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JPH01273357A - 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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Publication number
JPH01273357A
JPH01273357A JP63101810A JP10181088A JPH01273357A JP H01273357 A JPH01273357 A JP H01273357A JP 63101810 A JP63101810 A JP 63101810A JP 10181088 A JP10181088 A JP 10181088A JP H01273357 A JPH01273357 A JP H01273357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
column line
voltage limiter
control signal
line
diode
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.)
Granted
Application number
JP63101810A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2638916B2 (ja
Inventor
Naotaka Sumihiro
住廣 直孝
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP10181088A priority Critical patent/JP2638916B2/ja
Publication of JPH01273357A publication Critical patent/JPH01273357A/ja
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に電気的に
消去、書換え可能な読み出し専用メモリ(以下EEPR
OMという)に間する。
[従来の技術] EEFROMにはその用途に応じて様々な構造、動作原
理のものがあるが、その中で最も大規模集積化に適する
ものに、いわゆるFLASHEEPROMがある(例え
ばl5SCC1987WPM7.4)。第4図にこのF
LASHEEPROMのメモリトランジスタの断面構造
図を示す。
1はP型の半導体基板、2はn形のドレイン、3はソー
ス、4は厚さ200吟以下の薄い第1のゲート酸化膜、
5は浮遊ゲート、6は第2のゲート酸化膜、7は制御ゲ
ートである。書き込みは制御ゲート7に約20Vの電圧
を印加し、ドレイン2に約10Vの電圧を印加し半導体
基板1及びソース3を接地することによりトレイン近傍
で発生したホットエレクトロンを浮遊ゲート5に注入し
結果として負の電荷を蓄積する。消去は制御ゲート7と
ソース3と半導体基板1を接地しドレイン2に約19V
の電圧を印加し、Fowler−N。
rdheim)ンネリングで浮遊ゲート5からドレイン
2ヘエレクトロンを放出し結果として正の電荷を蓄積す
る。
このメモリトランジスタで不揮発性半導体装置を構成す
る場合の回路図を第5図に示す。Q2は書き込み制御信
号PGM(オーバーパー)とデータ信号を入力とするN
OR回路N0RIの出力をゲート入力とするMIS電解
効果トランジスタ、Q3は消去特高レベル信号となる消
去制御信号EC(オーバーパー)をゲート入力とするM
I S電解効果トランジスタ、Ml、 M2.  ・・
・Mnはメモリトランジスタでドレインは列線Yに接続
されソースはソース線に接続され制御ゲートは行線Xi
、  X2.  ・・・Xnに接続されている。
[発明が解決しようとする問題点コ 上述した従来の不揮発性半導体装置には以下に述べる重
大な欠点がある。第6図で曲線A、  B、Cはメモリ
トランジスタのI−V曲線で、Aは書き込み開始時点、
B、  Cは書き込みが進行しメモリトランジスタの浮
遊ゲートにエレクトロンが注入されてオン電流が減少し
た時点での■−v曲線を示す。曲線りは負荷曲線を示し
VA、  VB、  VCはそれぞれの時点での列線電
位を表す。VEは消去動作時の列線電位、VEiは消去
可能な列線の最低電位を示す。VBDI、VBD2は書
