に過渡
期間の電流が流れないようにしている。
6 and 7 show examples of preferable circuits in which the circuit of FIG. 5 is further reduced in power consumption. 6 and 7 are for preventing the flow of a through current in the CMOS circuit by prohibiting the driving of the sense amplifier at the time of switching the address signal. FIG. 6 is a schematic block diagram showing that address signals are transmitted from the address circuit 60 to the decoder 62.
After that, a predetermined word line is selected by the word line buffer 64. The memory cell of the selected word line is read by the sense amplifier 48 and output from the output circuit 66. ATD (Address Transition Detector) circuit 6
Reference numeral 8 is for detecting a change in the address signal from the output of the address circuit 60 and generating a pulse signal corresponding to the time during which the address signal is changing. The pulse signal is supplied to the word line buffer 64 and the sense amplifier 48. Is
While the address signal is changing, word line selection and sense amplifier driving are prohibited so that no current flows in the CMOS circuit during the transient period.

【0025】図7はその具体的な一例を示したものであ
る。図5と同一の部分には同一の符号を用いる。Xデコ
ーダ40からワード線44を駆動するワード線ドライバ
のCMOSインバータ42の動作をアドレス信号が変化
している間は禁止するために、CMOSインバータ42
のPMOSトランジスタと電源端子との間にPMOSト
ランジスタ70を挿入し、CMOSインバータ42の出
力端子をNMOSトランジスタ72を介してグラウンド
端子に接続するとともに、それらのMOSトランジスタ
70,72のゲート電極にATD回路68からのパルス
信号を印加している。また、センスアンプの動作をアド
レス信号が変化している間は禁止するために、センスア
ンプ48のCMOSインバータの入力端子と出力端子を
それぞれPMOSトランジスタ74,76を介して電源
電圧Vccに接続し、そのCMOSインバータのNMO
Sトランジスタとグラウンド端子の間にNMOSトラン
ジスタ78を挿入し、これらのMOSトランジスタ7
4,76,78のゲート電極にATD回路68からのパ
ルス信号を反転して印加している。このように、アドレ
ス信号の切換え時にワードラインの駆動を禁止し、セン
スアンプの動作を禁止することにより、ワード線ドライ
バとセンスアンプを構成しているCMOSインバータに
過渡的な貫通電流が流れるのを防いで消費電力を抑えて
いる。
FIG. 7 shows a specific example thereof. The same parts as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals. In order to prohibit the operation of the CMOS inverter 42 of the word line driver that drives the word line 44 from the X decoder 40 while the address signal is changing, the CMOS inverter 42 is used.
The PMOS transistor 70 is inserted between the PMOS transistor and the power supply terminal, the output terminal of the CMOS inverter 42 is connected to the ground terminal through the NMOS transistor 72, and the gate electrodes of the MOS transistors 70 and 72 are connected to the ATD circuit. The pulse signal from 68 is applied. Further, in order to prohibit the operation of the sense amplifier while the address signal is changing, the input terminal and the output terminal of the CMOS inverter of the sense amplifier 48 are connected to the power supply voltage Vcc via the PMOS transistors 74 and 76, respectively. NMO of the CMOS inverter
An NMOS transistor 78 is inserted between the S transistor and the ground terminal, and these MOS transistors 7
The pulse signals from the ATD circuit 68 are inverted and applied to the gate electrodes of 4, 76 and 78. In this way, by prohibiting the driving of the word line and prohibiting the operation of the sense amplifier at the time of switching the address signal, it is possible to prevent a transient through current from flowing through the CMOS inverter that constitutes the word line driver and the sense amplifier. Prevents and reduces power consumption.

