JP2008217914A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、特にHCI(Hot Carrier Injection:ホットキャリア注入)方式を用いてデータの書き込みを行う不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device that writes data using an HCI (Hot Carrier Injection) method.
HCI方式を用いる不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルに対して、レギュレータ回路により調整された温度変化に対して一定電圧となるような書き込み(Program)電圧を供給するものがある。 Some nonvolatile semiconductor memory devices using the HCI method supply a memory cell with a write voltage that is a constant voltage with respect to a temperature change adjusted by a regulator circuit.
このような不揮発性半導体記憶装置においては、メモリセルの微細化が進み、ゲート長がシュリンク(Shrink)されると、ドレイン電圧が世代と共に変わらない場合には、ドレイン拡散層の電界は高くなり、メモリセルのフローティングゲート電極(電荷蓄積層)へ注入されるHCI量が増加する。この場合、書き込み(Program)特性は良くなるが、HCI量が大きくなるためトンネル酸化膜の劣化量が増加する。その結果、基板とコントロールゲート電極(制御電極)に高電圧を与えてトンネル消去する消去(Erase)方式によりデータ消去動作を行う場合、データの消去時間は増加する。すなわち、酸化膜の劣化はHCI量と相関があるため、書き込み特性が良い場合には、電子のトラップ量が増加するので消去時間の増加に繋がる。特に、この消去時間の増加は、書き込み及び消去回数が増加するに従って顕著に現れる。 In such a nonvolatile semiconductor memory device, when the miniaturization of the memory cell is advanced and the gate length is shrunk, if the drain voltage does not change with the generation, the electric field of the drain diffusion layer becomes high, The amount of HCI injected into the floating gate electrode (charge storage layer) of the memory cell increases. In this case, the write characteristics are improved, but the amount of degradation of the tunnel oxide film increases because the amount of HCI increases. As a result, when a data erasing operation is performed by an erasing method in which a high voltage is applied to the substrate and the control gate electrode (control electrode) to erase the tunnel, the data erasing time increases. That is, since the deterioration of the oxide film has a correlation with the amount of HCI, if the write characteristics are good, the amount of trapped electrons increases, leading to an increase in erasing time. In particular, this increase in the erase time becomes more prominent as the number of write and erase operations increases.
一方、HCI量を低下する方法として、書き込みが可能な限りにドレイン電圧を低下させる方法がある。しかし、この方法を用いた場合でも、書き込み時の温度領域、つまり、高温から低温のすべてを満足するようなHCI量にすることは難しい。具体的には、例えば85℃の高温時(HT)のHCI量は、酸化膜劣化を生じない程度のHCI量であるが、−40℃の低温時(LT)のHCI量は、高温時よりも増加する。 On the other hand, as a method of reducing the amount of HCI, there is a method of reducing the drain voltage as much as possible for writing. However, even when this method is used, it is difficult to achieve an HCI amount that satisfies the temperature range at the time of writing, that is, all of high temperature to low temperature. Specifically, for example, the HCI amount at a high temperature (HT) of 85 ° C. is an HCI amount that does not cause deterioration of the oxide film, but the HCI amount at a low temperature of −40 ° C. (LT) is higher than that at a high temperature. Will also increase.
また、温度検出回路を備えた不揮発性半導体記憶装置については、例えば下記特許文献1乃至特許文献3に記載がある。
本発明は、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができ、かつ、データ消去時間を減少させることができる不揮発性半導体記憶装置を提供する。 The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device that can reduce the amount of degradation of a tunnel oxide film and can reduce the data erasing time.
本発明の第1の態様は、不揮発性半導体記憶装置において、トンネル絶縁膜上に電荷蓄積部を有する不揮発性メモリセルと、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて書き込み電圧を調整して不揮発性メモリセルのドレイン電極に供給する電圧調整回路と、を備える。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device including a nonvolatile memory cell having a charge storage portion on a tunnel insulating film, and a first resistance having a negative temperature characteristic in which a resistance value decreases with increasing temperature. A write voltage is adjusted on the drain electrode of the nonvolatile memory cell based on a combined resistance value of a combined resistance element that serially connects the element and a second resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases as the temperature rises. A voltage adjusting circuit to be supplied.
本発明の第2の態様は、不揮発性半導体記憶装置において、トンネル絶縁膜上に電荷蓄積部を有する不揮発性メモリセルと、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいてゲート電圧を調整して不揮発性メモリセルのコントロールゲート電極に供給する電圧調整回路と、を備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device including a nonvolatile memory cell having a charge storage portion on a tunnel insulating film, and a first resistor having a negative temperature characteristic in which a resistance value decreases with increasing temperature. A control gate electrode of a nonvolatile memory cell by adjusting a gate voltage based on a combined resistance value of a combined resistance element in which the element and a second resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases as the temperature rises are connected in series And a voltage adjusting circuit to be supplied.