き込まれたメモリトランジスタのドレイン−半導体基板
間降伏(アバランシェブレークダウン)電圧を示す。書
き込み動作時列線電位は書き込みの進行にともないVA
からVBを経てVCへと上昇していく。この時列線電位
が消去可能な列線の最低型(ffVEiを越えてしまう
と同じ列線に接続されている他のメモリトランジスタで
は消去が開始されてしまう。第5図において例えばメモ
リトランジスタM1を書き込むとき、書き込みが進行し
て列線電位がVEiを越えるとメモリトランジスタM2
・・・M(1ては消去が開始され書き込みマージンの減
少や誤消去が生じてしまう。
次に消去動作時の問題を述べる。書き込まれたメモリト
ランジスタのドレイン−半導体基板間降伏電圧は浮遊ゲ
ートに注入されたエレクトロンの負電荷により低下する
。したがってメモリトランジスタの書き込みレベルによ
り変動する。第6図においてドレイン−半導体基板間降
伏電圧がVBDの場合消去時列線電位VEより高いため
トレイン−半導体基板間で7バランシエブレークダウン
を生じることなく消去が進行するがドレイン−半導体基
板間降伏電圧がVBD2の場合VEより低いためアバラ
ンシェブレークダウンを生してしまう、アバランシェブ
レークダウンはドレイン近傍のゲート酸化膜へダメージ
を与え、書き込み特性の劣化、読み出し特性の劣化、消
去特性の劣化及び書換え可能回数の減少を引き起こす。
上述した書き込み時および消去時の問題に対し、製造バ
ラツキなどを考慮して適性化することは非常に困難であ
った。
[発明の従来技術に対する相違点] 上述した従来の不揮発性半導体記憶装置に対し、本発明
は書き込み動作時の列線の電位を消去可能な列線の最低
電位より低い電圧でクラシブし、消去動作時の列線電位
をメモリトランジスタのトレインと半導体基板間の降伏
電圧より低い電位てクランプすると言う相違点を有する
[問題点を解決するための手段] 本発明はドレイン電極が列線に接続されソース電極がソ
ース線に接続されゲート電極が行線に接続された浮遊ゲ
ートを有する第1電界効果トランジスタ(メモリトラン
ジスタ)と、ドレイン電極が第1電源に接続されソース
電極が第1接続点において列線に接続され書き込み制御
信号をゲート人力とする第2電界効果トランジスタと、
ドレイン電極が第2電源に接続されソース電極が第1接
続点に接続され消去制御信号をゲート入力とする第3電
界効果トランジスタと、第1電圧リミッタ−と、ドレイ
ン電極が第1接続点に接続されソース電極が第1電圧リ
ミッタ−に接続され消去制御進行をゲート入力とする第
4電界効果トランジスタと、第1接続点に接続された第
2電圧リミッタ−とを含んで構成される。
[実施例コ 次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1実施例の回路図である。
VPPIは書き込み電源、Q2は書き込み制御信号とデ
ータ信号を人力とするNOR回路NOR1の出力をゲー
ト人力とするMIS電界効果トランジスタ、VPP2は
消去電源、Q3は消去制御信号EC(オーバーパー)を
ゲート入力とするMIS電界効果トランジスタ、Jは第
1の接続点、Dlは第1のダイオード、D2は第2のダ
イオード、ECは消去制御信号でEC(オーバーパー)
の反転信号、Q4はECをゲート人力とするMIS電界
効果トランジスタ、Yは列線、Ml、M2・・・Mnは
メモリトランジスタ、Sはソース線、Xl、X2・・・
Xnは行線である。
第1のダイオードDIはVLI〜約16Vの電圧リミッ
タ−で、第2のダイオードD2はVL2〜約2〜Vの電
圧リミッタ−である。書き込み動作時MIS電界効果ト
ランジスタQ2はオンして、書き込み電源VPPIを列
線Yに伝えるが、消去制御信号ECが高レベルであるた
めMIS電界効果トランジスタQ4がオンして列線電位
は第2のダイオードD2によりVL2でクランプされる
次に消去動作時消去制御信号EC(オーバーパー)が高
レベルになりMIS電界効果トランジスタQ3がオンし
て消去電源VPP2を列線に伝えるが列線電位は第1の
ダイオードD1によりVLIでクランプされる。この時
消去制御信号ECは低レベルであるからMIS電界効果
トランジスタQ4はオフするため第2のダイオードD2
は電圧リミッタ−として作動しない。
次に第2図に従って説明する。曲線A、  Cはメモリ
トランジスタのI−V曲線てAは書込開始時点を示し、
Cは書き込みが進行した時点でのI−7曲線を示す。L
は負荷曲線である。書き込みが開始すると列線電位はV
