JPH0863985A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH0863985A
JPH0863985A JP20351494A JP20351494A JPH0863985A JP H0863985 A JPH0863985 A JP H0863985A JP 20351494 A JP20351494 A JP 20351494A JP 20351494 A JP20351494 A JP 20351494A JP H0863985 A JPH0863985 A JP H0863985A
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JP
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well layer
memory
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JP20351494A
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English (en)
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Tomomasa Iegi
智正 家木
Kazuo Kobayashi
和男 小林
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Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric Semiconductor Systems Corp
Original Assignee
Renesas Design Corp
Mitsubishi Electric Corp
Mitsubishi Electric Semiconductor Systems Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置にかかるストレスを低減させる事ができ
信頼性の向上が実現できる不揮発性半導体記憶装置を得
ることを目的とする。 【構成】 メモリトランジスタに対して書き込み動作を
行う際に、書き込みを行うメモリトランジスタのPウェ
ル層のバックゲート電位切り換え回路15は、Pウェル
層の電位を接地電位に設定し、書き込みを行なわないP
ウェル層のバックゲート電位切り換え回路15は、Pウ
ェル層の電位をドレイン電位と実質的に同一の所定の正
電位に設定する。同時に、Nウェル層の電位はNウェル
層電位切り換え回路14によって所定の正電位に設定さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電気的にデータの書き
換えが可能な不揮発生半導体記憶装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図11は従来のフラッシュメモリセルの
断面図を示しており、図において、517はコントロー
ルゲート、518はN+ ソース領域に結合されたソース
電極(以下、ソースと記す)、519はフローティング
ゲート、520はN+ ドレイン領域に結合されたドレイ
ン電極(以下、ドレインと記す)、521はPウェルの
基板である。フローティングゲート519は、一般に、
図示されていない酸化膜によって囲まれている。従っ
て、一旦フローティングゲート519に注入された電荷
は、通常の状態では逃げることができず、フローティン
グゲート519に半永久的に留まることとなる。
【0003】次に動作について説明する。フラッシュメ
モリセルへ”0”論理レベルの状態を書き込む場合、コ
ントロールゲート517を高電位(約12V)を設定す
ると共に、ドレイン520を約7Vの電位に、ソース5
18を0Vの電位に設定する。このようにバイアスする
と、ドレイン近傍のピンチオフ領域で加速された電子の
一部がホットエレクトロンとなりこれがフローティング
ゲート519に捕獲され電子が注入される。フローティ
ングゲート519に電子が注入されると、コントロール
ゲート517で制御されるメモリトランジスタの閾値電
圧が上昇し、この閾値電圧の変化分の有無がメモリトラ
ンジスタに記憶されるデータの”0”,”1”論理レベ
ルに対応することとなる。一方、フラッシュメモリセル
に記憶された”0”論理レベルの状態を消去する場合、
ソース518を約12V、コントロールゲート517を
0V、ドレイン520をオープン状態にすることによっ
て、フローティングゲート519の電子を引き抜く。こ
れによって、セルの閾値電圧は下がり、”1”状態を記
憶することとなる。即ち、フラッシュメモリセルは、フ
ローティングゲート519に電子が注入されているか否
