JPS61122999A - Memory cell - Google Patents

Memory cell

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Publication number
JPS61122999A
JPS61122999A JP60199302A JP19930285A JPS61122999A JP S61122999 A JPS61122999 A JP S61122999A JP 60199302 A JP60199302 A JP 60199302A JP 19930285 A JP19930285 A JP 19930285A JP S61122999 A JPS61122999 A JP S61122999A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
floating gate
inverter
control electrode
volatile
Prior art date
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Pending
Application number
JP60199302A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
クリストフアー ジエレミイ グリーンウツド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plessey Overseas Ltd
Original Assignee
Plessey Overseas Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS61122999A publication Critical patent/JPS61122999A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C14/00Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明はメモリセルに関する。[Detailed description of the invention] Technical fields> The present invention relates to memory cells.

く背景技術〉 一般にメモリセルは2つの主要グループに分けることが
できるが、その1つは揮発性メモリセルであり、他は不
揮発性メモリセルである。
BACKGROUND ART Generally, memory cells can be divided into two main groups, one of which is volatile memory cells and the other non-volatile memory cells.

揮発性メモリセルは、外部データソースから間断なく更
新可能なデータを記憶するための論理素子を用いている
。この種のメモリセルは、装置に対する電源電圧が中断
すると記憶されたデータが失われるので、「揮発性」と
呼ばれる。揮発性メモリの一例がランダムアクセスメモ
リ(RAM)である。
Volatile memory cells use logic elements to store data that can be continuously updated from an external data source. This type of memory cell is called "volatile" because the stored data is lost if the power supply voltage to the device is interrupted. An example of volatile memory is random access memory (RAM).

不揮発性メモリセルも、データを記憶するために論理素
子を用いるが、ある種の不揮発性メモリではメモリセル
の論理状態が論理素子それ自体の物理的構造によって決
められるので、記憶されたデータを更新することができ
ない。この種のセルは装置に対する供給電圧の中断があ
ってもセル内に記憶されたデータが失われないので、「
不揮発性」と呼ばれる。不揮発性メモリの一つの類型は
、読み出し専用メモリ(ROM)として良く知られてい
る。
Nonvolatile memory cells also use logic elements to store data, but in some types of nonvolatile memory, the logic state of the memory cell is determined by the physical structure of the logic element itself, so that stored data cannot be updated. Can not do it. This type of cell does not lose the data stored in the cell even if there is an interruption in the supply voltage to the device.
called "non-volatile". One type of non-volatile memory is well known as read only memory (ROM).

不揮発性メモリのもう1つの類型が電気的消去可能読み
出し専用メモリ(EEPROM>である。
Another type of non-volatile memory is electrically erasable read only memory (EEPROM).

この種の装置では、通常、ベーシックメモリセルが2つ
のゲート電極を備えた金属酸化物シリコン(MOS) 
トランジスタを有する。1つのゲート電極は制御ゲート
として知られる普通のゲート電極から成り、この装置の
製造の際に、第2のゲート上にこれが横たわるように配
設される。第2のゲートはMOSトランジスタの酸化物
層内に含まれ、かつ、それによって完全に囲まれており
、この装置の使用中には、第2のゲートは如何なる電位
源にも直接接続されないので、フローティングゲートと
して知られている。フローティングゲートは、その一部
分が酸化物層の非常に薄い区域によりこの装置の半導体
領域から分離されている。
In this type of device, the basic memory cell is typically a metal oxide silicon (MOS) with two gate electrodes.
It has a transistor. One gate electrode consists of a conventional gate electrode known as a control gate, which is placed overlying the second gate during manufacture of the device. Since the second gate is contained within and completely surrounded by the oxide layer of the MOS transistor, and during use of the device the second gate is not directly connected to any potential source, Known as a floating gate. The floating gate is partially separated from the semiconductor region of the device by a very thin section of oxide layer.

この酸化物層の非常に薄い区域は、ある所定値を超える
電圧が酸化物層の薄い区域を横切って生じるとき、半導
体領域とフローティングゲートとの藺で電荷移動が生起
し、それによりフローティングゲート上の電荷を定着さ
せるので、トンネル(tLlnnelinO)酸化物領
域として知られている。
This very thin area of the oxide layer means that when a voltage exceeding a certain predetermined value is developed across the thin area of the oxide layer, charge transfer occurs between the semiconductor region and the floating gate, thereby causing a charge transfer to occur between the semiconductor region and the floating gate. It is known as a tunnel (tLlnnelinO) oxide region because it anchors the charge of .

フローティングゲートは金属またはポリシリコンのよう
な導電性材料で製作されるので、トンネル酸化物領域を
通って移動せしめられる電荷は速やかにフローティング
ゲート上から消散する。フローティングゲートは酸化物
層によって包囲されており、この酸化物層は通常、優れ
た絶縁体である二酸化シリコンで形成されるので、フロ
ーティングゲートに移動さ゛せられた電荷は、除去され
ないかぎり数年のあいだ存続する。
Since the floating gate is fabricated from a conductive material such as metal or polysilicon, charge that is transferred through the tunnel oxide region quickly dissipates off the top of the floating gate. The floating gate is surrounded by a layer of oxide, usually made of silicon dioxide, which is a good insulator, so any charge transferred to the floating gate will last for years unless removed. survive.

