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JPH07176706A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

Info

Publication number
JPH07176706A
JPH07176706A JP32071793A JP32071793A JPH07176706A JP H07176706 A JPH07176706 A JP H07176706A JP 32071793 A JP32071793 A JP 32071793A JP 32071793 A JP32071793 A JP 32071793A JP H07176706 A JPH07176706 A JP H07176706A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
nand
bit line
cells
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP32071793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Susumu Shudo
晋 首藤
Seiichi Aritome
誠一 有留
Riichiro Shirata
理一郎 白田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP32071793A priority Critical patent/JPH07176706A/en
Publication of JPH07176706A publication Critical patent/JPH07176706A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Read Only Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビット線容量の増大やデータ書き込み時の誤
書き込みの問題を招くことなく単位セル面積を小さくす
ることができ、高集積化を可能としたNANDセル型E
EPROMを提供すること。 【構成】 NANDセル型EEPROMにおいて、浮遊
ゲートと制御ゲートが積層形成されたメモリセルを直列
接続したNANDセルをマトリックス配置してなるセル
アレイと、NANDセルの一端側のドレイン拡散層が複
数個のNANDセル単位で直接接続された複数本の第1
ビット線BL1と、これらの第1ビット線BL1がそれ
ぞれ選択トランジスタS2を介して接続された第2ビッ
ト線BL2と、NANDセルの他端側のソース拡散層が
選択トランジスタS1を介して接続されたソース線と、
NANDセルを構成する各メモリセルの制御ゲートCG
がそれぞれ接続されたワード線とを具備してなることを
特徴とする。
(57) [Abstract] [Purpose] A unit cell area can be reduced without increasing the bit line capacitance and erroneous writing at the time of writing data, and a NAND cell type E that enables high integration is achieved.
Provide EPROM. In a NAND cell type EEPROM, a cell array in which NAND cells in which memory cells in which floating gates and control gates are stacked are connected in series are arranged in a matrix, and a drain diffusion layer on one end side of the NAND cells is a plurality of NAND cells Multiple first cells directly connected in cell units
A bit line BL1, a second bit line BL2 to which the first bit line BL1 is connected via a selection transistor S2, and a source diffusion layer on the other end side of the NAND cell are connected via a selection transistor S1. Source line,
Control gate CG of each memory cell constituting the NAND cell
Are respectively connected to word lines.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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構造を有する電気的書き換え可能な
メモリセルを用いたNANDセル型の不揮発性半導体記
憶装置(EEPROM)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a NAND cell type non-volatile semiconductor memory device (EEPROM) using an electrically rewritable memory cell having a structure in which a charge storage layer and a control gate are laminated.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、EEPROMの中で高集積化
可能なものとして、メモリセルを複数個直列接続したN
ANDセル型のものが知られている。最初に提案された
NANDセル型は、データの書き込み/消去によってし
きい値電圧が0Vを上下するようなメモリセルを複数個
直列に並べ、さらにそのドレイン側及びソース側に選択
トランジスタが直列接続された構成をもつセル構造であ
る。そして、このNANDセルをマトリックス状に配列
することによりEEPROMのメモリアレイを構成して
いた。その後、セル面積をより小さくすることを目的と
して、上記の構造からドレイン側の選択トランジスタを
無くしたものが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an N-type memory cell having a plurality of memory cells connected in series has been proposed as a highly-integrated EEPROM.
An AND cell type is known. In the first proposed NAND cell type, a plurality of memory cells whose threshold voltage goes up and down 0V by writing / erasing data are arranged in series, and selection transistors are connected in series on the drain side and the source side. It is a cell structure having a different configuration. The NAND memory cells are arranged in a matrix to form an EEPROM memory array. After that, for the purpose of further reducing the cell area, a structure in which the drain side select transistor is eliminated from the above structure is proposed.

【0003】NANDセル型EEPROMの動作は次の
通りである。データの書き込みは、ビット線から遠い方
のメモリセルから順に行われる。nチャンネルの場合を
例に説明すれば、選択されたメモリセルの制御ゲートに
は高電位Vpp(例えば20V)が印加され、これよりビ
ット線側にあるメモリセルの制御ゲートには中間電位V
m1(例えば0V)が印加される。また、ビット線にはデ
ータに応じて0V(例えばデータ“1”)、又は中間電
位Vm2(例えば、データ“0”、Vm2は例えば5V)が
印加される。このときビット線の電位は、非選択メモリ
セルを通じて選択メモリセルのドレインまで伝達され
る。さらに、ソース側の選択ゲートには0Vが印加さ
れ、ビット線にVm2がかかっているときに、NANDセ
ルを通じて共通ソースに電流が流れないようにしてい
る。
The operation of the NAND cell type EEPROM is as follows. Data writing is sequentially performed from the memory cell farther from the bit line. In the case of n channel, for example, a high potential Vpp (for example, 20V) is applied to the control gate of the selected memory cell, and the intermediate potential Vpp is applied to the control gate of the memory cell on the bit line side.
m1 (for example, 0 V) is applied. Further, 0 V (for example, data “1”) or the intermediate potential Vm2 (for example, data “0” and Vm2 is 5 V, for example) is applied to the bit line according to the data. At this time, the potential of the bit line is transmitted to the drain of the selected memory cell through the non-selected memory cell. Further, 0 V is applied to the source side select gate so that no current flows through the NAND cell to the common source when Vm2 is applied to the bit line.

