JP3160451B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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Description
揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係わり、特に
NANDセル構成のメモリセルアレイを有するEEPR
OMを用いたメモリシステムに関する。
可能なNANDセル型EEPROMが知られている。こ
れは、複数のメモリセルをそれらのソース,ドレインを
隣接するもの同士で共用する形で直列接続し、これを一
単位としてビット線に接続するものである。メモリセル
は通常、浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートが積層
されたFETMOS構造を有する。メモリセルアレイ
は、p型基板又はn型基板に形成されたp型ウェル内に
集積形成される。NANDセルのドレイン側は選択ゲー
トを介してビット線に接続され、ソース側はやはり選択
ゲートを介して共通ソース線に接続される。メモリセル
の制御ゲートは、行方向に連続的に接続されてワード線
となる。
の通りである。データ書き込みの動作は、ビット線から
最も離れた位置のメモリセルから順に行う。選択された
メモリセルの制御ゲートには高電圧Vpp(=20V程
度)を印加し、それよりビット線側にあるメモリセルの
制御ゲート及び選択ゲートには中間電圧VMCG 及びVMS
G (=10V程度)を印加し、ビット線にはデータに応
じて0V又は中間電圧VMBL (=8V程度)を与える。
は選択メモリセルのドレインまで伝達されて、ドレイン
から浮遊ゲートに電子注入が生じる。これにより、その
選択されたメモリセルのしきい値は正方向にシフトす
る。この状態を例えばデータ“0”とする。ビット線に
中間電位が与えられたときは電子注入が起こらず、従っ
てしきい値は変化せず、負に止まる。この状態はデータ
“1”である。書き込み動作時には、ソース線及びソー
ス線側の選択ゲートを0Vとしている。
モリセルに対して同時に行われる。即ち、全ての制御ゲ
ート,選択ゲートを0Vとし、ビット線及びソース線を
浮遊状態として、p型ウェル及びn型基板に高電圧20
Vを印加する。これにより、全てのメモリセルで浮遊ゲ
ートの電子がp型ウェルに放出され、しきい値は負方向
にシフトする。
セルの制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリセルの
制御ゲート及び選択ゲートを電源電位Vcc(=5V)、
またソース線を0Vとして、選択メモリセルで電流が流
れるか否かを検出することにより行われる。
電位は全てチップ内部の昇圧回路により発生するもので
あり、VccやVss電位に比べると、供給能力は一般的に
はずっと低い。
ータ書き込み動作を説明するためのタイミング図であ
る。図11のような動作の場合、*の部分では、“1”
データ書き込みに対応するビット線に接続された(選択
ブロック内の)NAND列中のチャネル部分にはVMBL
電位が転送され、ソース側の選択ゲートSG2のドレイ
ン部分も0V→VMBL (〜8V)となる。すると、選択
ゲートSG2がカップリングにより0V→ΔV(ΔV>
0V)となる。
より離れた位置にあるSG2ノードでは、前記充電部分
との間にある抵抗により前記充電部分からの電荷供給能
力が弱いため、ΔVの値を低く抑えられず、ΔV>[選
択ゲートのしきい値電圧]となってしまう。そして、V
MBL 電位にあるビット線とVss電位にあるソース線がシ
ョートしてしまい、VMBL 電位が低下して書き込み動作
の信頼性が低下するという問題を招く。
るのを待ってから書き込みを行うことにすると、中間電
位の供給能力があまり高くないため、書き込み時間が非
常に長くなってしまう。さらに、VMBL 電位の低下量を
小さく抑えるためにVMBL 電位を発生させる昇圧回路の
能力を高めようとすると、チップ面積が増大してしまう
問題があった。
ANDセル型EEPROMにおいては、ソース線側の選
択ゲートのゲートがカップリングによって電位上昇する
ため、選択ゲートがオン状態となり、“1”データ書き
込みを行うためにビット線に与えられる中間電位のレベ
ルが低下してしまい、従って書き込み動作の信頼性が低
下してしまうという問題があった。また、中間レベルが
低下後元のレベルまで戻るのを待ってからデータ書き込
みを行うとすると書き込み時間が長くなり、中間電位レ
ベルの低下量を小さくするために中間電位発生回路の供
給能力を高めようとすると、チップサイズが大きくなっ
てしまうという問題があった。
ので、その目的とするところは、チップ面積の増大を伴
うことなく、信頼性の高い高速書き込み動作を行うこと
のできるNANDセル型EEPROMを提供することに
ある。
書き込み動作中にビット線側の選択ゲートがオン状態に
ある間ソース線の電圧を接地電位より高い電圧に設定す