従ってデータをセル内に読みこんでそのようなフローテ
ィングゲート上に記憶させ得ることがわかる。データは
、この装置に対する供給電圧とは無関係にフローティン
グゲート上に存続するので、このセルはその中に外部デ
ータソースからデータをプログラムできる不揮発性メモ
リとして機能する。
It can therefore be seen that data can be read into a cell and stored on such a floating gate. Since data persists on the floating gate regardless of the supply voltage to the device, the cell functions as a non-volatile memory into which data can be programmed from an external data source.

揮発性メモリおよび不揮発性メモリの両方の機能を果た
せるメモリを作成するために、そのようなフローティン
グゲートを揮発性ランダムアクセスメモリ(RAM)内
に組み込むことが先に提案されている。そのようなメモ
リでは不揮発性の記憶データを乱すことなしに、揮発性
のデータ情報を更新することができ、この揮発性データ
は′セルに関する適当な質問(interrOgati
on )によって呼び出すことができる。
It has previously been proposed to incorporate such floating gates into volatile random access memory (RAM) to create a memory that can perform the functions of both volatile and non-volatile memory. In such a memory, volatile data information can be updated without disturbing the non-volatile stored data, and this volatile data can be updated by interrogating the cell.
on).

しかしながら、トンネル酸化物領域は、普通は酸化物の
きわめて薄い区域を有しており、それは例えば20人な
いし100人である。フローティングゲート上に蓄積し
た電荷を保持するためには、トンネル酸化物領域がピン
ホールのような欠陥を含まないことが非常に重要である
。これらの欠陥はフローティングゲート上に蓄積された
電荷の漏洩パスを生じて、記憶されたデータの後続的な
損失を伴うからである。メモリ製造中にそのような欠陥
が生じる可能性を最小化するために、トンネル酸化物領
域の面積を最小限に縮小すると有利であることが発見さ
れている。
However, tunnel oxide regions usually have very thin areas of oxide, for example 20 to 100 thick. In order to retain the charge accumulated on the floating gate, it is very important that the tunnel oxide region is free of defects such as pinholes. These defects create a leakage path for the charge stored on the floating gate, with subsequent loss of stored data. It has been discovered that it is advantageous to minimize the area of the tunnel oxide region to minimize the likelihood of such defects occurring during memory fabrication.

しかしながら、フローティングゲートへの電荷移動を誘
起するのに必要とされる印加電圧の大きざと持続時間は
、いくつかのファクターに依存するが、これらのファク
ターには、MOS トランジスタのドレイン領域とフロ
ーティング電極の間の容量結合や制御電極とフローティ
ング電極との間の容量結合も含まれる。
However, the magnitude and duration of the applied voltage required to induce charge transfer to the floating gate depends on several factors, including the difference between the drain region of the MOS transistor and the floating electrode. This also includes capacitive coupling between the control electrode and the floating electrode.

先述のように、そのようなセルは、制御電極がフローテ
ィングゲート上に横たわるようにして製作するのが普通
であり、またこの種のセルでは、通常、フO−ナイング
ゲートへのトンネリングを誘起するのに例えば20ボル
トという、比較的大きな電圧パルスを必要とする。
As mentioned above, such cells are typically fabricated with a control electrode overlying the floating gate, and in this type of cell, a requires relatively large voltage pulses, for example 20 volts.

制御電極は半導体基板内の拡散層であってもよく、トン
ネル酸化物領域に対してと同様の態様で、この制御電極
は拡散制御電橋上にも延在しており、そしてまた、薄い
酸化物層の領域によって拡散制御1極から間隔をあけで
ある。拡散制御電極の面積が比較的に大きく作られるな
らば、フローティングゲートと制御電極との間に生じる
容量結合は比較的に大きくなる。
The control electrode may be a diffusion layer in the semiconductor substrate, extending over the diffusion control bridge in a manner similar to that for the tunnel oxide region, and also extending over the diffusion control bridge. The area of the layer is spaced apart from the diffusion control pole. If the area of the diffusion control electrode is made relatively large, the capacitive coupling that occurs between the floating gate and the control electrode will be relatively large.

さらに、フローティングゲートと拡散制御電極との間の
容量結合は、トンネル酸化物領域でのフローティングゲ
ートへの電荷移動が逆の影響を受けないように、フロー
ティングゲートとトンネル酸化物領域にある半導体層と
の間のキャパシタンスに比較して大きくなっている。
Furthermore, the capacitive coupling between the floating gate and the diffusion control electrode is such that the charge transfer to the floating gate in the tunnel oxide region is not adversely affected by the semiconductor layer in the floating gate and the tunnel oxide region. It is large compared to the capacitance between.

〈発明の課題及び特徴〉 本発明の目的は、拡散制御電極を有しまた揮発性と不揮
発性の両方の動作モードを有する進歩したメモリセルを
提供することである。
Problem and Features of the Invention It is an object of the present invention to provide an improved memory cell having a diffused control electrode and having both volatile and non-volatile modes of operation.

