JPH0719880B2 - Complementary memory cell matrix - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に浮遊ゲー
ト電極を有するMOS型不揮発性半導体記憶装置に関す
る。The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a MOS type nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate electrode.
従来から種々の不揮発性半導体記憶装置が研究されてい
るが、それらの中でも特に浮遊ゲート電極を有するMOS
型トランジスタ構造の書込・消去可能不揮発性半導体記
憶装置は、その製造方法の容易さやデータ保持等の信頼
性の高さから種々の製品が実用化されている。特に最近
では各用途に応じてその記憶単位を構成するセル構造に
も種々のものが考案されだしている。Various non-volatile semiconductor memory devices have been studied so far, but among them, MOS having a floating gate electrode
As a writable / erasable non-volatile semiconductor memory device having a p-type transistor structure, various products have been put into practical use because of the ease of the manufacturing method and the high reliability such as data retention. In particular, recently, various cell structures have been devised to compose the memory unit according to each application.
第4図(a)は最も基本的なセル構造である1トランジ
スタ型セルの構造を示す図である。この構造を広く普及
しているNチャネル型のものについて以下に説明する。
このメモリセルは、P型半導体基板1、N型ソース・ド
レイン拡散層2a,2b、浮遊ゲート電極4、制御ゲート電
極5で構成されており、記憶は浮遊ゲート電極4内の電
子の蓄積・放出によって行われ、一般に電子蓄積時を書
込状態、電子放出時を消去状態ということが多い。電気
的にはこのセルの蓄積電荷に応じた閾値変動をセルトラ
ンジスタQM41の電流変動としてセンスアンプ等で検知し
“1"もしくは“0"状態に対応させて記憶を行う。FIG. 4 (a) is a diagram showing the structure of a one-transistor type cell which is the most basic cell structure. An N-channel type, which is widely used in this structure, will be described below.
This memory cell is composed of a P-type semiconductor substrate 1, N-type source / drain diffusion layers 2a and 2b, a floating gate electrode 4, and a control gate electrode 5, and storage is for storage / emission of electrons in the floating gate electrode 4. Generally, in many cases, the state of writing electrons is called the written state, and the state of emitted electrons is called the erased state. Electrically, a sense amplifier or the like detects a threshold variation according to the accumulated charge of this cell as a current variation of the cell transistor Q M41 , and stores it in correspondence with the “1” or “0” state.
第4図(b)は第4図(a)に示した構造のPチャネル
メモリトランジスタとNチャネルメモリトランジスタを
対にした構造(今後これを浮遊ゲート共有型Nチャネル
Pチャネルメモリセルと称する)を示す図である。この
メモリセル半導体基板1と反対導電型のソース・ドレイ
ン拡散層2a,2b、基板1と反対導電型のウェル6、ウェ
ル6と反対導電型のソース・ドレイン拡散層3a,3b,Nチ
ャネルメモリトランジスタQM43のチャネルおよびPチャ
ネルメモリトランジスタQM42のチャネルを共通して覆う
浮遊ゲート電極4、制御ゲート電極5で構成されてい
る。この構造は特開昭54-78679、特開昭54-27778で公知
となっている。しかしながら、このようなPチャネルと
Nチャネルのメモリトランジスタによりセルアレイを構
成し有効な特徴をもった製品を構成する方法は知られて
いなかった。それは、第4図(b)のセルによりセルア
レイを構成する場合には重大な欠点がある。FIG. 4 (b) shows a structure in which the P-channel memory transistor and the N-channel memory transistor having the structure shown in FIG. 4 (a) are paired (hereinafter referred to as floating gate shared N-channel P-channel memory cell). FIG. Source / drain diffusion layers 2a, 2b of opposite conductivity type to the memory cell semiconductor substrate 1, well 6 of opposite conductivity type to the substrate 1, source / drain diffusion layers 3a, 3b of opposite conductivity type to the well 6, N-channel memory transistor The floating gate electrode 4 and the control gate electrode 5 commonly cover the channel of Q M43 and the channel of the P-channel memory transistor Q M42 . This structure is known in JP-A-54-78679 and JP-A-54-27778. However, a method of forming a cell array with such P-channel and N-channel memory transistors to form a product having effective characteristics has not been known. It has a serious drawback when a cell array is composed of the cells of FIG. 4 (b).
以下、この欠点についてこのセルの動作とアレイを構成
したときの例について述べる。Regarding this drawback, the operation of this cell and an example when the array is constructed will be described below.
第4図(b)のセルに電子を注入し書込状態にすると第
5図(a)に示すようにNチャネルトランジスタQM43、
PチャネルトランジスタQM42の閾値電圧はそれぞれ上昇
する。Pチャネルトランジスタは電子の注入によりノー
マリオン状態になる。When electrons are injected into the cell of FIG. 4 (b) to put it in a written state, as shown in FIG. 5 (a), an N-channel transistor Q M43 ,
The threshold voltage of the P-channel transistor Q M42 rises, respectively. The P-channel transistor is brought into a normally-on state by injecting electrons.