本発明の一実施形態によれば、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて書き込み電圧を調整するため、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができ、かつ、データ消去時間を減少させることができる。 According to one embodiment of the present invention, a first resistance element having a negative temperature characteristic whose resistance value decreases as the temperature rises, and a second resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases as the temperature rises, Since the write voltage is adjusted based on the combined resistance value of the combined resistance elements connected in series, the deterioration amount of the tunnel oxide film can be reduced and the data erasing time can be decreased.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、本発明をNOR型フラッシュメモリ装置(NOR型EEPROM)に適用した例を示すものである。なお、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a NOR type flash memory device (NOR type EEPROM). The present invention is not limited to these embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るNOR型フラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、NOR型フラッシュメモリ装置100は、メモリセルアレイ101、電源回路102、主制御回路103、ロウデコーダ104、カラムデコーダ105、書込読出部106、電圧調整回路107、インターフェイス回路108及びデータレジスタ109を具備している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a NOR type flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device) 100 according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, a NOR
メモリセルアレイ101は、ビット線とワード線との交差部に配置される電気的に書き換え可能な複数の(不揮発性)メモリセルを有している。これらのメモリセルは、行列状に配列されている。
The
電源回路102は、主制御回路103、ロウデコーダ104、カラムデコーダ105、書込読出部106、電圧調整回路107、インターフェイス回路108及びデータレジスタ109に接続され、これらに電力を供給している。
The
主制御回路103は、インターフェイス回路108からの制御信号に基づいて、電源回路102、ロウデコーダ104、カラムデコーダ105、書込読出部106及びデータレジスタ109を制御する。
The
主制御回路103は、ロウデコーダ104及びカラムデコーダ105にメモリセルアレイ101のメモリセルに対するアクセス情報を与える。ロウデコーダ104及びカラムデコーダ105は、このアクセス情報及びデータに基づいて書込読出部106を制御してメモリセルに対してデータの読出、書込又は消去を行う。
The
電圧調整回路107は、温度変化に応じてHCI量がほぼ一定になるように書き込み電圧を調整してメモリセルアレイ101のメモリセルへ供給する。
The
インターフェイス回路108は、外部機器とデータ及び制御信号(メモリセルへのアクセス情報等)の送受信を行う。インターフェイス回路108は、外部機器からのデータ及び制御信号を受けて所定の処理をして主制御回路103及びデータレジスタ109に与える。
The
図2は、本実施の形態1に係るNOR型フラッシュメモリ装置100の一部を示す回路図である。メモリセルアレイ101は、複数のメモリセル201及び複数のカラムゲートトランジスタ(Column Gate Transistor)202を具備している。メモリセルアレイ101は、抵抗R2(配線抵抗または制御トランジスタ(カラムゲートトランジスタ202及び電圧供給トランジスタ204)の寄生抵抗)を介して電圧調整回路107に接続されている。図2においては、1つのメモリセル201及びカラムゲートトランジスタ202のみが示されている。電圧調整回路107は、レギュレータ回路203及び複数の電圧供給トランジスタ204を具備している。レギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)は、複数の電圧供給トランジスタ204のゲート電極にそれぞれ接続されている。電圧調整回路107は、レギュレータ回路203の合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて電圧供給トランジスタ204に供給されるビット線からの書き込み電圧を調整して、カラムゲートトランジスタ202を介してメモリセル201のドレイン電極に供給する。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a part of the NOR
メモリセル201のドレイン電極は、抵抗R1(配線抵抗または制御トランジスタ(
カラムゲートトランジスタ202)の寄生抵抗)を介してカラムゲートトランジスタ202のソース電極に接続されている。メモリセル201のゲート電極にはワード線(WL)が電気的に接続され、メモリセル201のソース電極は接地されている。
The drain electrode of the
It is connected to the source electrode of the
具体的には、図3に示すように、メモリセル201は、実用的には、フローティングゲート電極(電荷蓄積部)301及びコントロール電極(制御電極)302を有する導電型電界効果トランジスタで構成される。フローティングゲート電極部301は、多結晶シリコン(ポリシリコン)で構成され、基板(sub)上にトンネル絶縁膜303を介在して配設されている。コントロールゲート電極302は、多結晶シリコン(ポリシリコン)とシリサイド層(例えばWSi2)で構成され、フローティングゲート電極301上に絶縁膜304を介在して配設されている。ビット線は、電圧調整回路107を介してメモリセル201のドレイン領域(D)に接続されている。メモリセル201のソース領域(S)には、ソース線(基準電源Vss)が接続されている。メモリセル201のドレイン領域及びソース領域は拡散層で構成される。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
