JPH05109291A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH05109291A
JPH05109291A JP26490891A JP26490891A JPH05109291A JP H05109291 A JPH05109291 A JP H05109291A JP 26490891 A JP26490891 A JP 26490891A JP 26490891 A JP26490891 A JP 26490891A JP H05109291 A JPH05109291 A JP H05109291A
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JP
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power supply
supply voltage
data
gate
command
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JP26490891A
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English (en)
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Tomoharu Tanaka
智晴 田中
Yoshiyuki Tanaka
義幸 田中
Masaki Momotomi
正樹 百冨
Yasuo Ito
寧夫 伊藤
Yoshihisa Iwata
佳久 岩田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電源電圧変動による誤書込みや誤消去を防止し
て高信頼性化を図ったコマンド方式のEEPROMを提
供することを目的とする。 【構成】メモリセルアレイ1に対する各種動作命令を入
力データに応じて発生保持する命令レジスタ4を有し、
データ書込み或いは消去動作中に電源電圧検知回路6が
電源電圧異常を検出すると、その出力より命令レジスタ
4をリセットするように構成して、誤書込みや誤消去を
防止した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷蓄積層と制御ゲー
トが積層形成された電気的書き替え可能なメモリセルを
用いた不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来よりEEPROMの中で、動作モー
ドを入力データによって決定する方式(コマンド方式)
のものが知られている。例えばNANDセル型EEPR
OMでは、データ書き込み,データ消去,書込み後のベ
リファイ読出し、リセット等のコマンドがある。これら
のコマンドは、入力データの一部として外部から取り込
まれて、命令レジスタに保持される。
【0003】例えばデータ書込みの場合、書込みコマン
ドがまず入力されて命令レジスタに保持され、引続き1
ページ分の書込みデータが、データ入出力バッファに取
り込まれる。その後、一定の時間(書込み時間)をまっ
てリセットコマンドが入力されるとデータ書込みモード
が終了することになる。リセットコマンドが入力されな
い限り、EEPROMは書込みモードにある。
【0004】ところでNANDセル型EEPROMでは
通常、内部昇圧回路を用いて書込みや消去に必要な高電
圧Vpp(〜20V),中間電圧VM (〜10V)等が発
生される。データ書込み動作は、書き込むべきセルの制
御ゲートに高電圧Vppを印加した状態で、ビット線に中
間電圧VM を印加するとデータ“0”書込みとなり、ビ
ット線を接地すると浮遊ゲートにトンネル注入がなされ
るデータ“1”書込みとなる。この書込み動作におい
て、高電圧Vppや中間電圧VM の変化が許容範囲を越え
るとデータの書込みが不十分になったり、場合によって
は誤書込みが生じる。
【0005】またデータ消去時は、メモリセルアレイが
形成されるp型ウェルや基板に高電圧Vppが印加され、
選択された制御ゲートに0V、非選択制御ゲートにVpp
が印加される。これにより、選択セルで浮遊ゲートの電
子が基板に放出される。この消去動作に於いても、高電
圧Vppが正常に出力されないと、消去が出来なかったり
する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従ってコマンド方式の
EEPROMでは、データ書込みやデータ消去動作中に
電源電圧が許容範囲を越えても、外部からリセットコマ
ンドが入力されない限りその動作が終了しないので、誤
ったデータが記憶されるという問題があった。
【0007】本発明はこの様な事情を考慮してなされた
もので、電源電圧変動による誤書込みや誤消去を防止し
て高信頼性化を図ったコマンド方式のEEPROMを提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係るEEPRO
Mは、メモリセルアレイに対する各種動作命令を入力デ
ータに応じて発生保持する命令レジスタを有すると共
に、電源電圧の異常を検出して命令レジスタをリセット
する手段を備えたことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明によると、電源電圧が許容範囲を越えた
時にはコマンドが記憶された命令レジスタが自動的にリ
セットされて、データ書込みや消去動作ができない状態
にされる。従って誤書込みや誤消去が防止されて、EE
PROMの高信頼性が確保される。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。
【0011】図1は、本発明の一実施例に係るEEPR
