JPH103793A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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Publication number
JPH103793A
JPH103793A JP15424796A JP15424796A JPH103793A JP H103793 A JPH103793 A JP H103793A JP 15424796 A JP15424796 A JP 15424796A JP 15424796 A JP15424796 A JP 15424796A JP H103793 A JPH103793 A JP H103793A
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JP
Japan
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memory cell
transistor
cell transistor
floating gate
reference transistor
Prior art date
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Application number
JP15424796A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sadao Yoshikawa
定男 吉川
Masanori Kajitani
雅典 梶谷
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH103793A publication Critical patent/JPH103793A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the speed of writing operation of a nonvolatile semiconductor memory having a floating gate. SOLUTION: A reference transistor 31 is connected in parallel with a memory cell transistor 30, and a word line 35 and a source line 36 are respectively connected in common. A signal potential Vsig corresponding to storage information is applied to a floating gate of the reference transistor 31, and an ON- resistance value is fixed. A writing pulse ϕw is applied to the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 and a current is made to flow, and electric charge is injected to a floating gate of the memory cell transistor 30. At the same time, writing is stopped at the time of coincidence of both potentials when reading out potentials of a drain side of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フローティングゲ
ート及びコントロールゲートを有する不揮発性半導体メ
モリ装置に関する。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate and a control gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】メモリセルが単一のトランジスタからな
る電気的に消去可能なプログラマブルROM(EEPROM:El
ectrically Erasable Programmable ROM)においては、
フローティングゲートとコントロールゲートとを有する
2重ゲート構造のトランジスタによって各メモリセルが
形成される。このような2重ゲート構造のメモリセルト
ランジスタの場合、フローティングゲートのドレイン領
域側で発生したホットエレクトロンを加速してフローテ
ィングゲートに注入することでデータの書き込みが行わ
れる。そして、フローティングゲートに電荷が注入され
たか否かによるメモリセルトランジスタの動作特性の差
を検出することで、データの読み出しが行われる。
2. Description of the Related Art An electrically erasable programmable ROM (EEPROM: Elmer) in which a memory cell comprises a single transistor.
(ectrically Erasable Programmable ROM)
Each memory cell is formed by a transistor having a double gate structure having a floating gate and a control gate. In such a memory cell transistor having a double gate structure, data is written by accelerating and injecting hot electrons generated on the drain region side of the floating gate into the floating gate. Then, data is read by detecting a difference in operation characteristics of the memory cell transistor depending on whether or not charge is injected into the floating gate.

【0003】図4は、フローティングゲートを有する不
揮発性半導体メモリ装置のメモリセル部分の平面図で、
図5は、そのX−X線の断面図である。この図において
は、コントロールゲートの一部がフローティングゲート
に並んで配置されるスプリットゲート構造を示してい
る。P型のシリコン基板1の表面領域に、選択的に厚く
形成される酸化膜(LOCOS)よりなる複数の分離領域2が
短冊状に形成され、素子領域が区画される。シリコン基
板1上に、酸化膜3を介し、隣り合う分離領域2の間に
跨るようにしてフローティングゲート4が配置される。
このフローティングゲート4は、1つのメモリセル毎に
独立して配置される。また、フローティングゲート4上
の酸化膜5は、フローティングゲート4の中央部で厚く
形成され、フローティングゲート4の端部を鋭角にして
いる。これにより、データの消去動作時にフローティン
グゲート4の端部で電界集中が生じ易いようにしてい
る。複数のフローティングゲート4が配置されたシリコ
ン基板1上に、フローティングゲート4の各列毎に対応
してコントロールゲート6が配置される。このコントロ
ールゲート6は、一部がフローティングゲート4上に重
なり、残りの部分が酸化膜3を介してシリコン基板1に
接するように配置される。また、これらのフローティン
グゲート4及びコントロールゲート6は、それぞれ隣り
合う列が互いに面対称となるように配置される。コント
ロールゲート6の間の基板領域及びフローティングゲー
ト4の間の基板領域に、N型の第1拡散層7及び第2拡
散層8が形成される。第1拡散層7は、コントロールゲ
ート6の間で分離領域2に囲まれてそれぞれが独立し、
第2拡散層8は、コントロールゲート6の延在する方向
に連続する。これらのフローティングゲート4、コント
ロールゲート6、第1拡散層7及び第2拡散層8により
メモリセルトランジスタが構成される。そして、コント
ロールゲート6上に、酸化膜9を介して、アルミニウム
配線10がコントロールゲート6と交差する方向に配置
される。このアルミニウム配線10は、コンタクトホー
ル11を通して、第1拡散層7に接続される。
FIG. 4 is a plan view of a memory cell portion of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX. This figure shows a split gate structure in which a part of the control gate is arranged side by side with the floating gate. A plurality of isolation regions 2 made of a selectively thick oxide film (LOCOS) are formed in a strip shape in a surface region of a P-type silicon substrate 1 to partition an element region. A floating gate 4 is arranged on a silicon substrate 1 with an oxide film 3 interposed between adjacent isolation regions 2.
This floating gate 4 is arranged independently for each memory cell. Also, the oxide film 5 on the floating gate 4 is formed thick at the center of the floating gate 4 and makes the end of the floating gate 4 an acute angle. This makes it easier for electric field concentration to occur at the end of the floating gate 4 during the data erasing operation. On the silicon substrate 1 on which a plurality of floating gates 4 are arranged, control gates 6 are arranged corresponding to each column of the floating gates 4. The control gate 6 is arranged so that a part thereof overlaps the floating gate 4 and the remaining part is in contact with the silicon substrate 1 via the oxide film 3. The floating gate 4 and the control gate 6 are arranged such that adjacent rows are plane-symmetric with each other. N-type first diffusion layers 7 and second diffusion layers 8 are formed in a substrate region between control gates 6 and a substrate region between floating gates 4. The first diffusion layers 7 are surrounded by the isolation regions 2 between the control gates 6 and are independent of each other.
The second diffusion layer 8 continues in the direction in which the control gate 6 extends. These floating gate 4, control gate 6, first diffusion layer 7, and second diffusion layer 8 constitute a memory cell transistor. Then, aluminum wiring 10 is arranged on control gate 6 via oxide film 9 in a direction crossing control gate 6. This aluminum wiring 10 is connected to first diffusion layer 7 through contact hole 11.

