JP2006190820A - Charge injection method of nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、いわゆるNANDストリング(トランジスタ列)を有し、選択されたメモリトランジスタに対しデータを電気的に書き込み、消去可能な不揮発性メモリデバイスの電荷注入に関する。 The present invention relates to charge injection in a nonvolatile memory device having a so-called NAND string (transistor string) and capable of electrically writing and erasing data to a selected memory transistor.
現在、フローティングゲート(FG)を有する一括消去型の不揮発性メモリデバイス(フラッシュメモリ)では、多くの種類のメモリセル方式が提案されているが、その中でセルサイズが小さく大容量化が可能なセル方式として、NAND型が知られている。NAND型フラッシュメモリは、2つのセレクトトランジスタ間に複数のメモリトランジスタを縦続接続させたNANDストリングと称されるトランジスタ列を有する。 Currently, many types of memory cell systems have been proposed for a batch erase type nonvolatile memory device (flash memory) having a floating gate (FG). Among them, the cell size is small and the capacity can be increased. A NAND type is known as a cell system. The NAND flash memory has a transistor string called a NAND string in which a plurality of memory transistors are connected in cascade between two select transistors.
NAND型フラッシュメモリにおいては、データの書き込みおよび消去の何れもFN(Fowler Nordheim)トンネル電流により行い、1メモリトランジスタに記憶できるデータは通常1つの2値データ、即ち1ビットのデータである。更なる大容量化のためには、素子の微細化に加え、1つのメモリトランジスタに複数ビットを記憶できる多値化の技術が重要である。
ところが、FG構造のメモリトランジスタで通常行われている多値化では、電荷を注入する領域が導体(ポリシリコンのFG)であるため局所的な電荷の注入が出来ない。したがって、FG構造のメモリトランジスタに対しては、記憶状態の閾値電圧を細かく区切って複数ビットを記憶させる多値化が行われている。しかし、この多値化技術では周辺回路の制御が複雑化し、閾値電圧の変動によるエラーが生じやすい。
In a NAND flash memory, both data writing and erasing are performed by FN (Fowler Nordheim) tunnel current, and data that can be stored in one memory transistor is usually one binary data, that is, one bit data. In order to further increase the capacity, in addition to miniaturization of elements, a multilevel technology capable of storing a plurality of bits in one memory transistor is important.
However, in the multi-value processing which is normally performed in the memory transistor having the FG structure, the charge injection region is a conductor (polysilicon FG), so that local charge injection cannot be performed. Therefore, multi-level storage is performed for memory transistors having an FG structure in which a plurality of bits are stored by finely dividing a threshold voltage of a storage state. However, with this multi-value technology, control of peripheral circuits is complicated, and errors due to fluctuations in threshold voltage are likely to occur.
FG型のゲート構造をMONOS型に変更し、かつ、1つのメモリトランジスタに対し局所的な電荷注入を行うことによって、2ビット記憶が可能な構造の不揮発性メモリデバイスが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
この不揮発性メモリデバイスにおいては、書き込みをバンド−バンド間トンネル電流に起因したホットホールの注入によって達成し、消去をFNトンネル電流によってブロック単位で行うこととしている。
In this nonvolatile memory device, writing is achieved by hot hole injection caused by band-to-band tunnel current, and erasure is performed in block units by FN tunnel current.
ところで、たとえばセキュリティ用カードなどに内蔵するEEPROMに関し、バイト書き換え機能の必要な場合がある。バイト書き換え用途では8ビットごとに消去と書き込みを独立して行う必要がある。
しかし、前記特許文献1に記載の技術では、このバイト書き換えができない。これは、消去をFNトンネル電流によってブロック単位で行っているためである。
By the way, for example, an EEPROM built in a security card may require a byte rewriting function. In byte rewriting applications, it is necessary to perform erasing and writing independently every 8 bits.
However, the byte rewriting is not possible with the technique described in
本発明が解決しようとする課題は、メモリトランジスタ内で同一な電荷蓄積膜の異なる2つの局部に各々1ビット、合計2ビットの記憶が可能な、いわゆるNAND型不揮発性メモリデバイスにおいて、1つのメモリトランジスタに対するデータの書き込みと消去をビット単位で任意に行うことを可能にすることである。 The problem to be solved by the present invention is that in a so-called NAND-type non-volatile memory device capable of storing 1 bit in each of two different parts of the same charge storage film in the memory transistor for a total of 2 bits, one memory It is possible to arbitrarily perform writing and erasing of data with respect to a transistor in bit units.
本発明に係る不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法は、独立にオンとオフが制御される第1および第2セレクトトランジスタと、前記第1および第2セレクトトランジスタ間に縦続接続されている複数のメモリトランジスタと、を含むトランジスタ列を有する不揮発性メモリデバイスにおいて前記複数のメモリトランジスタの中から選択されたメモリトランジスタに対し電荷を注入することによって、データの記憶状態を変化させる不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法であって、前記選択されたメモリトランジスタのソースとドレイン間にチャネルを形成し、当該チャネルを走行する第1極性電荷を、前記選択されたメモリトランジスタのゲートとチャネルとの間に存在する電荷蓄積膜の前記ドレイン側の第1局部に注入する第1の電荷注入ステップと、前記第1の電荷注入ステップにおける前記ドレインと前記ソースの機能を入れ替え、前記第1極性電荷を前記チャネル内で走行する向きを逆にすることによって前記電荷蓄積膜の前記第1局部とは反対側の第2局部に、前記第1の電荷注入ステップによって注入された前記第1極性電荷と識別可能な他の第1極性電荷を注入する第2の電荷注入ステップと、前記第1局部または前記第2局部に対する前記第1極性電荷の注入時に前記ドレインとして機能するソース・ドレイン領域側で、バンド−バンド間トンネル電流に起因した第2極性電荷を発生させ、前記第2極性電荷を前記第1局部または前記第2局部に独立に注入し、注入した前記第2極性電荷によって、前記第1局部または前記第2局部に注入された前記第1極性電荷の少なくとも一部を電気的に相殺する第3の電荷注入ステップと、を含む。 A method for injecting charge into a nonvolatile memory device according to the present invention includes a first and a second select transistor whose on and off are independently controlled, and a plurality of memories cascaded between the first and the second select transistors. A non-volatile memory device having a transistor array including the transistor, and a charge injection of the non-volatile memory device that changes a data storage state by injecting a charge into the memory transistor selected from the plurality of memory transistors A method is provided in which a channel is formed between a source and a drain of the selected memory transistor, and a first polarity charge traveling through the channel is changed to a charge existing between a gate and a channel of the selected memory transistor. A first current injected into the first local portion on the drain side of the storage film. The function of the drain and the source in the injection step and the first charge injection step is exchanged, and the first local portion of the charge storage film is reversed by reversing the direction in which the first polarity charge travels in the channel. A second charge injection step of injecting into the second local portion on the opposite side of the first charge other than the first polarity charge injected by the first charge injection step; A second polarity charge caused by a band-to-band tunnel current is generated on the source / drain region side that functions as the drain when the first polarity charge is injected into the local portion or the second local portion, and the second polarity charge is The first pole injected independently into the first local part or the second local part and injected into the first local part or the second local part by the injected second polarity charge. Including a third charge injection step of electrically offset at least a portion of the charge.
本発明によれば、メモリトランジスタ内で同一な電荷蓄積膜の異なる2つの局部に各々1ビット、合計2ビットの記憶が可能な、いわゆるNAND型不揮発性メモリデバイスにおいて、1つのメモリトランジスタに対するデータの書き込みと消去をビット単位で任意に行うことができる。 According to the present invention, in a so-called NAND-type non-volatile memory device capable of storing 1 bit in each of two different parts of the same charge storage film in the memory transistor, a total of 2 bits, data for one memory transistor can be stored. Writing and erasing can be arbitrarily performed in bit units.
以下、本実施形態に係る不揮発性メモリデバイスの実施の形態を、図面を参照して詳細に記述する。 Hereinafter, embodiments of a nonvolatile memory device according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、NAND型MONOSメモリデバイス(以下、単に「不揮発性メモリ」という)のメモリセルアレイの基本構成を示す回路図である。
図1において、メモリセルアレイ1の基本構成としてNANDストリングが繰り返し配置されている。図1では4つのNANDストリングが示されている。
各NANDストリングは、第1セレクトトランジスタS1と、第2セレクトトランジスタS2と、その間に列(COLUMN)方向に縦続接続されたn(たとえば、n=8,16)個のメモリトランジスタM1〜Mnとから構成されている。なお、図1では作図の都合上、各NANDストリング内のメモリトランジスタ数を4つにしている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a basic configuration of a memory cell array of a NAND MONOS memory device (hereinafter simply referred to as “nonvolatile memory”).
In FIG. 1, NAND strings are repeatedly arranged as a basic configuration of the
Each NAND string includes a first select transistor S1, a second select transistor S2, and n (for example, n = 8, 16) memory transistors M1 to Mn cascaded in the column (COLUMN) direction therebetween. It is configured. In FIG. 1, the number of memory transistors in each NAND string is four for convenience of drawing.
メモリトランジスタM11,M12,M13およびM14を含む第1NANDストリングNS1において、その第1セレクトトランジスタS1がビット線BL2に接続し、その第2セレクトトランジスタS2がビット線BL1に接続している。
第1NANDストリングNS1に隣接し、メモリトランジスタM21、M22,M23およびM24を含む第2NANDストリングNS2において、その第1セレクトトランジスタS1がビット線BL2に接続し、その第2セレクトトランジスタS2がビット線BL3に接続している。
これら第1および第2NANDストリングNS1,NS2と同じ構成を繰り返すことによって、メモリトランジスタM31,M32,M33およびM34を含む第3NANDストリングNS3と、メモリトランジスタM41,M42,M43およびM44を含む第4NANDストリングNS4とが形成されている。
In the first NAND string NS1 including the memory transistors M11, M12, M13, and M14, the first select transistor S1 is connected to the bit line BL2, and the second select transistor S2 is connected to the bit line BL1.
