JPH08287696A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH08287696A
JPH08287696A JP9042095A JP9042095A JPH08287696A JP H08287696 A JPH08287696 A JP H08287696A JP 9042095 A JP9042095 A JP 9042095A JP 9042095 A JP9042095 A JP 9042095A JP H08287696 A JPH08287696 A JP H08287696A
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Toshihiko Himeno
敏彦 姫野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体記憶装置において、デコー
ダ部のトランスファーゲートのカットオフ特性が向上さ
せ、ゲート酸化膜に高電圧が印加されることを阻止し、
信頼性を向上させることを目的とする。 【構成】 NAND型もしくはAND型EEPROMの
消去動作時に、選択ゲート信号をVccに、制御ゲート信
号をVthに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体記憶装置に係わ
り、特に複数のメモリセルを接続してメモリセルユニッ
ト(NANDセル、ANDセル、DINORセル)を構
成した半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体記憶装置の1つとして、電
気的書き替えを可能としたEEPRROMが知られてい
る。なかでも、メモリセルを複数個直列接続してNAN
Dセル・ブロックを構成するNANDセル型EEPRO
Mは、高集積化ができるものとして注目されている。
【0003】NANDセル型EEPROMの1つのメモ
リセルは、半導体基板上に絶縁膜を介して浮游ゲート
(電荷蓄積層)と制御ゲートが積層されたFETMOS
構造を有し、複数個のメモリセルが隣接するもの同士で
ソース・ドレインを共用する形で直列接続されてNAN
Dセルを構成する。このようなNANDセルがマトリッ
クス配列されてメモリセルアレイが構成される。
【0004】メモリセルアレイの列方向に並ぶNAND
セルの一端側のドレインは、それぞれ選択ゲートトラン
ジスタを介してビット線に共通接続され、他端側ソース
はやはり選択ゲートトランジスタを介して共通ソース線
に接続されている。メモリトランジスタの制御ゲート及
び選択ゲートトランジスタのゲート電極は、メモリセル
アレイの行方向にそれぞれ制御ゲート線(ワード線)、
選択ゲート線として共通接続される。
【0005】図3はEEPROMのNANDセルの基本
構成を示す平面図であり、図4(a)(b)はその矢視
A−A´、B−B´断面図である。また、図5は図3の
NANDセルの等価回路である。この列では、4個のメ
モリセルM1 〜M4 と2個の選択MOSトランジスタS
1 ,S2 を、そのソース、ドレイン拡散層を共用する形
で直列接続してNANDセルを構成している。このよう
なNANDセルがマトリックス配列されてメモリアレイ
が構成される。
【0006】NANDセルのドレインは選択トランジス
タS1 を介してビット線BLに接続される。また、NA
NDセルのソースは選択トランジスタS2 を介して接地
線に接続される。各メモリセルの制御ゲートCG1 〜C
G4 は、ビット線BLと交差するワード線WLに接続さ
れる。この実施例は4個のメモリセルで1つのNAND
セルを構成しているが、一般に2のn乗(n=1、2
…)個のメモリセルで1つのNANDセルを構成でき
る。
【0007】具体的なセル構造を、図4により説明す
る。P型シリコン基板0上にnウェル1、さらに、1´
を設ける。このpウェル1´上にメモリセルを形成し、
周辺回路はメモリセルと別のpウェル上に設ける。NA
NDセルは、pウェル1´上の素子分離絶縁膜2で囲ま
れた一つの領域に、この例では4個のメモリセルとそれ
を挾む2つの選択トランジスタが形成されている。l各