本発明によればデータの揮発性記憶またはくおよび)不
揮発性記憶のためのメモリセルが提供され、このメモリ
セルは2つのインバ〜りを有し、各々のインバータは1
対の相補形金属酸化物シリコン(0MO3) トランジ
スタを有し、その中における各々のインバータは拡散制
御電極、および各インバータの相補形トランジスタに共
通なフローティングゲートを有し、インバータはまた、
各インバータの相補形トランジスタの間にあって他方の
インバータの制御電極に結合されたノードによって交叉
結合され、それによってインバータのフローティングゲ
ート上の不揮発性データを差動的に感知することができ
る。
According to the present invention, there is provided a memory cell for volatile or non-volatile storage of data, the memory cell having two inverters, each inverter having one inverter.
a pair of complementary metal oxide silicon (0MO3) transistors in which each inverter has a diffused control electrode and a floating gate common to the complementary transistor of each inverter;
They are cross-coupled by a node between the complementary transistors of each inverter and coupled to the control electrode of the other inverter, thereby allowing non-volatile data on the floating gates of the inverters to be differentially sensed.

各フローティングゲートはポリシリコンで形成すること
ができる。
Each floating gate can be formed of polysilicon.

〈発明の実施例〉 次に添付図面を参照しつつ、本発明の実施例について説
明する。
<Embodiments of the Invention> Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図を参照すると、このメモリセルは2つのインバー
タ2と4を有し、それらは双安定ラッチ回路としての機
能をもつように交叉結合されている。インバータ2.4
はそれぞれ、対になった相補形金属酸化物シリコン(0
MO8> トランジスタTI、T2およびT3.T4を
有し、これらの各トランジスタ対は電圧源■SSとVD
Dを横切つてノードN1及びN2で直列接続されている
Referring to FIG. 1, this memory cell has two inverters 2 and 4, which are cross-coupled to function as a bistable latch circuit. Inverter 2.4
are each a pair of complementary metal oxide silicon (0
MO8> Transistors TI, T2 and T3. T4, and each of these transistor pairs is connected to a voltage source SS and VD.
are connected in series across D at nodes N1 and N2.

CMOSトランジスタT1.T2とT3.T4がら成る
相補形トランジスタ対は、8対ごとに共通のフローティ
ングゲートFGIとFG2および拡散制御電極C1と0
2を有する。制御電極c1とC2はMOSトランジスタ
の半導体層内に拡散して形成されており、第2図に示さ
れるように、酸化物の薄い層によって70−テイングゲ
ートFG1およびFG2から分離されている。
CMOS transistor T1. T2 and T3. Complementary transistor pairs consisting of T4 have common floating gates FGI and FG2 and diffusion control electrodes C1 and 0 for every 8 pairs.
It has 2. Control electrodes c1 and C2 are formed diffused into the semiconductor layer of the MOS transistor and are separated from the 70-pointing gates FG1 and FG2 by a thin layer of oxide, as shown in FIG.

フローティングゲートFG1とFG2への電荷移動は、
それぞれトンネル酸化物領域TR1とTR2を通じて生
起する。
Charge transfer to floating gates FG1 and FG2 is as follows:
These occur through tunnel oxide regions TR1 and TR2, respectively.

インバータ2及び4は、第1図に示されるように、一方
のインバータの制御電極を他方のインバータのノードに
接続することによって交叉結合されている。またノード
N1とN2はそれぞれ、アクセストランジスタT5とT
6を通じて、トルービットラインBとインバースビット
ラインB(Bバー)に接続されるとともに、共通のワー
ドラインWにも接続されている。
Inverters 2 and 4 are cross-coupled by connecting the control electrode of one inverter to the node of the other inverter, as shown in FIG. Also, nodes N1 and N2 are connected to access transistors T5 and T, respectively.
6, it is connected to the true bit line B and the inverse bit line B (B bar), as well as to the common word line W.