【0004】このような2重ゲート構造のメモリセルト
ランジスタの場合、フローティングゲート4に注入され
る電荷の量によってオン抵抗値が変動する。そこで、フ
ローティングゲート4に選択的に電荷を注入することに
より、特定のメモリセルトランジスタのオン抵抗値を変
動させ、これによって生じる各メモリセルトランジスタ
の動作特性の差を記憶するデータに対応付けるようにし
ている。
In the case of such a memory cell transistor having a double gate structure, the on-resistance value varies depending on the amount of charge injected into the floating gate 4. Therefore, by selectively injecting charges into the floating gate 4, the on-resistance value of a specific memory cell transistor is varied, and the difference in operating characteristics of each memory cell transistor caused by this is associated with data to be stored. I have.

【0005】図6は、図4に示したメモリセル部分の回
路図である。この図においては、メモリセルを3行×3
列に配置した場合を示している。2重ゲート構造のメモ
リセルトランジスタ20は、コントロールゲート6がワ
ード線21に接続され、第1拡散層7及び第2拡散層8
がそれぞれビット線22及びソース線23に接続され
る。各ビット線22は、それぞれ選択トランジスタ24
を介してデータ線25に接続され、各ソース線23は、
それぞれ電力線26に接続される。通常は、各メモリセ
ルトランジスタ20のコントロールゲート6自体をワー
ド線21とし、コントロールゲート6の延在方向に連続
する第2拡散層8自体をソース線23としている。そし
て、第1拡散層7に接続されるアルミニウム配線10を
ビット線22として動作させるようにしている。
FIG. 6 is a circuit diagram of the memory cell portion shown in FIG. In this figure, memory cells are divided into 3 rows × 3
This shows a case in which they are arranged in columns. In the memory cell transistor 20 having the double gate structure, the control gate 6 is connected to the word line 21 and the first diffusion layer 7 and the second diffusion layer 8
Are connected to the bit line 22 and the source line 23, respectively. Each bit line 22 is connected to a select transistor 24
Are connected to the data lines 25, and each source line 23
Each is connected to a power line 26. Normally, the control gate 6 itself of each memory cell transistor 20 is a word line 21, and the second diffusion layer 8 itself continuous in the direction in which the control gate 6 extends is a source line 23. Then, the aluminum wiring 10 connected to the first diffusion layer 7 is operated as the bit line 22.

【0006】ロウデコーダ27は、各ワード線21に接
続され、ワード線21の何れか1本を行選択情報に応答
して選択することにより、メモリセルトランジスタ20
の特定の行を活性化する。カラムデコーダ28は、各選
択トランジスタ24に接続され、選択トランジスタ24
の1つを列選択情報に応答してオンさせることにより、
特定の列のメモリセルトランジスタ20を活性化する。
The row decoder 27 is connected to each word line 21, and selects one of the word lines 21 in response to the row selection information, whereby the memory cell transistor 20 is selected.
Activate a specific row of The column decoder 28 is connected to each of the selection transistors 24 and
Is turned on in response to the column selection information,
Activate the memory cell transistor 20 in a specific column.

