JP6053474B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Description
図1において、1は例えば4つのメモリセル2a,2b,2c,2dが2行2列に配置された不揮発性半導体記憶装置を示し、これらメモリセル2a,2b,2c,2dのうち例えば任意に選択されたメモリセル2aに対しソースサイド注入によってデータを書き込み得るようになされている。この場合、不揮発性半導体記憶装置1は、2本のビット線BL1,BL2が設けられているとともに、2本のワード線WL1,WL2が設けられており、ビット線BL1,BL2およびワード線WL1,WL2が交差する位置にメモリセル2a,2b,2c,2dが配置されている。
次に本発明の不揮発性半導体記憶装置1においてデータの書き込み動作について以下説明する。図1は、複数のメモリセル2a,2b,2c,2dのうち、1行1列目のメモリセル2aにのみデータを書き込む際の各部位の電圧値を示している。なお、ここでは、データの書き込みが行われるメモリセル2aを選択メモリセル3aと呼び、データの書き込みを行わないメモリセル2b,2c,2dを非選択メモリセル3bと呼ぶ。
次に、不揮発性半導体記憶装置1において、データを読み出す際の電圧印加について以下説明する。図1との対応部分に同一符号を付して示す図4は、メモリセル2a,2b,2c,2dのうち、1行目のメモリセル2a,2bのデータを読み出す際の各部位の電圧値を示している。なお、ここでは、データを読み出すメモリセル2a,2bを読み出しメモリセル6aと呼び、データを読み出さないメモリセル2c,2dを非読み出しメモリセル6bと呼ぶ。また、この場合、メモリセル2a,2b,2c,2dのうちメモリセル2bにだけデータが書き込まれ、その他のメモリセル2a,2c,2dにはデータが書き込まれていないものとする。さらに、ここでは、フローティングゲートFGに電荷が蓄積された状態(データが書き込まれているとき)を例えば「0」とし、フローティングゲートFGに電荷が蓄積されてない状態(データが書き込まれていないとき)を「1」とする。
次に、この不揮発性半導体記憶装置1において、メモリセル2a,2b,2c,2dのデータを消去する際の電圧印加について以下説明する。不揮発性半導体記憶装置1におけるデータの消去動作としては、例えばバンド間トンネル電流に起因するホール注入を用いた消去方法や、フローティングゲートFGとなるメモリトランジスタMGA1のゲート電極MG1エッジおよびソースドレイン領域SD1,SD2(図3)間のエッジトンネル放出を用いた消去方法、チャネル層全面を用いたFNトンネル放出を用いた消去方法等、フローティングゲートFGから電子を放出させるか、或いはフローティングゲートFGに正孔(ホール)を注入する技術であれば種々の消去方法を用いても良い。
以上の構成において、メモリセル2aでは、フローティングゲートFGを備えた単層ゲート構造のメモリトランジスタMGA1と、スイッチゲート電極SGを備えた単層ゲート構造のスイッチトランジスタSGAとを有し、メモリトランジスタMGA1の一端にソース線SLが接続され、スイッチトランジスタSGAの一端にビット線BL1が接続されており、メモリトランジスタMGA1の他端と、スイッチトランジスタの他端とでソースドレイン領域SD2を共有させ、当該メモリトランジスタMGA1と当該スイッチトランジスタSGAとを直列に配置させるようにした。また、メモリトランジスタMGA1では、一端のソースドレイン領域SD1の側面にエクステンション領域ET1を形成し、スイッチトランジスタSGAと電気的に接続した他端側のソースドレイン領域SD2の側面に低濃度不純物エクステンション領域ET2を形成し、この低濃度不純物エクステンション領域ET2の不純物濃度をエクステンション領域ET1よりも低くして、低濃度不純物エクステンション領域ET2の抵抗値を高くした。
なお、上述した実施の形態においては、メモリトランジスタMGA1のチャネル層にデプリート型チャネル領域CH1を形成し、フローティングゲートFGとデプリート型チャネル領域CH1との相乗効果でチャネル層の電圧を次第に上昇させてゆく場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図1との対応部分に同一符号を付して示す図6のように、フローティングゲートFGが延在するカップリングキャパシタMGA3を設け、カップリングキャパシタMGA3を高電位にすることによってフローティングゲートFGの電位を上昇させ、これによりメモリトランジスタMGA1のチャネル層をオンさせるようにしても良い。この場合、メモリトランジスタMGA1のチャネル層には、図3に示すようなデプリート型チャネル領域CH1を形成することなく、単なるエンハンスメント型のチャネル領域CH4(図8にて後述する)のみとしても、カップリングキャパシタMGA3からの高電位によりメモリトランジスタMGA1のチャネル領域CH4をオン状態にし得る。
