JP2000012809A - Non volatile semiconductor memory and electron pull out method thereof - Google Patents

Non volatile semiconductor memory and electron pull out method thereof

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JP2000012809A JP10170838A JP17083898A JP2000012809A JP 2000012809 A JP2000012809 A JP 2000012809A JP 10170838 A JP10170838 A JP 10170838A JP 17083898 A JP17083898 A JP 17083898A JP 2000012809 A JP2000012809 A JP 2000012809A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent hot holes implanted in gate insulating films from forming electron capture centers by avoiding a high electric field to be applied between a source and a p-well, when charges are pulled out of a floating gate. SOLUTION: An n-well 2 and a p-well 3 are formed on a p-type silicon substrate 1, and a memory cell having a floating gate 6, a control gate 8, a source region 9 and a drain region 10 are formed, on the p-well 3. Next, a p+-type region is formed on the p-well 3, and a p-type region 11 is connected to a power supply switch 14 which controls the connection/disconnection to and from a ground live. In order to implant charges in this memory cell, the p-well 3 is grounded, the source region 9 and the drain region 10 is respectively impressed with a ground potential and a power supply potential (e.g. 5V), and a control gate 8 is impressed with a positive high potential. When charges are pulled out, the p-well is turned into floating, then the source region 9 and the control gate 8 are respectively impressed with the power supply potential and a negative high potential.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊ゲートと制御
ゲートとを有するメモリセルを備えた不揮発性半導体記
憶装置とメモリセルの浮遊ゲートからの電子の引き抜き
方法に関するものである。
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell having a floating gate and a control gate, and a method for extracting electrons from the floating gate of the memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種半導体記憶装置のメモリセルの情
報の書き込み状態と消去状態の判断は浮遊ゲート中に蓄
積された電荷(電子)の有無によって生じるメモリセル
トランジスタのしきい値電圧の変化を識別することによ
って行われる。但し、メモリ動作の構成により、浮遊ゲ
ートに電荷が蓄積された状態を書き込み状態とする場合
と、浮遊ゲート中に電荷が蓄積されていない状態を書き
込み状態とする場合がある。そこで、本明細書において
は、書き込み、消去という用語を用いずに電荷(子)の
引き抜き、注入と称することにする。不揮発性半導体記
憶装置においては、メモリセルの外に周辺回路を構成す
るトランジスタも同一半導体基板上に集積化されるが、
通常周辺回路はCMOSによって構成される。図6は、
周辺回路用のトランジスタを有する従来の不揮発性半導
体記憶装置を示す断面図である。
2. Description of the Related Art A determination of a written state and an erased state of information in a memory cell of a semiconductor memory device of this kind is based on a change in threshold voltage of a memory cell transistor caused by the presence or absence of charges (electrons) stored in a floating gate. This is done by identifying. However, depending on the configuration of the memory operation, a state where charges are accumulated in the floating gate may be referred to as a write state, and a state where charges are not accumulated in the floating gate may be referred to as a write state. Therefore, in this specification, the term “drawing and injection of charges (child)” will be referred to without using the terms “writing” and “erasing”. In a non-volatile semiconductor storage device, transistors constituting a peripheral circuit are integrated on the same semiconductor substrate in addition to a memory cell.
Usually, the peripheral circuit is constituted by CMOS. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a conventional nonvolatile semiconductor memory device having a transistor for a peripheral circuit.

【0003】図6に示されるように、p型シリコン基板
101上に、メモリセルを形成するための第1のpウェ
ル103aと、周辺回路のpチャネル型MOSトランジ
スタを形成するためのnウェル102と、周辺回路のn
チャネル型MOSトランジスタを形成するための第2の
pウェル103bとが形成され、各ウェル間は分離絶縁
膜104により分離されている。第1のpウェル103
a上には第1のゲート絶縁膜105を介して浮遊ゲート
106が形成されており、その上には第2のゲート絶縁
膜107を介して制御ゲート108が形成されている。
その積層ゲート電極の両サイドのpウェル103aの表
面領域内にはソース領域109とドレイン領域110と
が形成されている。また、第1のpウェル103aの表
面領域内にはp+ 型領域111が形成されており、第1
のpウェル103aはこの領域を介して接地されてい
る。
As shown in FIG. 6, on a p-type silicon substrate 101, a first p-well 103a for forming a memory cell and an n-well 102 for forming a p-channel MOS transistor of a peripheral circuit are provided. And n of the peripheral circuit
A second p-well 103b for forming a channel type MOS transistor is formed, and each well is separated by a separation insulating film 104. First p-well 103
A floating gate 106 is formed on a through a first gate insulating film 105, and a control gate 108 is formed on the floating gate 106 via a second gate insulating film 107.
A source region 109 and a drain region 110 are formed in the surface region of the p-well 103a on both sides of the stacked gate electrode. Further, a p + type region 111 is formed in the surface region of the first p well 103a,
P well 103a is grounded through this region.

