JP2624716B2 - Method for setting threshold voltage of nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Method for setting threshold voltage of nonvolatile semiconductor memory device

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浮遊ゲート型不揮発性半導体メモリ装置に
係り、特に、1素子/ビツト型メモリの消去方法に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a floating gate nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a method for erasing a one-element / bit type memory.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

1素子/ビツト型不揮発性メモリ素子は、単極性の電
圧を用いる限り、エンハンストメントモードでなければ
ならない。
The one-element / bit nonvolatile memory element must be in the enhancement mode as long as a unipolar voltage is used.

従来の1素子/ビツト型不揮発性メモリの消去方法
は、特開昭54−69037号に記載のように、pチヤネル型
メモリ装置のドレイン−基板間に高出力インピーダンス
回路を用いて逆バイアス電圧を印加することによつて浮
遊ゲートにホツトエレクトロンを注入し、メモリ装置の
ソース−ドレイン間のインピーダンスを低下させて消去
動作を自己抑制するか、あるいは紫外線を照射すること
によつて消去し、デプリーシヨンモードに転じることを
防止していた。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-69037, a conventional one-element / bit nonvolatile memory erase method uses a high output impedance circuit between a drain and a substrate of a p-channel memory device to apply a reverse bias voltage. Hot electrons are injected into the floating gate by applying the voltage to lower the impedance between the source and the drain of the memory device, thereby self-suppressing the erasing operation, or erasing by irradiating ultraviolet rays and depleting. It prevented the transition to the chillon mode.

〔発明が解決しよううとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、消去の際にホツトエレクトロンを発
生させるために、ドレイン近傍でアバランシエあるいは
インパクトアイオニゼイシヨンを起こす必要がある。そ
のため、1ビツト当りの消費電流が大きく、大容量メモ
リには好ましくないという問題があつた。また、紫外線
で消去する場合には、オンボードでの書換えができな
い、消去時間が長いという問題があつた。
In the above prior art, it is necessary to cause avalanche or impact ionization near the drain in order to generate hot electrons at the time of erasing. Therefore, there is a problem that the current consumption per bit is large, which is not preferable for a large-capacity memory. In addition, when erasing with ultraviolet rays, there are problems that on-board rewriting cannot be performed and erasing time is long.

本発明の目的は、消去の際の1ビツト当りの消費電流
を飛躍的に低減して、大容量の1素子/ビツト型不揮発
性半導体メモリ装置を実現できる消去方法を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide an erasing method capable of realizing a large-capacity one-element / bit nonvolatile semiconductor memory device by drastically reducing current consumption per bit at the time of erasing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、第1のしきい電圧と第2のしきい電圧と
のいずれかのしきい電圧であることにより情報を記憶す
る浮遊ゲート型不揮発性半導体メモリ装置のしきい電圧
設定法において、上記不揮発性半導体メモリのしきい電
圧を上記第1のしきい電圧の状態に設定する際に、上記
第1のしきい電圧の状態から上記第2のしきい電圧の状
態へと変化させる如き電圧を上記不揮発性半導体メモリ
に印加した後、上記第2のしきい電圧の状態から上記第
1のしきい電圧の状態へと変化させる如き電圧を上記不
揮発性半導体メモリに印加することにより達成される。
The object of the present invention is to provide a method of setting a threshold voltage of a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device which stores information by being any one of a first threshold voltage and a second threshold voltage. When setting the threshold voltage of the nonvolatile semiconductor memory to the state of the first threshold voltage, a voltage for changing from the state of the first threshold voltage to the state of the second threshold voltage is changed. After the voltage is applied to the nonvolatile semiconductor memory, the voltage is changed by changing the state of the second threshold voltage to the state of the first threshold voltage.

〔作用〕[Action]

