KR20070086719A - Semiconductor device and operation control method for same - Google Patents

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KR20070086719A KR1020077014678A KR20077014678A KR20070086719A KR 20070086719 A KR20070086719 A KR 20070086719A KR 1020077014678 A KR1020077014678 A KR 1020077014678A KR 20077014678 A KR20077014678 A KR 20077014678A KR 20070086719 A KR20070086719 A KR 20070086719A
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inversion gate
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마사루 이아노
히데키 아라카와
히데히코 시라이와
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스펜션 엘엘씨
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Abstract

A semiconductor device includes an inversion gate for electrically connecting an inversion layer to a global bit line by forming the inversion layer, which is to be a local bit line, on a semiconductor substrate, and a memory cell which uses the inversion layer as a source and drain. Thus, since the inversion gate can be operated as a sector transistor, there is no need for providing an extra sector transistor. Since an area for the sector transistor can be reduced, increase of a circuit area can be suppressed. Further, at the time of erasing, electrons injected to the memory cell may be extracted to the semiconductor substrate side by using FN tunnel effects. At the time of erasing, the electrons injected to the memory cell may be extracted to a word line side by using the FN tunnel effects. At the time of erasing, the electrons injected to the memory cell may be extracted from the inversion gate by using the FN tunnel effects.

Description

반도체 장치 및 그 동작 제어 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPERATION CONTROL METHOD FOR SAME}Semiconductor device and its operation control method {SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPERATION CONTROL METHOD FOR SAME}

본 발명은 반도체 장치 및 그 동작 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and an operation control method thereof.

정보를 기억하는 기능을 가진 메모리에 있어서, 전원을 꺼도 계속 기억하는 메모리로서 비휘발성 메모리가 있다. 리라이트(rewrite) 가능한 비휘발성 메모리로서는 플래시 메모리가 있다. 이러한 플래시 메모리에서는 플로팅 게이트가 설치되어 있고, 이 플로팅 게이트에 대한 전자의 주입·인출(drawing out)에 의하여, 써넣기나 소거를 할 수 있게 되어 있다. 플래시 메모리에 관한 종래 기술로서 이하와 같은 것이 제안되어 있다.In a memory having a function of storing information, there is a nonvolatile memory that continues to be stored even when the power is turned off. A nonvolatile memory that can be rewritten is a flash memory. In such a flash memory, a floating gate is provided, and writing and erasing can be performed by injection and drawing out of electrons to and from the floating gate. The following are proposed as a prior art regarding a flash memory.

비특허 문헌 1은 플로팅 게이트를 사용한 확산층이 없는 AG-AND형의 플래시 메모리에 관한 것이다. 도 1은 90-nm-node의 AG-AND 플래시 메모리의 메모리 어레이의 평면도이다. 도 2(a)는 프로그램할 때의 전압 조건을 나타내는 단면도이고, (b)는 판독할 때의 전압 조건을 나타내는 단면도이다. 도 3은 AG-AND의 어레이 구성을 나타내는 도면이다.Non-Patent Document 1 relates to an AG-AND type flash memory without a diffusion layer using a floating gate. Figure 1 is a plan view of a memory array of AG-AND flash memory of 90-nm-node. Fig. 2 (a) is a cross sectional view showing a voltage condition at the time of programming, and (b) is a cross sectional view showing a voltage condition at the time of reading. 3 is a diagram illustrating an array configuration of AG-AND.

어시스트 게이트(Assist gate)(AG0 내지 AG3)는 실리콘 기판상에 배치되어 있다. 이 어시스트 게이트(AG0 내지 AG3) 아래의 기판에 반전층(inversion layer)(채널(channel))이 형성된다. 따라서, 확산층이 존재하지 않는다. 워드 라인(WL)은 어시스트 게이트(AG)에 대하여 수직 방향으로 뻗어 있다. 프로그램 동작에서는 도 2(a)에 나타난 바와 같이, 0, 5, 1 및 8V의 전압이 어시스트 게이트(AG0, AG1, AG2 및 AG3)에 각각 공급된다. 선택된 셀의 워드 라인(WL)에 18V의 전압이 공급된다.Assist gates AG 0 to AG 3 are disposed on the silicon substrate. This assist gate (AG 0 To AG 3 ) an inversion layer (channel) is formed on the substrate underneath. Thus, no diffusion layer is present. The word line WL extends in a direction perpendicular to the assist gate AG. In the program operation, as shown in FIG. 2A, voltages of 0, 5, 1, and 8V are supplied to the assist gates AG 0 , AG 1 , AG 2, and AG 3 , respectively. A voltage of 18V is supplied to the word line WL of the selected cell.

5V가 인가되는 어시스트 게이트(AG)의 아래에 소스가 되는 채널이 형성된다. 8V가 인가된 어시스트 게이트(AG) 아래에 드레인이 되는 채널이 형성된다. 1V가 인가되는 어시스트 게이트(AG) 아래의 채널은 약해지고, 그래서 플로팅 게이트(FG)와의 경계에서의 전계(electric field)는 강하게 되고 동시에 전류가 억제된다. 5V가 인가된 어시스트 게이트(AG)의 좌측의 어시스트 게이트에는 0V를 인가하여 채널을 컷 오프(cut off)함으로써 전류가 흐르지 않게 하고 있다.A channel serving as a source is formed under the assist gate AG to which 5V is applied. A drain channel is formed under the assist gate AG to which 8V is applied. The channel under the assist gate AG to which 1V is applied is weakened, so that the electric field at the boundary with the floating gate FG becomes strong and at the same time the current is suppressed. 0V is applied to the assist gate on the left side of the assist gate AG to which 5V is applied to cut off the channel so that no current flows.

소스로부터의 전자의 흐름은 어시스트 게이트(AG1) 아래의 채널, 셀의 플로팅 게이트(FG), 어시스트 게이트(AG2), 선택된 셀의 플로팅 게이트(FG), 어시스트 게이트(AG3)를 통하여 순차적으로 진행되고, 1V가 인가된 어시스트 게이트(AG) 아래와 드레인측의 플로팅 게이트의 경계의 전계가 강하기 때문에 핫 일렉트론(hot electrons)이 선택된 셀의 플로팅 게이트에 주입된다.The flow of electrons from the source is sequentially through the channel under the assist gate AG 1 , the floating gate FG of the cell, the assist gate AG 2 , the floating gate FG of the selected cell, and the assist gate AG 3 . Since the electric field at the boundary of the floating gate under the assist gate AG to which 1V is applied is strong, hot electrons are injected into the floating gate of the selected cell.

판독 동작에서는, 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 해당 플로팅 게이트의 양측 의 어시스트 게이트(AG)에 5V의 전압을 인가함으로써, 어시스트 게이트(AG) 아래에 채널을 형성하고, 한쪽을 소스, 다른 한쪽을 드레인으로서 사용함으로써 해당 플로팅 게이트(FG)의 판독이 실행된다.In the read operation, as shown in Fig. 2B, by applying a voltage of 5 V to the assist gates AG on both sides of the floating gate, a channel is formed under the assist gate AG, one of which is the source and the other. By using one side as a drain, reading of the floating gate FG is performed.

특허 문헌 1은 SONOS형 메모리 셀에 의한 AG-AND형 플래시 메모리에 관한 것이다. 이것에는 소스 또는 드레인이 되는 2개의 확산 영역의 사이에 2개의 어시스트 게이트를 설치하고, 그 어시스트 게이트 사이에 SONOS형 메모리 셀이 형성되어 있다. 소스, 드레인을 바꾸어 넣음으로써, 메모리 셀의 어시스트 게이트 부근의 2 부분의 질화막(nitride film) 영역에 전자를 트랩(trap)시키고, 2 비트 기억이 동시에 가능한 것이 나타나 있다.Patent document 1 relates to an AG-AND type flash memory using a SONOS type memory cell. Two assist gates are provided between two diffusion regions serving as a source or a drain, and a SONOS type memory cell is formed between the assist gates. By changing the source and the drain, it has been shown that electrons are trapped in the nitride film region of two portions near the assist gate of the memory cell, and two-bit storage can be simultaneously performed.