インバータ2.4におけるCMO8I−ランジスタの構
造は第2図に見られる。各々のインバータはNチャネル
トランジスタ6とPチャネルトランジスタ8を有する絶
縁酸化物層10が半導体層上に延在し、フローティング
ゲート12は、絶縁酸化物層1o内で、かつ、それによ
って完全に包囲して形成されている。拡散制御電橋14
はNチャネルトランジスタ6の半導体層内に形成されて
いる。フローティンゲート12は酸化物層10内でその
下に横たわる半導体層に非常に近接して延在するように
形成されているが、これは、トンネル11(ISS領領
域16形成して、この領域16を通って)O−ティング
ゲート12への電荷移動が生起し得るようにするためで
ある。フローティングゲート12はまた、拡散制御電極
14の表面にも非常に近接して延在している。フローテ
ィングゲート12は、このようにして作られて領域18
を形成するが、この領域18では、フローティングゲー
ト12と制御電極14との間に比較的高い容量結合を呈
する。この比較的高い容量結合は、電源電圧VDDが約
10ボルトより高い場合に、フローティングゲート12
への電荷移動がトンネル領ti116を通って生起し得
るのに十分なものである。
The structure of the CMO8I transistor in the inverter 2.4 can be seen in FIG. Each inverter has an insulating oxide layer 10 with an N-channel transistor 6 and a P-channel transistor 8 extending over the semiconductor layer, a floating gate 12 being completely surrounded within and by the insulating oxide layer 1o. It is formed by Diffusion control bridge 14
is formed within the semiconductor layer of the N-channel transistor 6. The floating gate 12 is formed in the oxide layer 10 and extends in close proximity to the underlying semiconductor layer, which is connected to the tunnel 11 (by forming the ISS region 16 in this region). 16) to allow charge transfer to the O-ting gate 12. Floating gate 12 also extends in close proximity to the surface of diffusion control electrode 14. Floating gate 12 is thus created in region 18.
However, this region 18 exhibits relatively high capacitive coupling between the floating gate 12 and the control electrode 14. This relatively high capacitive coupling causes floating gate 12
is sufficient that charge transfer to can occur through the tunnel region ti116.

第1図に示されるメモリセルは次のような動作モードを
有する。
The memory cell shown in FIG. 1 has the following operating modes.

(+)  揮発性データ記憶 (ii)  不揮発性データ記憶 (iii)不揮発性データ保持 (iv)  不揮発性データ呼び出し 揮発性データ記憶に関しては、このメモリセルは正規の
CMOSスタティックRAMセルとしてふるまう。この
動作モードではアクセストランジスタT5とT6、およ
びビットラインBとBを通じてデータをセルに書き込む
ことができ、またセルからそれを読み出すことができる
。この動作モードでは、例えば供給電圧はvss=oボ
ルトであり、またVDD=+5ボルトである。
(+) Volatile data storage (ii) Non-volatile data storage (iii) Non-volatile data retention (iv) Non-volatile data recall For volatile data storage, this memory cell behaves as a regular CMOS static RAM cell. In this mode of operation, data can be written to and read from the cell via access transistors T5 and T6 and bit lines B and B. In this mode of operation, for example, the supply voltage is vss=o volts and VDD=+5 volts.

ビットラインB及びBを適当な状態に保つことによりデ
ータをセル内に書き込むことができ、そのためには例え
ば電圧vSS及びVDDをこれらのラインに印加すると
同時にアクセストランジスタT5及びT6を可能化する
ためにワードラインWをHにする。アクセストランジス
タT5とT6が可能化されると、セルラッチはビットラ
インBおよびBの条件により決定される1つの状態を獲
得する。それからワードラインWはLにされて、アクセ
ストランジスタT5とT6を不可能化して、セルをビッ
トラインBおよびBから分離する。
Data can be written into the cell by keeping the bit lines B and B in the appropriate state, for example by applying voltages vSS and VDD to these lines and at the same time enabling the access transistors T5 and T6. Set word line W to H. When access transistors T5 and T6 are enabled, the cell latch acquires one state determined by the condition of bit lines B and B. Word line W is then pulled low, disabling access transistors T5 and T6 and isolating the cell from bit lines B and B.

ワードラインWをHにしてアクセストランジスタT5と
T6を可能化することによって、データをセルから呼び
出すことができる。セル内に記憶されたデータはノード
N1とN2おける電圧レベルとなってビットラインBお
よびB上に生じるので、感知増幅器(図には示されてい
ない)によってそれを検出することができる。しかしな
がら、このセルは揮発性RAMセルとして動作している
ので、電圧源■SSとVDDに中断がある場合には、そ
の記憶されたデータは消失される。
Data can be retrieved from the cell by bringing word line W high and enabling access transistors T5 and T6. The data stored in the cell appears on bit lines B and B at voltage levels at nodes N1 and N2 so that it can be detected by a sense amplifier (not shown). However, since this cell is operating as a volatile RAM cell, its stored data will be lost if there is an interruption in the voltage sources SS and VDD.

第1図に示すセルは不揮発性データ記憶モードでも動作
し得る。この動作モードでは、フローテイングゲートF
GIとFG2上の電荷差分を誘起することにより、デー
タは不揮発性データとして記憶される。最初に、電源電
圧■SSとVDDが各々Oポルと+5ボルトに保たれ、
揮発性データ記憶に関する上述の方法と同様にして、デ
ータがセル内に書き込まれる。
The cell shown in FIG. 1 may also operate in a non-volatile data storage mode. In this mode of operation, the floating gate F
By inducing a charge difference on GI and FG2, data is stored as non-volatile data. Initially, the power supply voltages SS and VDD are kept at Opol and +5 volts, respectively,
Data is written into the cells in a manner similar to that described above for volatile data storage.