In the second NAND string NS2, which is adjacent to the first NAND string NS1 and includes the memory transistors M21, M22, M23 and M24, the first select transistor S1 is connected to the bit line BL2, and the second select transistor S2 is connected to the bit line BL3. Connected.
By repeating the same configuration as the first and second NAND strings NS1, NS2, the third NAND string NS3 including the memory transistors M31, M32, M33 and M34 and the fourth NAND string NS4 including the memory transistors M41, M42, M43 and M44 are performed. And are formed.
行(ROW)方向に並ぶ第1〜第4NANDストリングNS1〜NS4において、第1および第3NANDストリングNS1とNS3の第1セレクトトランジスタS1は第1セレクトゲート線SG1により制御され、第2および第4NANDストリングNS2とNS4の第1セレクトトランジスタS1は第2セレクトゲート線SG2により制御される。第1および第3NANDストリングNS1とNS3の第2セレクトトランジスタS2は第3セレクトゲート線SG3により制御され、第2および第4NANDストリングNS2とNS4の第2セレクトトランジスタS2は第4セレクトゲート線SG4により制御される。
また、第1〜第4NANDストリングNS1〜NS4において、それぞれの行(LOWROW)に並ぶ4個のメモリトランジスタM1i,M2i,M3i,M4i(i=1〜4)は、それぞれ、行方向に配線されているワード線WL1,WL2,WL3,WL4により制御される。
In the first to fourth NAND strings NS1 to NS4 arranged in the row (ROW) direction, the first select transistors S1 of the first and third NAND strings NS1 and NS3 are controlled by the first select gate line SG1, and the second and fourth NAND strings. The first select transistors S1 of NS2 and NS4 are controlled by the second select gate line SG2. The second select transistors S2 of the first and third NAND strings NS1 and NS3 are controlled by the third select gate line SG3, and the second select transistors S2 of the second and fourth NAND strings NS2 and NS4 are controlled by the fourth select gate line SG4. Is done.
In the first to fourth NAND strings NS1 to NS4, the four memory transistors M1i, M2i, M3i, and M4i (i = 1 to 4) arranged in each row (LOWROW) are wired in the row direction, respectively. Are controlled by the word lines WL1, WL2, WL3, WL4.
このように本例においては、隣接する2つのNANDストリングを対としてメモリセルアレイ1が形成されている。本発明は、このようなアレイ構成に限定されるものではないが、隣接する2つのNANDストリングにおいてビット線コンタクトBC1〜BC5を共有し、ビット当たりの実質的セル面積を縮小する意味で図1に示す構成は望ましい。
Thus, in this example, the
図2は、第1NANDストリングNS1の列方向の断面図である。
たとえばN型の半導体基板20内の表面側に、たとえばP型のウェル(Pウェル)21が形成され、当該Pウェル21の表面側にトランジスタ列が配置させている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the first NAND string NS1 in the column direction.
For example, a P-type well (P well) 21 is formed, for example, on the surface side in the N-
メモリトランジスタM11〜M1nは、Pウェル21上に複数の誘電体膜を積層させてなる電荷蓄積膜30を有する。また、電荷蓄積膜30上にワード線WL1〜WLnが積層されている。ワード線WL1〜WLnは、一般に、P型またはN型の不純物が高濃度に導入されたドープド多結晶シリコン、または、ドープド多結晶シリコンと高融点金属シリサイドとの積層膜からなる。
The memory transistors M11 to M1n have a
ワード線間下方のPウェル21表面部分に、N型の不純物が導入されてソース・ドレイン領域22が形成されている。
なお、ソース・ドレイン領域22は、逆導電型の不純物を高濃度にPウェル21に導入することにより形成された導電率が高い領域であり、種々の形態がある。図では省略されているが、ソース・ドレイン領域22の列方向両側端部に、エクステンション領域と称する異なる濃度の領域を具備させてもよい。
Source /
The source /
第1および第2のセレクトトランジスタS1,S2は、通常のMOSFETで構成される。したがって、そのゲート絶縁膜34は、たとえば二酸化シリコンからなる単層膜で構成されている。第1および第2のセレクトトランジスタS1,S2の各ゲート電極層は、それぞれ第1セレクトゲート線SG1,第3セレクトゲート線SG3を構成する。
The first and second select transistors S1 and S2 are constituted by normal MOSFETs. Therefore, the
これらセレクトトランジスタおよびメモリトランジスタ上に、たとえば二酸化シリコンなどからなる層間絶縁膜23が厚く堆積されている。層間絶縁膜23は複数の膜からなる。
第1セレクトゲート線SG1に近接するPウェル21の表面部分にN型不純物が高濃度に添加され、これにより第1セレクトトランジスタのソース・ドレイン領域24が形成されている。ソース・ドレイン領域24は、列方向に隣接する不図示の他のNANDストリング(第2NANDストリングNS2:図1参照)と共有し、その上に、図2には現れていない箇所でビットコンタクトBC2(図1参照)が形成されている。
同様に、第2セレクトゲート線SG2に近接するPウェル21の表面部分にN型不純物が高濃度に添加され、これにより第2セレクトトランジスタのソース・ドレイン領域25が形成されている。ソース・ドレイン領域25の上に、ビットコンタクトBC1が形成されている。
ビットコンタクトBC1は、層間絶縁膜23に開孔されたコンタクト孔内を、たとえばTi/TiN等の密着層を介在させてタングステン(W)等の金属プラグで埋め込むことにより形成されている。
層間絶縁膜23上に、ビットコンタクトBC1上に接続するビット線BL1が形成されている。ビット線BL1は、たとえば、アルミニウム(Al)等の主配線層の上下を、反射防止層(又は保護層)とバリアメタルで挟んだ3層構造から構成されている。
On the select transistor and the memory transistor, an
N-type impurities are added at a high concentration to the surface portion of the
Similarly, an N-type impurity is added at a high concentration to the surface portion of the
Bit contact BC1 is formed by filling the contact hole opened in
A bit line BL1 connected to the bit contact BC1 is formed on the
本実施の形態における電荷蓄積手段を有して電気的なデータの記憶が可能な不揮発性メモリトランジスタは、ゲート電極(ワード線WL1〜WLn)とチャネルが形成される半導体領域(Pウェル21)との間の電荷蓄積膜30がONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜からなるMONOS型である。
ここで“電荷蓄積手段”とは、電荷蓄積膜30内に形成され、その上方のゲート電極への印加電圧に応じて基板側との間で電荷をやり取りし、電荷を保持する電荷保持媒体をいう。MONOS型セルにおける電荷蓄積手段とは、ONO膜の窒化膜バルクのキャリアトラップ、あるいは、酸化膜と窒化膜界面付近に形成された深いキャリアトラップをいう。
The nonvolatile memory transistor having the charge storage means in this embodiment and capable of storing electrical data includes a gate electrode (word lines WL1 to WLn) and a semiconductor region (P well 21) in which a channel is formed. The
Here, the “charge storage means” is a charge storage medium that is formed in the
本実施の形態における電荷蓄積膜30は、下層から順に、第1の酸化膜31,窒化膜32,第2の酸化膜33から構成されている。
第1の酸化膜31は、たとえば熱酸化により形成された二酸化シリコン(SiO2)からなる。なお、第1の酸化膜31の少なくとも表面部に、熱窒化処理により窒化酸化層を薄く形成してもよい。
窒化膜32は、たとえば窒化シリコン(SixNy(0<x<1,0<y<1))膜から構成されている。窒化膜32は、たとえば減圧CVD(LP−CVD)により作製される。
第2の酸化膜33は、窒化膜32との界面近傍に深いキャリアトラップを高密度に形成する必要があり、このため、たとえば成膜後の窒化膜等を熱酸化して形成される。第2の酸化膜33が熱酸化により形成された場合は熱処理によりこのトラップが形成される。第2の酸化膜33は、ゲート電極(ワード線)からのホールの注入を有効に阻止してデータ書き換え可能な回数の低下防止を図るために必要な厚さを有している。
The
The
The
The
このNANDストリングの製造においては、まず、用意した半導体基板20に対し、不図示の素子分離絶縁層およびPウェル21を形成した後に、メモリトランジスタのゲートしきい値電圧調整用のイオン注入等を必要に応じて行う。
In manufacturing the NAND string, first, after forming an element isolation insulating layer and a P well 21 (not shown) on the
つぎに、たとえば以下の手順によって、Pウェル21上に電荷蓄積膜30を成膜する。
短時間高温熱処理法(RTO法)により1000℃,10secの熱処理を行い、二酸化シリコン膜(第1の酸化膜31)を形成する。
つぎに、第1の酸化膜31上にLP−CVD法により窒化シリコン膜(窒化膜32)を、最終膜厚が8nmとなるように、これより厚めに堆積する。このCVDは、たとえば、ジクロロシラン(DCS)とアンモニアを混合したガスを用い、基板温度650℃で行う。
形成した窒化シリコン膜表面を熱酸化法により酸化して、たとえば3.5nmの酸化シリコン膜(第2の酸化膜33)を形成する。この熱酸化は、たとえばH2O雰囲気にした炉内の温度を950℃に保った状態で40分程度行う。これにより、トラップレベル(窒化シリコン膜の伝導帯からのエネルギー差)が2.0eV以下程度の深いキャリアトラップが約1〜2×1013/cm2の密度で形成される。また、窒化膜32を構成する窒化シリコン膜が1nmに対し熱酸化シリコン膜(第2の酸化膜33)が1.6nm形成され、この割合で下地の窒化シリコン膜厚が減少し、窒化膜32の最終膜厚が8nmとなる。
Next, the
A heat treatment is performed at 1000 ° C. for 10 seconds by a short time high temperature heat treatment method (RTO method) to form a silicon dioxide film (first oxide film 31).