비특허 문헌 1 : Y.Sasago 외., 90-nm-node multi-level AG-AND type flash memory with cell size of true 2F2/bit and programming throughput of 10MB/s, Dec.2003, Technical Digest, pp.823-826.Non Patent Literature 1: Y. Sasago et al., 90-nm-node multi-level AG-AND type flash memory with cell size of true 2F2 / bit and programming throughput of 10 MB / s, Dec. 2003, Technical Digest, pp. 823-826.

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 번호 2001-156275호Patent Document 1: Japanese Patent Application Publication No. 2001-156275

그러나, 상기 종래의 AG-AND형의 플래시 메모리에서는 로컬 비트(local bit)와 글로벌 비트(global bit)(DLm -3 내지 DLm +2)를 접속하기 위하여, 선택 게이트 라인에 접속된 섹터 트랜지스터(SecTor Transistor, ST Tr)가 필요하기 때문에, 회로 면적이 증대되는 문제가 있었다. 또한, 특허 문헌 1의 기술에서는 소스, 드레인이 확산층에 형성되기 때문에 메모리 어레이 영역이 증대되는 문제가 있었다.However, in the conventional AG-AND type flash memory, a sector transistor connected to a selection gate line in order to connect a local bit and a global bit (DL m -3 to DL m +2 ). Since (SecTor Transistor, ST Tr) is required, there is a problem that the circuit area is increased. In addition, in the technique of Patent Document 1, since the source and the drain are formed in the diffusion layer, there is a problem that the memory array region is increased.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있는 반도체 장치 및 그 동작 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device and an operation control method thereof capable of suppressing an increase in circuit area.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판과, 워드 라인과, 글로벌 비트 라인과, 상기 반도체 기판에 로컬 비트 라인이 되는 반전층을 형성하여 상기 반전층을 상기 글로벌 비트 라인에 전기적으로 접속하는 반전 게이트와, 상기 반전층을 소스 및 드레인으로서 사용하는 메모리 셀을 포함하는 반도체 장치이다. 본 발명에 의하면, 반전 게이트가 섹터 트랜지스터의 기능을 할 수 있기 때문에, 섹터 트랜지스터를 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 섹터 트랜지스터를 위한 영역을 축소할 수 있다. 따라서, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 어레이 사이즈를 가능한 한 작게 하기 위한 디코딩 회로(decoding circuit)를 포함하는 어레이 구조를 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention forms a semiconductor substrate, a word line, a global bit line, and an inversion layer that becomes a local bit line on the semiconductor substrate to electrically connect the inversion layer to the global bit line. A semiconductor device including an inversion gate and a memory cell using the inversion layer as a source and a drain. According to the present invention, since the inversion gate can function as a sector transistor, there is no need to provide a sector transistor. For this reason, the area | region for a sector transistor can be reduced. Therefore, increase in circuit area can be suppressed. In this way, an array structure including a decoding circuit for making the array size as small as possible can be provided.

상기 반전층은 금속 배선을 통하여 상기 글로벌 비트 라인에 접속되는 것이 바람직하다. 상기 메모리 셀은 인접하는 상기 반전 게이트들 사이에 형성된다. 본 발명은 상기 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 써넣기 또는 소거를 실행하는 메모리 셀을 선택하는 선택 회로를 추가로 포함한다. 상기 반전 게이트는, 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 상기 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치되는 제 3 반전 게이트를 포함하고, 써넣기 시에, 상기 제 1 내지 제 3 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 써넣기를 실시하는 메모리 셀을 선택하는 선택 회로를 추가로 포함한다.Preferably, the inversion layer is connected to the global bit line through a metal wiring. The memory cell is formed between adjacent inversion gates. The present invention further includes a selection circuit for selecting a memory cell for supplying a predetermined voltage to the inversion gate to write or erase. The inversion gate may include a first inversion gate forming an inversion layer serving as a source, a second inversion gate forming an inversion layer serving as a drain, and a third provided between the first inversion gate and the second inversion gate. And an inversion gate, and further comprising a selection circuit for selecting a memory cell to write by supplying a predetermined voltage to the first to third inversion gates at the time of writing.

상기 선택 회로는 써넣기 시에, 상기 제 3 반전 게이트에 상기 반도체 기판 중의 소스 및 드레인 사이에 형성되는 채널 영역 중, 상기 제 3 반전 게이트 아래의 채널 영역을 작게 형성하기 위한 전압을 공급하는 것이 바람직하다. 기술적으로는 반전 게이트의 트랜지스터를 약간 턴온(turn on) 시킴으로써, 반도체 기판 중의 소스 및 드레인 사이에 형성되는 채널 영역 중에서 제 3 반전 게이트 아래의 채널 영역을 작게 형성할 수 있다.Preferably, the selection circuit supplies a voltage to the third inversion gate to form a smaller channel region under the third inversion gate among the channel regions formed between the source and the drain in the semiconductor substrate. . Technically, by slightly turning on the transistor of the inversion gate, the channel region under the third inversion gate can be made small among the channel regions formed between the source and the drain in the semiconductor substrate.

상기 반전 게이트는, 또한 상기 제 1 반전 게이트로부터 보아 제 3 반전 게이트와는 반대측의 위치에 설치된 제 4 반전 게이트를 포함하고, 상기 선택 회로는 써넣기 시에, 상기 제 4 반전 게이트에 반도체 기판 중에 형성되는 채널을 컷(cut)하기 위한 전압을 공급하는 것이 바람직하다. 기술적으로는, 반전 게이트의 트랜지스터를 턴오프(turn off) 시킴으로써, 제 4 반전 게이트에 반도체 기판 중에 형성되는 채널을 컷할 수 있다. 본 발명은 써넣기 시에, 상기 반전층에 써넣기 전압을 공급하는 써넣기 전압 공급 회로를 추가로 포함한다. 본 발명은 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 상기 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 전압 공급 회로를 추가로 포함한다. 이때, 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압은 음의(negative) 전압인 것이 바람직하다.The inversion gate further includes a fourth inversion gate disposed at a position opposite to the third inversion gate when viewed from the first inversion gate, wherein the selection circuit is formed in the semiconductor substrate in the fourth inversion gate upon writing. It is desirable to supply a voltage for cutting the channel to be cut. Technically, the channel formed in the semiconductor substrate in the fourth inversion gate can be cut by turning off the transistor of the inversion gate. The present invention further includes a write voltage supply circuit for supplying a write voltage to the inversion layer when writing. The present invention further includes a voltage supply circuit for supplying the word line with a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the semiconductor substrate side using an FN tunnel effect during erasing. At this time, the voltage for drawing out to the semiconductor substrate side is preferably a negative voltage.

본 발명은 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 워드 라인측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 전압 공급 회로를 추가로 포함한다. 본 발명은 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 인출하기 위한 전압을 상기 반전 게이트에 공급하는 전압 공급 회로를 추가로 포함한다. 본 발명은 복수 라인의 상기 글로벌 비트 라인으로 이루어지는 칼럼 세트(column sets)(i)를 복수 개 가지고, 공통의 선택 신호(C)에 의하여 상기 칼럼 세트 내의 소정의 글로벌 비트 라인을 각각 대응하는 페이지 버퍼(page buffer)(60-i)에 접속하는 디코더(decoder)를 추가로 포함한다.The present invention further includes a voltage supply circuit for supplying the word line with a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the word line side using the FN tunnel effect during erasing. The present invention further includes a voltage supply circuit for supplying a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the inverted gate during erasing using the FN tunnel effect. The present invention has a plurality of column sets (i) consisting of a plurality of global bit lines, and a page buffer corresponding to a predetermined global bit line in the column set by a common selection signal C, respectively. and a decoder connected to the page buffer 60-i.

상기 반전층은 복수의 메모리 셀에서 공유된다. 상기 메모리 셀은 상기 반전 게이트 사이의 절연막의 양단에 1비트씩 기억시킴으로써 1셀당 2비트를 기억한다. 상기 메모리 셀은 SONOS형인 것이 바람직하다. 상기 반도체 장치는 반도체 기억 장치인 것이 바람직하다.The inversion layer is shared by a plurality of memory cells. The memory cell stores two bits per cell by storing one bit at each end of the insulating film between the inversion gates. The memory cell is preferably of the SONOS type. It is preferable that the semiconductor device is a semiconductor memory device.