【0007】これらのメモリセルトランジスタ20に対
してデータを書き込む際には、メモリセルトランジスタ
20に対し、データ線25から接地電位(例えば0V)
を印加し、電力線26から書き込み用の電源電位(例え
ば12V)を印加する。これにより、ロウデコーダ27
及びカラムデコーダ28の選択動作によって活性化され
た特定のメモリセルトランジスタ20において、データ
の書き込み、即ち、フローティングゲート4への電荷の
注入が行われる。また、メモリセルトランジスタ20に
書き込まれたデータを読み出す際には、メモリセルトラ
ンジスタ20に対し、データ線25から読み出し用の電
源電位(例えば2V)を印加し、電力線26から接地電
位(例えば0V)を印加する。このとき、ロウデコーダ
27及びカラムデコーダ28の選択動作によって活性化
された特定のメモリセルトランジスタ20に流れる電流
値を検出することで、データの読み出し、即ち、メモリ
セルトランジスタ20のオン抵抗値の検出が行われる。
When data is written to these memory cell transistors 20, the data line 25 applies a ground potential (eg, 0 V) to the memory cell transistors 20.
And a power supply potential for writing (for example, 12 V) is applied from the power line 26. Thereby, the row decoder 27
In the specific memory cell transistor 20 activated by the selection operation of the column decoder 28, data is written, that is, charge is injected into the floating gate 4. When data written in the memory cell transistor 20 is read, a power supply potential (for example, 2 V) for reading is applied from the data line 25 to the memory cell transistor 20, and a ground potential (for example, 0 V) is applied from the power line 26. Is applied. At this time, by detecting the value of the current flowing through the specific memory cell transistor 20 activated by the selection operation of the row decoder 27 and the column decoder 28, data is read, that is, the on-resistance value of the memory cell transistor 20 is detected. Is performed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】フローティングゲート
4を有するメモリセルトランジスタ20の場合、フロー
ティングゲート4に注入した電荷の量に応じてオン抵抗
値が変化するのを利用すれば、アナログ情報の記憶が可
能である。この場合、各メモリセルトランジスタ20で
は、それぞれ書き込み特性が一様であるとは限らないた
め、書き込み条件のみの制御により複数のメモリセルト
ランジスタ20に対して再現性よくアナログ情報を書き
込むことは困難である。そこで、各メモリセルトランジ
スタ20に対して段階的な書き込みと読み出しとを繰り
返しながら、読み出しの結果が所望の値となった時点で
書き込み動作(電荷の注入)を停止することが考えられ
ている。
In the case of the memory cell transistor 20 having the floating gate 4, analog information can be stored by utilizing the fact that the on-resistance changes according to the amount of charge injected into the floating gate 4. It is possible. In this case, since the write characteristics of each memory cell transistor 20 are not necessarily uniform, it is difficult to write analog information to a plurality of memory cell transistors 20 with good reproducibility by controlling only write conditions. is there. Therefore, it has been considered that the writing operation (charge injection) is stopped when the reading result becomes a desired value while repeating stepwise writing and reading for each memory cell transistor 20.

【0009】しかしながら、メモリセルトランジスタ2
0に対するデータの書き込み精度を高くするには、書き
込み動作の1周期での書き込み量を少なくしなければな
らず、書き込みを短時間で完了させることは困難であ
る。即ち、書き込み動作の1周期で書き込む量を少なく
するほどメモリセルトランジスタ20の分解能は高くな
るが、所望の量の書き込みを完了するまでに要する時間
が長くなるため、動作速度が遅くなるという問題を有し
ている。
However, the memory cell transistor 2
To increase the accuracy of writing data to 0, the amount of writing in one cycle of the writing operation must be reduced, and it is difficult to complete the writing in a short time. That is, although the resolution of the memory cell transistor 20 increases as the writing amount decreases in one cycle of the writing operation, the time required to complete the writing of the desired amount increases, and the operation speed decreases. Have.

【0010】そこで本発明は、動作速度を低下させるこ
となく、データを高精度で書き込むようにすることを目
的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to write data with high precision without lowering the operation speed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、電気的に独立したフローティングゲートに重ねてコ
ントロールゲートが配置され、フローティングゲート及
びコントロールゲートに隣接してソース領域及びドレイ
ン領域が配置されるメモリセルトランジスタと、このメ
モリセルトランジスタと同一構造を成し、メモリセルト
ランジスタに並列に接続されてフローティングゲートに
記憶情報と対応付けられる信号電位が印加されるリファ
レンストランジスタと、上記メモリセルトランジスタ及
び上記リファレンストランジスタのソース/ドレイン間
に一定の電位差を与えて上記メモリセルトランジスタの
フローティングゲートに電荷を注入させる書き込み回路
と、上記メモリセルトランジスタ及び上記リファレンス
トランジスタのコントロールゲートに所定の電圧を与え
て上記メモリセルトランジスタ及び上記リファレンスト
ランジスタを同時に活性化する選択回路と、上記メモリ
セルトランジスタ及び上記リファレンストランジスタに
流れる電流量を比較する比較回路と、を備え、書き込み
回路から上記メモリセルトランジスタ及び上記リファレ
ンストランジスタに与える電位差を上記比較回路の比較
結果に応答して変動させることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the feature of the present invention is that a control gate is disposed so as to overlap an electrically independent floating gate. A memory cell transistor in which a source region and a drain region are arranged adjacent to a floating gate and a control gate; the memory cell transistor has the same structure as that of the memory cell transistor, and is connected in parallel to the memory cell transistor so that the floating gate corresponds to stored information; A reference transistor to which a signal potential to be applied is applied; a write circuit for applying a fixed potential difference between the memory cell transistor and the source / drain of the reference transistor to inject electric charge into a floating gate of the memory cell transistor; A selection circuit that applies a predetermined voltage to a control gate of the transistor and the reference transistor to simultaneously activate the memory cell transistor and the reference transistor, and a comparison circuit that compares the amount of current flowing through the memory cell transistor and the reference transistor. And that the potential difference given from the write circuit to the memory cell transistor and the reference transistor is changed in response to a comparison result of the comparison circuit.