カラムゲートトランジスタ202のコントロールゲート電極には選択ゲート線が電気的に接続され、カラムゲートトランジスタ202のソース電極は抵抗R1(配線抵抗または制御トランジスタの寄生抵抗)を介してメモリセル201のドレイン電極に接続されている。カラムゲートトランジスタ202のドレイン電極は、抵抗R2(配線抵抗または制御トランジスタのチャネル寄生抵抗)を介して電圧供給トランジスタのソース電極に接続されている。カラムゲートトランジスタ202は、コントロールゲート電極への印加電圧に基づいて、書き込み、読み出し及び消去電圧をメモリセル201のドレイン電極に供給する。
A selection gate line is electrically connected to the control gate electrode of the
レギュレータ回路203の2つの入力端子は、電源回路102とそれぞれ接続されている。レギュレータ回路203の入力端子の1つには電圧(VDDP2)が入力され、レギュレータ回路203の入力端子の他のものには基準電圧(VREF)が入力される。また、レギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)は、電圧供給トランジスタ204のコントロールゲート電極に接続されている。また、レギュレータ回路203の一端は、接地されている。
Two input terminals of the
電圧供給トランジスタ204のドレイン電極はビット線(BL)に接続され、電圧供給トランジスタ204のゲート電極はレギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)に接続されている。電圧供給トランジスタ204のソース電極は、抵抗R2(配線抵抗または制御トランジスタのチャネル寄生抵抗)を介してカラムゲートトランジスタ202のドレイン電極に接続されている。
The drain electrode of the
次に、レギュレータ回路203について、図4を用いて説明する。図4は、レギュレータ回路203を示す回路図である。レギュレータ回路203は、合成抵抗素子401、オペアンプ402及びトランジスタ403を具備している。レギュレータ回路203は、温度変化に応じてメモリセル201のフローティングゲート電極(電荷蓄積部)へのHCI量がほぼ一定になるように書き込み電圧を調整する。
Next, the
合成抵抗素子401は、第1の抵抗素子R404及び第2の抵抗素子R405を具備している。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405とは直列に接続され合成抵抗素子401を構成している。合成抵抗素子401の一端は、レギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)を介して電圧供給トランジスタ204に接続され、合成抵抗素子401の他端は接地されている。
The combined
具体的には、第1の抵抗素子R404の一端は、レギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)を介して電圧供給トランジスタ204に接続され、かつ、トランジスタ403のソース電極に接続されている。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405とは直列に接続されている。第2の抵抗素子R405の他端は、接地されている。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAは、オペアンプ402の入力端子の1つに接続されている。
Specifically, one end of the first resistance element R404 is connected to the
合成抵抗素子401において、第1の抵抗素子R404は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性を有している。第1の抵抗素子R404は、例えば、ポリシリコン抵抗素子(例えば、N型ポリシリコン抵抗素子)で構成される。一方、第2の抵抗素子R405は、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性を有している。例えば、拡散層抵抗素子(例えば、N型拡散層抵抗素子やP型拡散層抵抗素子)で構成される。
In the combined
オペアンプ402の入力端子の1つは、合成抵抗素子401における第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAと接続されている。オペアンプ402の入力端子の他のものは、電源回路102と接続されている。オペアンプ402の入力端子の1つには第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAからの出力電圧が入力され、オペアンプ402の入力端子の他のものには電源回路102からの基準電圧(VREF)が入力される。このオペアンプ402は、第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAからの出力電圧及び電源回路102からの基準電圧に基づいて、一定電圧をトランジスタ403のゲート電極に供給する。
One input terminal of the
トランジスタ403のドレイン電極は電源回路102に接続され、電圧(VDDP2)を受ける。トランジスタ403のゲート電極はオペアンプ402の出力端子に接続され、トランジスタ403のソース電極はレギュレータ回路203の出力端子(VSWBS)に接続されている。このトランジスタ403は、ドレイン電極に入力される電圧(VDDP2)及びゲート電極に入力されるオペアンプ402の出力電圧によりON状態となり、電圧供給トランジスタ204のゲート電極及び合成抵抗素子401に電圧を供給する。
The drain electrode of the
次に、合成抵抗素子401の電流−電圧特性について、図5を用いて説明する。図5は、合成抵抗素子401のノードAにおける第1の抵抗素子R404及び第2の抵抗素子R405の電流−電圧特性を示す図である。この場合に、第1の抵抗素子R404はポリシリコン抵抗素子で構成され、かつ、第2の抵抗素子R405は拡散層抵抗素子で構成されている。
Next, the current-voltage characteristics of the combined
図5に示す実線501はポリシリコン抵抗素子R404の低温時(LT)の電流−電圧特性を示し、実線502は拡散層抵抗素子R405の低温時の電流−電圧特性を示している。また、一点鎖線503はポリシリコン抵抗素子R404の高温時(HT)の電流−電圧特性を示し、一点鎖線504は拡散層抵抗素子R405の高温時の電流−電圧特性を示している。
A
低温の場合、実線501に示すように、ポリシリコン抵抗素子R404は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性を有しているので、印加される電圧が大きくなると電流は小さくなる。一方、実線502で示すように、拡散層抵抗素子R405は、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性を有しているので、印加される電圧が大きくなると電流は大きくなる。そして、ポリシリコン抵抗素子R404と拡散層抵抗素子R405が直列接続され合成抵抗素子401となることにより、合成抵抗素子401の合成抵抗値は互いの抵抗素子の抵抗値の中間値となる。具体的には、ポリシリコン抵抗素子R404と拡散層抵抗素子R405のノードAにおける低温時の電流−電圧特性は、実線501及び502の動作点(交点)505で示される。
