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JPH0262793A - Nonvolatile ram - Google Patents

Nonvolatile ram

Info

Publication number
JPH0262793A
JPH0262793A JP63214517A JP21451788A JPH0262793A JP H0262793 A JPH0262793 A JP H0262793A JP 63214517 A JP63214517 A JP 63214517A JP 21451788 A JP21451788 A JP 21451788A JP H0262793 A JPH0262793 A JP H0262793A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory cell
gate
nonvolatile memory
mosfet
capacitor
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
JP63214517A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kuroda
謙一 黒田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP63214517A priority Critical patent/JPH0262793A/en
Publication of JPH0262793A publication Critical patent/JPH0262793A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain the simultaneous data transfer of all bits with simple constitution by providing amplification MOSFET to transmit the holding voltage of a capacitor for information holding a dynamic type memory cell to an nonvolatile storage element constituting an unvolatile memory cell. CONSTITUTION:A memory cell MC11 is constituted of first MOSFETQ1 for address selection and a capacitor C for information storage to obtain a dynamic type memory cell. On the other hand, the nonvolatile memory cell is constituted of second MOSFETQ2 and the stuck gate MOSFETQ3 of FLOTOX (floating gate tunnel oxide) type. The holding voltage of the capacitor C for storage of the dynamic type memory cell is supplied to a gate and amplification MOSFETQ4 to transmit its drain output to the drain of the stuck gate MOSFETQ3 is provided. Thus, the simultaneous data transfer of all bits to the nonvolatile storage element can be executed with the simple constitution.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、不揮発性RAMに関し、特にダイナミック
型メモリセルと不揮発性メモリセルとを組み合わせてな
るものに利用して有効な技術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a nonvolatile RAM, and particularly to a technique that is effective when used in a combination of a dynamic memory cell and a nonvolatile memory cell. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

書き込み/消去が可能な大容量のEEFROM(エレク
トリカリ・イレーザブル&プログラマブル・リード・オ
ンリー・メモ1月が開発されている。しかし、書き込み
/消去回数に制限があること、及び書き込み/消去時間
が比較的長い点からスタティック型RAMやダイナミッ
ク型RAMのような使い方ができない。このため、ダイ
ナミック型RAMとEEFROMを組み合わせた不揮発
性RAMが提案されている。この不揮発性RAMは、通
常動作ではRAMを使用し、電源がダウンした等の事故
時にはRAMのデータをEEPROMに転送してデータ
の保持を行う。
A large-capacity EEFROM (Electrically Erasable & Programmable Read Only Memory) that can be written/erased has been developed. Due to its long time span, it cannot be used like static RAM or dynamic RAM.For this reason, a non-volatile RAM that combines dynamic RAM and EEFROM has been proposed.This non-volatile RAM uses RAM in normal operation. However, in the event of an accident such as a power outage, the data in the RAM is transferred to the EEPROM and retained.

このような不揮発性RAMに関しては、例えば1988
年2月発行の、アイイーイーイー ジャーナル オプ 
ソリッド−ステート サーキッツ(IEEE JOUR
NAL OF 5OLID−STATE CIRCUI
TS) VOL23、隘1 、PP86〜90がある。
Regarding such non-volatile RAM, for example, 1988
IEEE Journal Op, published in February.
Solid-state circuits (IEEE JOUR
NAL OF 5OLID-STATE CIRCUI
TS) VOL23, 1st volume, PP86-90.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記不揮発性RAMは、ダイナミック型RAMとFLO
TOXとを用いており、使用素子数は少なくできるが、
ダイナミック型RAMからEEPROMへのデータ転送
が全ビット同時にできないので、データの転送に時間が
かかり、かつ転送用に大きな充電用の容量を必要とする
。したがって、上記のような予期しない電源事故に対す
る記憶情報の不揮発化には大きな問題を残している。
The above non-volatile RAM is dynamic RAM and FLO
TOX is used, and the number of elements used can be reduced, but
Since data cannot be transferred from the dynamic RAM to the EEPROM for all bits at the same time, data transfer takes time and requires a large charging capacity for transfer. Therefore, there remains a major problem in making stored information non-volatile in response to unexpected power failures such as those mentioned above.

なお、スタティック型RAMに上記のような不揮発性記
憶素子を組み合わせた不揮発性RAMも開発されている
が、使用素子数が多いため大記憶容量化に不適当である
Although a nonvolatile RAM in which a static RAM is combined with the above-mentioned nonvolatile memory elements has been developed, it is not suitable for increasing storage capacity due to the large number of elements used.

この発明の目的は、簡単な構成で全ビット同時にデータ
転送が可能な不揮発性RAMを提供することある。
An object of the present invention is to provide a nonvolatile RAM that has a simple configuration and is capable of simultaneously transferring data for all bits.

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は
、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、ダイナミック型メモリセルの情報保持用キャ
パシタの保持電圧を不揮発性メモリセルを構成する不揮
発性記憶素子に伝える増幅MOSFETを設ける。
That is, an amplification MOSFET is provided that transmits the holding voltage of the information holding capacitor of the dynamic memory cell to the nonvolatile storage element constituting the nonvolatile memory cell.

〔作 用〕[For production]

上記した手段によれば、保持情報が増幅MOSFETを
介して不揮発性記憶素子に伝えられるので、簡単な構成
で不揮発性記憶素子へのデータ転送を全ビット同時に行
うことができる。
According to the above means, the held information is transmitted to the nonvolatile memory element via the amplification MOSFET, so that data transfer to the nonvolatile memory element can be performed simultaneously for all bits with a simple configuration.

〔実施例〕〔Example〕

第1図には、この発明に係る不揮発性RAMの要部一実
施例の回路図が示されている。
FIG. 1 shows a circuit diagram of an embodiment of a main part of a nonvolatile RAM according to the present invention.