次にSRAM(Static Random Access Memory)セルとメモリセルとを組み合わせた不揮発性半導体記憶装置について以下説明する。図1との対応部分に同一符号を付して示す図9は、本発明による不揮発性半導体記憶装置31を示し、メモリセル2a,2bからなる不揮発メモリ部33にSRAMセル32が接続されている点に特徴を有する。この場合、不揮発メモリ部33は、メモリセル2aおよびメモリセル2bにより、2セル/1ビットの相補型セルを構成している。
この場合、SRAMセル32へのデータ書き込みは、ワード線WLにVddの所定電圧が印加され、ワード線WLに接続されたアクセストランジスタ35a,35bを双方ともオン動作させる。また、この際、電源線VppにもVddの所定電圧が印加され得る。SRAMセル32は、例えば一方の相補型第1ビット線BLTに書き込み電圧としてVddが印加されると、他方の相補型第2ビット線BLBに書き込み禁止電圧として0[V]が印加され得る。
SRAMセル32のデータを読み出す際は、ワード線WLにVddの所定電圧が印加され、ワード線WLに接続されたアクセストランジスタ35a,35bを双方ともオン動作する。これにより不揮発性半導体記憶装置31では、相補型第1ビット線BLTを介して一方のストレージノードCaの電位を読み出すとともに、相補型第2ビット線BLBを介して他方のストレージノードCbの電位を読み出すことで、センスアンプによってストレージノードCa,Cbに記録されたデータの「0」「1」を判定し得る。
本発明では、上述したSRAMセル32に記録したデータを、上述した「(2)データの書き込み動作」の原理を基に、マット一括処理で不揮発メモリ部33に取り込むことができる。なお、ここでの説明では、SRAMセル32において一方のストレージノードCaの電位が高いHigh状態にあり、他方のストレージノードCbの電位が低いLow状態にあるとする。
(7‐4)不揮発メモリ部からのデータロード
さらに、本発明では、上述した「(4)データの消去動作」の原理を基に、不揮発メモリ部33においてデータを消去させることもできる。この場合、不揮発メモリ部33では、イレース線ELに7[V]のイレース電圧が印加され、ソース線SL、スイッチゲート線RG1,RG2に0[V]が印加され得る。不揮発メモリ部33は、イレース線ELに接続されたイレーストランジスタMGA2,MGA2bのゲート電極にのみ強い電界が印加されることで、イレーストランジスタMGA2,MGA2bのチャネル層によって各フローティングゲートFG中の電荷を引き抜き、マット一括処理で不揮発メモリ部33のデータ消去を行い得る。
因みに、上述した実施の形態においては、相補型の不揮発性半導体記憶装置31において2セル/1ビットの相補型セルとして2つのメモリセル2a,2bを設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、相補型の不揮発性半導体記憶装置において例えば1つのメモリセル2aだけを設けるようにしてもよい。以下、図9において、他のメモリセル2bが設けられておらず、一のメモリセル2aだけが設けられているとして以下説明する。
上述した実施の形態においては、フローティングゲートFGの下部領域と、スイッチトランジスタSGAに電気的に接続された他端側のソースドレイン領域SD2との間に高抵抗領域として、低濃度不純物エクステンション領域ET2を設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、メモリセルにおいてデータの読み出し動作が可能であれば、図3との対応部分に同一符号を付した図11のように、メモリセル42aにおいて、フローティングゲートFGの下部領域と、他端側のソースドレイン領域SD2との間に低濃度不純物エクステンション領域ET2を設けずに、エンハンスメント型のチャネル領域CH2をそのままソースドレイン領域SD2まで形成し、フローティングゲートFGの下部領域と、他端側のソースドレイン領域SD2との間にあるチャネル領域CH2の一部を高抵抗領域WAとしてもよい。
2a,2b,2c,2d メモリセル