When the temperature is low, as indicated by a
また、高温の場合、一点鎖線503に示すように、ポリシリコン抵抗素子R404は、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性を有しているので、印加される電圧が大きくなると電流は小さくなる。一点鎖線504で示すように、拡散層抵抗素子R405は、温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性を有しているので、印加される電圧が大きくなると電流は大きくなる。そして、ポリシリコン抵抗素子R404と拡散層抵抗素子R405とが直列に接続されて合成抵抗素子401となることにより、この合成抵抗素子401の合成抵抗値は互いの抵抗素子の抵抗値の中間値となる。具体的には、ポリシリコン抵抗素子R404と拡散層抵抗素子R405のノードAにおける低温時の電流−電圧特性は、一点鎖線503及び504の動作点(交点)506で示される。
In the case of a high temperature, as indicated by a one-
そして、レギュレータ回路203は、ポリシリコン抵抗素子R404と拡散層抵抗素子R405とを直列接続する合成抵抗素子401の合成抵抗値に基づいて調整した調整電圧を、出力端子(VSWBS)に供給する。例えば、低温時には図5に示す交点505からの矢印で示す電圧(VSWBS_LT)が調整電圧となり、高温時には図5に示す交点506からの矢印で示す電圧(VSWBS_HT)が調整電圧となる。この調整電圧は、本実施の形態に係る先行技術であるレギュレータ回路から供給される一定電圧とは異なり、温度特性を有している。
The
そして、カラムゲートトランジスタ202で選択されたメモリセル201のドレイン電極に供給される電圧(ドレイン電圧)は、図6に示すように、本実施の形態に係る先行技術と比較した場合、逆の温度−電圧特性を持つことになる。具体的には、図6(A)に示すように、本発明に係る先行技術のレギュレータ回路を用いた場合、メモリセルの低温時のドレイン電圧(Vd2_cell_LT)は、高温時のドレイン電圧(Vd_cell_HT)より大きい。一方、図6(B)に示すように、本実施の形態1に係るレギュレータ回路107を用いた場合、メモリセル201の低温時のドレイン電圧(Vd2_cell_LT)は、高温時のドレイン電圧(Vd_cell_HT)より小さい。
As shown in FIG. 6, the voltage (drain voltage) supplied to the drain electrode of the
その結果、図7の電流−電圧(Id−Vd)特性図に示すように、低温時のメモリセル201へのドレイン電圧を高温時とほぼ同じ電圧か、又はそれ以下の電圧とすることができるので、低温時の書き込み電流(Iprog_LT)を小さくすることができる。すなわち、低温時のHCI量は、温度変化があった場合でも、高温時のHCI量とほぼ一定となるので、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができる。
As a result, as shown in the current-voltage (Id-Vd) characteristic diagram of FIG. 7, the drain voltage to the
次に、上述した構成を有するNOR型フラッシュメモリ装置100の書き込み動作について説明する。
Next, a write operation of the NOR
電圧供給トランジスタ204のドレイン電極に印加されるビット線からの書き込み電圧(VDDP)は、負の温度特性の第1の抵抗素子R404と正の温度特性の第2の抵抗素子R405とを直列接続する合成抵抗素子401の合成抵抗値に基づいて調整された調整電圧が電圧供給トランジスタ204のコントロールゲート電極に印加されることにより調整される。この調整された書き込み電圧は、温度特性を有する書き込み電圧であり、高温時に比べて低温時の方が小さい。
The write voltage (VDDP) from the bit line applied to the drain electrode of the
電圧供給トランジスタ204から出力される調整後の書き込み電圧は、抵抗R2(配線抵抗及び制御トランジスタのチャネル抵抗)を介してカラムゲートトランジスタ202のドレイン電極に入力される。カラムゲートトランジスタ202は、ゲート電極に供給される電圧によりON状態となり、抵抗素子R1を介してメモリセル201のドレイン電極に調整後の書き込み電圧を供給する。
The adjusted write voltage output from the
そして、メモリセル201のドレイン電極に供給される調整後の書き込み電圧とワード線に供給されるゲート電圧(Vg)とにより、チャネル領域とワード線との間に高電圧が発生し、チャネル領域からトンネル絶縁膜を通してフローティングゲート電極(電荷蓄積部)にデータとしての電子が注入され、データが書き込まれる。
Then, a high voltage is generated between the channel region and the word line due to the adjusted write voltage supplied to the drain electrode of the
このように、本実施の形態1に係る不揮発性半導体記憶装置100は、トンネル絶縁膜上に電荷蓄積部を有する不揮発性メモリセル201と、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子R404と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子R405とを直列接続する合成抵抗素子401の合成抵抗値に基づいてビット線からの書き込み電圧を調整して不揮発性メモリセル201のドレイン電極に供給する電圧調整回路107と、を備える。
As described above, the nonvolatile
その結果、本実施の形態1によれば、温度変化があった場合でもメモリセルの電荷蓄積部に注入されるHCI量がほぼ一定となるように書き込み電圧が調整されてメモリセルのドレイン電極に供給されるので、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができ、かつ、データ消去時間を減少させることができる。 As a result, according to the first embodiment, even when there is a temperature change, the write voltage is adjusted so that the amount of HCI injected into the charge storage portion of the memory cell is substantially constant, and the drain electrode of the memory cell is applied. Since it is supplied, the deterioration amount of the tunnel oxide film can be reduced, and the data erasing time can be reduced.