Next, a silicon nitride film (nitride film 32) is deposited on the
The formed silicon nitride film surface is oxidized by a thermal oxidation method to form, for example, a 3.5 nm silicon oxide film (second oxide film 33). This thermal oxidation is performed, for example, for about 40 minutes while maintaining the temperature in the furnace in an H 2 O atmosphere at 950 ° C. As a result, deep carrier traps having a trap level (energy difference from the conduction band of the silicon nitride film) of about 2.0 eV or less are formed at a density of about 1 to 2 × 10 13 / cm 2 . Further, a thermal silicon oxide film (second oxide film 33) is formed to have a thickness of 1.6 nm with respect to 1 nm of the silicon nitride film constituting the
必要に応じて、メモリトランジスタ列以外の部分で3層構造の電荷蓄積膜30を除去し、セレクトトランジスタS1,S2のゲート絶縁膜34となる酸化シリコン膜を数nmほど熱酸化により形成する。この場合、電荷蓄積膜30を保護するために、後で選択的に除去可能な材料の膜を電荷蓄積膜30上に形成しておくことが望ましい。なお、第1および第2セレクトトランジスタS1,S2には電荷注入が起こるほど高い電界がかからないので、これらセレクトトランジスタのゲート絶縁膜34を、電荷蓄積膜30と同じ構造とすることもできる。この場合、この電荷蓄積膜30の除去工程は不要である。
If necessary, the
ワード線となる導電膜を積層させる。そして、導電膜、および、その下の電荷蓄積膜30(およびゲート絶縁膜34)を一括してパターンニングする。これにより、ワード線WL1,WL2,WL3,…WLn、第1セレクトゲート線SG1および第3セレクトゲート線SG3が同時に形成される。 A conductive film to be a word line is stacked. Then, the conductive film and the charge storage film 30 (and the gate insulating film 34) thereunder are patterned at once. Thereby, the word lines WL1, WL2, WL3,... WLn, the first select gate line SG1 and the third select gate line SG3 are formed simultaneously.
これら行方向に長い平行ストライプ状の配線を形成した状態で、配線間のウェル表面にN型不純物をイオン注入し、アニールを行う。これにより、ワード線間およびワード線とセレクトトランジスタのゲートとの間に、ソース・ドレイン領域22が形成され、さらに、セレクトトランジスタのゲート間にソース・ドレイン領域24および25が形成される。
以上の工程を経て、たとえば8〜16個のメモリトランジスタを含むNANDストリングが行方向に、たとえば128〜256個並んで形成される。1本のワード線に接続されたセル数と、NANDストリング内のワード線の本数との積の数のセルにより、1つの書き換え単位(ブロック)が構成される。
In the state where the parallel stripe-shaped wirings long in the row direction are formed, N-type impurities are ion-implanted into the well surface between the wirings, and annealing is performed. As a result, source /
Through the above steps, for example, 128 to 256 NAND strings including 8 to 16 memory transistors are formed in the row direction. One rewrite unit (block) is configured by the number of cells of the product of the number of cells connected to one word line and the number of word lines in the NAND string.
メモリトランジスタおよびセレクトトランジスタを埋め込んで、たとえば二酸化シリコンからなる層間絶縁膜23をCVDにより作製し、この層間絶縁膜23にビットコンタクト用の開口部を形成する。図2において、この開口部はソース・ドレイン領域25上で開口している。開口部を完全に埋め込むように、プラグ材料、たとえばタングステンを堆積し、これを全面でエッチバックしてプラグ材料を層間絶縁膜23上で分離する。これにより、ソース・ドレイン領域25上に接続したプラグからなるビットコンタクトBC1が層間絶縁膜23内に埋め込まれて形成される。このビットコンタクトBC1上に接続したビット線BL1を形成する。
その後、必要なら、他の層間絶縁膜や上層配線を形成し、最後にオーバーコート成膜とパッド開口工程等を経て、当該不揮発性メモリセルアレイを完成させる。
By embedding the memory transistor and the select transistor, an
Thereafter, if necessary, another interlayer insulating film and an upper layer wiring are formed, and finally the nonvolatile memory cell array is completed through an overcoat film formation and a pad opening process.
つぎに、周辺回路を含む不揮発性メモリの全体の構成と、図1を前提とした周辺回路の概略的な動作を述べる。 Next, the overall configuration of the non-volatile memory including the peripheral circuit and the schematic operation of the peripheral circuit based on FIG. 1 will be described.
図3に、不揮発性メモリデバイスの概略構成を示す。
図3に図解した不揮発性メモリデバイスは、メモリセルアレイ(MCA)1と、メモリセルアレイ1の動作を制御するメモリ周辺回路とからなる。
メモリ周辺回路は、カラムバッファ2a、ロウバッファ2b、メインロウデコーダ(MR.DEC)3、サブロウデコーダ(SR.DEC)4、カラムデコーダ(C.DEC)5、ワード線駆動回路(WDR)6、ページラッチ回路7、カラム選択回路(C.SEL)8、センスアンプ(SA)アレイ9、ワード線に供給する電圧を発生する電圧発生回路10A、ブロックごとのウェルに供給する電圧を発生する電圧発生回路10B、および、これらの動作タイミングを制御信号CSによって制御する制御回路(CONT)11を有する。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the nonvolatile memory device.
The nonvolatile memory device illustrated in FIG. 3 includes a memory cell array (MCA) 1 and a memory peripheral circuit that controls the operation of the
The memory peripheral circuit includes a
メモリ周辺回路の基本動作を簡単に述べれば、たとえば以下の如くである。
まず、図示しないチップイネーブル信号が“ハイ(H)”の状態で入力されたアドレス信号ADR(アドレスビットA1〜Am+n)がアドレスバッファ(カラムバッファ2aおよびロウバッファ2b)を介して、メインロウデコーダ3およびカラムデコーダ5に入力される。
入力されたアドレス信号の一部(アドレスビットAm+1〜Am+n)に含まれるブロック選択ビットがメインロウデコーダ3によりデコードされ、これにより動作対象のNANDストリングを含むブロックが選択される。アドレスビットAm+1〜Am+nの残りのビットがサブロウデコーダ4によりデコードされ、これにより、選択されたブロック内の所定のワード線(メモリセル行)が選択される。選択されたワード線に、電圧発生回路10Aにより発生した所定の電圧がワード線駆動回路6からサブロウデコーダ4内の、選択されたワード線に接続され、これに所定の電圧が印加される。
これと同様な制御によって非選択ワード線については、通常、選択されたワード線より低く、メモリトランジスをオンさせる程度の電圧(パス電圧)が印加される。また、選択されたブロック内のセレクトゲート線SGに対しては、通常、電源電圧相当の電圧がサブロウデコーダ4から印加される。
The basic operation of the memory peripheral circuit will be briefly described as follows, for example.
First, an address signal ADR (address bits A1 to Am + n) inputted in a state where a chip enable signal (not shown) is “high (H)” is passed through an address buffer (
A block selection bit included in a part of the input address signal (address bits Am + 1 to Am + n) is decoded by the
By a similar control, a voltage (pass voltage) that is lower than the selected word line and that turns on the memory transistor is normally applied to the unselected word line. In addition, a voltage corresponding to the power supply voltage is normally applied from the
一方、前記入力されたアドレス信号ADRの残りのアドレスビットA1〜Amがカラムデコーダ5によりデコードされ、このアドレスビットにより指定された選択列の列選択信号YSがカラム選択回路8に出力される。カラム選択回路8は、この列選択信号YSに応じて特定されるビット線BLに、電圧発生回路10Bにより発生した所定の電圧がページラッチ回路7を通して供給される。
ページラッチ回路7は、データをページ(1ワード線に接続されているメモリセル群)単位で保持でき、そのページ内の任意のデータ(たとえば1ワード、8バイト)を単位として、選択されたブロックのビット線BLに供給する。また、SAアレイ9は読み出し時に活性化され、ビット線BLに現出した電位差を増幅し、読み出しデータとして不図示のバスに出力する。
なお、電圧発生回路10Bは、制御回路11からの制御信号CSおよびメインロウデコーダ3からのブロック選択信号(不図示)に応じて、選択されたブロックのウェルに所定の電圧を供給する。
On the other hand, the remaining address bits A 1 to Am of the input address signal ADR are decoded by the
The page latch circuit 7 can hold data in units of pages (a group of memory cells connected to one word line), and a selected block in units of arbitrary data (for example, 1 word, 8 bytes) in the page. To the bit line BL. The SA array 9 is activated at the time of reading, amplifies the potential difference appearing on the bit line BL, and outputs it as read data to a bus (not shown).
The voltage generation circuit 10B supplies a predetermined voltage to the well of the selected block in response to the control signal CS from the control circuit 11 and the block selection signal (not shown) from the
この基本動作においてワード線WLに印加される電圧、セレクトゲート線SGに印加される電圧、ビット線BLに印加される電圧、および、ウェルに印加される電圧と、それらの印加タイミングは、書き込み、消去、読み出しのモードと、その各モードにおける具体的な動作方法に応じて異なる。そのタイミング制御は、制御回路11がクロックを元に生成した制御信号CSによってメモリ周辺回路全体で統制される。 In this basic operation, the voltage applied to the word line WL, the voltage applied to the select gate line SG, the voltage applied to the bit line BL, the voltage applied to the well, and their application timing are written, It differs depending on the erasing and reading modes and the specific operation method in each mode. The timing control is controlled in the entire memory peripheral circuit by a control signal CS generated by the control circuit 11 based on the clock.
本実施の形態において図1および図2に示すメモリセルアレイは、1ビットごとの消去と書き込みが可能なバイアス印加条件が図3に示すメモリ周辺回路から与えられることによって、バイト書き換え用途に対処する。
通常、データの書き換えは、消去動作とそれに続く書き込み動作により行われる。以下、ONO膜内の電荷蓄積手段に電子を注入することによりデータの書き込みを行い、電荷蓄積手段に正孔を注入することによりデータを消去する動作について述べる。なお、データの書き込みと消去の定義は逆の場合もある。つまり、書き換え対象のメモリトランジスタに電子を注入した状態が消去状態であり、この消去状態から任意のメモリセルにホールを注入しデータの書き込みを行ってもよい。
In this embodiment, the memory cell array shown in FIG. 1 and FIG. 2 copes with byte rewriting use by giving a bias application condition capable of erasing and writing for each bit from the memory peripheral circuit shown in FIG.