第1のしきい電圧である場合に、そのまま、上記第2
のしきい電圧の状態から上記第1のしきい電圧の状態へ
と変化させる如き電圧を上記不揮発性半導体メモリに印
加すると、サブスレシホルド電流が大きくなり、消費電
流が多くなる。ところが、一旦、上記第1のしきい電圧
の状態から上記第2のしきい電圧の状態へと変化させる
如き電圧を上記不揮発性半導体メモリに印加すると、上
記不揮発性半導体メモリのしきい電圧が上記第2のしき
い電圧側へとシフトするので、その後に上記第2のしき
い電圧の状態から上記第1のしきい電圧の状態へと変化
させる如き電圧を印加しても印加初期のサブスレシホル
ド電流は小さくなり、結果として消費電流は少なくな
る。また、複数の単体メモリ装置が並列に接続されてい
る場合には、第1のしきい電圧であった単体メモリ装置
のサブスレシホルド電流が小さくなるので、これによる
印加電圧低下が回避され、第2のしきい電圧にある単体
メモリ装置のしきい電圧変化が促進される。
In the case of the first threshold voltage, the second threshold
When a voltage that changes the state of the threshold voltage to the state of the first threshold voltage is applied to the nonvolatile semiconductor memory, the sub-threshold current increases and the current consumption increases. However, once a voltage that changes the state of the first threshold voltage to the state of the second threshold voltage is applied to the nonvolatile semiconductor memory, the threshold voltage of the nonvolatile semiconductor memory becomes Since the voltage shifts to the second threshold voltage side, even if a voltage that changes from the second threshold voltage state to the first threshold voltage state is subsequently applied, the sub-threshold current at the initial stage of the application is increased. Is reduced, and as a result, the current consumption is reduced. When a plurality of single memory devices are connected in parallel, the sub-threshold current of the single memory device, which was the first threshold voltage, becomes small, so that a decrease in applied voltage due to this is avoided, and the second threshold voltage is reduced. The threshold voltage change of the single memory device at the threshold voltage is promoted.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図と第2図により説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

消去に先立ち、浮遊ゲート型メモリのソース、基板を
接地電位とし、制御ゲートに12.5V、ドレインに6Vを印
加して浮遊ゲートへのホツトエレクトロン注入により、
8ビツト毎に1Mビツト全てに軽い書込みを行なつた。8
ビツトあたり30μSの書込時間で、しきい電圧1Vのビツ
トが2Vに、6Vのビツトが6.1Vのしきい電圧となつた。
Prior to erasing, the source and substrate of the floating gate type memory are set to the ground potential, 12.5 V is applied to the control gate and 6 V is applied to the drain, and hot electrons are injected into the floating gate.
Light writing was performed on all 1M bits every 8 bits. 8
With a write time of 30 μS per bit, the 1V threshold voltage became 2V and the 6V bit became 6.1V.

第1図は、消去する場合の概略図である。1はメモリ
アレイであり、消去時は単体メモリ装置が1Mビツト並列
に接続された状態となつている。また、単体メモリ装置
の浮遊ゲート−基板間にゲート酸化膜厚は10nmである。
メモリアレイの制御ゲートと基板は接地電位とし、ドレ
インにはダイオード接続のMOSトランジスタ3を接続し
た。一方ソースには、出力インピーダンスRS150kΩ、無
負荷時出力電圧VS24Vのチヤージポンプ方式内部昇圧回
路2を接続した。内部昇圧回路が動作し、メモリ装置の
ソースに10V以上の電圧が印加され始めると、徐々に浮
遊ゲートに蓄積されたエレクトロンが、ソースに放出さ
れ始める。ソース電位が12V程度となると、より消去が
進行しサブスレシホルド電流が流れ始め、メモリアレイ
の共通ソースに流れ込む電流が内部昇圧回路の供給能力
を上回り、ソース電位が10Vを下回るようになり消去が
停止した。この時のドレイン電位は、0.6Vであつた。消
去後のしきい電圧Vthを測定したところ、約1Vであり、
所期の目的を達成できた。
FIG. 1 is a schematic diagram of the case of erasing. Reference numeral 1 denotes a memory array, which is in a state where single memory devices are connected in parallel by 1M bits when erasing. The gate oxide film thickness between the floating gate and the substrate of the single memory device is 10 nm.
The control gate and the substrate of the memory array were set to the ground potential, and the drain was connected to the diode-connected MOS transistor 3. On the other hand, a charge pump type internal booster circuit 2 having an output impedance RS150 kΩ and an output voltage VS24 V at no load was connected to the source. When the internal booster circuit operates and a voltage of 10 V or more is applied to the source of the memory device, the electrons accumulated in the floating gate gradually begin to be emitted to the source. When the source potential reached about 12 V, erasure proceeded, sub-threshold current began to flow, the current flowing into the common source of the memory array exceeded the supply capacity of the internal booster circuit, and the source potential dropped below 10 V, and erasure stopped. . At this time, the drain potential was 0.6 V. When the threshold voltage V th after erasing was measured, it was about 1 V,
The intended purpose was achieved.

