JPH11233744A - Non-volatile semiconductor storage device and method for driving the same - Google Patents

Non-volatile semiconductor storage device and method for driving the same

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JPH11233744A
JPH11233744A JP34076198A JP34076198A JPH11233744A JP H11233744 A JPH11233744 A JP H11233744A JP 34076198 A JP34076198 A JP 34076198A JP 34076198 A JP34076198 A JP 34076198A JP H11233744 A JPH11233744 A JP H11233744A
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memory cells
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To read data at a high speed under low voltage by connecting a plurality of memory cells included in a column with a first source line, connecting of a plurality of memory cells included in a neighboring column with a second source line, and by making the first source line electrically independent from the second source line. SOLUTION: A source line SL1 corresponds to a column including M11 to M14, a source line SL2 corresponds to a column including M21 to M24, a source line SL3 corresponds to a column including M31 to M34, and a source line SL4 corresponds to a column including M41 to M44. That is, in a non-volatile semiconductor memory device 10, a memory cell of one column does not share a source line with a memory cell of the other column. Further, an element- separating region and a bit line contact are provided, and the element-separating region is positioned between the source line SL2 and the source line SL3, whereby neighboring source lines are electrically independent.

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、不揮発性半導体記
憶装置、特にマスク型および浮遊ゲート電極型の不揮発
性半導体記憶装置およびその駆動方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a mask type and floating gate electrode type nonvolatile semiconductor memory device and a method of driving the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、低電圧で高速に動作する不揮発性
半導体記憶装置が利用されるようになっている。このよ
うな不揮発性半導体記憶装置を広く提供するために、低
電圧で高速動作が可能な不揮発性半導体記憶装置、なら
びにこの不揮発性半導体記憶装置の駆動方法が求められ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, non-volatile semiconductor memory devices which operate at a low voltage and at a high speed have been used. In order to widely provide such a nonvolatile semiconductor memory device, a nonvolatile semiconductor memory device that can operate at high speed at a low voltage and a driving method of the nonvolatile semiconductor memory device are required.

【0003】以下、従来の不揮発性半導体記憶装置50
0を、図15、図16および図17を用いて説明する。
Hereinafter, a conventional nonvolatile semiconductor memory device 50 will be described.
0 will be described with reference to FIGS. 15, 16 and 17.

【0004】不揮発性半導体記憶装置500は、複数の
メモリセルがビット線に並列に接続される形式をとって
いるため、NOR型と呼ばれるメモリセルアレイ構造を
有している。
The nonvolatile semiconductor memory device 500 has a memory cell array structure called a NOR type because a plurality of memory cells are connected in parallel to bit lines.

【0005】図15は、従来の不揮発性半導体記憶装置
500のメモリセルアレイ構成を示す模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a memory cell array configuration of a conventional nonvolatile semiconductor memory device 500.

【0006】図15に示す不揮発性半導体記憶装置50
0は、MOSトランジスタからなるメモリセルM11〜
M44、ワード線WL1〜WL4、ソース線SL1〜S
L3、およびビット線BL1〜BL4を備えている。
A nonvolatile semiconductor memory device 50 shown in FIG.
0 is a memory cell M11-
M44, word lines WL1 to WL4, source lines SL1 to S
L3 and bit lines BL1 to BL4.

【0007】不揮発性半導体記憶装置500は、図15
に示すように、メモリセルM24のゲートがワード線W
L2に接続され、メモリセルM24のソースがソース線
SL2に接続され、メモリセルM24のドレインがビッ
ト線BL4に接続されている。不揮発性半導体記憶装置
500では、メモリセルM21〜M24が属する行のメ
モリセルは、メモリセルM31〜M34が属する行のメ
モリセルとソース線SL2を共有している。なお、メモ
リセルM11〜M14が属する行のメモリセルは、それ
に対向する行のメモリセル(図示されず)とソース線S
L1を共有している。また、ソース線SL3について
も、同様である。
[0007] The non-volatile semiconductor memory device 500 is similar to that shown in FIG.
As shown in the figure, the gate of the memory cell M24 is connected to the word line W
L2, the source of the memory cell M24 is connected to the source line SL2, and the drain of the memory cell M24 is connected to the bit line BL4. In the nonvolatile semiconductor memory device 500, the memory cells in the row to which the memory cells M21 to M24 belong share the source line SL2 with the memory cells in the row to which the memory cells M31 to M34 belong. The memory cells in the row to which the memory cells M11 to M14 belong are the memory cells (not shown) in the opposing row and the source line S.
L1 is shared. The same applies to the source line SL3.

【0008】図16は、図15に示す不揮発性半導体記
憶装置500のパターンレイアウトを示す模式的平面図
である。
FIG. 16 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 500 shown in FIG.

【0009】図16に示すように、不揮発性半導体記憶
装置500は、さらに、素子分離領域5とビット線コン
タクト6を備えている。
As shown in FIG. 16, the nonvolatile semiconductor memory device 500 further includes an element isolation region 5 and a bit line contact 6.

【0010】以下、従来の不揮発性半導体記憶装置50
0に情報を書き込む方法および消去方法を図17を用い
て説明する。
Hereinafter, a conventional nonvolatile semiconductor memory device 50 will be described.
A method of writing information to 0 and an erasing method will be described with reference to FIG.

【0011】図17は、不揮発性半導体記憶装置500
におけるメモリセルのしきい値電圧分布図(複数メモリ
セル)である。なお、図17において、横軸はメモリセ
ルのしきい値電圧VTMを示し、縦軸はメモリセルの個数
を示している。
FIG. 17 shows a nonvolatile semiconductor memory device 500.
FIG. 7 is a threshold voltage distribution diagram (a plurality of memory cells) of a memory cell in FIG. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the threshold voltage VTM of the memory cell, and the vertical axis indicates the number of memory cells.

【0012】ここでは、不揮発性半導体記憶装置500
は、2種類の異なるしきい値電圧を有するN型MOSト
ランジスタからなるマスクROMとする。
Here, the nonvolatile semiconductor memory device 500
Is a mask ROM composed of N-type MOS transistors having two different threshold voltages.

【0013】消去状態(図17中の“E”状態)とは、
N型MOSトランジスタが、エンハンスメント状態であ
る1V程度のしきい値電圧(低い方のしきい値電圧)に
設定されることを意味し、消去状態はメモリアレイ全体
のメモリセルのチャネル部に対するイオン注入法により
制御される。
The erase state ("E" state in FIG. 17)
The N-type MOS transistor is set to a threshold voltage of about 1 V (lower threshold voltage) which is an enhancement state, and the erase state is a state in which ion implantation is performed on a channel portion of a memory cell of the entire memory array. Controlled by the law.

【0014】また、書き込み状態(図17中の“W”状
態)とは、選択されたN型MOSトランジスタのチャネ
ル部に対してのみ、さらにイオン注入を追加することに
より、電源電圧VDDよりも高いエンハンスメント状態で
ある4V程度のしきい値電圧(高い方のしきい値電圧)
が設定される。
The write state (the "W" state in FIG. 17) is defined as a state in which the ion implantation is further performed only on the channel portion of the selected N-type MOS transistor to increase the power supply voltage from the power supply voltage V DD. A threshold voltage of about 4 V in a high enhancement state (higher threshold voltage)
Is set.

【0015】以下、従来の不揮発性半導体記憶装置50
0から情報を読み出す方法を、図15を用いて説明す
る。
Hereinafter, a conventional nonvolatile semiconductor memory device 50 will be described.
A method for reading information from 0 will be described with reference to FIG.

【0016】図15中に破線で囲んだメモリセルM24
が選択される場合は、半導体基板電位を接地電位(0
V)として、ワード線WL2を3Vとし、ビット線BL
4を1Vとする。また、他のワード線WL1,WL3,
WL4、ソース線SL1、SL2、SL3、他のビット
線BL1,BL2,BL3を0V、あるいはOPEN状
態とする。なお、図15のメモリセルアレイが配置され
ている半導体基板は接地電位に固定されていて、他の部
分への電圧を印加する際の基準電位となっている。
A memory cell M24 surrounded by a broken line in FIG.
Is selected, the semiconductor substrate potential is set to the ground potential (0
V), the word line WL2 is set to 3V, and the bit line BL
4 is set to 1V. Further, other word lines WL1, WL3,
WL4, the source lines SL1, SL2, SL3, and the other bit lines BL1, BL2, BL3 are set to 0V or OPEN state. Note that the semiconductor substrate on which the memory cell array of FIG. 15 is arranged is fixed to the ground potential, and serves as a reference potential when applying a voltage to other parts.

【0017】もし、メモリセルM24が消去状態であれ
ば、しきい値電圧が0.5V程度であるので、メモリセ
ルM24がオン状態となり、ビット線BL4にメモリセ
ル読み出し電流が流れる。一方、メモリセルM24が書
き込み状態であれば、しきい値電圧が4V程度であるの
で、メモリセルM24がオフ状態となり、ビット線BL
4にメモリセル読み出し電流は流れない。この電流量を
センスアンプで検知することにより、読み出し動作が行
われる。
If the memory cell M24 is in an erased state, the threshold voltage is about 0.5 V, so that the memory cell M24 is turned on and a memory cell read current flows to the bit line BL4. On the other hand, if the memory cell M24 is in the write state, the threshold voltage is about 4 V, so that the memory cell M24 is turned off and the bit line BL
4, no memory cell read current flows. A read operation is performed by detecting this amount of current with a sense amplifier.

【0018】なお、上述したように、選択されたメモリ
セルM24に流れるメモリセル読み出し電流量を用い
て、メモリセルM24に格納された情報の読み出し動作
が行われるため、選択されたメモリセルM24と同一の
ビット線BL4に接続される非選択のメモリセル(M1
4,M34,M44)から流れる電流を、ほぼゼロに抑
える必要がある。そのためには、これらの非選択メモリ
セルのしきい値電圧を約0.5V以上に設定しなければ
ならない。
As described above, the operation of reading the information stored in the memory cell M24 is performed by using the amount of the read current flowing through the selected memory cell M24. Unselected memory cells (M1) connected to the same bit line BL4
4, M34, M44) must be suppressed to almost zero. For that purpose, the threshold voltage of these unselected memory cells must be set to about 0.5 V or more.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
不揮発性半導体記憶装置500およびその書き換え方法
では、消去状態のメモリセルのしきい値電圧、つまり低
い方のしきい値電圧を約0.5V以上に設定しているこ
とから、不揮発性半導体記憶装置500を低電圧(低い
電源電圧)で動作させると、読み出し時に消去状態(オ
ン状態)のメモリセル読み出し電流が少なくなり、高速
に読み出すことが困難になるという問題があった。
However, in the conventional nonvolatile semiconductor memory device 500 and its rewriting method, the threshold voltage of the memory cell in the erased state, that is, the lower threshold voltage is about 0.5 V or more. Therefore, when the nonvolatile semiconductor memory device 500 is operated at a low voltage (low power supply voltage), the read current of the memory cell in the erased state (ON state) at the time of reading is reduced, and it is difficult to read at high speed. There was a problem of becoming.