また、本実施の形態1によれば、メモリセルのソース領域及びドレイン領域を構成する拡散層により第1の抵抗素子を構成することができるので、同一の製造工程において製造することができる。さらに、本実施の形態1によれば、メモリセルのフローティングゲート電極(電荷蓄積部)及びコントロールゲート電極を構成するポリシリコンにより第2の抵抗素子を構成することができるので、同一の製造工程において製造することができる。 Further, according to the first embodiment, since the first resistance element can be configured by the diffusion layers that configure the source region and the drain region of the memory cell, it can be manufactured in the same manufacturing process. Furthermore, according to the first embodiment, since the second resistance element can be constituted by the polysilicon constituting the floating gate electrode (charge storage portion) and the control gate electrode of the memory cell, in the same manufacturing process Can be manufactured.
(実施の形態2)
上述の実施の形態1では、温度調整回路は、温度変化に応じて不揮発性メモリセルのドレイン電極へ供給される書き込み電圧を調整した。本発明の実施の形態2では、温度調整回路は、温度変化に応じて不揮発性メモリセルのコントロールゲート電極へ供給されるゲート電圧を調整する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment described above, the temperature adjustment circuit adjusts the write voltage supplied to the drain electrode of the nonvolatile memory cell in accordance with the temperature change. In the second embodiment of the present invention, the temperature adjustment circuit adjusts the gate voltage supplied to the control gate electrode of the nonvolatile memory cell according to the temperature change.
図8は、本発明の実施の形態2に係るNOR型フラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)1000の構成を示すブロック図である。図8に示すNOR型フラッシュメモリ装置1000は、メモリセルアレイ101、電源回路102、主制御回路103、ロウデコーダ104、カラムデコーダ105、書込読出部106、インターフェイス回路108、データレジスタ109、電圧供給回路1001及び電圧調整回路1002を具備している。なお、図8に示すNOR型フラッシュメモリ装置1000において、図1のNOR型フラッシュメモリ装置100と同じ構成については同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a NOR type flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device) 1000 according to the second embodiment of the present invention. A NOR
ロウデコーダ104は、主制御回路103からのアクセス情報に基づいて書込制御部106を制御してメモリセルに対してデータの読出又は消去を行う。また、ロウデコーダ104は、主制御回路103からのアクセス情報に基づいて、電圧調整回路1001にメモリセルのコントロールゲート電極へゲート電圧を供給する。
The
電圧供給回路1001は、電源回路102からの電圧を受けて、温度変化に対して一定電圧となる書き込み電圧を生成して、メモリセルアレイ101のメモリセルへ供給する。
The
電圧調整回路1002は、ロウデコーダ104からのゲート電圧を受けて、温度変化に応じてHCI量がほぼ一定になるようにゲート電圧を調整して、メモリセルアレイ101のメモリセルへ供給する。
The
図9は、本実施の形態2に係るNOR型フラッシュメモリ装置1000の一部を示す回路図である。図9に示すNOR型フラッシュメモリ装置1000において、図2に示すNOR型フラッシュメモリ装置100と同じ構成については同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a part of the NOR type
メモリセルアレイ101は、複数のメモリセル201及び複数のカラムゲートトランジスタ202を具備している。メモリセルアレイ101の一端は抵抗素子R2を介して電圧供給回路1001に接続され、メモリセルアレイ101の他端は電圧調整回路1002に接続されている。図9においては、1つのメモリセル201及びカラムゲートトランジスタ202のみが示されている。電圧供給回路1001は、レギュレータ回路1100及び複数の電圧供給トランジスタ204を具備している。レギュレータ回路1100の出力端子(VSWBS2)は、複数の電圧供給トランジスタ204のコントロールゲート電極にそれぞれ接続されている。図9においては、1つの電圧供給トランジスタ204のみが示されている。電圧調整回路1002は、例えば、レギュレータ回路1101により構成される。このレギュレータ回路1101の合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいてロウデコーダ104から供給されるゲート電圧を調整して、メモリセル201のコントロールゲート電極に供給する。
The
メモリセル201のドレイン電極は、抵抗R1(配線抵抗及び制御トランジスタ(カラムゲートトランジスタ202)のチャネル寄生抵抗)を介してカラムゲートトランジスタ202のソース電極に接続されている。メモリセル201のコントロールゲート電極は、レギュレータ回路1101の出力端子(VSWBS3)に接続され、メモリセル201のソース電極は接地されている。
The drain electrode of the
レギュレータ回路1100の入力端子は電源回路102と接続され、電圧(VDDP2)を受ける。また、レギュレータ回路1100の出力端子(VSWBS2)は電圧供給トランジスタ204のコントロールゲート電極に接続されている。また、レギュレータ回路1100の一端は、接地されている。
The input terminal of the
電圧供給トランジスタ204のドレイン電極はビット線(BL)に接続され、電圧供給トランジスタ204のコントロールゲート電極はレギュレータ回路1100の出力端子(VSWBS2)に接続されている。電圧供給トランジスタ204のソース電極は、抵抗R2(配線抵抗及び制御トランジスタ(電圧供給トランジスタ204及びカラムゲートトランジスタ202)のチャネル寄生抵抗)を介してカラムゲートトランジスタ202のドレイン電極に接続されている。
The drain electrode of the