【0012】これにより、メモリセルトランジスタへの
データの書き込み状況を常時モニタすることができ、デ
ータ書き込みの際に書き込み動作と読み出し動作とを繰
り返す必要がなくなる。従って、データの書き込み時間
が短縮される。
This makes it possible to constantly monitor the state of writing data to the memory cell transistor, and it is not necessary to repeat the writing operation and the reading operation when writing data. Therefore, the data writing time is reduced.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の不揮発性半導体
メモリ装置の第1の実施形態を示す回路図であり、図2
は、その動作を説明するタイミング図である。これらの
図においては、単一のメモリセルについてのみ示し、列
選択のための回路は省略する。本発明の不揮発性半導体
メモリ装置は、メモリセルトランジスタ30、リファレ
ンストランジスタ31、書き込みパルス発生回路32、
選択信号発生回路33及び比較回路34を含む。メモリ
セルトランジスタ30及びリファレンストランジスタ3
1は、それぞれ図6に示すメモリセルトランジスタ20
と同一構造であり、フローティングゲート及びコントロ
ールゲートを有する。但し、リファレンストランジスタ
31のフローティングゲートに対しては、電極が接続さ
れ、書き込みデータに対応した信号電位Vsigによって
電位を直接制御できるようにしている。メモリセルトラ
ンジスタ30及びリファレンストランジスタ31のコン
トロールゲートは、共通のワード線35に接続され、選
択信号LSを受けて同時に開閉する。また、メモリセル
トランジスタ30及びリファレンストランジスタ31
は、それぞれソース線36と抵抗37、38との間に接
続される。そして、データの書き込み動作において、ソ
ース線36から書き込みパルスφwが印加され、同時
に、抵抗37、38を介して接地電位Vgndが印加され
る。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
Is a timing chart for explaining the operation. In these figures, only a single memory cell is shown, and a circuit for selecting a column is omitted. The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a memory cell transistor 30, a reference transistor 31, a write pulse generation circuit 32,
A selection signal generation circuit 33 and a comparison circuit 34 are included. Memory cell transistor 30 and reference transistor 3
1 are the memory cell transistors 20 shown in FIG.
And has a floating gate and a control gate. However, an electrode is connected to the floating gate of the reference transistor 31 so that the potential can be directly controlled by a signal potential Vsig corresponding to write data. The control gates of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are connected to a common word line 35, and open and close simultaneously upon receiving the selection signal LS. Further, the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31
Are connected between the source line 36 and the resistors 37 and 38, respectively. In a data write operation, a write pulse φw is applied from the source line 36, and at the same time, a ground potential Vgnd is applied via the resistors 37 and 38.

【0014】書き込みパルス発生回路32は、装置外部
から供給される書き込み開始の指示に応答して一定周期
の書き込みパルスφwを発生し、ソース線36に供給す
る。この書き込みパルスφwの周期及び波高値は、メモ
リセルトランジスタ20の動作特性及び動作目的に合わ
せて設定する。例えば、メモリセルトランジスタ30に
対する書き込みが低電圧で行える場合には、波高値を低
く設定し、分解能が高くなるように動作させる場合に
は、周期を短く設定する。選択信号発生回路33は、ワ
ード線35に接続され、書き込み開始の指示に応答して
選択信号LSを立ち上げる。比較器34は、メモリセル
トランジスタ30と抵抗37との接続点の電位Vp1及び
リファレンストランジスタ31と抵抗38との接続点の
電位Vp2を受け、その比較結果を書き込み停止信号WS
として書き込みパルス発生回路32に供給する。この書
き込み停止信号WSの立ち上がりにより、書き込みパル
ス発生回路32の書き込みパルスφwの出力が停止され
る。
The write pulse generation circuit 32 generates a write pulse φw having a constant period in response to a write start instruction supplied from outside the device, and supplies the write pulse φw to the source line 36. The period and peak value of the write pulse φw are set according to the operation characteristics and operation purpose of the memory cell transistor 20. For example, when writing to the memory cell transistor 30 can be performed at a low voltage, the peak value is set low, and when the operation is performed to increase the resolution, the cycle is set short. The selection signal generation circuit 33 is connected to the word line 35, and raises the selection signal LS in response to a write start instruction. The comparator 34 receives the potential Vp1 at the connection point between the memory cell transistor 30 and the resistor 37 and the potential Vp2 at the connection point between the reference transistor 31 and the resistor 38, and writes the comparison result as a write stop signal WS
To the write pulse generation circuit 32. With the rise of the write stop signal WS, the output of the write pulse φw of the write pulse generation circuit 32 is stopped.