【0020】本発明は、上記問題を鑑み、低電圧におい
ても十分なオン状態のメモリセル読み出し電流を確保す
ることができ、低電圧下での高速読み出しを可能とする
不揮発性半導体記憶装置およびその駆動方法を提供する
ことを目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device capable of securing a sufficient ON-state memory cell read current even at a low voltage, enabling high-speed read at a low voltage, and a nonvolatile semiconductor memory device therefor. It is an object to provide a driving method.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、半導体基板の上に、マトリクス状に配置さ
れた複数のメモリセルと、行方向に延びる複数のワード
線と、前記行方向に延びる複数のソース線と、列方向に
延びる複数のビット線とを備えた不揮発性半導体記憶装
置であって、ある行に属する複数のメモリセルが、前記
複数のソース線のうちの第1のソース線と接続され、前
記ある行と隣接する行に属する複数のメモリセルが、前
記複数のソース線のうちの第2のソース線と接続され、
前記第1のソース線は、前記第2のソース線と電気的に
独立し、そのことにより上記目的が達成される。
According to the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device comprising: a plurality of memory cells arranged in a matrix on a semiconductor substrate; a plurality of word lines extending in a row direction; A plurality of source lines extending in a row and a plurality of bit lines extending in a column direction, wherein a plurality of memory cells belonging to a certain row include a first one of the plurality of source lines. A plurality of memory cells connected to a source line and belonging to a row adjacent to the certain row are connected to a second source line of the plurality of source lines;
The first source line is electrically independent of the second source line, thereby achieving the above object.

【0022】前記第1のソース線は、前記第2のソース
線と素子分離領域により絶縁されてもよい。
[0022] The first source line may be insulated from the second source line by an element isolation region.

【0023】本発明の他の不揮発性半導体記憶装置は、
半導体基板の上に、マトリクス状に配置された複数のメ
モリセルと、行方向に延びる複数のワード線と、前記行
方向に延びる複数のソース線と、列方向に延びる複数の
ビット線とを備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
ある列に属する複数のメモリセルのうちの第1の組が、
前記複数のビット線のうちの第1のビット線と接続さ
れ、前記ある列に属する複数のメモリセルのうちの第2
の組が、前記複数のビット線のうちの第2のビット線と
接続され、前記第1のビット線は、前記第2のビット線
と電気的に独立し、そのことにより上記目的が達成され
る。
Another nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises:
On a semiconductor substrate, a plurality of memory cells arranged in a matrix, a plurality of word lines extending in a row direction, a plurality of source lines extending in the row direction, and a plurality of bit lines extending in a column direction are provided. A non-volatile semiconductor storage device,
A first set of the plurality of memory cells belonging to a certain column is
A second bit line connected to a first one of the plurality of bit lines and connected to a first one of the plurality of bit lines;
Are connected to a second bit line of the plurality of bit lines, and the first bit line is electrically independent of the second bit line, thereby achieving the above object. You.

【0024】前記第1の組が前記第2の組と前記列方向
で隣接していてもよい。
[0024] The first set may be adjacent to the second set in the column direction.

【0025】前記複数のメモリセルのそれぞれは、ゲー
ト電極、ゲート絶縁膜、ドレイン領域およびソース領域
を有するMOSトランジスタであってもよい。
[0025] Each of the plurality of memory cells may be a MOS transistor having a gate electrode, a gate insulating film, a drain region and a source region.

【0026】前記複数のメモリセルのそれぞれは、制御
ゲート電極、浮遊ゲート電極、ドレイン領域およびソー
ス領域を備えた浮遊ゲート電極型MOSトランジスタで
あってもよい。
[0026] Each of the plurality of memory cells may be a floating gate electrode type MOS transistor having a control gate electrode, a floating gate electrode, a drain region and a source region.

【0027】前記複数のメモリセルのうち、低い方のし
きい値電圧を有するメモリセルが、デプレッション状態
であってもよい。
[0027] Among the plurality of memory cells, a memory cell having a lower threshold voltage may be in a depletion state.

【0028】前記不揮発性半導体記憶装置は、前記行方
向に延びる複数の第1導電型のウェルを備え、前記複数
のメモリセルの1つは、前記複数の第1導電型のウェル
の1つ上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ドレイン領域
およびソース領域を有するMOSトランジスタであり、
前記複数の第1導電型のウェルのそれぞれが電気的に独
立していてもよい。
The nonvolatile semiconductor memory device includes a plurality of first conductivity type wells extending in the row direction, and one of the plurality of memory cells is located above one of the plurality of first conductivity type wells. A MOS transistor having a gate electrode, a gate insulating film, a drain region and a source region,
Each of the plurality of first conductivity type wells may be electrically independent.

【0029】前記不揮発性半導体記憶装置は、前記行方
向に延びる複数の第1導電型のウェルを備え、前記複数
のメモリセルの1つは、前記複数の第1導電型のウェル
の1つ上に、制御ゲート電極、浮遊ゲート電極、ゲート
絶縁膜、ドレイン領域およびソース領域を有するMOS
トランジスタであり、前記複数の第1導電型のウェルの
それぞれが電気的に独立していてもよい。
The nonvolatile semiconductor memory device includes a plurality of first conductivity type wells extending in the row direction, and one of the plurality of memory cells is located above one of the plurality of first conductivity type wells. Having a control gate electrode, a floating gate electrode, a gate insulating film, a drain region and a source region
The transistor may be a transistor, and each of the plurality of first conductivity type wells may be electrically independent.

【0030】前記複数のメモリセル中から選択されたメ
モリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発性半導
体記憶装置の駆動方法であって、前記選択されたメモリ
セルに対応するビット線に、前記半導体基板に対して逆
バイアスとなる極性の第1の電圧を印加する工程と、前
記選択されたメモリセルに対応するワード線に前記第1
の電圧と同一極性の第2の電圧を印加する工程と、前記
選択されたメモリセル以外のメモリセルに対応するソー
ス線に前記第1の電圧と同一極性の第3の電圧を印加す
る工程と、前記選択されたメモリセルに対応するソース
線に前記半導体基板の電位を印加する工程とを包含して
もよい。
[0030] A method of driving a nonvolatile semiconductor memory device for reading information stored in a memory cell selected from the plurality of memory cells, wherein a bit line corresponding to the selected memory cell includes Applying a first voltage having a reverse bias to the substrate; and applying the first voltage to a word line corresponding to the selected memory cell.
Applying a second voltage having the same polarity as the first voltage, and applying a third voltage having the same polarity as the first voltage to source lines corresponding to memory cells other than the selected memory cell. Applying a potential of the semiconductor substrate to a source line corresponding to the selected memory cell.

【0031】前記第1の電圧と前記第3の電圧とがほぼ
同一電圧であってもよい。
[0031] The first voltage and the third voltage may be substantially the same voltage.

【0032】前記複数のメモリセル中から選択されたメ
モリセルに記憶されている情報を読み出してもよい。
[0032] Information stored in a memory cell selected from the plurality of memory cells may be read.

【0033】前記選択されたメモリセルに対応するビッ
ト線に、前記半導体基板に対して逆バイアスとなる極性
の第1の電圧を印加する工程と、前記選択されたメモリ
セルに対応するワード線に前記第1の電圧と同一極性の
第2の電圧を印加する工程と、前記選択されたメモリセ
ルが属していない第1導電型のウェルに前記第1の電圧
と逆極性の第3の電圧を印加する工程と、前記選択され
たメモリセルが属している第1導電型のウェルに接地電
位を印加する工程とを包含してもよい。
Applying a first voltage having a reverse bias to the semiconductor substrate to a bit line corresponding to the selected memory cell; and applying a first voltage to a word line corresponding to the selected memory cell. Applying a second voltage having the same polarity as the first voltage, and applying a third voltage having a polarity opposite to the first voltage to a first conductivity type well to which the selected memory cell does not belong. The method may include a step of applying a ground potential to a well of the first conductivity type to which the selected memory cell belongs.

【0034】以下、作用を説明する。The operation will be described below.

【0035】本発明は、選択するメモリセルのしきい値
電圧の下限としてデプレッション型を許容し、選択する
メモリセルと同一ビット線上にある非選択のメモリセル
のしきい値電圧の下限を、バックバイアス効果によりエ
ンハンスメント型にするというものである。
According to the present invention, the lower limit of the threshold voltage of the selected memory cell is allowed to be a depletion type, and the lower limit of the threshold voltage of the non-selected memory cell on the same bit line as the selected memory cell is backed up. The enhancement effect is achieved by a bias effect.

【0036】本発明の不揮発性半導体記憶装置では、選
択されたメモリセルのソース線の電位を非選択のメモリ
セルのソース線と異なる電位に設定できるアレイ構造、
あるいは選択されたメモリセルのウェル線の電位を非選
択のメモリセルのウェル線と異なる電位に設定できるア
レイ構造を有する。
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, an array structure in which the potential of the source line of the selected memory cell can be set to a potential different from that of the source line of the non-selected memory cell,
Alternatively, it has an array structure in which the potential of a well line of a selected memory cell can be set to a different potential from the well line of a non-selected memory cell.

【0037】また、本発明の不揮発性半導体記憶装置に
おける情報の書き込みおよび消去は、消去状態にあるメ
モリセルにおけるしきい値電圧の下限としてデプレショ
ン状態を許容する。
For writing and erasing information in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a depletion state is allowed as a lower limit of a threshold voltage in a memory cell in an erased state.

【0038】また、複数のメモリセル中から選択された
メモリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発性半
導体記憶装置の駆動方法では、選択されたメモリセルの
ソース線を接地電位に、非選択メモリセルのソース線を
正電圧に設定するか、あるいは、選択されたメモリセル
のウェル線を接地電位に、非選択メモリセルのウェル線
を負電圧に設定する。
In the method of driving a nonvolatile semiconductor memory device for reading information stored in a memory cell selected from a plurality of memory cells, the source line of the selected memory cell is set to the ground potential, The source line of the cell is set to a positive voltage, or the well line of the selected memory cell is set to the ground potential, and the well line of the unselected memory cell is set to the negative voltage.