同図の各回路素子は、後述するような半導体集積回路の
製造技術によって、単結晶シリコンのような1個の半導
体基板上において形成される。
Each circuit element in the figure is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon by a semiconductor integrated circuit manufacturing technique as described below.

同図においては、発明の理解を容易にするため、2×2
個のメモリセルの配置が代表として例示的に示されてい
る。同図に点線で示すようにメモリセルMCIIの具体
的回路構成が代表として例示的に示されている。メモリ
セルMC11は、アドレス選択用の第1 MOS F 
ETQ 1と情報記憶用キャパシタCとにより公知のダ
イナミック型メモリセルが構成される。これに対して、
アドレス選択用の第2MOSFETQ2とFLOTOX
 (フローティングゲート・トンネルオキサイド)型の
スタックドゲートMOSFETQ3とにより不揮発性メ
モリセルが構成られる。この実施例では、上記ダイナミ
ック型メモリセル側から不揮発性メモリセルへの全ビッ
ト同時データ転送を可能にするため、上記ダイナミック
型メモリセルの記憶用キャパシタCの保持電圧がゲート
に供給され、そのドレイン出力を上記スタックドゲート
MOSFETQ3のドレインに伝える増幅MOSFET
Q4が設けられる。上記メモリセルMCIIと共にマト
リックス配置された他のメモリセルMC12、MC21
及びMC22も上記メモリセルMCIIと同様な回路構
成とされる。
In the figure, in order to facilitate understanding of the invention, 2×2
The arrangement of memory cells is shown as a representative example. As shown by the dotted line in the figure, a specific circuit configuration of the memory cell MCII is exemplarily shown as a representative. The memory cell MC11 is a first MOS F for address selection.
The ETQ 1 and the information storage capacitor C constitute a known dynamic memory cell. On the contrary,
2nd MOSFETQ2 and FLOTOX for address selection
(Floating gate tunnel oxide) type stacked gate MOSFET Q3 constitutes a nonvolatile memory cell. In this embodiment, in order to enable simultaneous data transfer of all bits from the dynamic memory cell side to the nonvolatile memory cell, the holding voltage of the storage capacitor C of the dynamic memory cell is supplied to the gate, and the drain Amplifying MOSFET that transmits the output to the drain of the stacked gate MOSFET Q3
Q4 is provided. Other memory cells MC12 and MC21 arranged in a matrix together with the memory cell MCII
And MC22 also has the same circuit configuration as the memory cell MCII.

同じ行に配置されるメモリセルMCIIとMC12及び
MC21とMC22は、横方向に配置されるデータ線D
IとD2にそれぞれ共通に接続される。すなわち、メモ
リセルMCIIについて説明すると、データ線DIに対
してアドレス選択用MOSFETQIとQ2のドレイン
が共通に接続される。
Memory cells MCII and MC12 and MC21 and MC22 arranged in the same row are connected to a data line D arranged in the horizontal direction.
Commonly connected to I and D2, respectively. Specifically, regarding memory cell MCII, the drains of address selection MOSFETs QI and Q2 are commonly connected to data line DI.

同じ列に配置されるメモリセルMCIIとMC21のう
ち、ダイナミック型メモリセルを構成するアドレス選択
用の第1 MOS F ETQ 1等のゲートは、縦方
向に延長される第1ワード線WDIに結合される。不揮
発性メモリセルを構成するアドレス選択四の第2MOS
FETQ2等のゲートは、第2ワード線WSIに結合さ
れる。そして、不揮発性メモリセルを構成するスタック
ドゲートMOSFETQ3等のコントロールゲートは、
第3ワード¥aWFlに結合される。他の列に配置され
るメモリセルMC12及びMC22の各MOSFETの
ゲートも、上記同様な第1〜第3ワード線WD2、WS
2及びWF3にそれぞれ共通に接続される。
Among the memory cells MCII and MC21 arranged in the same column, the gates of the first MOS FETQ1, etc. for address selection forming the dynamic memory cell are coupled to the first word line WDI extending in the vertical direction. Ru. Address selection fourth 2nd MOS that constitutes a non-volatile memory cell
The gates of FETQ2 etc. are coupled to the second word line WSI. The control gates of the stacked gate MOSFETQ3 etc. that constitute the nonvolatile memory cell are
It is combined with the third word \aWFl. The gates of the MOSFETs of the memory cells MC12 and MC22 arranged in other columns are also connected to the first to third word lines WD2 and WS similar to the above.
2 and WF3, respectively.

上記メモリセルMCIIないしMC22等の増幅MOS
FETQ4等のソースは、共通のソース線に結合される
。この共通ソース線は、増幅MOSFETQ4等の動作
を有効にする制御信号FFによりスイッチ制御されるス
イッチMOS F ETQ5を介して電位V3に接続さ
れる。この電位V3は、特に制限されないが、回路の接
地電位とされる。
Amplification MOS such as the above memory cells MCII to MC22
The sources of FETQ4 etc. are coupled to a common source line. This common source line is connected to the potential V3 via a switch MOSFETQ5 that is switch-controlled by a control signal FF that enables the operation of the amplification MOSFETQ4 and the like. This potential V3 is set as the ground potential of the circuit, although it is not particularly limited.