かで情報を記憶している。
【0004】ところで、「フラッシュメモリ技術ハンド
ブック(舛岡富士雄編)」にも記載されているように、
この種のフラッシュメモリにおいて、書き込み/消去時
にドレインに印加された電圧によって、メモリセルのバ
ンド間トンネルリーク(以下バンド間リークと略す)と
呼ばれる現象が起こり、メモリセルのP形半導体基板に
正孔電流が流れこれによりドレイン電圧、即ち、書き込
み電圧(書き込み電位)が低下することが知られてい
る。
【0005】一般に、メモリセルアレイの1つのビット
線に対して、複数個のメモリセルのメモリトランジスタ
のドレインが接続されている。個々のメモリセルのバン
ド間リークは微小であっても、複数個あればそのリーク
は大きく、ドレイン電圧の降圧は大きくなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の不揮発性半導体
記憶装置は以上のように構成されているので、書き込み
/消去時にドレインに印加する電圧が、バンド間リーク
により降圧してしまい、書き込み電圧が下り、書き込み
特性が悪くなってしまうという問題点があった。また、
バンド間リークに伴って書き込み特性が悪くなると、書
き込み回数が増大してしまい、その結果、不揮発性半導
体記憶装置の、選択されたメモリトランジスタの周囲
の、非選択のメモリトランジスタに対して余分なストレ
スが加わってしまい、信頼性が低下するなどの問題点が
あった。
【0007】請求項1の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、書き込み電圧の降下を防
止し書き込み特性の劣化を防ぐことができる不揮発性半
導体記憶装置を得ることを目的とする。
【0008】請求項2の発明は、書き込み電圧の降下を
防止し書き込み特性の劣化を防ぎ、さらに消去時に消去
単位を小さく設定できる不揮発性半導体記憶装置を得る
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る不
揮発性半導体記憶装置は、複数のPウェル層のそれぞれ
に1つずつ形成された、電気的に書き込み消去可能な複
数のメモリトランジスタと、複数のメモリトランジスタ
のうちの任意のメモリトランジスタに対して書き込み動
作を行う際に、書き込みを行うメモリトランジスタのP
ウェル層の電位を接地電位に設定するとともに、ドレイ
ンが書き込みを行うメモリトランジスタのドレインとビ
ット線を介して接続された書き込みを行なわないメモリ
トランジスタのPウェル層の電位を、書き込みを行うメ
モリトランジスタの書き込み電位と所定の正電位に設定
するPウェル層電位設定手段と、書き込みを行うメモリ
トランジスタのソースを接地電位に設定するソース電位
設定手段と、Nウェル層の電位を前記所定の正電位に設
定するNウェル層電位設定手段とを備えたものである。
【0010】請求項2の発明に係る不揮発性半導体記憶
装置は、複数のPウェル層に形成された複数のメモリト
ランジスタのデータをPウェル層単位で消去すべく、P
ウェル層電位設定手段は、消去を行うメモリトランジス
タのPウェル層の電位を接地電位に設定する手段を含ん
でおり、ソース電位設定手段は、消去を行うメモリトラ
ンジスタのソースを所定の消去電位に設定するととも
に、消去を行なわないメモリトランジスタのソースを接
地電位に設定する手段を含んでおり、Nウェル層電位設
定手段は、Nウェル層の電位を接地電位に設定する手段
を含むものである。
【0011】
【作用】請求項1の発明における不揮発性半導体記憶装
置は、複数のメモリトランジスタのうちの任意のメモリ
トランジスタに対して書き込み動作を行う際に、Pウェ
ル層電位設定手段が、書き込みを行うメモリトランジス
タのPウェル層の電位を接地電位に設定するとともに、
書き込みを行うメモリトランジスタとビット線を介して
接続された書き込みを行なわないメモリトランジスタの
Pウェル層の電位を、書き込みを行うメモリトランジス
タの書き込み電位と所定の正電位に設定する。さらに、
ソース電位設定手段は、書き込みを行うメモリトランジ
スタのソースを接地電位に設定し、Nウェル層電位設定
手段は、Nウェル層の電位を所定の正電位に設定する。
これにより、書き込みを行なわないメモリトランジスタ
のPウェル層の電位を書き込みを行うメモリトランジス
タの書き込み電位と同一の正電位に設定できるので、バ
ンド間リークを抑えることが可能になる。
【0012】請求項2の発明における不揮発性半導体記
憶装置は、複数のPウェル層に形成された複数のメモリ
トランジスタのデータをPウェル層単位で消去すべく、
Pウェル層電位設定手段は、消去を行うメモリトランジ
スタのPウェル層の電位を接地電位に設定し、ソース電
位設定手段は、消去を行うメモリトランジスタのソース