본 발명은 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 로컬 비트 라인이 되는 반전층을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 반전층을 글로벌 비트 라인에 전기적으로 접속하는 제 1 단계와, 워드 라인을 선택하는 제 2 단계를 포함하는 방법이다. 본 발명에 의하면, 반전 게이트를 섹터 트랜지스터와 같이 작동시킬 수 있기 때문에, 섹터 트랜지스터를 설치할 필요가 없다. 이 때문에, 섹터 트랜지스터를 위한 영역을 축소할 수 있다. 따라서, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 어레이 사이즈를 가능한 한 작게 하기 위한 디코드 회로를 포함하는 어레이 구조를 제공할 수 있다.The present invention provides a first step of electrically connecting the inversion layer to a global bit line by supplying a predetermined voltage to an inversion gate to form an inversion layer that becomes a local bit line on a semiconductor substrate, and a second step of selecting a word line. It includes a method. According to the present invention, since the inverting gate can be operated like a sector transistor, there is no need to provide a sector transistor. For this reason, the area | region for a sector transistor can be reduced. Therefore, increase in circuit area can be suppressed. In this way, an array structure including a decode circuit for making the array size as small as possible can be provided.

상기 반전 게이트는 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와, 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치된 제 3 반전 게이트를 포함하고, 상기 제 1 단계는 써넣기 시에, 소정의 전압을 상기 제 1 내지 제 3 반전 게이트에 공급한다. 상기 제 1 단계는 상기 제 3 반전 게이트에 상기 반도체 기판 중의 소스 및 드레인 사이에 형성되는 채널 영역 중 상기 제 3 반전 게이트 아래의 채널 영역을 작게 형성하기 위한 전압을 공급하는 단계를 포함한다.The inversion gate includes a first inversion gate forming an inversion layer serving as a source, a second inversion gate forming an inversion layer serving as a drain, and a third inversion gate disposed between the first inversion gate and the second inversion gate. Wherein the first step supplies a predetermined voltage to the first to third inverted gates upon writing. The first step includes supplying a voltage to the third inverted gate to form a smaller channel region under the third inverted gate among channel regions formed between the source and the drain in the semiconductor substrate.

상기 반전 게이트는, 또한 상기 제 1 반전 게이트로부터 보아 제 3 반전 게이트와는 반대의 위치에 설치된 제4 반전 게이트를 포함하고, 상기 제1 단계는 써넣기 시에, 상기 반도체 기판에 형성되는 채널을 컷하기 위한 전압을 상기 제 4 반전 게이트에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 반전 게이트는 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와, 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치된 제 3 반전 게이트를 포함하고, 써넣기 시에 상기 제 3 반전 게이트의 양단의 절연막에 1비트씩 기억시키는 단계를 포함한다.The inversion gate further includes a fourth inversion gate disposed at a position opposite to the third inversion gate when viewed from the first inversion gate, wherein the first step cuts a channel formed in the semiconductor substrate upon writing. And supplying a voltage to the fourth inversion gate. The inversion gate includes a first inversion gate forming an inversion layer serving as a source, a second inversion gate forming an inversion layer serving as a drain, and a third inversion gate disposed between the first inversion gate and the second inversion gate. And storing the bit by bit in the insulating film at both ends of the third inversion gate during writing.

본 발명은 써넣기 시에 상기 글로벌 비트 라인을 통하여, 써넣기 전압을 상기 반전층에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 본 발명은 소거 시에 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 상기 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 이때, 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압은 음의 전압인 것이 바람직하다.The invention further includes the step of supplying a write voltage to the inversion layer through the global bit line at the time of writing. The present invention further includes supplying a voltage to the word line for drawing electrons injected into the memory cell to the semiconductor substrate using the FN tunnel effect during erasing. At this time, the voltage for drawing out to the semiconductor substrate side is preferably a negative voltage.

본 발명에 의하면, 회로 면적의 증대를 억제할 수 있는 반도체 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to this invention, the semiconductor device and method which can suppress the increase of a circuit area can be provided.

도 1은 종래의 AG-AND 플래시 메모리의 메모리 어레이를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a memory array of a conventional AG-AND flash memory.

도 2(a)는 프로그램 시의 전압 조건을 나타내는 단면도이고, 도 2(b)는 판독 시의 전압 조건을 나타내는 단면도이다.Fig. 2A is a cross-sectional view showing the voltage condition at the time of programming, and Fig. 2B is a cross-sectional view showing the voltage condition at the time of reading.

도 3은 AG-AND의 어레이 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an array configuration of AG-AND.

도 4는 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 메모리 어레이의 평면도이다.4 is a plan view of a memory array of the semiconductor memory device of the present embodiment.

도 5는 도 4의 워드 라인을 따라 자른 단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along the word line of FIG. 4.

도 6은 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 프로그램 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view showing a program operation state of the semiconductor memory device of the present embodiment.

도 7은 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 판독 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다.7 is a schematic cross-sectional view showing a read operation state of the semiconductor memory device of the present embodiment.

도 8은 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 소거 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다.8 is a schematic cross-sectional view showing an erase operation state of the semiconductor memory device of the present embodiment.

도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서 코어 어레이의 레이아웃도이다.9 is a layout diagram of a core array in the embodiment of the present invention.

도 10은 도 9 중의 A-A' 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view along the line A-A 'in FIG.

도 11은 도 9에 나타낸 코어 어레이(core array)의 등가 회로도이다.FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the core array shown in FIG. 9.

도 12는 본 실시 형태에 있어서의 반도체 기억 장치의 블럭도이다.12 is a block diagram of the semiconductor memory device according to the present embodiment.

도 13은 칼럼 디코더, 페이지 버퍼, BL 디코더 및 글로벌 비트 라인(GBL)의 확대도이다.13 is an enlarged view of a column decoder, page buffer, BL decoder and global bit line (GBL).

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 형태의 반도체 기억 장치의 메모리 어레이의 평면도이다. 도 5는 도 4의 워드 라인을 따라 자른 단면도이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 워드 라인(WL)은 반전 게이트(IG0 내지 IG3)에 대하여 수직 방향으로 뻗어 있다. 반전 게이트(IG0 내지 IG3)는 반도체 기판에 로컬 비트 라인으로서 기능하는 반전층(채널)을 형성함으로써 이 반전층을 글로벌 비트 라인에 전기적으로 접속하기 위한 것이다. 즉, 이 IG 게이트(IG0 내지 IG3)는 종래의 섹터 트랜지스터와 동일한 작용을 한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to attached drawing. 4 is a plan view of a memory array of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the word line of FIG. 4. As shown in FIG. 4, the word line WL extends perpendicular to the inversion gates IG 0 to IG 3 . The inversion gates IG 0 to IG 3 are for electrically connecting the inversion layer to the global bit line by forming an inversion layer (channel) serving as a local bit line on the semiconductor substrate. In other words, these IG gates IG 0 to IG 3 have the same function as the conventional sector transistors.

도 5에 나타난 바와 같이, 메모리 셀은 SONOS(Semiconductor-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) 구조이다. 반도체 기판(11)의 표면의 일부 및 반전 게이트(IG0 내지 IG3)는 산화막, 질화막 및 산화막을 적층한 구조의 ONO막(12)에 의하여 싸여 있다. ONO막(12) 위에는 워드 라인(W3)이 되는 폴리 실리콘 게이트 전극(13)이 형성되어 있다. 메모리 셀의 소스 및 드레인으로서 사용하는 반전층에 소정의 전압을 걸어 게이트 전압을 올림으로써 채널이 형성된다. 이 SONOS 구조의 메모리 셀은, 게이트 절연막으로의 전하의 주입이 소스 또는 드레인이 되는 양 전극에 인가하는 바이어스 방향을 교체함으로써 수행되고, 양쪽 전극 부근의 게이트 절연막에 독립적으로 바이너리(binary) 정보를 써넣음으로써 1 메모리 셀 당 2비트를 기억할 수 있다. 즉, 이 메모리 셀은 반전 게이트들 간의 절연막의 양단에 1비트씩 기억시 킴으로써 1 셀당 2비트를 기억할 수 있다.As shown in FIG. 5, the memory cell has a structure of a semiconductor-oxide-nitride-oxide-semiconductor (SONOS) structure. A part of the surface of the semiconductor substrate 11 and the inversion gates IG 0 to IG 3 are covered by the ONO film 12 having a structure in which an oxide film, a nitride film and an oxide film are laminated. On the ONO film 12, a polysilicon gate electrode 13 that becomes a word line W 3 is formed. A channel is formed by applying a predetermined voltage to the inversion layer used as the source and drain of the memory cell to raise the gate voltage. The memory cell of the SONOS structure is performed by changing the bias direction in which charge injection into the gate insulating film is applied to both electrodes serving as a source or a drain, and writes binary information independently to the gate insulating film near both electrodes. By inserting, two bits can be stored per memory cell. That is, this memory cell can store two bits per cell by storing one bit at both ends of the insulating film between the inversion gates.