上記データ線Di、D2等には、ダイナミック型メモリ
セルの読み出しを行うセンスアンプや、必要に応じてア
クティブリストア回路、及びプリチャージ回路や、読み
出し基準電圧を形成するダミーセル及びカラムスイッチ
回路等が設けられるものである。このような回路は、公
知のダイナミック型RAMのそれと同様なものを利用で
き、本発明には直接的には関係がないのでその説明を省
略する。同様にワード線WDiWD2等は、公知のダイ
ナミック型RAMと同様なワード線選択回路の出力端子
に結合される。なお、ダイナミック型メモリセルを一対
の平行に配置された相補データ線を持つ2交点方式で配
置する場合、それに応じて上記ワード線の配置が変更さ
れる。すなわち、1つのワード線には、反転又は非反転
のデータ線に結合されたいずれか一方のメモリセルが結
合されるものとなる。
The data lines Di, D2, etc. are provided with a sense amplifier for reading dynamic memory cells, an active restore circuit and a precharge circuit as necessary, a dummy cell and a column switch circuit for forming a read reference voltage, etc. It is something that can be done. Such a circuit can be similar to that of a known dynamic RAM, and since it is not directly related to the present invention, its explanation will be omitted. Similarly, the word line WDiWD2 and the like are coupled to the output terminal of a word line selection circuit similar to a known dynamic RAM. Note that when dynamic memory cells are arranged in a two-intersection method with a pair of complementary data lines arranged in parallel, the arrangement of the word lines is changed accordingly. In other words, one word line is connected to one of the memory cells connected to the inverted or non-inverted data line.

次に、上記メモリセルの書き込み/読み出し動作につい
て説明する。
Next, write/read operations of the memory cell will be explained.

■)ダイナミック型RAMの動作 不揮発性メモリセルが結合されるワード線WSやWFを
ロウレベルの非選択状態にさせる。これにより、MO5
FETQ2がオフ状態となり、データ線DI等と不揮発
性メモリセルが結合されることはない。したがって、通
常のダイナミック型RAMと同様にワード線WDの選択
動作とデータ&%Dの選択動作に従って選択されたダイ
ナミック型メモリセルへの書き込み/読み出しが行われ
る。
(2) Operation of dynamic RAM The word lines WS and WF to which nonvolatile memory cells are coupled are set to a low level non-selected state. This allows MO5
FETQ2 is turned off, and the data line DI and the like are not coupled to the nonvolatile memory cell. Therefore, writing/reading to/from the selected dynamic memory cell is performed in accordance with the word line WD selection operation and the data &%D selection operation, as in a normal dynamic RAM.

これによって、ダイナミック型メモリセルの情報記憶キ
ャパシタCにはデータの書き換えが行われるものとなる
。この間は、上記不揮発性メモリセルに対してはいっさ
い書き込みが行われないので、不揮発性記憶素子の持つ
書き込み回数の制限という問題が解消される。
As a result, data is rewritten in the information storage capacitor C of the dynamic memory cell. During this time, no writing is performed to the nonvolatile memory cell, so the problem of limiting the number of times of writing that nonvolatile memory elements have is solved.

2)ダイナミック型メモリセルから不揮発性メモリセル
へのデータ転送 電源が遮断されるとき、言い換えるならば、ダイナミッ
ク型メモリセルの記憶情報を不揮発性メモリセルを構成
するスタックトゲ−)MOSFETQ3にキャパシタC
の保持情報に従ったデータを書き込むものとする。この
書き込み動作におていは、各ワード線WDI、WSI及
びWFをロウレベルの非選択レベルとし、信号FFをハ
イレベルにしてMOSFETQ5をオン状態にする。こ
れにより増幅MOSFETQ4等を活性化させる。
2) Data transfer from the dynamic memory cell to the nonvolatile memory cell When the power supply is cut off, in other words, the information stored in the dynamic memory cell is transferred to the stack toggle that constitutes the nonvolatile memory cell.
The data shall be written according to the retained information. In this write operation, each word line WDI, WSI, and WF is set to a low non-selection level, and the signal FF is set to a high level to turn on MOSFET Q5. This activates the amplification MOSFET Q4 and the like.

その後、データ線D1に書き込み用の高レベルを供給し
ておく。
Thereafter, a high level for writing is supplied to the data line D1.

そして、各ワード線WSI、W32等を書き込み高レベ
ルにすると、情報記憶用キャパシタCの保持電位がハイ
レベルの場合、増幅MOSFETQ4がオン状態になり
、上記データ線DIやアドレス選択用の第2 MOS 
F ETがオン状態であるにもかかわらずスタックドゲ
ートMOSFETQ3のドルイン電位をロウレベルにす
る。これにより、フローティングゲートとドレインとの
間に高電界が作用しないからフローティングゲートに蓄
積された電子はそのまま蓄積された状態になる。
Then, when each word line WSI, W32, etc. is set to a high level for writing, if the holding potential of the information storage capacitor C is at a high level, the amplification MOSFET Q4 is turned on, and the data line DI and the second MOS for address selection are turned on.
Even though the FET is in the on state, the drain potential of the stacked gate MOSFET Q3 is set to low level. As a result, a high electric field does not act between the floating gate and the drain, so that the electrons accumulated in the floating gate remain in the accumulated state.

すなわち、スタックドゲートMOSFETQ3はエンハ
ンスモードとなる。
That is, the stacked gate MOSFET Q3 is in the enhanced mode.

これに対して、情報記憶用キャパシタCの保持電位がロ
ウレベルの場合、増幅MOSFETQ4がオフ状態にな
り、上記データ線D1やアドレス選択用の第2MOSF
ETQ2のオン状態に応じてスタックドゲートMOSF
ETQ3のドレイン電位が高レベルになる。これにより
、フローティングゲートからドレインに向かう高電界が
作用し、フローティングゲートに蓄積された電子がトン
ネル現象によりドレイン側に引き抜かれる。これにより
、スタックトゲー)MOSFETはデイプレッションモ
ードになる。
On the other hand, when the holding potential of the information storage capacitor C is low level, the amplification MOSFET Q4 is turned off, and the data line D1 and the second MOSFET for address selection are
Stacked gate MOSF depending on the on state of ETQ2
The drain potential of ETQ3 becomes high level. As a result, a high electric field acts from the floating gate toward the drain, and electrons accumulated in the floating gate are pulled out toward the drain by tunneling. This causes the stacked MOSFET to go into depletion mode.