【0004】書き込むベきデータがあるとき(“1”デ
ータの時)は、選択メモリセルのゲートとドレイン・基
板間に高電界がかかり、基板から浮遊ゲートに電子がト
ンネル注入される。これによって、選択メモリセルのし
きい値は正方向に移動する。書き込むべきデータが無い
とき(“0”データの時)には、しきい値は変化しな
い。
When there is data to be written (“1” data), a high electric field is applied between the gate of the selected memory cell and the drain / substrate, and electrons are tunnel-injected from the substrate to the floating gate. As a result, the threshold value of the selected memory cell moves in the positive direction. When there is no data to be written (“0” data), the threshold value does not change.

【0005】データ消去は、p型基板(ウェル構造の場
合はn型基板及びこれに形成されたp型ウェル)に高電
位が印加され、全てのメモリセルの制御ゲート及び選択
ゲートが0Vとされる。これにより、全てのメモリセル
において浮遊ゲートの電子が基板に放出され、しきい値
が負方向に移動する。
In data erasing, a high potential is applied to a p-type substrate (in the case of a well structure, an n-type substrate and a p-type well formed therein), and the control gates and select gates of all memory cells are set to 0V. It As a result, in all the memory cells, electrons in the floating gate are emitted to the substrate, and the threshold value moves in the negative direction.

【0006】データ読み出しでは、選択ゲートと非選択
メモリセルの制御ゲートに電源電位Vcc=5Vを与えて
オン状態とし、選択メモリセルのゲートに0Vを与え
る。さらに、ソース線には0V、ビット線には1V以上
の電位を与え、このときビット線に電流が流れるか否か
によって、保持データの“0”、“1”の判別がなされ
る。
In the data reading, the power supply potential Vcc = 5V is applied to the selected gate and the control gate of the non-selected memory cell to turn it on, and 0V is applied to the gate of the selected memory cell. Further, a potential of 0 V is applied to the source line and a potential of 1 V or higher is applied to the bit line. At this time, "0" or "1" of the held data is determined depending on whether or not a current flows through the bit line.

【0007】ところで、従来のNANDセルからドレイ
ン側の選択トランジスタを省いたセル構造においては、
NANDセル型EEPROMのチップ面積の縮小と高集
積化をはかり得る反面、次のような問題がある。即ち、
複数のNANDセルのドレイン拡散層がビット線に直接
接続されるため、ビット線の容量が大きくなる。このた
め、データ書き込み時に誤書き込みが起こる可能性が大
きくなり、信頼性が低下するという問題があった。
By the way, in the cell structure in which the selection transistor on the drain side is omitted from the conventional NAND cell,
Although it is possible to reduce the chip area and increase the integration of the NAND cell type EEPROM, there are the following problems. That is,
Since the drain diffusion layers of a plurality of NAND cells are directly connected to the bit line, the capacity of the bit line becomes large. Therefore, there is a high possibility that erroneous writing will occur at the time of writing data, and there is a problem that reliability is reduced.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、高集
積化をはかるためにNANDセルからドレイン側の選択
トランジスタを省いたセル構造では、単位セル面積が小
さくなる反面、ビット線の容量が大きくなる、データ書
きこみ時に誤書き込みが起こる可能性が大きくなるとい
う問題があった。
As described above, in the conventional cell structure in which the selection transistor on the drain side is omitted from the NAND cell in order to achieve high integration, the unit cell area is small, but the bit line capacitance is large. There is a problem that the possibility of erroneous writing at the time of writing data increases.

【0009】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、ビット線容量の増大や
データ書き込み時の誤書き込みの問題を招くことなく、
単位セル面積を小さくすることができ、高集積化と信頼
性向上をはかり得るNANDセル型EEPROMを提供
することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to avoid the problems of an increase in bit line capacity and erroneous writing at the time of writing data.
An object of the present invention is to provide a NAND cell type EEPROM capable of reducing the unit cell area and achieving high integration and reliability improvement.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、幹とな
るビット線に対して枝となるビット線を選択トランジス
タを介して接続し、枝となるビット線にNANDセルの
ドレイン拡散層を直接接続したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The essence of the present invention is to connect a branch bit line to a trunk bit line through a select transistor, and to connect a branch cell with a drain diffusion layer of a NAND cell. It is a direct connection.