Normally, data is rewritten by an erase operation and a subsequent write operation. The operation of writing data by injecting electrons into the charge storage means in the ONO film and erasing data by injecting holes into the charge storage means will be described below. The definition of writing and erasing data may be reversed. That is, the state in which electrons are injected into the memory transistor to be rewritten is the erased state, and data may be written by injecting holes into an arbitrary memory cell from this erased state.
最初に、データの書き込みについて述べる。
図4(A)に書き込み対象のメモリトランジスタにおける電圧印加条件、図4(B)にメモリセルアレイにおける電圧印加条件を示す。また、図5(A)〜図5(K)は、書き込み動作のタイミングチャートである。
ここでは書き込み時に、チャネル・ホットエレクトロン注入により、電荷蓄積膜の局部に電子を注入する。図4(B)は、書き込みで選択されたメモリトランジスタがワード線WL3に接続されている場合を例示する。
First, data writing will be described.
FIG. 4A shows voltage application conditions in the memory transistor to be written, and FIG. 4B shows voltage application conditions in the memory cell array. FIGS. 5A to 5K are timing charts of the write operation.
Here, at the time of writing, electrons are injected into the local portion of the charge storage film by channel hot electron injection. FIG. 4B illustrates a case where the memory transistor selected by writing is connected to the word line WL3.
まず、本実施の形態における書き込み時の電圧印加の概略を述べる。
ワード線WL3に接続されているメモリトランジスタの中から、書き込みデータ(書き込みワード)のビット数に対応する数だけ、2のn乗個ごとに1つのメモリトランジスタを選択する。図4(B)の例においては図示の関係上、2個ごとに1つのメモリトランジスタ、ここではメモリトランジスタM13,M33を選択する。
このためには、図4(B)に示すように、ワード線WL3に最も高い正電圧であるプログラム電圧9Vを印加し、他のワード線WL1,WL2およびWL4はパス電圧として6Vを印加する。
一方、ビット線には1本おきの偶数番号のビット線BL2とBL4に書き込みドレイン電圧4.5Vを印加する。なお、奇数番号のビット線BL1,BL3およびBL5ならびにPウェル21(図2参照)は接地電圧0Vで保持する。また、第1〜第4セレクトゲート線SG1〜SG4の必要なものに、セレクトトランジスタをオンする程度の電圧、たとえば6Vを印加する。
First, an outline of voltage application at the time of writing in this embodiment will be described.
From the memory transistors connected to the word line WL3, one memory transistor is selected for every 2 n powers, corresponding to the number of bits of write data (write word). In the example of FIG. 4B, one memory transistor, here, memory transistors M13 and M33 is selected every two because of the relationship shown.
For this purpose, as shown in FIG. 4B, the
On the other hand, a write drain voltage of 4.5 V is applied to every other even-numbered bit lines BL2 and BL4. The odd-numbered bit lines BL1, BL3 and BL5 and the P well 21 (see FIG. 2) are held at the ground voltage of 0V. A voltage sufficient to turn on the select transistor, for example, 6 V, is applied to the necessary ones of the first to fourth select gate lines SG1 to SG4.
図4(A)は、これらの電圧下におけるメモリトランジスタM13(およびM33)を示している。図4(A)における符号Aに示すように、メモリトランジスタM13(およびM33)の電荷蓄積膜30に対し、そのドレイン側(正の電圧4.5Vを供給する側)の局部に、チャネル・ホットエレクトロン注入により電子が注入される。
なお、電荷蓄積膜30の反対側の局部に電子を注入する場合は、ビット線BL1とBL2の電圧関係、ビット線BL3とBL4の電圧関係、ならびに、セレクトゲート線SG2とSG4の電圧関係を上記と反転する。
FIG. 4A shows the memory transistor M13 (and M33) under these voltages. As indicated by reference symbol A in FIG. 4 (A), channel hot is provided locally on the drain side (side supplying a positive voltage of 4.5 V) with respect to the
When electrons are injected into the local portion on the opposite side of the
つぎに、図4(A)に示す局部Aへの電子注入の具体的な電圧印加タイミングを、図5を参照しつつ述べる。
この記述は、反対側の局部への電子注入においても、上記電圧関係の反転を前提として同様に適用できる。
Next, specific voltage application timings for electron injection into the local part A shown in FIG. 4A will be described with reference to FIG.
This description can be similarly applied to the injection of electrons to the local part on the opposite side on the assumption that the voltage relationship is reversed.
データの書き込み期間中、図5(I)および(K)に示すように、奇数番号のビットBL1,BL3およびBL5、ならびに、Pウェル(P-well)を0Vで保持し続ける。
データ書き込み前の期間(T1)において、書き込みデータを、図3に示すページラッチ回路7から各ビット線に設定する。ここでは図5(J)に示すように、偶数番号のビット線BL2,BL4について、対応するメモリトランジスタM13,M33のドレイン側局部に電子を注入する場合は4.5V、そうでない場合は0Vを設定する。このビット線へのデータ設定期間T1において、それ以外の全ての線、すなわち、ワード線WL1〜WL4および第1〜第4セレクトゲート線SG1〜SG4を0Vとしておく。
During the data writing period, as shown in FIGS. 5I and 5K, the odd-numbered bits BL1, BL3 and BL5 and the P-well are kept at 0V.
In a period (T1) before data writing, write data is set to each bit line from the page latch circuit 7 shown in FIG. Here, as shown in FIG. 5J, for even-numbered bit lines BL2 and BL4, 4.5V is applied when electrons are injected into the drain side local portions of the corresponding memory transistors M13 and M33, and 0V is applied otherwise. Set. In the data setting period T1 for the bit line, all other lines, that is, the word lines WL1 to WL4 and the first to fourth select gate lines SG1 to SG4 are set to 0V.
図5(A)および(C)に示すように、時点T2において、第1および第3のセレクトゲート線SG1,SG3の電圧を0Vから6Vに立ち上げる。また、同時(時点T2)に、図5(E),(F)および(H)に示すように、非選択ワード線WL1,WL2,WL4の電圧を0Vから6Vに立ち上げる。
非選択ワード線WL1,WL2,WL4の電圧を6Vにするのは、非選択のメモリトランジスタM11,M12,M14,M31,M32,M34をパストランジスタとして機能させ、偶数番号のビット線BL2およびBL4に設定されている電圧(0Vまたは4.5V)を、書き込み対象のメモリトランジスタM13およびM33のドレイン(ソース・ドレイン領域22:図2参照)に伝達するためである。
図4(B)において非選択の列にあってワード線WL3に接続されているメモリトランジスタM23とM43に関しては、書き込みを阻止するため、図5(B)に示すように第2セレクトゲートSG2の電圧を0Vのまま維持する。図5(D)に示すように、この時点T2を含め書き込み動作期間中、第4セレクトゲートSG4の電圧は0Vでも6Vでもよい。
As shown in FIGS. 5A and 5C, at time T2, the voltages of the first and third select gate lines SG1 and SG3 are raised from 0V to 6V. At the same time (time T2), as shown in FIGS. 5E, 5F, and 5H, the voltages of the unselected word lines WL1, WL2, and WL4 are raised from 0V to 6V.
The voltage of the unselected word lines WL1, WL2, and WL4 is set to 6V because the unselected memory transistors M11, M12, M14, M31, M32, and M34 function as pass transistors, and the even-numbered bit lines BL2 and BL4 are connected to each other. This is because the set voltage (0 V or 4.5 V) is transmitted to the drains of the memory transistors M13 and M33 to be written (source / drain region 22: see FIG. 2).
In FIG. 4B, the memory transistors M23 and M43 that are in the non-selected column and are connected to the word line WL3 have the second select gate SG2 as shown in FIG. The voltage is maintained at 0V. As shown in FIG. 5D, the voltage of the fourth select gate SG4 may be 0V or 6V during the write operation period including this time T2.
時点T2において、図5(G)に示すように選択ワード線WL3は0Vのままとし、書き込み対象のメモリトランジスタM13とM33のオフ状態を維持する。こうすることで、実際に書き込みが開始される(つぎの時点T3)までに、書き込み対象のトランジスタM13とM33のドレインに偶数番号のビット線BL2,BL4の電圧(0Vまたは4.5V)を伝達し、そのソースに奇数番号のビット線BL1,BL3の電圧0Vを伝達する時間的猶予が与えられる。
なお、第1NANDストリングを例にとると、ビット線BL2の電圧が4.5Vの場合、メモリトランジスタM13のソースとドレイン間に4.5Vが印加されるが、ビット線BL2の電圧が0Vの場合、メモリトランジスタM13のソースとドレイン間に電位差が生じない。また、メモリトランジスタM11,M12,M14に関し、これらはパストランジスタとして機能しソース電圧とドレイン電圧が同じ電圧となることから、ソースとドレイン間に電圧差が生じない。
At time T2, as shown in FIG. 5G, the selected word line WL3 is kept at 0V, and the memory transistors M13 and M33 to be written are maintained in the OFF state. By doing so, the voltages (0 V or 4.5 V) of the even-numbered bit lines BL2 and BL4 are transmitted to the drains of the transistors M13 and M33 to be written before the actual writing is started (next time T3). Then, a time lag is given to transmit the
Taking the first NAND string as an example, when the voltage of the bit line BL2 is 4.5V, 4.5V is applied between the source and drain of the memory transistor M13, but when the voltage of the bit line BL2 is 0V. A potential difference does not occur between the source and drain of the memory transistor M13. Further, regarding the memory transistors M11, M12, and M14, these function as pass transistors, and the source voltage and the drain voltage become the same voltage, so that no voltage difference occurs between the source and the drain.