【0015】書き込み指示に応答し、選択信号LSが立
ち上げられて書き込みパルスφwが印加されると、メモ
リセルトランジスタ30及びリファレンストランジスタ
31のコントロールゲートがオンして、メモリセルトラ
ンジスタ30及びリファレンストランジスタ31に電流
が流れる。メモリセルトランジスタ30は、はじめにデ
ータが書き込まれていない状態(フローティングゲート
に電荷が蓄積されていない状態)のとき、オン抵抗値が
小さく、流れる電流は大きくなっている。メモリセルト
ランジスタ30に電流が流れ始めると、ドレイン付近に
発生するホットエレクトロンがチャネル領域内でソース
方向へ加速され、ゲート絶縁膜を通り抜けてフローティ
ングゲートに注入されるようになる。これにより、メモ
リセルトランジスタ30のフローティングゲートに注入
される電荷量Qは、書き込みパルスφwの立ち上がりに
合わせて、時間経過と共に次第に大きくなりる。そし
て、フローティングゲートへの電荷の注入量に応じて、
メモリセルトランジスタ30のオン抵抗値が大きくな
り、このオン抵抗値と抵抗37の抵抗値との比によって
決定される電位Vp1は、図2に示すように、次第に低下
することになる。一方、リファレンストランジスタ31
は、フローティングゲートの電位が信号電位Vsigで固
定されているため、時間経過に関係なくオン抵抗値は常
に一定であり、このオン抵抗値と抵抗38の抵抗値との
比によって決定される電位Vp2も、図2に示すように、
一定となる。
When the selection signal LS rises and a write pulse φw is applied in response to the write instruction, the control gates of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are turned on, and the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are turned on. Current flows through When the memory cell transistor 30 is in a state where data is not written first (a state where no electric charge is stored in the floating gate), the on-resistance value is small and the flowing current is large. When a current starts to flow through the memory cell transistor 30, hot electrons generated near the drain are accelerated in the source region in the channel region, pass through the gate insulating film, and are injected into the floating gate. As a result, the charge amount Q injected into the floating gate of the memory cell transistor 30 gradually increases with time in accordance with the rise of the write pulse φw. Then, depending on the amount of charge injected into the floating gate,
The on-resistance value of the memory cell transistor 30 increases, and the potential Vp1 determined by the ratio between the on-resistance value and the resistance value of the resistor 37 gradually decreases as shown in FIG. On the other hand, the reference transistor 31
Since the potential of the floating gate is fixed at the signal potential Vsig, the on-resistance is always constant regardless of the passage of time, and the potential Vp2 determined by the ratio of this on-resistance to the resistance of the resistor 38 Also, as shown in FIG.
It will be constant.

【0016】そこで、メモリセルトランジスタ30側の
電位Vp1とリファレンストランジスタ31側の電位Vp2
とを比較器34で比較し、電位Vp1が電位Vp2まで低下
した時点で書き込み停止信号WSを立ち上げて書き込み
パルスφwの供給を停止するように構成している。従っ
て、メモリセルトランジスタ30のフローティングゲー
トに対し、メモリセルトランジスタ30のオン抵抗値
が、信号電位Vsigで決定されるリファレンストランジ
スタ31のオン抵抗値に一致するまで電荷の注入が繰り
返される。このとき、メモリセルトランジスタ30のフ
ローティングゲートへの電荷の注入は、メモリセルトラ
ンジスタ30のオン抵抗値の変動をモニタしながら行わ
れているため、データの書き込み及び読み出しを繰り返
す必要はない。
Therefore, the potential Vp1 on the memory cell transistor 30 side and the potential Vp2 on the reference transistor 31 side
Are compared by the comparator 34, and when the potential Vp1 drops to the potential Vp2, the write stop signal WS is raised to stop the supply of the write pulse φw. Therefore, charge injection into the floating gate of the memory cell transistor 30 is repeated until the on-resistance value of the memory cell transistor 30 matches the on-resistance value of the reference transistor 31 determined by the signal potential Vsig. At this time, charge injection into the floating gate of the memory cell transistor 30 is performed while monitoring a change in the on-resistance value of the memory cell transistor 30, so that there is no need to repeat writing and reading of data.

【0017】以上のようにしてメモリセルトランジスタ
30に記憶された情報は、ソース線36に一定の電位を
与えたとき、メモリセルトランジスタ30を通して抵抗
37へ流れる電流を検出することにより、読み出され
る。図3は、本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第2
の実施形態を示す回路図であり、メモリセルトランジス
タ30を3行×3列に配置した場合の構成を示してい
る。
The information stored in the memory cell transistor 30 as described above is read out by detecting a current flowing to the resistor 37 through the memory cell transistor 30 when a constant potential is applied to the source line 36. FIG. 3 shows a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
13 is a circuit diagram showing the embodiment, and shows a configuration in the case where memory cell transistors 30 are arranged in 3 rows × 3 columns. FIG.