【0039】本発明の不揮発性半導体記憶装置では、非
選択メモリセルのソース線に半導体基板に対して逆バイ
アスとなる電圧を印加することによるバックバイアス効
果によって、非選択メモリセルのしきい値電圧を高くし
ている。このため、本発明の不揮発性半導体記憶装置で
は、メモリセルの低い方のしきい値電圧を、従来の不揮
発性半導体記憶装置より低く設定することができ、低電
圧においても十分なオン状態のメモリセルの読み出し電
流量を確保できる。その結果、本発明の不揮発性半導体
記憶装置は、低電圧下での高速読み出しを可能とする。
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the threshold voltage of the non-selected memory cell is obtained by applying a reverse bias voltage to the source line of the non-selected memory cell with respect to the semiconductor substrate. Is higher. For this reason, in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the lower threshold voltage of the memory cell can be set lower than that of the conventional nonvolatile semiconductor memory device. The read current amount of the cell can be secured. As a result, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention enables high-speed reading at a low voltage.

【0040】本発明の不揮発性半導体記憶装置では、メ
モリセルの低い方のしきい値電圧状態の少なくとも一部
がデプレッション状態であるので、その状態における読
み出し電流を多くすることができ、低電圧下での読み出
し速度をさらに高めることができる。
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, since at least a part of the lower threshold voltage state of the memory cell is in the depletion state, the read current in that state can be increased, and , The reading speed can be further increased.

【0041】本発明の、複数のメモリセル中から選択さ
れたメモリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発
性半導体記憶装置の駆動方法は、非選択メモリセルのソ
ース線に半導体基板に対して逆バイアスとなる電圧を印
加することによるバックバイアス効果によって、非選択
メモリセルのしきい値電圧を高くすることができる。し
たがって、本発明の駆動方法では、メモリセルの低い方
のしきい値電圧を、従来の駆動方法より低く設定でき、
低電圧においても十分なオン状態のメモリセルの読み出
し電流量を確保できる。その結果、本発明の駆動方法
は、低電圧下での高速読み出しを可能とする。
According to the method of driving a nonvolatile semiconductor memory device for reading out information stored in a memory cell selected from a plurality of memory cells according to the present invention, a source line of a non-selected memory cell is connected to a semiconductor substrate in reverse. The threshold voltage of the non-selected memory cells can be increased by the back bias effect caused by applying the bias voltage. Therefore, according to the driving method of the present invention, the lower threshold voltage of the memory cell can be set lower than the conventional driving method,
Even at a low voltage, a sufficient read current amount of the memory cell in the ON state can be secured. As a result, the driving method of the present invention enables high-speed reading at a low voltage.

【0042】本発明の駆動方法では、バックバイアス効
果が大きく、かつソース線から電流が流れないので、最
も高速読み出し性能を高くできる。
According to the driving method of the present invention, since the back bias effect is large and no current flows from the source line, the highest speed reading performance can be improved.

【0043】本発明の他の不揮発性半導体記憶装置で
は、非選択メモリセルのウェル線に半導体基板に対して
順バイアスとなる電圧を印加することによるバックバイ
アス効果によって、非選択メモリセルのしきい値電圧を
高くしている。このため、本発明の他の不揮発性半導体
記憶装置では、メモリセルの低い方のしきい値電圧を従
来の不揮発性半導体記憶装置より低く設定でき、低電圧
においても十分なオン状態のメモリセルの読み出し電流
量を確保できる。その結果、本発明の他の不揮発性半導
体記憶装置は、低電圧下での高速読み出しを可能とす
る。
In another nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the threshold of the non-selected memory cell is generated by applying a forward bias voltage to the semiconductor substrate to the well line of the non-selected memory cell. The value voltage is increased. For this reason, in the other nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the lower threshold voltage of the memory cell can be set lower than that of the conventional nonvolatile semiconductor memory device. The read current amount can be secured. As a result, another nonvolatile semiconductor memory device of the present invention enables high-speed reading at a low voltage.

【0044】本発明の他の不揮発性半導体記憶装置で
は、メモリセルの低い方のしきい値電圧状態の少なくと
も一部がデプレッション状態であるので、その状態にお
ける読み出し電流を多くすることができ、低電圧下での
読み出し速度をさらに高めることができる。
In another nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, since at least a part of the lower threshold voltage state of the memory cell is in the depletion state, the read current in that state can be increased, and The reading speed under voltage can be further increased.

【0045】本発明の、複数のメモリセル中から選択さ
れたメモリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発
性半導体記憶装置の他の駆動方法は、非選択メモリセル
のウェル線に半導体基板に対して順バイアスとなる電圧
を印加することによるバックバイアス効果によって、非
選択メモリセルのしきい値電圧を高くすることができ
る。したがって、本発明の他の駆動方法は、メモリセル
の低い方のしきい値電圧を従来の駆動方法より低く設定
でき、低電圧においても十分なオン状態のメモリセルの
読み出し電流量を確保できる。その結果、本発明の他の
駆動方法は、低電圧下での高速読み出しを可能とする。
Another driving method of a nonvolatile semiconductor memory device for reading information stored in a memory cell selected from a plurality of memory cells according to the present invention is as follows. As a result, the threshold voltage of the non-selected memory cells can be increased by a back bias effect caused by applying a forward bias voltage. Therefore, according to another driving method of the present invention, the lower threshold voltage of the memory cell can be set lower than that of the conventional driving method, and a sufficient read current amount of the on-state memory cell can be ensured even at a low voltage. As a result, another driving method of the present invention enables high-speed reading at a low voltage.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明の第1の実施の形態について、図面を参照しながら説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0047】図1は、本発明の第1の実施の形態におけ
る不揮発性半導体記憶装置10のメモリセルアレイ構成
の模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment of the present invention.

【0048】不揮発性半導体記憶装置10は、MOSト
ランジスタからなるメモリセルM11〜M44、ワード
線WL1〜WL4、ソース線SL1〜SL4、およびビ
ット線BL1〜BL4を備えている。
The nonvolatile semiconductor memory device 10 includes memory cells M11 to M44 formed of MOS transistors, word lines WL1 to WL4, source lines SL1 to SL4, and bit lines BL1 to BL4.

【0049】不揮発性半導体記憶装置10では、メモリ
セルM24のゲートがワード線WL2に接続され、メモ
リセルM24のソースがソース線SL2に接続され、メ
モリセルM24のドレインがビット線BL4に接続され
ている。
In the nonvolatile semiconductor memory device 10, the gate of the memory cell M24 is connected to the word line WL2, the source of the memory cell M24 is connected to the source line SL2, and the drain of the memory cell M24 is connected to the bit line BL4. I have.

【0050】メモリセルM11〜M14が属する行にソ
ース線SL1が対応し、メモリセルM21〜M24が属
する行にソース線SL2が対応し、メモリセルM31〜
M34が属する行にソース線SL3が対応し、メモリセ
ルM41〜M44が属する行にソース線SL4が対応す
る。つまり、不揮発性半導体記憶装置10では、ある行
のメモリセルは、他の行のメモリセルとソース線を共有
していない。
The source line SL1 corresponds to the row to which the memory cells M11 to M14 belong, the source line SL2 to the row to which the memory cells M21 to M24 belong, and the memory cells M31 to M24.
The source line SL3 corresponds to the row to which M34 belongs, and the source line SL4 corresponds to the row to which the memory cells M41 to M44 belong. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device 10, a memory cell in a certain row does not share a source line with a memory cell in another row.

【0051】図2は、不揮発性半導体記憶装置10のパ
ターンレイアウトを示す模式的平面図である。すなわ
ち、図2は、図1に示す不揮発性半導体記憶装置10の
アレイ構造の一例を示している。また、図3は、図2に
示す不揮発性半導体記憶装置10を線分A−Aで切断し
た場合における断面を示す図であり、図4は、図2に示
す不揮発性半導体記憶装置10を線分B−Bで切断した
場合における断面を示す図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 10. That is, FIG. 2 shows an example of an array structure of the nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in FIG. 3 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in FIG. 2 is cut along line AA. FIG. 4 is a diagram showing the nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in FIG. It is a figure which shows the cross section at the time of cut | disconnecting by BB.

【0052】なお、不揮発性半導体記憶装置10は、複
数のメモリセルがビット線に並列に接続される形式をと
っているため、NOR型と呼ばれるメモリセルアレイ構
造を有している。
The nonvolatile semiconductor memory device 10 has a memory cell array structure called a NOR type because a plurality of memory cells are connected in parallel to bit lines.

【0053】図2に示すように、不揮発性半導体記憶装
置10は、さらに、素子分離領域5、素子分離領域5
X、およびビット線コンタクト6a、6bを備えてい
る。たとえば、素子分離領域5Xは、隣接した、ソース
線SL2とソース線SL3の間に位置する。このため、
隣接したソース線は、電気的に独立している。素子分離
領域5および素子分離領域5Xは、LOCOS(LOC
al Oxidationof Silicon)や、
STI(Shallow Trench Isolat
ion)などで形成されるが、他の方法でもよい。
As shown in FIG. 2, the nonvolatile semiconductor memory device 10 further includes an element isolation region 5,
X and bit line contacts 6a and 6b. For example, the element isolation region 5X is located between the adjacent source lines SL2 and SL3. For this reason,
Adjacent source lines are electrically independent. The element isolation region 5 and the element isolation region 5X are LOCOS (LOC
al Oxidation of Silicon),
STI (Shallow Trench Isolat)
ion), but other methods may be used.

【0054】以下、不揮発性半導体記憶装置10に情報
を書き込む方法および消去方法を、図5を用いて説明す
る。
Hereinafter, a method for writing and erasing information in the nonvolatile semiconductor memory device 10 will be described with reference to FIG.

【0055】図5は、不揮発性半導体記憶装置10にお
けるメモリセルのしきい値電圧分布図(複数メモリセ
ル)である。なお、図5において、横軸はメモリセルの
しきい値電圧VTMを示し、縦軸はメモリセルの個数を示
している。
FIG. 5 is a threshold voltage distribution diagram (a plurality of memory cells) of a memory cell in nonvolatile semiconductor memory device 10. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the threshold voltage VTM of the memory cell, and the vertical axis indicates the number of memory cells.

【0056】ここでは、不揮発性半導体記憶装置10
は、2種類の異なるしきい値電圧を有するN型MOSト
ランジスタからなるマスクROMとする。
Here, the nonvolatile semiconductor memory device 10
Is a mask ROM composed of N-type MOS transistors having two different threshold voltages.

【0057】消去状態(図5中の“E”状態)とは、N
型MOSトランジスタが、デプレッション状態である−
1V程度のしきい値電圧(低い方のしきい値電圧)に設
定されることを意味し、消去状態はメモリアレイ全体の
メモリセルのチャネル部に対するイオン注入法により制
御される。
The erase state (the “E” state in FIG. 5)
Type MOS transistor is in a depletion state-
This means that the threshold voltage is set to about 1 V (lower threshold voltage), and the erased state is controlled by the ion implantation method for the channel portion of the memory cell of the entire memory array.