第5図(b)は第4図(b)のセルを使いQM51,QM53,Q
M55をNチャネルトランジスタ、QM52,QM54,QM56をPチ
ャネルトランジスタとし、ビット線を各ドレイン拡散層
を共通に接続、ワード線を各制御ゲートを共通に接続し
て構成したセルアレイを示す図である。ここで、トラン
ジスタQM51,QM52のセルを、ワード線を例えばVDD電位、
Pチャネルウェル電位を例えばVDD電位として選択す
る。このとき書込状態ならばトランジスタQM51の閾値は
VDDより高いためトランジスタQM51はオフする。逆に、
トランジスタQM52はデプレッション状態であるのでオン
する。他のNチャネルメモリトランジスタQM53,QM55は
その書込もしくは消去の状態にかかわらず電流を流さな
い状態にしないとトランジスタQM51のオンもしくはオフ
状態が識別できないためワード線電位は、例えば接地電
位等に固定される。このときトランジスタQM54において
ソース電位がトランジスタQM52と同じくVDDであればソ
ース・ゲート間制御電圧VGSは−VDDであるのでトランジ
スタQM54の書込もしくは消去状態にかかわらずトランジ
スタQM54がオンしてしまう。そのためビット線にはトラ
ンジスタQM52を通る電流とトランジスタQM54を通る電流
が共に流れ選択セルの状態が識別できない。そこで、ソ
ース電位をトランジスタQM56のように接地電位にするこ
とが考えられる。こうするとトランジスタQM56の閾値電
圧はOvであるのでトランジスタQM56が消去状態であれば
トランジスタQM56はオフしビット線にはトランジスタQ
M52を通る電流しか流れず識別が可能である。しかし、
トランジスタQM56が書込まれていたときはトランジスタ
QM56を通り電流が流れやはりトランジスタQM52の状態識
別は不可能である。つまり書込状態でノーマリオン型と
なるPチャネルメモリトランジスタは、電圧VGSを−VDD
〜+VDDの範囲で如何に変化しても、書込状態では、常
に電流が流れ、選択および非選択セルの識別ができな
い。FIG. 5 (b) uses the cell of FIG. 4 (b) to generate Q M51 , Q M53 , Q
A diagram showing a cell array in which M55 is an N-channel transistor, Q M52 , Q M54 , and Q M56 are P-channel transistors, bit lines are commonly connected to respective drain diffusion layers, and word lines are commonly connected to respective control gates. Is. Here, the cells of the transistors Q M51 and Q M52 are connected to the word line, for example, V DD potential,
The P channel well potential is selected as the V DD potential, for example. At this time, if the writing state, the threshold value of the transistor Q M51 is
Since it is higher than V DD , transistor Q M51 turns off. vice versa,
Since the transistor Q M52 is in the depletion state, it is turned on. The other N-channel memory transistors Q M53 and Q M55 cannot be identified as the on or off state of the transistor Q M51 unless the current is made to flow regardless of the state of writing or erasing, so that the word line potential is, for example, the ground potential. Etc. are fixed. At this time, the transistor Q M54 source-gate control voltage V GS when a source potential is also V DD and the transistor Q M52 in the transistor Q M54 regardless write or erase state of the transistor Q M54 since it is -V DD Turns on. Therefore, both the current passing through the transistor Q M52 and the current passing through the transistor Q M54 flow in the bit line, and the state of the selected cell cannot be identified. Therefore, it is conceivable to set the source potential to the ground potential like the transistor Q M56 . In this way, the threshold voltage of the transistor Q M56 is Ov, so if the transistor Q M56 is in the erased state, the transistor Q M56 is turned off and the transistor Q M56 is connected to the bit line.
Only the current that flows through M52 flows and it is possible to identify. But,
Transistor Q M56 if written, transistor
A current flows through Q M56, and again it is impossible to identify the state of transistor Q M52 . That is, the P-channel memory transistor, which is normally-on type in the written state, changes the voltage V GS to -V DD.
No matter how it changes within the range of + V DD , current always flows in the written state, and the selected and unselected cells cannot be discriminated.
上述した従来のPチャネルNチャネルメモリトランジス
タの複合セルは、セルアレイを構成したときに選択した
番地の情報を識別することができないという欠点があ
る。The composite cell of the conventional P-channel N-channel memory transistor described above has a drawback that the information of the address selected when the cell array is constructed cannot be identified.
本発明の相補型メモリは、浮遊ゲート電極と制御ゲート
電極を有する一導電型の第1のMOS型メモリトランジス
タと、 第1のMOS型メモリトランジスタと反対導電型で、か
つ、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極が第1のMOS型メ
モリトランジスタの浮遊ゲート電極と制御ゲート電極に
それぞれ接続されている第2のMOS型メモリトランジス
タと、 第1のMOS型メモリトランジスタと同一導電型で、かつ
第1のMOS型メモリトランジスタに直列に接続されたノ
ーマリオン型の第1のMOS型トランジスタと、 第2のMOS型メモリトランジスタと同一導電型で、かつ
第2のMOS型メモリトランジスタに直列に接続され、か
つゲート電極が第1のMOS型トランジスタのゲート電極
に接続されたノーマリオフ型の第2のMOS型トランジス
タとを有している。A complementary memory according to the present invention includes a first conductivity type first MOS memory transistor having a floating gate electrode and a control gate electrode, a conductivity type opposite to the first MOS memory transistor, and a floating gate electrode and a control gate. A second MOS memory transistor whose gate electrodes are respectively connected to the floating gate electrode and the control gate electrode of the first MOS memory transistor; and a first MOS memory transistor of the same conductivity type as that of the first MOS memory transistor. A normally-on type first MOS type transistor connected in series to the MOS type memory transistor, and a second MOS type memory transistor of the same conductivity type, and connected in series to the second MOS type memory transistor, and A normally-off type second MOS type transistor whose gate electrode is connected to the gate electrode of the first MOS type transistor.