メモリセルは、pウェル1´上に5〜20nmの熱酸化
膜からなる第1ゲート絶縁膜31 を介して、50〜40
0nmの第1層多結晶シリコン膜により浮游ゲート4
(41 、42 、43 、44 )が形成され、この上に15
〜40nmの熱酸化膜からなる第3ゲート絶縁膜5を介
して、100〜400nmの第2層多結晶シリコン膜に
より制御ゲート6(61 、62 、63 、64 )が形成さ
れている。制御ゲート6は一方向に連続的に配設されて
ワード線WLとなる。
【0008】各メモリセルのソース、ドレイン拡散層と
なるn型層9は隣接するもの同士で共用する形で、4個
のメモリセルが配列接続されている。NANDセルの一
端のドレインは、ゲート電極45 により構成される選択
MOSトランジスタを介してビット線8に接続され、他
端のソースはゲート電極46 により構成されるもう一つ
の選択トランジスタを介して接地線に接続されている。
【0009】2つの選択トランジスタは、pウェル1´
上に25〜40nmの熱酸化膜からなる第2ゲート絶縁
膜32 を介して、第1層多結晶シリコン膜により選択ゲ
ート4(45 、46 )を形成して構成される。この上に
第3ゲート絶縁膜5を介して、選択ゲート45 、46 上
に第2層多結晶シリコンよりなる配線6(65 、66)
が形成される。ここで、選択ゲート45 、46 と配線6
5 、66 とは所定間隔のスルーホールで接続され、低抵
抗化される。
【0010】ここで、各メモリセルの浮游ゲート41 〜
44 、制御ゲート61 〜64 、選択ゲート45 、46 、
選択ゲート上の低抵抗配線65 、66 はそれぞれ、チャ
ンネル長方向については同一エッチング・マスクを用い
て同時にパターニングしてエッジを揃えている。ソー
ス、ドレイン拡散層となるn型層9は、これらの制御ゲ
ート61 〜64 及び選択ゲート上の多結晶配線65 、6
6 をマスクとして、ヒ素又は燐のイオン注入にて形成さ
れる。
【0011】このような構成において、各メモリセルで
の浮游ゲート4と基板1間の結合容量C1 は、浮游ゲー
ト4と制御ゲート6間の結合容量C2 に比べて小さく設
定されている。これを具体的なセル・パラメータ例を上
げて説明すれば、パターン寸法は0.6μmルールに従
って、浮游ゲート及び制御ゲート共に幅が0.6μmで
あり、浮游ゲート4はフィールド領域上に両側0.6μ
mずつ延在させている。また、第1ゲート絶縁膜3に例
えば10nmの熱酸化膜、第2ゲート絶縁膜5は28n
mの熱酸化膜である。熱酸化膜のの誘電率をεとする
と、 C1 =ε/0.01 であり、 C2 =3ε/0.028 である。即ち、C1 <C2 となっている。図6に、この
NANDセルでの書き込み消去及び読み出しの動作を説
明するための回路図を示し、下記の(表7)に各ゲート
の電位関係を示す。
【0012】
【表7】
【0013】まず、NANDセルを構成するメモリセル
を一括して消去する。そのためにこの例では、NAND
セル内の全てのメモリセルの制御ゲートCG1 〜CG4
を0Vとし、選択MOSトランジスタS1 とS2 のゲー
トSG1 とSG2 及び、nウェル1 とメモリセルを囲む
pウェル1´を“H”レベル(例えば昇圧電位Vpp’=
18V)とし、ビット線BL1 、BL2 も同じVpp’電位
とする。これにより全メモリセル1の制御ゲートとpウ
ェル1´間に電界がかかり、浮游ゲート4からpウェル
1´にトンネル効果により電子が放出される。全メモリ
セルM1 〜M4はこれによりしきい値が負(−1〜−5
V)の方向に移動し、“1”状態となる。こうして、N
ANDセルの一括消去が行われる。
【0014】次に、NANDセルへのデータ書き込みを
行う。まず、ビット線BL1 側にあるメモリセルM4 の
みを選択的に書き込む場合、前記(表7)に示すように
ビット線BL1 側の選択トランジスタS1 のゲートSG
1 をVcc(例えば5V)にソース線側の選択トランジス
タS2 のゲートSG2 を0Vに、制御ゲートCG4 を
“H”レベル(例えば昇圧電位Vpp=12〜20V)に、そ
して他の制御ゲートCG1 〜CG3 を0Vと“H”レベ
ルの中間電位(例えば1/2 Vpp)とする。