【0058】また、書き込み状態(図5中の“W”状
態)とは、選択されたN型MOSトランジスタのチャネ
ル部に対してのみ、さらにイオン注入を追加することに
より、電源電圧VDDよりも高いエンハンスメント状態で
ある4V程度のしきい値電圧(高い方のしきい値電圧)
が設定される。
The write state ("W" state in FIG. 5) is defined as a state in which the ion implantation is further performed only on the channel portion of the selected N-type MOS transistor so that it is lower than the power supply voltage V DD. A threshold voltage of about 4 V in a high enhancement state (higher threshold voltage)
Is set.

【0059】以下、不揮発性半導体記憶装置10から情
報を読み出す方法について、図6を用いて説明する。
Hereinafter, a method for reading information from the nonvolatile semiconductor memory device 10 will be described with reference to FIG.

【0060】図6は、不揮発性半導体記憶装置10から
情報を読み出すためのフローチャートの一例を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a flowchart for reading information from the nonvolatile semiconductor memory device 10.

【0061】ステップS1では、選択されなかったソー
ス線、つまり非選択のソース線に第1の電圧と同一極性
の第3の電圧が印加される。なお、第1の電圧とは、後
述するステップS3で、選択されたビット線に印加され
る電圧である。
In step S1, a third voltage having the same polarity as the first voltage is applied to the unselected source lines, that is, unselected source lines. Note that the first voltage is a voltage applied to the selected bit line in step S3 described later.

【0062】ステップS2では、選択すべき任意のメモ
リセルに対応するソース線が選択される。具体的には、
選択されたソース線には、半導体基板の電位とほぼ同一
の電圧が印加される。
In step S2, a source line corresponding to an arbitrary memory cell to be selected is selected. In particular,
A voltage substantially equal to the potential of the semiconductor substrate is applied to the selected source line.

【0063】ステップS3では、前記任意のメモリセル
に対応するビット線が選択される。具体的には、選択さ
れたビット線には、半導体基板に対して逆バイアスとな
る極性の第1の電圧が印加される。
In step S3, a bit line corresponding to the arbitrary memory cell is selected. Specifically, a first voltage having a polarity that is reversely biased with respect to the semiconductor substrate is applied to the selected bit line.

【0064】ステップS4では、前記任意のメモリセル
に対応するワード線が選択される。具体的には、選択さ
れたワード線には、第1の電圧と同一極性の第2の電圧
が印加される。
In step S4, a word line corresponding to the arbitrary memory cell is selected. Specifically, a second voltage having the same polarity as the first voltage is applied to the selected word line.

【0065】上述したステップにより、選択されたメモ
リセルから情報を読み出す際、非選択のメモリセルが低
い方のしきい値電圧を持つ場合、低い方のしきい値電圧
を持つ非選択のメモリセルがデプレッション型であって
も、バックバイアス効果により、エンハンスメント型に
することができる。このため、選択されたメモリセルに
接続されたビット線に、非選択メモリセルから流れるリ
ーク電流を抑えることができる。
According to the above-described steps, when information is read from a selected memory cell, if the unselected memory cell has a lower threshold voltage, the non-selected memory cell having a lower threshold voltage Is a depletion type, it can be an enhancement type due to a back bias effect. Therefore, it is possible to suppress a leak current flowing from the non-selected memory cell to the bit line connected to the selected memory cell.

【0066】また、選択されたメモリセルが消去状態で
ある場合、つまり、選択されたメモリセルが低い方のし
きい値電圧を持つ場合、選択されたメモリセルをデプレ
ッション状態に設定することができる。このため、選択
されたメモリセルのゲートに印加される電圧としきい値
電圧との電位差が大きくなり、選択されたメモリセルか
らの読み出し電流量を増やすことができる。
When the selected memory cell is in the erased state, that is, when the selected memory cell has the lower threshold voltage, the selected memory cell can be set to the depletion state. . Therefore, the potential difference between the voltage applied to the gate of the selected memory cell and the threshold voltage increases, and the amount of current read from the selected memory cell can be increased.

【0067】なお、本実施の形態では、処理はステップ
S1〜ステップS4の順番に実行される必要はない。つ
まり、ステップS1〜ステップS4が任意の順番で実行
されても、本実施の形態は上述した効果を有する。
In this embodiment, the processing does not need to be executed in the order of steps S1 to S4. That is, even if Steps S1 to S4 are executed in an arbitrary order, the present embodiment has the above-described effects.

【0068】また、選択されたビット線に印加される第
1の電圧と、非選択のソース線に印加される第3の電圧
とがほぼ同一であってもよい。
Further, the first voltage applied to the selected bit line and the third voltage applied to the non-selected source line may be substantially the same.

【0069】以下、具体的な、不揮発性半導体記憶装置
10のメモリセルM24から情報を読み出す方法を説明
する。
Hereinafter, a specific method for reading information from the memory cell M24 of the nonvolatile semiconductor memory device 10 will be described.

【0070】図1および図2の中で、破線で囲んだメモ
リセルM24が選択される場合、半導体基板電位を接地
電位(0V)として、ワード線WL2を3V(第2の電
圧)とし、ビット線BL4を1V(第1の電圧)とす
る。また、他のワード線WL1,WL3,WL4および
他のビット線BL1,BL2,BL3を0Vとし、ソー
ス線SL2を0Vとする。さらに、他のソース線SL
1,SL3,SL4を1V(第3の電圧)とする。な
お、図には示していないが、メモリセルの属するウェル
の電位は0Vとする。もし、メモリセルM24が消去状
態であれば、しきい値電圧は−1V程度であるので、メ
モリセルM24がオン状態となり、ビット線BL4にメ
モリセル読み出し電流が流れる。この場合のメモリセル
M24の読み出し電流は、従来の不揮発性半導体記憶装
置が有するメモリセルのしきい値電圧が0.5Vである
場合のものに比べて、多くなる。
In FIG. 1 and FIG. 2, when the memory cell M24 surrounded by a broken line is selected, the semiconductor substrate potential is set to the ground potential (0 V), the word line WL2 is set to 3 V (second voltage), and the bit The line BL4 is set to 1 V (first voltage). The other word lines WL1, WL3, WL4 and the other bit lines BL1, BL2, BL3 are set to 0V, and the source line SL2 is set to 0V. Further, another source line SL
1, SL3 and SL4 are set to 1V (third voltage). Although not shown, the potential of the well to which the memory cell belongs is set to 0V. If the memory cell M24 is in the erased state, the threshold voltage is about -1 V, so that the memory cell M24 is turned on, and a memory cell read current flows to the bit line BL4. In this case, the read current of the memory cell M24 is larger than that in the case where the threshold voltage of the memory cell included in the conventional nonvolatile semiconductor memory device is 0.5V.

【0071】一方、メモリセルM24が書き込み状態で
あれば、メモリセルM24のしきい値電圧は4V程度で
あるので、メモリセルM24がオフ状態となり、ビット
線BL4にメモリセル読み出し電流は流れない。上述し
た電流量がセンスアンプで検知されることにより、読み
出し動作が行われる。
On the other hand, if the memory cell M24 is in a write state, the threshold voltage of the memory cell M24 is about 4 V, so that the memory cell M24 is turned off and no memory cell read current flows to the bit line BL4. The read operation is performed by the above-described current amount being detected by the sense amplifier.

【0072】本発明の第1の実施の形態では、バックバ
イアス効果を利用することにより、選択されたメモリセ
ルM24と同一のビット線BL4に接続される非選択メ
モリセルM14,M34,M44のしきい値電圧を約
0.5V以上に設定することができる。すなわち、非選
択メモリセルのソース線SL1,SL3,SL4に電圧
1Vを印加することにより、たとえ仮に、非選択メモリ
セルのしきい値電圧が−1Vであったとしても、バック
バイアス効果により、非選択メモリセルのしきい値を約
0.5V以上とすることができる。このため、非選択メ
モリセルから流れる電流を、ほぼゼロに抑えることがで
きる。
In the first embodiment of the present invention, the non-selected memory cells M14, M34 and M44 connected to the same bit line BL4 as the selected memory cell M24 are formed by utilizing the back bias effect. The threshold voltage can be set to about 0.5V or more. That is, by applying a voltage of 1 V to the source lines SL1, SL3, and SL4 of the non-selected memory cells, even if the threshold voltage of the non-selected memory cells is -1 V, the non-selected memory cells may be non-selected due to the back bias effect. The threshold value of the selected memory cell can be set to about 0.5 V or more. Therefore, the current flowing from the non-selected memory cells can be suppressed to almost zero.

【0073】非選択のメモリセルM14,M34,M4
4が低い方のしきい値電圧を有する場合、読み出し動作
時に、非選択のメモリセルM14,M34,M44の低
い方のしきい値電圧をバックバイアス効果によりエンハ
ンスメント型にでき、選択されたメモリセルM24が接
続されたビット線BL4に接続されている他の非選択メ
モリセルM14,M34,M44から流れるリーク電流
を抑えられる。
Unselected memory cells M14, M34, M4
4 has a lower threshold voltage, the lower threshold voltage of the non-selected memory cells M14, M34, M44 can be made enhancement type by the back bias effect during the read operation, and the selected memory cell The leak current flowing from the other unselected memory cells M14, M34, M44 connected to the bit line BL4 to which M24 is connected can be suppressed.

【0074】また、選択されたメモリセルが消去状態で
ある場合、消去状態のメモリセルのしきい値電圧(低い
方のしきい値電圧)をデプレッション状態に設定するこ
とができる。このため、選択されたメモリセルにおける
オン状態の読み出し電流量が増加する。その結果、低電
圧においても十分なオン状態のメモリセル読み出し電流
を確保することができ、第1の実施の形態における不揮
発性半導体記憶装置は、低電圧下での高速読み出しを可
能とする。
When the selected memory cell is in the erased state, the threshold voltage (lower threshold voltage) of the memory cell in the erased state can be set to the depletion state. For this reason, the read current amount in the ON state in the selected memory cell increases. As a result, a sufficient ON-state memory cell read current can be ensured even at a low voltage, and the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment enables high-speed read at a low voltage.