OMの全体のブロック構成である。1はメモリセルアレ
イ、2はメモリセルアレイ1中のビット線を選択制御す
るビット線制御回路、3はメモリセルアレイ1中の制御
ゲートを選択制御する制御ゲート制御回路、4は書込
み,読出しデータの入出力およびコマンドデータの入力
を行うをデータ入出力バッファ、5はコマンドデータを
保持する命令レジスタ、6は電源電圧検出回路、7はア
ドレスデータを取り込むアドレスバッファ、8はデータ
書込みや消去に用いられる高電圧や中間電圧を発生させ
る昇圧回路、9,10はそれぞれ命令レジスタ5からの
命令を受けて消去および書込み時のクロックを発生する
クロック発生回路である。
【0012】電源電圧検出回路6が電源電圧の異常を検
出すると、その検出出力によって命令レジスタ5および
データ入出力バッファ4がリセットされ、また命令レジ
スタ5のリセットの結果としてクロック発生回路9,1
0もリセットされる。その詳細は後に説明する。メモリ
セルアレイ1は、この実施例ではNANDセル型であっ
て、その要部構成を示すと図2〜図4のようになってい
る。図2がNANDセルを示す平面図であり、図3(a)
(b) はそのA−A′,B−B′断面図である。図4はN
ANDセルの等価回路である。
【0013】この実施例では、4個のメモリセルM1 〜
M4 がそれらのソース,ドレイン拡散層を隣接するもの
同士で共用する形で直列接続されてNANDセルを構成
している。この様なNANDセルがマトリクス配列され
てセルアレイが構成される。NANDセルの一端のドレ
インは選択ゲートSG1 を介してビット線BLに接続さ
れ、他端のソースは、選択ゲートSG2 を介して共通ソ
ース線(接地線)に接続されている。各メモリセルの制
御ゲートCG1 〜CG4 は、ビット線BLと交差する方
向に配設されてワード線WLとなる。
【0014】この実施例では、4個のメモリセルで一つ
のNANDセルを構成しているが、一般に2のn乗個
(n=1,2,…)のメモリセルで一つのNANDセル
を構成することができる。
【0015】具体的なメモリセル構造は、図3に示す通
りである。n型シリコン基板11にp型ウェル11′が
形成され、このp型ウェル11′にメモリセルが配列形
成されている。周辺回路は、メモリセルとは別のp型ウ
ェルに形成されることになる。p型ウェル11′の素子
分離絶縁膜12で囲まれた領域に4個のメモリセルと1
個の選択ゲートが形成されている。
【0016】各メモリセルは、p型ウェル11′上に5
〜20nmの熱酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜131 を
介して形成された50〜400nmの第1層多結晶シリコ
ンにより浮遊ゲート14(141 〜144 ) が形成さ
れ、この上に15〜40nmの熱酸化膜からなる第2ゲー
ト絶縁膜15を介して形成された100〜400nmの第
2層多結晶シリコンにより制御ゲート16(161 〜1
64 )が形成されている。各メモリセルのソース,ドレ
イン拡散層となるn型層19は、隣接するもの同士で共
用する形で、4個のメモリセルが直列接続されている。
【0017】NANDセルのソース側端部には、p型ウ
ェル11′上に5〜40nmの熱酸化膜からなるゲート絶
縁膜132 を介して第1層多結晶シリコンにより形成さ
れたゲート電極145 ,146 をもつ選択ゲートが形成
されている。ここでゲート絶縁膜132 は第1のゲート
絶縁膜131 と同じでもよい。ゲート電極145 ,14
6 には第2多結晶シリコン膜による配線165 ,166
が重ねて配設されている。これらゲート電極145 と1
65 ,146 と166 は、所定間隔毎にスルーホールで
接続されて、低抵抗化される。
【0018】ここで、各メモリセルの浮遊ゲート141
〜144 と制御ゲート161 〜164 、および選択ゲー
トのゲート電極145 ,156 と配線165 ,166
は、チャネル長方向については同一エッチングマスクを
用いてパターニングして揃えられている。ソース,ドレ
イン拡散層となるn型層19は、これらの電極をマスク
として、砒素またはリンのイオン注入により形成されて
いる。
【0019】素子形成された基板上は、CVD絶縁膜1
7により覆われ、この上にAl膜によりビット線18が
配設される。NANDセルの一端のドレインは、選択ゲ
ートを介することなく、直接このビット線18に接続さ
れている。
【0020】この様な構成において、各メモリセルの浮
遊ゲート14と基板間の結合容量C1 は、浮遊ゲート1
4と制御ゲート16間の結合容量C2 に比べて小さく設
定されている。この関係は、図3(a) に示されるよう
に、浮遊ゲート14を素子領域上から素子分離領域上に
延在させることにより得られている。
【0021】図5は、電源電圧検知回路6の具体的な構
成である。抵抗R1 とR2 の直列回路およびその接続ノ
ードに接続されたNMOSトランジスタQn1と抵抗R3
からなるインバータが電源電圧Vccの“L”レベル側の
異常検出回路部を構成している。抵抗R3 とR4 の直列
回路およびその接続ノードに接続されたNMOSトラン
ジスタQn2と抵抗R6 からなるインバータが電源電圧V
ccの“H”レベル側の異常検出回路部を構成している。
一方のインバータの出力ノードN1 は、2段のCMOS
インバータI1 ,I2 を介してCMOSNORゲートG
1 の一つ入力端子に接続され、他方のインバータの出力
ノードN2 は1段のCMOSインバータI3 を介してN
ORゲートG1 のもう一つの入力端子に接続されてい
る。NORゲートG1 の出力はインバータバッファI4
を介して、電源異常検出信号φabとして出力されように
なっている。抵抗R1 ,R2 ,R3 ,R4 は、次のよう