【0015】このとき、ビット線BL1 を0Vに、ビッ
ト線BL2 をVcc(例えば5V)とする。これにより、
メモリセルAの制御ゲートとn型拡散層9及びpウェル
1´間に高電界がかかる。この結果、pウェル1´及び
n型拡散層9より浮游ゲートに電子がトンネル効果によ
り注入され、しきい値が正の方向に移動してしきい値が
0V以上の状態“0”になる。この時、選択していない
メモリセル列(M5 −M8 )に関しては、そのチャネル
電位は最初Vcc−Vth(Vthは選択トランジスタS12の
しきい値電圧)であるが制御ゲートCG1 〜CG3 が0
Vから1/2 Vppに、CG4 が0VからVppに上がると容
量カップリングによって、チャネル電位が例えば、1/2
Vpp程度に上昇する。この時、選択トランジスタS12は
カットオフし、選択していないメモリセル列のチャネル
はフローティング状態となる。したがって、選択されて
いないメモリセルのしきい値は変わらない。
【0016】ビット線BL1 側にあるメモリセルM1 〜
M3 は制御ゲートがVpp/2でn型拡散層9及びチャン
ネル部が0Vなので書き込みモードになるが電界が弱
く、浮游ゲートに電子が注入されずメモリセルのしきい
値は変わらず、“1”状態であり続ける。また、“1”
書き込み又は非選択とされたビット線BL2 側では、メ
モリセルM5 〜M7 は制御ゲートCG1 〜CG3 が中間
電位Vpp/2で、各メモリセルのソース・ドレイン及び
チャンネル部の電位も同じほぼVpp/2なので、浮游ゲ
ートと拡散層9及びチャンネル部間の電界は殆どなく、
浮游ゲートへの電子の注入、浮遊ゲートからの電子の放
出は起こらない。よってメモリセルのしきい値は変わら
ず、“1”状態であり続ける。また、ビット線BL2 側
にあるメモリセルM8 は制御ゲートCG4 は“H”レベ
ル(Vpp) であるが、ソースとドレイン及びチャンネル
部の電位はほぼVpp/2となっており書き込みモードに
なるが電界は弱く、浮游ゲートに電子が注入されずメモ
リセルのしきい値は変わらず、“1”状態であり続け
る。
【0017】以上のようにしてセルAにのみ選択的に書
き込みが行われる。次に、NANDアレイの1つ上段の
メモリセルM3 の書き込みに移る。このとき、メモリセ
ルM3 を“H”レベル(Vpp)に上げ、メモリセルM1
、M2 、M4 の制御ゲートCG1 、CG2 、CG4 を
中間電位Vpp/2に選択されたメモリセル側のビット線
を0Vに他のビット線はVcc(例えば5V)にする。2
つの選択ゲートS1 、S2 のゲート電位はメモリセルM
4 の選択書き込み時と変らない。すると、メモリセルM
4 の書き込みと同様に選択的に1つ上段のメモリセルM
3 の書き込みができる。以下同様に、メモリセルM2 、
M1 に順次書き込みを行う。
【0018】以上の書き込み時には“H”レベル(Vp
p)と中間電位(Vpp/2)を制御ゲートに印加する
が、“H”レベルと中間電位より流れる電流はトンネル
電流と拡散層9とpウェル1´間の接合リークのみなの
で10μA以下である。また、一括消去時には、nウェ
ル1とメモリセルを囲むpウェル1´を“H”レベル
(Vpp’)に上げるが、“H”レベルより流れる電流は
トンネル電流とVウェル1とP型基板0の間の接合リー
クのみなので10μA以下である。
【0019】よって、書き込みと消去時の高電圧はIC
に外部より与えられる5V程度の低い電圧からも昇圧回
路により作ることができる。さらに、選択書き込み時に
高電圧より流れる電流が微少なため一つの制御ゲートに
つながるメモリセルは一度に全部書き込みが可能であ
る。つまり、ページ・モードでの書き込みができ、その
分だけ高速書き込みができる。
【0020】また、上記した書き込み、消去法では、ト
ンネル電子が流れている時にメモリセルのドレイン部と
pウェル間のサーフェイス・破壊を起こさずデータ書き
替え回数及びデータ保持の信頼性が向上する。さらに、
書き込み時に選択ゲートのゲート電極SGおよび非選択
ビット線には高々Vcc(例えば5V)程度の電圧しかか
からないので、素子分離が容易で素子分離幅を従来のホ
ットエレクトロン注入型のEEPROMと同程度に縮小
できる。