ることにある。即ち、本発明(請求項1)は、半導体基
板上に電荷蓄積層と制御ゲートが積層形成され、電荷蓄
積層と基板との間の電荷の授受により電気的書替えを行
うメモリセル若しくはメモリセル列が複数個配列形成さ
れたメモリセルアレイと、メモリセル若しくはメモリセ
ル列の一端に直接若しくはトランジスタを介して接続さ
れたビット線と、メモリセル若しくはメモリセル列の他
端に直接若しくはトランジスタを介して接続されたソー
ス線とを備えたEEPROMにおいて、ビット線に高電
位を与える時にソース線の電位を接地電位よりも高い電
位、例えば電源電圧に設定に設定することを特徴とす
る。
上に電荷蓄積層と制御ゲートが積層形成され、電荷蓄積
層と基板との間の電荷の授受により電気的書替えを行う
メモリセルを複数個直列接続したNANDセルが複数個
配列形成され、各々のNANDセルの一端に第1の選択
ゲートを介してビット線が接続され、NANDセルの他
端に第2の選択ゲートを介してソース線が接続されたN
ANDセルアレイを備えたEEPROMにおいて、所定
のブロックを選択してデータの書き込みを行う際に、該
選択ブロック内のビット線側の第1の選択ゲートがオン
状態にある間は、ソース線の電位を接地電位よりも高い
電位、例えば電源電圧に設定することを特徴とする。
メモリセルアレイ中のソース線の電位を接地電位よりも
高く、例えば電源電圧電位にすることにより、ビット線
側の選択ゲートがオン状態にある時にソース線側の選択
ゲートがオン状態となるのを防ぐことができ、ビット線
に与えられる中間電位のレベルが低下するのを防止でき
る。
で戻るのを待ってからデータ書き込みを行う必要はな
く、さらに中間電位発生回路の供給能力を高めるために
チップサイズが大きくなることもない。このようにして
本発明によれば、チップ面積の増大を伴うことなく、信
頼性の高い高速データ書き込みを実現することが可能と
なる。
する。図1は、本発明の第1の実施例に係わるNAND
セル型EEPROMの概略構成を示すブロック図であ
る。メモリセルアレイ1に対して、データ書き込み,読
み出し,再書き込み及びベリファイ読み出しを行うため
にビット線制御回路2が設けられている。このビット線
制御回路2はデータ入出力バッファ6につながり、アド
レスバッファ4からのアドレス信号を受けるカラムデコ
ーダ3の出力を入力として受ける。また、メモリセルア
レイ1に対して制御ゲート及び選択ゲートを制御するた
めにロウ・デコーダ5が設けられ、メモリセルアレイ1
が形成されるp基板(又はp型ウェル)の電位を制御す
るための基板電位制御回路7、メモリセルアレイ1中の
ソース線の電位を制御するためのソース線電位制御回路
8が設けられている。
プフロップからなり、書き込むためのデータのラッチや
ビット線の電位を読むためのセンス動作、また書き込み
後のベリファイ読み出しのためのセンス動作、さらに再
書き込みデータのラッチを行う。
一つのNANDセル部分の平面図と等価回路図であり、
図3(a)(b)はそれぞれ図2(a)のA−A′及び
B−B′断面図である。
ン基板(又はp型ウェル)11に複数のNANDセルか
らなるメモリセルアレイが形成されている。一つのNA
NDセルに着目して説明するとこの実施例では、8個の
メモリセルM1 〜M8 が直列接続されて一つのNAND
セルを構成している。メモリセルはそれぞれ、基板11
にゲート絶縁膜13を介して浮遊ゲート14(141 ,
142 ,…,148 )を形成し、この上に層間絶縁膜1
5を介して制御ゲート16(161 ,162 ,…,16
8 )を形成して構成されている。これらのメモリセルア
レイのソース,ドレインであるn型拡散層19は隣接す
るもの同士共用する形で、メモリセルが直列接続されて
いる。
は、メモリセルの浮遊ゲート,制御ゲートと同時に形成
された選択ゲート149 ,169 及び1410,1610が
それぞれ設けられている。素子形成された基板上はCV
D酸化膜17により覆われ、この上にビット線18が配
設されている。ビット線18はNANDセルの一端のド
レイン側拡散層19にコンタクトされている。行方向に
並ぶNANDセルの制御ゲート14は共通に制御ゲート
線CG1 ,CG2 ,…,CG8 として配設されている。
これら制御ゲート線CGはワード線となる。選択ゲート
149 ,169 及び1410,1610もそれぞれ行方向に
連続的に選択ゲート線SG1 ,SG2 として配設されて
いる。
クス配列されたメモリセルアレイの等価回路を示してい
る。図5に、第1の実施例における書き込み動作のタイ
ミングを示す。図5は書き込み動作中の選択ブロック内
の各部の動作タイミングを示す図であり、この場合には
選択ブロック中の8本のCGのうち、1本が選択、残り
が非選択CGとなる。図5の詳細を以下に説明する。
Lが0V→Vccとなると共に、Cell−Source線も0V→
Vccとなる。続いて、ビット線BLがVcc→VMBL (但
し、VMBL はチップ内部の昇圧回路により発生する電圧