また、本発明のメモリセルマトリックスは浮遊ゲート電
極と制御ゲート電極を有する一導電型の第1のMOS型メ
モリトランジスタと、第1のMOS型メモリトランジスタ
と反対導電型で、かつ浮遊ゲート電極と制御ゲート電極
が第1のMOS型メモリトランジスタの浮遊ゲート電極と
制御ゲート電極にそれぞれ接続されている第2のMOS型
メモリトランジスタと、第1のMOS型メモリトランジス
タと同一導電型で、かつ第1のMOS型メモリトランジス
タに直列に接続されたノーマリオン型の第1のMOS型ト
ランジスタと、第2のMOS型メモリトランジスタと同一
導電型で、かつ第2のMOS型メモリトランジスタに直列
に接続され、かつゲート電極が第1のMOS型トランジス
タのゲート電極に接続されたノーマリオフ型の第2のMO
S型トランジスタとを有する相補型メモリセルを構成単
位としてこれが行列状に配置され、 第1,第2のMOS型メモリトランジスタの制御ゲート電極
が行ごとに共通に接続されて、第1のワード線が構成さ
れ、第1,第2のMOS型トランジスタのゲート電極が行ご
とに共通に接続されて第2のワード線が構成され、第1
のMOS型トランジスタのドレイン電極が列ごとに共通に
接続されて第1のビット線が構成され、第2のMOS型ト
ランジスタのドレイン電極が列ごとに共通に接続されて
第2のビット線が構成され、第1のMOS型メモリトラン
ジスタおよび第1のMOS型トランジスタのソース電極お
よび基板電極が共通に十分小さい電圧の第1の電源線に
接続され、第2のMOS型メモリトランジスタおよび第2
のMOS型トランジスタのソース電極および基板電極が共
通に第1および第2のメモリトランジスタの消去時の閾
値電圧の絶対値より大きく、かつ書込時の閾値電圧より
小さい電圧の第2の電源線に接続されている。Further, the memory cell matrix of the present invention includes a first conductivity type first MOS type memory transistor having a floating gate electrode and a control gate electrode, a conductivity type opposite to that of the first MOS type memory transistor, and a floating gate electrode and control. A second MOS type memory transistor whose gate electrodes are connected to the floating gate electrode and the control gate electrode of the first MOS type memory transistor, respectively, and a second MOS type memory transistor of the same conductivity type as the first MOS type memory transistor, and A normally-on type first MOS type transistor connected in series to the MOS type memory transistor, and a second MOS type memory transistor of the same conductivity type, and connected in series to the second MOS type memory transistor, and A normally-off second MO whose gate electrode is connected to the gate electrode of the first MOS transistor.
The complementary memory cells having S-type transistors are arranged in a matrix as a unit, and the control gate electrodes of the first and second MOS type memory transistors are commonly connected to each row to form the first word line. And the gate electrodes of the first and second MOS type transistors are commonly connected for each row to form a second word line.
Drain electrodes of the MOS type transistors are commonly connected for each column to form a first bit line, and drain electrodes of the second MOS type transistors are commonly connected for each column to form a second bit line. The source electrode and the substrate electrode of the first MOS type memory transistor and the first MOS type transistor are commonly connected to the first power supply line of a sufficiently small voltage, and the second MOS type memory transistor and the second MOS type memory transistor are connected.
The source electrode and the substrate electrode of the MOS transistor are commonly connected to the second power supply line having a voltage higher than the absolute value of the threshold voltage at the time of erasing of the first and second memory transistors and lower than the threshold voltage at the time of writing. It is connected.
このように、書込状態でノーマリオン型となるメモリト
ランジスタと、ノーマリオフ型のトランジスタでアンド
回路を構成することにより、選択および非選択メモリセ
ルの識別が可能となった。As described above, by configuring the AND circuit with the normally-on type memory transistor and the normally-off type transistor in the written state, it is possible to identify the selected and unselected memory cells.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図(a)は本発明の不揮発性半導体記憶装置の一実
施例の回路図、第1図(b)は情報記憶の基本単位であ
るメモリセルの回路図で、第1図(a)の半導体記憶装
置はこのメモリセルを使ってセルアレイを構成した例で
ある。FIG. 1 (a) is a circuit diagram of an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, and FIG. 1 (b) is a circuit diagram of a memory cell which is a basic unit of information storage. The semiconductor memory device of is an example in which a cell array is configured using this memory cell.
このメモリセルは、浮遊ゲート電極が共通に接続された
NチャネルメモリトランジスタQM11とPチャネルメモリ
トランジスタQM12およびノーマリオン型のNチャネルト
ランジスタQS11とノーマリオフ型のPチャネルトランジ
スタQS12から構成されている。2つのメモリトランジス
タQM11,QM12の制御ゲート電極は共通に接続され、また
2つのトランジスタQS11,QS12のゲート電極も共通に接
続されている。メモリトランジスタQM11のソース電極お
よび基板電極は、例えばOv等の低電位電源に、またメモ
リトランジスタQM12のソース電極および基板電極は、例
えば、5v等のVDD電源に接続されている。メモリトラン
ジスタQM11のドレイン電極はトランジスタQS11を通して
セルNチャネルドレイン電極に、メモリトランジスタQ
M12のドレイン電極はQS12を通してセルPチャネルドレ
イン電極に接続されている。This memory cell is composed of an N-channel memory transistor Q M11 and a P-channel memory transistor Q M12 whose floating gate electrodes are commonly connected, a normally-on type N-channel transistor Q S11 and a normally-off type P-channel transistor Q S12. There is. The control gate electrodes of the two memory transistors Q M11 and Q M12 are commonly connected, and the gate electrodes of the two transistors Q S11 and Q S12 are also commonly connected. The source electrode and the substrate electrode of the memory transistor Q M11 are connected to a low potential power supply such as Ov, and the source electrode and the substrate electrode of the memory transistor Q M12 are connected to a V DD power supply such as 5 v. The drain electrode of the memory transistor Q M11 is connected to the cell N-channel drain electrode through the transistor Q S11 and the memory transistor Q M11.
