JPS6035396A - 半導体メモリ装置の駆動方法 - Google Patents

半導体メモリ装置の駆動方法

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JPS6035396A
JPS6035396A JP59123401A JP12340184A JPS6035396A JP S6035396 A JPS6035396 A JP S6035396A JP 59123401 A JP59123401 A JP 59123401A JP 12340184 A JP12340184 A JP 12340184A JP S6035396 A JPS6035396 A JP S6035396A
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memory
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transistor
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Toshio Wada
和田 俊男
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices

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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】 この発明は半導体メモリ装(rl″、の19へ両方法に
かかシ、とくに不j’rf!発性のランダム・アクセス
・メモリを実現する絶縁ゲート型?it界効果半2j’
ff4y装([イの駆動方法に関する。
半i)一体工1個i(回路構造の記憶装置(ICメモリ
)は常に高密度・大集積・高速・低消費1117カを発
展の思想として有する。又、メモリ作用はネ、蛎7A択
アドレスに11′1報″1”、”O″′を導入できるラ
ンタノ・・アクセス・メモリ(RAM)が汎用411.
の点てア」1想とされる。従来、RA M型ICメモリ
は、フリップ・70ツブ、ダイナミックMO8I−ラン
ジスタ(8素子型)、C負荷型1MO8I−ランジスタ
(1’lL’r型)をメモリセルとして用いて実用化さ
れてきた。
しかし乍らこれものICメモIJ id、回路構造が複
雑であるのり・ならず、Rf報の保持に電力消費が心髄
であるため高密度・大集積化に本J′J的な制限を受け
る。こ扛を)v「決する。J能1q・のあるメモリセル
として絶縁ゲート膜中の捕獲中心又は汀遊ケ−1・に1
11、荷を注入蓄積し、蓄槓箪向の不451f発性を利
用する不揮発性メモリがJtlJ待されている。H′も
知のこの、!′、lの不JXIj発性メモリt;L、’
l +’/ )’lA保持に”i’lj:力消代庖不゛
潤とするものではあるが、117報(+ Oj+又は情
報゛1”の;f1込時にアドレスの選択方法を変更する
心安があるだめRA Mとしての有用性IJ−72<、
−「ダら3J4択l′シ込を行う’l?j 4’liを
1゛もしくは0″′の電力とし、他方は全ヒツト−のに
行うプログラマブル・IJ−ド・オンリ・メモリ(FR
OM)として発展せらiしている。
このように6を来技術によノア、は、ICメモリの理想
的ij5% fiヒとして秘事さiする不J’jii 
[1ユRAMは技術的未FrY決の範囲にβりた。
この発明の目的は高密度・大集積・低消費電力の不ロI
発性RAMを実現する半導体メモリ装f4の好ましい駆
動方法を提供することである。
不発1μ]の特徴は、行列線が交叉するマ) IJクス
交点に各々デコードトランジスタとゲート闇値が転移す
るメモリトランジスタとの直列回路を配置し、前記デコ
ードトランジスタのソースもしくはドレイン領域の前記
メモリトランジスタに接続畑れない側が行方向に共通接
続され、かつゲートが列方向に共通接続されており、1
)IJ記メモリドう/ジスタのド1/インもしくはソー
ス領域の前記デコードトランジスタに接続されない1f
lllは全て共通に接U[:きれかつ、ゲートは全て共
通接続され情<11として導出されており、前記行列線
を選択して所定のアドレスにおけるメモリトランジスタ
の浮遊ゲートに11j子および正孔のうちの一方を前記
情報線の11i位を制御することによって蓄8’t″(
し、該791定のアドレスにおける該メモリトランジス
タの情報を変更する場合は、前記行列線を選択して前記