【0075】以上のように、この実施の形態によれば、
非選択メモリセルに接続されるソース線に半導体基板に
対して逆バイアスとなる正電圧を印加することにより、
消去状態にあるメモリセルのしきい値電圧、つまり低い
方のしきい値電圧をデプレッション状態に設定できる。
このため、選択されたメモリセルのゲートに印加される
電圧が低電圧であっても、十分にオン状態のメモリセル
の読み出し電流量を確保できる。その結果、選択された
メモリセルのゲートに印加される電圧が低電圧であった
としても、高速にメモリセルの情報の読み出しを可能と
する。
As described above, according to this embodiment,
By applying a positive voltage that becomes a reverse bias to the semiconductor substrate to the source line connected to the unselected memory cell,
The threshold voltage of the memory cell in the erased state, that is, the lower threshold voltage can be set to the depletion state.
For this reason, even if the voltage applied to the gate of the selected memory cell is a low voltage, the read current amount of the memory cell in the ON state can be sufficiently secured. As a result, even if the voltage applied to the gate of the selected memory cell is a low voltage, it is possible to read information from the memory cell at high speed.

【0076】なお、第1の実施の形態では、読み出し時
に選択したビット線に印加する電圧と非選択のソース線
に印加する電圧を同一電圧としたが、それらの電圧が異
なる電圧であってもよい。ただし、非選択ソース線の電
圧が選択したビット線に印加される電圧よりも低い場合
には、バックバイアス効果が小さいため、また、逆の場
合には、ソース線からの電流が流れるようになるため、
本発明の効果が小さくなる。
In the first embodiment, the voltage applied to the bit line selected at the time of reading and the voltage applied to the non-selected source line are the same, but even if these voltages are different. Good. However, when the voltage of the unselected source line is lower than the voltage applied to the selected bit line, the back bias effect is small, and in the opposite case, the current flows from the source line. For,
The effect of the present invention is reduced.

【0077】(第2の実施の形態)以下、本発明の第2
の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described with reference to the drawings.

【0078】図7は、本発明の第2の実施の形態におけ
る不揮発性半導体記憶装置20のメモリセルアレイ構成
の模式図である。図8は、不揮発性半導体記憶装置20
のパターンレイアウトを示す模式的平面図である。すな
わち、図8は、図7に示す不揮発性半導体記憶装置20
のアレイ構造の一例を示している。また、図9は、図8
に示す不揮発性半導体記憶装置20を線分C−Cで切断
した場合における断面を示す図であり、図10は、図8
に示す不揮発性半導体記憶装置20を線分D−Dで切断
した場合における断面を示す図である。なお、図10で
は、断面をD方向から見た場合、ビット線BL7は実際
には見えないが、ビット線BL7がビット線コンタクト
6bと接続されることが理解しやすいように、図示して
いる。
FIG. 7 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device 20 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 shows the nonvolatile semiconductor memory device 20.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a pattern layout of FIG. That is, FIG. 8 illustrates the nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in FIG.
1 shows an example of the array structure. FIG. 9 is similar to FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in FIG.
13 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in FIG. In FIG. 10, when the cross section is viewed from the direction D, the bit line BL7 is not actually seen, but is shown so that it is easy to understand that the bit line BL7 is connected to the bit line contact 6b. .

【0079】不揮発性半導体記憶装置20は、MOSト
ランジスタからなるメモリセルM11〜M64、ワード
線WL1〜WL6、ソース線SL1〜SL4、およびビ
ット線BL1〜BL8を備えている。
The non-volatile semiconductor storage device 20 includes memory cells M11 to M64 formed of MOS transistors, word lines WL1 to WL6, source lines SL1 to SL4, and bit lines BL1 to BL8.

【0080】さらに、不揮発性半導体記憶装置20は、
素子分離領域5、ビット線コンタクト6a、6bを備え
ている。素子分離領域5は、LOCOSやSTIなどで
形成されるが他の方法でもよい。なお、不揮発性半導体
記憶装置20は、複数のメモリセルがビット線に並列に
接続される形式をとっているため、NOR型と呼ばれる
メモリセルアレイ構造を有している。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device 20 comprises:
An element isolation region 5 and bit line contacts 6a and 6b are provided. The element isolation region 5 is formed by LOCOS or STI, but may be formed by another method. Note that the nonvolatile semiconductor memory device 20 has a memory cell array structure called a NOR type because a plurality of memory cells are connected in parallel to bit lines.

【0081】不揮発性半導体記憶装置20では、メモリ
セルM14のゲートがワード線WL1に接続され、メモ
リセルM14のソースがソース線SL1に接続され、メ
モリセルM14のドレインがビット線BL8に接続さ
れ、メモリセルM24のゲートがワード線WL2に接続
され、メモリセルM24のソースがソース線SL2に接
続され、メモリセルM24のドレインがビット線BL8
に接続されている。
In the nonvolatile semiconductor memory device 20, the gate of the memory cell M14 is connected to the word line WL1, the source of the memory cell M14 is connected to the source line SL1, the drain of the memory cell M14 is connected to the bit line BL8, The gate of the memory cell M24 is connected to the word line WL2, the source of the memory cell M24 is connected to the source line SL2, and the drain of the memory cell M24 is connected to the bit line BL8.
It is connected to the.

【0082】また、メモリセルM34のゲートがワード
線WL3に接続され、メモリセルM34のソースがソー
ス線SL2に接続され、メモリセルM34のドレインが
ビット線BL7に接続され、メモリセルM44のゲート
がワード線WL4に接続され、メモリセルM44のソー
スがソース線SL3に接続され、メモリセルM44のド
レインがビット線BL7に接続されている。
The gate of the memory cell M34 is connected to the word line WL3, the source of the memory cell M34 is connected to the source line SL2, the drain of the memory cell M34 is connected to the bit line BL7, and the gate of the memory cell M44 is connected. The source of the memory cell M44 is connected to the source line SL3, and the drain of the memory cell M44 is connected to the bit line BL7.

【0083】さらに、メモリセルM54のゲートがワー
ド線WL5に接続され、メモリセルM54のソースがソ
ース線SL3に接続され、メモリセルM54のドレイン
がビット線BL8に接続され、メモリセルM64のゲー
トがワード線WL6に接続され、メモリセルM64のソ
ースがソース線SL4に接続され、メモリセルM64の
ドレインがビット線BL8に接続されている。
Further, the gate of memory cell M54 is connected to word line WL5, the source of memory cell M54 is connected to source line SL3, the drain of memory cell M54 is connected to bit line BL8, and the gate of memory cell M64 is connected. The memory cell M64 is connected to the word line WL6, the source of the memory cell M64 is connected to the source line SL4, and the drain of the memory cell M64 is connected to the bit line BL8.

【0084】つまり、メモリセルM14〜M64が属す
る列には、ビット線BL7、BL8が対応する。言い換
えると、第1の組のメモリセルが第1のビット線に接続
され、列方向つまり、第1のビット線が延びる方向で、
第1の組のメモリセルに隣接する第2の組のメモリセル
が第2のビット線に接続される。本実施の形態では、あ
る組に含まれるメモリセルは2つであり、そのある組に
含まれる2つのメモリセルは、1つのビット線コンタク
トを共有している。
That is, the bit lines BL7 and BL8 correspond to the column to which the memory cells M14 to M64 belong. In other words, a first set of memory cells is connected to a first bit line and in a column direction, ie, in a direction in which the first bit line extends,
A second set of memory cells adjacent to the first set of memory cells is connected to a second bit line. In this embodiment, a certain set includes two memory cells, and the two memory cells included in the certain set share one bit line contact.

【0085】たとえば、メモリセルM14とメモリセル
M24が第1の組となり、それらのメモリセルM14、
M24はビット線コンタクト6aを共有し、第1の組の
メモリセルM14、M24はビット線コンタクト6aを
介して第1のビット線BL8に接続されている。また、
メモリセルM34とメモリセルM44が第2の組とな
り、第2の組は列方向で第1の組と隣接している。それ
らのメモリセルM34、M44はビット線コンタクト6
bを共有し、第2の組のメモリセルM34、M44はビ
ット線コンタクト6bを介して第2のビット線BL7に
接続されている。
For example, memory cell M14 and memory cell M24 form a first set, and these memory cells M14, M14,
M24 shares the bit line contact 6a, and the first set of memory cells M14 and M24 are connected to the first bit line BL8 via the bit line contact 6a. Also,
The memory cell M34 and the memory cell M44 form a second set, and the second set is adjacent to the first set in the column direction. Those memory cells M34 and M44 are connected to the bit line contact 6
b, the second set of memory cells M34 and M44 is connected to the second bit line BL7 via the bit line contact 6b.

【0086】不揮発性半導体記憶装置20に情報を書き
込む方法および消去方法は、不揮発性半導体記憶装置1
0と同じである。
The method of writing information to the nonvolatile semiconductor memory device 20 and the method of erasing information are described in the nonvolatile semiconductor memory device 1.
Same as 0.

【0087】以下、不揮発性半導体記憶装置20から情
報を読み出す方法について、図11を用いて説明する。
Hereinafter, a method of reading information from nonvolatile semiconductor memory device 20 will be described with reference to FIG.

【0088】図11は、不揮発性半導体記憶装置20か
ら情報を読み出すためのフローチャートの一例を示す図
である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a flowchart for reading information from the nonvolatile semiconductor memory device 20.

【0089】ステップS11では、選択されなかったソ
ース線、つまり非選択のソース線に第1の電圧と同一極
性の第3の電圧が印加される。なお、第1の電圧とは、
後述するステップS13で、選択されたビット線に印加
される電圧である。
In step S11, a third voltage having the same polarity as the first voltage is applied to the unselected source lines, that is, unselected source lines. Note that the first voltage is
This is the voltage applied to the bit line selected in step S13 described later.

【0090】ステップS12では、選択すべき任意のメ
モリセルに対応するソース線が選択される。具体的に
は、選択されたソース線には、半導体基板の電位とほぼ
同一の電圧が印加される。
In step S12, a source line corresponding to an arbitrary memory cell to be selected is selected. Specifically, a voltage substantially equal to the potential of the semiconductor substrate is applied to the selected source line.

【0091】ステップS13では、前記任意のメモリセ
ルに対応するビット線が選択される。具体的には、選択
されたビット線には、半導体基板に対して逆バイアスと
なる極性の第1の電圧が印加される。
In step S13, a bit line corresponding to the arbitrary memory cell is selected. Specifically, a first voltage having a polarity that is reversely biased with respect to the semiconductor substrate is applied to the selected bit line.

【0092】ステップS14では、前記任意のメモリセ
ルに対応するワード線が選択される。具体的には、選択
されたワード線には、第1の電圧と同一極性の第2の電
圧が印加される。
In step S14, a word line corresponding to the arbitrary memory cell is selected. Specifically, a second voltage having the same polarity as the first voltage is applied to the selected word line.

【0093】上述したステップにより、選択されたメモ
リセルから情報を読み出す際、非選択のメモリセルが低
い方のしきい値電圧を持つ場合、低い方のしきい値電圧
を持つ非選択のメモリセルをエンハンスメント型にでき
る。このため、選択されたメモリセルに接続されたビッ
ト線に、非選択メモリセルから流れるリーク電流を抑え
ることができる。
According to the above-described steps, when information is read from a selected memory cell, if the non-selected memory cell has a lower threshold voltage, the non-selected memory cell having a lower threshold voltage Can be of the enhancement type. Therefore, it is possible to suppress a leak current flowing from the non-selected memory cell to the bit line connected to the selected memory cell.