The drain electrode of M12 is connected to the cell P-channel drain electrode through Q S12 .
第1図(a)に示すメモリセルアレイは第1図(b)の
メモリセルを行列状に配置して得られたものである。こ
こで、両チャネルのメモリトランジスタQM11,QM12,
QM13,QM14およびQM15,QM16,QM17,QM18の制御ゲート電極
を行ごとに共通に接続して第1のワード線XiおよびXi+1
が構成され、両チャネルのトランジスタQS11,QS12,
QS13,QS14およびQS15,QS16,QS17,QS18のゲート電極を行
ごとに共通に接続して第2ワード線XiおよびXi+1が構成
されている。また、Nチャネルドレイン電極を列ごとに
接続して第1のビット線BiおよびBi+1が構成され、セル
間でPチャネルドレイン電極を列ごとに接続して第2の
ビット線BiおよびBi+1が構成されている。さらに、各列
の第1および第2のビット線Bi,BiおよびBi+1,Bi+1はN
チャネルビット線セレクトトランジスタQ11,Q12およびQ
13,Q14を通してノードAおよびノードBにそれぞれ接続
される。ノードAおよびノードBはNチャネルトランス
ファゲートトランジスタQ15,Q16を通して、例えば差動
増幅回路等からなるセンスアンプSAに接続されている。The memory cell array shown in FIG. 1 (a) is obtained by arranging the memory cells of FIG. 1 (b) in a matrix. Here, memory transistors Q M11 , Q M12 ,
The control gate electrodes of Q M13 , Q M14 and Q M15 , Q M16 , Q M17 , Q M18 are commonly connected for each row to connect the first word lines X i and X i + 1.
And transistors Q S11 , Q S12 , of both channels
Second word lines X i and X i + 1 are formed by commonly connecting the gate electrodes of Q S13 , Q S14 and Q S15 , Q S16 , Q S17 , Q S18 row by row. Further, the N-channel drain electrodes are connected column by column to form the first bit lines B i and B i + 1 , and the P-channel drain electrodes are connected column by column between the second bit lines B i and B i. And B i + 1 are configured. Further, the first and second bit lines B i , B i and B i + 1 , B i + 1 of each column are N
Channel bit line select transistors Q 11 , Q 12 and Q
Connected to nodes A and B through 13 and Q 14 , respectively. The node A and the node B are connected to a sense amplifier SA formed of, for example, a differential amplifier circuit through N-channel transfer gate transistors Q 15 and Q 16 .
次に、本実施例の回路の駆動方法および動作を説明す
る。今、トランジスタQS11,QS12,QM11,QM12から構成さ
れるセルを選択して情報の読出しを行う場合を想定す
る。このとき、第1のワード線Xiは、例えば5v等のVDD
電位に、第2のワード線 には例えばOv等の低電位にする。他のセルの第1のワー
ド線Xi+1は全て、例えばOv等の低電位に、第2のワード
線 は全て、例えば5v等のVDD電位にする。ビット線選択信
号YiはノードC,DのみをノードA,Bに接続するべく、例え
ば5v等のVDD電位に、またビット線選択信号Yi+1は例え
ばOv等の低電位にする。ノードGにはノードA,Bをセン
スアンプSAに接続すべく、例えば5v等のVDD電位が印加
される。選択セルが消去状態であった場合メモリトラン
ジスタQM11のソース・制御ゲート間電圧VGSには+VDDが
印加されるため第5図(a)に示すようにメモリトラン
ジスタQM11はオン状態になる。QS11のソース・ゲート間
制御電圧VGSはOvであるがトランジスタQS11はノーマリ
オン型であるので、結局第1のビット線Biはトランジス
タQS11,QM11を通して電流が流れる状態になる。メモリ
トランジスタQM12は消去状態ではノーマリオフ状態であ
り、かつソース・ゲート間制御電圧VGSはOvであるので
メモリトランジスタQM12は導通せず第2のビット線Biに
は電流は流れない。Next, the driving method and operation of the circuit of this embodiment will be described. Now, assume that a cell including the transistors Q S11 , Q S12 , Q M11 , and Q M12 is selected to read information. At this time, the first word line X i is connected to V DD such as 5v.
Potential to the second word line For example, a low potential such as Ov is set. All the first word lines X i + 1 of the other cells are set to a low potential such as Ov and the second word lines Are all at V DD potential, eg 5v. The bit line selection signal Y i is set to V DD potential such as 5v, and the bit line selection signal Y i + 1 is set to low potential such as Ov so that only the nodes C and D are connected to the nodes A and B. To connect the nodes A and B to the sense amplifier SA, a V DD potential such as 5v is applied to the node G. Memory transistor Q M11 as shown in FIG. 5 (a) for the source to the control gate voltage V GS + V DD is applied when the selected cell was erased state memory transistor Q M11 is turned on . Since the source-gate control voltage V GS of Q S11 is the transistor Q S11 is Ov a normally-first bit line B i eventually becomes a state in which current flows through the transistor Q S11, Q M11. Since the memory transistor Q M12 is in the normally off state in the erased state and the source-gate control voltage V GS is Ov, the memory transistor Q M12 does not conduct and no current flows through the second bit line B i .