このように、ダイナミック型メモリセルから不揮発性メ
モリセルへのデータ転送においては、ワード線やデータ
線のレベル設定により、各メモリセル内部で自動的にデ
ータ転送が行われるので、全メモリセルについて同時転
送が可能になる。
In this way, when data is transferred from dynamic memory cells to nonvolatile memory cells, data transfer is automatically performed within each memory cell by setting the word line and data line levels, so all memory cells can be transferred simultaneously. Transfer becomes possible.

3)不揮発性メモリセルからダイナミック型メモリセル
へのデータ転送 電源を再投入したとき、ワードvAWF1.WF2等を
回路の接地電位のようなロウレベルにし、制御信号FF
をロウレベルにする。これにより、スタックドゲートM
OSFETQ3等のコントロールゲートには、回路の接
地電位が与られ、MOSFETQ5がオフ状態になって
増幅MOSFETQ4がオフ状態になる。
3) Data transfer from non-volatile memory cell to dynamic memory cell When power is turned on again, word vAWF1. Set WF2 etc. to low level like the ground potential of the circuit, and control signal FF
to low level. This allows stacked gate M
The ground potential of the circuit is applied to the control gates of OSFETQ3 and the like, MOSFETQ5 is turned off, and amplification MOSFETQ4 is turned off.

そして、ワード線WSIをハイレベルにするとアドレス
選択用の第2MOSFETQ2がオン状態になり、スタ
ックドゲートMOSFETQ3がエンハイスモードのと
きには、上記コントロールゲートが結合されたワード線
WFIの接地電位によりオフ状態となり、データ&ID
Iへの読み出しデータがハイレベルになる。そして、上
記ワード線WSIに対応するワード線WDIをハイレベ
ルにすると、アドレス選択用の第1MOSFETQ1が
オン状態になり、上記データ線D1の読み出しハイレベ
ルがキャパシタCに書き込まれるものとなる。一方、ス
タックドゲートMOSFETQ3がデイプレッションモ
ードのときには、上記コントロールゲートが結合された
ワード6mWF1の接地電位によりオン状態となり、デ
ータ線DIへの読み出しデータがロウレベルになる。こ
のロウレベルの信号は、上記同様にキャパシタCに転送
される。このようにして、電源遮断前の記憶データの回
復(不揮発化)が可能になる。
When the word line WSI is set to high level, the second MOSFET Q2 for address selection is turned on, and when the stacked gate MOSFET Q3 is in the enhanced mode, it is turned off due to the ground potential of the word line WFI to which the control gate is connected. , data & ID
The read data to I becomes high level. Then, when the word line WDI corresponding to the word line WSI is set to a high level, the first MOSFET Q1 for address selection is turned on, and the read high level of the data line D1 is written into the capacitor C. On the other hand, when the stacked gate MOSFET Q3 is in the depletion mode, it is turned on by the ground potential of the word 6mWF1 to which the control gate is connected, and the read data to the data line DI becomes low level. This low level signal is transferred to the capacitor C in the same manner as described above. In this way, it becomes possible to recover (non-volatize) the stored data before the power was cut off.

以上の動作を各列について順次繰り返すことによって、
全メモリセルのデータの回復が行われる。
By repeating the above operations sequentially for each column,
Data recovery of all memory cells is performed.

すなわち、不揮発性メモリセルからダイナミック型メモ
リセルへのデータ転送は、データ線を介して行うもので
あるため、メモリセル内部でダイナミック型メモリセル
から不揮発性メモリセルへのデータ転送を行う場合と異
なり、ワード線の選択動作により1列づつ行われるもの
となる。すなわち、上記のようなワード線WSとWDの
選択動作は、ダイナミック型RAMにおけるリフレッシ
ュ動作と類似の選択動作により行われるものである。
In other words, data transfer from a nonvolatile memory cell to a dynamic memory cell is performed via a data line, which is different from data transfer from a dynamic memory cell to a nonvolatile memory cell inside the memory cell. , the word line selection operation is performed column by column. That is, the selection operation of the word lines WS and WD as described above is performed by a selection operation similar to a refresh operation in a dynamic RAM.

それ故、NVRAM内部で自動的にデータ転送を行わせ
る場合には、自動リフレッシュ回路と同様なアドレスカ
ウンタ回路が設けられる。
Therefore, when automatically transferring data within the NVRAM, an address counter circuit similar to an automatic refresh circuit is provided.

4)不揮発性メモリセルの初期化 上記全データについて転送が行われると、不揮発性メモ
リセルの初期化(消去動作)が行われる。
4) Initialization of non-volatile memory cells After all of the above data has been transferred, the non-volatile memory cells are initialized (erase operation).

すわなち、データ線D、’7−)’vAWD、WS及び
制御信号FFをロウレベルにし、ワード線WFのみを消
去用の高レベルにする。これにより、スタックトゲ−)
MOSFETQ3のフローティングゲートには、ドレイ
ンから電子が注入されて前記のように電荷を蓄積した状
態になる。これにより、以前の記憶データが消去され、
次の電源遮断時の書き込み動作に備える。
That is, the data lines D, '7-)'vAWD, WS and the control signal FF are set to low level, and only the word line WF is set to high level for erasing. This allows stack toge)
Electrons are injected into the floating gate of MOSFET Q3 from the drain, resulting in a state where charges are accumulated as described above. This will erase previous memory data and
Prepare for write operation at the next power-off.

この実施例のメモリセルは、ダイナミック型メモリセル
と不揮発性メモリセルとに増幅MOSFETを追加する
ものあるため合計で5個と素子数を少なくできる。また
、ダイナミック型メモリセルの保持データを増幅MOS
FETを介して不揮発性記憶素子に同時書き込みを行わ
れることができるものである。
In the memory cells of this embodiment, amplification MOSFETs are added to the dynamic memory cells and the nonvolatile memory cells, so the number of elements can be reduced to five in total. In addition, the data held in the dynamic memory cell is amplified by a MOS
This allows simultaneous writing to nonvolatile memory elements via FETs.