【0004】nウェル102、第2のpウェル103b
上にはそれぞれゲート絶縁膜115を介してゲート電極
116、120が形成され、各ゲート電極の両サイドの
各ウェルの表面領域内にはソース領域117、121、
ドレイン領域118、122が形成されている。そし
て、nウェル102、第2のpウェル103bの表面領
域内には各ウェルの電位を固定するためのn+ 型領域1
19、p+ 型領域123が形成されており、n+ 型領域
119はソース領域117とともにVDD電源に接続さ
れ、p+ 型領域123はソース領域121とともに接地
されている。
An n-well 102 and a second p-well 103b
Gate electrodes 116 and 120 are respectively formed thereon via a gate insulating film 115, and source regions 117 and 121 are formed in the surface regions of the wells on both sides of each gate electrode.
Drain regions 118 and 122 are formed. An n + -type region 1 for fixing the potential of each well is provided in the surface regions of the n-well 102 and the second p-well 103b.
19, a p + type region 123 is formed, the n + type region 119 is connected to the VDD power supply together with the source region 117, and the p + type region 123 is grounded together with the source region 121.

【0005】この不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
に対する電荷の注入/引き抜きと読み出しは例えば以下
のように行われる。電荷を注入する際には、例えばソー
ス領域109を接地(0V)して、制御ゲート108に
12Vの高電圧を、ドレイン領域110に電源電圧の5
Vを10μ秒程度印加する。これにより、チャネル領域
においてホットエレクトロンが発生し、このホットエレ
クトロンがトンネル酸化膜である第1のゲート絶縁膜1
05を介して浮遊ゲート106に注入される。一方、読
み出しは、例えばソース領域109を接地し、制御ゲー
ト108に5V、ドレイン領域110に1V程度を印加
してこのメモリセルに電流が流れるか否かを検出するこ
とによって行う。また、電荷引き抜き時には、制御ゲー
ト108に0V、ソース領域109に10Vの高電圧を
印加して、浮遊ゲート−ソース領域間のF−N(Fowler
−Nordheim)トンネル現象により、浮遊ゲート106に
蓄積されている電子を第1のゲート絶縁膜105を通し
てソース側へ引き抜く。この際に、制御ゲート108に
負の高電圧を印加することもある。また、ソース領域に
高電圧を印加するのに代えて、ドレイン領域に高電圧を
印加してドレイン領域側へ電子を引き抜くこともある。
[0005] The injection / extraction and reading of charges from / to the memory cells of this nonvolatile semiconductor memory device are performed, for example, as follows. When injecting electric charges, for example, the source region 109 is grounded (0 V), a high voltage of 12 V is applied to the control gate 108, and a power supply voltage of 5 V is applied to the drain region 110.
V is applied for about 10 μsec. As a result, hot electrons are generated in the channel region, and the hot electrons are generated in the first gate insulating film 1 which is a tunnel oxide film.
05 is injected into the floating gate 106. On the other hand, reading is performed by, for example, grounding the source region 109, applying 5 V to the control gate 108, and applying approximately 1 V to the drain region 110, and detecting whether or not current flows through this memory cell. At the time of charge extraction, a high voltage of 0 V is applied to the control gate 108 and a high voltage of 10 V is applied to the source region 109, and the FN (Fowler) between the floating gate and the source region is applied.
-Nordheim) The electrons accumulated in the floating gate 106 are extracted to the source side through the first gate insulating film 105 by a tunnel phenomenon. At this time, a negative high voltage may be applied to the control gate 108. Further, instead of applying a high voltage to the source region, a high voltage may be applied to the drain region to extract electrons to the drain region side.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図6に示されるよう
に、通常、メモリセルが形成された第1のpウェル10
3aと周辺回路のnチャネル型MOSトランジスタが形
成されている第2のpウェル103bとは電気的に分離
されていない。そして、通常、周辺回路を構成するnチ
ャネル型トランジスタの形成されている第2のpウェル
は、周辺回路の動作を保証するために接地される。その
ため、メモリセルの形成されている第1のpウェルも必
然的に接地されることになる。以下、ソース領域側へ電
子を引き抜く場合を例に挙げて、その手法を用いた場合
の不都合を説明する。上記のようにソース領域に例えば
10Vの高電圧を印加し、pウェルを接地した場合に
は、ソース領域とpウェル間に空乏層が拡がりその間に
高電界が印加されることになり、これにより空乏層内に
電子−正孔対が生成される。電子はソース領域側に引き
抜かれ、正孔は接地線に引き抜かれるが、正孔は空乏層
の電界によって加速されてホットキャリア化する。正孔
の内トンネル酸化膜(第1のゲート絶縁膜105)のエ
ネルギー障壁より高いエネルギーを得た正孔は第1のゲ
ート絶縁膜105中に注入され、電荷捕獲中心と呼ばれ
る欠陥を作る。電荷の注入、引き抜き動作時に第1のゲ
ート絶縁膜を流れる電荷の一部はこの電荷捕獲中心に捕
獲される。そのため、このゲート絶縁膜が帯電し、注
入、引き抜き特性(書き込み、消去特性)が変動すると
いう問題が生じる。また、この捕獲中心を介して、浮遊
ゲートに蓄積した電子が外部に漏れて、記憶内容が変動
するという問題が生じる。
As shown in FIG. 6, usually, a first p-well 10 in which a memory cell is formed is provided.
3a is not electrically separated from the second p-well 103b in which the n-channel MOS transistor of the peripheral circuit is formed. Usually, the second p-well in which the n-channel transistor forming the peripheral circuit is formed is grounded to guarantee the operation of the peripheral circuit. Therefore, the first p well in which the memory cell is formed is necessarily grounded. Hereinafter, the inconvenience of using this method will be described, taking as an example the case of extracting electrons to the source region side. When a high voltage of, for example, 10 V is applied to the source region as described above and the p-well is grounded, a depletion layer expands between the source region and the p-well, and a high electric field is applied between them. Electron-hole pairs are generated in the depletion layer. Electrons are extracted to the source region side and holes are extracted to the ground line, but the holes are accelerated by the electric field of the depletion layer and become hot carriers. Holes having higher energy than the energy barrier of the inner tunnel oxide film (first gate insulating film 105) of the holes are injected into the first gate insulating film 105 and create a defect called a charge trapping center. Part of the charge flowing through the first gate insulating film during charge injection and extraction operations is captured by the charge capture center. Therefore, there is a problem that the gate insulating film is charged and the injection and extraction characteristics (writing and erasing characteristics) fluctuate. In addition, a problem arises in that the electrons accumulated in the floating gate leak to the outside via the capture center, and the stored contents fluctuate.