【0021】読み出し動作は、例えばセルAのデータを
読み出す場合について説明すると、2つの選択トランジ
スタのゲートSG1 とSG2 をVcc(5V)にしトラン
ジスタをオンとし、非選択のメモリセルの制御ゲートC
G1 、CG2 及びCG3 には書き込み状態にあるメモリ
セルがオンする程度の“H”レベル(例えば5V)電位
を与え、選択メモリセルAの制御ゲートCG4 を“L”
レベル(例えば0V)とする。
【0022】そして、ビット線を“H”レベル(1〜5
V程度)に、そしてソース線は0Vにする。これによ
り、ビット線BL1 に電流が流れるか否かにより、メモ
リセルAの“0”、“1”の判定ができる。
【0023】以上において、EEPROMを構成するN
ANDセルの基本構成と動作を説明した。このような従
来のNANDセル型EEPROMでは、全メモリセルを
一括して消去するモード(チップ消去)以外に、選択ブ
ロックのみを消去するモード(ブロック消去)、少なく
とも2つ以上の選択ブロックのみを消去するモード(マ
ルチ・ブロック消去)を機能として許している。図1
は、ブロック消去、若しくはマルチ・ブロック消去の説
明のためのコア図であり、下記表6に各ゲートの電位関
係を示す。
【0024】
【表6】
【0025】例えば、消去する(選択する)i 番目のN
ANDブロックBLKi と消去しない(選択しない)j
番目のNANDブロックBLKj を示す。制御ゲート信
号CG0 〜CG15は消去のためVss(0V)となり、選
択ゲート信号SGD、SGSはVss(0V)フローティ
ング(最初0Vにして、その後フローティングにするこ
と)となる。選択ブロックBLKi のトランスファーゲ
ート信号TGi はVcc(5V)となると、トランジスタ
T1i〜T18i が導通し、制御ゲートCG0i〜CG15i が
Vss(0V)となる。したがって、メモリセル部のPウ
ェル、Nウェルが高電圧Vppになると、選択ブロックB
LKi のメモリセルのデータが消去され、データ“1”
となる。
【0026】一方、非選択ブロックBLKj のトランス
ファーゲート信号TGj はVss(0V)であるから、ト
ランジスタT1j〜T18j は非導通状態にあり、制御ゲー
トCG0j〜CG15j および、選択ゲートSGDj 、SG
Sj はフローティング状態になる。したがって、メモリ
セル部のPウェル、Nウェルが高電圧Vppになると、C
GOj 〜CG15j および、SGDj 、SGSj はメモリ
セル部のPウェルとの容量カップリングにより、ほぼV
ppに上昇する。その結果、非選択ブロックBLKj のメ
モリセルのPウェル−浮游ゲート間の電界は小さく、メ
モリセルのデータは消去されない。
【0027】以上がブロック消去の説明であるが、この
ような従来のブロック消去動作において、2つの問題が
あった。1つの問題点は、前述の説明で、選択ブロック
の選択ゲートSGDi とSGSi の電位である。ブロッ
ク消去時に、選択ブロックのトランスファーゲート信号
TGi はVcc(5V)であるため、メモリセル部のPウ
ェルが高電圧Vppになると、選択ゲートSGDi とSG
Si も非選択ブロックBLKj の選択ゲートSGDj と
SGSj と同様にPウェルとの容量カップリングで上昇
しようとするが、トランジスタT1iとT18i とが導通状
態にあるため、制御ゲートSGDi とSGSi の電荷
は、Vss(0V)フローティングである。ゲート信号S
GDとSGS側へ流れてしまう。
【0028】例えば、16M NANDセル型EEPROM
で見積もると、選択ゲート信号SGD若しくはSGSの
配線容量は7.1 PFあり、選択ゲートSGDi 若しくは
SGSi の配線容量は2PFある。消去電圧Vppを20
V、トランジスタT1i、若しくはT18i の基板バイアス
−Vcc(−5V)の時のしきい値電圧を0.43V(トラン
スファーゲート用のトランジスタのしきい値電圧は低
く、また、基板バイアス効果も弱くなるよう、設計され
ている)の条件で、選択ゲートSGDi 若しくはSGS
i の電位を計算すると、4.4 Vとなる。したがって、16
Mでは、選択ゲートの酸化膜厚は320 オングストローム
であるから、この酸化膜に加わる電界は4.9 MV/cm