第2図には、上記第1図に示したような不揮発性メモリ
NVRAMを用いたマイクロコンピュータシステムの一
実施例のブロック図が示されている。
FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of a microcomputer system using the nonvolatile memory NVRAM as shown in FIG. 1 above.

マイクロプロセッサCPUは、制御部、演算部及びいつ
くかのレジスタ等から構成され、種々の制御及び演算を
行う。不揮発性メモリNVRAMは、上記のように電源
遮断時にダイナミック型メモリセルのデータを不揮発性
メモリセルに転送させ、電源再投入時には不揮発性メモ
リセルに保持されたデータをダイナミック型メモリセル
側に転送させるという動作を行う。このため、不揮発性
メモリNVRAMは、マイクロプロセッサCPUにおい
て演算途中のデータを一時記憶させるレジスタとして用
いることが便利である。これにより、電源再投入時には
演算途中から再開させることができるものとなる。これ
に対してメモリRAMは、ダイナミック型RAMやスタ
ティック型RAMから構成され、電源遮断に対して消滅
しても問題のないデータ等の格納のために用いられる。
The microprocessor CPU is composed of a control section, a calculation section, some registers, etc., and performs various controls and calculations. As mentioned above, the nonvolatile memory NVRAM transfers the data in the dynamic memory cell to the nonvolatile memory cell when the power is turned off, and transfers the data held in the nonvolatile memory cell to the dynamic memory cell when the power is turned on again. Perform this action. For this reason, it is convenient to use the nonvolatile memory NVRAM as a register for temporarily storing data that is being operated on in the microprocessor CPU. Thereby, when the power is turned on again, the calculation can be restarted from the middle of the calculation. On the other hand, the memory RAM is composed of a dynamic type RAM or a static type RAM, and is used to store data that does not cause any problem even if it disappears when the power is cut off.

また、メモリROMは、リード・オンリー・メモリから
構成され、主として演算手順等を指示するプログラム等
が格納されている。このROMは、マスク型ROMやE
PROM等が用いられる。
Furthermore, the memory ROM is composed of a read-only memory, and mainly stores programs that instruct calculation procedures and the like. This ROM is a mask type ROM or E
PROM etc. are used.

入出力回路I10は、外部とのデータのやりとりを行う
人出力インターフェイスである。上記各回路ブロックは
、マイクロプロセッサCPUを中心として、アドレスバ
スABUS、データバスDBUS及びコントローフバス
CBUSにより接続される。また、図示されていないが
、不揮発性メモリNVRAMは、その動作に必要な高電
圧を形成する昇圧回路(チャージポンプ回路)を含むも
のと理解されたい。また、外部電源遮断に対して上記デ
ータ転送の間の給電を確保するキャパシタ等を用いた充
電回路等も設けられる。上記各回路ブロックは、特に制
限されないが、1チツプの半導体集積回路により形成さ
れて1チツプのマイクロコンピュータを構成するもの、
あるいは1ないし複数のプリント基板等の実装基板に搭
載されるものである。
The input/output circuit I10 is a human output interface that exchanges data with the outside. Each of the circuit blocks described above is connected to the microprocessor CPU by an address bus ABUS, a data bus DBUS, and a control bus CBUS. Furthermore, although not shown, it should be understood that the nonvolatile memory NVRAM includes a booster circuit (charge pump circuit) that generates a high voltage necessary for its operation. A charging circuit using a capacitor or the like is also provided to ensure power supply during the data transfer even if the external power supply is cut off. Each of the above-mentioned circuit blocks is, but is not particularly limited to, one formed of one chip of semiconductor integrated circuit to constitute one chip of microcomputer;
Alternatively, it is mounted on a mounting board such as one or more printed circuit boards.

第3八図ないし第3D図及び第4図には、上記メモリセ
ルを構成する各素子C,Q1..Q3及び周辺のCMO
3回路を構成するNチャンネルMOSFET (NMO
3) 、Pチャンネル間O8FET (PMO3)の製
造方法を説明するための製造工程断面図が示されている
38 to 3D and FIG. 4 show each element C, Q1 . .. Q3 and surrounding CMOs
N-channel MOSFET (NMO
3) A cross-sectional view of the manufacturing process for explaining the manufacturing method of the P-channel O8FET (PMO3) is shown.

第3A図において、P型半導体基板1の一生面にN型の
ウェル領域21を形成する。比較的厚い厚さのフィール
ド絶縁膜2と略同−構成でフィールド絶縁膜2の下側に
P型のチャンネルストッパー3を形成する。上記フィー
ルド絶縁膜2は、素子形成領域を除く半導体基板1の表
面に形成されるものである。
In FIG. 3A, an N-type well region 21 is formed on the entire surface of the P-type semiconductor substrate 1. As shown in FIG. A P-type channel stopper 3 is formed under the field insulating film 2 with substantially the same structure as the relatively thick field insulating film 2. The field insulating film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 excluding the element formation region.

第3B図において、ダイナミック型メモリセルを構成す
るキャパシタの一方の電極及びスタックドゲートMOS
FET (FLOTOX型)のトンネル絶縁膜下部の拡
散N(ドレイン)となるN型の拡散層5を形成する。こ
の拡散層5は、イオン打ち込み技術によりN型不純物と
しての砒素を選択的に注入することにより形成される。
In FIG. 3B, one electrode of a capacitor constituting a dynamic memory cell and a stacked gate MOS
An N-type diffusion layer 5 is formed to serve as the diffusion N (drain) under the tunnel insulating film of the FET (FLOTOX type). This diffusion layer 5 is formed by selectively implanting arsenic as an N-type impurity using an ion implantation technique.