【0007】この問題を解決するため、従来は電荷引き
抜き時に制御ゲートに印加する負電圧の電圧値を上げ、
その分ソースに印加する電圧を下げることにより、ソー
スと基板の間の空乏層内電界強度を下げ、正孔電流の加
速を抑制する方法が用いられる。しかし、このような方
法を用いても、第1のゲート絶縁膜への正孔の注入を全
くなくすことはできない。本発明の課題は、上述した従
来例の問題点を解決することであって、その目的は、ホ
ットキャリア化する正孔を生じさせないようにすること
であり、これによりトンネル酸化膜に電荷捕獲が形成さ
れることのないようにすることである。
In order to solve this problem, conventionally, the value of the negative voltage applied to the control gate at the time of extracting the electric charge is increased,
By reducing the voltage applied to the source by that amount, a method of reducing the electric field intensity in the depletion layer between the source and the substrate and suppressing the acceleration of the hole current is used. However, even by using such a method, injection of holes into the first gate insulating film cannot be eliminated at all. An object of the present invention is to solve the above-described problems of the conventional example, and an object of the present invention is to prevent holes from being generated as hot carriers, thereby preventing charge trapping in the tunnel oxide film. Is not to be formed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、浮遊ゲートと制御ゲートとを有す
る不揮発性メモリセルが形成された第1のpウェルと、
メモリセル以外のnチャネル型MOSトランジスタが形
成された第2のpウェルとが電気的に分離されており、
かつ、前記第1のウェルには該第1のpウェルを浮遊状
態と電位印加状態とに切り換えることの出来る電源切り
換え手段が備えられていることを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置、が提供される。
According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, a first p-well in which a nonvolatile memory cell having a floating gate and a control gate is formed;
A second p-well in which an n-channel MOS transistor other than the memory cell is formed, is electrically isolated;
In addition, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device characterized in that the first well is provided with a power supply switching means capable of switching the first p well between a floating state and a potential applied state. You.

【0009】また、本発明によれば、pウェルに形成さ
れた浮遊ゲートと制御ゲートとを有する不揮発性メモリ
セルの浮遊ゲートから電子を引き抜く方法であって、前
記pウェルを浮遊状態に維持しつつ不揮発性メモリセル
のソース領域および/またはドレイン領域に正電圧を印
加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の電子
引き抜き方法、が提供される。
According to the present invention, there is provided a method of extracting electrons from a floating gate of a nonvolatile memory cell having a floating gate and a control gate formed in a p-well, wherein the p-well is maintained in a floating state. In addition, there is provided an electron extraction method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a positive voltage is applied to a source region and / or a drain region of a nonvolatile memory cell.