不揮発性データ記憶モードは次の例で理解される。揮発
性データ記憶モードでセル内に書き込まれたデータはノ
ードN1をH(電tt電圧VDDに近い)にし、かつ、
ノードN2をL(電源電圧■SSに近い)にするものと
仮定する。ノードN1はインバー4の制御電極C2に直
接接続されているので、ノードN1がHであると、制御
電極C2もHになってトランジスタT4が導通してON
になる。同様に、ノードN2がしであると、インバータ
2の制御電極C1はLになり、トランジスタT2はOF
F状態に保持される。この段階では、データはメモリセ
ルのラッチ回路の状態によって揮発性データとして記憶
される。電源電圧vDDが+5ボルトから例えば+15
ボルトの書き込み電圧VRまで上昇させられると、ノー
ドN1における電圧もほとんど+15ボルトまで上昇す
る。制御電極C1がL(ノードN2に接続されているの
でほとんどOボルト)であるときは、フローティングゲ
ートFGIもしになる。それ故、+15ボルトの書き込
み電圧の大部分はインバータ2のトンネル酸化物領[T
R1を横切って現われ、ノードN1がフローティングゲ
ートFG1に対して正になる。トンネル酸化物領域TR
1を横切って現われる書き込み電圧VRは領域TRにお
けるトンネリングを誘起するのに十分であり、従って正
電荷がインバータ2の70−テイングゲートFGIに移
動させられる。
Non-volatile data storage mode is understood in the following example. Data written into the cell in volatile data storage mode causes node N1 to be H (close to voltage tt voltage VDD), and
Assume that node N2 is set to L (close to power supply voltage SS). Since the node N1 is directly connected to the control electrode C2 of the inverter 4, when the node N1 is high, the control electrode C2 also becomes high, and the transistor T4 conducts and turns on.
become. Similarly, when node N2 is on, the control electrode C1 of inverter 2 becomes L, and transistor T2 becomes OF.
It is held in the F state. At this stage, data is stored as volatile data depending on the state of the latch circuit of the memory cell. For example, if the power supply voltage vDD is +5 volts to +15
When raised to the write voltage VR of volts, the voltage at node N1 also rises to almost +15 volts. When the control electrode C1 is at L (almost 0 volts since it is connected to the node N2), the floating gate FGI also becomes low. Therefore, most of the +15 volt write voltage is applied to the tunnel oxide region of inverter 2 [T
appears across R1, making node N1 positive with respect to floating gate FG1. Tunnel oxide region TR
The write voltage VR appearing across 1 is sufficient to induce tunneling in the region TR, so that positive charges are transferred to the 70-ting gate FGI of the inverter 2.

インバータ4のノードN2はほとんど0ボルトに近いし
であり、またノードN1はHであるので、制御電極C2
もHである。従ってトランジスタT4はONに保たれ、
トランジスタT3はOFFに保たれる。給電電圧VDD
が書き込み電圧VRまで上昇させられ、即ち+5ボルト
から+15ボルトになると、ノードN2はOボルトの付
近に留まるが、制御電極C2及びフローティングゲート
FG2は、制御電極C2がノードN1に接続されるので
、はとんど書き込み電圧VR(+15ボルト)にまで昇
圧する。それ故+15ボルトの書き込み電圧VRがほと
んどそのままインバータ4のトンネル酸化物領f!TR
2を横切って現れ、ノードN2をフローティングゲート
FG2に対して負にする。トンネル酸化物領域TR2を
横切って現われるこの電圧は、領域TR2におけるトン
ネリングを誘起するのに十分であり、従って負電荷がフ
ローティングゲートFG2に移動させられる。
Since the node N2 of the inverter 4 is almost close to 0 volts and the node N1 is H, the control electrode C2
is also H. Therefore, transistor T4 is kept ON,
Transistor T3 is kept OFF. Power supply voltage VDD
When is raised to the write voltage VR, i.e. from +5 volts to +15 volts, node N2 remains near O volts, but control electrode C2 and floating gate FG2 are connected to node N1, so that control electrode C2 is connected to node N1. is almost raised to the write voltage VR (+15 volts). Therefore, the write voltage VR of +15 volts is almost unchanged in the tunnel oxide region f! of inverter 4! T.R.
2, making node N2 negative with respect to floating gate FG2. This voltage appearing across tunnel oxide region TR2 is sufficient to induce tunneling in region TR2, thus causing negative charge to be transferred to floating gate FG2.

トンネル酸化物領域下R1とTR2のそれぞれを横切っ
て現われる電圧は実質的に等しいが、その極性が反対で
あることがわかる。トンネル酸化物領域TR1とTR2
とが実質的に等しい電荷移動効率を有するとすれば、7
0−テイングゲートFG1とFG2に蓄積される電荷は
、極性は反対であるが大きさが実質的に等しいので、そ
れによりラッチ回路の各々の側に対称なしきい値電圧シ
フトを生じる。メモリセルのラッチ回路の各々の側で相
補的なデータを記憶することによって、後述するように
、不揮発性の記憶データの呼び出し中における差動感知
が蓄積電荷の非常に小さな不等性をセルに識別させるこ
とを可能にならしめ、それによりセルの耐久性と記憶能
力を高めている。
It can be seen that the voltages appearing across each of the tunnel oxide regions R1 and TR2 are substantially equal, but of opposite polarity. Tunnel oxide regions TR1 and TR2
have substantially equal charge transfer efficiency, then 7
The charges stored in the 0-ting gates FG1 and FG2 are of opposite polarity but substantially equal in magnitude, thereby producing a symmetrical threshold voltage shift on each side of the latch circuit. By storing complementary data on each side of the memory cell's latch circuit, differential sensing during recall of non-volatile stored data allows very small disparities in stored charge to be applied to the cells, as described below. This makes it possible to identify the cell, thereby increasing the durability and memory capacity of the cell.