逆に、選択されたセルが書込状態で、第5図(a)に示
すようにメモリトランジスタQM11の閾値がVDD以上であ
る場合、メモリトランジスタQM11のソース・ゲート間制
御電圧VGSはVDDであってもメモリトランジスタQM11はオ
フ状態になる。このため第1のビット線Biには電流が流
れない。逆に、メモリトランジスタQM12のソース・ゲー
ト制御電圧VGSはOvであるが、書込、すなわち電子注入
によりメモリトランジスタQM12はノーマリオン状態とな
っている。さらにはトランジスタQS12においては電圧V
GSは−VDDが印加されるためトランジスタQS12はオン状
態となり、第2のビット線BiはトランジスタQS12,QM12
を通して電流が流れる状態になる。On the contrary, when the selected cell is in the written state and the threshold value of the memory transistor Q M11 is V DD or more as shown in FIG. 5A, the source-gate control voltage V GS of the memory transistor Q M11 is Is at V DD , the memory transistor Q M11 is turned off. Therefore, no current flows through the first bit line B i . On the contrary, the source-gate control voltage V GS of the memory transistor Q M12 is Ov, but the memory transistor Q M12 is in the normally-on state due to writing, that is, electron injection. Furthermore, at transistor Q S12 the voltage V
Since -V DD is applied to GS, the transistor Q S12 is turned on, and the second bit line B i is connected to the transistors Q S12 and Q M12.
A current flows through it.
次に第1のビット線Biに接続されている他のNチャネル
メモリトランジスタはQM15で代表されるようにVGSはOv
となり書込および消去状態に依らずオフ状態になる。し
たがって、第1のビット線Biに流れる電流は唯一選択さ
れたセルのものとなる。第2のビット線Biに接続されて
いる他のメモリトランジスタはQM16に代表されるように
電圧VGSは−VDDとなり書込および消去状態に依らずオン
状態になる。ところが、QS16で代表されるノーマリオフ
型Pチャネルトランジスタの電圧VGSはOvとなりオフ状
態となるので第2のビット線Biには電流が流れない。す
なわち、第2のビット線Biを流れる電流も唯一選択され
たセルのものとなる。この状態をまとめると以下の表の
ようになる。Next, the other N-channel memory transistor connected to the first bit line B i has V GS of Ov as represented by Q M15.
Therefore, it is turned off regardless of the written and erased states. Therefore, the current flowing through the first bit line B i is only for the selected cell. The other memory transistors connected to the second bit line B i have a voltage V GS of −V DD as typified by Q M16 and are turned on regardless of the written and erased states. However, since the voltage V GS of the normally-off P-channel transistor typified by Q S16 becomes Ov and turns off, no current flows through the second bit line B i . That is, the current flowing through the second bit line B i also belongs to the selected cell. This state is summarized in the table below.
結局、第1のビット線Bi,第2のビット線Biとも選択さ
れたセルの電流のみを流すことになり、この結果選択識
別読出し動作が可能となる。ワード線の駆動方法は結局
ワード線XiとXiに例えばVDDとOv等の電位を対応づけて
デコードすることになり、これはVDDをOvのまたはOvをV
DDの反転信号とすることで容易に実現できる。また、ト
ランジスタQS13,QS14,QM13,QM14からなるセルを選択し
た場合はビット線選択信号のYi,Yi+1の切換を行ない、
ノードE,FのみをノードA,Bに接続することで行なわれそ
の読出し方法は上記と同様である。 Eventually, only the current of the selected cell flows through both the first bit line B i and the second bit line B i, and as a result, the selective identification read operation becomes possible. The word line driving method is to decode the word lines X i and X i by associating potentials such as V DD and Ov with each other, which means that V DD is Ov or Ov is V
This can be easily achieved by using an inverted signal of DD . Further, when the cell consisting of the transistors Q S13 , Q S14 , Q M13 , Q M14 is selected, the bit line selection signal Y i , Y i + 1 is switched,
This is performed by connecting only nodes E and F to nodes A and B, and the reading method is the same as above.
書込動作はノードAのみを、例えば10v等のプログラム
用電源に接続して行う。このときセンスアンプSAはノー
ドGを、例えばOv等の低電位にしてノードAから切り離
す。トランジスタQS11,QS12,QM11,QM12からなるセルを
選択して書込む場合、第1のワード線Xiを、例えば15v
等の高電圧に、他のメモリトランジスタの第1のワード
線を全て低電圧にする。なお、このとき選択および非選
択セルの第2のワード線は低電圧でも高電圧でもよい。
書込時にノードBを全てのノードから切り離せばVDDか
らビット線を通って流れる電流経路はなくなる。以上の
駆動法によりメモリトランジスタQM11にのみ第1のビッ
ト線Biを通してチャネル電流が流れ、メモリトランジス
タQM11,QM12の浮遊ゲート電極に電子が注入される。The writing operation is performed by connecting only the node A to a programming power source such as 10v. At this time, the sense amplifier SA sets the node G to a low potential such as Ov and disconnects it from the node A. When selecting and writing a cell composed of the transistors Q S11 , Q S12 , Q M11 , and Q M12 , the first word line X i is set to, for example, 15v.