つぎに時点T3において、図5(G)に示すように、選択されたワード線WL3を0Vから9Vに立ち上げる。これにより書き込み対象のメモリトランジスタM13とM33のうち、ソースおよびドレイン間電圧が4.5Vのメモリトランジスタにチャネルが形成され、ソースからチャネルに供給された電子がドレイン側でエネルギーを得て、その一部がホットエレクトロンとなる。ホットエレクトロンの一部が、ワード線WL3に印加されたプログラム電圧9Vによって電荷蓄積膜30のドレイン側局部Aに注入される(図4(A)参照)。
所定の書き込みパルス幅に応じた所定時間が経過した時点T4において、選択されたワード線WL3の電圧を9Vから0Vに立ち下げる。
その後、時点T5において、図5(A)〜(H)に示すように、全てのワード線WL1〜WL4と全てのセレクトゲート線SG1〜SG4とを0Vに戻し、これにより書き込み動作を終了する。
Next, at time T3, as shown in FIG. 5G, the selected word line WL3 is raised from 0V to 9V. As a result, a channel is formed in the memory transistor having a source-drain voltage of 4.5 V among the memory transistors M13 and M33 to be written, and electrons supplied from the source to the channel obtain energy on the drain side, The part becomes hot electrons. A part of the hot electrons is injected into the drain side local portion A of the
At a time T4 when a predetermined time corresponding to a predetermined write pulse width elapses, the voltage of the selected word line WL3 is lowered from 9V to 0V.
Thereafter, at time T5, as shown in FIGS. 5A to 5H, all the word lines WL1 to WL4 and all the select gate lines SG1 to SG4 are returned to 0 V, thereby completing the write operation.
以上の書き込み動作において、ワード線WL3に接続され、ゲートにプログラム電圧9Vが印加された非選択のメモリトランジスタM23とM43において、ソースおよびドレイン(並びにPウェル)が0Vで保持されているため、プログラム電圧が高いとファウラーノルドハイム(FN)トンネル機構によりチャネル全面から電子が注入される。ところが、本例の場合、プログラム電圧が9Vであり、FG型の書き込み電圧より十分に低く、このような電子の注入は起こらない。また、他の非選択行のメモリトランジスタ、すなわちパストランジスタM11〜M41、M12〜M42およびM14〜M44においては、前述したようにパス電圧6Vが十分低いため、同様に電子の注入が有効に防止される。
In the above write operation, since the source and drain (and P well) are held at 0 V in the non-selected memory transistors M23 and M43 connected to the word line WL3 and applied with the
このデータの書き込み時に、選択されたワード線WL3に接続されている非選択のメモリトランジスタM23,M43に誤って電子がFNトンネル注入される可能性をさらに低くしたい場合、デバイス構造の変更によって、プログラム電圧の電圧値を9Vから下げることが有効である。これにより不揮発性メモリの信頼性が向上し、低電圧化が実現でき、図3に示すワード線駆動回路(WDR)6および電圧発生回路10Aに必要な高耐圧プロセスの簡易化あるいは削除が可能となる意味で、このデバイス構造の適用は望ましい。 When it is desired to further reduce the possibility that electrons are accidentally injected into the non-selected memory transistors M23 and M43 connected to the selected word line WL3 at the time of data writing, the program is changed by changing the device structure. It is effective to reduce the voltage value from 9V. As a result, the reliability of the nonvolatile memory can be improved and the voltage can be lowered, and the high voltage process required for the word line drive circuit (WDR) 6 and the voltage generation circuit 10A shown in FIG. 3 can be simplified or deleted. In this sense, application of this device structure is desirable.
図6に、この変更後のデバイス構造を模式的に示す。
図6に示すように、ゲート電極(ワード線WL)のチャネル方向両側に位置する2つのソース・ドレイン領域(N+)22の各々に対し、その相対する側に、チャネルが形成されるPウェル(P−)21と同じP型であるが、それより濃度が高い高濃度チャネル領域(P+)26を形成する。この形成は、ゲート電極を形成後に斜めのイオン注入を行うなどの方法により容易に実施できる。
高濃度チャネル領域(P+)26により、これとソース・ドレイン領域(N+)との間でチャネル方向電界が局部的に高まり、ここでホットエレクトロンが発生しやすくなる。その結果、ホットエレクトロンのONO膜(電荷蓄積膜30)への注入効率が高くなる。そのことから、書き込み速度が同一でよければゲート電圧(プログラム電圧)を下げることができる。
たとえば、高濃度チャネル領域(P+)26を含むチャネルやドレインの不純物濃度プロファイルの設計を最適化すれば、図5に示す選択されたワード線WL3の電圧を9Vから6Vに下げても、従来と同じ書き込み速度にできるようになる。こうすると非選択のメモリトランジスタM23およびM43の各々において、そのゲートとPウェルとの間(またはゲートとチャネルとの間)に6Vが加わることとなり、誤って電子が、非選択のメモリトランジスタにFNトンネル注入される可能性が低くなる。
FIG. 6 schematically shows the device structure after this change.
As shown in FIG. 6, for each of two source / drain regions (N + ) 22 located on both sides of the gate electrode (word line WL) in the channel direction, a P well in which a channel is formed on the opposite side. A high concentration channel region (P + ) 26 having the same P type as (P − ) 21 but having a higher concentration is formed. This formation can be easily performed by a method such as oblique ion implantation after forming the gate electrode.
The high-concentration channel region (P + ) 26 locally increases the channel direction electric field between the high-concentration channel region (P + ) 26 and the source / drain regions (N + ), and hot electrons are easily generated here. As a result, the injection efficiency of hot electrons into the ONO film (charge storage film 30) is increased. Therefore, the gate voltage (program voltage) can be lowered if the writing speed is the same.
For example, if the design of the impurity concentration profile of the channel and drain including the high-concentration channel region (P + ) 26 is optimized, even if the voltage of the selected word line WL3 shown in FIG. The same writing speed can be achieved. As a result, in each of the non-selected memory transistors M23 and M43, 6V is applied between the gate and the P-well (or between the gate and the channel), and electrons are mistakenly applied to the non-selected memory transistors. The possibility of tunnel injection is reduced.
つぎに、データの消去について述べる。
図7(A)に消去対象のメモリトランジスタにおける電圧印加条件、図7(B)にメモリセルアレイにおける電圧印加条件を示す。また、図8(A)〜図8(K)は、消去動作のタイミングチャートである。
ここでは、ビットごとの消去が可能なバンド−バンド間トンネル電流を利用したホットホールを電荷蓄積膜の局部A(電子保持部)に注入することにより、データの消去を行う。図7(B)は、消去で選択されたメモリトランジスタがワード線WL3に接続されている場合を例示する。
Next, data erasure will be described.
FIG. 7A shows voltage application conditions in the memory transistor to be erased, and FIG. 7B shows voltage application conditions in the memory cell array. FIGS. 8A to 8K are timing charts of the erase operation.
Here, data is erased by injecting hot holes using a band-to-band tunneling current capable of erasing bit by bit into the local portion A (electron holding portion) of the charge storage film. FIG. 7B illustrates a case where the memory transistor selected for erasing is connected to the word line WL3.
まず、本実施の形態における消去時の電圧印加の概略を述べる。
ワード線WL3に接続されているメモリトランジスタの中から、消去データ(消去ワード)のビット数に対応する数だけ、2のn乗個ごとに1つのメモリトランジスタを選択する。図7(B)の例においては図示の関係上、2個ごとに1つのメモリトランジスタ、ここではメモリトランジスタM13,M33を選択する。
このためには、図7(B)に示すように、ワード線WL3に負電圧である消去ゲート電圧(−5V)を印加し、他のワード線WL1,WL2およびWL4はパス電圧として7Vを印加する。
一方、ビット線には1本おきの偶数番号のビット線BL2とBL4に消去ドレイン電圧5Vを印加する。なお、奇数番号のビット線BL1,BL3およびBL5nならびにPウェル21(図2参照)は接地電圧0Vで保持する。なお、Pウェル21は1V程度で保持してもよい。また、第1〜第4セレクトゲート線SG1〜SG4の必要なものに、セレクトトランジスタをオンする程度の電圧、たとえば7Vを印加する。
First, an outline of voltage application at the time of erasing in the present embodiment will be described.
One memory transistor is selected from the memory transistors connected to the word line WL3 for every 2 n powers, corresponding to the number of bits of erase data (erase word). In the example of FIG. 7B, one memory transistor, two memory transistors M13 and M33 in this example, are selected every two because of the illustrated relationship.
For this purpose, as shown in FIG. 7B, an erase gate voltage (−5V) which is a negative voltage is applied to the word line WL3, and 7V is applied as the pass voltage to the other word lines WL1, WL2 and WL4. To do.
On the other hand, an erase drain voltage of 5 V is applied to every other even-numbered bit lines BL2 and BL4. The odd-numbered bit lines BL1, BL3 and BL5n and the P well 21 (see FIG. 2) are held at the ground voltage of 0V. The P well 21 may be held at about 1V. A voltage sufficient to turn on the select transistor, for example, 7 V, is applied to necessary ones of the first to fourth select gate lines SG1 to SG4.
図7(A)は、これらの電圧下におけるメモリトランジスタM13(およびM33)を示している。図7(A)における符号Aに示すように、メモリトランジスタM13(およびM33)の電荷蓄積膜30に対し、ドレイン側(正の電圧5Vを供給する側)の局部に、バンド−バンド間トンネル電流を利用したホットホール注入がなされる。
なお、電荷蓄積膜30の反対側の局部にホールを注入する場合は、ビット線BL1とBL2の電圧関係、ビット線BL3とBL4の電圧関係、セレクトゲート線SG1とSG3の電圧関係ならびに、セレクトゲート線SG2とSG4の電圧関係を上記と反転する。
FIG. 7A shows the memory transistor M13 (and M33) under these voltages. As shown by reference symbol A in FIG. 7A, a band-to-band tunneling current is locally present on the drain side (the side supplying the
When holes are injected into the local portion on the opposite side of the
つぎに、図7(A)に示す局部Aへのホール注入の具体的な電圧印加タイミングを、図8を参照しつつ述べる。この記述は、反対側の局部へのホール注入においても、上記電圧関係の反転を前提として同様に適用できる。 Next, a specific voltage application timing of hole injection to the local part A shown in FIG. 7A will be described with reference to FIG. This description can be similarly applied to hole injection into the local part on the opposite side on the assumption that the voltage relationship is reversed.