【0010】[0010]

【作用】本願発明においては、メモリセルが形成されて
いるpウェルは、ソース領域(またはドレイン領域)に
正電圧を印加して浮遊ゲートより電子を引き抜くときに
は浮遊状態に置かれる。そのため、ソース領域−pウェ
ル間の空乏層に高電界が印加されることがなくなり、高
電界による電子−正孔対の発生はなくなり、ホットキャ
リアのゲート絶縁膜への注入もなくなる。よって、ホッ
トキャリアのゲート絶縁膜注入に起因する捕獲中心の発
生を回避することが可能になり、第1のゲート絶縁膜の
帯電による電荷注入/引き抜き特性の変動と浮遊ゲート
の電荷の漏れによるトランジスタのしきい値電圧の変動
を抑制することができる。
In the present invention, the p-well in which the memory cell is formed is placed in a floating state when a positive voltage is applied to the source region (or the drain region) to extract electrons from the floating gate. Therefore, a high electric field is not applied to the depletion layer between the source region and the p-well, so that generation of electron-hole pairs due to the high electric field is eliminated, and injection of hot carriers into the gate insulating film is also eliminated. Therefore, it is possible to avoid generation of a trapping center due to injection of hot carriers into the gate insulating film, change in charge injection / extraction characteristics due to charging of the first gate insulating film, and leakage of charges from the floating gate. Of the threshold voltage can be suppressed.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1(a)〜(d)と図2は、本
発明の実施の形態を説明するための断面図である。本発
明の不揮発性半導体記憶装置では例えば図1(a)〜
(d)に示すウェル構成を採る。図1(a)に示すよう
に、p型シリコン基板1の表面領域内に、周辺回路のp
チャネル型MOSトランジスタを形成するための第1の
nウェル2aと第2のnウェル2bとを形成し、第2の
nウェル2bの表面領域内に、不揮発性メモリセルを形
成するための第1のpウェル3aと、周辺回路のnチャ
ネル型MOSトランジスタを形成するための第2のpウ
ェル3bとを形成する。あるいは、図1(b)に示すよ
うに、p型シリコン基板1の表面領域内に、周辺回路の
pチャネル型MOSトランジスタを形成するためのnウ
ェル2を形成し、そのnウェル2の表面領域内に、不揮
発性メモリセルを形成するための第1のpウェル3aを
形成する。そして、周辺回路のnチャネル型MOSトラ
ンジスタを形成するための第2のpウェル3bをp型シ
リコン基板1の表面領域内に形成する。
1 (a) to 1 (d) and FIG. 2 are cross-sectional views for explaining an embodiment of the present invention. In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, for example, FIGS.
The well configuration shown in (d) is adopted. As shown in FIG. 1A, the p of the peripheral circuit is provided in the surface region of the p-type silicon substrate 1.
A first n-well 2a and a second n-well 2b for forming a channel type MOS transistor are formed, and a first n-well for forming a nonvolatile memory cell is formed in a surface region of the second n-well 2b. And a second p-well 3b for forming an n-channel MOS transistor of the peripheral circuit. Alternatively, as shown in FIG. 1B, an n-well 2 for forming a p-channel MOS transistor of a peripheral circuit is formed in a surface region of a p-type silicon substrate 1, and the surface region of the n-well 2 is formed. A first p-well 3a for forming a non-volatile memory cell is formed therein. Then, a second p-well 3 b for forming an n-channel MOS transistor of the peripheral circuit is formed in the surface region of the p-type silicon substrate 1.

【0012】あるいは、図1(c)に示すように、p型
シリコン基板1の表面領域内に、周辺回路のpチャネル
型MOSトランジスタを形成するための第1のnウェル
2aと、周辺回路のnチャネル型MOSトランジスタを
形成するための第2のpウェル3bと、第2のnウェル
2bとを形成し、第2のnウェル2bの表面領域内に、
不揮発性メモリセルを形成するための第1のpウェル3
aを形成する。あるいは、図1(d)に示すように、n
型シリコン基板1aの表面領域内に、周辺回路のpチャ
ネル型MOSトランジスタを形成するためのnウェル2
と、不揮発性メモリセルを形成するための第1のpウェ
ル3aと、周辺回路のnチャネル型MOSトランジスタ
を形成するための第2のpウェル3bを形成する。
Alternatively, as shown in FIG. 1C, a first n-well 2a for forming a p-channel MOS transistor of a peripheral circuit in a surface region of a p-type silicon substrate 1, and a peripheral circuit A second p-well 3b for forming an n-channel type MOS transistor and a second n-well 2b are formed, and in a surface region of the second n-well 2b,
First p-well 3 for forming a non-volatile memory cell
a is formed. Alternatively, as shown in FIG.
Well 2 for forming a p-channel MOS transistor of a peripheral circuit in a surface region of type silicon substrate 1a.
Then, a first p-well 3a for forming a non-volatile memory cell and a second p-well 3b for forming an n-channel MOS transistor of a peripheral circuit are formed.