であり、Vccより高い電圧、例えば8V程度である)と
なった後、“0”データを書き込むメモリセル(つま
り、しきい値電圧が負→正となるメモリセル)を含むN
ANDセルに接続されたビット線BLのみがVMBL →0
Vとされる。
0V→Vccとなり、さらにVcc→VMCG 或いはVcc→V
MSG (但し、VMCG ,VMSG は共にチップ内部の昇圧回
路により発生する電圧であり、Vccより高い電圧、例え
ば10〜12V程度である)となる。さらに、選択CG
のみがVMCG →Vpp(但し、Vppはチップ内部の昇圧回
路により発生する電圧であり、VMBL ,VMCG ,VMSG
より高い電圧、例えば20V程度である)となり、しば
らくこの状態が保持されてメモリセルへのデータの書き
込みが行われる。
と、選択CG,非選択CG,SG1が共に0Vとされ、
続いてVMBL 電位にあるビット線BLがVMBL →0Vと
される。この時には、Cell−Source線もVcc→0Vとさ
れる。これで書き込み動作が終了する。
動作中にビット線側の選択ゲートSG1がオン状態にあ
る間Cell−Source線電位がVccとなっていることであ
る。この特徴の利点について以下に説明する。
ーダ,及びセンスアンプ兼ラッチ回路のチップ上の配置
の一例を示す。メモリセルアレイ中のSG2の電位はロ
ウデコーダ中のトランジスタを介して与えられる。メモ
リセルアレイ中のSG2配線は、Cell−pwell ,Cell−
Source及び他配線との間に容量を持ち、またSG2配線
自身の抵抗もあるため、メモリセル中のSG2の充放電
の際にはSG2各部分の充放電波形は同一形状とはなら
ない。図6(a)のようにメモリセルアレイの片側(図
中では左側)のみからメモリセル中のSG2配線の充放
電が行われる場合、1,2,3の各部分では図6(b)
(c)のような充・放電波形となる。
り、SG2各部分で充放電所要時間が異なり、SG2の
充放電が行われる側から遠い部分ほど充放電所要時間が
長くなる。同様のことは、Cell−Source線と反対側の拡
散層(図2,4中の19SG2のノード)の電位上昇によ
るSG2電位の上昇の場合にも言える。
トの断面図(図2中のA−A′方向の断面図)を示す。
選択ゲートS2 のゲート14SG2 のメモリセル中の容量
のうち、主なものは図7(a)中のC1 ,C2 ,C3 で
ある(16SG2 は一般には14SG2 と同電位、又はフロ
ーティングであるため、14SG2 との間には実質的には
容量はないとする)。このうち選択ゲートS2 のCell−
pwell / SiO2 界面のCell−pwell 側に空乏層がある場
合、14SG2 とCell−pwell 間の容量C3 はC1 ,C2
に比べて小さいため、C1 ,C2 が14SG2 の主容量と
なる。
考えると、SG1が0V→Vcc→VMCG となる際に、
“1”データ書き込みを行うメモリセルを含むNAND
列では全てのメモリセルのチャネル部分が0V→VMBL
(〜8V)と充電され、従って図2,4中の19SG2 の
ノードが0→VMBL (〜8V)となるため、容量カップ
リングにより、14SG2 ノードはC1 /(C1 +C2 )
・VMBL 電位(C1 =C2 ,VMBL =8Vの際には4
V)まで上昇しようとする。
2の充放電部分に近くメモリセルアレイ外部からの電荷
供給が高速に行えるため、電位上昇が抑えられやすい。
しかし、図6(a)の2,3の部分はSG2の充放電部
分と離れているため、電位上昇を抑えることができず、
図7(b)のように図7(a)中の14SG2 の電位が選
択ゲートSG2のしきい値電圧VthSG2 より高くなる。
れる従来方式では、選択トランジスタS2 がオン状態と
なり、VMBL 電位にあるビット線と0VにあるCell−So
urce線がショートされる。すると、VMBL 電位はチップ
内部の昇圧回路により発生する電圧であり、供給能力が
低いためレベルが低下しやすく、さらに一度レベルが低
下すると元のレベルに戻るまでに長時間かかるため、選
択CGがVppとなるときも元のレベルに戻りきらないの
で、書き込み動作の信頼性を低下させる。
く抑えるために供給能力を高めようとすると、チップ面
積が増大してしまう。また、VMBL 電位が元のレベルま
で戻るまで待った後選択CGをVMCG →Vppとするよう
にすると、VMBL 電位供給能力があまり高くないため書
き込み所要時間が非常に長くなってしまい、高速書き込
み動作の実現が不可能となってしまう。
urceをVccに固定する本実施例方式では、図7(a)中
の14SG2 電位が(Vcc+VthSG2 )より高くならない
と、VMBL 電位にあるビット線とCell−Source線がショ
ートされないため、図7(b)のように2,3の部分に
おいても前記ショートは起こらない。従って、VMBLを
低下させることがなく、信頼性の高い書き込みを行うこ
とができる。
ために、ビット線BLに与えられる中間レベルが低下後