도 6은 본 발명의 실시 형태의 반도체 기억 장치의 프로그램 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 6에 나타내는 예에서는 소스 사이드 주입(source-side injection)에 의하여 메모리 셀에 써넣기를 실행한다. 소스 사이드 주입이란 인접하는 IG들 사이의 게이트 절연막의 소스측에 위치하는 영역에 전자를 주입하는 것을 말한다. 도 6(a)에 나타난 바와 같이, 왼쪽 비트 프로그램 동작에서는 0V, 5V, 1V, 및 8V의 전압이 반전 게이트(IG0, IG1, IG2 및 IG3)에 각각 공급된다. 선택된 셀의 워드 라인(WL)에는 10 내지 15V의 전압이 공급된다.6 is a schematic cross-sectional view showing a program operation state of the semiconductor memory device of the embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 6, writing to the memory cell is performed by source-side injection. Source side injection refers to the injection of electrons into the region located on the source side of the gate insulating film between adjacent IGs. As shown in Fig. 6A, in the left bit program operation, voltages of 0V, 5V, 1V, and 8V are supplied to the inverting gates IG 0 , IG 1 , IG 2, and IG 3 , respectively. A voltage of 10 to 15V is supplied to the word line WL of the selected cell.

반전 게이트(제 1 반전 게이트)(IG1)에 5V가 인가되면, 그 아래의 반도체 기판(11)에 소스가 되는 반전층(채널)(14)이 형성된다. 반전 게이트(제 2 반전 게이트)(IG3)에 8V가 인가되면, 그 아래의 반도체 기판(11)에 드레인이 되는 반전층(15)이 형성된다. 반전 게이트(제 3 반전 게이트)(IG2)에 1V를 인가함으로써, 그 반전 게이트(IG2) 아래의 채널 영역을 작게 하고, 경계의 전계를 강하게 하는 동시에 전류를 억제할 수 있다. 반전 게이트(제 4 반전 게이트)(IG0)에 0V를 인가하여 채널을 컷함으로써 전류가 흐르지 않게 하고 있다. 반전층(14)에 0V, 반전층(15)에 4.5V를 인가함으로써, 전자가 채널 내에서 소스로부터 드레인을 향하여 이동한다. 반전 게이트(IG2) 아래의 드레인측에서의 전계가 높아지기 때문에, 이 채널 내에서 이동하는 전자는 높은 에너지를 획득하여 핫 일렉트론이 되고, 그 일부가 비트(A)로서 ONO막(12)에 트랩된다.When 5V is applied to the inversion gate (first inversion gate) IG 1 , an inversion layer (channel) 14 serving as a source is formed in the semiconductor substrate 11 below it. When 8V is applied to the inversion gate (second inversion gate) IG 3 , the inversion layer 15 serving as a drain is formed in the semiconductor substrate 11 below it. By applying 1V to the inverted gate (third inverted gate) IG 2 , the channel region under the inverted gate IG 2 can be reduced, the electric field at the boundary can be strengthened, and the current can be suppressed. 0V is applied to the inversion gate (fourth inversion gate) IG 0 to cut the channel so that no current flows. By applying 0V to the inversion layer 14 and 4.5V to the inversion layer 15, electrons move from the source toward the drain in the channel. Since the electric field on the drain side under the inversion gate IG 2 becomes high, electrons moving in this channel acquire high energy to become hot electrons, and a part of them are trapped in the ONO film 12 as a bit A.

도 6(b)에 나타난 바와 같이, 오른쪽 비트 프로그램 동작에서는 0V, 8V, 1V 및 5V의 전압이 반전 게이트(IG0, IG1, IG2 및 IG3)에 각각 공급된다. 선택된 셀의 워드 라인(WL)에 10 내지 15V의 전압이 공급된다. 반전 게이트(IG3)에 5V가 인가되면, 그 아래의 반도체 기판(11)에 소스가 되는 반전층(17)이 형성된다. 반전 게이트(IG1)에 8V가 인가되면, 그 아래의 반도체 기판(11)에 드레인이 되는 반전층(16)이 형성된다. 반전 게이트(IG2)에 1V를 인가함으로써, 그 반전 게이트(IG2) 아래의 채널을 약하게 하고, 경계의 전계를 강하게 하는 동시에 전류를 억제할 수 있다. 반전 게이트(IG0)에 0V를 인가하여 채널을 컷함으로써 전류가 흐르지 않도록 하고 있다. 반전층(17)에 0V, 반전층(16)에 4.5V를 인가함으로써, 전자가 채널 내에서 소스가 되는 반전층(17)으로부터 드레인이 되는 반전층(16)을 향하여 이동한다. 반전 게이트(IG3) 아래의 드레인측에서의 전계가 높아지기 때문에, 채널 내를 이동하는 전자는 높은 에너지를 획득하여 핫 일렉트론이 되고, 그 일부가 비트(B)로서 ONO막(12)에 트랩된다.As shown in FIG. 6 (b), in the right bit program operation, voltages of 0 V, 8 V, 1 V, and 5 V are supplied to the inverting gates IG 0 , IG 1 , IG 2, and IG 3 , respectively. A voltage of 10 to 15 V is supplied to the word line WL of the selected cell. When 5V is applied to the inversion gate IG 3 , the inversion layer 17 serving as a source is formed in the semiconductor substrate 11 below it. When 8V is applied to the inversion gate IG 1 , the inversion layer 16 serving as a drain is formed in the semiconductor substrate 11 below it. By applying a 1V to the inverted gate (IG 2), it is possible to weaken the channel below the inversion gate (IG 2), and suppress the electric current at the same time to strengthen the electric field boundary. 0V is applied to the inversion gate IG 0 to cut the channel so that no current flows. By applying 0 V to the inversion layer 17 and 4.5 V to the inversion layer 16, electrons move from the inversion layer 17 serving as a source to the inversion layer 16 serving as a drain in the channel. Since the electric field on the drain side under the inverted gate IG 3 becomes high, electrons moving in the channel acquire high energy to become hot electrons, and a part thereof is trapped in the ONO film 12 as a bit B.

또한, 반전 게이트(IG2)에 1V를 인가함으로써, 그 반전 게이트(IG2) 아래의 채널을 약하게 하고, 채널에 흐르는 전류를 억제할 수 있고, 프로그램 전류를 예를 들면, 100nA/셀 이하로 억제할 수 있다. 종래의 플로팅 게이트나 미러 비트(mirror bit) (NOR형 플래시 메모리)에서 프로그램 전류를 100μA/셀 정도 흘릴 필요가 있 는 것과 비교하면, 프로그램 전류가 1/100 이하가 된다. 이 때문에, 종래와 비교하여 100배 정도 셀을 한 번에 써넣을 수 있고, 예를 들면 1k 비트를 동시에 프로그램할 수 있다. 따라서, 고속 써넣기가 가능하게 된다.Further, by applying a 1V to the inverted gate (IG 2), weaken the channel below the inversion gate (IG 2), and it is possible to suppress the current flowing through the channel, the program current, for example, to 100nA / cell or less It can be suppressed. Compared to the need to flow about 100 μA / cell of program current in a conventional floating gate or mirror bit (NOR flash memory), the program current is 1/100 or less. For this reason, cells can be written about 100 times at a time compared with the conventional one, for example, 1k bits can be programmed simultaneously. Therefore, high speed writing becomes possible.