を所定の消去電位に設定するとともに、消去を行なわな
いメモリトランジスタのソースを接地電位に設定する。
さらに、Nウェル層電位設定手段は、Nウェル層の電位
を接地電位に設定する。このようにすることにより、消
去単位を小さく設定できる。
【0013】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1はこの発明の第1の実施例による不揮発性半
導体記憶装置の全体を示すブロック図、図2はその不揮
発性半導体記憶装置のメモリアレイ周辺の構成を示す回
路図、図3はメモリアレイの主要部を示す断面図であ
る。図1において、17は制御回路、18は内部電圧発
生回路、19はソース線スイッチ、20はXデコーダ、
21はYデコーダであり、図1及び図2において、11
は電位切り換え回路(Pウェル層電位設定手段,Nウェ
ル層電位設定手段,ソース電位設定手段)、12はメモ
リトランジスタ(以下メモリTrと略す)が記憶してい
る“0”または“1”論理レベルの情報を感知するため
に増幅機能を有するセンスアンプ、13はメモリTrに
書き込みを行う時、ビット線に書き込み電圧を供給する
ための書き込み回路、30はメモリアレイであり、図2
及び図3において、1a〜1c,7a〜7cは各メモリ
Trのコントロールゲートに設けられたコントロールゲ
ート電極、2a〜2c,8a〜8cは各メモリTrのN
+ ソース領域に設けられたソース電極、3a〜3c,9
a〜9cは各メモリTrのN+ ドレイン領域、4a〜4
c,10a〜10cは各メモリTrのPウェル層にバッ
クゲート電位を与えるためP+ 領域に設けられたバック
ゲート電極、6a〜6cは複数のメモリTrのドレイン
間を結合し、センスアンプ12及び書き込み回路13に
接続している配線(ビット線)、31a〜31fはメモ
リTr、32はPウェル層、33はNウェル層、34は
P形半導体基板である。
【0014】また、図3において、5はNウェル層に所
定の電位を供給するためのN+ 領域に設けられた電極、
FG1及びFG2はフローティングゲートである。尚、
図2及び図3は、この実施例による不揮発性半導体記憶
装置の一部を示すものであり、図2は2つのワードライ
ン,3つのビットライン,6つのメモリTrを図示して
おり、図3は、図2のビット線6aに沿ったメモリアレ
イの断面を示すものである。
【0015】この実施例による不揮発性半導体記憶装置
は、後で詳細に説明するように、データ書き込み・読み
出し時に基板上に形成された複数のPウェル層の各領域
の電位を変化させるための電位切り換え回路11を備え
ている。図1に示すように、この電位切り換え回路11
には、センスアンプ12及び書き込み回路13ととも
に、制御回路17,内部電圧発生回路18,及びソース
線スイッチ19が接続されている。電位切り換え回路1
1は、また、Nウェル層電位切り換え回路(Nウェル層
電位設定手段)14、バックゲート電位切り換え回路
(Pウェル層電位設定手段)15、及びソース線電位切
り換え回路(ソース電位設定手段)16で構成されてい
る。この詳細は後記することとする。制御回路17は、
Xデコーダ20及びYデコーダ21に接続されており、
後で説明するPウェル層単位で書き込み又は消去を行う
ためにPウェル層、即ち、メモリTrを選択するブロッ
ク選択信号を入力アドレスから生成するように構成され
ている。さらに、不揮発性半導体記憶装置は、アドレス
信号を受容するためのアドレスバッファ、データを送受
するための入出力バッファ等を備えているが、これらの
構成要素は、従来の不揮発性半導体記憶装置のものと同
様であるので説明を省略する。
【0016】次にメモリアレイ周囲の構造について説明
する。図2の部分回路図に示すように、各メモリTrの
ソース、Nウェル層及び各メモリTrのPウェル層に電
位を与えるための電位切り換え回路11は、6つのメモ
リTrのN+ ソース領域に設けられたソース電極2a〜
2c及び8a〜8c、複数のPウェル層のそれぞれにバ
ックゲート電位を与えるためP+ 領域に設けられたバッ
クゲート電極4a〜4c及び10a〜10cに接続され
ている。このように、図2は、2つのワードラインWL
1及びWL2と、3つのビットラインY1〜Y3との交
差点に設けられた6つのメモリTrについて例示するも
のである。センスアンプ12及び書き込み回路13は、
それぞれ、Nチャネルトランジスタ21a〜21bを介
してメモリTrのN+ ドレイン領域並びにビットライン
Y1〜Y3に接続されている。
【0017】図3は図2に示すメモリアレイの1つのビ
ット線方向、例えばビットラインY1にNチャネルトラ
ンジスタ21aを介して接続されたビット線6に沿った
方向の断面図である。図3に示すように、この実施例に
よる不揮発性半導体記憶装置は、複数のPウェル層32
(Pウェル層1,Pウェル層2,Pウェル層3...)