データの消去期間中、図8(I)および(K)に示すように、奇数番号のビットBL1,BL3およびBL5を0V、Pウェル(P-well)を0Vまたは1Vで保持し続ける。
データ消去前の期間(T1)において、消去データを、図3に示すページラッチ回路7から各ビット線に設定する。ここでは図8(J)に示すように、偶数番号のビット線BL2,BL4について、対応するメモリトランジスタM13,M33のドレイン側局部にホールを注入する場合は5V、そうでない場合は0Vを設定する。このビット線へのデータ設定期間T1において、それ以外の全ての線、すなわち、ワード線WL1〜WL4および第1〜第4セレクトゲート線SG1〜SG4を0Vとしておく。
During the data erasing period, as shown in FIGS. 8I and 8K, the odd-numbered bits BL1, BL3 and BL5 are kept at 0V and the P-well is kept at 0V or 1V.
In a period (T1) before data erasure, erase data is set to each bit line from the page latch circuit 7 shown in FIG. Here, as shown in FIG. 8J, for even-numbered bit lines BL2 and BL4, 5 V is set when holes are injected into the drain side local portions of the corresponding memory transistors M13 and M33, and 0 V is set otherwise. . In the data setting period T1 for the bit line, all other lines, that is, the word lines WL1 to WL4 and the first to fourth select gate lines SG1 to SG4 are set to 0V.
図8(G)に示すように、時点T2において、選択されたワード線WL3を0Vから−5Vに立ち下げる。
続く時刻T3において、図8(A),(C)〜(F)および(H)に示すように、第1,第3および第4セレクトゲート線SG1,SG3およびSG4、ならびに、非選択のワード線WL1,WL2およびWL4を0Vから7Vに立ち上げる。
非選択ワード線WL1,WL2,WL4の電圧を7Vにするのは、非選択のメモリトランジスタM11,M12,M14,M31,M32,M34をパストランジスタとして機能させ、偶数番号のビット線BL2およびBL4に設定されている電圧(0Vまたは5V)を、消去対象のメモリトランジスタM13およびM33のドレイン(ソース・ドレイン領域22:図2参照)に伝達するためである。
図7(B)において非選択の列にあってワード線WL3に接続されているメモリトランジスタM23とM43に関しては、消去を阻止するため、図8(B)に示すように第2セレクトゲートSG2の電圧を0Vのまま維持する。
As shown in FIG. 8G, at time T2, the selected word line WL3 is lowered from 0V to −5V.
At subsequent time T3, as shown in FIGS. 8A, 8C, 8F and 8H, the first, third and fourth select gate lines SG1, SG3 and SG4 and the unselected word Lines WL1, WL2 and WL4 are raised from 0V to 7V.
The voltage of the unselected word lines WL1, WL2, and WL4 is set to 7V because the unselected memory transistors M11, M12, M14, M31, M32, and M34 function as pass transistors, and even-numbered bit lines BL2 and BL4 This is because the set voltage (0 V or 5 V) is transmitted to the drains of the memory transistors M13 and M33 to be erased (source / drain region 22: see FIG. 2).
In FIG. 7B, the memory transistors M23 and M43 in the non-selected column and connected to the word line WL3 have the second select gate SG2 as shown in FIG. 8B to prevent erasure. The voltage is maintained at 0V.
時点T3において、図8(G)に示すように選択ワード線WL3は−5Vのままとする。こうすることで、書き込み対象のメモリトランジスタM13とM33のうち、そのドレインにパストランジスタを通って供給される電圧が5Vのメモリトランジスタにおいて、そのドレインとゲート(ワード線WL3)との間に約10Vの消去電圧が印加される。
その結果、当該ドレイン(ソース・ドレイン領域22:図2参照)において、その表面が深い空乏状態となりエネルギーバンドの曲がりが大きくなり、バンド−バンド間トンネル現象により電子が価電子帯より伝導帯にトンネルする。この際、電子とホール対が発生するが、そのうち電子はN型のソース・ドレイン領域22内に流れて吸収される。一方、発生したホールは接合付近に印加された高電界により加速されてホットホールとなり、チャネル形成領域の中心部側にドリフトする。このホットホールの一部が電荷蓄積膜30内の局部A(図7参照)に局所的に注入される。
このため、選択されたメモリトランジスタM13またはM33が、その局部Aに電子が注入された書き込み状態であり、その閾値電圧が高い場合に、注入されたホットホールにより蓄積されていた電子がホールにより相殺され、当該メモリトランジスタの閾値電圧が消去状態の低いレベルに低下する。
At time T3, the selected word line WL3 remains at −5V as shown in FIG. By doing so, in the memory transistor M13 and M33 to be written, the voltage supplied to the drain of the memory transistor M13 through the pass transistor is about 10 V between the drain and the gate (word line WL3). The erase voltage is applied.
As a result, in the drain (source / drain region 22: see FIG. 2), the surface becomes a deep depletion state, the bending of the energy band increases, and the electrons are tunneled from the valence band to the conduction band by the band-band tunneling phenomenon. To do. At this time, an electron-hole pair is generated, and the electron flows into the N-type source /
For this reason, when the selected memory transistor M13 or M33 is in a writing state in which electrons are injected into the local A and the threshold voltage is high, the electrons accumulated by the injected hot holes are canceled by the holes. As a result, the threshold voltage of the memory transistor is lowered to a low level in the erased state.
なお、この消去動作時に、図7(B)に示すように、第3および第4セレクトゲートSG3とSG4のゲート電圧、ならびに、それに隣接する非選択のメモリトランジスタ行を制御する非選択のワード線WL4を0Vとしてもよい。この場合、セレクトトランジスタS2および非選択のメモリトランジスタM14とM34が全てオフとなり、消去対象のメモリトランジスタM13およびM33のソース(もう一方のソース・ドレイン領域22:図2参照)が電気的にフローティング状態(いわゆるオープン状態)となる。
所定の消去パルス幅に応じた所定時間が経過した時点T4において、図8(A),(C)〜(F)および(H)に示すように、第1,第3および第4セレクトゲート線SG1,SG3およびSG4、ならびに、非選択のワード線WL1,WL2およびWL4を7Vから0Vに立ち下げる。
その後、時点T5において、図8(G)に示すように、選択されたワード線WL3を0Vに戻し、これにより消去動作を終了する。
During this erase operation, as shown in FIG. 7B, the gate voltages of the third and fourth select gates SG3 and SG4 and the non-selected word line for controlling the non-selected memory transistor row adjacent thereto are controlled. WL4 may be set to 0V. In this case, the select transistor S2 and the non-selected memory transistors M14 and M34 are all turned off, and the sources of the memory transistors M13 and M33 to be erased (the other source / drain region 22: see FIG. 2) are in an electrically floating state. (So-called open state).
At a time T4 when a predetermined time corresponding to a predetermined erase pulse width has elapsed, as shown in FIGS. 8A, 8C, 8F, and 8H, the first, third, and fourth select gate lines. SG1, SG3 and SG4 and unselected word lines WL1, WL2 and WL4 are lowered from 7V to 0V.
Thereafter, at time T5, as shown in FIG. 8G, the selected word line WL3 is returned to 0 V, thereby ending the erase operation.
なお、図7(B)に示すように、Pウェル(P-well)21の電圧は通常0Vであるが、小さな正電圧(たとえば1V)を加えることもできる。この場合、ソースをエミッター、Pウェルをベース、ドレインをコレクタとしたNPNトランジスタ動作をさせることとなり、コレクタとベース間におけるインパクトイオン化による電子−正孔対を積極的に発生させて正孔発生量が増え、消去効率がより向上することから、Pウェルを若干正にバイアスすることは望ましい。 As shown in FIG. 7B, the voltage of the P-well 21 is normally 0V, but a small positive voltage (for example, 1V) can be applied. In this case, the NPN transistor operation is performed with the emitter as the source, the P well as the base, and the drain as the collector. Electron-hole pairs are generated positively by impact ionization between the collector and the base, and the amount of generated holes is increased. It is desirable to bias the P-well slightly positive because it increases and erase efficiency is further improved.
上記示した書き込み動作と消去動作は、ともに1ビットごとに選択しての動作が可能である。よって逆に、本実施の形態においては、前述したように書き込み動作を消去動作とし、消去動作を書き込み動作として捉えてもよい。 Both the write operation and the erase operation shown above can be selected for each bit. Therefore, conversely, in this embodiment, as described above, the write operation may be regarded as an erase operation, and the erase operation may be regarded as a write operation.
データの読み出し動作は、データ書きこみ時のドレインからソースに電流が流れる通常の読み出し(以下、フォワードリード方式と称す)と、データの読み出し時のドレインとソースのバイアスを、データの書き込み時には逆にし、書き込み時のソースからドレインに電流を流す逆方向の読み出し(以下、リバースリード方式と称す)のいずれかにより行う。以下には、リバースリード方式の場合を示す。 In the data read operation, the bias of the drain and source when reading data is reversed during normal data read (hereinafter referred to as the forward read method) in which current flows from the drain to the source during data write. The reading is performed by one of reverse readings (hereinafter referred to as a reverse reading method) in which a current flows from the source to the drain during writing. The case of the reverse read method is shown below.
図9(A)に読み出し対象のメモリトランジスタにおける電圧印加条件、図9(B)にメモリセルアレイにおける電圧印加条件を示す。また、図10(A)〜図10(K)は、読み出し動作のタイミングチャートである。
ここで図9(B)は、読み出し対象のメモリトランジスタがワード線WL3に接続されている場合を例示する。
FIG. 9A shows voltage application conditions in the memory transistor to be read, and FIG. 9B shows voltage application conditions in the memory cell array. FIGS. 10A to 10K are timing charts of the read operation.
Here, FIG. 9B illustrates the case where the memory transistor to be read is connected to the word line WL3.