【0011】即ち本発明は、NANDセル型EEPRO
Mにおいて、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換え可能なメ
モリセルを隣接するもの同士でソース,ドレインを共用
する形で直列接続してNANDセルを構成し、このNA
NDセルをマトリックス配置してなるセルアレイと、N
ANDセルの一端側のドレイン拡散層に複数個のNAN
Dセル単位で直接接続された複数本の第1ビット線と、
これらの第1ビット線にそれぞれ選択トランジスタを介
して接続された第2ビット線と、NANDセルの他端側
のソース拡散層にそれぞれ選択トランジスタを介して接
続されたソース線と、NANDセルを構成する各メモリ
セルの制御ゲートにそれぞれ接続されたワード線とを具
備してなることを特徴とする。
That is, the present invention is a NAND cell type EEPRO.
In M, a NAND cell in which electrically rewritable memory cells in which a charge storage layer and a control gate are laminated on a semiconductor substrate via an insulating film are connected in series so that adjacent ones share a source and a drain And configure this NA
A cell array in which ND cells are arranged in a matrix;
A plurality of NANs are provided in the drain diffusion layer on one end side of the AND cell.
A plurality of first bit lines directly connected in units of D cells,
A second bit line connected to each of these first bit lines via a selection transistor, a source line connected to each of the other source diffusion layers of the NAND cells via a selection transistor, and a NAND cell are configured. And a word line connected to the control gate of each memory cell.

【0012】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) メモリセルは、電荷蓄積層として浮遊ゲートを用い
たFETMOS型メモリセルであること。 (2) 選択トランジスタは、第1層多結晶シリコンからな
るゲート電極と第2層多結晶シリコンからなる配線で構
成され、メモリセルのトランジスタと同時に形成される
ものであること。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention. (1) The memory cell is a FETMOS type memory cell using a floating gate as a charge storage layer. (2) The select transistor is composed of the gate electrode made of the first-layer polycrystalline silicon and the wiring made of the second-layer polycrystalline silicon, and is formed at the same time as the transistor of the memory cell.

【0013】[0013]

【作用】本発明では、当初のNANDセルから、完全に
ドレイン側選択トランジスタを取り去るのをやめ、複数
個のNANDセル毎に1つの選択トランジスタを付けて
いる。即ち、同じ第1ビット線を共有する複数個のNA
NDセル毎に1つの選択トランジスタを設けて、これを
介して第2ビット線と第1ビット線を接続している。
In the present invention, the drain side select transistor is completely removed from the original NAND cell, and one select transistor is attached to each of the plurality of NAND cells. That is, a plurality of NAs sharing the same first bit line
One selection transistor is provided for each ND cell, and the second bit line and the first bit line are connected via this.

【0014】従って、データ読み出し時には、非選択の
選択トランジスタをオフして、殆どの非選択NANDセ
ルをビット線から切り離すことができるため、選択トラ
ンジスタを全て取り去った場合に比べて、ビット線容量
の増加を小さく抑えることができる。また、同様の理由
により、データ書き込み時の誤書き込みの可能性も小さ
く抑えることができ、これにより信頼性を高めることが
可能となる。
Therefore, at the time of data reading, most of the non-selected NAND cells can be separated from the bit line by turning off the non-selected selection transistor, so that the bit line capacitance can be reduced as compared with the case where all the selection transistors are removed. The increase can be kept small. Further, for the same reason, the possibility of erroneous writing at the time of writing data can be suppressed to a small level, and thus reliability can be improved.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1は本発明の一実施例に係わるEEPROMのN
ANDセル構造を示す平面図で、図2(a)(b)はそ
の矢視A−A′,B−B′断面図である。また、図3は
このNANDセルの等価回路である。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an N of an EEPROM according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are plan views showing an AND cell structure, and FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views taken along arrows AA 'and BB'. Further, FIG. 3 is an equivalent circuit of this NAND cell.