を具備しており、これらのPウェル層32は、Nウェル
層33上に別個に形成されており、Nウェル層33はP
形半導体基板34上に形成されている。各Pウェル層3
2には、既に述べたように、N+ ソース領域と、N+
レイン領域と、当該Pウェル層にバックゲート電圧を与
えるためのP+ 領域とが形成されている。図3におい
て、ビット線6は、メモリTr31a及び31d等のN
+ ドレイン領域3及び9等に接続され、また、図2に示
したNチャネルトランジスタ21aを介してビットライ
ンY1に接続されている。メモリTr31a及び31d
のコントロールゲートに接続されたコントロールゲート
電極1a及び7aは、それぞれ図2に示したワードライ
ンWL1及びWL2に接続されている。
【0018】次に動作について説明する。この実施例に
よる不揮発性半導体記憶装置の書き込み/読み出し時
は、図2に示すマトリクス状メモリセルにおいてビット
ラインY1,Y2,Y3のうちの1つY1が選択され、
ワードラインもWL1,WL2のうちの1つWL1が選
択される。選択されたビットラインとワードラインとを
ドレイン、コントロールゲートを持つメモリTr、即
ち、メモリTr31aについて書き込み/読み出しが行
われる。以下、このような場合について説明する。
【0019】図2及び図3に示すPウェル層1のメモリ
Tr31aに書き込みを行う場合、図1のXデコーダ2
0(カラムデコーダ)によって、ビットラインY1に”
H=High”論理レベルの信号が印加されると、Nチ
ャネルトランジスタ21aがオンとなりビット線6aが
選択され、さらに、図1のYデコーダ21(ローデコー
ダ)によってワード線WL1が選択されると、結果とし
てメモリTr31aが選択される。このような状態にす
ると、メモリTr31aのコントロールゲート電極1a
に12Vの電位が印加され、書き込み回路13によって
+ ドレイン領域3aに7Vの電位が印加されると共
に、電位切り換え回路11によって、ソース電極2aは
接地されて0Vの電位が供給され、バックゲート電極4
aにも0Vの電位が印加される。これにより、メモリT
r31aのドレイン電極のピンチオフ領域において発生
したホットエレクトロンはフローティングゲートFG1
に注入され、書き込み動作がなされる。
【0020】この際、書き込みを行うメモリTr31a
にビット線6aを介して接続された書き込み動作を行わ
ないメモリTr、例えば、Pウェル層2のメモリTr3
1dは非選択状態であるので、そのゲート電極7aには
0Vの電位が印加され、N+ドレイン領域9aはビット
線6aを介して選択されたメモリTrのN+ ドレイン領
域3aとともに書き込み回路13に接続されているの
で、N+ ドレイン領域9aには7Vの電位が印加され
る。また、ソース電極8a,Pウェル電極10aには電
位切り換え回路11によって7Vの電位が印加されてい
る。また、N+ 領域に設けられた電極5には7Vが印加
される。
【0021】図4はこのような1つのビット線方向の2
つの隣り合うPウェル層での書き込み時の電位を示す図
である。図4に示すように各Pウェル層が異なった電位
を有し、N+ ドレイン領域9aとPウェル層2との電位
を同一にできるのは、この実施例による不揮発性半導体
記憶装置の各Pウェル層は独立した活性領域として形成
されていることに起因している。このように、N+ ドレ
イン領域9aとPウェル層2との電位を同じにすること
で、バンド間リークを抑えることが可能になる。また、
この場合、Pウェル層1とNウェル層との間に電位差が
生じるが、逆バイアス状態であり、耐圧もあるので電流
のパス経路は形成され得ない。
【0022】次に、上記の書き込み時の各Pウェル層の
各領域の電位を実現させる回路の具体例及びその動作を
図について説明する。図5は、図1及び図2に示した電
位切り換え回路11の詳細を示すブロック図であり、図
において、14はNウェル層電位切り換え回路、15は
バックゲート電位切り換え回路、16はソース線電位切
り換え回路である。バックゲート切り換え回路15及び
ソース線電位切り換え回路16は、図3に示したNウェ
ル層33上にそれぞれ独立して形成された複数のPウェ
ル層の数だけ設けられており、例えば図2に示す回路構
成であれば各Pウェル層に対して1個ずつの回路が必要
であり、合計でそれぞれ2個の回路が必要となる。
【0023】Nウェル層電位切り換え回路14は、図1
に示す、コマンドデコーダで選択されたモード(書き込
み,消去等)に対応した条件を作り出す制御回路17か
ら書き込み信号以外のモード選択信号NOTP及び書き
込み信号を受信するべく制御回路17に接続されてい
る。また、Nウェル層電位切り換え回路14には、書き
込み電圧が内部電圧発生回路18より印加される。バッ
クゲート電位切り換え回路15は、同様に、制御回路1
7から書き込み信号及びブロック選択信号を受信し、内
部電圧発生回路18から書き込み電圧を受けるように、
制御回路17及び内部電圧発生回路18に接続されてい
る。ソース線電位切り換え回路16は、同様に、制御回
路17から、書き込み信号,消去信号及びブロック選択
信号を受信し、内部電圧発生回路18から書き込み電圧
及び消去電圧を受けるように、制御回路17及び内部電
圧発生回路18に接続されている。
【0024】図6はNウェル層電位切り換え回路14の