となる。16Mでは、選択ゲートの酸化膜厚が320 オング
ストロームと比較的厚いため、それ程問題となっていな
かったが、選択ゲートの酸化膜厚も高密度化するにした
がって、薄くなり、例えば、32Mで180 オングストロー
ム、64Mで90オングストロームを予定しており、この場
合、酸化膜に加わる電界は10MV/cmを越え、酸化膜を
破壊する等の信頼性向上の問題となることが自明であ
る。
【0029】また、一つの問題点は、トランスファーゲ
ート用のトランジスタは書き込み時に、制御ゲートを高
電圧Vppに印加するため、しきい値電圧を低く、また、
基板バイアス効果も弱く設計している。例えば、基板バ
イアス0V、−5V、−18Vの時しきい値電圧をそれぞ
れ+0.21V、+0.43V、+0.67Vになるよう設計されて
いる。したがって、非選択ブロックBLKj の制御ゲー
トCGOj 〜CG15jが消去時に、Pウェルとの容量カ
ップリングにより、高電圧Vppに上昇する際に、トラン
ジスタT2j〜T17j が十分にカットオフせず、リーク電
流が大きい場合、制御ゲートCG0j〜CG15j の電位が
低下し、非選択ブロックで誤消去されてしまう。また、
選択ゲートSGDj とSGSj の電位もトランジスタT
1jとT18j とのリークにより低下すると、制御ゲートの
トランジスタの酸化膜を破壊する等の信頼性上の問題と
なる。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のN
ANDセル型EEPROMにおいては、ブロック消去時
に、選択ゲート信号をVss=0Vフローティングにして
いたため、消去(選択)ブロックの選択ゲートの電位が
低下し、選択ゲートのトランジスタの酸化膜に高電圧が
加わり酸化膜を破壊する等の信頼性上の問題があった。
【0031】また、トランスファーゲートのトランジス
タは、書き込み時に高電圧を制御ゲートに伝達する目的
のため、そのしきい値電圧は低く、また、基板バイアス
効果が弱く、設計されていた。このため、非選択ブロッ
クのトランスファーゲート用のトランジスタでチャネル
リークが大きい場合、メモリセルの誤消去、選択ゲート
の酸化膜を破壊する等の信頼性上の問題があった。
【0032】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ブロック消去時に、選
択ブロックの選択ゲート用トランスファーゲート、およ
び非選択ブロックの全トランスファーゲートの導通を防
止することができ、メモリセルの誤消去、選択ゲートの
酸化膜の破壊を防止して信頼性上の向上をはかり得る不
揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、次のような構成を採用している。 (1) まず、問題点1に対しては、消去時に、選択ゲー
ト信号SGDおよびSGSをトランスファーゲート用の
トランジスタがカットオフするように、Vcc、若しくは
(Vcc−Vth)以上(Vthはトランスファーゲート用ト
ランジスタのしきい値電圧)にする。または、Vcc、若
しくは、(Vcc−Vth)以上まで充電して、その後フロ
ーティングにする。
【0034】(2) また、問題点2に対しては、消去時
に、制御ゲート信号をVss(0V)以上に例えば、0.7V
にする。その結果、非選択ブロックのトランスファーゲ
ート用トランジスタのカットオフ特性は著しく向上す
る。それは、制御ゲート信号を例えば0.7 Vにすること
により、トランスファーゲート用トランジスタのソース
電位が0.7 Vになったことと同等であり、この場合、ゲ
ートが0V、トランスファゲート用トランジスタのP型
基板(メモリセル部のNウェル、Pウェルとは分離され
ている)は0Vであるため、基板バイアスを−0.7 V、
ゲートを−0.7 V印加した状態のトランジスタと同等の
カットオフ特性となることによる。
【0035】(3) また、問題点1と2に対しては、他
の手段として、選択ブロックのトランスファーゲートを
ほぼVthにする。これは、制御ゲートに0Vを伝達でき
る電圧で、必要以上に上げない。それによって、選択ブ