素子形成領域上の絶縁膜4゛を除去した後、清浄な第1
ゲート絶縁膜4を形成する。このとき、拡散層5の上部
には厚いゲート絶縁膜6が形成される。
After removing the insulating film 4' on the element formation area, a clean first
A gate insulating film 4 is formed. At this time, a thick gate insulating film 6 is formed above the diffusion layer 5.

第3C図において、キャパシタC1スタックトゲ−1−
M0SFETQ3のトンネル部の前記絶縁膜6を除去し
た後に、薄い厚さのゲート絶縁膜22を形成する。この
薄いゲート絶縁膜22は、キャパシタCの絶縁膜及びF
LTOX型のスタックトゲ−1−M0SFETQ3のト
ンネル絶縁膜となる。
In FIG. 3C, capacitor C1 stacks gate 1-
After removing the insulating film 6 in the tunnel portion of M0SFETQ3, a thin gate insulating film 22 is formed. This thin gate insulating film 22 is an insulating film of capacitor C and F
This becomes the tunnel insulating film of the LTOX type stacked toggle 1-M0SFETQ3.

多結晶シリコン等による第1の導電膜を堆積後に、所定
のパターンニングを行い、キャパシタCの一方の電極、
MOSFETQ3のフローティングゲート、アドレス選
択用の第1MOSFETQlのゲート電極7を形成する
。なお、図示しないアドレス選択用の第2MOSFET
Q2も上記MOSFETQIと同様に形成される。この
場合、FLOTOX型のスタックドゲートMOS F 
ETQ3のトンネル絶縁膜22下に設けられた拡散層6
は、図示しない上記アドレス選択用の第2MOSFET
Q2の一方のソース、ドレイン’pMMと共用される。
After depositing the first conductive film made of polycrystalline silicon or the like, predetermined patterning is performed to form one electrode of the capacitor C,
A floating gate of MOSFETQ3 and a gate electrode 7 of first MOSFETQl for address selection are formed. Note that a second MOSFET for address selection (not shown)
Q2 is also formed in the same manner as the above MOSFET QI. In this case, a FLOTOX type stacked gate MOS F
Diffusion layer 6 provided under the tunnel insulating film 22 of ETQ3
is the second MOSFET (not shown) for selecting the above address.
It is shared with one source and drain 'pMM of Q2.

第3D図において、厚い厚さの層間絶縁膜8を形成する
。そして、少なくともFLOTOX型のスタックドゲー
トMOSFETQ3のフローティングゲート電極上部の
前記層間絶縁膜8と、周辺回路を構成するNMO3,P
MO3を形成すべき半導体基板l、21の上部の絶縁膜
を除去した後に前記層間絶縁膜8よりも薄い層間絶縁膜
9を形成する。このとき、同一工程でNMO3,PMO
8のゲート絶縁膜10も形成される。
In FIG. 3D, a thick interlayer insulating film 8 is formed. At least the interlayer insulating film 8 above the floating gate electrode of the FLOTOX type stacked gate MOSFET Q3 and the NMO3, P
After removing the insulating film on the semiconductor substrate 1, 21 on which MO3 is to be formed, an interlayer insulating film 9 thinner than the interlayer insulating film 8 is formed. At this time, in the same process, NMO3, PMO
A gate insulating film 10 of No. 8 is also formed.

多結晶シリコン等による第2の導電膜を堆積後、所定の
パターンニングを行い、FLOTOX型のスタックドゲ
ートMOSFETQ3のコントールゲート、NMO3,
PMO3のゲート電極11を形成する。
After depositing a second conductive film made of polycrystalline silicon or the like, predetermined patterning is performed to form the control gate of FLOTOX type stacked gate MOSFETQ3, NMO3,
A gate electrode 11 of PMO3 is formed.

第4図において、NMO3の高耐圧化のために、そのソ
ース、ドレイン領域を構成する低い不純物濃度のN型拡
散層12を形成する。同様にPMO8の高耐圧化のため
に、そのソース、ドレイン領域を構成する低い不純物濃
度のP型拡散層13を形成する。
In FIG. 4, in order to increase the withstand voltage of NMO3, an N-type diffusion layer 12 with a low impurity concentration that constitutes the source and drain regions is formed. Similarly, in order to increase the breakdown voltage of the PMO 8, a P-type diffusion layer 13 with a low impurity concentration, which constitutes the source and drain regions thereof, is formed.

ゲート絶縁膜の側面及び基板上に熱酸化膜を形成する。A thermal oxide film is formed on the side surfaces of the gate insulating film and on the substrate.

これはFLOTOX型のスタックトゲ−)MOSFET
Q3のフローティングゲート7から電子がリークしてし
まうのを防止するとともに、ゲート電極端部における耐
圧を向上させるためのものである。
This is a FLOTOX type stacked MOSFET
This is to prevent electrons from leaking from the floating gate 7 of Q3 and to improve the withstand voltage at the end of the gate electrode.

全面にCVD法により酸化シリコン膜を堆積後、異方性
エツチングにより、サイドウオール14を形成する。そ
して、NMO3のソース、ドレインを構成する高い不純
物濃度のN型の拡散層15を形成する。同様にPMO3
のソース、ドレインを構成する高い不純物濃度のP型の
拡散JW16を形成する。
After depositing a silicon oxide film over the entire surface by CVD, sidewalls 14 are formed by anisotropic etching. Then, N-type diffusion layers 15 with high impurity concentration constituting the source and drain of NMO3 are formed. Similarly, PMO3
A P-type diffusion JW16 with a high impurity concentration is formed to constitute the source and drain of.