浮遊グー)KttC子および正孔のうちの他方を、選択
されない′アドレスにおけるメモリトランジスタにt」
コ影41′l≦を及はさない程度の11L位を前記情報
pJに印加することKよって、ヘタ大して行う半導体メ
モリ′(々11′1の駆1iυ方法にある。このように
、この発明の半7’、へを体装置は、メモリセルが2個
のトランジスタのみでイ1゛コ成され、情報信号線を制
御することによυ)14択されたアドレスに情報II 
OI+および情報″1′°を1)n JR;’i込でき
、且つメモリトランジスタが不揮発性メモリであるため
、メモリ部の周辺回路構成およびメモリセル自体の回路
(1−成がきわめて簡易で高密度・大集積化の容易なR
A Mを実現し、情報性1′4期間の消費1)j5力を
零に丑で低減することができ、かつ高い電圧を使用する
ことなく所定のメモリセルの選択的は電気的書替え・消
去が可能とな次にこの発明をよりよく理)II11′す
るために、この発明の実施例につき図を用いて説明する
p131図(5)および(B) u:この発明の一方に
11例の回路図およびメモリセルの断面図を示す。この
実施例tフl、行iY!i! 1.) l、 D !1
と列線W l+’Wnとが形成する行列マトリクス各交
点にメモリセルとし、てデコードトランジスタQDとメ
モリトラフ9ヌ29成る直列回路をそれぞれ導入[7で
ある。この直夕IJ回路はデコードトランジスタQOの
グー1−1tう極を所定の列線Wz J< 、ドレイン
およびソースの一方を所定の行W.’N I) 1に他
方をメ・モリ1−ランジスタQ11qのドレインおよび
ソースの一方に接hi: L2、メモリトランジスタQ
Mのドレインおよびソースの他方を基檗線GNDに接続
しゲート電極を各アドレスのメモリトランジスタと共に
共1山の4W t?:k 線J) Lに接続するもので
ある。又、全1−ランジスタの,1一体′電極5UI3
は共通であシ、基亭(’,I G N りとの間に所定
のバイアスが印加される。
メモリセルの好イしい!45積回路()゛・〜造i7t
:、第11刊(B)に示す如<’(100)を主面とす
る比抵抗10Ω−口のP型シリコン単結晶基体101の
一表面の不活性部に表面濃度8×10 〜5xlO c
m のP型領域102を有し,この領域に囲まれる活性
部に表面濃度lO 〜10crn の燐拡散を施してN
十型′Iin域108、 104. l,、0.5を設
け、表面絶縁保ボ/!膜100の上面に伸び出すアルミ
ニウムの1[1、極配置107 、108 。
109+110を有する。基本101の活性部ジ・と面
に被着するFJ5UOAの7二1賀イヒ石上る包の泊り
−f、七支)iら111と、ドし・イン及びソースのN
−1−型領域103,104および霜4A/:(自「1
.A里1.08に>fj□′由、桟8元する多楚古晶シ
リコンのゲート;1;i= uz &、i絶左、“:ゲ
ート型テコー(・川・ランジスタQ、I) ’H: 4
ti成し、N + 領域lo;3カc) ノ;i7 +
(贋ri 竹’配W71fL07が行i1;i ]) 
1にjうS統し、111−極配置t’jl 108は列
線Wlに接nノl’、する。ス、絶縁被膜111と、ド
レイン及びソースとなるN十型領賊1.041.105
と、N十型領域1()1・の−t11(に、I>;、 
(、て低耐圧のPNダイオードを形成するl・3面、’
H5度5XlO〜1.0 cm のP+型1・μ域月−
:3と、l+’[!jlY1″′、力月1(蔦111の
−に而に被膜する約10(10^のシリコンシ゛?化物
又Qjニアルミナを主成分とする他の絶I丈L・8月4
114.と、これらの絶縁被膜の境b’+j−に狸め込
寸れた浮]IJ′Lゲート115と、浮遊ケ−1゛11
5に他の絶縁膜110114.を介して谷(1丁結合す
るゲート’+ij極1(JIJとで手押発性のメモl)
 )シンジスタQが41・を成され、ゲート1E極10
9が111?報線DLに接約゛、シ、N十型領域105
の導出rt電極線110が基準線GNDに接続し、N十
領域104Qまテコードトランジスタ及びメモリトラン
ジスタに共通の領域として用いられて直列回路を形成し
ている。基体101の裏面には基体電極116が設けら
れ基体端子SUBとなる。浮遊ゲートを有するNチャン
ネル型のメモリトランジスタはゲート電極−絶縁被膜−
浮遊ゲート−絶絃被膜−半導体基体から成るMI I 
MI Z S型のゲート渭乍造をl1tiiえている。
ソースT民位(Vs)、ドレイン電位(VD)、基体へ