【0016】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。このようなNANDセルがマトリックス配列
されて、セルアレイが構成される。NANDセルの一端
側のドレインは第1ビット線BL1に直接接続され、他
端側のソースは選択ゲートS1を介して共通ソース線
(接地線)に接続されている。第1のビット線BL1
は、図示しない他のNANDセルのドレインに直接接続
されると共に、選択ゲートS2を介して第2ビット線B
L2に接続されている。各メモリセルの制御ゲートCG
1 〜CG4 は、第1ビット線BL1と交差する方向に配
設されてワード線WLとなる。
In this embodiment, four memory cells M1 ...
M4 is connected in series in such a manner that the source and drain diffusion layers are shared by adjacent ones to form a NAND cell. Such NAND cells are arranged in a matrix to form a cell array. The drain on one end side of the NAND cell is directly connected to the first bit line BL1, and the source on the other end side is connected to the common source line (ground line) via the selection gate S1. First bit line BL1
Is directly connected to the drain of another NAND cell (not shown) and is connected to the second bit line B via the select gate S2.
It is connected to L2. Control gate CG of each memory cell
1 to CG 4 are arranged in a direction intersecting with the first bit line BL1 to form the word line WL.

【0017】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つのn乗個
(n=1,2,…)のメモリセルで1つNANDセルを
構成することができる。
In this embodiment, four memory cells form one NAND cell, but generally two n-th power memory cells (n = 1, 2, ...) Form one NAND cell. can do.

【0018】具体的なメモリセル構造は、図2に示す通
りである。n型シリコン基板1にp型ウェル1′が形成
され、このp型ウェル1′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1′の素子分離絶縁
膜2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。
A specific memory cell structure is as shown in FIG. A p-type well 1'is formed on the n-type silicon substrate 1, and memory cells are arranged in the p-type well 1 '. The peripheral circuit will be formed in a p-type well different from the memory cell. Four memory cells and one select gate are formed in a region surrounded by the element isolation insulating film 2 of the p-type well 1 '.

【0019】各メモリセルは、p型ウェル1′上に5〜
20nmの熱酸化膜からなる第1ゲート絶縁膜31 を介
して形成された50〜400nmの第1層多結晶シリコ
ンによる浮遊ゲート4(41 〜44 )と、この上に15
〜40nmの熱酸化膜からなる第2ゲート絶縁膜5を介
して形成された100〜400nmの第2層多結晶シリ
コンによる制御ゲート6(61 〜64 )とから構成され
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9は隣接するもの同士で共用され、これにより4
個のメモリセルが直列接続されている。
Each memory cell has 5 to 5 on the p-type well 1 '.
A floating gate 4 (4 1 to 4 4 ) made of first-layer polycrystalline silicon having a thickness of 50 to 400 nm formed through a first gate insulating film 3 1 made of a thermal oxide film having a thickness of 20 nm.
Control gates 6 (6 1 to 6 4 ) made of second-layer polycrystalline silicon having a thickness of 100 to 400 nm formed via a second gate insulating film 5 made of a thermal oxide film having a thickness of ˜40 nm. The n-type layer 9 serving as the source / drain diffusion layer of each memory cell is shared by the adjacent ones.
Memory cells are connected in series.

【0020】NANDセルのソース側端部には、p型ウ
ェル1′上に5〜40nmの熱酸化膜からなるゲート絶
縁膜32 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45 を持つ選択ゲートが形成されている。
ここで、ゲート絶縁膜32 は第1のゲート絶縁膜31
同じでもよい。ゲート電極45 には第2層多結晶シリコ
ンによる配線65 が重ねて配設されている。これらゲー
ト電極45 と配線65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。
[0020] The source-side end of the NAND cell, p-type well 1 'gate insulating film 3 2 first-layer gate electrode 4 formed of polycrystalline silicon via made of a thermal oxide film 5~40nm on A select gate with 5 is formed.
Here, the gate insulating film 3 2 may be the same as the first gate insulating film 3 1 . A wiring 6 5 made of the second-layer polycrystalline silicon is arranged on the gate electrode 4 5 in an overlapping manner. The gate electrode 4 5 and the wiring 6 5 are connected by through holes at predetermined intervals to reduce the resistance.

【0021】また、複数のNANDセル毎に、p型ウェ
ル1′上に5〜40nmの熱酸化膜からなるゲート絶縁
膜32 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46 を持つ選択ゲートが形成されている。ゲ
ート電極46 には第2層多結晶シリコンによる配線66
が重ねて配設されている。これらゲート電極46 と配線
6 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。
Also, for each of a plurality of NAND cells, a gate electrode 4 6 formed of the first-layer polycrystalline silicon is formed on the p-type well 1 ′ through a gate insulating film 3 2 made of a thermal oxide film of 5 to 40 nm. A select gate having is formed. A gate electrode 4 6 wiring according to the second-layer polycrystalline silicon 6 6
Are arranged in a stack. The gate electrode 4 6 and the wiring 6 6 are connected by through holes at predetermined intervals to reduce the resistance.