【0013】図2に示されるように、本発明の不揮発性
メモリセルは、例えばp型シリコン基板1の表面領域内
に形成されたnウェルの表面領域内に形成されたpウェ
ル3上に形成される。各ウェルは分離絶縁膜4によって
分離されている。分離絶縁膜4はトレンチ内を絶縁物に
よって埋め込むことによって若しくはLOCOS法によ
って形成することができる。pウェル3上には第1のゲ
ート絶縁膜5を介して浮遊ゲート6が形成されており、
その上には第2のゲート絶縁膜7を介して制御ゲート8
が形成されている。その積層ゲート電極の両サイドのp
ウェル3の表面領域にはソース領域9とドレイン領域1
0とが形成されている。また、pウェル3の表面領域内
にはこのウェルに電位を与えるためのp+ 型領域11が
形成されており、このp+ 型領域11は、接地線への接
・断を切り換えることのできる電源切換スイッチ14に
接続されている。p型シリコン基板1とnウェル2は接
地されている。
As shown in FIG. 2, the nonvolatile memory cell of the present invention is formed on a p-well 3 formed in a surface region of an n-well formed in a surface region of a p-type silicon substrate 1, for example. Is done. Each well is isolated by an isolation insulating film 4. The isolation insulating film 4 can be formed by filling the inside of the trench with an insulator or by the LOCOS method. A floating gate 6 is formed on the p well 3 with a first gate insulating film 5 interposed therebetween.
A control gate 8 is formed thereon via a second gate insulating film 7.
Are formed. P on both sides of the stacked gate electrode
The source region 9 and the drain region 1 are formed in the surface region of the well 3.
0 is formed. A p + -type region 11 for applying a potential to the well is formed in the surface region of the p-well 3, and the p + -type region 11 can switch connection / disconnection to a ground line. It is connected to the power switch 14. The p-type silicon substrate 1 and the n-well 2 are grounded.

【0014】このメモリセルの浮遊ゲートに対して電荷
の注入を行うときには、pウェル3には電源切換スイッ
チ14を介して接地電位が印加される。そして、ソース
領域9に接地電位、ドレイン領域10に電源電圧(例え
ば5V)を印加し、制御ゲート8に正の高電圧を印加す
る。これにより、チャネル内にホットエレクトロンが生
成されこれが第1のゲート絶縁膜5を介して浮遊ゲート
6に注入される。電荷注入の行なわれたメモリセルはト
ランジスタのしきい値電圧が上昇する。読み出しを行う
ときには、pウェルを接地電位に維持したまま、ソース
領域9に接地電位、ドレイン領域10に正の低電圧を印
加し、制御ゲート8に電源電圧を印加する。このとき、
電荷注入の行われていないトランジスタでは電流が流れ
るが、電荷注入の行なわれたセルでは電流は流れない。
電荷引き抜きを行うときには、電源切換スイッチ14を
解放状態に操作して、pウェル3を浮遊状態にする。そ
して、ソース領域9またはドレイン領域10に電源電圧
を、制御ゲート8に負の高電圧を印加する。制御ゲート
は浮遊状態または接地電位であってもよい。但し、この
場合にはソースまたはドレイン領域に印加される電圧は
高電圧になされる。
When charges are injected into the floating gate of this memory cell, a ground potential is applied to the p-well 3 via a power supply switch 14. Then, a ground potential is applied to the source region 9, a power supply voltage (for example, 5 V) is applied to the drain region 10, and a positive high voltage is applied to the control gate 8. As a result, hot electrons are generated in the channel and injected into the floating gate 6 via the first gate insulating film 5. In the memory cell into which the charge has been injected, the threshold voltage of the transistor increases. When reading is performed, a ground potential is applied to the source region 9, a positive low voltage is applied to the drain region 10, and a power supply voltage is applied to the control gate 8 while keeping the p-well at the ground potential. At this time,
A current flows in a transistor into which charge has not been injected, but does not flow in a cell into which charge has been injected.
When the electric charge is to be extracted, the power supply switch 14 is operated to the open state to bring the p-well 3 into a floating state. Then, a power supply voltage is applied to the source region 9 or the drain region 10 and a negative high voltage is applied to the control gate 8. The control gate may be floating or at ground potential. However, in this case, the voltage applied to the source or drain region is made high.

【0015】[0015]