レギュレータ回路1101の2つの入力端子の1つはワード線を介してロウデコーダ104に接続され、レギュレータ回路1101の入力端子の他のものは電源回路102に接続されている。また、レギュレータ回路1101の出力端子(VSWBS3)は、メモリセル201のコントロールゲート電極に接続されている。また、レギュレータ回路1101の一端は、接地されている。レギュレータ回路1101の入力端子の1つには、ロウデコーダ104からのメモリセル201のコントロールゲート電極へのゲート電圧(Vg)が入力される。レギュレータ回路1101の入力端子の他のものには、電源回路102からの基準電圧(VREF)が入力される。
One of the two input terminals of the
次に、レギュレータ回路1101について、図10を用いて説明する。図10は、レギュレータ回路1101を示す回路図である。レギュレータ回路1101は、合成抵抗素子401、オペアンプ402及びトランジスタ403を具備している。レギュレータ回路1101は、温度変化に応じてメモリセル201のフローティングゲート電極(電荷蓄積部)へのHCI量がほぼ一定になるようにゲート電圧を調整する。なお、図10に示すレギュレータ回路1101において、図4に示すレギュレータ回路203と同じ構成については同じ符号を付し、それらの説明を省略する。
Next, the
合成抵抗素子401は、第1の抵抗素子R404及び第2の抵抗素子R405を具備している。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405とは直列に接続され合成抵抗素子401を構成している。合成抵抗素子401の一端はレギュレータ回路1101の出力端子(VSWBS3)を介してメモリセル201のコントロールゲート電極に接続され、合成抵抗素子401の他端は接地されている。
The combined
具体的には、第1の抵抗素子R404の一端は、レギュレータ回路1101の出力端子(VSWBS3)を介してメモリセル201のコントロールゲート電極に接続され、かつ、トランジスタ403のソース電極に接続されている。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405とは直列に接続されている。第2の抵抗素子R405の他端は、接地されている。第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAは、オペアンプ402の入力端子の1つに接続されている。
Specifically, one end of the first resistance element R404 is connected to the control gate electrode of the
オペアンプ402の入力端子の1つは、合成抵抗素子401における第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAと接続されている。オペアンプ402の入力端子の他のものは、電源回路102と接続されている。オペアンプ402の入力端子の1つには第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAからの出力電圧が入力され、オペアンプ402の入力端子の他のものには電源回路102からの基準電圧(VREF)が入力される。このオペアンプ402は、第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405のノードAからの出力電圧及び電源回路102からの基準電圧に基づいて、一定電圧をトランジスタ403のコントロールゲート電極に供給する。
One input terminal of the
トランジスタ403のドレイン電極はロウデコーダ104に接続され、ゲート電圧(Vg)を受ける。トランジスタ403のコントロールゲート電極はオペアンプ402の出力端子に接続され、トランジスタ1200のソース電極はレギュレータ回路1101の出力端子(VSWBS3)に接続されている。このトランジスタ403は、ドレイン電極に入力されるゲート電圧(Vg)及びコントロールゲート電極に入力されるオペアンプ402の出力電圧によりON状態となり、合成抵抗素子401に電圧を供給する。
The drain electrode of the
そして、レギュレータ回路1101は、第1の抵抗素子R404と第2の抵抗素子R405とを直列接続する合成抵抗素子401の合成抵抗値に基づいて調整した調整電圧を、出力端子(VSWBS3)に供給する。例えば、低温時には図5に示す交点505からの矢印で示す電圧(VSWBS_HT)が調整電圧となり、低温時には図5に示す交点506からの矢印で示す電圧(VSWBS_LT)が調整電圧となる。この調整電圧は、本実施の形態に係る先行技術のレギュレータ回路から供給される一定電圧とは異なり、温度特性を有している。
Then, the
その結果、メモリセル201のコントロールゲート電極に供給される調整後のゲート電圧は、図11に示すように、本実施の形態に係る先行技術と比較した場合、逆の温度−電圧特性を持つことになる。具体的には、図11(A)に示すように、本実施の形態に係る先行技術のレギュレータ回路を用いた場合、メモリセルの低温時のゲート電圧(Vg2_cell_LT)は、高温時のゲート電圧(Vg_cell_HT)より大きい。一方、図11(B)に示すように、本実施の形態2に係るレギュレータ回路1101を用いた場合、メモリセル201の低温時のゲート電圧(Vg2_cell_LT)は、高温時のゲート電圧(Vg_cell_HT)より小さい。
As a result, the adjusted gate voltage supplied to the control gate electrode of the
その結果、図12の電流−電圧(Ig−Vg)特性図に示すように、低温時のメモリセル201へのゲート電圧を高温時とほぼ同じ電圧か、又はそれ以下の電圧とすることができるので、低温時の書き込み電流(Iprog_LT)を、従来と比べて小さくすることができる。すなわち、低温時のHCI量は、温度変化があった場合でも、高温時のHCI量とほぼ一定となるので、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができる。
As a result, as shown in the current-voltage (Ig-Vg) characteristic diagram of FIG. 12, the gate voltage to the
次に、上述した構成を有するNOR型フラッシュメモリ装置1000の書き込み動作について説明する。
Next, a write operation of the NOR
レギュレータ回路1100から出力される一定電圧により、電圧供給トランジスタ204はON状態となり、ドレイン電極に印加されるビット線からの書き込み電圧(VDDP)を、抵抗素子R1を介してカラムゲートトランジスタ202のドレイン電極に出力する。カラムゲートトランジスタ202は、コントロールゲート電極に供給される電圧によりON状態となり、抵抗素子R1を介してメモリセル201のドレイン電極に書き込み電圧を供給する。
The
メモリセル201のコントロールゲート電極には、負の温度特性の第1の抵抗素子R404と正の温度特性の第2の抵抗素子R405とを直列接続する合成抵抗素子401の合成抵抗値に基づいて調整されたゲート電圧がレギュレータ回路1101から入力される。この調整後のゲート電圧は、温度特性を有するゲート電圧であり、高温時に比べて低温時の方が小さい電圧となる。
The control gate electrode of the
そして、メモリセル201のドレイン電極に入力される書き込み電圧は、コントロールゲート電極に入力される調整後のゲート電圧により調整され、チャネル領域とワード線との間に高電圧が発生し、チャネル領域からトンネル絶縁膜を通してフローティングゲート電極(電荷蓄積部)にデータとしての電子が注入され、データが書き込まれる。