一具体例を示す回路構成図、図7はバックゲート電位切
り換え回路15の一具体例を示す回路構成図、図8はソ
ース線電位切り換え回路16の一具体例を示す回路構成
例図であり、これらの図において、141,142,1
51,153,161及び164はNチャネルトランジ
スタ、152,162,163,165,167及び1
68はPチャネルトランジスタである。
【0025】図6に示すように、Nウェル層電位切り換
え回路14は2つのNチャネルトランジスタ141及び
142から構成されており、Nチャネルトランジスタ1
41のソースとNチャネルトランジスタ142のドレイ
ンが接続されており、この接続点には電極5を介してN
ウェル層33(図3参照)が接続されている。2つのN
チャネルトランジスタのゲート入力に応じて、図1に示
す内部電圧発生回路18からの書き込み電圧又は接地電
位がNウェル層に印加されるように、2つのNチャネル
トランジスタ141及び142のゲートには図1に示す
制御回路17からの書き込み信号及び書き込み信号以外
のモード選択信号NOTPがそれぞれ印加される。
【0026】図7に示すように、バックゲート電位切り
換え回路15は、ドレイン,ソースが直列に接続された
Nチャネルトランジスタ151,Pチャネルトランジス
タ152及びNチャネルトランジスタ153から構成さ
れており、Pチャネルトランジスタ152のソースとN
チャネルトランジスタ153のドレインが接続されてお
り、この接続点にはさらにPウェル層32(図3参照)
が接続されている。また、Nチャネルトランジスタ15
1のゲートには図1に示す制御回路17からの書き込み
信号が入力され、ドレインには図1に示す内部電圧発生
回路18から書き込み電圧が印加される。Pチャネルト
ランジスタ152及びNチャネルトランジスタ153の
ゲートには図1に示す制御回路17からのブロック選択
信号が印加される。
【0027】図8に示すように、ソース線電位切り換え
回路16は、2つのNチャネルトランジスタ161及び
164、5つのPチャネルトランジスタ162,16
3,165,167及び168、並びにトランスファー
ゲート166と、6つのインバータ171,173,1
75,176,178及び179、2つのNANDゲー
ト172及び177、並びにNORゲート174とから
構成されている。Pチャネルトランジスタ162及び1
63のドレインには図1に示す内部電圧発生回路18か
ら電圧Vccppが印加されるように構成されており、通常
はVccレベル、高電圧動作時はVppレベルの電圧が供給
される。この回路に入力された書き込み信号は、インバ
ータ179及びNANDゲート177の1つの入力端子
に入力され、インバータ179の出力はPチャネルトラ
ンジスタ168のゲートに入力される。また、Pチャネ
ルトランジスタ168のドレインには書き込み時のビッ
ト線電位である書き込み電圧が印加される。また、この
回路に入力された消去信号は、インバータ171及びN
ANDゲート172の1つの入力端子に入力され、イン
バータ171の出力はPチャネルトランジスタ167の
ゲートに入力されている。また、Pチャネルトランジス
タ167のドレインには消去電位が印加される。
【0028】他方、この回路に入力されたブロック選択
信号はインバータ178及びNANDゲート172に分
かれて入力され、インバータ178の出力はNANDゲ
ート177の他方の入力端子に入力される。また、NA
NDゲート177の出力はインバータ176を介してN
ORゲート174の一方の入力端子に接続されており、
NANDゲート172の出力はインバータ173を介し
てNORゲート174の他方の入力端子に接続されてい
る。そしてNORゲート174の出力はインバータ17
5を介してNチャネルトランジスタ161のドレインに
接続されている。Nチャネルトランジスタ161のソー
スには、Pチャネルトランジスタ162のソース,Pチ
ャネルトランジスタ163のゲート,Nチャネルトラン
ジスタ164のゲート,及びトラトンスファーゲート1
66のゲートが接続されており、Nチャネルトランジス
タ161のゲートには、Vccレベルの電圧が常時印加さ
れている。Pチャネルトランジスタ165のソースは、
トランスファーゲート166のドレインに接続されてお
り、この接続点はさらにメモリTrのソース線、即ち、
ソース電極に接続されている。Pチャネルトランジスタ
165のドレインはPチャネルトランジスタ167及び
168のソースに接続されており、トランスファーゲー
ト166のソースは接地されている。
【0029】ところで、図8に示すソース線電位切り換
え回路16では、Pチャネルトランジスタ165に直
接、図9のように構成された内部電圧発生回路18を接
続してもよい。内部電圧発生回路18は、書き込み,消
去等の各種モードに応じてオンするNチャネルトランジ
スタ181,182,183及び184を含んでおり、
それらのトランジスタのドレインは、例えば、3V,5
V,7V及び12Vの電位にそれぞれ設定される。従っ
て、内部電圧発生回路18は、書き込み時にノード3が
“H”レベルになりトランジスタ183がオンすれば7
Vを出力し、消去時にノード4が“H”レベルになりト
ランジスタ183がオンすれば12Vを出力する。
【0030】次に、図1及び図2、並びに図5から図8
を参照しながら書き込み時のNウェル層電位切り換え回