도 7은 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 판독 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 판독 동작에서는 반전 게이트(IG1) 및 반전 게이트(IG2)에 5V의 전압을 인가함으로써, 반전 게이트(IG1) 및 반전 게이트(IG2) 아래의 반도체 기판(11)에 반전층(18 및 19)이 각각 형성된다. 반전층(18)에 0V, 반전층(19)에 1.5V, 선택된 셀의 워드 라인(WL)에는 4 내지 5V의 전압이 공급되면, 해당 셀의 데이터가 판독된다.7 is a schematic cross-sectional view showing a read operation state of the semiconductor memory device of the present embodiment. As shown in Figure 7, the read operation in the inverting gate (IG 1) and inverting gate (IG 2) by applying a voltage of 5V, the inverting gate (IG 1) and inverting gate (IG 2) the semiconductor substrate below (11 Inversion layers 18 and 19 are formed, respectively. When a voltage of 0 V is supplied to the inversion layer 18, 1.5 V to the inversion layer 19, and a voltage of 4 to 5 V is supplied to the word line WL of the selected cell, data of the corresponding cell is read.

도 8은 본 실시 형태의 반도체 기억 장치의 소거 동작 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 8(a)에 나타난 바와 같이, 소거 시에, 해당 메모리 셀의 양측의 반전 게이트(IG)에 5V의 전압을 인가함으로써, 그 아래의 반도체 기판(11)에 반전층(20 및 21)이 형성된다. 워드 라인(WL)에는 -15 내지 -20V의 전압이 인가된다. 반전 게이트(IG) 아래의 반전층(20 및 21)은 0V로 바이어스된다. ONO막(12)에 주입된 전자를 FN(Fowler Nordheim) 터널 효과를 이용하여 반도체 기판(11) 측으로 인출할 수 있다.8 is a schematic cross-sectional view showing an erase operation state of the semiconductor memory device of the present embodiment. As shown in Fig. 8A, during erasing, the inversion layers 20 and 21 are applied to the semiconductor substrate 11 below by applying a voltage of 5 V to the inversion gates IG on both sides of the memory cell. Is formed. A voltage of -15 to -20V is applied to the word line WL. The inversion layers 20 and 21 under the inversion gate IG are biased to 0V. Electrons injected into the ONO film 12 can be drawn out to the semiconductor substrate 11 side using a Fowler Nordheim (FN) tunnel effect.

또한, 도 8(b)에 나타난 바와 같이, 이레이즈 시, 주목하고 있는 메모리 셀의 양측의 반전 게이트(IG)에 0V의 전압을, 워드 라인(WL)에는 15 내지 20V의 전압을 인가하면, 채널(22)은, 예를 들면 반전 게이트(IG)가 0V이고, 플로우팅 상태가 된다. ONO막(12)에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 워드 라인(13)측으로 인출할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 8B, when erasing, a voltage of 0 V is applied to the inverting gates IG on both sides of the memory cell of interest and a voltage of 15 to 20 V is applied to the word line WL. For example, the inversion gate IG is 0V, and the channel 22 is in a floating state. Electrons injected into the ONO film 12 can be drawn out to the word line 13 by using the FN tunnel effect.

또한, 도 8(c)에 나타난 바와 같이, 소거 시에, 반전 게이트(IG)에 15 내지 20V의 전압을, 워드 라인(WL)에는 0V의 전압을 인가하고, 반전 게이트(IG)의 코너(corner)에서의 필드 강화 FN(Field Enhanced FN) 터널링에 의하여, 산화막(121), 질화막(122) 및 산화막(123)으로 이루어지는 ONO막(12)의 질화막(122)에 주입되어 있는 전자를 인출하여도 좋다.In addition, as shown in FIG. 8C, during erasing, a voltage of 15 to 20 V is applied to the inversion gate IG, and a voltage of 0 V is applied to the word line WL, and the corner ( By field enhanced FN tunneling at the corners, electrons injected into the nitride film 122 of the ONO film 12 including the oxide film 121, the nitride film 122, and the oxide film 123 are extracted. Also good.

도 9는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 코어 어레이의 레이아웃(layout)이다. 도 10은 도 9 중의 A-A' 선을 따라 절단된 코어 어레이의 단면도이다. 도 9에 있어서, 부호(S)는 섹터 선택 영역, M은, 예를 들면 4Mb의 메모리 셀로 이루어지는 섹터 영역을 각각 나타낸다. 본 발명에 관한 반도체 장치는 이 섹터 선택 영역과 섹터 영역을 복수 개 포함한다. IG(0) 내지 IG(3)는 금속 배선으로 이루어지는 반전 게이트 배선 패턴, GBL(0) 내지 GBL(9)는 금속 배선으로 이루어지는 글로벌 비트 라인을 각각 나타낸다. 워드 라인(WL)과 글로벌 비트 라인(GBL(0) 내지 GBL(9))이 직교하는 영역에 메모리 셀이 위치한다. 메모리 셀은 인접하는 반전 게이트 사이에 형성되어 있다. 점선으로 둘러싼 부분이 단위 셀에 대응한다.9 is a layout of the core array in the embodiment of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view of the core array cut along the line AA ′ in FIG. 9. In Fig. 9, reference numeral S denotes a sector selection region, and M denotes a sector region each composed of, for example, 4 Mb memory cells. The semiconductor device according to the present invention includes a plurality of sector selection areas and sector areas. IG (0) to IG (3) represent inverted gate wiring patterns made of metal wiring, and GBL (0) to GBL (9) represent global bit lines made of metal wiring, respectively. The memory cell is located in an area where the word line WL and the global bit lines GBL (0) to GBL (9) are orthogonal to each other. Memory cells are formed between adjacent inverting gates. The part enclosed by the dotted line corresponds to the unit cell.

반도체 기판에는 로컬 비트 라인으로서 기능하는 반전층을 형성하는 반전 게이트(IG)가 되는 폴리 실리콘(P1)이 글로벌 비트 라인(GBL(0) 내지 GBL(9))에 대응하여 서로 평행하게 형성되어 있다. 반전 게이트 배선 패턴 IG(0) 내지 IG(3)는 콘택(contacts)(30)을 통하여 폴리 실리콘(P1)에 접속되어 있다. 반전 게이트 배선 패턴 IG(0) 내지 IG(3)에 소정의 전압을 인가함으로써 폴리 실리콘(P1) 아래의 반도체 기판에 로컬 비트 라인으로서 기능하는 반전층(23)이 형성된다. 이 반전층(23)은 n+ 확산 영역 S/D, 콘택(31)을 통하여 금속 배선(M1)에 접속된다. 이 금속 배선(M1)은 콘택(32)을 통하여, 글로벌 비트 라인(GBL(0) 내지 GBL(9))에 전기적으로 접속된다. 이 글로벌 비트 라인(GBL(0) 내지(9)), 반전 게이트(IG) 및 워드 라인(WL)에, 도 6 내지 도 8에서 나타낸 전압을 인가함으로써, 메모리 셀에 대하여, 써넣기, 판독 및 소거가 가능해진다.In the semiconductor substrate, polysilicon P1 serving as an inversion gate IG forming an inversion layer serving as a local bit line is formed in parallel with each other corresponding to the global bit lines GBL (0) to GBL (9). . The inverted gate wiring patterns IG (0) to IG (3) are connected to the polysilicon P1 via contacts 30. By applying a predetermined voltage to the inversion gate wiring patterns IG (0) to IG (3), an inversion layer 23 serving as a local bit line is formed on the semiconductor substrate under the polysilicon P1. The inversion layer 23 is connected to the metal wiring M1 via n + diffusion region S / D and the contact 31. The metal wiring M1 is electrically connected to the global bit lines GBL (0) to GBL 9 through the contact 32. By applying the voltages shown in Figs. 6 to 8 to the global bit lines GBL (0) to (9), inverting gates IG and word lines WL, writing, reading and erasing are performed on the memory cells. Becomes possible.