【0026】これまでの実施例はメモリセルにメモリト
ランジスタと選択ゲートトランジスタの2個のMOSト
ランジスタを含んだ例を示しているが、次に示す図8の
実施例は、メモリセル52aとして1個のメモリトラン
ジスタ52のみを含んだ実施例を示している。このメモ
リトランジスタ52は図2(A)に示されたものであ
り、そのチャネル領域にイオン打込みがなされて、しき
い値電圧が初期状態で負、例えば−1.0V、書込みに
より正に変わるように設定されたものである。このメモ
リトランジスタ52のコントロールゲート電極につなが
るワード線46は、Xデコーダ40及びワード線ドライ
バ42aにより駆動されるが、そのワード線46の選択
時にはワード線に0V又はわずかに正の電圧が印加さ
れ、非選択時にはメモリトランジスタ52の初期状態で
のしきい値電圧よりも低い負の電圧、例えば−2.0V
が印加されるように、ワード線ドライバ42aには負電
圧発生回路80が接続されている。
Although the above-described embodiments show an example in which the memory cell includes two MOS transistors of a memory transistor and a select gate transistor, the embodiment of FIG. 8 shown below has one memory cell 52a. 2 shows an embodiment including only the memory transistor 52 of FIG. This memory transistor 52 is the one shown in FIG. 2A. The channel region of the memory transistor 52 is ion-implanted so that the threshold voltage is changed to negative in the initial state, for example, -1.0 V, and becomes positive by writing. Is set to. The word line 46 connected to the control gate electrode of the memory transistor 52 is driven by the X decoder 40 and the word line driver 42a. When the word line 46 is selected, 0V or a slightly positive voltage is applied to the word line, When not selected, a negative voltage lower than the threshold voltage of the memory transistor 52 in the initial state, for example, -2.0V.
Is applied to the word line driver 42a, a negative voltage generating circuit 80 is connected.

【0027】これにより、ワード線に0V又はわずかに
正の電圧が印加されてメモリトランジスタ52が選択さ
れたとき、メモリトランジスタ52に”0”が書き込ま
れているときにはメモリトランジスタ52はオンせ
ず、”1”が書き込まれているときはオンになる。ま
た、ワード線に−2.0Vが印加されてメモリトランジ
スタ52が非選択状態のときは書込み状態が”0”,”
1”のいずれであってもオンにはならない。このよう
に、メモリトランジスタ52のコントロールゲート電極
の非選択時の電圧を初期状態でのしきい値電圧よりも低
い負の電圧にすることにより、メモリセルが初期状態で
のしきい値電圧が負である1個のメモリトランジスタの
みで構成されている場合でもセンスアンプが誤動作しな
い回路を実現することができる。
As a result, when 0V or a slightly positive voltage is applied to the word line to select the memory transistor 52, when "0" is written in the memory transistor 52, the memory transistor 52 does not turn on, It turns on when "1" is written. When -2.0 V is applied to the word line and the memory transistor 52 is in the non-selected state, the written state is "0", "
It is not turned on by any of 1 ". By thus setting the voltage of the control gate electrode of the memory transistor 52 in the non-selected state to a negative voltage lower than the threshold voltage in the initial state, It is possible to realize a circuit in which the sense amplifier does not malfunction even when the memory cell is composed of only one memory transistor having a negative threshold voltage in the initial state.