l上位(Vsub)、ゲート電極の電位(Vc)に対し
て、vs=vD二VB un ” OVとし、VGに約
1秒の電圧印加を行ったのちにはメモリトランジスタの
グー) 1’、’j値(VT)を測定すると、Nチャン
ネル型メモリトランジスタではたとえば初期のvTが正
のVCに対して+50Vを臨界値+V’cとして装置荷
を蓄積し、−4!OVを臨界値−■。として負1(〜荷
を放出する間接トンネル注入型の電荷蓄積作用を示す。
この実施例では、Ilにシリコン窒化膜又はアルミナ膜
を有する絶縁膜を用いた。メモリセルは所定の行列線を
選択して浮遊ゲート直下の低耐圧のダイオードを降伏す
ると、注入型の臨界埴土Ve r−Vcに到達しないグ
ーl−電圧Vaでもゲート閾値を転移する。この特性は
ダイオードの逆方向におけるアノくランシエ降伏で発性
する電子および正孔がゲート1[1,界に応じて浮遊ゲ
ート方向に引かれるために起る−(Φのアバランシェ注
入動作である。この特性を制用することはメモリトラン
ジスタのゲート電極の1L位を制御するのみで選択され
たアドレスのメモリセルに情報“1″又はO″を選択書
込することができ、他のアドレスではデコードトランジ
スタが作用しないためダイオードの降伏が起らず、単に
メモ1月・ランジスタのゲート電極に臨界値以下の11
も圧が印加されるのみであるため情報かく乱を受けない
21)2図は上述の実施例への】ソ(択)1)込・読出
動作のための11′L圧波形を示す。アドレスの選択は
当該アドレスへの行列線に駆動電圧VD、VWを与え、
情報線のI’df、位V D T、を制御して情報″1
”又は”0′。
を選択書込し、且つメモリセルを通して列線からυIL
れ込む′市原を出力Ioutとして受けるものである。
即ち、基体をOVの′1h位に保ち、時刻t1〜t2で
選択されたアドレスに約30vの駆jlilr Tf+
、圧VD。
Vwを与え情報線の電位VDLを約30Vとし、基準線
GNDを回路接続から遮断もしくは−+−10V程度基
体に刻して上昇するとメモ1月・ランジスタが不樽通と
なり選ばれたアドレスのメモリトランジスタのN十型領
域の一部に形成された低+t+il圧のダイオードが約
+15Vでアノくランシエ降伏する。
この降伏点には情報線の’rin位でメモリトラン・ジ
スタのゲート1E極から魚眼nH3を誘引する′眼界が
L5えられて居り、このため降伏点から;;i子が浮)
19グ・−1・に向って注入源れる。この時間には選択
されない他のアドレスのメモリトランジスタでは、デコ
ードトランジスタが不導辿である力・もしくはうむ、C
1状態であってもメモリトランジスタのN−1−型領域
の1h1位がOVであるため選択されないアドレスのダ
イオードの降伏現象が起らず、メモリトランジスタのゲ
ート閾値を転移するだめの浮遊ゲートへの電荷の送受は
行なわれない。この郊択11込により浮遊ゲートに9’
>4荷が蓄積しメモ1月・ランジスりのグー1値は約8
v程度正方向に転移する。
グー1伴り値の増大による情報書込を111r報I+ 
011と定″・′?″すると、この情報” (1”は時
刻t8〜t4の時間中の+5 Vの)!(り動′「1【
圧V1+ 、Vwを同一アドレスへの行列9?」(にj
−jえ、同時に情?l’+ ffJJ!に+5 ’V 
〕’i!、位VDL t−(jえることにより当該アド
レスからの0”出力電でlii’、はメモリトランジス
クのゲート閂イ直が市Cみ出し信+7としての′[に、
位VDLより高いため開電流である。
又、It;j %ll t ”s〜tもの時間に選択さ
hブこアドレスへの?−J列イ°J!に情報パ0゛71
1込と同様に約+80Vの駆動i1.i 圧V D 、
 VWをIフエ、同nap K情報線)電位VDLを0
 = −21)Vにすると、このアドレスのメモリトジ
ンジスタの!4遊ゲートに正1+’ii、荷蓄積力煽ゐ
起され、ゲート1・”J仙が一トドtして11鴇lj“
1′′のy(’+4沢、1F込が成さJl−小1.この
情報力″の、j1込ζ、J戯JU’<さiしたアドレス
rリメ(−リトノンジスクの(、tk; 1#J圧ダー
fオードがアバランシェ1・・C・伏L7、フート屯O
<の電位が低いためγ′YJllニーゲートに向って止
孔が引かi t 、7) I(、、界が作用する人−め
にiIJ+29、当該アドレスのメモリトランジスタに
11゛1・jl・どO“′が、I)き込まれているとき
には急速に情報+1111に変更される。又、ゲート電
極の電位によシ情報”1”のゲート閾値の負方向への転