이와 같이, 반전 게이트(IG)는 IGTr로 나타난 바와 같이, 스위칭 트랜지스터로서 기능하기 때문에, 로컬 비트 라인(LBL)으로서 기능하는 반전층을 글로벌 비트 라인(GBL(1) 내지 GBL(9))에 전기적으로 접속할 수 있다. 이 때문에, 종래 필요하였던 섹터 트랜지스터를 설치할 필요가 없다. 따라서, 섹터 트랜지스터를 위한 영역을 축소할 수 있다. 이것에 의하여, 예를 들면 높이(도 9의 부호(S)의 폭)를 2μm 이하로 할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 반전 게이트(IG)에 1V를 인가함으로써, 그 반전 게이트(IG) 아래의 채널을 약하게 하고, 채널에 흐르는 전류를 억제할 수 있고, 프로그램 전류를, 예를 들면 100nA/셀 이하로 억제할 수 있다. 이 때문에, 워드 라인의 폭(W)이 좁아진 경우에도 써넣기에 필요한 프로그램 전류를 충분히 흘릴 수 있다. 따라서, 워드 라인의 폭(W)을 90nm 이하로 하는 것도 가능하다. 또한, 도 9에 나타난 예에서는 워드 라인은 8개이지만, 예를 들면 128개, 256개이어도 좋다.In this way, since the inversion gate IG functions as a switching transistor, as indicated by IGTr, an inversion layer serving as the local bit line LBL is electrically connected to the global bit lines GBL (1) to GBL (9). Can be accessed. For this reason, it is not necessary to provide the sector transistor which was conventionally required. Therefore, the area for the sector transistor can be reduced. Thereby, height (width of the code | symbol S of FIG. 9) can be made into 2 micrometers or less, for example. In addition, as described above, by applying 1 V to the inversion gate IG, the channel under the inversion gate IG can be weakened, and the current flowing in the channel can be suppressed, and the program current is, for example, 100 nA / It can suppress below a cell. Therefore, even when the width W of the word line is narrowed, it is possible to sufficiently flow the program current necessary for writing. Therefore, it is also possible to make the width W of a word line 90 nm or less. In the example shown in Fig. 9, although there are eight word lines, for example, 128 or 256 words may be used.

도 11은 도 9에 나타낸 코어 어레이의 등가 회로도이다. 도 11에 나타난 바 와 같이, 메모리 셀 어레이(M)는 ONO막을 가지는 복수의 메모리 셀(M11 내지 Mnm)이 행렬 상으로 배열되어 있다. 메모리 셀 어레이(M)에 있어서, 행 방향으로 배열된 1군의 메모리 셀은 각각의 게이트 전극에 있어서 메모리 셀 어레이(M) 내를 행 방향으로 뻗어서 존재하는 워드 라인(WL)의 어느 하나에 공통으로 접속되어 있다. 또한, 열 방향으로 배열된 1군의 메모리 셀은 로컬 비트 라인(LBL)으로서 기능하는 반전층을 공유하고 있다. 즉, 열 방향으로 배열한 1군의 메모리 셀의 소스 및 드레인은 반전 게이트(IG)에 의하여 형성되어 로컬 비트 라인(LBL)으로서 기능하는 반전층을 통하여 글로벌 비트 라인(GBL)의 어느 하나에 공통으로 접속되어 있다. 글로벌 비트 라인(GBL(1) 내지 (9)), 반전 게이트(IG), 및 워드 라인(WL)에 도 6 내지 도 8에 도시한 전압을 인가함으로써, 메모리 셀에 대하여, 써넣기, 판독 및 소거가 가능해진다.FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the core array shown in FIG. 9. As shown in FIG. 11, in the memory cell array M, a plurality of memory cells M11 to Mnm having ONO films are arranged in a matrix. In the memory cell array M, the group of memory cells arranged in the row direction is common to any one of the word lines WL extending in the memory cell array M in the row direction at each gate electrode. Is connected. In addition, the group of memory cells arranged in the column direction share an inversion layer serving as a local bit line LBL. That is, the source and the drain of the group of memory cells arranged in the column direction are common to any one of the global bit lines GBL through an inversion layer formed by the inversion gate IG and functioning as a local bit line LBL. Is connected. By applying the voltages shown in FIGS. 6 to 8 to the global bit lines GBL (1) to (9), the inversion gates IG, and the word lines WL, writing, reading, and erasing are performed on the memory cells. Becomes possible.

반전 게이트(IG)는 IGTr로 나타난 바와 같이, 스위칭 트랜지스터로서 기능하기 때문에, 로컬 비트 라인(LBL)으로서 기능하는 반전층을 글로벌 비트 라인(GBL)에 전기적으로 접속할 수 있다. 이 때문에, 종래 필요하였던 섹터 트랜지스터를 설치할 필요가 없고, 섹터 트랜지스터를 위한 영역을 축소할 수 있다.Since the inversion gate IG functions as a switching transistor, as indicated by IGTr, the inversion layer serving as the local bit line LBL can be electrically connected to the global bit line GBL. For this reason, it is not necessary to provide the sector transistor which was conventionally required, and the area | region for a sector transistor can be reduced.

도 12는 본 실시 형태에 있어서의 반도체 기억 장치의 블럭도이다. 도 12에 나타난 바와 같이, 반도체 기억 장치(51)는 메모리 셀 어레이(52), I/O 레지스터·버퍼(53), 어드레스 레지스터(54), 상태 레지스터(status register)(55), 커맨드(command) 레지스터(56), 상태 머신(state machine)(57), 고전압 발생 회로(58), 로우 디코더(row decoder)(59), 페이지 버퍼(60) 및 칼럼 디코더(column decoder)(61), 반전 게이트 디코더(70), BL 디코더(71)를 포함한다. 반도체 기억 장치(51)는 반도체 장치 내에 설치되어 있는 것이어도 좋다.12 is a block diagram of the semiconductor memory device according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, the semiconductor memory device 51 includes a memory cell array 52, an I / O register buffer 53, an address register 54, a status register 55, and a command. Register 56, state machine 57, high voltage generation circuit 58, row decoder 59, page buffer 60 and column decoder 61, inversion The gate decoder 70 and the BL decoder 71 are included. The semiconductor memory device 51 may be provided in a semiconductor device.

메모리 셀 어레이(52)는 매트릭스(matrix) 상으로 배열된 복수의 워드 라인(WL) 및 복수의 비트 라인(BL)을 따라서 리라이트 가능한 비휘발성의 메모리 셀 트랜지스터가 배치되어 있다.In the memory cell array 52, nonvolatile memory cell transistors capable of rewriting along a plurality of word lines WL and a plurality of bit lines BL are arranged on a matrix.

I/O 레지스터·버퍼(53)는 I/O 단자에 대응하는 각종 신호 또는 데이터를 제어하는 것이다. 어드레스 레지스터(54)는 I/O 레지스터·버퍼(53)를 통하여 입력된 주소 신호를 일시 저장하여 두기 위한 것이다. 상태 레지스터(55)는 상태 정보를 일시 저장하여 두기 위한 것이다. 커맨드 레지스터(56)는 I/O 레지스터·버퍼를 통하여 입력된 동작 커맨드를 일시 저장하여 두기 위한 것이다. 상태 머신(57)은 각 제어 신호에 응답하여 디바이스 내부의 각 회로의 동작을 제어하는 것으로서, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같은 전압을 각 부(components)에 인가하도록 제어를 한다.The I / O register buffer 53 controls various signals or data corresponding to the I / O terminals. The address register 54 is for temporarily storing the address signal input through the I / O register buffer 53. The status register 55 is for temporarily storing state information. The command register 56 is for temporarily storing an operation command input through the I / O register buffer. The state machine 57 controls the operation of each circuit in the device in response to each control signal, and controls to apply a voltage to each component as shown in FIGS. 6 to 8.