ロックの選択ゲートの電荷が消去時に、選択ゲート信号
側に抜けるのを防止できる。
【0036】
【作用】本発明によれば、ブロック消去時に、選択ブロ
ックの選択ゲート用トランスファーゲート、および、非
選択ブロックの全トランスファーゲートの導通を防止す
ることができ、メモリセルの誤消去、選択ゲートの酸化
膜の破壊を防止することが可能となる。
【0037】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1〜3の実施例に係わ
る半導体記憶装置のメモリセルアレイ及び選択ゲート信
号、制御ゲート信号およびトランスファーゲートの構成
を示すブロック図である。下記表1は、図1の主要ノー
ドの実施例1における電位関係を示している。
【0038】
【表1】 例えば、i番目のNANDブロックBLKi を消去(選
択)し、j 番目のNANDブロックBLKj を消去(選
択)しない場合について、説明する。
【0039】制御ゲート信号CGo 〜CG15は消去のた
めVss(0V)とし、選択ゲート信号SGD、SGSは
Vcc−Vthとする。ここで、Vccは、外部供給電源電圧
で5Vでも、3.3 Vでも、また、さらに低い電圧で
も良い。また、Vthはトランスファーゲート用トランジ
スタのしきい値電圧と同程度の電圧にする。
【0040】また、選択ブロックBLKi のトランスフ
ァゲート信号TGi はVcc(5V)となると、トランジ
スタT2i〜T17i が導通し、制御ゲートCGoi〜CG15
i がVss(0V)となる。したがって、メモリセル部の
Pウェル、Nウェルが高電圧Vppになると、選択ブロッ
クBLKi のメモリセルのデータが消去され、データ
“1”となる。一方、選択ゲートSGDi 、SGSi は
メモリセル部のPウェル、Nウェルが高電圧Vppになる
前のVssの時に、トランジスタT1iとT18i とが導通し
ているためVcc−Vth(VthはトランジスタT1i、T18
i のしきい値電圧)に充電されている。それは、トラン
ジスタT1iとT18i に関して、そのゲートTGi がVcc
であり、そのドレインはVcc、または、Vcc−Vthであ
るから、トランジスタT1iとT18i は5極管動作領域
(飽和動作領域)で導通し、Vcc−Vth(Vthはトラン
ジスタT1i、T18i のしきい値電圧)まで充電されるか
らである。したがって、メモリセル部のPウェル、Nウ
ェルが高電圧Vppになると、選択ゲートSGDi 、SG
Si もPウェルとの容量カップリングで上昇する。SG
Di 、SGSi の電位がVcc−Vthから少しでも上昇す
ると、トランジスタT1iとT18i はカットオフし、SG
Di 、SGSi のノードはフローティングとなる。その
結果、メモリセル部のPウェルがVppになると、SGD
i 、SGSiの電位もほぼVcc−Vth+Vppになる。し
たがって、メモリセル部のPウェルの電位がVppで、選
択ゲートの電位がVcc−Vth+Vppであるから、選択ゲ
ートの酸化膜にはVcc−Vthしか加わらないため、酸化
膜の破壊は起こらない。また、トランジスタT1iとT18
i に関しては、そのドレイン、ソース、ゲートの電位
は、それぞれ、Vcc−Vth+Vpp、Vcc(または、Vcc
−Vth)、Vccであり、後述する非選択ブロックBLK
j のトランジスタT1j〜T18j のドレイン、ソース、ゲ
ートの相対的な電位関係は、ほぼ等しい。トランスファ
ーゲートのP型基板はVssであるから、ドレイン−基板
間のジャンクション耐圧がVcc−Vth+Vpp以上になる
ように設計する。
【0041】一方、非選択ブロックBLKj のトランス
ファーゲート信号TGj はVss(0V)でるから、トラ
ンジスタTij〜T18j は非導通状態にあり、制御ゲート
CG0j〜CG15j および、選択ゲートSGDj 、SGS
j はフローティング状態になる。したがって、メモリセ
ル部のPウェル、Nウェルが高電圧Vppになると、CG
oj〜CG15j 、およびSGDj 、SGSj はメモリセル
部のPウェルとの容量カップリングにより、ほぼVppに
上昇する。その結果、非選択ブロックBLKjのメモリ
セルのPウェル浮游ゲート間の電界は小さく、メモリセ