【0094】また、選択されたメモリセルが消去状態で
ある場合、つまり、選択されたメモリセルが低い方のし
きい値電圧を持つ場合、選択されたメモリセルをデプレ
ッション状態に設定することができる。このため、選択
されたメモリセルのゲートに印加される電圧としきい値
電圧との電位差が大きくなり、選択されたメモリセルか
らの読み出し電流量を増やすことができる。
When the selected memory cell is in the erased state, that is, when the selected memory cell has the lower threshold voltage, the selected memory cell can be set to the depletion state. . Therefore, the potential difference between the voltage applied to the gate of the selected memory cell and the threshold voltage increases, and the amount of current read from the selected memory cell can be increased.

【0095】なお、本実施の形態では、処理はステップ
S11〜ステップS14の順番に実行される必要はな
い。つまり、ステップS11〜ステップS14が任意の
順番で実行されても、本実施の形態は上述した効果を有
する。
In this embodiment, the processing does not need to be executed in the order of steps S11 to S14. That is, even if steps S11 to S14 are executed in an arbitrary order, the present embodiment has the above-described effects.

【0096】また、選択されたビット線に印加される第
1の電圧と、非選択のソース線に印加される第3の電圧
とがほぼ同一であってもよい。
Further, the first voltage applied to the selected bit line and the third voltage applied to the non-selected source line may be substantially the same.

【0097】以下、具体的な、不揮発性半導体記憶装置
20のメモリセルM24から情報を読み出す方法を説明
する。
Hereinafter, a specific method for reading information from the memory cell M24 of the nonvolatile semiconductor memory device 20 will be described.

【0098】図7および図8の中で、破線で囲んだメモ
リセルM24が選択される場合、半導体基板電位を接地
電位(0V)として、ワード線WL2を3V(第2の電
圧)とし、ビット線BL8を1V(第1の電圧)とす
る。また、他のワード線WL1,WL3〜WL6および
他のビット線BL1〜BL7を0VあるいはOPEN状
態とし、ソース線SL2を0Vとする。さらに、他のソ
ース線SL1,SL3、SL4を1V(第3の電圧)と
する。なお、図には示していないが、メモリセルの属す
るウェルの電位は0Vとする。もし、メモリセルM24
が消去状態であれば、しきい値電圧は−1V程度である
ので、メモリセルM24がオン状態となり、ビット線B
L8にメモリセル読み出し電流が流れる。この場合のメ
モリセルM24の読み出し電流は、従来の不揮発性半導
体記憶装置が有するメモリセルのしきい値電圧が0.5
Vである場合のものに比べて、多くなる。
In FIG. 7 and FIG. 8, when the memory cell M24 surrounded by a broken line is selected, the semiconductor substrate potential is set to the ground potential (0 V), the word line WL2 is set to 3 V (second voltage), and the bit The line BL8 is set to 1 V (first voltage). Also, the other word lines WL1, WL3 to WL6 and the other bit lines BL1 to BL7 are set to 0V or OPEN state, and the source line SL2 is set to 0V. Further, the other source lines SL1, SL3, SL4 are set to 1V (third voltage). Although not shown, the potential of the well to which the memory cell belongs is set to 0V. If the memory cell M24
Is in the erased state, the threshold voltage is about -1 V, so that the memory cell M24 is turned on and the bit line B
A memory cell read current flows through L8. In this case, the read current of the memory cell M24 is set such that the threshold voltage of the memory cell of the conventional nonvolatile semiconductor memory device is 0.5.
V is larger than that in the case of V.

【0099】一方、メモリセルM24が書き込み状態で
あれば、メモリセルM24のしきい値電圧は4V程度で
あるので、メモリセルM24がオフ状態となり、ビット
線BL8にメモリセル読み出し電流は流れない。上述し
た電流量がセンスアンプで検知されることにより、読み
出し動作が行われる。
On the other hand, if the memory cell M24 is in a write state, the threshold voltage of the memory cell M24 is about 4 V, so that the memory cell M24 is turned off and no memory cell read current flows to the bit line BL8. The read operation is performed by the above-described current amount being detected by the sense amplifier.

【0100】本発明の第2の実施の形態では、バックバ
イアス効果を利用することにより、選択されたメモリセ
ルM24と同一のビット線BL8に接続される非選択メ
モリセルM14,M54,M64のしきい値電圧を約
0.5V以上に設定することができる。
In the second embodiment of the present invention, the non-selected memory cells M14, M54 and M64 connected to the same bit line BL8 as the selected memory cell M24 are formed by utilizing the back bias effect. The threshold voltage can be set to about 0.5V or more.

【0101】すなわち、非選択メモリセルのソース線S
L1,SL3,SL4に電圧1Vを印加することによ
り、たとえ仮に、非選択メモリセルのしきい値電圧が−
1Vであったとしても、バックバイアス効果により、非
選択メモリセルのしきい値を約0.5V以上とすること
ができる。このため、非選択メモリセルから流れる電流
を、ほぼゼロに抑えることができる。
That is, the source line S of the unselected memory cell
By applying a voltage of 1 V to L1, SL3, and SL4, even if the threshold voltage of the non-selected memory cell becomes-
Even if it is 1 V, the threshold value of the unselected memory cell can be set to about 0.5 V or more due to the back bias effect. Therefore, the current flowing from the non-selected memory cells can be suppressed to almost zero.

【0102】また、選択されたメモリセルが消去状態で
ある場合、消去状態のメモリセルのしきい値電圧(低い
方のしきい値電圧)をデプレッション状態に設定するこ
とができる。このため、選択されたメモリセルにおける
オン状態の読み出し電流量が増加する。その結果、低電
圧においても十分なオン状態のメモリセル読み出し電流
を確保することができ、第2の実施の形態における不揮
発性半導体記憶装置は、低電圧下での高速読み出しを可
能とする。
When the selected memory cell is in the erased state, the threshold voltage (lower threshold voltage) of the memory cell in the erased state can be set to the depletion state. For this reason, the read current amount in the ON state in the selected memory cell increases. As a result, a sufficient ON-state memory cell read current can be ensured even at a low voltage, and the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment enables high-speed read at a low voltage.

【0103】なお、第2の実施の形態では、読み出し時
に選択したビット線に印加する電圧と非選択のソース線
に印加する電圧を同一電圧としたが、それらの電圧が異
なる電圧であってもよい。 (第3の実施の形態)以下、本発明の第3の実施の形態
について、図面を参照しながら説明する。
In the second embodiment, the voltage applied to the bit line selected at the time of reading and the voltage applied to the non-selected source line are the same voltage. However, even if these voltages are different voltages, Good. (Third Embodiment) Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0104】図12は、本発明の第3の実施の形態にお
ける不揮発性半導体記憶装置30のメモリセルアレイ構
成の模式図である。図13は、不揮発性半導体記憶装置
30のパターンレイアウトを示す模式的平面図である。
すなわち、図13は、図12に示す不揮発性半導体記憶
装置30のアレイ構造の一例を示している。また、図1
4は、図13に示す不揮発性半導体記憶装置30を線分
E−Eで切断した場合における断面を示す図である。
FIG. 12 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device 30 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 30.
That is, FIG. 13 illustrates an example of an array structure of the nonvolatile semiconductor memory device 30 illustrated in FIG. FIG.
4 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 30 shown in FIG. 13 is cut along a line EE.

【0105】不揮発性半導体記憶装置30は、MOSト
ランジスタからなるメモリセルM11〜M44、ワード
線WL1〜WL4、ソース線SL1〜SL4、およびビ
ット線BL1〜BL4を備えている。
The nonvolatile semiconductor memory device 30 includes memory cells M11 to M44 formed of MOS transistors, word lines WL1 to WL4, source lines SL1 to SL4, and bit lines BL1 to BL4.

【0106】さらに、不揮発性半導体記憶装置30は、
素子分離領域5A、5B、ビット線コンタクト6a、6
b、およびウェル線WEL1〜WEL4を備えている。
素子分離領域5A、5Bは、LOCOSやSTIなどで
形成されるが他の方法でもよい。
Further, the nonvolatile semiconductor memory device 30
Element isolation regions 5A, 5B, bit line contacts 6a, 6
b, and well lines WEL1 to WEL4.
The element isolation regions 5A and 5B are formed by LOCOS or STI, but may be formed by another method.

【0107】不揮発性半導体記憶装置30は、図12に
示すように、メモリセルM11〜M14が属する行のメ
モリセルにウェル線WEL1が接続され、メモリセルM
21〜M24が属する行のメモリセルにウェル線WEL
2が接続され、メモリセルM31〜M34が属する行の
メモリセルにウェル線WEL3が接続され、メモリセル
M41〜M44が属する行のメモリセルにウェル線WE
L4が接続される。つまり、ある行のメモリセルは、そ
のある行に対応するウェル線に接続される。ウェル線
は、行毎に独立している。
As shown in FIG. 12, in the nonvolatile semiconductor memory device 30, the well line WEL1 is connected to the memory cells in the row to which the memory cells M11 to M14 belong, and the memory cell M
Well lines WEL are added to the memory cells of the row to which
2 is connected, the well line WEL3 is connected to the memory cell of the row to which the memory cells M31 to M34 belong, and the well line WE is connected to the memory cell of the row to which the memory cells M41 to M44 belong.
L4 is connected. That is, a memory cell in a certain row is connected to a well line corresponding to the certain row. The well lines are independent for each row.

【0108】また、不揮発性半導体記憶装置30は、図
12に示すように、メモリセルM11〜M14が属する
行のメモリセルのソースにソース線SL1が接続され、
メモリセルM21〜M24が属する行のメモリセルのソ
ースにソース線SL2が接続され、メモリセルM31〜
M34が属する行のメモリセルのソースにソース線SL
3が接続され、メモリセルM41〜M44が属する行の
メモリセルのソースにソース線SL4が接続される。つ
まり、不揮発性半導体記憶装置30では、ある行のメモ
リセルは、他の行のメモリセルとソース線を共有してい
ない。
In the nonvolatile semiconductor memory device 30, as shown in FIG. 12, a source line SL1 is connected to the sources of the memory cells in the row to which the memory cells M11 to M14 belong.
The source line SL2 is connected to the sources of the memory cells in the row to which the memory cells M21 to M24 belong, and the memory cells M31 to M24 are connected.
The source line SL is connected to the source of the memory cell in the row to which M34 belongs.
3 is connected, and the source line SL4 is connected to the source of the memory cell in the row to which the memory cells M41 to M44 belong. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device 30, memory cells in a certain row do not share a source line with memory cells in another row.