Aから上昇していくが第2のダイオードD2によりVL
2〜約2〜Vでクランプされそれ以上上がらない。VL
2は消去可能な列線の最低電位VEi〜約14Vより低
いため書込レベルの低下や誤消去の問題は一切生じない
。消去動作時列線電位は第1のダイオードで1によりV
LI〜約16Vでクランプされる。VLlはメモリトラ
ンジスタのドレイン−半導体基板間降伏電圧VBD〜1
8Vより低いためアバランシェブレークダウンは一切生
じない。したがってドレイ、ン近傍のゲート酸化膜への
ダメージはなく、書き込み特性、消去特性、読み出し特
性、書換え可能回数の劣化などの問題は生じず信頼性の
高い不揮発性半導体記憶装置が得られる。
さらに第1の接続点Jと列線Yが列線選択信号をゲート
入力とするセレクト用トランジスタを介して接続されて
も本発明に包含されることは容易に類推てきる。
第3図は本発明の第2実施例の回路図である。
Q6はゲート電極をドレイン電極に接続したしきい値が
約16VのMIS電界効果トランジスタ、消去特電圧リ
ミッタ−として作動し、Q5はゲート電極をドレイン電
極に接続したしきい値が約12VのMIS電界効果トラ
ンジスタで書き込み時電圧リミッタ−として作動する。
[発明の効果] 以上説明したように本発明は第1電圧リミッタ−と、ソ
ース電極を第1電圧リミッタ−に接続され、ドレイン電
極を第1接続点で列線に接続され、消去制御信号をゲー
ト入力とする電界効果トランジスタと、第1接続点で列
線に接続された第2電圧リミッタ−とを含んで構成され
ることにより、書き込み動作時の列線電位を消去可能な
列線の最低電位より低い電圧でクランプし書き込みレベ
ルの減少や誤消去を完全に防ぐことができ、さらに消去
動作時の列線電位をメモリトランジスタのトレインと半
導体基板間の降伏電圧より低い電位でクランプしアバラ
ンシェブレークダウンを防ぎ書き込み特性、消去特性、
読み出し特性、書換え可能回数などの劣化を防止し、信
頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を与える効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の回路図、第2図は第1実
施例の特性を示すグラフ、第3図は本発明の第2実施例
の回路図、第4図はメモリトランジスタの断面構造図、
第5図は従来例の回路図、第6図は従来の問題点を示す
グラフである。 VPPI、VPP2・・・電源、 PGM(オーバーパー)・・・書き込み制御信号、EC
(オーバーパー)、EC・・・消去制御信号、Q2.Q
3.  Q4゜ Q5.Q6・・・・MI S電界効果トランジスタ、D
I、D2・・・ダイオード、 J・・・・・・・第1の接続点、 Y・・・・・・・列線、 XI、X2.  ・・・Xn・・・・・・行線、S・・
・・・ソース線、 Ml、M2.  ・・・Mn・・メモリトランジスタ、
1・・・・・半導体基板、 2・・・・・ドレイン、 3・ ・ ・ ・ ・ソース、 4・・・・・第1のゲート酸化膜、 5・・・・・浮遊ゲート、 6・・・・・第2のゲート酸化膜、 7・・・・・制御ゲート。 特許出願人  日本電気株式会社 代理人 弁理士  桑 井 清 − 「 第5図 第4図 「 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ドレイン電極が列線に接続されソース電極がソース線に
    接続されゲート電極が行線に接続されたメモリ機能を有
    する第1導電型の第1の電界効果トランジスタと、ドレ
    イン電極が第1電源に接続されソース電極が第1の接続
    点において前記列線に接続され書き込み制御信号をゲー
    ト入力とする第1導電型の第2電界効果トランジスタと
    、ドレイン電極が第2電源に接続されソース電極が前記
    第1の接続点に接続され消去制御信号をゲート入力とす
    る第1導電型の第3電解効果トランジスタとを含む不揮
    発性半導体記憶装置において、第1電圧リミッターと、
    ドレイン電極が前記第1接続点に接続されソース電極が
    前記第1電圧リミッターに接続され消去制御信号をゲー
    ト入力とする第1導電型の第4電解効果トランジスタと
    、前記第1接続点に接続された第2電圧リミッターとを
    含んで構成されることを特徴とする不揮発性半導体記憶
    装置。
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