【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。 [第1の実施例]図3は、本発明の第1の実施例を示す
断面図である。図3に示されるように、p型シリコン基
板101の表面領域内に、第2のnウェル102bと、
周辺回路のpチャネル型MOSトランジスタを形成する
ための第1のnウェル102aと、周辺回路のnチャネ
ル型MOSトランジスタを形成するための第2のpウェ
ル103bとが形成され、メモリセルを形成するための
第1のpウェル103aが第2のnウェル102bの表
面領域内に形成されている。各ウェル間は分離絶縁膜1
04により分離されている。第1のpウェル103a上
には第1のゲート絶縁膜105を介して浮遊ゲート10
6が形成されており、その上には第2のゲート絶縁膜1
07を介して制御ゲート108が形成されている。その
積層ゲート電極の両サイドのpウェル103aの表面領
域にはソース領域109とドレイン領域110とが形成
されている。また、第1のpウェル103aの表面領域
にはp + 型領域111が形成されており、p+ 型領域1
11は、接地状態と解放状態を選択することのできる電
源切換スイッチ114に接続されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Will be explained. FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing. As shown in FIG.
A second n-well 102b in a surface area of the plate 101;
Form p-channel MOS transistors for peripheral circuits
N well 102a for the
Second p-well for forming a multi-type MOS transistor.
Is formed to form a memory cell.
The first p-well 103a is a table of the second n-well 102b.
It is formed in the surface area. Separation insulating film 1 between each well
04. On the first p-well 103a
To the floating gate 10 via the first gate insulating film 105.
6 is formed thereon, and the second gate insulating film 1 is formed thereon.
The control gate 108 is formed via the reference numeral 07. That
Surface area of p-well 103a on both sides of stacked gate electrode
Source region 109 and drain region 110 are formed in the region
Have been. Also, the surface region of the first p-well 103a
Has p + A mold region 111 is formed, and p+ Mold area 1
11 is a power supply that can select between a grounded state and a released state.
It is connected to a source switch 114.

【0016】第1のnウェル102a、第2のpウェル
103b上にはそれぞれゲート絶縁膜115を介してゲ
ート電極116、120が形成され、各ゲート電極の両
サイドの各ウェルの表面領域内にはソース領域117、
121、ドレイン領域118、122が形成されてい
る。そして、第1のnウェル102a、第2のpウェル
103bの表面領域には各ウェルの電位を固定するため
のn+ 領域119、p+型領域123が形成されてお
り、n+ 型領域119はソース領域117とともにVDD
電源に接続され、p+ 型領域123はソース領域121
とともに接地されている。また、p型シリコン基板10
1と第2のnウェル102bとは、それぞれp+ 型領域
113、n+ 型領域112を介して接地されている。
Gate electrodes 116 and 120 are formed on the first n-well 102a and the second p-well 103b with a gate insulating film 115 interposed therebetween, and are formed in the surface regions of the wells on both sides of each gate electrode. Is the source region 117,
121 and drain regions 118 and 122 are formed. The first n-well 102a, and n + region 119, p + -type region 123 for the surface area of the second p-well 103b for fixing the potential of each well is formed, n + -type region 119 Is V DD together with the source region 117
The p + type region 123 is connected to a power supply,
And grounded. Also, the p-type silicon substrate 10
The first and second n-wells 102b are grounded via p + -type regions 113 and n + -type regions 112, respectively.

【0017】この不揮発性半導体記憶装置のメモリセル
に対する電荷の注入/引き抜きと読み出しは例えば以下
のように行われる。浮遊ゲート106に電子を注入する
際には、ソース領域109を接地(0V)して、制御ゲ
ート108に10Vの高電圧を、ドレイン領域110に
電源電圧の5Vを10μ秒程度印加する。これにより、
チャネル領域においてホットエレクトロンが発生し、こ
のホットエレクトロンがトンネル酸化膜である第1のゲ
ート絶縁膜105を介して浮遊ゲート106に注入され
る。電子が注入されたメモリセルではトランジスタとし
てのしきい値電圧が上昇する。一方、読み出しは、ソー
ス領域109を接地し、制御ゲート108に5V、ドレ
イン領域110に1V程度を印加してこのメモリセルに
電流が流れるか否かを検出する(このバイアス条件の下
では、電荷注入の行われたメモリセルでは電流が流れ
ず、注入の行われていないセルでは電流が流れる)こと
によって行う。また、電荷引き抜き時には、制御ゲート
108に−10V、ソース領域109に5Vを印加し
て、浮遊ゲート−ソース領域間のF−N(Fowler−Nord
heim)トンネル現象により、浮遊ゲート106に蓄積さ
れている電子を第1のゲート絶縁膜105を通してソー
ス側へ引き抜く。
The charge injection / extraction and reading of the memory cells of the nonvolatile semiconductor memory device are performed, for example, as follows. When injecting electrons into the floating gate 106, the source region 109 is grounded (0 V), a high voltage of 10 V is applied to the control gate 108, and a power supply voltage of 5 V is applied to the drain region 110 for about 10 μsec. This allows
Hot electrons are generated in the channel region, and the hot electrons are injected into the floating gate 106 via the first gate insulating film 105 which is a tunnel oxide film. In a memory cell into which electrons have been injected, the threshold voltage of the transistor increases. On the other hand, in reading, the source region 109 is grounded, and 5 V is applied to the control gate 108 and about 1 V is applied to the drain region 110 to detect whether or not a current flows through this memory cell (under this bias condition, the charge is The current does not flow in the implanted memory cell, and the current flows in the non-implanted cell). At the time of charge extraction, -10 V is applied to the control gate 108 and 5 V is applied to the source region 109, so that FN (Fowler-Nord) between the floating gate and the source region is applied.
heim) The electrons accumulated in the floating gate 106 are drawn out to the source side through the first gate insulating film 105 by a tunnel phenomenon.