元のレベルまで戻るのを待つ必要はなく、高速書き込み
が可能となる。さらに、中間電位レベルの低下量を小さ
くするために中間電位発生回路の供給能力を高める必要
もなく、チップサイズが大きくなる等の不都合を避ける
ことができる。
0V→Vcc→VMBL とした後、選択的に“0”データ書
き込みのメモリセルを含むNAND列に接続されたビッ
ト線のみを0Vに低下させる場合の実施例を示したが、
本発明は最初から“1”データ書き込みメモリセルに対
応するビット線にのみ0V→Vcc→VMBL と充電を行う
場合においても有効である。
→Vcc及びVcc→0Vとするタイミングをそれぞれビッ
ト線の充・放電と同時に行っていたが、タイミングをず
らした場合でも、SG1がオン状態にある場合にCell−
Source線がVccとなっていれば有効である。
VMBL とした後にSG1を0→Vcc→VMSG としたが、
両者を同時に充電する、若しくは先にSG1を0→Vcc
→VMSG とした後ビット線を0→Vcc→VMBL とする場
合においても、SG1がオン状態にある場合にCell−So
urce線がVccとなっていれば有効であることは言うまで
もない。また、SG2が低抵抗材で裏打ちされた場合で
も本発明が有効であることは言うまでもない。
て説明を行ったが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではない。以下には、NAND型EEPROM以外に
適用した場合の説明を行う。
発明を適用できる構成例を示す。(a)(b)はメモリ
セルと選択ゲートが直列である構造、(c)はメモリセ
ル単独、(d)(e)はトランジスタ単独の場合の例で
ある。また、図8(a)〜(e)の動作例を、それぞれ
図9(a)〜(e)及び図10(a)〜(e)に示す。
(a)の説明をする。図9(a)では、VBL3 を0V→
VBLH とする際には、メモリセルM3が活性状態にある
場合(この場合はVcg3 が0VでもVcgHでもかまわな
い)にはノードN3の電圧も高くなり、ノードN3と選
択ゲートS3のゲートVsg3 とのカップリングによって
Vsg3 が上昇し、選択ゲートS3がオンしてVBL3 とV
S3がショートするという問題がある。この問題を防ぐた
めに、VBL3 がVBLH 電位になる前にVS3を0V→Vcc
とすることにより、選択ゲートS3がオンする電圧をV
ths3→(Vcc+Vths3)(但し、Vths3は選択ゲートS
3のしきい値電圧)と高めることができ、選択ゲートS
3がオンするのを防ぐことができる。
ップ内部で発生するVccより高い高電圧である場合には
有効であり、図1〜図6の実施例の場合と同様に、選択
ゲートS3がオンするのを防ぐことによりVBLH の選択
ゲートS3を介してのリークを防げ、より信頼性の高い
動作を実現できる。図8(a)における図9(a)の動
作タイミングと同様に図8(b)における図9(b)、
図8(c)における図9(c)、図8(d)における図
9(d)の動作タイミングも有効である。
作タイミングは、図8(a)〜(d)の動作タイミング
の極性を逆にしたものであり、Qp1がオンしないように
VS7を“L”レベル電圧VSLに設定する。図8
(d)(e)はロウデコーダ,センスアンプ等のメモリ
セル以外の部分で用いることができ、図9(d)(e)
や後に説明する図10(d)(e)のような動作が可能
である。
(VBL側)若しくはドレイン側(VD側)にVccより高
い昇圧電圧が充電される場合に前記昇圧電圧のリークを
防ぐ手段として特に有効なものであるが、本発明は前記
実施例に限定されるものではない。例えば図9の動作タ
イミングにおいてビット線・ドレイン側とソース側が入
れ代わった図10の場合も有効である。
(a)〜(e)の回路構成の動作タイミングを表してい
る。図10は基本的には図9と同様であるが、ソース線
の立上がり及び立下がりがビット線のそれよりも遅れて
いる。図10の場合は、ソース側に充電される“H”レ
ベルの電圧のリークを防ぐためにビット線を“H”レベ
ルの電圧に設定するものであり、図9と同様に理解でき
る。また、本発明は上述した各実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。
ータ書き込み動作中にビット線側の選択ゲートがオン状
態にある間ソース線の電圧を接地電位より高い電圧に設
定することにより、回路面積の増大を抑制しながら、し
かも信頼性の高い高速書き込み動作を行うことのできる
EEPROMを実現することが可能となる。
OMの概略構成を示すブロック図。
トと等価回路図。
回路図。
グ図。
路のチップ上の配置例とSG2の各部分の充放電波形を
示す図。
部分のカップリングによる電位上昇を示す図。
図。
イミング図。
タイミング図。
タイミング図。
Claims (9)
- 【請求項1】半導体基板上にデータを記憶するメモリセ
ルと選択トランジスタから構成されるメモリセルユニッ
トが配列形成されたメモリセルアレイと、 前記メモリセルユニットの一端に接続されたビット線
