JP2655765B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0466Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells with charge storage in an insulating layer, e.g. metal-nitride-oxide-silicon [MNOS], silicon-oxide-nitride-oxide-silicon [SONOS]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はMNOSやMONOS等
の如きトラップ型の不揮発性メモリをマトリクス状に配
した半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような半導体装置では基板
(ウエル)は全メモリセルについて共通であり、1つの
メモリトランジスタのゲ−トを選択すると、そのライン
につながっている他のメモリトランジスタが全て選択さ
れてしまう。よって、非選択のメモリトランジスタに対
しては書き込みを禁止するためビット線に電圧を印加す
るようにしており、そのビット線の電流の漏洩を防ぐた
めメモリトランジスタとは別に選択用トランジスタを設
けていた。
【0003】図5、図6は斯る従来の半導体装置の回路
構成を示している。図5は特開昭62−45182号に
開示されているものと同じであり、図6は特開昭59−
211281号に開示されているものと同じである。図
5において、30はウエルであり、メモリセルM1,M
2,M3,M4・・・・・全てに対し共通となっている。各
メモリセルにはメモリトランジスタQm以外に選択用ト
ランジスタQsが設けられている。図6においても、3
1、32で示している部分が全てのメモリM1〜M3に
つながっている如くウエルは共通であり、各メモリセル
にはメモリトランジスタ33と選択用トランジスタ34
が設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のメ
モリ・マトリクスの半導体装置では各メモリセルにメモ
リトランジスタとは別に選択トランジスタを必要として
いるので、その分、各メモリセルは大きくなり、従って
半導体装置全体が大型化していた。しかも選択用トラン
ジスタに対する配線を施したり、電圧を与えたりするの
で、構成が複雑であった。本発明はこのような点に鑑み
なされたものであって、選択用トランジスタを不要とし
た簡単な構成の半導体装置を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、トラップ型のメモリセルをマトリクス状
に配してなる半導体装置において、メモリトランジスタ
が一列に並ぶようにウエルを分離する手段と、分離され
た各ウエルごとに電圧を印加する第1の電圧印加手段
と、分離された各ウエルの同一行のメモリトランジスタ
のゲ−ト電極を結ぶ複数の配線と、前記複数の配線に対
し各配線ごとに電圧を印加する第2の電圧印加手段と、
を備え、情報の書き込みを前記第1、第2の電圧印加手
段によって行ない得るようにしている。
【0006】この場合、本発明の半導体装置では、情報
の書き込み時に情報の書き込みを行なうべく選択された
メモリトランジスタを有するウエルには接地電位又は低
電圧を印加するとともに該選択されたメモリトランジス
タのゲート電極にはプログラム電圧VPPを印加し、前
記メモリトランジスタとウエルを共通にする情報の書き
込みを行なわない非選択のメモリトランジスタのゲート
電極には情報の書き込みが行なわれない範囲内の高い電
圧VWPを印加し、前記選択されたメモリトランジスタ
と上記配線の1つを共通にする非選択のメモリトランジ
スタのウエルには(VPP−VWP)以上の電圧を印加
するようにしている。
【0007】
【作用】このような構成によると、メモリセルはゲ−ト
の配線とウエルのマトリクスから選択されるので、書き
込みや消去を各メモリセルごとに行なうことができる。
また、選択用のトランジスタが存しないので、各メモリ
セルが縮小されるとともに配線数も少なくなる。
【0008】
【実施例】本発明を実施した図1において、W1〜W4
は互いに分離されたウエルであり、各メモリセルはメモ
リトランジスタT11〜T44のみで構成されており、
従来例で用いられていたような選択用トランジスタは存
在しない。各ウエルW1〜W4にはメモリトランジスタ
がY方向に並んでいる。Y1〜Y4はウエルW1〜W4
に関しX方向に並んだメモリトランジスタのゲ−ト電極
に共通なゲ−ト制御配線である。1は書き込み時に前記
ウエルW1、W2、W3、W4ごとに電圧を与える書き
込み用のX・デコ−ダであり、2は書き込み時及び読み
出し時にゲ−ト制御配線Y1、Y2、Y3、Y4ごとに
電圧を与えるY・デコ−ダである。また、3は読み出し
時にウエルW1、W2、W3、W4ごとに電圧を与える
読み出し用のX・デコ−ダである。
【0009】D1〜D4はドレイン用の配線であり、S
は全メモリトランジスタに共通に接続されたソ−ス用の
配線である。このように本実施例では配線Y1〜Y4と
ウエルW1〜W4は互いに直交しメモリ・マトリクスを
構成している。
【0010】図2、図3は前記ウエルW1〜W4を互い
に分離する構造例を示しており、図2はn型の半導体基