The write voltage input to the drain electrode of the
このように、本実施の形態2に係る不揮発性半導体記憶装置は、トンネル絶縁膜上に電荷蓄積部を有する不揮発性メモリセルと、温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が上昇する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいてゲート電圧を調整して不揮発性メモリセルのコントロールゲート電極に供給する電圧調整回路と、を備える。 As described above, the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment includes the nonvolatile memory cell having the charge storage portion on the tunnel insulating film, and the first negative temperature characteristic in which the resistance value decreases as the temperature rises. Control of a nonvolatile memory cell by adjusting a gate voltage based on a combined resistance value of a combined resistance element in which a resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases as the temperature rises is connected in series A voltage adjusting circuit for supplying to the gate electrode.
その結果、本実施の形態2によれば、温度変化があった場合でもメモリセルの電荷蓄積部に注入されるHCI量がほぼ一定となるようにゲート電圧が調整されてメモリセルのコントロールゲート電極に供給されるので、トンネル酸化膜の劣化量を減少させることができ、かつ、データ消去時間を減少させることができる。 As a result, according to the second embodiment, the gate voltage is adjusted so that the amount of HCI injected into the charge storage portion of the memory cell is substantially constant even when the temperature changes, and the control gate electrode of the memory cell is adjusted. Therefore, the deterioration amount of the tunnel oxide film can be reduced, and the data erasing time can be reduced.
また、本実施の形態2によれば、メモリセルのソース領域及びドレイン領域を構成する拡散層により第2の抵抗素子を構成することができるので、同一の製造工程において製造することができる。さらに、本実施の形態2によれば、メモリセルのフローティングゲート電極(電荷蓄積部)及びコントロールゲート電極を構成するポリシリコンにより第1の抵抗素子を構成することができるので、同一の製造工程において製造することができる。 Further, according to the second embodiment, the second resistance element can be constituted by the diffusion layers constituting the source region and the drain region of the memory cell, and therefore can be manufactured in the same manufacturing process. Furthermore, according to the second embodiment, since the first resistance element can be constituted by the polysilicon constituting the floating gate electrode (charge storage portion) and the control gate electrode of the memory cell, in the same manufacturing process Can be manufactured.
なお、本発明の実施の形態1及び2を組み合わせても良い。すなわち、メモリセルのドレイン電極及びコントロールゲート電極に、温度特性を有する書き込み電圧及びゲート電圧を供給しても良い。これにより、上記実施の形態1及び2で述べた効果に加えて、さらに高温時と低温時の書き込み特性をほぼ同じにすることが可能となる。 Note that Embodiments 1 and 2 of the present invention may be combined. That is, a write voltage and a gate voltage having temperature characteristics may be supplied to the drain electrode and the control gate electrode of the memory cell. As a result, in addition to the effects described in the first and second embodiments, it is possible to make the writing characteristics at higher temperatures and lower temperatures substantially the same.
また、本発明の実施の形態1及び2において、メモリセルがフローティングゲート電極(電荷蓄積電極)及びコントロールゲート電極を有する所謂フローティングゲート型EEPROMを例に説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、トンネル絶縁膜上に電荷蓄積部を有するものに適用可能であり、例えば、MNOS(Metal Nitride Oxide Semiconductor)型EEPROMでも適用可能である。 In the first and second embodiments of the present invention, a so-called floating gate type EEPROM in which the memory cell has a floating gate electrode (charge storage electrode) and a control gate electrode has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. . That is, the present invention can be applied to those having a charge storage portion on a tunnel insulating film, and can be applied to, for example, an MNOS (Metal Nitride Oxide Semiconductor) type EEPROM.