【0109】なお、同一ワード線および同一ソース線に
接続された複数のメモリセルは、1つのウェル線を共有
する。
A plurality of memory cells connected to the same word line and the same source line share one well line.

【0110】以下、本発明の不揮発性半導体記憶装置3
0の読み出し方法について、図12を用いて説明する。
Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory device 3 of the present invention will be described.
The method of reading 0 will be described with reference to FIG.

【0111】図13中に破線で囲んだメモリセルM14
を選択する場合は、半導体基板電位を接地電位(0V)
として、ワード線WL1を3V(第2の電圧)とし、ビ
ット線BL4を1V(第1の電圧)とする。ウェル線W
EL1を0Vとし、他のワード線WL2,WL3,WL
4を0Vとし、ソース線SL1〜SL4を0Vとし、ビ
ット線BL1〜BL3を0Vとし、他のウェル線WEL
2〜WEL4を−3V(第3の電圧)とする。なお、少
なくともウェル線WEL1〜WEL4は、デコーダによ
って制御される。
Memory cell M14 surrounded by a broken line in FIG.
Is selected, the semiconductor substrate potential is set to the ground potential (0 V).
The word line WL1 is set at 3V (second voltage), and the bit line BL4 is set at 1V (first voltage). Well line W
EL1 is set to 0 V, and the other word lines WL2, WL3, WL
4, the source lines SL1 to SL4 are set to 0V, the bit lines BL1 to BL3 are set to 0V, and the other well lines WEL are set.
2 to WEL4 are set to -3 V (third voltage). Note that at least the well lines WEL1 to WEL4 are controlled by the decoder.

【0112】上述した第1および第2の実施の形態で
は、ソース線を利用したバックバイアス効果によって、
非選択メモリセルのしきい値電圧を上げることができ
た。仮に、非選択メモリセルが低い方のしきい値電圧た
とえば−1Vを有していたとしても、バックバイアス効
果により、その低い方のしきい値電圧を約0.5V以上
とすることができる。一方、第3の実施の形態では、ウ
ェル線を利用して同様な効果を得ることができる。
In the first and second embodiments described above, the back bias effect using the source line allows
The threshold voltage of the unselected memory cells could be increased. Even if an unselected memory cell has a lower threshold voltage, for example, -1 V, the lower threshold voltage can be set to about 0.5 V or more due to the back bias effect. On the other hand, in the third embodiment, a similar effect can be obtained by using a well line.

【0113】上述したように、第3の実施の形態によれ
ば、非選択メモリセルのウェル線に負電圧、つまり半導
体基板に対して順バイアスとなる電圧を印加することに
より、非選択メモリセルのしきい値電圧を上げることが
できる。つまり、非選択メモリセルが消去状態である場
合、そのメモリセルのしきい値電圧をデプレッション状
態に設定することができる。
As described above, according to the third embodiment, by applying a negative voltage to the well line of a non-selected memory cell, that is, a voltage which becomes a forward bias with respect to the semiconductor substrate, Can be increased. That is, when an unselected memory cell is in an erased state, the threshold voltage of that memory cell can be set to a depletion state.

【0114】その結果、不揮発性半導体記憶装置30に
おけるメモリセルのゲートに印加される電圧が低電圧で
あっても、メモリセルから情報を読み出すための読み出
し電流量を十分に確保することができる。
As a result, even when the voltage applied to the gate of the memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device 30 is low, a sufficient amount of read current for reading information from the memory cell can be ensured.

【0115】なお、第1〜第3の実施の形態では、マス
クROMを用いて説明したが、2種の異なるしきい値電
圧を用いて記憶する不揮発性半導体記憶装置である、浮
遊ゲート電極型不揮発性半導体記憶装置に適用すること
もできる。この場合、回路的には、図1、図7、および
図12に示すメモリセルが浮遊ゲート電極型のメモリセ
ルに置き換えられるだけである。
Although the first to third embodiments have been described using the mask ROM, the floating gate electrode type, which is a nonvolatile semiconductor memory device that stores data using two different threshold voltages, is used. The present invention can be applied to a nonvolatile semiconductor memory device. In this case, only the memory cells shown in FIGS. 1, 7, and 12 are replaced with floating gate electrode type memory cells.

【0116】また、第1〜第3の実施の形態では、消去
状態のしきい値電圧をデプレッション状態としたが、特
に、デプレッション状態にする必要もない。従来の不揮
発性半導体記憶装置では、非選択メモリセルのリーク電
流を抑えるために消去状態のしきい値電圧を0.5V程
度に設定する必要があった。しかしながら、本実施の形
態では、非選択のメモリセルのリーク電流を低減できる
ため、消去状態のしきい値電圧を0.5Vよりも低く設
定することもできる。
In the first to third embodiments, the threshold voltage in the erased state is set to the depletion state. However, it is not necessary to set the threshold voltage to the depletion state. In a conventional nonvolatile semiconductor memory device, it is necessary to set a threshold voltage in an erased state to about 0.5 V in order to suppress a leak current of an unselected memory cell. However, in this embodiment, since the leak current of the unselected memory cells can be reduced, the threshold voltage in the erased state can be set lower than 0.5 V.

【0117】用途によるが、たとえば、メモリセルの消
去状態のしきい値電圧をデプレッション状態にまでしな
くとも、例えば、0V程度に設定したい場合もあり得
る。本発明は、このような場合にも適用される。
Depending on the application, for example, it may be desired to set the threshold voltage in the erased state of the memory cell to, for example, about 0 V without reaching the depletion state. The present invention is applied to such a case.

【0118】また、第1〜第3の実施の形態では、消去
状態をしきい値電圧の低い方としたが、逆に書き込み状
態をしきい値電圧の低い方に設定してもよい。
In the first to third embodiments, the erased state is set to the lower threshold voltage. However, the write state may be set to the lower threshold voltage.

【0119】また、第1〜第3の実施の形態では、書き
込み状態のしきい値電圧を電源電圧以上としたが、消去
状態との差があればよいので、書き込み状態のしきい値
電圧が電源電圧以下でもよい。
In the first to third embodiments, the threshold voltage in the written state is equal to or higher than the power supply voltage. It may be lower than the power supply voltage.

【0120】また、第1〜第3の実施の形態では、N型
MOSトランジスタを用いて説明したが、P型MOSト
ランジスタを用いてもよい。
Although the first to third embodiments have been described using an N-type MOS transistor, a P-type MOS transistor may be used.

【0121】なお、第1の実施の形態と第2の実施の形
態とを組み合わせて、本発明を実施してもよい。
Note that the present invention may be implemented by combining the first embodiment and the second embodiment.

【0122】本発明によれば、低しきい値電圧の状態を
デプレッション状態にできるため、書き込み状態と消去
状態のしきい値電圧の差を広げることが可能であり、浮
遊ゲート電極型不揮発性半導体記憶装置に特有の、書き
込み後もしくは消去後しきい値電圧のばらつきの問題
や、多値しきい値電圧化への対応も容易となる。
According to the present invention, since the low threshold voltage state can be changed to the depletion state, the difference between the threshold voltage in the write state and the threshold voltage in the erase state can be widened. It becomes easy to cope with the problem of the variation in the threshold voltage after writing or after erasing, which is peculiar to the storage device, and the multi-valued threshold voltage.

【0123】また、本発明は、メモリセルに流れる電流
の変化により記憶動作、すなわち読み出し動作を実施す
るメモリ全般に適用することができる。なお、マスクR
OMではビット線コンタクトの有無により情報を記憶す
る方式もあるが、その場合は、書き込み状態を無限に高
いしきい値電圧と置き換えれば、本発明を適用すること
ができる。
Further, the present invention can be applied to all memories that perform a storage operation, that is, a read operation by changing a current flowing through a memory cell. Note that the mask R
In the OM, there is also a method of storing information depending on the presence or absence of a bit line contact. In such a case, the present invention can be applied by replacing the write state with an infinitely high threshold voltage.

【0124】[0124]

【発明の効果】本発明によれば、同一ビット線上にある
メモリセルのソース線またはウェル線に加える電圧を独
立して制御可能な構成を採用し、同一ビット線上にある
非選択メモリセルのしきい値電圧をソース線またはウェ
ル線に加える電圧を制御し、バックバイアス効果により
しきい値電圧を引き上げるようにしているので、低い方
のしきい値電圧をデプレッション状態に設定でき、低電
圧においてもメモリセル読み出し電流量が確保できるた
めに、低電圧高速読み出し動作が可能な不揮発性半導体
記憶装置を実現できる。
According to the present invention, a configuration is employed in which the voltage applied to the source line or well line of the memory cells on the same bit line can be independently controlled, and the unselected memory cells on the same bit line can be controlled. Since the threshold voltage is controlled by applying a threshold voltage to the source line or well line and the threshold voltage is raised by the back bias effect, the lower threshold voltage can be set to the depletion state, and even at low voltage Since a memory cell read current amount can be secured, a nonvolatile semiconductor memory device that can perform a low-voltage high-speed read operation can be realized.

【0125】また、メモリセルの低い方のしきい値電圧
状態の少なくとも一部をデプレッション状態とすると、
その状態における読み出し電流を多くすることができ、
低電圧下での読み出し速度をさらに高めることができ
る。
When at least a part of the lower threshold voltage state of the memory cell is in a depletion state,
The read current in that state can be increased,
The reading speed under low voltage can be further increased.

【0126】また、ビット線に印加する第1の電圧と非
選択のソース線に印加する第3の電圧とをほぼ同一電圧
に設定すると、バックバイアス効果が大きく、かつソー
ス線から電流が流れないので、最も高速読み出し性能を
高くできる。
When the first voltage applied to the bit line and the third voltage applied to the unselected source lines are set to substantially the same voltage, the back bias effect is large and no current flows from the source line. Therefore, the highest speed reading performance can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における不揮発性半
導体記憶装置10のメモリセルアレイ構成の模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】不揮発性半導体記憶装置10のパターンレイア
ウトを示す模式的平面図である。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 10;

【図3】図2に示す不揮発性半導体記憶装置10を線分
A−Aで切断した場合における断面を示す図である。
3 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in FIG. 2 is cut along line AA.

【図4】図2に示す不揮発性半導体記憶装置10を線分
B−Bで切断した場合における断面を示す図である。
4 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in FIG. 2 is cut along a line BB.