【0018】図4は、本発明の効果を従来例と対比して
説明するためのグラフであって、メモリセルに対し、電
荷の注入と引き抜きを繰り返した後のメモリセルのしき
い値の変動を示す。横軸は繰り返し回数で、縦軸は浮遊
ゲートへの電子注入および電子引き抜きを行った後のメ
モリセルしきい値である。図の上側の2本の曲線が電子
注入時の特性を、図の下側の2本の曲線が電子引き抜き
時の特性を示している。図の黒丸は、図3に示すメモリ
セルに対し実施例での条件で電子注入、引き抜きを行っ
た場合を示しており、□は従来例の場合を示す。従来例
の駆動条件は、電荷引き抜き時にpウェルを接地した以
外は実施例の場合と同じである。
FIG. 4 is a graph for explaining the effect of the present invention in comparison with the conventional example. FIG. 4 is a graph showing the variation of the threshold value of the memory cell after charge injection and extraction are repeated. Is shown. The horizontal axis represents the number of repetitions, and the vertical axis represents the threshold value of the memory cell after electron injection and electron extraction into the floating gate. The two upper curves in the figure show the characteristics at the time of electron injection, and the lower two curves show the characteristics at the time of electron extraction. The black circles in the figure indicate the case where the electron injection and extraction were performed on the memory cell shown in FIG. 3 under the conditions in the embodiment, and the squares indicate the case of the conventional example. The driving conditions of the conventional example are the same as those of the embodiment except that the p-well is grounded at the time of extracting the electric charge.

【0019】従来法による場合、繰り返し回数の増加に
伴い、電子の注入時のしきい値電圧が下がり、電子引き
抜き時のしきい値電圧が上昇し、電荷注入時のしきい値
電圧と電荷引き抜き時のしきい値電圧との差が小さくな
っており、2状態を識別するためのマージンが低下して
いる。これは、書き換え回数が増加するに従い、電子引
き抜き時に第1のゲート絶縁膜に生じた電荷捕獲中心に
電子が捕獲された結果、第1のゲート絶縁膜を電子がト
ンネリングしにくくなり、同じバイアス条件で引き抜け
る電子量、あるいは同じバイアス条件で注入できる電子
量が減少するためである。実際のデバイスでは、注入、
引き抜き動作時にしきい値電圧をモニターし、これが所
望の値に達しなければ、バイアス印加時間を増加するた
め、2状態の識別マージンが小さくなることはないが、
注入、引き抜き時間が増大し、動作が遅くなる。一方、
本発明の電荷引き抜き方法を用いると、繰り返し回数が
増大しても、しきい値電圧の変動がほとんどない。
According to the conventional method, as the number of repetitions increases, the threshold voltage at the time of electron injection decreases, the threshold voltage at the time of electron extraction increases, and the threshold voltage at the time of charge injection and the charge extraction. The difference from the threshold voltage at the time is small, and the margin for identifying the two states is reduced. This is because, as the number of times of rewriting increases, electrons are trapped in the charge trapping centers formed in the first gate insulating film during electron extraction, so that it becomes difficult for the electrons to tunnel through the first gate insulating film, and the same bias condition is applied. This is because the amount of electrons pulled out by the above or the amount of electrons that can be injected under the same bias condition decreases. In a real device, injection,
The threshold voltage is monitored during the pull-out operation. If the threshold voltage does not reach a desired value, the bias application time is increased, so that the two-state identification margin does not decrease.
The injection and withdrawal time increases and the operation slows down. on the other hand,
When the charge extraction method of the present invention is used, the threshold voltage hardly changes even when the number of repetitions increases.

【0020】[第2の実施例]図5は、本発明の第2の
実施例を示す断面図である。同図において、図3に示し
た第1の実施例の部分と同等の部分には同一の参照番号
が付せられているので重複する説明は省略する。本実施
例においては、メモリセルを形成するための第1のpウ
ェル103aと周辺回路のpチャネル型MOSトランジ
スタとが、共通のnウェル102上に形成されている。
このように構成された不揮発性半導体記憶装置に対し、
第1の実施例の場合と同様の条件にて電荷注入/引き抜
きを行って同等の結果を得ることが出来た。
[Second Embodiment] FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. In the figure, parts that are the same as the parts of the first embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and duplicate descriptions are omitted. In this embodiment, a first p-well 103a for forming a memory cell and a p-channel MOS transistor of a peripheral circuit are formed on a common n-well 102.
For the nonvolatile semiconductor memory device configured as described above,
The same result was obtained by performing charge injection / extraction under the same conditions as in the first embodiment.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、メモリ
セルを形成するための第1のpウェルと周辺回路のnチ
ャネル型MOSトランジスタを形成するための第2のp
ウェルとを電気的に分離し、メモリセルの浮遊ゲートか
ら電荷を引き抜くときには第1のpウェルを浮遊状態と
するものであるので、電荷引き抜き時にソース領域(ま
たはドレイン領域)−pウェル間の空乏層に高電界が印
加されるのを回避することができ、高電界印加によって
生じたホットホールが第1のゲート絶縁膜(トンネル酸
化膜)が注入されることによるゲート絶縁膜の劣化を防
止することができる。したがって、本発明によれば、書
き込み/消去を繰り返すことによって引き起こされるし
きい値電圧の変動を抑制することができ長期に安定した
動作のメモリセルを提供することができる。
As described above, the present invention provides a first p-well for forming a memory cell and a second p-well for forming an n-channel MOS transistor of a peripheral circuit.
Since the first p-well is in a floating state when the charge is extracted from the floating gate of the memory cell by electrically separating the well from the well, the depletion between the source region (or the drain region) and the p-well when the charge is extracted. Application of a high electric field to the layer can be avoided, and deterioration of the gate insulating film due to injection of hot holes generated by application of the high electric field into the first gate insulating film (tunnel oxide film) can be prevented. be able to. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress a change in threshold voltage caused by repeated writing / erasing, and to provide a memory cell that operates stably for a long time.