【0022】ここで、各メモリセルの浮遊ゲート41
4 と制御ゲート61 〜64 、選択ゲートのゲート電極
5 と配線65 、及びゲート電極46 と配線66 は、チ
ャン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9は、これらの電極をマスクとし
て、砒素又はリンのイオン注入により形成されている。
Here, the floating gates 4 1 to 4 1 of each memory cell are
4 4 and the control gates 6 1 to 6 4 , the gate electrode 4 5 and the wiring 6 5 of the selection gate, and the gate electrode 4 6 and the wiring 6 6 are patterned and aligned in the channel length direction using the same etching mask. ing. The n-type layer 9 serving as a source / drain diffusion layer is formed by ion implantation of arsenic or phosphorus using these electrodes as a mask.

【0023】素子形成された基板上はCVD絶縁膜71
により覆われ、この上に第3多結晶シリコンにより第1
ビット線8が配設される。NANDセルの一端側のドレ
インは、選択ゲートを介することなく直接この第1ビッ
ト線8に接続されており、さらにゲート電極46 を有す
る選択ゲートにも接続されている。
The CVD insulating film 7 1 is formed on the substrate on which the elements are formed.
Covered with a third polycrystalline silicon layer on which the first
Bit line 8 is provided. The drain on one end side of the NAND cell is directly connected to the first bit line 8 without passing through the select gate, and is also connected to the select gate having the gate electrode 4 6 .

【0024】第1ビット線8上は、CVD絶縁膜72
より覆われ、この上にAl膜により第2ビット線10が
配設されている。そして、第1ビット線8はゲート電極
6を有する選択ゲートを介して第2ビット線10に接
続されている。
[0024] On the first bit line 8, it is covered by a CVD dielectric film 7 2, the second bit line 10 is arranged by an Al film thereon. The first bit line 8 is connected to the second bit line 10 via the select gate having the gate electrode 4 6 .

【0025】なお、図2(b)では、複数のNANDセ
ルの一端側のドレイン拡散層とゲート電極46 を有する
選択ゲートのソース又はドレインとを別の領域に設けて
いるが、図4に示すようにこれらを同一にしてもよい。
この場合、図2(b)に示す素子分離絶縁膜2の領域が
不要となり、素子の微細化により有効である。
2B, the drain diffusion layer on one end side of the plurality of NAND cells and the source or drain of the select gate having the gate electrode 4 6 are provided in different regions. These may be the same as shown.
In this case, the region of the element isolation insulating film 2 shown in FIG. 2B is not necessary, which is effective in miniaturizing the element.

【0026】図5は、第2ビット線BL2(BL2A、B
L2B)につながる互いに隣接する8個のNANDセル部
を示しており、これを用いてEEPROM動作を説明す
る。なお、この図ではNANDセルを2つのメモリセル
で構成しているが、3つ以上のメモリセルで構成しても
よいのは勿論である。また、2つのNANDセルのドレ
インが第1ビット線に接続されているが、3つ以上のN
ANDセルのドレインを接続してもよいのは勿論であ
る。
FIG. 5 shows the second bit line BL2 (BL2A, B2).
8 NAND cell parts adjacent to each other connected to (L2B) are shown, and the EEPROM operation will be described using this. Although the NAND cell is composed of two memory cells in this figure, it is needless to say that it may be composed of three or more memory cells. Also, the drains of two NAND cells are connected to the first bit line, but three or more N
Of course, the drain of the AND cell may be connected.

【0027】まずデータ消去は、NANDセルを構成す
るメモリセルについて一括消去がなされる。そのためこ
の実施例では、選択ゲートSのゲート電極SGD1,SG
D2とSGS1〜SGS4及びNANDセル内の全てのメモリ
セルの制御ゲートCG1 〜CG8 が0Vとされ、n型基
板1とp型ウェル1′に昇圧された高電圧Vpp′(例え
ば18V)が与えられる。さらに、第2ビット線BL2
にも高電位Vpp′が与えられる。
First, in the data erasing, the memory cells constituting the NAND cell are collectively erased. Therefore, in this embodiment, the gate electrodes SGD1 and SG of the selection gate S are
The control gates CG1 to CG8 of D2 and SGS1 to SGS4 and all memory cells in the NAND cell are set to 0V, and the boosted high voltage Vpp '(for example, 18V) is applied to the n-type substrate 1 and the p-type well 1'. . Further, the second bit line BL2
Is also supplied with a high potential Vpp '.

【0028】これにより、全てのメモリセルの制御ゲー
トCGとp型ウェル1′間に電界がかかり、浮遊ゲート
4からp型ウェル1′にトンネル電流により電子が放出
される。このため、全てのメモリセルはしきい値が負方
向に移動して、“0”状態になる。
As a result, an electric field is applied between the control gates CG of all the memory cells and the p-type well 1 ', and electrons are emitted from the floating gate 4 to the p-type well 1'by a tunnel current. Therefore, the threshold values of all the memory cells are moved in the negative direction to be in the "0" state.