【0018】メモリセルトランジスタ30及びリファレ
ンストランジスタ31は、図1と同一であり、それぞれ
フローティングゲート及びコントロールゲートを有して
いる。3行×3列に配置されるメモリセルトランジスタ
30は、各行毎に共通のワード線41及びソース線42
に接続される。各ソース線42は、それぞれ電力線43
に接続される。また、メモリセルトランジスタ30は、
各列毎に共通のビット線44に接続される。各ビット線
44は、選択トランジスタ45を介してそれぞれデータ
線46に接続される。リファレンストランジスタ31
は、メモリセルトランジスタ30の各行毎に1つずつ並
列に配置され、各メモリセルトランジスタ30と共通の
ワード線41及びソース線42に接続される。また、各
リファレンストランジスタ31は、ビット線44と並列
に配置されるリファレンス線47に接続される。そし
て、各リファレンストランジスタ31のフローティング
ゲートには、それぞれデータ入力線48が接続され、記
憶データに対応付けられた信号電位Vsigが印加され
る。これらメモリセルトランジスタ30及びリファレン
ストランジスタ31の構造については、図4及び図5と
同一であり、各行毎に隣り合う行と線対称となるように
してフローティングゲート及びコントロールゲートが配
置される。
The memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are the same as those in FIG. 1, and each have a floating gate and a control gate. The memory cell transistors 30 arranged in 3 rows × 3 columns have a common word line 41 and a common source line 42 for each row.
Connected to. Each source line 42 is connected to a power line 43
Connected to. In addition, the memory cell transistor 30
Each column is connected to a common bit line 44. Each bit line 44 is connected to a data line 46 via a selection transistor 45. Reference transistor 31
Are arranged in parallel, one for each row of the memory cell transistors 30, and are connected to a word line 41 and a source line 42 that are common to each memory cell transistor 30. Further, each reference transistor 31 is connected to a reference line 47 arranged in parallel with the bit line 44. The data input line 48 is connected to the floating gate of each reference transistor 31, and the signal potential Vsig associated with the stored data is applied. The structures of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are the same as those in FIGS. 4 and 5, and the floating gate and the control gate are arranged in each row so as to be line-symmetric with the adjacent row.

【0019】ロウデコーダ51は、行選択情報に応答し
て特定の行を選択する行選択信号LS1〜LS3を発生
し、各ワード線41に供給する。このロウデコーダ51
は、図1の選択信号発生回路33と同等のものである。
これにより、メモリセルトランジスタ30及びリファレ
ンストランジスタ31の特定の行(同一行)のコントロ
ールゲートが同時にオンされる。カラムデコーダ52
は、列選択情報に応答して特定の列を選択する列選択信
号CS1〜CS3を発生し、各選択トランジスタ45の
ゲートに供給する。これにより、メモリセルトランジス
タ30の特定の列が活性化され、その選択列のビット線
44がデータ線46に接続される。比較器53は、抵抗
54が接続されるデータ線46の電位Vp1と抵抗55が
接続されるリファレンス線47の電位Vp2とを比較し、
その比較結果を書き込み停止信号WSとして出力する。
即ち、比較器53は、選択されたメモリセルトランジス
タ30のオン抵抗値と抵抗54の抵抗値との比で決定さ
れる電位Vp1と、選択されたリファレンストランジスタ
31のオン抵抗値と抵抗55の抵抗値との比で決定され
る電位Vp2とを比較する。書き込みパルス発生回路56
は、所定の周期及び波高値を有する書き込みパルスφw
を発生し、電力線43に供給する。この書き込みパルス
発生回路56は、図1の書き込みパルス発生回路32と
同一のものであり、比較器53から供給される書き込み
停止信号WSに応答して書き込みパルスφwの発生を停
止するように構成される。尚、書き込みパルスφwは、
メモリセルトランジスタ30の全ての列に同時に印加さ
れるが、非選択の列では、ビット線44の電位を高く設
定してメモリセルトランジスタ30のコントロールゲー
トがオンしないようにしているため、フローティングゲ
ートへの電荷注入は起きない。
The row decoder 51 generates row selection signals LS1 to LS3 for selecting a specific row in response to the row selection information, and supplies them to each word line 41. This row decoder 51
Is equivalent to the selection signal generation circuit 33 of FIG.
As a result, the control gates of the specific row (the same row) of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are simultaneously turned on. Column decoder 52
Generates column selection signals CS1 to CS3 for selecting a specific column in response to column selection information, and supplies them to the gate of each selection transistor 45. As a result, a specific column of the memory cell transistor 30 is activated, and the bit line 44 in the selected column is connected to the data line 46. The comparator 53 compares the potential Vp1 of the data line 46 to which the resistor 54 is connected with the potential Vp2 of the reference line 47 to which the resistor 55 is connected,
The comparison result is output as a write stop signal WS.
That is, the comparator 53 calculates the potential Vp1 determined by the ratio between the on-resistance value of the selected memory cell transistor 30 and the resistance value of the resistor 54, the on-resistance value of the selected reference transistor 31, and the resistance of the resistor 55. The value is compared with a potential Vp2 determined by a ratio with the value. Write pulse generation circuit 56
Is a write pulse φw having a predetermined period and a peak value.
And supplies it to the power line 43. The write pulse generation circuit 56 is the same as the write pulse generation circuit 32 of FIG. 1, and is configured to stop the generation of the write pulse φw in response to the write stop signal WS supplied from the comparator 53. You. Note that the write pulse φw is
The voltage is applied to all the columns of the memory cell transistors 30 at the same time. In the non-selected columns, the potential of the bit line 44 is set high so that the control gate of the memory cell transistor 30 is not turned on. Does not occur.