Etc., the first word lines of the other memory transistors are all set to a low voltage. At this time, the second word lines of the selected and non-selected cells may have a low voltage or a high voltage.
If node B is disconnected from all nodes at the time of writing, there is no current path flowing from V DD through the bit line. Channel current flows through the first bit line B i only to the memory transistor Q M11 the above driving method, electrons are injected into the floating gate electrode of the memory transistor Q M11, Q M12.
第2図(a)は本発明の不揮発性半導体記憶装置をP型
シリコン基板上に実現した一実施例で、第1図(a)の
2組のセルHを示す平面図、第2図(b),(c),
(d),(e)はそれぞれ第2図(a)のA-A,B-B,C-C,
D-D線の断面図である。FIG. 2 (a) is an embodiment in which the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is realized on a P-type silicon substrate, and is a plan view showing two sets of cells H in FIG. 1 (a), and FIG. b), (c),
(D) and (e) are respectively AA, BB, CC, in FIG.
It is sectional drawing of DD line.
ここで、P型シリコン基板1、n型不純物拡散層2a,2b,
2c,2d、P型不純物拡散層3a,3b,3c,3d、浮遊ゲート電極
4、制御ゲート電極5は第1のワード線を構成し、N型
ウェル6、層間絶縁膜7、フィールド絶縁膜11が設けら
れ、トランジスタゲート電極10は第2のワード線を構成
している。8aは第1のビット線9aとn型不純物拡散層2c
との接続をとるコンタクト孔、8bは第2のビット線9bと
P型不純物拡散層3cとの接続をとるコンタクト孔、8cは
低電位電源線9cNチャネルメモリトランジスタのソース
電極拡散層2aと基板電極拡散層3dとの接続を同時にとる
コンタクト孔、8dはVDD電源線9dとPチャネルメモリト
ランジスタのソース電極拡散層3aとN型ウェル電極拡散
層2dとの接続を同時にとるコンタクト孔である。浮遊ゲ
ート電極4がNチャネルチャネルとPチャネルチャネル
を共通して覆っているのが大きな特徴である。第3図
(b)は本発明の不揮発性半導体記憶装置をP型シリコ
ン基板上に実現した他の実施例で、第1図(a)の2組
のセルIを示す平面図、第3図(a),(b)はそれぞ
れ第3図(a)のA-A線,B-B線の断面図である。Here, the P-type silicon substrate 1, the n-type impurity diffusion layers 2a, 2b,
2c, 2d, P-type impurity diffusion layers 3a, 3b, 3c, 3d, floating gate electrode 4, control gate electrode 5 constitute a first word line, and N-type well 6, interlayer insulating film 7, field insulating film 11 are formed. And the transistor gate electrode 10 constitutes the second word line. 8a is the first bit line 9a and the n-type impurity diffusion layer 2c
A contact hole for connection with the second bit line 9b and a contact hole for connection with the P-type impurity diffusion layer 3c, 8c is a low potential power supply line 9c, a source electrode diffusion layer 2a of the N-channel memory transistor and a substrate electrode. A contact hole that simultaneously connects to the diffusion layer 3d, and a contact hole 8d that simultaneously connects to the V DD power supply line 9d, the source electrode diffusion layer 3a of the P-channel memory transistor, and the N-type well electrode diffusion layer 2d. A major feature is that the floating gate electrode 4 covers the N channel channel and the P channel channel in common. FIG. 3 (b) is another embodiment in which the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is realized on a P-type silicon substrate, and is a plan view showing two sets of cells I in FIG. 1 (a), FIG. (A), (b) is sectional drawing of the AA line of FIG. 3 (a), and a BB line, respectively.
この実施例の特徴は、VDD電源線12cおよび低電位電源線
12dをセル2組に対して1本としてセル面積の縮小を図
っていることである。ここで、12b,12eは第1のビット
線であり、12aは12bと対になる第2のビット線、12fは
第1のビット線12eと対になる第2のビット線である。
第3図に示すようにPチャネルメモリトランジスタおよ
びノーマリオフ型Pチャネルトランジスタに隣り合わせ
て、かつ同一ウェル中に配置してある。This embodiment is characterized by the V DD power supply line 12c and the low potential power supply line.
This is to reduce the cell area by using 12d as one for two sets of cells. Here, 12b and 12e are first bit lines, 12a is a second bit line paired with 12b, and 12f is a second bit line paired with the first bit line 12e.
As shown in FIG. 3, the P-channel memory transistor and the normally-off P-channel transistor are arranged adjacent to each other and in the same well.
なお、半導体上での実施例の説明はP型シリコン基板に
対して行なっているがこれはN型シリコン基板でもよ
い。その場合、NチャネルメモリトランジスタがP型ウ
ェル内に構成されることになる。また、読出し動作を行
なうためのセンスアンプ回路には例えばカレントミラー
回路を利用したセンスアンプ等の種々の回路が適用可能
であり、またワード線デコード回路も種々のものが適用
可能である。Although the embodiment on the semiconductor has been described with respect to a P-type silicon substrate, it may be an N-type silicon substrate. In that case, the N-channel memory transistor is formed in the P-type well. Further, various circuits such as a sense amplifier using a current mirror circuit can be applied to the sense amplifier circuit for performing the read operation, and various word line decoding circuits can be applied.