【0028】図8の回路でもより消費電力を少なくする
ために、図6,7と同様にアドレス信号の切換え時にワ
ードラインの駆動を禁止し、センスアンプの動作を禁止
するようにして、CMOS回路に過渡的な貫通電流が流
れるのを防ぐようにするのが好ましい。
In order to reduce the power consumption of the circuit of FIG. 8 as well, the driving of the word line is prohibited and the operation of the sense amplifier is prohibited during the switching of the address signal as in the case of FIGS. It is preferable to prevent a transient through-current from flowing through.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明ではメモリトランジスタとして、
しきい値電圧が一方の記憶状態で負、他方の記憶状態で
正になるように設定されているメモリトランジスタを用
いる。その結果、コントロールゲート電圧又はゲート電
圧が0Vであってもメモリトランジスタを読み出すこと
ができ、従来のように5Vのような高電圧を印加する必
要がなくなり、低電圧動作が可能になる。しきい値電圧
が一方の記憶状態で負のメモリトランジスタのゲート電
極に接続されるワード線駆動回路にメモリセルの非選択
時に一方の記憶状態のメモリトランジスタもオンになら
ない負の電圧を供給する負電圧発生回路を備えることに
より、低電圧動作可能なメモリトランジスタ1個のみで
メモリセルを構成することができるようになる。ワード
線駆動回路やセンスアンプをCMOS構成とし、アドレ
ス信号の切換え時点を検出してその切換え期間ではワー
ド線の駆動やセンスアンプの動作を禁止状態とすること
により、CMOS回路での貫通電流を防いで低消費電力
化を実現することができる。FAMOSメモリセルとマ
スクROMメモリセルで読出し時にメモリトランジスタ
のコントロールゲート電極とゲート電極に印加する電位
を共通で、例えば0Vとすることにより、両者で低電圧
動作を行なわせつつ、FAMOSメモリセルと同一のタ
イミング特性をもつマスクROMを実現することがで
き、従来のように両者でタイミングの再設計をする必要
がなくなり、設計に要する期間が短縮される。
According to the present invention, as the memory transistor,
A memory transistor whose threshold voltage is set to be negative in one memory state and positive in the other memory state is used. As a result, the memory transistor can be read even if the control gate voltage or the gate voltage is 0V, and it is not necessary to apply a high voltage such as 5V as in the conventional case, and low voltage operation becomes possible. Negative voltage is supplied to the word line drive circuit connected to the gate electrode of the memory transistor whose threshold voltage is negative in one memory state so that the memory transistor in one memory state does not turn on when the memory cell is not selected. By providing the voltage generation circuit, it becomes possible to configure a memory cell with only one memory transistor capable of low voltage operation. The word line drive circuit and the sense amplifier have a CMOS configuration, the point of time when the address signal is switched is detected, and the drive of the word line and the operation of the sense amplifier are prohibited during the switching period to prevent a shoot-through current in the CMOS circuit. Thus, low power consumption can be realized. The potential applied to the control gate electrode and the gate electrode of the memory transistor at the time of reading in the FAMOS memory cell and the mask ROM memory cell is common, for example, 0 V, so that both are performing the low voltage operation and are the same as the FAMOS memory cell. It is possible to realize a mask ROM having the above timing characteristics, and it is not necessary to redesign the timing between the two as in the conventional case, and the period required for the design is shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来のメモリセルを示す平面図であり、(A)
は初期状態のしきい値電圧が正のFAMOSメモリトラ
ンジスタを用いたもの、(B)はメモリトランジスタの
初期状態のしきい値電圧が負のNAND構成のEEPR
OMセルアレイである。
FIG. 1 is a plan view showing a conventional memory cell, (A)
Is a FAMOS memory transistor having a positive threshold voltage in the initial state, and (B) is an EEPR having a NAND structure in which the threshold voltage of the memory transistor is negative in the initial state.
It is an OM cell array.

【図2】本発明の実施例を示したものであり、(A)は
初期状態のしきい値電圧が負のFAMOSメモリセル、
(B)は同じく初期状態のしきい値電圧が負のマスクR
OMメモリセルである。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which (A) is a FAMOS memory cell having a negative threshold voltage in the initial state,
Similarly, (B) is a mask R with a negative threshold voltage in the initial state.
OM memory cell.

【図3】図2(A)のメモリセルの動作を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an operation of the memory cell in FIG.

【図4】従来のメモリセルを用いたメモリ装置を示す回
路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a memory device using conventional memory cells.

【図5】一実施例のメモリセルを用いたNAND構成の
メモリ装置を示す回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a memory device having a NAND structure using the memory cells of one embodiment.

【図6】好ましいメモリ装置のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a preferred memory device.

【図7】図6の具体的な一例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific example of FIG.