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

【図1】本発明に実施の形態を説明するためのウェルの
構成を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a well for describing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明に実施の形態を説明するための断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の効果を説明するための特性曲線図。FIG. 4 is a characteristic curve diagram for explaining the effect of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図6】従来例の断面図。FIG. 6 is a sectional view of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型シリコン基板 1a n型シリコン基板 2 nウェル 3 pウェル 4 分離絶縁膜 5 第1のゲート絶縁膜 6 浮遊ゲート 7 第2のゲート絶縁膜 8 制御ゲート 9 ソース領域 10 ドレイン領域 11、13 p+ 型領域 12 n+ 型領域 14 電源切換スイッチ 101 p型シリコン基板 102 nウェル 102a 第1のnウェル 102b 第2のnウェル 103a 第1のpウェル 103b 第2のpウェル 104 分離絶縁膜 105 第1のゲート絶縁膜 106 浮遊ゲート 107 第2のゲート絶縁膜 108 制御ゲート 109、117、121 ソース領域 110、118、122 ドレイン領域 111、113、123 p+ 型領域 112、119 n+ 型領域 114 電源切換スイッチ 115 ゲート絶縁膜 116、120 ゲート電極Reference Signs List 1 p-type silicon substrate 1a n-type silicon substrate 2 n-well 3 p-well 4 isolation insulating film 5 first gate insulating film 6 floating gate 7 second gate insulating film 8 control gate 9 source region 10 drain region 11, 13 p + Type region 12 n + type region 14 power switch 101 p-type silicon substrate 102 n-well 102 a first n-well 102 b second n-well 103 a first p-well 103 b second p-well 104 isolation insulating film 105 1 gate insulating film 106 floating gate 107 second gate insulating film 108 control gate 109, 117, 121 source region 110, 118, 122 drain region 111, 113, 123 p + region 112, 119 n + region 114 power supply Changeover switch 115 Gate insulating film 116, 120 Gate electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 浮遊ゲートと制御ゲートとを有する不揮
発性メモリセルが形成された第1のpウェルと、メモリ
セル以外のnチャネル型MOSトランジスタが形成され
た第2のpウェルとが電気的に分離されており、かつ、
前記第1のウェルには該第1のpウェルを浮遊状態と電
位印加状態とに切り換えることの出来る電源切り換え手
段が備えられていることを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。
1. A first p-well in which a nonvolatile memory cell having a floating gate and a control gate is formed, and a second p-well in which an n-channel MOS transistor other than the memory cell is formed. , And
The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the first well is provided with power supply switching means capable of switching the first p-well between a floating state and a potential applied state.
【請求項2】 前記第1のpウェルがnウェル内に形成
されていることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半
導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said first p-well is formed in an n-well.
【請求項3】 前記nウェル内には前記第2のpウェル
も形成されていることを特徴とする請求項2記載の不揮
発性半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein said second p-well is also formed in said n-well.
【請求項4】 pウェルに形成された浮遊ゲートと制御
ゲートとを有する不揮発性メモリセルの浮遊ゲートから
電子を引き抜く方法であって、前記pウェルを浮遊状態
に維持しつつ不揮発性メモリセルのソース領域および/
またはドレイン領域に正電圧を印加することを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置の電子引き抜き方法。
4. A method for extracting electrons from a floating gate of a nonvolatile memory cell having a floating gate and a control gate formed in a p-well, the method comprising: Source area and / or
Alternatively, a positive voltage is applied to the drain region, wherein the method for extracting electrons from the nonvolatile semiconductor memory device is performed.
【請求項5】 前記制御ゲートに負または0電圧を印加
するか、若しくは、これを浮遊状態をすることを特徴と
する請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置の電子引き
抜き方法。
5. The method according to claim 4, wherein a negative or zero voltage is applied to the control gate or the control gate is in a floating state.
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