本セルの特徴は読出し時に2つの信号が得られることで
ある。すなわち、消去状態では第1のビット線にはノー
ドAから接地電源にかけて電流が流れるが、第2のビッ
ト線には電流が流れない。逆に、書込状態では第1のビ
ット線には電流は流れないが、第2のビット線にはVDD
電源からノードBにかけて電流が流れ込む。つまりセル
自身が書込時にはノードBをチャージアップする力を持
っているわけである。この点が従来のNチャネルメモリ
トランジスタ構成のセルがディスチャージの機能しかも
っていなかった点と大きく異なる点であり、電流駆動力
が向上したために高速読出しが可能になる。また、例え
ばノードAとノードBとの電位をある電位において同電
位にしたのちにノードAとノードBの電位差を差動増幅
する等のセンスアンプ回路構成が可能であり、この結果
さらに高速読出しが可能になった。The feature of this cell is that two signals are obtained at the time of reading. That is, in the erased state, current flows from the node A to the ground power supply in the first bit line, but no current flows in the second bit line. Conversely, in the written state, no current flows through the first bit line, but V DD flows through the second bit line.
A current flows from the power supply to the node B. That is, the cell itself has the power to charge up the node B during writing. This point is largely different from the conventional cell having the N-channel memory transistor structure only having the discharging function, and the high current reading capability enables high-speed reading. Further, for example, a sense amplifier circuit configuration is possible in which the potentials of the node A and the node B are set to the same potential at a certain potential, and then the potential difference between the node A and the node B is differentially amplified. It became possible.
すなわち、本発明によりPチャネルNチャネルの組み合
わせによるメモリトランジスタセルを用いたセルアレイ
の構成が可能になり、また動作は高速読み出しを実現す
るのに適した動作であることから高速読み出し可能な大
容量不揮発性記憶装置の製品化が容易になった。That is, according to the present invention, it is possible to configure a cell array using memory transistor cells by combining P channels and N channels, and since the operation is suitable for realizing high-speed reading, a large-capacity non-volatile memory capable of high-speed reading. It has become easier to commercialize a memory storage device.
以上説明したように本発明は次のような効果がある。 As described above, the present invention has the following effects.
相補型MOSメモリトランジスタと相補型MOSトランジス
タをそれぞれ同一導電型同志を直列に基板内で接続して
メモリセルを構成することにより、構成が簡素にでき、
電源およびビット線の電極を構造が簡単なトランジスタ
側に設けることにより、容易にメモリアレイを構成でき
るセル構造を形成している。By constructing a memory cell by connecting complementary MOS memory transistors and complementary MOS transistors of the same conductivity type in series in the substrate, the configuration can be simplified.
By providing the power source and the electrode of the bit line on the side of the transistor having a simple structure, a cell structure capable of easily forming a memory array is formed.
書込状態でノーマリオン型となるメモリトランジスタ
と、ノーマリオフ型のトランジスタでアンド回路を構成
することにより、選択および非選択メモリセルの識別が
可能となった。By configuring an AND circuit with a normally-on type memory transistor and a normally-off type transistor in a written state, selection and non-selection memory cells can be identified.
メモリアレイ側からセンスアンプに電流を供給するこ
とにより、カレントミラー回路等を用いたセンスアンプ
の駆動力が向上して高速読み出しが可能となり、その結
果大容量不揮発性記憶装置の製品化が容易にできる。By supplying a current from the memory array side to the sense amplifier, the driving power of the sense amplifier using a current mirror circuit etc. is improved and high-speed read is possible, and as a result, it is easy to commercialize a large-capacity nonvolatile memory device. it can.
第1図(a)は本発明の不揮発性半導体記憶装置の一実
施例の回路図、第1図(b)は第1図の半導体記憶装置
を構成するセルの回路図、第2図は本発明の不揮発性半
導体記憶装置の半導体基板上での平面図と断面図、第3
図は本発明の不揮発性半導体記憶装置の半導体基板上で
の実施例の平面図と断面図、第4図(a)は従来のNチ
ャネル単一メモリセルを示す図、第4図(b)は従来の
浮遊ゲート共有型NチャネルPチャネルメモリセルを示
す図、第5図(a)は浮遊ゲート共有型NチャネルPチ
ャネルメモリセルのI-V特性を示す図、第5図(b)は
従来の浮遊ゲート共有型NチャネルPチャネルメモリセ
ルでのセルアレイ構成例を示す図である。 1……P型シリコン基板、2a,2b,2c,2d……n型不純物
拡散層、3a,3b,3c,3d……P型不純物拡散層、4……浮
遊ゲート電極、5……制御ゲート電極(第1のワード
線)、6……n型ウェル、7……層間絶縁膜、8a〜8d…
…コンタクト孔 9a,12b,12c……第1のビット線金属配線、9b,12a,12f,1
2g……第2のビット線金属配線、9c,12d……低電位電源
金属配線、9d,12c……VDD電源金属配線、11……フィー
ルド絶縁膜、QS11,QS13,QS15,QS17……ノーマリオン型
Nチャネルトランジスタ、QS12,QS14,QS16,QS18……ノ
ーマリオフ型Pチャネルトランジスタ、QM11,QM13,
QM15,QM17……Nチャネルメモリトランジスタ、QM12,Q
M14,QM16,QM18……Pチャネルメモリトランジスタ、Xi,
Xi+1……第1のワード線、 Bi,Bi+1……第1のビット線、 FIG. 1 (a) is a circuit diagram of one embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, FIG. 1 (b) is a circuit diagram of cells constituting the semiconductor memory device of FIG. 1, and FIG. A plan view and a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention on a semiconductor substrate,
FIG. 4 is a plan view and a sectional view of an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention on a semiconductor substrate, FIG. 4 (a) is a view showing a conventional N-channel single memory cell, and FIG. 4 (b). Is a diagram showing a conventional floating gate shared N-channel P-channel memory cell, FIG. 5 (a) is a diagram showing IV characteristics of the floating gate shared N-channel P-channel memory cell, and FIG. It is a figure which shows the example of a cell array structure in a floating gate shared N channel P channel memory cell. 1 ... P-type silicon substrate, 2a, 2b, 2c, 2d ... n-type impurity diffusion layer, 3a, 3b, 3c, 3d ... P-type impurity diffusion layer, 4 ... floating gate electrode, 5 ... control gate Electrode (first word line), 6 ... N-type well, 7 ... Interlayer insulating film, 8a-8d ...