ルのデータは消去されない。この時、トランジスタT2j
〜T17j のドレイン、ソース、ゲートの電位はそれぞ
れ、Vpp, Vcc、Vssであり、トランジスタT1jとT18
j のドレイン、ソース、ゲートの電位はそれぞれ、Vp
p, Vcc(またはVcc−Vth)、Vssである。 (実施例2)下記表2は、図1の主要ノードの実施例2
における電位関係を示している。
【0042】
【表2】 例えば、i 番目のNANDブロックBLKi を消去(選
択)し、j 番目のNANDブロックBLKj を消去(選
択)しない場合について説明する。制御ゲート信号CG
o 〜CG15は0V以上のVL例えば0.7 Vにする。VL
電位は、制御ゲート信号発生回路のトランジスタのしき
い値電圧を用いて、設定しても良いし、また、VL電位
発生器を設けて、そこから発生しても良い。制御ゲート
信号を0V以上にしたことにより、非選択ブロックのト
ランスファゲート用トランジスタT2j〜T17j において
は、等価的に負の基板バイアスと負のゲート電圧が印加
されたことと同等となり、カットオフ特性が著しく向上
する。それは、制御ゲート信号を例えばVL=0.7 Vに
することにより、トランジスタT2j〜T17j のソース電
位が0.7 V、ゲート電圧が0V、P型基板が0Vである
から、ソース電位を0V、ゲート電圧を−0.7 V、P型
基板を−0.7 Vにした状態のトランジスタと同等のカッ
トオフ特性になるからである。これによって、非選択の
制御ゲートCG0j〜CG15j が消去時にPウェルとの容
量カップリングにより、Vpp程度まで上昇する際に、C
Goj〜CG15j の電荷がトランジスタT2j〜T17j を介
して、制御ゲート信号側へ抜けず、効率良くブートスト
ラップが働き、非選択ブロックBLKj のメモリセルで
は、消去が起こらない。また、(実施例2)では、選択
ゲート信号SGD、SGSをVcc、またはVcc−Vthと
した場合(実施例1)との組み合せで説明したが、下記
表3のように、制御ゲート信号のみをVLにした場合に
おいても本発明は有効である。
【0043】
【表3】 (実施例3)表4は、図1の主要ノードの実施例3にお
ける電位関係を示している。
【0044】
【表4】 例えば、i 番目のNANDブロックBLKi を消去(選
択)し、j 番目のNANDブロックBLKj を消去(選
択)しない場合について説明する。制御ゲート信号CG
0 〜CG15は消去のためVss(OV)とし、選択ゲート
信号SGD、SGSはVcc、または、Vcc−Vthとす
る。また、選択ブロックのトランスファーゲート信号T
Gi はVth以上とする。ここで、Vthは、トランジスタ
T2i〜T17iのしきい値電圧である。したがって、トラ
ンジスタT1i〜T18i が導通し、制御ゲートCG0i〜C
G15i がVss(0V)となる。したがって、メモリセル
部のPウェル、Nウェルが高電圧Vppになると、選択ブ
ロックBLKi のメモリセルのデータが消去され、デー
タ“1”となる。一方選択ゲートSGDi 、SGSi は
メモリセル部のPウェル、Nウェルが高電圧Vppになる
前のVssの時に、トランジスタT1iとT18i とが導通し
ているが、そのゲートであるTGi がVthであるため、
ほぼVssである。したがって、メモリセル部のPウェ
ル、Nウェルが高電圧Vppになると、選択ゲートSGD
i 、SGSi の電位もVppまで上昇する。 (実施例4)なお、本発明はNANDセル型EEPRO
Mに限らず、他の不揮発性メモリ、例えば、AND構
造、DINOR構造のEEPROMに適用することがで
きる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
型して実施することができる。
【0045】ここで、ANDセル型EEPROMに適用
した場合のブロック図を図2に示す。図中のWL(WL
0i、WL1i〜WL31i 、WL0j、WL1j〜WL31j )は
制御ゲート、ST1i、ST2i、ST1j、ST2jは選択ゲ
ート、D(DO、D1〜Dn)は主ビット線、Sはセル
・ソース線LBni、LBnjはローカルビット線、LSn