고전압 발생 회로(58)는 디바이스 내부에서 사용되는 고전압을 발생하는 것이다. 디바이스 내부에서 사용되는 고전압에는 데이터 써넣기를 위한 고전압, 데이터 소거를 위한 고전압, 데이터 판독을 위한 고전압, 데이터 써넣기/소거 시에 메모리 셀에 대하여 충분히 써넣기/소거가 실행되어 있는지 여부를 점검하는 데 사용되는 검증 고전압 등이 포함된다. 따라서, 고전압 발생 회로(58)는 써넣기 시, 상기 반전층에 써넣기 전압을 공급한다. 또한, 고전압 발생 회로(58)는 소거 시에, 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 반도체 기판(11)측으로 인출 하기 위한 전압을 워드 라인에 공급한다. 또한, 고전압 발생 회로(58)는 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 워드 라인측으로 인출하기 위한 전압을 워드 라인에 공급한다. 고전압 발생 회로(58)는 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 인출하기 위한 전압을 반전 게이트에 공급한다.The high voltage generation circuit 58 is to generate a high voltage used inside the device. The high voltages used inside the device include the high voltages for data writing, the high voltages for data erasing, the high voltages for data reading, and the checking whether the memory cells are writing or erasing sufficiently for data writing / erasing. Verification high voltage, etc. Therefore, the high voltage generation circuit 58 supplies the writing voltage to the inversion layer when writing. In addition, the high voltage generation circuit 58 supplies a voltage to the word line for drawing electrons injected into the memory cell to the semiconductor substrate 11 side using the FN tunnel effect during erasing. In the erase operation, the high voltage generation circuit 58 supplies a voltage to the word line for drawing electrons injected into the memory cell to the word line side using the FN tunnel effect. The high voltage generation circuit 58 supplies a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the inverted gate by using the FN tunnel effect during erasing.

로우 디코더(59)는 어드레스 레지스터(54)를 통하여 입력된 로우 어드레스(row address)를 디코드하여 워드 라인(WL)을 선택한다. 페이지 버퍼(60)는 데이터 래치(latch) 회로와 감지 증폭기 회로 등을 포함하고, 판독 시에는 동일한 워드 라인에 접속된 복수의 메모리 셀에 저장되는 데이터를 일괄적으로 감지하여 래치한다. 또한, 써넣기 시에는 I/0 레지스터·버퍼(53)로부터 입력되는 써넣기 데이터를, 칼럼 디코더(61)를 통하여 래치 회로에 순차적으로 래치하고, 그 래치 데이터에 따라 메모리 셀에 써넣기 전압을 공급한다. 페이지 버퍼(60)에는, 예를 들면 512B(1페이지)분량이 설치된다.The row decoder 59 selects a word line WL by decoding a row address input through the address register 54. The page buffer 60 includes a data latch circuit, a sense amplifier circuit, and the like. Upon reading, the page buffer 60 collectively senses and latches data stored in a plurality of memory cells connected to the same word line. At the time of writing, the write data input from the I / 0 register buffer 53 is sequentially latched to the latch circuit through the column decoder 61, and the write voltage is supplied to the memory cell in accordance with the latch data. In the page buffer 60, for example, 512B (one page) is provided.

칼럼 디코더(61)는 어드레스 레지스터(54)를 통하여 입력된 칼럼 주소를 디코드하여, 판독 시에 페이지 버퍼(60)에 래치된 복수의 래치 데이터를 소정 단위마다 선택하여 I/O 레지스터·버퍼(53)에 전송한다. 또한, 써넣기 시에는 I/O 레지스터·버퍼(53)로부터 입력되는 써넣기 데이터를 소정 단위마다 페이지 버퍼(60) 내의 래치 회로에 순차적으로 전송한다. 또한, I/O 레지스터·버퍼(53), 로우 디코더(59), 칼럼 디코더(61) 및 고전압 발생 회로(58)는 상태 머신(57)으로부터의 제어에 기초하여 기능한다.The column decoder 61 decodes the column address input through the address register 54, selects a plurality of latch data latched in the page buffer 60 at predetermined units, and reads the I / O register buffer 53 at a predetermined unit. To be sent). At the time of writing, the write data input from the I / O register buffer 53 is sequentially transferred to the latch circuit in the page buffer 60 at predetermined units. In addition, the I / O register buffer 53, the row decoder 59, the column decoder 61, and the high voltage generator circuit 58 function based on the control from the state machine 57.

반전 게이트 디코더(70)는 반전 게이트(IG)에 소정의 전압을 공급하여 써넣기 또는 소거를 실행하는 메모리 셀을 선택하는 것이다. 이 반전 게이트 디코더(70)는 어드레스 레지스터의 제어에 의하여, 반전 게이트(IG)에 소정의 전압 신호를 공급한다. 입력된 주소에 의하여 선택되지 않은 섹터에 있어서, IG0 내지 IG3에는 0V가 부여된다. 선택 섹터에 있어서는 어느 글로벌 비트 라인(GBL)이 선택되었는지 여부에 따라서, 써넣기 시에는 0V, 1V, 5V 및 8V가 소정의 반전 게이트(IG)에 공급되고, 판독 시에는 0V 및 5V가 소정의 반전 게이트(IG)에 공급된다. 반전 게이트 디코더(70)는 써넣기 시에, 반전 게이트(IG2)에 반도체 기판(11) 내의 소스 및 드레인 간에 형성되는 채널을 약하게 하기 위한 전압을 공급한다. 또한, 반전 게이트 디코더(70)는 써넣기 시에, 반전 게이트(IG1)로부터 보아 반전 게이트(IG2)와는 반대측의 위치에 설치된 반전 게이트(IG0)에 반도체 기판(11) 내에 형성되는 채널을 컷하기 위한 전압을 공급한다.The inverting gate decoder 70 selects a memory cell that supplies a predetermined voltage to the inverting gate IG to perform writing or erasing. The inverted gate decoder 70 supplies a predetermined voltage signal to the inverted gate IG by the control of the address register. In sectors not selected by the input address, 0 V is given to IG 0 to IG 3 . Depending on which global bit line GBL is selected in the selection sector, 0 V, 1 V, 5 V and 8 V are supplied to the predetermined inversion gate IG at the time of writing, and 0 V and 5 V are the predetermined inversion at the time of reading. It is supplied to the gate IG. The inversion gate decoder 70 supplies a voltage for weakening a channel formed between the source and the drain in the semiconductor substrate 11 to the inversion gate IG 2 at the time of writing. In addition, the inversion gate decoder 70 writes a channel formed in the semiconductor substrate 11 to an inversion gate IG 0 provided at a position opposite to the inversion gate IG 2 as viewed from the inversion gate IG 1 . Supply the voltage to cut.

도 13은 칼럼 디코더(61), 페이지 버퍼(60), BL 디코더(71) 및 글로벌 비트 라인(GBL)의 확대도이다. BL 디코더(71)는 어드레스 레지스터(54)로부터의 신호(C0, /C0 내지 C3, /C3)에 의하여 제어되는 복수의 경로(path) 트랜지스터(711)를 포함한다. 글로벌 비트 라인(GBL)은 i-0 내지 i-3의 4개가 1세트로 되어 있고, 각각은 공통의 선택 신호 C0, /C0 내지 C3, /C3에 의하여 제어되고, 각각의 페이지 버퍼(60-i)에 접속된다. 판독 시에는 도 7에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 선택 신호(C2)를 선택 레벨(High)로 하고, 글로벌 비트 라인(GBLi-2)을 페이지 버퍼(60) 에 접속시켜 판독 전압 1.5V를 공급하고, 선택 신호(/C1)를 선택 레벨(High)로 하여 글로벌 비트 라인(GBLi-1)을 0V로 한다. 써넣기 시에는, 예를 들면 도 6(a)에서 설명한 바와 같이, 선택 신호(C3)를 선택 레벨(High)로 하고, 글로벌 비트 라인(GBLi-3)을 페이지 버퍼(60)에 접속시켜 써넣기 전압 4.5V를 공급하고, 선택 신호(/C1)를 선택 레벨(High)로 하여 글로벌 비트 라인(GBLi-1)을 0V로 한다.13 is an enlarged view of the column decoder 61, the page buffer 60, the BL decoder 71, and the global bit line GBL. The BL decoder 71 includes a plurality of path transistors 711 controlled by the signals C0, / C0 to C3, / C3 from the address register 54. The global bit line GBL has four sets of i-0 to i-3, each controlled by a common selection signal C0, / C0 to C3, / C3, and each page buffer 60-. i). At the time of reading, as described with reference to FIG. 7, for example, the selection signal C2 is set at the selection level High, and the global bit line GBLi-2 is connected to the page buffer 60 to supply the read voltage 1.5V. The global bit line GBLi-1 is set to 0V with the selection signal / C1 at the selection level High. At the time of writing, for example, as described with reference to FIG. 6A, the selection signal C3 is set to the selection level High, and the global bit line GBLi-3 is connected to the page buffer 60 to write the voltage. 4.5V is supplied, and the global bit line GBLi-1 is set to 0V with the selection signal / C1 being at the selection level High.