電荷はフローティングゲートFG1とFG2上に保持さ
れるのでセルに書き込まれたデータは不揮発性データと
して記憶される。さらに、フローティングゲートFG1
とFG2上に電荷として蓄積された不揮発性データは、
前述の揮発性データ保持モードにおいて、メモリセルの
次の動作の間保持される。
Since charge is held on floating gates FG1 and FG2, data written to the cell is stored as non-volatile data. Furthermore, floating gate FG1
The non-volatile data stored as charge on FG2 is
In the aforementioned volatile data retention mode, data is retained during the next operation of the memory cell.

不揮発性データがフローティングゲートFG1とFG2
上に保持されている間にセルを揮発性データ記憶モード
で用いることが要求される場合、電源電圧vSSは0ボ
ルトに保持され、また電源電圧vDDは+15ボルトの
書き込み電圧VRからその最初のレベルである+5ボル
トまで下げられる。今度は前述のように、アクセストラ
ンジスタT5とT6を可能化することにより、揮発性デ
−夕をセルに書き込んだり、あるいはそれをセルから呼
び出したりすることができる。この動作モードの間、ト
ンネル酸化物層[TR1とTR2を横切って現われ得る
最大電位は+5ボルトにあるVDDであってそれはトン
ネル酸化物領域TR1とTR2におけるトンネリングを
誘起するには不十分な電圧である。それ故、70−テイ
ングゲートFG1とFG2上にあって不揮発性データを
表わす電荷は揮発性データ記憶の動作モードの間保持さ
れる。
Non-volatile data is sent to floating gates FG1 and FG2
If the cell is required to be used in volatile data storage mode while being held on, the supply voltage vSS is held at 0 volts and the supply voltage vDD is increased from the write voltage VR of +15 volts to its initial level. It can be lowered to +5 volts. Now, as previously described, volatile data can be written to or read from the cell by enabling access transistors T5 and T6. During this mode of operation, the maximum potential that can appear across the tunnel oxide layers [TR1 and TR2 is VDD, which is at +5 volts, which is insufficient to induce tunneling in the tunnel oxide regions TR1 and TR2. be. Therefore, the charge on the 70-signal gates FG1 and FG2 representing non-volatile data is retained during the volatile data storage mode of operation.

電源電圧が中断される場合、電圧VDDと■SSはOボ
ルトである。セル内の唯一の電位はデータネ揮発性記憶
によりもたらされる、フローティングゲートFGIとF
G2上に蓄積された低電圧電荷である。これらの電圧は
トンネル酸化物領域TR1とTR2におけるトンネリン
グを誘起するのに必要な電圧よりはるかに低く、従って
またフローティングFG1とFG2からの電荷の漏洩は
、それらが非常に良い絶縁体である酸化物層内に包含さ
れるので、きわめて小さい。
When the power supply voltage is interrupted, the voltages VDD and SS are O volts. The only potential in the cell is provided by the data storage, floating gates FGI and F.
This is the low voltage charge stored on G2. These voltages are much lower than the voltages required to induce tunneling in the tunnel oxide regions TR1 and TR2, and therefore the leakage of charge from the floating FG1 and FG2 is also limited by the oxides in which they are very good insulators. Since it is contained within the layer, it is extremely small.

不揮発性データを呼び出すために、電源電圧VDDと■
SSはメモリセルに戻される。フローティングゲートF
G1とFG2における電荷の差分としてたくわえられた
不揮発性データは各フローティングゲート上の電荷の極
性に依ってMOSトランジスタのチャネル領域内の半導
体基板表面から電子をはね返したり、または、ひき寄せ
たりする作用を有することになる。例えば、不揮発性デ
ータ記憶に関して上述したところの、フローティングゲ
ートFG1が正電荷を蓄積し、フローティングゲートF
G2が負電荷を蓄積している例を考えてみよう。
In order to recall non-volatile data, the power supply voltage VDD and ■
SS is returned to the memory cell. floating gate F
The nonvolatile data stored as the difference between the charges in G1 and FG2 has the effect of repelling or attracting electrons from the surface of the semiconductor substrate in the channel region of the MOS transistor depending on the polarity of the charges on each floating gate. will have. For example, as described above with respect to non-volatile data storage, floating gate FG1 accumulates positive charge and floating gate F
Consider an example where G2 is accumulating negative charge.

フローティングゲートFGIが正電荷を蓄積しているの
で、トランジスタT1とT2のしきい値電圧はNチャネ
ル装置であるトランジスタT2より蟲いしきい値電圧を
有するPチャネル装@TIに関して負にシフトされる。
Since the floating gate FGI stores positive charge, the threshold voltages of transistors T1 and T2 are shifted negatively with respect to the P-channel device @TI, which has a lower threshold voltage than the N-channel device, transistor T2.