第1図で、ダイオード接続のMOSトランジスタ3を短
絡し、メモリアレイの共通ドレインを接地電位にし、同
様の実験を行なつたところ、消去後のしきい電圧は、2.
2Vであつた。この状態では、書込消去のしきい電圧差が
小さく回路設計上好ましくない。2つの実験の消去後し
きい電圧の違いは、ドレインに電圧を印加すると、浮遊
ゲートの電位をその分高くしないとサブスレシホルド電
流が流れ始めないということと、基板バイアス効果によ
り見かけのしきい電圧が上がることとが複合した結果で
ある。
In FIG. 1, a similar experiment was conducted by short-circuiting the diode-connected MOS transistor 3 and setting the common drain of the memory array to the ground potential. As a result, the threshold voltage after erasing was 2.
It was 2V. In this state, the threshold voltage difference between writing and erasing is small, which is not preferable in circuit design. The difference between the threshold voltages after erasing in the two experiments is that when a voltage is applied to the drain, the sub-threshold current does not start to flow unless the potential of the floating gate is increased by that amount, and the apparent threshold voltage is reduced by the substrate bias effect. Raising is the result of a combination.

第2図は、第1図の実施例を消去特性として表わした
ものである。同時に比較のためにドレイン開放状態の消
去特性も示した。ドレイン開放状態では、消去後しきい
電圧を1V程度に設定することは難しいが、本実施例によ
れば、消去時間10ms以上で、メモリアレイの消去後しき
い電圧を1V程度に揃えることができる。
FIG. 2 shows the embodiment of FIG. 1 as erasing characteristics. At the same time, the erase characteristics in the drain open state are also shown for comparison. In the drain open state, it is difficult to set the threshold voltage after erasing to about 1 V. However, according to the present embodiment, the threshold voltage after erasing of the memory array can be adjusted to about 1 V in the erasing time of 10 ms or more. .

消去前の、全ビツトの軽い書込みが不充分で、しきい
電圧1Vのビツトが1.5Vにしかシフトしない場合には、消
去を実施しても、ソース電圧が10V以上とならず、しき
い電圧6Vのビツトは5Vまでしか消去できなかつた。すな
わち、消去前の軽い書込みは、低しきい電圧のビツトの
しきい電圧を1V以上シフトすることが必要である。
If the light writing of all bits before erasure is insufficient and the threshold voltage 1V bit shifts only to 1.5V, the source voltage will not exceed 10V even after erasing, and the threshold voltage will not be reached. 6V bits can only be erased up to 5V. That is, light writing before erasing requires shifting the threshold voltage of the low threshold voltage by 1 V or more.

なお、本実施例では、全ビツト同時消去の例を示した
が、ブロツク毎の消去も可能である。
In this embodiment, an example of simultaneous erasure of all bits has been described, but erasure for each block is also possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、不揮発性半導体メモリのしきい電圧
を変化させる際の消費電流を大幅に低減できる。
According to the present invention, current consumption when changing the threshold voltage of the nonvolatile semiconductor memory can be significantly reduced.

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

第1図は本発明の一実施例を説明するための概略回路
図、第2図は第1図の実施例とドレインを開放した場合
の消去特性図である。 1……メモリアレイ、2……内部昇圧回路、3……ダイ
オード接続のMOSトランジスタ。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an erasing characteristic diagram when the drain is opened with the embodiment in FIG. 1. Memory array 2. Internal booster circuit 3. Diode-connected MOS transistor.