と、 前記メモリセルユニットの他端に接続されたソース線と
を具備してなり、 前記メモリセルユニット内では前記他端とメモリセルと
の間に第1の選択トランジスタが存在し、選択されたメ
モリセルユニット内ワード線の一部、若しくは全部が電
源電圧より高く、かつ選択されたメモリセルユニット内
の第1の選択トランジスタがオフ状態となる動作時に、
前記ソース線の電圧が前記動作中のビット線設定電圧の
最低値よりも高い電圧にあることを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置。 - 【請求項2】前記ビット線設定電圧の最低値が接地電位
であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項3】半導体基板上にデータを記憶するメモリセ
ルと選択トランジスタから構成されるメモリセルユニッ
トが配列形成されたメモリセルアレイと、 前記メモリセルユニットの一端に接続されたビット線
と、 前記メモリセルユニットの他端に接続されたソース線と
を具備してなり、 前記メモリセルユニット内では前記他端とメモリセルと
の間に第1の選択トランジスタが存在し、選択されたメ
モリセルユニット内ワード線の一部、若しくは全部の電
圧が電源電圧より高く、かつ選択されたメモリセルユニ
ット内の第1の選択トランジスタがオフ状態となる動作
時に、第1の選択トランジスタのゲート電圧が前記ソー
ス線の電圧よりも低いことを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項4】前記動作時には、前記第1の選択トランジ
スタのゲート電圧が接地電圧に設定されることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか記載の不揮発性半導体記憶
装置。 - 【請求項5】前記動作時とは、前記メモリセルの電荷蓄
積層への電子注入若しくは電荷蓄積層からの電子放出に
より電気的書換えを行なう動作であることを特徴とする
請求項1〜4のいずれか記載の不揮発性半導体記憶装
置。 - 【請求項6】前記動作時とは、前記メモリセルの電荷蓄
積層への電子注入によりデータの書込みを行なう動作で
あることを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の不
揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項7】前記メモリセルユニット内では前記一端と
メモリセルとの間に第2の選択トランジスタが存在する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の不揮発
性半導体記憶装置。 - 【請求項8】前記メモリセルユニットは、メモリセルを
複数個直列接続し、その両端に選択トランジスタを接続
して構成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれ
か記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項9】前記メモリセルユニットは、メモリセルを
複数個並列接続し、その両端に選択トランジスタを接続
して構成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれ
か記載の不揮発性半導体記憶装置。
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JP31174293A JP3160451B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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JP31174293A JP3160451B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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JPH07169285A JPH07169285A (ja) | 1995-07-04 |
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Family
ID=18020936
Family Applications (1)
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JP31174293A Expired - Lifetime JP3160451B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 不揮発性半導体記憶装置 |
Country Status (1)
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