【0029】次に、データ書き込みは、NANDセル内
のソース線側のメモリセル、即ちビット線BLから遠い
方のメモリセルから順に行われる。いま、メモリセルM
8(図5の破線で囲んだセルA)に選択的に“1”デー
タ書き込みを行う場合を説明する。
Next, data writing is sequentially performed from the memory cell on the source line side in the NAND cell, that is, the memory cell farther from the bit line BL. Now, memory cell M
A case where "1" data writing is selectively performed on 8 (cell A surrounded by a broken line in FIG. 5) will be described.

【0030】ソース側の選択ゲートのゲート電極SGS1
〜SGS4が0Vとされ、非選択のドレイン側選択ゲート
のゲート電極SGD1も0Vとされ、選択されているドレ
イン側選択ゲートのゲート電極SGD2には、電源電位V
ccと高電位Vppの間の中間電位VM (例えば(1/2)
Vpp)が印加される。また、制御ゲートCG8 に高電位
Vpp(例えば16〜18V)が印加され、残りの制御ゲ
ートCG1 〜CG7 には中間電位VM が印加される。ま
た、選択ビット線BL2Aには0Vが与えられ、非選択ビ
ット線BL2Bには電源電位Vcc(5V)が与えられる。
p型ウェル1′は0V、n型基板1はVccとする。
Gate electrode SGS1 of the source side select gate
~ SGS4 is set to 0V, the gate electrode SGD1 of the non-selected drain side selection gate is also set to 0V, and the power source potential V is applied to the gate electrode SGD2 of the selected drain side selection gate.
an intermediate potential between the cc and the high potential Vpp V M (e.g. (1/2)
Vpp) is applied. Also, the high potential Vpp (e.g. 16~18V) is applied to the control gate CG8, intermediate voltage V M is applied to the remaining control gate CG1 ~CG7. Further, 0V is applied to the selected bit line BL2A, and the power supply potential Vcc (5V) is applied to the non-selected bit line BL2B.
The p-type well 1'is set to 0V and the n-type substrate 1 is set to Vcc.

【0031】これにより、選択されたセルAにおいて
は、ビット線BL2Aの0Vがドレインまで伝達されて制
御ゲートCG8 との間に高電界がかかり、浮遊ゲートに
電子が注入される。この結果、セルAではしきい値が正
方向に移動して、“1”書き込みがなされる。
As a result, in the selected cell A, 0 V of the bit line BL2A is transmitted to the drain, a high electric field is applied between the bit line BL2A and the control gate CG8, and electrons are injected into the floating gate. As a result, in the cell A, the threshold value moves in the positive direction, and "1" is written.

【0032】このとき、SGD1をゲート電極とするドレ
イン側選択ゲートは全て閉じているため、枝ビット線B
L1A1 、BL1B1 には幹のビット線BL2A、BL2Bの電
位は伝わらない。このため、制御ゲートCG1 〜CG4
とチャネル・ドレインの間には電界はかからず、M1
4 、M9 〜M12のしきい値変化はない。
At this time, since all the drain side select gates having SGD1 as the gate electrode are closed, the branch bit line B
The potential of the trunk bit lines BL2A and BL2B is not transmitted to L1A1 and BL1B1. Therefore, the control gates CG1 to CG4
No electric field is applied between the channel and drain, and M 1 ~
The threshold change of M 4, M 9 ~M 12 is not.

【0033】枝ビット線BL1A2 につながる他のメモリ
セルM5 〜M7 では書き込みモードになるが、その電界
は小さく、しきい値変化はない。非選択の枝ビット線B
L1B2 側のメモリセルM13〜M15では、制御ゲートが中
間電位VM 、チャネル電位がVccであり、その電位差は
3〜4Vであって、やはりしきい値変化はない。ビット
線BL1B2 側のメモリセルM16も同様に書き込みモード
であるが、やはりその電界は小さく、しきい値変化はな
い。
[0033] becomes the other memory cells M 5 ~M 7 in write mode leading to the branch bit line BL1A2, the electric field is small, no threshold changing. Unselected branch bit line B
In L1B2 side of the memory cell M 13 ~M 15, the control gate is an intermediate potential V M, the channel potential is Vcc, the potential difference is a 3 to 4V, not too threshold changing. Similarly, the memory cell M 16 on the side of the bit line BL1B2 is also in the write mode, but its electric field is still small and the threshold value does not change.