フローティングゲートFG2は負電荷を蓄積しているの
で、トランジスタT3とT4のしきい値電圧はNチャネ
ル装置であるトランジスタT4より低いしきい値電圧を
有するPチャネル装置であるトランジスタT3に関して
正にシフトされる。
Since floating gate FG2 is storing negative charge, the threshold voltages of transistors T3 and T4 are shifted positively with respect to transistor T3, which is a P-channel device, having a lower threshold voltage than transistor T4, which is an N-channel device. Ru.

電源電圧VDDが+5ボルトに向かって上昇すると、ト
ランジスタT3はトランジスタT1より先に閉路を開始
する。なぜなら、トランジスタT3のしきい値電圧がト
ランジスタT1のそれよりも低いからである。この結果
、ノードN2における電圧はノードN1における電圧よ
り速く上昇し、ノードN2がトランジスタT2の1ll
t11電極に接続されているため、トランジスタT4よ
り先にトランジスタT2をスイッチオンさせることにな
る。このような事態はトランジスタT4より低いしきい
値電圧を有するトランジスタT2により強められる。こ
の不均衡がメモリセル内にノードN2がほぼ電源電圧V
DDはどに高く、またノードN1がほぼ電源電圧■SS
はとに低くて最初に記憶されたデータと道になって安定
状態の獲得をもたらす。              
      4゜ノードN1とN2における呼び出され
た不揮発性データはアクセストランジスタT5とT6を
可能化することによって読み出し可能であり、またイン
バータ(図には示されていない)を通過させることによ
りその真の状態に戻すことができる。
As the supply voltage VDD rises towards +5 volts, transistor T3 begins to close before transistor T1. This is because the threshold voltage of transistor T3 is lower than that of transistor T1. As a result, the voltage at node N2 rises faster than the voltage at node N1, causing node N2 to rise faster than the voltage at node N1.
Since it is connected to the t11 electrode, the transistor T2 is switched on before the transistor T4. This situation is enhanced by transistor T2 having a lower threshold voltage than transistor T4. This imbalance causes the node N2 in the memory cell to be close to the power supply voltage V.
How high is DD, and node N1 is almost at the power supply voltage ■SS
The data is initially memorized and the path becomes low, resulting in the acquisition of a stable state.
4° The recalled non-volatile data at nodes N1 and N2 can be read by enabling access transistors T5 and T6 and their true state can be read by passing through an inverter (not shown). can be returned to.

〈発明の効果〉 以上の説明から理解されるように、本発明によれば次の
特有の効果がもたらされる。すなわち、本発明によるメ
モリセルは記憶の揮発性モードおよび不揮発性モードを
提供するとともに、その操作がきわめて簡単である。ま
た、従来の揮発性スタティックRAMセルに比較して何
ら付加的な制御ラインを必要としない。さらに本発明の
メモリセルはその配列が単純であるので、集積回路装置
において、従来の揮発性CMO8RAMセルよりごくわ
ずかしか大きくない領域内に作製可能である。
<Effects of the Invention> As understood from the above description, the present invention provides the following unique effects. That is, the memory cell according to the present invention provides volatile and non-volatile modes of storage and is extremely simple to operate. Also, no additional control lines are required compared to conventional volatile static RAM cells. Furthermore, the simple arrangement of the memory cell of the present invention allows it to be fabricated in an integrated circuit device in only a fraction of the area larger than a conventional volatile CMO8 RAM cell.

本発明を特定実施例に関して記述したが修正は本発明の
範囲内で果たし得ることを理解されたい。
Although the invention has been described with respect to specific embodiments, it will be understood that modifications may be made within the scope of the invention.

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

第1図は本発明によるメモリセルの実施例を示す概略的
な線図、第2図は第1図に例示されたメモリセルの1つ
のインバータに関する概略的な断面図である。 図面の簡単な説明: 2.4・・・インバータ、 6.8・・・相補形トランジスタ、 10・・・酸化物層、 12・・・フローティングゲート、 14・・・制御電極、 16・・・トンネル酸化物領域、 B、B・・・ビットライン C1、C2・−aillla電極、 FG1、FG2・・・フローティングゲート、T1.T
2・・・インバータ2のトランジスタ対、T3.T4・
・・インバータ4のトランジスタ対、T5.T6・・・
アクセストランジスタ、W・・・ワードライン
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a memory cell according to the invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one inverter of the memory cell illustrated in FIG. Brief description of the drawings: 2.4... Inverter, 6.8... Complementary transistor, 10... Oxide layer, 12... Floating gate, 14... Control electrode, 16... Tunnel oxide region, B, B...Bit line C1, C2.-ailla electrode, FG1, FG2... Floating gate, T1. T
2...Transistor pair of inverter 2, T3. T4・
... Transistor pair of inverter 4, T5. T6...
Access transistor, W...word line