100、800、1000、1500 NOR型フラッシュメモリ装置(不揮発性半導体記憶装置)
101 メモリセルアレイ
102 電源回路
103 主制御回路
104 ロウデコーダ
105 カラムデコーダ
106 書込読出部
107、1002 電圧調整回路
201 不揮発性メモリセル
202 カラムゲートトランジスタ
203、801、1101、1501 レギュレータ回路
204 電圧供給トランジスタ
301 フローティングゲート電極(電荷蓄積部)
302 コントロールゲート電極
303 トンネル絶縁膜
401、802 合成抵抗素子
402 オペアンプ
403 トランジスタ
R404 第1の抵抗素子
R405 第2の抵抗素子
T803 トランジスタ
100, 800, 1000, 1500 NOR type flash memory device (nonvolatile semiconductor memory device)
DESCRIPTION OF
302
Claims (5)
温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて書き込み電圧を調整して前記不揮発性メモリセルのドレイン電極に供給する電圧調整回路と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A non-volatile memory cell having a charge storage portion on the tunnel insulating film;
A combined resistance of a combined resistance element in which a first resistance element having a negative temperature characteristic whose resistance value decreases with an increase in temperature and a second resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases with an increase in temperature are connected in series A voltage adjusting circuit for adjusting a write voltage based on the value and supplying the write voltage to the drain electrode of the nonvolatile memory cell;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記レギュレータ回路は、
前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて調整した調整電圧を前記電圧供給トランジスタのゲート電極に供給し、
前記電圧供給トランジスタは、
前記コントロールゲート電極に供給されるレギュレータ回路からの前記調整電圧に基づいてドレイン電極に供給される前記書き込み電圧を調整して前記不揮発性メモリセルの前記ドレイン電極に供給す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。 The voltage adjustment circuit includes a regulator circuit and a voltage supply transistor,
The regulator circuit is:
Supplying an adjustment voltage adjusted based on a combined resistance value of a combined resistance element connecting the first resistance element and the second resistance element in series to the gate electrode of the voltage supply transistor;
The voltage supply transistor is:
The write voltage supplied to the drain electrode is adjusted based on the adjustment voltage supplied from the regulator circuit supplied to the control gate electrode and supplied to the drain electrode of the nonvolatile memory cell. 1. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
入力端子の1つに基準電圧が入力され、前記入力端子の他のものに前記合成抵抗素子における前記第1及び第2の抵抗素子のノードからの電圧が入力されるオペアンプと、
ドレイン電極に入力される電圧及びコントロールゲート電極に入力される前記オペアンプの出力電圧に基づいて前記電圧供給トランジスタのゲート電極に電圧を供給するトランジスタと、
を備え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。 The regulator circuit is:
An operational amplifier in which a reference voltage is input to one of the input terminals and a voltage from a node of the first and second resistance elements in the combined resistance element is input to the other input terminal;
A transistor for supplying a voltage to the gate electrode of the voltage supply transistor based on a voltage input to the drain electrode and an output voltage of the operational amplifier input to the control gate electrode;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, further comprising:
温度上昇に伴い抵抗値が減少する負の温度特性の第1の抵抗素子と温度上昇に伴い抵抗値が増加する正の温度特性の第2の抵抗素子とを直列接続する合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいてゲート電圧を調整して前記不揮発性メモリセルのゲート電極に供給する電圧調整回路と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A non-volatile memory cell having a charge storage portion on the tunnel insulating film;
A combined resistance of a combined resistance element in which a first resistance element having a negative temperature characteristic whose resistance value decreases with an increase in temperature and a second resistance element having a positive temperature characteristic whose resistance value increases with an increase in temperature are connected in series A voltage adjusting circuit that adjusts a gate voltage based on the value and supplies the gate voltage to the gate electrode of the nonvolatile memory cell;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記第1の抵抗素子と前記第2の抵抗素子とを直列接続する前記合成抵抗素子の合成抵抗値に基づいて前記不揮発性メモリセルの前記ゲート電極の前記ゲート電圧を調整するレギュレータ回路を有し、
前記レギュレータ回路は、
入力端子の1つに基準電圧が入力され、前記入力端子の他のものに前記合成抵抗素子における前記第1及び第2の抵抗素子のノードからの電圧が入力されるオペアンプと、
ドレイン電極に入力される電圧及びコントロールゲート電極に入力される前記オペアンプの出力電圧に基づいて前記不揮発性メモリセルの前記ゲート電極に電圧を供給するトランジスタと、
を備え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。 The voltage adjustment circuit includes:
A regulator circuit that adjusts the gate voltage of the gate electrode of the nonvolatile memory cell based on a combined resistance value of the combined resistance element that connects the first resistance element and the second resistance element in series; ,
The regulator circuit is:
An operational amplifier in which a reference voltage is input to one of the input terminals and a voltage from a node of the first and second resistance elements in the combined resistance element is input to the other input terminal;
A transistor for supplying a voltage to the gate electrode of the nonvolatile memory cell based on a voltage input to the drain electrode and an output voltage of the operational amplifier input to the control gate electrode;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, further comprising:
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