i、LSnjはローカルソース線、ANDはANDセルブ
ロックを示している。
【0046】表5は図2の主要ノードの実施例4におけ
る電位関係を示している。例えば、i 番目のNANDブ
ロックBLKi を消去(選択)し、j 番目のNANDブ
ロックBLKj を消去(選択)しない場合について説明
している。
【0047】
【表5】
【0048】以上、本発明の各種の実施例を説明した
が、本発明は、上記実施例に減退されることはなく、発
明の趣旨を逸脱しない限り、各種の変型が可能であるこ
とは言うまでもない。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デコーダ部のトランスファーゲートのカットオフ特性が
向上し、ゲート酸化膜に高電圧が印加されないため、信
頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1ないし実施例3に関わる半導
体装置のコア部の回路構成図である。
【図2】本発明の実施例4に関わる半導体装置のコア部
の回路構成図である。
【図3】NAND型EEPROMセルの平面図である。
【図4】図3のセルの断面図である。
【図5】図3のセルの等価回路図である。
【図6】図3のセル2個分の等価回路図である。
【符号の説明】
SGD ドレイン側選択ゲート信号線 CG メモリセル選択ゲート信号線 SGS ソース側選択ゲート信号線 TG トランスファーゲート BL ビット線 BLK メモリセルブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 順一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセル又はメモリセルを複数個接続
    したメモリセルユニットがアレイ状に配列されたメモリ
    セルアレイと、前記メモリセルアレイの制御ゲート線お
    よび、選択ゲート線を選択する行選択手段と、前記メモ
    リセルアレイのビット線を選択する列選択手段と、前記
    制御ゲート線、および選択ゲート線と制御ゲート信号お
    よび選択ゲート信号との間にはトランスファーゲート手
    段とを備えた半導体記憶装置において、 消去動作時、選択ゲート信号の電位を外部電源電圧、若
    しくは、前記外部電源電圧より、前記トランスファーゲ
    ート手段のトランジスタのしきい値電圧分低い電圧を印
    加することを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 メモリセル又はメモリセルを複数個接続
    したメモリセルユニットがアレイ状に配列されたメモリ
    セルアレイと、前記メモリセルアレイの制御ゲート線お
    よび、選択ゲート線を選択する行選択手段と、前記メモ
    リセルアレイのビット線を選択する列選択手段と、前記
    制御ゲート線および選択ゲート線と制御ゲート信号およ
    び選択ゲート信号との間にはトランスファーゲート手段
    とを備えた半導体記憶装置において、 消去動作時、前記制御ゲート信号を接地電圧以上の正の
    電圧を印加することを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 メモリセル又はメモリセルを複数個接続
    したメモリセルユニットが、アレイ状に配列されたメモ
    リセルアレイと前記メモリセルアレイの制御ゲート線お
    よび、選択ゲート線を選択する行選択手段と、前記メモ
    リセルアレイのビット線を選択する列選択手段と、前記
    制御ゲート線および選択ゲート線と制御ゲート信号およ
    び選択ゲート信号との間にはトランスファーゲート手段
    とを備えた半導体記憶装置において、 消去動作時、非選択ブロックの前記トランスファーゲー
    ト手段のゲート電圧を前記トランスファーゲート手段の
    トランジスタのしきい値電圧と同電圧の、若しくはそれ
    以上の電圧を印加することを特徴とする半導体記憶装
    置。
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