【0034】以上の書き込み動作において、メモリセル
の制御ゲートには高電位Vppと中間電位VM が印加され
るが、流れる電流はトンネル電流のみであるので、高々
1μA以下である。また、一括消去時はn型基板1とp
型ウェル1′を高電位Vpp′に上げるが、このとき流れ
る電流は、トンネル電流と、0Vに保たれる周辺回路の
p型ウェルとn型基板間のリーク電流であり、これも1
0μA以下である。従って、書き込み及び消去に用いら
れる高電位Vpp及びVpp′(これらは同じ値でもよい)
は、チップ内部に設けられた昇圧回路で十分賄うことが
できる。
[0034] In the above write operation, the control gate of the memory cell is a high potential Vpp and the intermediate voltage V M is applied, the current flowing Since only the tunnel current is most 1μA or less. In addition, when collectively erasing, the n-type substrate 1 and p
The type well 1'is raised to a high potential Vpp '. The current flowing at this time is a tunnel current and a leak current between the p-type well and the n-type substrate of the peripheral circuit which is kept at 0V.
It is 0 μA or less. Therefore, the high potentials Vpp and Vpp 'used for writing and erasing (these may have the same value).
Can be sufficiently covered by a booster circuit provided inside the chip.

【0035】また、選択書き込み時に高電圧により流れ
る電流は上述のように微小であるから、1つの制御ゲー
ト線(ワード線)につながる全てのメモリセルに同時に
データ書き込みが可能である。即ち、ページモードの書
き込みができ、それだけ高速書き込みが可能である。
Further, since the current flowing due to the high voltage at the time of selective writing is minute as described above, it is possible to simultaneously write data to all the memory cells connected to one control gate line (word line). That is, page mode writing can be performed, and high speed writing can be performed accordingly.

【0036】データ読み出し動作は、次のようにして行
われる。図5のセルAについて説明すれば、ドレイン側
選択ゲートのうち非選択のSGD1には0Vが、選択され
ているSGD2にはVccが与えられ、非選択メモリセルM
7 の制御ゲートCG7 には“1”状態のメモリセルがオ
ンする程度の電位としてやはりVccが与えられ、選択メ
モリセルM8 の制御ゲートCG8 は0Vとされる。その
他の制御ゲートCG1〜CG6 には例えば0Vが与えら
れる。そして、選択セルにつながるビット線BL2Aには
1〜5V程度の読み出し電位が与えられ、他の非選択ビ
ット線BL2Bは0Vとされる。
The data read operation is performed as follows. Explaining the cell A of FIG. 5, 0V is applied to the non-selected SGD1 of the drain side select gates, and Vcc is applied to the selected SGD2.
7 the memory cell for "1" state to the control gate CG7 of still Vcc is applied as a potential enough to turn on, the control gate CG8 of the selected memory cell M 8 is a 0V. For example, 0V is applied to the other control gates CG1 to CG6. Then, a read potential of about 1 to 5 V is applied to the bit line BL2A connected to the selected cell, and the other non-selected bit lines BL2B are set to 0 V.

【0037】このようにすると、セルAのしきい値が低
い時は第2ビット線BL2Aに電流が流れ、高い時は第2
ビット線BL2Aに電流が流れないことになる。従って、
ビット線BL2Aに電流が流れるか否かによって、データ
“0”,“1”の判別がなされる。
In this way, when the threshold value of the cell A is low, a current flows through the second bit line BL2A, and when it is high, the second bit line BL2A has a second current value.
No current will flow through the bit line BL2A. Therefore,
The data "0" or "1" is discriminated depending on whether or not a current flows through the bit line BL2A.

【0038】このように本実施例によれば、ドレイン側
の選択ゲートを複数のNANDセル毎に1つとしている
ので、ドレイン側の選択ゲートを全て取り去った場合に
比べて、ビット線容量の増加を小さく抑えることができ
る。このため、データ書き込み時の誤書き込みの可能性
も小さく抑えることができ、これにより信頼性を高める
ことが可能となる。
As described above, according to this embodiment, since the drain side select gate is one for each of the plurality of NAND cells, the bit line capacitance is increased as compared with the case where all the drain side select gates are removed. Can be kept small. Therefore, the possibility of erroneous writing at the time of writing data can be suppressed to a low level, and thereby reliability can be improved.

【0039】また、全てのNANDセルのドレイン側に
選択ゲートを設けるものに比して、選択ゲートの数が少
なくなるため、セル面積の縮小をはかることができる。
つまり、本実施例により高集積かつ高信頼性のNAND
セル型EEPROMを実現することができる。
Further, since the number of select gates is smaller than that in the case where select gates are provided on the drain side of all NAND cells, the cell area can be reduced.
In other words, according to the present embodiment, highly integrated and highly reliable NAND
A cell type EEPROM can be realized.