路14,バックゲート電位切り換え回路15,及びソー
ス線電位切り換え回路16の動作について説明する。
【0031】上記したように、この実施例による不揮発
性半導体記憶装置の書き込み/読み出し時には、この装
置が受信したアドレスをもとにXデコーダ20及びYデ
コーダ21は、それぞれ図2に示すビットラインY1,
Y2,Y3のうちの1つを選択し、ワードラインWL
1,WL2のうちの1つを選択する。これによって、選
択されたビットライン及びワードラインに対応したドレ
イン,コントロールゲートを持つメモリTrに対して書
き込み/読み出し動作が実行されることになる。
【0032】一方、制御回路17はコマンドデコーダで
選択されたモード(書き込み、消去等)に応じて、モー
ド等の条件を電位切り換え回路11に知らせるために、
書き込み信号等を出力すると共に、書き込み時には書き
込み回路13を図示されていない手段によってメモリア
レイ30に接続する。通常、不揮発性半導体記憶装置の
状態は、読み出しモードとなっており、書き込み回路1
3はビット線(メモリTrのドレイン)とは接続されて
いない。書き込み時に、書き込み回路13は、制御回路
17によって制御されて、図2に示すNチャネルトラン
ジスタ21a〜21cのドレインに接続される。
【0033】書き込み時、制御回路17は、コマンドデ
コーダ出力に応じて書き込み信号を発生しこれを電位切
り換え回路11に送付する。また、制御回路17は、書
き込みを行うPウェル層をブロック単位で選択するため
のブロック選択信号を電位切り換え回路11に送付す
る。即ち、書き込みを行うPウェル層の電位切り換え回
路11のバックゲート切り換え回路15には、”H”論
理レベルのブロック選択信号を送信する。この際、内部
電圧発生回路18は、7Vの書き込み電圧及び消去電圧
を電位切り換え回路11に印加する。ところで、制御回
路17より送信される書き込み信号は、書き込み電圧が
ビット線等に一定期間しか印加されないように印加電圧
をパルスにて制御している。
【0034】図6から明らかなように、電位切り換え回
路11のNウェル層電位切り換え回路14は、制御回路
17から書き込み信号を受信すると、Nチャネルトラン
ジスタ141がオンとなり、7Vに設定されている書き
込み電圧をNウェル層に供給する。これに対して、書き
込み信号以外のモード選状信号NOTPが“H”レベル
の時は、Nウェル層電位切り換え回路14はNウェル層
へ接地電位である0Vを供給する。
【0035】図7から明らかなように、あるPウェル層
が書き込みを行うブロックに含まれている場合、そのP
ウェル層に対応するバックゲート切り換え回路15に
は、”H”論理レベルのブロック選択信号が印加される
ので、Nチャネルトランジスタ153がオンとなり、該
当するPウェル層には0Vが供給される。これに対し
て、書き込みを行わないブロックの場合、ブロック選択
信号は“L”論理レベルであり、一方、書き込みを行う
メモリTrがあるので、書き込み信号は“H”論理レベ
ルであるので、少なくとも、書き込みを行うPウェル層
に同一のビット線を介して接続された書き込みを行わな
いブロックのPウェル層には、7Vの書き込み電圧が供
給される。
【0036】図8から明らかなように、あるPウェル層
が書き込みを行うブロックに含まれている場合、そのP
ウェル層に対応するソース線電位切り換え回路16に
は、”H”論理レベルのブロック選択信号及び書き込み
信号が印加されるので、Nチャネルトランジスタ161
のドレインには、”L=Low”論理レベルの信号が印
加される。従って、Pチャネルトランジスタ163がオ
ンになるとともにトランスファーゲート166がオンと
なるので、書き込み時に書き込みを行うメモリTrのソ
ース電極にはソース線を介して0Vが供給される。これ
に対して、書き込みを行わないブロックの場合、ブロッ
ク選択信号は“L”論理レベルであり、一方、書き込み
を行うメモリTrがあるので、書き込み信号は“H”論
理レベルであるので、Nチャネルトランジスタ161の
ドレインには、”H”論理レベルの信号が印加され、P
チャネルトランジスタ168のゲートには”L”論理レ
ベルの信号が印加される。従って、Nチャネルトランジ
スタ164がオンとなるとともにPチャネルトランジス
タ165がオンし、書き込みを行わないブロックのPウ
ェル層のソース電極には、7Vの書き込み電圧がソース
線を介して供給される。
【0037】以上のように、この実施例による不揮発性
半導体記憶装置において、書き込みを行うPウェル層の
メモリTrのみの各領域に所定の電位が印加され図4の
ような電圧印加状態になり、ドレイン電極のピンチオフ
領域において発生したホットエレクトロンはフローティ
ングゲートに注入され、書き込み動作がなされる。この
際、図4に示すように各Pウェル層が異なった電位を有
し、N+ ドレイン領域9aとPウェル層2との電位を同
一にできるので、バンド間リークの総和を減小させるこ
とができる。また、書き込みを行わないTrに余分なス
トレスを与えることがなくなることで信頼性の向上を実
現できる。
【0038】実施例2.次に、この発明に対応する第2
の実施例による不揮発性半導体記憶装置のPウェル層の
ブロック単位の消去動作について説明する。図10はこ
のPウェル層のブロック単位の消去動作を説明するため