이상, 본 발명이 바람직한 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명은 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러 가지의 변형, 변경이 가능하다. 또한, 메모리 셀의 구성은 상기 실시 형태에 한정되지 않는다.As mentioned above, although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. In addition, the structure of a memory cell is not limited to the said embodiment.

Claims (23)

반도체 기판과;A semiconductor substrate; 워드 라인과;A word line; 글로벌 비트 라인과;A global bit line; 상기 반도체 기판에 로컬 비트 라인이 되는 반전층을 형성하여 상기 반전층을 상기 글로벌 비트 라인에 전기적으로 접속하는 반전 게이트와; 그리고An inversion gate forming an inversion layer that becomes a local bit line on the semiconductor substrate and electrically connecting the inversion layer to the global bit line; And 상기 반전층을 소스 및 드레인으로서 사용하는 메모리 셀을 포함하는 반도체 장치.And a memory cell using the inversion layer as a source and a drain. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반전층은 금속 배선을 통하여 상기 글로벌 비트 라인에 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the inversion layer is connected to the global bit line through a metal wiring. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 메모리 셀은 인접하는 상기 반전 게이트 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the memory cell is formed between adjacent inverting gates. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 써넣기 또는 소거를 실행하는 메모리 셀을 선택하는 선택 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a selection circuit for selecting a memory cell for writing or erasing by supplying a predetermined voltage to the inversion gate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반전 게이트는 상기 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 상기 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와, 그리고 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치된 제 3 반전 게이트를 포함하고,The inversion gate may include a first inversion gate forming the inversion layer serving as the source, a second inversion gate forming the inversion layer serving as the drain, and a second inversion gate disposed between the first inversion gate and the second inversion gate. Includes 3 inversion gates, 써넣기 시에, 상기 제 1 내지 제 3 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 써넣기를 실행하는 메모리 셀을 선택하는 선택 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a selection circuit for supplying a predetermined voltage to the first to third inverted gates to select a memory cell for writing when writing. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 선택 회로는 써넣기 시에, 상기 제 3 반전 게이트에 상기 반도체 기판 내의 상기 소스 및 드레인 사이에 형성되는 채널 영역 중에서 상기 제 3 반전 게이트 아래의 채널 영역을 작게 형성하기 위한 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The selection circuit supplies a voltage for forming a channel region below the third inversion gate to be smaller in the channel region formed between the source and the drain in the semiconductor substrate at the time of writing. Semiconductor device. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반전 게이트는, 상기 제 1 반전 게이트로부터 보아서 제 3 반전 게이트와는 반대측의 위치에 설치된 제 4 반전 게이트를 더 포함하고; 그리고The inversion gate further comprises a fourth inversion gate disposed at a position opposite to the third inversion gate as viewed from the first inversion gate; And 상기 선택 회로는 써넣기 시에, 상기 제 4 반전 게이트에 반도체 기판 내에 형성되는 채널을 컷(cut)하기 위한 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the selection circuit supplies a voltage for cutting a channel formed in the semiconductor substrate to the fourth inverting gate upon writing. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 써넣기 시에 상기 반전층에 써넣기 전압을 공급하는 써넣기 전압 공급 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a write-voltage supply circuit for supplying a write voltage to the inversion layer at the time of writing. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 소거 시에 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 상기 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 전압 공급 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a voltage supply circuit for supplying the word line with a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the semiconductor substrate using an FN tunnel effect during erasing. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 워드 라인측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 전압 공급 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a voltage supply circuit for supplying the word line with a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to a word line side using an FN tunnel effect during erasing. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 소거 시에, 상기 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 인출 하기 위한 전압을 상기 반전 게이트에 공급하는 전압 공급 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a voltage supply circuit for supplying a voltage for drawing electrons injected into the memory cell to the inverted gate during erasing by using an FN tunnel effect. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 복수 개의 상기 글로벌 비트 라인으로 이루어지는 칼럼 세트를 복수개 가지고, 공통의 선택 신호에 의하여 상기 칼럼 세트 내의 소정의 글로벌 비트 라인을 각각 대응하는 페이지 버퍼에 접속하는 디코더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And a decoder having a plurality of column sets consisting of a plurality of said global bit lines and connecting predetermined global bit lines in said column set to corresponding page buffers respectively by a common selection signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반전층은 복수의 메모리 셀에서 공유되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the inversion layer is shared by a plurality of memory cells. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 13, 상기 메모리 셀은 상기 반전 게이트 사이의 절연막의 양단에 1 비트씩 기억시킴으로써 1 셀당 2 비트를 기억하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And the memory cell stores two bits per cell by storing one bit at both ends of the insulating film between the inversion gates. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 14, 상기 메모리 셀은 SONOS형인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And said memory cell is of SONOS type. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 15, 상기 반도체 장치는 반도체 기억 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.And said semiconductor device is a semiconductor memory device. 반전 게이트에 소정의 전압을 공급하여 로컬 비트 라인이 되는 반전층을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 반전층을 글로벌 비트 라인에 전기적으로 접속하는 제 1 단계와; 그리고A first step of electrically connecting the inversion layer to the global bit line by supplying a predetermined voltage to the inversion gate to form an inversion layer that becomes a local bit line on the semiconductor substrate; And 워드 라인을 선택하는 제 2 단계를 포함하는 방법.And a second step of selecting a word line. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 반전 게이트는 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와, 그리고 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치된 제 3 반전 게이트를 포함하고; 그리고The inversion gate includes a first inversion gate forming an inversion layer serving as a source, a second inversion gate forming an inversion layer serving as a drain, and a third inversion provided between the first inversion gate and the second inversion gate. A gate; And 상기 제 1 단계는 써넣기 시에, 소정의 전압을 상기 제 1 내지 제 3 반전 게이트에 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And said first step comprises supplying a predetermined voltage to said first to third inverting gates upon writing. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제 1 단계는 상기 제 3 반전 게이트에 상기 반도체 기판 내의 상기 소스 및 드레인 사이에 형성되는 채널 영역 중에서 상기 제 3 반전 게이트 아래의 채널 영역을 작게 형성하기 위한 전압을 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The first step may include supplying a voltage to the third inversion gate to form a smaller channel region below the third inversion gate among channel regions formed between the source and the drain in the semiconductor substrate. How to. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 반전 게이트는, 상기 제 1 반전 게이트로부터 보아서 제 3 반전 게이트와는 반대의 위치에 설치된 제 4 반전 게이트를 더 포함하고; 그리고The inversion gate further includes a fourth inversion gate disposed at a position opposite to the third inversion gate when viewed from the first inversion gate; And 상기 제 1 단계는 써넣기 시에, 상기 반도체 기판에 형성되는 채널을 컷하기 위한 전압을 상기 제 4 반전 게이트에 공급하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And wherein said first step further comprises supplying a voltage for cutting a channel formed in said semiconductor substrate to said fourth inversion gate upon writing. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 반전 게이트는 소스가 되는 반전층을 형성하는 제 1 반전 게이트와, 드레인이 되는 반전층을 형성하는 제 2 반전 게이트와, 그리고 상기 제 1 반전 게이트와 상기 제 2 반전 게이트 사이에 설치된 제 3 반전 게이트를 포함하고,The inversion gate includes a first inversion gate forming an inversion layer serving as a source, a second inversion gate forming an inversion layer serving as a drain, and a third inversion provided between the first inversion gate and the second inversion gate. Including a gate, 써넣기 시에, 상기 제 3 반전 게이트의 양단의 절연막에 1 비트씩 기억시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And at the time of writing, storing the bit by bit in the insulating film at both ends of the third inversion gate. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 17 to 21, 써넣기 시에 상기 글로벌 비트 라인을 통하여 써넣기 전압을 상기 반전층에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.Supplying a write voltage to the inversion layer through the global bit line upon writing. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 소거 시에, 메모리 셀에 주입된 전자를 FN 터널 효과를 이용하여 상기 반도체 기판측으로 인출하기 위한 전압을 상기 워드 라인에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And supplying a voltage to the word line for drawing electrons injected into a memory cell to the semiconductor substrate using an FN tunnel effect during erasing.
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