BL1,BL2 ビット線
CH1 デプリート型チャネル領域
ET1,ET3,ET4,ET5,ET6 エクステンション領域
ET2 低濃度不純物エクステンション領域(高抵抗領域)
FG フローティングゲート
MGA1 メモリトランジスタ
MGA2 イレーストランジスタ
MGA3 カップリングキャパシタ
MG1 ゲート電極
SGA スイッチトランジスタ
SG スイッチゲート電極
SL ソース線
WL1,WL2 ワード線
WA 高抵抗領域
Claims (9)
- フローティングゲートを備えた単層ゲート構造のメモリトランジスタと、スイッチゲート電極を備えた単層ゲート構造のスイッチトランジスタとを有するメモリセルを備え、
前記メモリセルは、
前記メモリトランジスタの一端のメモリセルトランジスタ一端側ソースドレイン領域にソース線が接続されているとともに、前記スイッチトランジスタの一端のスイッチトランジスタ一端側ソースドレイン領域にビット線が接続されており、前記メモリトランジスタの他端と前記スイッチトランジスタの他端とが他端側ソースドレイン領域を介して電気的に接続され、該メモリトランジスタおよび該スイッチトランジスタが直列に配置された構成を有し、
前記メモリトランジスタは、
前記フローティングゲートの下部領域と前記他端側ソースドレイン領域との間に、前記フローティングゲートの下部領域と前記メモリセルトランジスタ一端側ソースドレイン領域との間の抵抗値よりも高い抵抗値を有する高抵抗領域を備え、
前記メモリトランジスタには、前記フローティングゲートの下部領域の両側にエクステンション領域が形成されており、前記高抵抗領域として、前記一端側のエクステンション領域よりも不純物濃度が低い低濃度不純物エクステンション領域が形成されている
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記フローティングゲートの下部の活性領域上面には、
前記エクステンション領域と接してデプリート型チャネル領域が形成されている
ことを特徴する請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記フローティングゲートの電位を調整するカップリングキャパシタを備え、
前記フローティングゲートは、前記メモリトランジスタおよび前記カップリングキャパシタに延在している
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。 - 前記スイッチトランジスタは、
前記スイッチゲート電極の下部に形成されたゲート酸化膜の膜厚が、前記メモリトランジスタの前記フローティングゲートの下部に形成されたゲート酸化膜の膜厚よりも薄く形成されている
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記フローティングゲートから電荷を引き抜くイレーストランジスタを備えており、
前記フローティングゲートは、前記メモリトランジスタおよび前記イレーストランジスタに延在している
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記フローティングゲートは、前記メモリトランジスタとの対向領域がN型で形成され、前記イレーストランジスタとの対向領域がP型で形成されている
ことを特徴とする請求項5記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記メモリセルが行列状に配置されており、
前記ソース線は、前記メモリセル毎に設けた前記メモリトランジスタに共通の電圧を一律に印加する
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 - SRAMセルと、一の前記メモリセルおよび他の前記メモリセルとで1ビットを構成し、
前記一のメモリセルに接続された一のビット線がSRAMセルの一のストレージノードに接続され、前記他のメモリセルに接続された他のビット線が前記SRAMセルの前記一のストレージノードと相補的な他のストレージノードに接続されている、
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記メモリセル毎に設けられた各前記スイッチトランジスタには個別にゲート線が接続されており、各前記スイッチトランジスタが独立にオンオフ制御される
ことを特徴とする請求項8記載の不揮発性半導体記憶装置。
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