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】それらのソースが共通に接続され、それら
のドレインが共通に接続され、各々がエンハンスメント
モードで使用され、 第1のしきい電圧とそれより高い第2のしきい電圧によ
り情報を記憶する1素子からなる単体メモリ装置を複数
有する浮遊ゲート型不揮発性半導体メモリ装置のしきい
電圧設定方法において、 上記複数の単体メモリ装置を一括して上記第1のしきい
電圧の状態に設定する際に、上記第1のしきい電圧の状
態にあるものに上記第2のしきい電圧の方向へ変化させ
る如き電圧を印加する第1のステップと、上記第1のス
テップの後に上記複数の単体メモリ装置に上記第1のし
きい電圧の状態へと戻す電圧を印加する第2のステップ
とを有することを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置
のしきい電圧設定方法。
1. A method according to claim 1, wherein the sources are connected in common, the drains are connected in common, and each is used in an enhancement mode, wherein information is provided by a first threshold voltage and a higher second threshold voltage. In a threshold voltage setting method for a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of single memory devices each of which stores one element, the plurality of single memory devices are collectively set to the first threshold voltage state. At this time, a first step of applying a voltage that changes in a direction of the second threshold voltage to the element in the state of the first threshold voltage, and after the first step, And a second step of applying a voltage for returning to the first threshold voltage state to the memory device.
【請求項2】上記第1のステップにおいて、上記第1の
しきい電圧にあるものが上記第1のしきい電圧より少な
くとも1V以上高い第3のしきい電圧の状態に設定される
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
半導体メモリ装置のしきい電圧設定方法。
2. The method according to claim 1, wherein in the first step, a state at the first threshold voltage is set to a state of a third threshold voltage higher than the first threshold voltage by at least 1 V or more. 2. The method for setting a threshold voltage of a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein:
【請求項3】上記第1のステップにおいて、上記第2の
しきい電圧の方向へ変化させる如き電圧は、上記単体メ
モリ装置のソース、ドレイン及び上記単体メモリ装置の
形成された基板の電位よりも上記単体メモリ装置のゲー
トの電位が高くなる如く設定されることを特徴とする特
許請求の範囲第1項又は第2項のいずれかに記載の不揮
発性半導体メモリ装置のしきい電圧設定方法。
3. In the first step, the voltage to be changed in the direction of the second threshold voltage is higher than the potential of the source and drain of the single memory device and the potential of the substrate on which the single memory device is formed. 3. The method for setting a threshold voltage of a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the gate potential of said single memory device is set to be high.
【請求項4】上記第1のステップにおいて、上記第2の
しきい電圧の方向へ変化させる如き電圧は、上記単体メ
モリ装置のソース及び上記単体メモリ装置の形成された
基板の電位よりも上記単体メモリ装置のドレインの電位
が高くなる如く設定されることを特徴とする特許請求の
範囲第3項に記載の不揮発性半導体メモリ装置のしきい
電圧設定方法。
4. In the first step, the voltage to be changed in the direction of the second threshold voltage is higher than the potential of the source of the single memory device and the potential of the substrate on which the single memory device is formed. 4. The method according to claim 3, wherein the drain voltage of the memory device is set to be higher.
【請求項5】上記第2のステップにおいて、上記第1の
しきい電圧の状態へと戻す電圧は、上記単体メモリ装置
のゲート、ドレイン及び上記単体メモリ装置の形成され
た基板の電位よりも上記単体メモリ装置のソースの電位
が高くなる如く設定されることを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第4項のいずれかに記載の不揮発性半導
体メモリ装置のしきい電圧設定方法。
5. In the second step, the voltage for returning to the state of the first threshold voltage is higher than the potential of the gate and drain of the single memory device and the potential of the substrate on which the single memory device is formed. 5. The threshold voltage setting method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the source potential of the single memory device is set to be higher.
【請求項6】上記第2のステップにおいて、上記第1の
しきい電圧の状態へと戻す電圧は、上記単体メモリ装置
のゲートの電位よりも上記単体メモリ装置のドレインの
電圧が高くなる如く設定されることを特徴とする特許請
求の範囲第5項記載の不揮発性半導体メモリ装置のしき
い電圧設定方法。
6. In the second step, the voltage for returning to the state of the first threshold voltage is set so that the voltage of the drain of the single memory device is higher than the potential of the gate of the single memory device. 7. The method for setting a threshold voltage of a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the threshold voltage is set.
【請求項7】上記第2のステップにおいて、上記第1の
しきい電圧の状態へと戻す電圧は、上記単体メモリ装置
のゲートの電位と上記単体メモリ装置の形成された基板
の電位とが同じ電位となる如く設定されることを特徴と
する特許請求の範囲第5項又は第6項のいずれかに記載
の不揮発性半導体メモリ装置のしきい電圧設定方法。
7. In the second step, the voltage for returning to the first threshold voltage state is the same as the potential of the gate of the single memory device and the potential of the substrate on which the single memory device is formed. 7. The method for setting a threshold voltage of a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the threshold voltage is set to a potential.
【請求項8】上記単体メモリ装置はnチャネル型メモリ
装置からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
至第7項のいずれかに記載の不揮発性半導体メモリ装置
のしきい電圧設定方法。
8. The method for setting a threshold voltage of a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said single memory device comprises an n-channel type memory device. .
【請求項9】上記第1のステップの時間は、上記第2の
ステップの時間よりも短いことを特徴とする特許請求の
範囲第1項乃至第8項のいずれかに記載の不揮発性半導
体メモリ装置のしきい電圧設定方法。
9. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a time of said first step is shorter than a time of said second step. How to set the threshold voltage of the device.
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