な関係に設定されている。 R1 /R2 <R3 /R4
【0022】この結果、インバータのノードN1 ,N2
の電源電圧Vccとの関係は、図6に示すようになる。電
源電圧Vccの比較的低い値Vccmin でNMOSトランジ
スタQn1がオンになり、これより高い値Vccmax でNM
OSトランジスタQn2がオンになる。
【0023】従って、インバータI1 〜I4 とNORゲ
ートG1によって、 Vccmin <Vcc<Vccmax の電源電圧において、φabが“L”レベルになる。これ
が電源電圧が正常である許容範囲を示す。この範囲を外
れると、電源電圧異常としてφabが“H”レベル出力を
出すことになる。
【0024】図7は、命令レジスタ5の構成例である。
データ入出力バッファ4からのコマンド出力Dcommand
、リセットコマンド信号φRESET 、電源電圧異常検出
信号φab、および電源立ち上げ時にリセット用に発生さ
れるパワーオン信号φPON を入力とし、これらがCMO
SNANDゲートG2 とCMOSインバータI9 により
AND論理がとられる。すなわちコマンド出力Dcomman
d は、リセットコマンド信号φRESET 、電源電圧異常検
出信号φab、パワーオン信号φPON のすべてが“L”レ
ベルのときにこのレジスタに蓄えられ、リセットコマン
ド信号φRESET 、電源電圧異常検出信号φab、パワーオ
ン信号φPON のいずれかが“H”レベルになったときに
リセットされる。
【0025】PMOSトランジスタQp1〜Qp4とNMO
SトランジスタQn3〜Qn6は、CMOS転送ゲートを構
成している。CMOSインバータI5 ,I6 、およびI
7 ,I8 がレジスタ部である。リセット用トランジスタ
としてNMOSトランジスタQn7〜Qn12 が設けられて
いる。
【0026】図8は、この命令レジスタの動作を示す波
形図である。レジスタ制御信号φw1が“L”レベル,/
φw1が“H”レベルとなり、φw2が“H”レベル,/φ
w2が“L”レベルとなって、コマンド情報Dcommand は
インバータI5 ,I6 で構成されるレジスタ部に入力さ
れる。その後、φw1が“H”レベル,/φw1が“L”レ
ベル、φw2が“L”レベル,/φw2が“H”レベルとな
ってその情報がラッチされて、φcommad として出力さ
れる。
【0027】電源電圧異常検出信号φabが“H”レベル
になると、コマンド出力Dcommandの取り込みはNAN
DゲートG2 の部分で阻止され、またリセット用NMO
SトランジスタQn9,Qn12 がオンになって、命令レジ
スタはセットされる。
【0028】図9は、図1の昇圧回路8の具体的な構成
例である。NMOSトランジスタQn13 〜Qn22 とキャ
パシタC1 〜C5 により構成されるチャージポンプによ
る昇圧部は従来より広く用いられている。この実施例で
は、キャパシタC1 〜C5 の端子を駆動するクロックφ
p ,/φp の負荷を低減する目的で、各キャパシタC1
〜C5 毎にクロック入力端子にCMOSインバータI10
〜I14が設けられている。
【0029】図10は、電源電圧Vccと昇圧された高電
圧Vppの関係を示す。高電圧Vppは高すぎても低すぎて
もメモリセルの書き込みや消去特性に悪影響を与えるた
め、許容範囲がある。この高電圧Vppの許容範囲から、
先に説明した電源電圧の許容範囲Vccmin <Vcc<Vcc
max が決まることになる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、書
込み或いは消去動作中の電源電圧異常を検出してデータ
破壊を防止するようにした信頼性の高いコマンド方式の
EEPROMを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るEEPROMの構成を
示すブロック図。
【図2】同実施例のNANDセル構成を示す平面図。
【図3】図2のA−A′およびB−B′断面図。
【図4】同実施例のNANDセルの等価回路図。
【図5】同実施例の電源電圧検出回路の構成を示す図。
【図6】その電源電圧検出回路の動作原理を説明するた
めの図。
【図7】同実施例の命令レジスタの構成を示す図。
【図8】その命令レジスタの動作を説明するための波形
図。
【図9】同実施例の昇圧回路の構成を示す図。
【図10】その昇圧回路の特性を示す図。
【符号の説明】
1…メモリセルアレイ、 2…ビット線制御回路、 3…制御ゲート制御回路、 4…データ入出力バッファ、 5…命令レジスタ、 6…電源電圧検知回路、 7…アドレスバッファ、 8…昇圧回路、 9…消去系クロック発生回路、 10…書込み系クロック発生回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 寧夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岩田 佳久 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を介して電荷蓄積層
    と制御ゲートが積層形成された電気的書き替え可能なメ
    モリセルを有するメモリセルアレイと、 前記メモリセルアレイに対する各種動作命令を入力デー
    タに応じて発生保持する命令レジスタと、 電源電圧の異常を検出して前記命令レジスタをリセット
    する手段と、を備えたことを特徴とする不揮発性半導体
    記憶装置。
JP26490891A 1991-10-14 1991-10-14 不揮発性半導体記憶装置 Pending JPH05109291A (ja)

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