の断面図である。
【0039】図10に示すように、Nウェル層33には
複数のPウェル層32が分割されて形成されているの
で、書き込み動作時と同様に、各Pウェル層の電位を任
意に設定することにより、Pウェル層単位のブロック消
去が可能になる。
【0040】消去時、制御回路17は、コマンドデコー
ダ出力に応じて消去モードであることを示す書き込み信
号以外のモード選択信号を発生しこれを電位切り換え回
路11に送付する。また、制御回路17は、消去を行う
Pウェル層をブロック単位で選択するためのブロック選
択信号を電位切り換え回路11に送付する。即ち、消去
を行うPウェル層の電位切り換え回路11のバックゲー
ト切り換え回路15には、”H”論理レベルのブロック
選択信号を送信する。この際、内部電圧発生回路18
は、書き込み時のメモリTrドレイン電圧7V及び消去
電圧を電位切り換え回路11に印加する。
【0041】図6に示すように、Nウェル層電位切り換
え回路14には、”H”論理レベルのNOTPが印加さ
れるのでNチャネルトランジスタ142がオンとなり、
Nウェル層に接地電位である0Vが供給される。
【0042】バックゲート電位切り換え回路15には、
図7に示すように、消去実施ブロックでは”H”論路レ
ベルのブロック選択信号が印加されるので、Nチャネル
トランジスタ153がオンとなり該当するPウェル層に
接地電位である0Vが供給される。これに対して、消去
を行なわないブロックではPウェル層に電位が印加され
ずオープン状態になる。この時、Nウェル層は0Vなの
で仮にPウェル層に電位が存在していても、Pウェル層
からNウェル層に電流のパスができるため、Pウェル層
は0Vレベルになる。
【0043】また、図8から明らかなように、あるPウ
ェル層が消去を行うブロックに含まれている場合、その
Pウェル層に対応するソース線電位切り換え回路16に
は、”H”論理レベルのブロック選択信号及び消去信号
が印加されるので、Nチャネルトランジスタ161のド
レインには、”H”論理レベルの信号が印加され、Pチ
ャネルトランジスタ167のゲートには”L”論理レベ
ルの信号が印加される。従って、Nチャネルトランジス
タ164がオンになるとともにPチャネルトランジスタ
165がオンとなるので、消去を行うメモリTrのソー
ス電極にはソース線を介して消去電圧12Vが供給され
る。これに対して、消去を行わないブロックの場合、ブ
ロック選択信号は“L”論理レベルであり、一方、消去
を行うメモリTrがあるので、消去信号は“H”論理レ
ベルであるので、Nチャネルトランジスタ161のドレ
インには、”L”論理レベルの信号が印加される。従っ
て、Pチャネルトランジスタ163がオンとなるととも
にトランスファーゲート166がオンし、消去を行わな
いブロックのPウェル層のソース電極には、0Vの電位
がソース線を介して供給される。尚、上記したように、
図8中のVccppは通常はVccレベル、消去電位発生時
(高電圧動作系)はVppレベルを出力する。
【0044】図10に消去時の電位を示す。消去を行う
ブロックのコントロールゲート電極1aは0V、ソース
電極2aは12V、ドレイン電極3aはオープン、バッ
クゲート電極4aは0V、消去を行わないブロックのコ
ントロールゲート電極7aは0V、ソース電極8aは0
V、ドレイン電極9aはオープン、バックゲート電極1
0aはオープンとなる。この際、Nウェル層は0Vであ
る。以上の動作により分割したPウェル層単位の消去が
可能になる。
【0045】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、複数のメモリトランジスタのうちの任意のメモリト
ランジスタに対して書き込み動作を行う際に、書き込み
を行うメモリトランジスタのPウェル層の電位を接地電
位に設定するとともに、ドレインが書き込みを行うメモ
リトランジスタのドレインとビット線を介して接続され
た書き込みを行なわないメモリトランジスタのPウェル
層の電位を、書き込みを行うメモリトランジスタの書き
込み電位と所定の正電位に設定するPウェル層電位設定
手段と、書き込みを行うメモリトランジスタのソースを
接地電位に設定するソース電位設定手段と、Nウェル層
の電位を前記所定の正電位に設定するNウェル層電位設
定手段とを備えるように構成したので、書き込みを行な
わないメモリトランジスタのドレインとPウェル層との
電位を同じ正電位に設定することができるので、書き込
み時に書き込みを行うメモリトランジスタを持つPウェ
ル層の微小リーク(バンド間トンネルリーク)の総和を
減少させる効果がある。また、書き込みを行わないメモ
リトランジスタを持つPウェル層の電位を書き込み電圧
と同じにするので、書き込み電圧の降下を防止し書き込
み特性の劣化を防ぐことができる効果がある。
【0046】請求項2の発明によれば、複数のPウェル
層に形成された複数のメモリトランジスタのデータをP
ウェル層単位で消去すべく、Pウェル層電位設定手段
は、消去を行うメモリトランジスタのPウェル層の電位
を接地電位に設定する手段を含んでおり、ソース電位設
定手段は、消去を行うメモリトランジスタのソースを所
定の消去電位に設定するとともに、消去を行なわないメ
モリトランジスタのソースを接地電位に設定する手段を
含んでおり、Nウェル層電位設定手段は、Nウェル層の