【0020】書き込み指示が入力されると、はじめに、
行選択信号LS1〜LS3の1つ及び列選択信号CS1
〜CS3の1つが立ち上げられ、特定のメモリセルトラ
ンジスタ30及びリファレンストランジスタ31が選択
される。メモリセルトランジスタ30及びリファレンス
トランジスタ31については、同一行が選択される。選
択されたメモリセルトランジスタ30は、ビット線44
及び選択トランジスタ45を介してデータ線46に接続
されると共に、コントロールゲートがオンされる。同時
に、選択されたリファレンストランジスタ31でもコン
トロールゲートがオンされる。ロウデコーダ51及びカ
ラムデコーダ52によるメモリセルトランジスタ30及
びリファレンストランジスタ31の選択動作が完了した
後は、図1の場合と同一の回路構成となる。即ち、電力
線43からメモリセルトランジスタ30への書き込みパ
ルスφwの印加により、メモリセルトランジスタ30の
フローティングゲートに電荷が注入され、その注入量に
応じてメモリセルトランジスタ30のオン抵抗値が低下
する。そして、メモリセルトランジスタ30のオン抵抗
値と抵抗54の抵抗値との比によって決定される電位V
p1が低下し、リファレンストランジスタ31のオン抵抗
値と抵抗55の抵抗値との比によって決定される電位V
p2に一致した時点で書き込みパルスφwの供給が停止さ
れる。従って、ロウデコーダ51及びカラムデコーダ5
2による選択動作で指定される特定のメモリセルトラン
ジスタ30のオン抵抗値が、フローティングゲートに信
号電位Vsigが印加されたときのリファレンストランジ
スタ31のオン抵抗値に一致される。
When a write instruction is input, first,
One of the row selection signals LS1 to LS3 and the column selection signal CS1
To CS3 are activated, and the specific memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 are selected. The same row is selected for the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31. The selected memory cell transistor 30 is connected to the bit line 44
And the data line 46 is connected via the selection transistor 45, and the control gate is turned on. At the same time, the control gate of the selected reference transistor 31 is turned on. After the selection operation of the memory cell transistor 30 and the reference transistor 31 by the row decoder 51 and the column decoder 52 is completed, the circuit configuration becomes the same as that of FIG. That is, by applying the write pulse φw from the power line 43 to the memory cell transistor 30, charges are injected into the floating gate of the memory cell transistor 30, and the on-resistance value of the memory cell transistor 30 decreases according to the amount of injection. Then, the potential V determined by the ratio between the on-resistance value of the memory cell transistor 30 and the resistance value of the resistor 54 is determined.
p1 decreases, and the potential V determined by the ratio between the on-resistance value of the reference transistor 31 and the resistance value of the resistor 55 is reduced.
The supply of the write pulse φw is stopped at the time when the value matches p2. Therefore, the row decoder 51 and the column decoder 5
The on-resistance value of the specific memory cell transistor 30 specified by the selection operation 2 matches the on-resistance value of the reference transistor 31 when the signal potential Vsig is applied to the floating gate.

【0021】以上の実施形態においては、メモリセルト
ランジスタ30を3行×3列配置した場合を例示してい
るが、メモリセルトランジスタ30を4行以上、あるい
は4列以上配置することも容易である。また、リファレ
ンストランジスタ31については、必ずしも1行毎に設
ける必要はなく、メモリセルトランジスタ30の各行に
対して1つを共通に用いるようにしてもよい。この場
合、各行毎の特性のばらつきの影響を受けやすくなる
が、回路規模を小さくすることができる。
In the above embodiment, the case where the memory cell transistors 30 are arranged in 3 rows × 3 columns is exemplified. However, it is easy to arrange the memory cell transistors 30 in 4 rows or more or 4 columns or more. . Further, the reference transistors 31 do not necessarily need to be provided for each row, and one reference transistor 31 may be commonly used for each row of the memory cell transistors 30. In this case, the circuit is liable to be affected by variations in characteristics of each row, but the circuit scale can be reduced.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明によれば、フローティングゲート
とコントロールゲートとを有するメモリセルトランジス
タにおいて、データの書き込み速度を低下させることな
く、アナログ情報または多値情報を再現性よく記憶させ
ることができる。従って、音声信号のように時間情報を
含むデータに対しても、時間軸の変換手段を用いること
なく、直接記憶させることができ、回路構成の簡略化が
望める。
According to the present invention, in a memory cell transistor having a floating gate and a control gate, analog information or multi-valued information can be stored with good reproducibility without lowering the data writing speed. Therefore, even data including time information, such as an audio signal, can be directly stored without using a time axis conversion means, so that the circuit configuration can be simplified.