この後は、図示しないが、PSG、BPSGあるいはこ
れらの組み合わせからなる層間絶縁膜を堆積させる。素
子のソースやドレインとの電気的接続を得るコンタクト
ホールを形成し、アルミニュウム等の配線材を堆積後、
所定のパターンニングを行う、素子間を相互に接続する
配線を形成する。そして、PSG等からなるファイナル
パッシベーション膜を形成する。
After this, although not shown, an interlayer insulating film made of PSG, BPSG, or a combination thereof is deposited. After forming contact holes for electrical connection with the source and drain of the device and depositing wiring material such as aluminum,
A predetermined patterning process is performed to form wiring interconnecting elements. Then, a final passivation film made of PSG or the like is formed.

このような製造方法を採ることによって、ダイナミック
型メモリセルを構成する各素子と、不揮発性メモリセル
を構成するFLOTOX型のスタックトゲー)MOSF
ETとを路間−の工程で形成することができ、製造工程
の簡略化が可能になるものである。
By adopting such a manufacturing method, each element constituting the dynamic memory cell and the FLOTOX type stacked gate (MOSF) constituting the nonvolatile memory cell
ET can be formed in an intermediate process, thereby simplifying the manufacturing process.

上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 (1)ダイナミック型メモリセルの情報保持用キャパシ
タの保持電圧を不揮発性メモリセルを構成する不揮発性
記憶素子に伝える増幅MOS F ETを設けてメモリ
セル内部でデータ転送を可能とすることにより、簡単な
構成でダイナミック型メモリセルから不揮発性メモリセ
ルへの全ビット同時のデータ転送を実現できるという効
果が得られる。
The effects obtained from the above examples are as follows. That is, (1) By providing an amplification MOS FET that transmits the holding voltage of the information holding capacitor of the dynamic memory cell to the nonvolatile storage element that constitutes the nonvolatile memory cell, data transfer is enabled inside the memory cell. , it is possible to realize the simultaneous data transfer of all bits from the dynamic memory cell to the nonvolatile memory cell with a simple configuration.

(2)不揮発性記憶素子として、FLOTOX型のスタ
ックトゲ−1−MOSFETを用い、そのフローティン
グゲートに電荷を蓄積しておいて、キャパシタの電位が
ハイレベルのとき増幅MOS F ETによりフローテ
ィングゲートに蓄積された電荷の引き抜きを行う構成を
採ることによって、節単にデータ転送を行うことができ
るという効果が得られる。
(2) As a non-volatile memory element, a FLOTOX type stacked gate MOSFET is used, and charge is accumulated in its floating gate, and when the potential of the capacitor is at a high level, the charge is accumulated in the floating gate by an amplifying MOSFET. By employing a configuration that extracts the charged charges, it is possible to achieve the effect that data transfer can be performed simply and easily.

(3)上記(1)により全ビット同時のデータ転送が行
われるから、電源遮°断等の事故に対しても比較的簡単
な充電回路を用いてデータの不揮発化が可能になるとい
う効果が得られる。
(3) Since all bits of data are transferred simultaneously due to (1) above, the effect is that even in the event of an accident such as a power cut, data can be made non-volatile using a relatively simple charging circuit. can get.

(4)ダイナミック型メモリセルを構成するキャパシタ
の一方の電極と不揮発性メモリセルを構成するFLOT
OX型の不揮発性記憶素子のトンネル絶縁膜下部の拡散
層(ドレイン)、キャパシタの絶縁膜と上記不揮発性記
憶素子のトンネル絶縁膜、キャパシタの他方の電極と上
記不揮発性記憶素子のフローティングゲートとをそれぞ
れ同一の工程で同時に形成することにより、製造工数の
簡素化が可能になるという効果が得られる。
(4) One electrode of a capacitor that constitutes a dynamic memory cell and a FLOT that constitutes a nonvolatile memory cell
A diffusion layer (drain) below a tunnel insulating film of an OX type nonvolatile memory element, an insulating film of a capacitor and a tunnel insulating film of the nonvolatile memory element, the other electrode of the capacitor and a floating gate of the nonvolatile memory element. By simultaneously forming them in the same process, it is possible to simplify the number of manufacturing steps.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、不揮発性記憶
素子としてはFLOTOX型の他、ホットエレクトロン
を発生させてフローティングゲートへの電子の注入を行
い、フローティングゲートに蓄積された電子をトンネル
現象を利用して引き抜くようにした素子を利用するもの
、あるいはMNOS (シリコン・ナイトライド・オイ
サイド・セミコンダクタ)を利用するもの等であっても
よい。ただし、その書き込みについては、上記のように
キャパシタの保持電圧を受ける増幅MOS F ETの
オン状態/オフ状態に応じてフローティングゲートへの
電荷の注入又は引き抜きが行われるようにすることが条
件となるものである。また、製造方法やその構造は、前
記実施例に限定されず、種々の実施形態を採るとことが
できるものである。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained based on Examples above, the present invention is not limited to the above-mentioned Examples, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist thereof. Nor. For example, as a nonvolatile memory element, in addition to the FLOTOX type, an element that generates hot electrons, injects them into the floating gate, and extracts the electrons accumulated in the floating gate using a tunneling phenomenon is used. It may also be one that uses MNOS (silicon nitride oxide semiconductor). However, regarding the writing, the condition is that charge is injected or extracted from the floating gate according to the on/off state of the amplification MOS FET that receives the holding voltage of the capacitor as described above. It is something. Moreover, the manufacturing method and its structure are not limited to the above-mentioned embodiments, but can be implemented in various embodiments.