電位を接地電位に設定する手段を含むように構成したの
で、消去単位を小さく設定でき、不揮発性半導体記憶装
置にかかるストレスを低減させることができ信頼性の向
上を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置の全体を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルアレイ周辺の構成を示す回路図であ
る。
【図3】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルアレイの主要部を示す図である。
【図4】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルアレイにおける書き込み時の電位を
示す図である。
【図5】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置の電位切り換え回路のブロック図である。
【図6】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のNウェル層電位切り換え回路の一具体例を示す
回路構成図である。
【図7】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のバックゲート切り換え回路の一具体例を示す回
路構成図である。
【図8】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置のソース線電位切り換え回路の一具体例を示す回
路構成図である。
【図9】 この発明の実施例における不揮発性半導体記
憶装置の内部電圧発生回路の一具体例を示す回路構成図
である。
【図10】 この発明の実施例における不揮発性半導体
記憶装置のPウェル層単位での消去時の電位を示す断面
図である。
【図11】 従来のフラッシュメモリのメモリTrの断
面図である。
【符号の説明】
11 電位切り換え回路(Pウェル層電位設定手段,N
ウェル層電位設定手段,ソース電位設定手段)、14
Nウェル層電位切り換え回路(Nウェル層電位設定手
段)、15 バックゲート電位切り換え回路(Pウェル
層電位設定手段)、16 ソース線電位切り換え回路
(ソース電位設定手段)、32 Pウェル層、33 N
ウェル層。
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P形半導体基板に形成されたNウェル層
    と、前記Nウェル層に形成された複数のPウェル層と、
    前記複数のPウェル層のそれぞれに1つずつ形成され
    た、電気的に書き込み消去可能な複数のメモリトランジ
    スタと、前記複数のメモリトランジスタのうちの任意の
    メモリトランジスタに対して書き込み動作を行う際に、
    書き込みを行うメモリトランジスタのPウェル層の電位
    を接地電位に設定するとともに、ドレインが前記書き込
    みを行うメモリトランジスタのドレインとビット線を介
    して接続された書き込みを行なわないメモリトランジス
    タのPウェル層の電位を書き込みを行うメモリトランジ
    スタの書き込み電位と同一の所定の正電位に設定するP
    ウェル層電位設定手段と、前記書き込み動作の際に書き
    込みを行うメモリトランジスタのソースを接地電位に設
    定するソース電位設定手段と、前記書き込み動作の際に
    前記Nウェル層の電位を前記所定の正電位に設定するN
    ウェル層電位設定手段とを備えた不揮発性半導体記憶装
    置。
  2. 【請求項2】 前記複数のPウェル層に形成された前記
    複数のメモリトランジスタのデータをPウェル層単位で
    消去すべく、前記Pウェル層電位設定手段は、消去を行
    うメモリトランジスタのPウェル層の電位を接地電位に
    設定する手段を含んでおり、前記ソース電位設定手段
    は、前記消去動作の際に消去を行うメモリトランジスタ
    のソースを所定の消去電位に設定するとともに、消去を
    行なわないメモリトランジスタのソースを接地電位に設
    定する手段を含んでおり、前記Nウェル層電位設定手段
    は、前記消去動作の際に前記Nウェル層の電位を接地電
    位に設定する手段を含むことを特徴とする請求項1に記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005328023A (ja) * 2004-05-11 2005-11-24 Hynix Semiconductor Inc Nandフラッシュメモリ素子及びそのウェル形成方法
JP2006302960A (ja) * 2005-04-15 2006-11-02 Toshiba Corp 不揮発性半導体記憶装置
JP2010113797A (ja) * 1997-05-21 2010-05-20 Freescale Semiconductor Inc メモリ回路におけるリーケージ電流を制限する回路および方法
CN113506808A (zh) * 2020-03-23 2021-10-15 铠侠股份有限公司 半导体存储装置

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