… Contact holes 9a, 12b, 12c …… 1st bit line metal wiring, 9b, 12a, 12f, 1
2g …… Second bit line metal wiring, 9c, 12d …… Low potential power metal wiring, 9d, 12c …… V DD power metal wiring, 11 …… Field insulating film, Q S11 , Q S13 , Q S15 , Q S17 ... normally-on type N-channel transistor, Q S12 , Q S14 , Q S16 , Q S18 ... normally-off type P-channel transistor, Q M11 , Q M13 ,
Q M15 , Q M17 ...... N channel memory transistor, Q M12 , Q
M14 , Q M16 , Q M18 ...... P channel memory transistor, X i ,
X i + 1 ... the first word line, B i , B i + 1 ... the first bit line,
Claims (1)
一導電型の第1のMOS型メモリトランジスタと、第1のM
OS型メモリトランジスタと反対導電型で、かつ浮遊ゲー
ト電極と制御ゲート電極が第1のMOS型メモリトランジ
スタの浮遊ゲート電極と制御ゲート電極にそれぞれ接続
されている第2のMOS型メモリトランジスタと、第1のM
OS型メモリトランジスタと同一導電型で、かつ第1のMO
S型メモリトランジスタのドレインにソースが接続され
たノーマリオン型の第1のMOS型トランジスタと、第2
のMOS型メモリトランジスタと同一導電型で、かつ第2
のMOS型メモリトランジスタのドレインにソースが接続
され、かつゲート電極が第1のMOS型トランジスタのゲ
ート電極に接続されたノーマリオフ型の第2のMOS型ト
ランジスタとを有する相補型メモリセルを構成単位とし
てこれが行列状に配置され、第1,第2のMOS型メモリト
ランジスタの制御ゲート電極が行ごとに共通に接続され
て、第1のワード線が構成され、第1,第2のMOS型トラ
ンジスタのゲート電極が行ごとに共通に接続されて第2
のワード線が構成され、第1のMOS型トランジスタのド
レイン電極が列ごとに共通に接続されて第1のビット線
が構成され、第2のMOS型トランジスタのドレイン電極
が列ごとに共通に接続されて第2のビット線が構成さ
れ、第1のMOS型メモリトランジスタのソース電極およ
び基板電極と第1のMOS型トランジスタの基板電極が共
通に十分小さい電圧の第1の電源線に接続され、第2の
MOS型メモリトランジスタのソース電極および基板電極
と第2のMOS型トランジスタの基板電極が共通に第1お
よび第2のメモリトランジスタの消去時のしきい値電圧
の絶対値より大きく、かつ書込時のしきい値電圧より小
さい電圧の第2の電源線に接続されているメモリセルマ
トリックス。1. A first MOS type memory transistor of one conductivity type having a floating gate electrode and a control gate electrode, and a first M type memory transistor.
A second MOS type memory transistor having a conductivity type opposite to that of the OS type memory transistor, wherein the floating gate electrode and the control gate electrode are respectively connected to the floating gate electrode and the control gate electrode of the first MOS type memory transistor; M of 1
The same conductivity type as the OS type memory transistor and the first MO
A normally-on type first MOS type transistor whose source is connected to the drain of the S type memory transistor;
Of the same conductivity type as the MOS type memory transistor of
Complementary memory cell having a normally-off type second MOS transistor whose source is connected to the drain of the MOS type memory transistor and whose gate electrode is connected to the gate electrode of the first MOS type transistor These are arranged in rows and columns, the control gate electrodes of the first and second MOS type memory transistors are commonly connected for each row to form a first word line, and the first and second MOS type transistors are formed. The gate electrodes are commonly connected to each row and the second
, The drain electrode of the first MOS type transistor is commonly connected to each column and the first bit line is configured, and the drain electrode of the second MOS type transistor is commonly connected to each column. To form a second bit line, and the source electrode and the substrate electrode of the first MOS type memory transistor and the substrate electrode of the first MOS type transistor are commonly connected to a first power supply line of a sufficiently small voltage, Second
The source electrode and the substrate electrode of the MOS type memory transistor and the substrate electrode of the second MOS type transistor are commonly larger than the absolute value of the threshold voltage at the time of erasing of the first and second memory transistors, and at the time of writing. A memory cell matrix connected to a second power supply line having a voltage lower than a threshold voltage.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| JPS63182849A JPS63182849A (en) | 1988-07-28 |
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