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

【図1】本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第1の実
施形態を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図2】本発明の不揮発性半導体メモリ装置の動作を説
明するタイミング図である。
FIG. 2 is a timing chart illustrating an operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図3】本発明の不揮発性半導体メモリ装置の第2の実
施形態を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図4】従来の不揮発性半導体メモリ装置のメモリセル
の構造を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a structure of a memory cell of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図5】図4のX−X線の断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line XX of FIG. 4;

【図6】従来の不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す
回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 分離領域 3、5、9 酸化膜 4 フローティングゲート 6 コントロールゲート 7 第1拡散層 8 第2拡散層 10 アルミニウム配線 11 コンタクトホール 20、30 メモリセルトランジスタ 21、35、41 ワード線 22、44 ビット線 23、36、42 ソース線 24、45 選択トランジスタ 25、46 データ線 26、36、43 電力線 27、51 ロウデコーダ 28、52 カラムデコーダ 31 リファレンストランジスタ 32、56 書き込みパルス発生回路 33 選択信号発生回路 34、53 比較器 37、38、54、55 抵抗 47 リファレンス線 48 データ入力線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Isolation region 3, 5, 9 Oxide film 4 Floating gate 6 Control gate 7 First diffusion layer 8 Second diffusion layer 10 Aluminum wiring 11 Contact hole 20, 30 Memory cell transistor 21, 35, 41 Word line 22, 44 bit line 23, 36, 42 source line 24, 45 selection transistor 25, 46 data line 26, 36, 43 power line 27, 51 row decoder 28, 52 column decoder 31 reference transistor 32, 56 write pulse generation circuit 33 selection signal generation Circuit 34, 53 Comparator 37, 38, 54, 55 Resistor 47 Reference line 48 Data input line

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気的に独立したフローティングゲート
に重ねてコントロールゲートが配置され、フローティン
グゲート及びコントロールゲートに隣接してソース領域
及びドレイン領域が配置されるメモリセルトランジスタ
と、このメモリセルトランジスタと同一構造を成し、メ
モリセルトランジスタに並列に接続されてフローティン
グゲートに記憶情報と対応付けられる信号電位が印加さ
れるリファレンストランジスタと、上記メモリセルトラ
ンジスタ及び上記リファレンストランジスタのソース/
ドレイン間に一定の電位差を与えて上記メモリセルトラ
ンジスタのフローティングゲートに電荷を注入させる書
き込み回路と、上記メモリセルトランジスタ及び上記リ
ファレンストランジスタのコントロールゲートに所定の
電圧を与えて上記メモリセルトランジスタ及び上記リフ
ァレンストランジスタを同時に活性化する選択回路と、
上記メモリセルトランジスタ及び上記リファレンストラ
ンジスタに流れる電流量を比較する比較回路と、を備
え、書き込み回路から上記メモリセルトランジスタ及び
上記リファレンストランジスタに与える電位差を上記比
較回路の比較結果に応答して変動させることを特徴とす
る不揮発性半導体メモリ装置。
1. A memory cell transistor in which a control gate is arranged so as to overlap an electrically independent floating gate, and a source region and a drain region are arranged adjacent to the floating gate and the control gate. A reference transistor having a structure, connected in parallel to the memory cell transistor, and having a floating gate to which a signal potential associated with stored information is applied; and a source / source of the memory cell transistor and the reference transistor.
A write circuit for applying a certain potential difference between the drains to inject charges into the floating gate of the memory cell transistor; and applying a predetermined voltage to the control gates of the memory cell transistor and the reference transistor to apply a predetermined voltage to the memory cell transistor and the reference. A selection circuit for simultaneously activating the transistors,
A comparison circuit for comparing the amount of current flowing through the memory cell transistor and the reference transistor, wherein a potential difference given to the memory cell transistor and the reference transistor from a write circuit in response to a comparison result of the comparison circuit A nonvolatile semiconductor memory device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 1つの上記リファレンストランジスタに
対して複数の上記メモリセルトランジスタを並列に接続
し、上記書き込み回路から複数の上記メモリセルトラン
ジスタの内の1つに選択的に電位差を与えることを特徴
とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
2. The method according to claim 1, wherein a plurality of memory cell transistors are connected in parallel to one reference transistor, and a potential difference is selectively applied from the write circuit to one of the plurality of memory cell transistors. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019102110A (en) * 2017-11-30 2019-06-24 植 千葉 Semiconductor memory

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