この発明は、不揮発性RAMとして広(利用することが
できる。
This invention can be widely used as a nonvolatile RAM.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、ダイナミック型メモリセルの情報保持用キ
ャパシタの保持電圧を不揮発性メモリセルを構成する不
揮発性記憶素子に伝える増幅MOS F ETを設けて
メモリセル内部でデータ転送を行うことにより、簡単な
構成でダイナミック型メモリセルから不揮発性メモリセ
ルへの全ビット同時のデータ転送が可能になる。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows. In other words, by providing an amplifying MOS FET that transmits the holding voltage of the information holding capacitor of the dynamic memory cell to the nonvolatile storage element constituting the nonvolatile memory cell and transferring data within the memory cell, a simple configuration can be achieved. Simultaneous data transfer of all bits from dynamic memory cells to nonvolatile memory cells becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、この発明に係る不揮発性RAMの一実施例を
示す要部回路図、 第2図は、上記不揮発性RAMを用いたマイクロコンピ
ュータシステムの一実施例を示すブロック図、 第3A図ないし第3D図と第4図は、その製造方法の一
実施例を示す工程断面図である。 MCII〜MC22・・メモリセル、Ql・・アドレス
選択用の第1MOSFETSC・・情報保持用のキャパ
シタ、Q2・・アドレス選択用の第2MOSFET、、
Q3・・FLOTOX型のスックドゲートMOSFET
SQ4・・増幅MOSFET、CPU・・マイクロプロ
セッサ、NVRAM・・不揮発性メモリ、RAM・・ラ
ンダム・アクセス・メモリ、ROM・・リード・オンリ
ー・メモリ、Ilo・・入出力回路、ABUS・・アド
レスバス、CBUS・・コントロールバス、DBUS・
・データパ゛ス ト・P型基板、21・・N型ウェル領域、2・・フィー
ルド絶縁膜、3・・チャンネルストッパー、4゛ ・・
絶縁膜、4・・第1ゲート絶縁膜、5・・拡散層、6・
・厚いゲート絶縁膜、22・・薄いゲート絶縁膜(トン
ネル絶縁膜)、7・・ゲート電極(フローティングゲー
1−)、8・・厚い眉間絶縁膜、9・・薄い眉間絶縁膜
、10・・ゲート絶縁膜、11・・ゲート電極、12.
13・・低濃度ソース、ドレイン、14・・サイドウオ
ール、15.16・・高濃度ソース、ドレイン第1図
FIG. 1 is a main circuit diagram showing an embodiment of a non-volatile RAM according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a microcomputer system using the above-mentioned non-volatile RAM, and FIG. 3A 3D to 3D and FIG. 4 are process cross-sectional views showing one embodiment of the manufacturing method. MCII to MC22...Memory cell, Ql...First MOSFET for address selectionSC...Capacitor for information retention, Q2...Second MOSFET for address selection,
Q3...FLOTOX type stocked gate MOSFET
SQ4...Amplification MOSFET, CPU...Microprocessor, NVRAM...Nonvolatile memory, RAM...Random access memory, ROM...Read only memory, Ilo...I/O circuit, ABUS...Address bus, CBUS・Control bus, DBUS・
・Data paste P type substrate, 21...N type well region, 2...Field insulating film, 3...Channel stopper, 4゛...
Insulating film, 4. First gate insulating film, 5. Diffusion layer, 6.
・Thick gate insulating film, 22...Thin gate insulating film (tunnel insulating film), 7...Gate electrode (floating gate 1-), 8...Thick glabella insulating film, 9...Thin glabella insulating film, 10... Gate insulating film, 11... Gate electrode, 12.
13...Low concentration source, drain, 14...Side wall, 15.16...High concentration source, drainFigure 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、アドレス選択用の第1MOSFETと情報記憶用キ
ャパシタとらなるダイナミック型メモリセルと、アドレ
ス選択用の第2MOSFETとスタックドゲート構造の
不揮発性記憶素子からなる不揮発性メモリセルと、上記
キャパシタの保持電圧がゲートに供給され、そのドレイ
ンが上記アドレス選択用MOSFETと不揮発性記憶素
子との接続点に接続された増幅MOSFETとを備えた
メモリセルを具備することを特徴とする不揮発性RAM
。 2、上記ダイナミック型メモリセルと不揮発性メモリセ
ルとは共通のデータ線に結合されるものであり、ダイナ
ミック型メモリセルのアドレス選択用の第1MOSFE
Tのゲート、不揮発性メモリセルのアドレス選択用の第
2MOSFETのゲート及び不揮発性記憶素子のコント
ロールゲートは、それぞれのワード線に結合されるもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の不
揮発性RAM。 3、上記不揮発性記憶素子は、キャパシタの電位がロウ
レベルのとき増幅MOSFETの出力信号によりフロー
ティングゲートに蓄積された電荷の引き抜きが行われる
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第1又は第
2項記載の不揮発性RAM。
[Claims] 1. A dynamic memory cell consisting of a first MOSFET for address selection and a capacitor for information storage, and a nonvolatile memory cell consisting of a second MOSFET for address selection and a stacked gate structure nonvolatile memory element. , a nonvolatile memory cell comprising an amplifying MOSFET whose gate is supplied with the holding voltage of the capacitor and whose drain is connected to a connection point between the address selection MOSFET and the nonvolatile memory element. Sex RAM
. 2. The dynamic memory cell and the nonvolatile memory cell are connected to a common data line, and the first MOSFE for address selection of the dynamic memory cell
Claim 1, characterized in that the gate of T, the gate of the second MOSFET for address selection of the nonvolatile memory cell, and the control gate of the nonvolatile memory element are coupled to respective word lines. Non-volatile RAM as described. 3. The nonvolatile memory element is such that when the potential of the capacitor is at a low level, the charge accumulated in the floating gate is extracted by the output signal of the amplifying MOSFET. Nonvolatile RAM according to item 2.
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Cited By (1)

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US6751138B2 (en) 1990-07-12 2004-06-15 Renesas Technology Corporation Semiconductor integrated circuit device
US7002830B2 (en) 1990-07-12 2006-02-21 Renesas Technology Corp. Semiconductor integrated circuit device

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