移が制御され、イ^報線の111□位をOVとして情報
゛1″書込の信弓とするとメモリトランジスタのゲート
閾値は一1〜+IVとな9、−20Vとすると−1〜−
5V程度とな9情報″1″′のレベルを制御することが
てきる。
時刻t7〜t8で時刻t8−t+と同様に再び選択読出
動作を行い、選択アドレスに+5■の駆動電圧VD r
 V−w f 4 エル(!:、FjJIIH’C′l
I′lNi1?! ヲ+5 V TMBK動すると情報
″1′°の書き込まれたメモリトランジスタはゲート閾
値が5v以下であるため導通状態となって、当該アドレ
スへの行線から基準線に流れる″1″出力市、流を得る
ことができる。メモリトランジスクの浮遊ケート直下の
N十型領域に形成はれる低面1圧のダイオードはドレイ
ン:I5よびソースの一方の少くとも一部に設けられ、
ツーコードトランジスタのドレイン接合耐圧より低い逆
耐圧特性を有する。このためダイオードの形成は前述の
実施例の如く高濃度やP型領域をN斗型領域に接/Q′
iNし+星)るil、か、浮遊ゲートと部体との間の絶
、縁膜II’;;をテコードトジンジスタの絶縁ゲート
膜に比1−で薄く1〜てもl仔ましいI(与件がイ4)
られる。
史に、Ri ’+’lA″:+、u ノH’ll+込の
ため(D情報線(D T[位は必らすしも負山−月二を
必裁とすることなくメモリトランジスクの情!l) l
l0l”を情報II 1.1+に選択書替え司fIt4
である。(’+’i報IT、Q 書込によるメモリトラ
ンジスタのゲート閾飴がディプレッション領域、情報”
ow+1()込によるグー)1&J値がエンハンスメン
ト領戦となるように情報線の電位およびダイオード耐圧
が設定さtするときには請出i助作での積別)線の電位
はノ;; i(” IJ!と同市、イ\ンとすることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)およびCB)はこの発明の一実施例の回路
図およびメモリ士ルの断面図、第2図はこの発明の一実
Afli例の!1tυ作を示す′IIシ圧波形図であシ
、QDt:j、フコートトランジスタ、QMはメモリト
ランジスタ、D I+ I) 2は行線、Wl、 W2
は列線、DL、妹は11賞HA+ GNDは基準筒S 
U Bは基体ルを極、101はP型シリコンJ(+結晶
基体、 108,104,105はN−1−21型領域
、111および114は絶コ緑被ト、11.5は浮遊ゲ
ートて必る。 第1 図 (A) 第 7 f3 (B) 約 2 目

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 行列線が交叉するマ)・リクス交点に各々デコードトラ
    ンジスタとゲート[・q値が転移するメモリトランジス
    タとの直列回路を配置し、前記テコードトシンジスタの
    ソースもしくはドレイン領域の前記メモIJ )ランジ
    スクに接続をれない側が行方向に共:’If147f;
    ’: #、je 8れ、かつゲートが列方向に共通接わ
    1゜憾れ′てお、す、前6己メモリトランジスタのドレ
    インもL < i+、ソース領j1・(の前記デコード
    トランジスタに」卯1・・1.さ)1ない1111 V
    、l、全て共通に接続されかつ、グー)4:l、全て共
    ;1llJJ琴糺され情報筋jとして3厚出さ力5てお
    り、Nil記行列達り1をノ゛べ択して所定のアドレス
    におけるメモリトランジスタの浮遊ケ−1・に1しL子
    および市孔のうちの一方を前R12情(i4わ!の11
    1、位を割病1することによって谷40し、該所定のア
    ドレスにおける該メモリトランジスタの情報を変更する
    場合は、前記行列線を選択して前記浮遊ゲートに1iL
    子および正孔のうちの他方を、選択されないアドレスに
    おけるメモリトランジスタには影響を及はさない程度の
    ′la位を前記情報線に印加することによって、尋人し
    て行うことを特徴とする半導体メモリ装置の1小動力法
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62270687A (ja) * 1986-03-18 1987-11-25 エクソン ケミカル パテンツ インコ−ポレ−テツド 液体燃料組成物
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