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2つのインバータを含み、各々のインバータは1
対の相補形金属酸化物シリコントランジスタを有してい
る揮発性および不揮発性データ記憶のためのメモリセル
であつて:前記2つのインバータ(2、4)の各々は、
拡散制御電極(14)と該インバータの該相補形トラン
ジスタ(6、8)に共通なフローティングゲート(12
)とを有し、前記2つのインバータ(2、4)は、その
一方のインバータの該相補形トランジスタ間にあつて他
方のインバータの制御電極(C2、C1)に結合された
ノード(N1、N2)で交差結合され、それによつて該
インバータのフローティングゲート(FG1、FG2)
上の不揮発性データの差動感知が達成されることを特徴
とするメモリセル。
(1) Contains two inverters, each inverter is one
A memory cell for volatile and non-volatile data storage comprising a pair of complementary metal oxide silicon transistors: each of said two inverters (2, 4) comprising:
a floating gate (12) common to the diffusion control electrode (14) and the complementary transistors (6, 8) of the inverter;
), and the two inverters (2, 4) have a node (N1, N2) between the complementary transistors of one of the inverters and coupled to the control electrode (C2, C1) of the other inverter. ), whereby the floating gates (FG1, FG2) of the inverter
A memory cell characterized in that differential sensing of non-volatile data on the memory cell is achieved.
(2)特許請求の範囲第1項記載のメモリセルであつて
:前記の各インバータ(2、4)に関して、その制御電
極(14)が半導体層内に拡散されていること;そして
、そのフローティングゲート(12)は、酸化物層(1
0)内で該制御電極(14)と該トランジスタ(6、8
)上に延在するように配置されているが、トンネル領域
(16、18)によつて該制御電極(14)から分離さ
れており、そして該トンネル領域はそこを通つて電荷移
動を許容するようにその寸法決めがなされていること;
さらに、該制御電極(14)と該フローティングゲート
(12)は、それらの間の容量結合が該フローティング
ゲート(12)と該トランジスタ(6、8)のドレイン
領域との間の容量結合より比較的に大きくなるように配
置されていること;を特徴とする前記のメモリセル。
(2) A memory cell according to claim 1, wherein: for each of the inverters (2, 4), its control electrode (14) is diffused in the semiconductor layer; and its floating The gate (12) consists of an oxide layer (1
0) and the control electrode (14) and the transistors (6, 8
) arranged to extend over the control electrode (14) but separated from the control electrode (14) by a tunnel region (16, 18), the tunnel region permitting charge transfer therethrough. Its dimensions must be determined as follows;
Furthermore, the control electrode (14) and the floating gate (12) are such that the capacitive coupling between them is relatively greater than the capacitive coupling between the floating gate (12) and the drain region of the transistor (6, 8). The memory cell described above is arranged such that the size of the memory cell increases.
(3)特許請求の範囲第2項記載のメモリセルにおいて
:該フローティングゲート(12)と該制御電極(14
)との間の容量結合および該フローティングゲート(1
2)と該ドレイン領域との間の容量結合は、データの不
揮発性記憶を可能にするために、約10ボルトを超える
電圧がこのメモリセルに印加されるとき、フローティン
グゲート(12)への電荷移動が誘起し得るようになさ
れていること、を特徴とする前記のメモリセル。
(3) In the memory cell according to claim 2: the floating gate (12) and the control electrode (14).
) and the floating gate (1
2) and the drain region reduces the charge on the floating gate (12) when a voltage of more than about 10 volts is applied to this memory cell to enable non-volatile storage of data. The memory cell described above is configured such that movement can be induced.
(4)特許請求の範囲第2項または第3項記載のメモリ
セルにおいて、該トンネル領域(16、18)が20オ
ングストロムないし100オングストロムの範囲の厚さ
を有すること、を特徴とする前記のメモリセル。
(4) A memory cell according to claim 2 or 3, characterized in that the tunnel region (16, 18) has a thickness in the range from 20 angstroms to 100 angstroms. memory cells.
(5)特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか1
つに記載されたメモリセルであつて、前記のフローティ
ングゲート(12)がポリシリコンを含んで成ること、
を特徴とする前記のメモリセル。
(5) Any one of claims 1 to 4
2, wherein the floating gate (12) comprises polysilicon;
The aforementioned memory cell characterized by:
(6)特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれかの
1つに記載されたメモリセルであつて、各インバータ(
2、4)に関して、該インバータにデータを供給するた
めの1つのビットライン(B、B)、ならびに、該ビッ
トライン(B、B)を該インバータ(2、4)の相補形
トランジスタ(T1、T2、T3、T4)間のノード(
N1、N2)に結合するための1つのアクセストランジ
スタ(T5、T6)、により特徴付けられている前記の
メモリセル。
(6) A memory cell according to any one of claims 1 to 5, wherein each inverter (
2, 4), one bit line (B, B) for supplying data to the inverter, and the bit line (B, B) connected to the complementary transistors (T1, T1, B) of the inverter (2, 4). T2, T3, T4) between nodes (
said memory cell characterized by one access transistor (T5, T6) for coupling to N1, N2).
JP60199302A 1984-09-08 1985-09-09 Memory cell Pending JPS61122999A (en)

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