【図8】1メモリセル1メモリトランジスタ構成の実施
例を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing an embodiment of one memory cell and one memory transistor configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20,22,28 拡散領域 24 フローティングゲート電極 26 コントロールゲート電極 30 選択ゲート電極 32 マスクROMのゲート電極 50,50a メモリセル 52 メモリトランジスタ 54 選択ゲートトランジスタ 48 センスアンプ 68 ATD回路 20, 22, 28 Diffusion region 24 Floating gate electrode 26 Control gate electrode 30 Select gate electrode 32 Mask ROM gate electrode 50, 50a Memory cell 52 Memory transistor 54 Select gate transistor 48 Sense amplifier 68 ATD 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 29/78 371 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI Technical display location H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板のチャネル領域上にゲート絶
縁膜を介してフローティングゲート電極が形成され、さ
らにその上に絶縁膜を介してコントロールゲート電極が
形成され、かつコントロールゲート電極から測定したし
きい値電圧が一方の記憶状態で負、他方の記憶状態で正
になるようにしきい値電圧が設定されているメモリトラ
ンジスタと、このメモリトランジスタとセンスアンプと
の間に挿入された選択ゲートトランジスタとからなる2
個のMOSトランジスタを含んだメモリセルを備え、そ
のメモリセルがNOR回路を構成するようにセンスアン
プに接続されていることを特徴とする不揮発性半導体メ
モリ装置。
1. A floating gate electrode is formed on a channel region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a control gate electrode is further formed thereon via an insulating film, and a threshold measured from the control gate electrode. From the memory transistor whose threshold voltage is set so that the value voltage is negative in one memory state and positive in the other memory state, and the select gate transistor inserted between this memory transistor and the sense amplifier. Become 2
A non-volatile semiconductor memory device comprising: a memory cell including a plurality of MOS transistors, the memory cell being connected to a sense amplifier so as to form a NOR circuit.
【請求項2】 半導体基板のチャネル領域上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極が形成され、しきい値電圧が一
方の記憶状態で負、他方の記憶状態で正になるようにし
きい値電圧が設定されているメモリトランジスタと、こ
のメモリトランジスタとセンスアンプとの間に挿入され
た選択ゲートトランジスタとからなる2個のMOSトラ
ンジスタを含んだメモリセルを備え、そのメモリセルが
NOR回路を構成するようにセンスアンプに接続されて
いることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
2. A gate electrode is formed on a channel region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and the threshold voltage is set to be negative in one memory state and positive in the other memory state. A memory cell including two MOS transistors including a set memory transistor and a selection gate transistor inserted between the memory transistor and the sense amplifier is provided, and the memory cell constitutes a NOR circuit. A non-volatile semiconductor memory device, characterized in that it is connected to a sense amplifier.
【請求項3】 メモリセルには、半導体基板のチャネル
領域上にゲート絶縁膜を介してフローティングゲート電
極が形成され、さらにその上に絶縁膜を介してコントロ
ールゲート電極が形成され、かつコントロールゲート電
極から測定したしきい値電圧が一方の記憶状態で負、他
方の記憶状態で正になるようにしきい値電圧が設定され
ているメモリトランジスタ、又は半導体基板のチャネル
領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、
しきい値電圧が一方の記憶状態で負、他方の記憶状態で
正になるようにしきい値電圧が設定されているメモリト
ランジスタのみを含み、 メモリセルのコントロールゲート電極又はゲート電極に
つながるワード線駆動回路にはメモリセルの非選択時に
一方の記憶状態のメモリトランジスタもオンにならない
負の電圧を供給する負電圧発生回路を備えたことを特徴
とする不揮発性半導体メモリ装置。
3. In a memory cell, a floating gate electrode is formed on a channel region of a semiconductor substrate via a gate insulating film, and a control gate electrode is further formed on the floating gate electrode via an insulating film, and a control gate electrode. The memory transistor whose threshold voltage is set so that the threshold voltage measured from is negative in one memory state and positive in the other memory state, or through the gate insulating film on the channel region of the semiconductor substrate. A gate electrode is formed,
A word line drive connected to a control gate electrode or a gate electrode of a memory cell that includes only memory transistors whose threshold voltage is set so that the threshold voltage is negative in one memory state and positive in the other memory state A non-volatile semiconductor memory device characterized in that the circuit is provided with a negative voltage generating circuit for supplying a negative voltage that does not turn on a memory transistor in one of the memory states when a memory cell is not selected.
【請求項4】 ワード線駆動回路をCMOS構成とし、
アドレス信号の切換え時点を検出してその切換え時点に
対応したパルス信号を発生するアドレス切換え検出回路
を備え、そのアドレス切換え検出回路の出力パルス信号
が発生している期間はセンスアンプの動作を禁止状態と
するクロック動作型駆動回路を備えた請求項1、2又は
3に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
4. The word line drive circuit has a CMOS structure,
Equipped with an address switching detection circuit that detects the switching time of the address signal and generates a pulse signal corresponding to that switching time, and disables the operation of the sense amplifier while the output pulse signal of the address switching detection circuit is generated. 4. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, comprising a clock operation type drive circuit.
【請求項5】 センスアンプをCMOS構成とし、アド
レス信号の切換え時点を検出してその切換え時点に対応
したパルス信号を発生するアドレス切換え検出回路を備
え、そのアドレス切換え検出回路の出力パルス信号が発
生している期間はセンスアンプの動作を禁止状態とする
クロック動作型駆動回路を備えた請求項1、2又は3に
記載の不揮発性半導体メモリ装置。
5. A sense amplifier having a CMOS structure, comprising an address switching detection circuit for detecting a switching time point of an address signal and generating a pulse signal corresponding to the switching time point, and an output pulse signal of the address switching detection circuit is generated. 4. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a clock operation type drive circuit for prohibiting the operation of the sense amplifier during the period of operation.
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