データの読み出しはワード線一括、すなわちページ読み出しでもよいが、ここではワード書き込み、ワード消去に対応して、読み出しもワード単位で行うことができる読み出し動作を述べる
ワード線WL3に接続されているメモリトランジスタの中から、読み出しデータ(読み出しワード)のビット数に対応する数だけ、2のn乗個ごとに1つのメモリトランジスタを選択する。図9(B)の例においては図示の関係上、2個ごとに1つのメモリトランジスタ、ここではメモリトランジスタM13,M33を選択する。
このためには、図9(B)に示すように、ワード線WL3に、書き込み後の閾値電圧(たとえば2V)と消去後の閾値電圧(たとえば0.5V)との間の読み出しゲート電圧1.5Vを印加し、他のワード線WL1,WL2およびWL4に対しては、メモリトランジスタの書き込みおよび消去の状態にかかわらず、それらが常にオンする電圧として3Vを印加する。
一方、リバースリード方式においては、ビット線には1本おきの偶数番号のビット線BL2とBL4に読み出し時の基準電圧、たとえば0Vを印加する。また、奇数番号のビット線BL1,BL3およびBL5に読み出しドレイン電圧1.5Vを印加する。なお、フォワードリード方式の場合は、これら偶数番号のビット線と奇数番号のビット線に対する電圧を入れ替える。
また、Pウェル21(図2参照)は接地電圧0Vで保持する。また、第1〜第4セレクトゲート線SG1〜SG4の必要なものに、セレクトトランジスタをオンする程度の電圧、たとえば3Vを印加する。
Data reading may be performed in batches of word lines, that is, page reading, but here, a reading operation in which reading can be performed in units of words corresponding to word writing and word erasing is described. Memory transistor connected to word line WL3 One memory transistor is selected every 2 n to the number corresponding to the number of bits of read data (read word). In the example of FIG. 9B, one memory transistor, here, memory transistors M13 and M33 is selected every two because of the illustrated relationship.
For this purpose, as shown in FIG. 9B, a
On the other hand, in the reverse read method, a reference voltage at the time of reading, for example, 0 V, is applied to every other even-numbered bit lines BL2 and BL4. Further, a read drain voltage of 1.5 V is applied to the odd-numbered bit lines BL1, BL3 and BL5. In the forward read method, the voltages for the even-numbered bit lines and the odd-numbered bit lines are switched.
The P well 21 (see FIG. 2) is held at a ground voltage of 0V. A voltage sufficient to turn on the select transistor, for example, 3 V, is applied to the necessary ones of the first to fourth select gate lines SG1 to SG4.
図9(A)は、これらの電圧下におけるメモリトランジスタM13(およびM33)を示している。図9(A)における符号Aに示すように、メモリトランジスタM13(およびM33)の電荷蓄積膜30に対し、書き込み時にドレインとなっていた局部Aの蓄積電荷量に応じて、当該メモリトランジスタのチャネルが導電性(オン状態)となるか、ほぼ非導電性(オフ状態)となるかが決定される。このチャネルのオンまたはオフに応じて、読み出し電流が変動する。この電流変動を図3に示すSAアレイ9により増幅してデータとして読み出す。 FIG. 9A shows the memory transistor M13 (and M33) under these voltages. As indicated by reference numeral A in FIG. 9A, the channel of the memory transistor M13 (and M33) of the memory transistor M13 (and M33) depends on the accumulated charge amount of the local A that has become the drain at the time of writing. Is conductive (on state) or nearly non-conductive (off state). The read current varies depending on whether the channel is on or off. This current fluctuation is amplified by the SA array 9 shown in FIG. 3 and read as data.
つぎに、図9(A)に示す局部Aに書き込まれているデータを読み出すときの具体的な電圧印加タイミングを、図10を参照しつつ述べる。
この記述は、反対側の局部に書き込まれているデータを読み出す場合においても、奇数番号のビット線と偶数番号のビット線において、それらの電圧関係の反転を前提として同様に適用できる。なお、フォワード読み出し方式における、反対側の局部に書き込まれているデータの読み出しは、以下の記述がそのまま適用できる。
Next, specific voltage application timing when data written in the local part A shown in FIG. 9A is read will be described with reference to FIG.
This description can be similarly applied to the case where the data written in the local part on the opposite side is read out on the assumption that the voltage relationship between the odd-numbered bit line and the even-numbered bit line is inverted. Note that the following description can be applied as it is to reading data written in the opposite local part in the forward reading method.
データの読み出し期間中、図10(I)〜(K)に示すように、奇数番号のビットBL1,BL3およびBL5を読み出しドレイン電圧1.5Vで保持し、偶数番号のビット線BL2とBL4、ならびに、Pウェル(P-well)を0Vで保持し続ける。なお、奇数番号のビット線は1.5Vを印加した後、時点T2までにはフローティング状態にする必要がある。 During the data read period, as shown in FIGS. 10I to 10K, the odd-numbered bits BL1, BL3, and BL5 are held at the read drain voltage of 1.5 V, and the even-numbered bit lines BL2 and BL4, and The P-well is kept at 0V. Note that the odd-numbered bit lines need to be in a floating state by the time T2 after applying 1.5V.
図10(A)および(C)に示すように、時点T2において、第1および第3のセレクトゲート線SG1,SG3の電圧を0Vから3Vに立ち上げる。また、同時(時点T2)に、図10(E),(F)および(H)に示すように、非選択ワード線WL1,WL2,WL4の電圧を0Vから3Vに立ち上げ、図10(G)に示すように選択されたワード線WL3の電圧を0Vから1.5Vに立ち上げる。
非選択ワード線WL1,WL2,WL4の電圧を3Vにするのは、非選択のメモリトランジスタM11,M12,M14,M31,M32,M34をパストランジスタとして機能させ、偶数番号のビット線BL2およびBL4に設定されている電圧0Vを、書き込み対象のメモリトランジスタM13およびM33のソースに伝達し、奇数番号のビット線BL1,BL3およびBL5に設定されている電圧1.5Vを、書き込み対象のメモリトランジスタM13およびM33のドレインに伝達するためである。
図9(B)において非選択の列にあってワード線WL3に接続されているメモリトランジスタM23とM43に関しては、読み出しを阻止するため、図10(B)および(D)に示すように第2セレクトゲートSG2および第4セレクトゲートSG4の電圧を0Vのまま維持する。この電圧0Vは、この時点T2を含め読み出し期間中維持される。
As shown in FIGS. 10A and 10C, at time T2, the voltages of the first and third select gate lines SG1 and SG3 are raised from 0V to 3V. At the same time (time point T2), as shown in FIGS. 10E, 10F, and 10H, the voltages of the unselected word lines WL1, WL2, WL4 are raised from 0 V to 3 V, and FIG. The voltage of the selected word line WL3 is raised from 0V to 1.5V as shown in FIG.
The voltage of the unselected word lines WL1, WL2, and WL4 is set to 3V because the unselected memory transistors M11, M12, M14, M31, M32, and M34 function as pass transistors, and even-numbered bit lines BL2 and BL4 are connected to each other. The
As shown in FIGS. 10B and 10D, the memory transistors M23 and M43 in the non-selected column and connected to the word line WL3 in FIG. The voltages of the select gate SG2 and the fourth select gate SG4 are maintained at 0V. This
これにより、メモリトランジスタM13およびM33において、図9(A)に示す局部Aのデータの書き込み状態(電子の保持電荷量)に応じて、当該メモリトランジスタがオンまたはオフすることから、それによって読み出し電流が変化し、これがセンスアンプSA(図3)によって増幅されてバスに読み出される。
図10(A),(C),(E)〜(H)に示すように、時点T2を起点として、このような読み出しに必要な十分な時間が経過した時点T3において、3Vまたは1.5Vが印加されていたワード線またはセレクトゲート線の全ての電圧を0Vに戻し、これにより読み出し動作を終了する。
Accordingly, in the memory transistors M13 and M33, the memory transistor is turned on or off in accordance with the data writing state (electron holding charge amount) of the local A shown in FIG. Changes and is amplified by the sense amplifier SA (FIG. 3) and read out to the bus.
As shown in FIGS. 10A, 10 </ b> C, and 10 </ b> E to 10 </ b> H, 3 V or 1.5 V is obtained at time T <b> 3 when a sufficient time necessary for such reading has elapsed from time T <b> 2. All the voltages of the word line or select gate line to which the voltage is applied are returned to 0 V, thereby completing the read operation.
メモリトランジスタ構造に関し、以下の変更が可能である。
トランジスタの電荷蓄積膜の構造は、いわゆるMONOS型に限定されず、たとえば、MNOS型でもよい。また、主に電荷の蓄積を行う膜は窒化膜32に限定されず、たとえばAl2O5あるいはTa2O3などの電荷とラップを離散的に有する高誘電体膜を用いてもよい。
また、メモリトランジスタが形成される半導体としては、Pウェル等のウェルやバルクシリコン基板に限定されず、たとえば、SOI基板におけるSOI半導体層、あるいは、基板の積層構造内の薄膜ポリシリコンなどであってもよい。
The following changes can be made to the memory transistor structure.
The structure of the charge storage film of the transistor is not limited to the so-called MONOS type, and may be, for example, an MNOS type. The film that mainly accumulates charges is not limited to the
The semiconductor on which the memory transistor is formed is not limited to a well such as a P well or a bulk silicon substrate. For example, an SOI semiconductor layer in an SOI substrate or a thin film polysilicon in a stacked structure of the substrate Also good.
本実施の形態では以下の利点がある。
第1に、書き込み、消去および読み出しの全ての動作が任意の単位、すなわちワード単位(たとえばバイト単位)、あるいは、さらに細かくビット単位で可能である。これは、とくに本実施の形態において書き込みと消去の動作において、ビット単位での電荷注入が可能な2つの電荷注入、すなわち、チャネル・ホットエレクトロン注入と、バンド−バンド間トンネル電流に起因したホットホール注入との組み合わせを用いたことによりもたらされた利点である。
This embodiment has the following advantages.
First, all the operations of writing, erasing and reading can be performed in arbitrary units, that is, in units of words (for example, in units of bytes) or finer in units of bits. This is because, in particular, in the present embodiment, in the write and erase operations, two charge injections that allow charge injection in bit units, that is, channel hot electron injection, and hot holes caused by band-to-band tunneling current. This is an advantage brought about by using a combination with injection.