板11の上部に形成されたPウエル層を酸化膜よりなる
トレンチ12a〜12cで分離した場合を示している。
ここで、13はウエル内に形成されたソ−ス領域、14
はドレイン領域であり、15はゲ−ト電極、16はSi
O2の酸化膜、17はSiNの窒化膜である。一方、図
3は図2のトレンチ12a〜12cの代わりにn型の基
板11に独立に形成した各PウエルW1〜W4と基板1
1とのPN接合を逆バイアスすることによりウエルW1
〜W4を分離しており、上方にはフィ−ルド酸化膜18
a〜18eが図示の如く設けられている。他の部分は図
2と同一である。
【0011】次に図示の半導体装置の書き込みにおける
各メモリトランジスタT11〜T44に対する印加電圧
動作について図4を参照しながら説明する。今、メモリ
セル5に書き込みを行なうものとする。この場合、まず
ウエルW2に接地電位(又は低電圧)を与え、ゲ−ト制
御配線Y2に図4に示すようなプログラム電圧VPPを
印加する。すると、メモリセル5のメモリトランジスタ
T22のゲ−ト電極とウエルW2間には高電界が発生し
電子が基板11から注入され窒化膜17にトラップされ
る。これにより、メモリセル5に対する書き込み状態が
実現される。
【0012】非選択のメモリセル、例えば選択されたメ
モリセル5とウエルW2を共通にするメモリセル8のゲ
−ト電極にはゲ−ト制御配線Y1を介して図4に示す電
圧VWPをかける。この電圧VWPは書き込みが起こら
ない範囲の最大の電圧であるが、必ずしもその値に選ぶ
必要はなく、VWPよりやや低い電圧であってもよい。
いずれにしても、この電圧VWPではメモリセル8のメ
モリトランジスタT12のゲ−ト電極とウエルW2間に
生じる電界は弱く、電子の注入は生じない。従って、電
子のトラップもないので、記憶状態は生じない。
【0013】次にメモリセル10のように前記選択メモ
リセル5とウエルは異にするがゲ−ト制御配線Y2を共
通にする非選択のメモリセルはゲ−ト電極とウエル間の
電位差(VPP−X)がVPP−X≦VWPなる電圧
X,即ちX≧VPP−VWPなる電圧をかけておく。
【0014】このようにすると、選択されたメモリセル
5とウエルもゲ−ト制御配線も共通にしない他の非選択
のメモリセル9等に対して、 VWP−(VPP−VWP)=(2VWP−VPP) なる電位差がかかるが、これが−VWN〜VWPの範囲
にあれば、書き込み、消去のいずれにおいても誤動作は
生じない。尚、図4によれば(2VWP−VPP)はほ
ぼ0Vになる。以上の書き込み動作において各メモリセ
ルのメモリトランジスタのソ−ス領域・ドレイン領域に
は電圧を印加する必要がなく、オ−プン状態のままでよ
い。
【0015】以上において、主として書き込み動作につ
いて述べたが、消去の場合も同様にゲ−ト制御配線とウ
エルの電圧を選ぶことでメモリセルの完全な選択と非選
択が行なえる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、メ
モリセルはゲ−トの配線とウエルのマトリクスから選択
されるので、書き込みや消去を各メモリセルごとに行な
うことができる。また、選択用のトランジスタが存しな
いので、各メモリセルが縮小されるとともに配線数も少
なくなるという効果があり、本発明は極めて有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施した半導体装置の回路結線図。
【図2】 そのウエルを複数に分割する構造例を示す
図。
【図3】 同じくウエルを複数に分割する他の構造例を
示す図。
【図4】 メモリトランジスタのゲ−トとウエルに印加
する電圧関係を説明するための図。
【図5】 従来例の回路結線図。
【図6】 他の従来例の回路結線図。
【符号の説明】
W1〜W4 ウエル Y1〜Y4 ゲ−ト制御配線 T11〜T44 メモリトランジスタ 11 半導体基板 12a〜12c トレンチ 13 ソ−ス領域 14 ドレイン領域 15 ゲ−ト電極 16 酸化膜 17 窒化膜 18a〜18e フィ−ルド酸化膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トラップ型のメモリセルをマトリクス状に
    配してなる半導体装置において、 メモリトランジスタが一列に並ぶようにウエルを分離す
    る手段と、 分離された各ウエルごとに電圧を印加する第1の電圧印
    加手段と、 分離された各ウエルの同一行のメモリトランジスタのゲ
    ート電極を結ぶ複数の配線と、 前記複数の配線に対し各配線ごとに電圧を印加する第2
    の電圧印加手段と、 を備え、情報の書き込み時に情報の書き込みを行うべく
    選択されたメモリトランジスタを有するウエルには接地
    電位又は低電圧を印加するとともに該選択されたメモリ
    トランジスタのゲート電極にはプログラム電圧VPPを
    印加し、前記メモリトランジスタとウエルを共通にする
    情報の書き込みを行わない非選択のメモリトランジスタ
    のゲート電極には情報の書き込みが行われない範囲内の
    高い電圧VWPを印加し、前記選択されたメモリトラン
    ジスタと上記配線の1つを共通にする非選択のメモリト
    ランジスタのウエルには(VPP−VWP)以上の電圧
    を印加するようにしたことを特徴とする半導体装置。
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