【図5】不揮発性半導体記憶装置10におけるメモリセ
ルのしきい値電圧分布図(複数メモリセル)である。
FIG. 5 is a threshold voltage distribution diagram (a plurality of memory cells) of a memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device 10;

【図6】不揮発性半導体記憶装置10から情報を読み出
すためのフローチャートの一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a flowchart for reading information from the nonvolatile semiconductor memory device 10;

【図7】本発明の第2の実施の形態における不揮発性半
導体記憶装置20のメモリセルアレイ構成の模式図であ
る。
FIG. 7 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device 20 according to a second embodiment of the present invention.

【図8】不揮発性半導体記憶装置20のパターンレイア
ウトを示す模式的平面図である。
FIG. 8 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 20.

【図9】図8に示す不揮発性半導体記憶装置20を線分
C−Cで切断した場合における断面を示す図である。
9 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in FIG. 8 is cut along line CC.

【図10】図8に示す不揮発性半導体記憶装置20を線
分D−Dで切断した場合における断面を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in FIG. 8 is cut along a line DD.

【図11】不揮発性半導体記憶装置20から情報を読み
出すためのフローチャートの一例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a flowchart for reading information from the nonvolatile semiconductor memory device 20.

【図12】本発明の第3の実施の形態における不揮発性
半導体記憶装置30のメモリセルアレイ構成の模式図で
ある。
FIG. 12 is a schematic diagram of a memory cell array configuration of a nonvolatile semiconductor memory device 30 according to a third embodiment of the present invention.

【図13】不揮発性半導体記憶装置30のパターンレイ
アウトを示す模式的平面図である。
FIG. 13 is a schematic plan view showing a pattern layout of the nonvolatile semiconductor memory device 30.

【図14】図13に示す不揮発性半導体記憶装置30を
線分E−Eで切断した場合における断面を示す図であ
る。
14 is a diagram showing a cross section when the nonvolatile semiconductor memory device 30 shown in FIG. 13 is cut along a line EE.

【図15】従来の不揮発性半導体記憶装置500のメモ
リセルアレイ構成を示す模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a memory cell array configuration of a conventional nonvolatile semiconductor memory device 500.

【図16】図15に示す不揮発性半導体記憶装置500
のパターンレイアウトを示す模式的平面図である。
FIG. 16 shows a nonvolatile semiconductor memory device 500 shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a pattern layout of FIG.

【図17】不揮発性半導体記憶装置500におけるメモ
リセルのしきい値電圧分布図(複数メモリセル)であ
る。
FIG. 17 is a threshold voltage distribution diagram (a plurality of memory cells) of a memory cell in the nonvolatile semiconductor memory device 500;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

M14〜M44 メモリセル WL1〜WL4 ワード線 SL1〜SL4 ソース線 BL1〜BL4 ビット線 5、5X 素子分離領域 6a、6b ビット線コンタクト M14 to M44 Memory cells WL1 to WL4 Word lines SL1 to SL4 Source lines BL1 to BL4 Bit lines 5, 5X Element isolation regions 6a, 6b Bit line contacts

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/792

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の上に、マトリクス状に配置
された複数のメモリセルと、行方向に延びる複数のワー
ド線と、該行方向に延びる複数のソース線と、列方向に
延びる複数のビット線とを備えた不揮発性半導体記憶装
置であって、 ある行に属する複数のメモリセルが、該複数のソース線
のうちの第1のソース線と接続され、 該ある行と隣接する行に属する複数のメモリセルが、該
複数のソース線のうちの第2のソース線と接続され、 該第1のソース線は、該第2のソース線と電気的に独立
している不揮発性半導体記憶装置。
A plurality of memory cells arranged in a matrix on a semiconductor substrate; a plurality of word lines extending in a row direction; a plurality of source lines extending in the row direction; A plurality of memory cells belonging to a certain row, the plurality of memory cells belonging to a certain row being connected to a first source line of the plurality of the source lines, and A plurality of memory cells belonging to the non-volatile semiconductor memory are connected to a second source line of the plurality of source lines, and the first source line is electrically independent of the second source line. apparatus.
【請求項2】 前記第1のソース線は、前記第2のソー
ス線と素子分離領域により絶縁されている請求項1に記
載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said first source line is insulated from said second source line by an element isolation region.
【請求項3】 半導体基板の上に、マトリクス状に配置
された複数のメモリセルと、行方向に延びる複数のワー
ド線と、該行方向に延びる複数のソース線と、列方向に
延びる複数のビット線とを備えた不揮発性半導体記憶装
置であって、 ある列に属する複数のメモリセルのうちの第1の組が、
該複数のビット線のうちの第1のビット線と接続され、 該ある列に属する複数のメモリセルのうちの第2の組
が、該複数のビット線のうちの第2のビット線と接続さ
れ、 該第1のビット線は、該第2のビット線と電気的に独立
している不揮発性半導体記憶装置。
3. A plurality of memory cells arranged in a matrix on a semiconductor substrate; a plurality of word lines extending in a row direction; a plurality of source lines extending in the row direction; A non-volatile semiconductor memory device including a bit line, wherein a first set of a plurality of memory cells belonging to a certain column includes:
A second set of the plurality of memory cells belonging to the certain column is connected to a first bit line of the plurality of bit lines, and a second set of the plurality of memory cells belonging to the certain column is connected to a second bit line of the plurality of bit lines. The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first bit line is electrically independent of the second bit line.
【請求項4】 前記第1の組が前記第2の組と前記列方
向で隣接している請求項3に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein said first set is adjacent to said second set in said column direction.
【請求項5】 前記複数のメモリセルのそれぞれは、ゲ
ート電極、ゲート絶縁膜、ドレイン領域およびソース領
域を有するMOSトランジスタである請求項1〜4のう
ちの1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of said plurality of memory cells is a MOS transistor having a gate electrode, a gate insulating film, a drain region and a source region. .
【請求項6】 前記複数のメモリセルのそれぞれは、制
御ゲート電極、浮遊ゲート電極、ドレイン領域およびソ
ース領域を備えた浮遊ゲート電極型MOSトランジスタ
である請求項1〜4のうちの1つに記載の不揮発性半導
体記憶装置。
6. The memory cell according to claim 1, wherein each of the plurality of memory cells is a floating gate electrode type MOS transistor having a control gate electrode, a floating gate electrode, a drain region and a source region. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項7】 前記複数のメモリセルのうち、低い方の
しきい値電圧を有するメモリセルが、デプレッション状
態である請求項1〜6のうちの1つに記載の不揮発性半
導体記憶装置。
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a memory cell having a lower threshold voltage among said plurality of memory cells is in a depletion state.
【請求項8】 前記不揮発性半導体記憶装置は、前記行
方向に延びる複数の第1導電型のウェルを備え、 前記複数のメモリセルの1つは、該複数の第1導電型の
ウェルの1つ上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ドレイ
ン領域およびソース領域を有するMOSトランジスタで
あり、 該複数の第1導電型のウェルのそれぞれが電気的に独立
している請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
8. The non-volatile semiconductor storage device includes a plurality of first conductivity type wells extending in the row direction, and one of the plurality of memory cells is one of the plurality of first conductivity type wells. 3. The MOS transistor according to claim 1, further comprising a MOS transistor having a gate electrode, a gate insulating film, a drain region, and a source region thereon, wherein each of the plurality of first conductivity type wells is electrically independent. 4. Non-volatile semiconductor storage device.
【請求項9】 前記不揮発性半導体記憶装置は、前記行
方向に延びる複数の第1導電型のウェルを備え、 前記複数のメモリセルの1つは、該複数の第1導電型の
ウェルの1つ上に、制御ゲート電極、浮遊ゲート電極、
ゲート絶縁膜、ドレイン領域およびソース領域を有する
MOSトランジスタであり、 該複数の第1導電型のウェルのそれぞれが電気的に独立
している請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶
装置。
9. The non-volatile semiconductor storage device includes a plurality of first conductivity type wells extending in the row direction, and one of the plurality of memory cells is one of the plurality of first conductivity type wells. On top, the control gate electrode, floating gate electrode,
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is a MOS transistor having a gate insulating film, a drain region, and a source region, and each of the plurality of first conductivity type wells is electrically independent. 4.
【請求項10】 前記複数のメモリセル中から選択され
たメモリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発性
半導体記憶装置の駆動方法であって、 該選択されたメモリセルに対応するビット線に、前記半
導体基板に対して逆バイアスとなる極性の第1の電圧を
印加する工程と、 該選択されたメモリセルに対応するワード線に該第1の
電圧と同一極性の第2の電圧を印加する工程と、 該選択されたメモリセル以外のメモリセルに対応するソ
ース線に該第1の電圧と同一極性の第3の電圧を印加す
る工程と、 該選択されたメモリセルに対応するソース線に該半導体
基板の電位を印加する工程とを包含する請求項1〜4の
うちの1つに記載の不揮発性半導体記憶装置の駆動方
法。
10. A method for driving a nonvolatile semiconductor memory device for reading information stored in a memory cell selected from the plurality of memory cells, wherein a bit line corresponding to the selected memory cell includes: Applying a first voltage having a reverse bias to the semiconductor substrate; and applying a second voltage having the same polarity as the first voltage to a word line corresponding to the selected memory cell. Applying a third voltage having the same polarity as the first voltage to a source line corresponding to a memory cell other than the selected memory cell; and applying a third voltage having the same polarity as the first voltage to a source line corresponding to the selected memory cell. 5. The method of driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising: applying a potential of said semiconductor substrate.
【請求項11】 前記第1の電圧と前記第3の電圧とが
ほぼ同一電圧である請求項10に記載の不揮発性半導体
記憶装置の駆動方法。
11. The method according to claim 10, wherein the first voltage and the third voltage are substantially the same voltage.
【請求項12】 前記複数のメモリセル中から選択され
たメモリセルに記憶されている情報を読み出す不揮発性
半導体記憶装置の駆動方法であって、 該選択されたメモリセルに対応するビット線に、前記半
導体基板に対して逆バイアスとなる極性の第1の電圧を
印加する工程と、 該選択されたメモリセルに対応するワード線に該第1の
電圧と同一極性の第2の電圧を印加する工程と、 該選択されたメモリセルが属していない第1導電型のウ
ェルに該第1の電圧と逆極性の第3の電圧を印加する工
程と、 該選択されたメモリセルが属している第1導電型のウェ
ルに接地電位を印加する工程とを包含する請求項8また
は9に記載の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
12. A method for driving a nonvolatile semiconductor memory device for reading information stored in a memory cell selected from the plurality of memory cells, wherein: a bit line corresponding to the selected memory cell includes: Applying a first voltage having a reverse bias to the semiconductor substrate; and applying a second voltage having the same polarity as the first voltage to a word line corresponding to the selected memory cell. Applying a third voltage having a polarity opposite to the first voltage to a well of the first conductivity type to which the selected memory cell does not belong; 10. The method of driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8, further comprising a step of applying a ground potential to a well of one conductivity type.
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