【0040】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では浮遊ゲートと制御ゲートを
持つFETMOS型メモリセルを用いたがMNOS型の
メモリセルを用いた場合も同様に本発明を適用すること
ができる。また、NANDセルを構成するメモリセルの
数や第1ビット線に直接接続するNANDセルの数等の
条件は、仕様に応じて適宜定めればよい。その他、本発
明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。
The present invention is not limited to the above embodiment. Although the FETMOS type memory cell having the floating gate and the control gate is used in the embodiment, the present invention can be similarly applied to the case of using the MNOS type memory cell. Further, conditions such as the number of memory cells forming the NAND cell and the number of NAND cells directly connected to the first bit line may be appropriately determined according to the specifications. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、N
ANDセルの一端側のドレイン拡散層を複数個のNAN
Dセル単位で第1ビット線に直接接続し、第1ビット線
を選択トランジスタを介してそれぞれ第2ビット線に接
続しているので、ビット線容量の増大やデータ書き込み
時の誤書き込みの問題を招くことなく単位セル面積を小
さくすることができ、高集積化と共に高信頼性をはかり
得るNANDセル型EEPROMを実現することが可能
となる。
As described in detail above, according to the present invention, N
A plurality of NANs are provided in the drain diffusion layer on one end side of the AND cell.
Since each D cell is directly connected to the first bit line and the first bit line is connected to each second bit line through the selection transistor, there is a problem of increase in bit line capacity and erroneous writing during data writing. The unit cell area can be reduced without inviting, and it becomes possible to realize a NAND cell type EEPROM capable of achieving high integration and high reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係わるEEPROMのNA
NDセル構造を示す平面図。
FIG. 1 is an NA of an EEPROM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an ND cell structure.

【図2】図1の矢視A−A′,B−B′断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′, BB ′ of FIG.

【図3】図1及び図2のNANDセルの等価回路図。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the NAND cell of FIGS. 1 and 2.

【図4】図2(b)の構成に対応する変形例を示す断面
図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modified example corresponding to the configuration of FIG.

【図5】第2ビット線につながる互いに隣接する8個の
NANDセル部を示す回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing eight NAND cell units adjacent to each other connected to a second bit line.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型シリコン基板 1′…p型ウェル 2…素子分離酸化膜 3…第1ゲート絶縁膜 4…浮遊ゲート(電荷蓄積層) 5…第2ゲート絶縁膜 6…制御ゲート 7…CVD絶縁膜 8…第1ビット線 9…ソース・ドレイン拡散層(n型層) 10…第2ビット線 M1 〜M4 …メモリセル S…選択ゲート CG1 〜CG4 …制御ゲート BL1…第1ビット線 BL2…第2ビット線 WL…ワード線DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type silicon substrate 1 '... P-type well 2 ... Element isolation oxide film 3 ... First gate insulating film 4 ... Floating gate (charge storage layer) 5 ... Second gate insulating film 6 ... Control gate 7 ... CVD insulating film 8 ... first bit line 9 ... source-drain diffusion layer (n-type layer) 10 ... second bit line M 1 ~M 4 ... memory cell S ... selection gate CG 1 ~CG 4 ... control gate BL1 ... first bit line BL2 ... second bit line WL ... word line

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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換え可能な不
揮発性メモリセルを隣接するもの同士でソース,ドレイ
ンを共用する形で直列接続してNANDセルを構成し、
このNANDセルをマトリックス配置してなるセルアレ
イと、 前記NANDセルの一端側のドレイン拡散層に複数個の
NANDセル単位で直接接続された複数本の第1ビット
線と、 これらの第1ビット線にそれぞれ選択トランジスタを介
して接続された第2ビット線と、 前記NANDセルの他端側のソース拡散層にそれぞれ選
択トランジスタを介して接続されたソース線と、 前記NANDセルを構成する各メモリセルの制御ゲート
にそれぞれ接続されたワード線とを具備してなることを
特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. An electrically rewritable non-volatile memory cell in which a charge storage layer and a control gate are laminated on a semiconductor substrate via an insulating film is connected in series so that adjacent ones share a source and a drain. To form a NAND cell,
A cell array in which the NAND cells are arranged in a matrix, a plurality of first bit lines directly connected to the drain diffusion layer on one end side of the NAND cells in units of a plurality of NAND cells, and the first bit lines A second bit line connected via a select transistor; a source line connected to the source diffusion layer on the other end side of the NAND cell via a select transistor; and a memory cell forming each NAND cell. A non-volatile semiconductor memory device comprising: a word line connected to each control gate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998018132A1 (en) * 1996-10-17 1998-04-30 Hitachi, Ltd. Nonvolatile semiconductor storage device and method for operating the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998018132A1 (en) * 1996-10-17 1998-04-30 Hitachi, Ltd. Nonvolatile semiconductor storage device and method for operating the same

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