このように任意のデータ単位での書き換えができない不揮発性メモリにおいて、今まで記憶されていたデータを、その一部のみ異なるデータに置き換える場合、その書き換えではデータを一旦、全部消去してから、一部が異なる新たなデータを書き込む必要がある。しかし、このデータの多くのビットは本来消去が不要なものであり、それを消去して、また同じビットデータを書き込むのでは無駄が多く、電力も無駄に消費され、書き換えに要する時間も長かった。
しかし、本実施の形態によって書き換えが必要なビット箇所だけ消去して、そこに、新たなデータを書き込むことができることから、消費電力の低減および書き換え動作の高速化が進展する。
また、とくにバンド−バンド間トンネル電流を利用した電荷注入は、局部的なチャネルを形成しないで行うため消費電流が少なくてすむという利点もある。
In such a nonvolatile memory that cannot be rewritten in an arbitrary data unit, when replacing data that has been stored up to now with data that differs only partially, the data must be erased once and then rewritten. It is necessary to write new data with different parts. However, many bits of this data are originally unnecessary to be erased, and erasing them and writing the same bit data is wasteful, wastes power, and takes a long time to rewrite. .
However, according to the present embodiment, only bit portions that need to be rewritten can be erased and new data can be written there, so that power consumption can be reduced and rewriting operation speeded up.
In particular, charge injection using a band-to-band tunneling current is performed without forming a local channel, so that there is an advantage that current consumption can be reduced.
第2に、高濃度チャネル領域を有することから、とくにチャネル・ホットエレクトロン注入においてプログラム電圧の低減が可能である。この利益は、前述したようにチャネル方向の電界集中が高まることから得られたが、同様な作用は、バンド−バンド間トンネル電流に起因して発生したホールがドリフトする加速電界の集中としても効果があることから、効率的なホットホールの生成にも寄与し得るものである。また、このときウェルを正に若干バイアスすることも、この効率的なホットホール生成に寄与する。
以上より、書き込みおよび消去時の電圧が低減でき、あるいは、書き込みおよび消去時の速度が向上する。
Second, since the high-concentration channel region is provided, the program voltage can be reduced particularly in channel hot electron injection. This benefit was obtained from the fact that the electric field concentration in the channel direction is increased as described above, but the same effect is also effective as the concentration of the accelerating electric field in which holes generated due to the band-to-band tunnel current drift. Therefore, it can contribute to the generation of efficient hot holes. In addition, biasing the well slightly at this time also contributes to this efficient hot hole generation.
As described above, the voltage during writing and erasing can be reduced, or the speed during writing and erasing can be improved.
第3に、1つのメモリトランジスタへ2ビットのデータを記憶させることができ、それに加えて、図1に示すようにビットコンタクトが2つのNANDストリングで共有されるセルアレイ構造を有することから、ビット当たりの占有面積が小さいという利点がある。 Thirdly, two bits of data can be stored in one memory transistor, and in addition, since the bit contact has a cell array structure shared by two NAND strings as shown in FIG. There is an advantage that the occupied area is small.
図11に、トランジスタ占有面積の説明図を示す。
一般に、実効的なメモリセルの面積は、1つのメモリトランジスタの占有面積と、共有部分をメモリトランジスタ数で割った部分の面積との合計で表される。
本実施の形態におけるメモリトランジスタの占有面積は、図11に示すように、ワード線ピッチ2.5F(F:製造プロセスにおける最小寸法)と、素子分離絶縁層ピッチ2Fを掛け合わせた5F2となる。ここでワード線はポリシリコンからなる。
1セル当り2ビットなので1ビット当りのトランジスタ占有面積は2.5F2となり、この面積は比較的小さい。ただし、実際はNANDストリング内のセレクトトランジスタやビットコンタクトの面積を考慮に入れなければならないので、ビット当りの面積は2.5F2より少し大きくなる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the transistor occupation area.
In general, the area of an effective memory cell is represented by the sum of the area occupied by one memory transistor and the area of a portion obtained by dividing the shared portion by the number of memory transistors.
As shown in FIG. 11, the area occupied by the memory transistor in the present embodiment is 5F 2 obtained by multiplying the word line pitch 2.5F (F: minimum dimension in the manufacturing process) by the element isolation insulating
Since there are 2 bits per cell, the area occupied by the transistors per bit is 2.5 F 2 , which is relatively small. However, in practice because it must take into account the area of the select transistor and the bit contact in the NAND string, area per bit is a little larger than 2.5F 2.
本発明は、いわゆるNANDストリング(トランジスタ列)を有し、選択されたメモリトランジスタに対しデータを電気的に書き込み、消去可能な不揮発性メモリデバイスの電荷注入の用途に広く適用できる。 The present invention has a so-called NAND string (transistor string), and can be widely applied to the use of charge injection in a nonvolatile memory device capable of electrically writing and erasing data to a selected memory transistor.
1…メモリセルアレイ、2a,2b…アドレスバッファ、3…メインロウでコーダ、4…サブロウデコーダ、5…カラムデコーダ、6…ワード線駆動回路、7…ページラッチ回路、8…カラム選択回路、9…センスアンプアレイ、10A,10B…電圧発生回路、11…制御回路、20…半導体基板、21…Pウェル、22…ソース・ドレイン領域、30…電荷蓄積膜、31…第1酸化膜、32…窒化膜、33…第2酸化膜、34…ゲート絶縁膜、M13等…メモリトランジスタ、BL1等…ビット線、WL3等…ワード線、SG1等…セレクトゲート線、S1…第1セレクトトランジスタ、S2…第2セレクトトランジスタ、NS1等…NANDストリング
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記選択されたメモリトランジスタのソースとドレイン間にチャネルを形成し、当該チャネルを走行する第1極性電荷を、前記選択されたメモリトランジスタのゲートとチャネルとの間に存在する電荷蓄積膜の前記ドレイン側の第1局部に注入する第1の電荷注入ステップと、
前記第1の電荷注入ステップにおける前記ドレインと前記ソースの機能を入れ替え、前記第1極性電荷を前記チャネル内で走行する向きを逆にすることによって前記電荷蓄積膜の前記第1局部とは反対側の第2局部に、前記第1の電荷注入ステップによって注入された前記第1極性電荷と識別可能な他の第1極性電荷を注入する第2の電荷注入ステップと、
前記第1局部または前記第2局部に対する前記第1極性電荷の注入時に前記ドレインとして機能するソース・ドレイン領域側で、バンド−バンド間トンネル電流に起因した第2極性電荷を発生させ、前記第2極性電荷を前記第1局部または前記第2局部に独立に注入し、注入した前記第2極性電荷によって、前記第1局部または前記第2局部に注入された前記第1極性電荷の少なくとも一部を電気的に相殺する第3の電荷注入ステップと、
を含む不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。 In a nonvolatile memory device having a transistor row including first and second select transistors that are independently controlled to be turned on and off, and a plurality of memory transistors connected in cascade between the first and second select transistors A non-volatile memory device charge injection method for changing a data storage state by injecting charge into a memory transistor selected from the plurality of memory transistors,
A channel is formed between the source and the drain of the selected memory transistor, and the first polarity charge traveling through the channel is transferred to the drain of the charge storage film existing between the gate and the channel of the selected memory transistor. A first charge injection step for injecting the first local portion on the side;
The function of the drain and the source in the first charge injection step is exchanged, and the direction in which the first polarity charge travels in the channel is reversed, so that the charge storage film is opposite to the first local portion. A second charge injection step of injecting into the second local portion of the second local charge, another first polarity charge distinguishable from the first polarity charge injected by the first charge injection step;
A second polarity charge caused by a band-to-band tunnel current is generated on the source / drain region side that functions as the drain when the first polarity charge is injected into the first local portion or the second local portion, and the second polarity charge is generated. Polar charge is injected into the first local part or the second local part independently, and at least a part of the first polar charge injected into the first local part or the second local part is injected by the injected second polar charge. A third charge injection step that electrically cancels;
A method for injecting charges in a nonvolatile memory device comprising:
前記第2極性電荷を注入する前記第1局部または前記第2局部を含む前記電荷蓄積膜上に形成されているゲートに第1極性電圧を印加する第1ステップと、
前記第2極性電荷の注入を阻止すべき前記第1局部または前記第2局部側のソース・ドレイン領域に0Vを印加し、あるいは、電気的フローティング状態とする第2ステップと、
前記第2極性電荷を注入する前記第1局部または前記第2局部側のソース・ドレイン領域に第2極性電圧を印加する第3ステップと、
を含む請求項1に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。 The third charge injection step comprises:
A first step of applying a first polarity voltage to the gate formed on the charge storage film including the first local part or the second local part for injecting the second polar charge;
A second step of applying 0V to the source / drain region on the first local side or the second local side to prevent the injection of the second polarity charge, or bringing into an electrically floating state;
A third step of applying a second polarity voltage to the source / drain region on the first local side or the second local side for injecting the second polarity charge;
The method for injecting charges in a nonvolatile memory device according to claim 1, comprising:
さらに含む請求項2に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。 In the third charge injection step, a semiconductor region having a conductivity type of opposite polarity, which is in contact with the source / drain region on the first local side or the second local side where the second polarity charge is injected, The method of claim 2, further comprising a fourth step of applying a second polarity voltage lower than the second polarity voltage.
請求項2に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。 The semiconductor in which the memory transistor is a semiconductor region having a conductivity type of opposite polarity in contact with the source / drain region on the first local side or the second local side for injecting the second polarity charge, and in which the channel is formed When the semiconductor region has a higher concentration than the region, in the third charge injection step, the source / drain region on the first local side or the second local side into which the second polarity charge is injected is added to the source / drain region in the third step. The charge injection method for a nonvolatile memory device according to claim 2, wherein a second polarity voltage lower than the second polarity voltage is applied.
請求項1に記載の不揮発性メモリデバイスの電荷注入方法。
A semiconductor region between the source / drain region functioning as the source and the source / drain region functioning as the drain is in contact with each of the two source / drain regions and has the same conductivity type as the semiconductor region in which the channel is formed The method for injecting charge into a nonvolatile memory device according to claim 1, wherein a high-concentration channel region having a higher concentration is formed.
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