JP3191861B2 - 不揮発性半導体メモリ装置及びその消去方法 - Google Patents

不揮発性半導体メモリ装置及びその消去方法

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    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
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    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はチャンネル消去方式
による不揮発性半導体メモリ装置及びその消去方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】不揮発性半導体メモリの消去方式として
は、ゲート・ソース消去方式とチャンネル消去方式とが
知られている。ゲート・ソース消去方式は、例えば米国
特許第5077691号に開示されている。簡単に言え
ば、ゲート・ソース消去方式は消去時にメモリセルのゲ
ートに負電圧を、メモリセルのソースには正電圧をそれ
ぞれ印加し、メモリセルのドレインはオープン状態にし
て消去動作を行う。
【0003】図13はゲート・ソース消去方式に適した
メモリセルの構造を示しており、P型の基板P−sub
にN拡散層によるドレインDが形成されると共に、N
拡散層とN拡散層によりソースSが形成されてい
る。この基板上には、フローティングゲートFG、コン
トロールゲートCGが形成される。このようなゲート・
ソース消去方式のメモリセルでは、消去動作時に、ソー
スSから基板P−subにバンド間トンネル電流が流れ
るので消費電流が多い。また、ソースSには高耐圧構造
が不可欠であるために、ソース拡散層の接合を深く形成
するための特殊な製造工程が必要であり、ゲート寸法の
縮小化に制限がある。
【0004】チャンネル消去方式は、上記のような問題
点を解決するものであり、図14はこれに適したメモリ
セルの構造を示している。このメモリセルは、P型の基
板P−subにN拡散層によるドレインDが形成され
ると共に、N拡散層によりソースSが形成されてい
る。この基板上には、フローティングゲートFG、コン
トロールゲートCGが形成される。このようなチャンネ
ル消去方式のメモリセルでは、ソースSに高電界が加わ
らないので、ソースSはドレインDと同様の構造で良
い。また、実効チャンネル長Leffを図13と同じと
した場合には、各ゲートの寸法を小さくすることがで
き、メモリセルサイズの縮小化に有効である。
【0005】次に、図15、図16を参照して、チャン
ネル消去方式について簡単に説明する。図1は、メモ
リセルのドレイン、ソースはオープン状態にし、メモリ
セルのゲートには−13(V)の負電圧を、基板部分に
は5(V)の正電圧をそれぞれ印加する方式(以下、第
1の方式と呼ぶ)である。このような方式は、例えば,
IEEE JOURNAL OF SOLID−STA
TE CIRCUITS. VOL.27. NO.1
1 NOVEMBER 1992の1547〜1554
ページに『A 5−V−Only 16−Mb Fla
sh Memory with Sector Era
se Mode』と題して開示されている。
【0006】一方、図1は、メモリセルのドレイン、
ソースには3(V)の正電圧を、メモリセルのゲートに
は−15(V)の負電圧を、基板部分には3(V)の正
電圧をそれぞれ印加する方式(以下、第2の方式と呼
ぶ)である。このような方式は、例えば,IEEE T
RANSACTION ON ELECTRON DE
VICES. VOL.43. NO.9. SEPT
EMBER 1996の1510〜1517ページに
『Low Voltage NVGTM:A NewHi
gh Perfomance 3V/5V Flash
Technology for Portable
Computing and Telecommuni
cations Applications』と題して
開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記第1の方式では、
ゲート・ソース消去方式の問題点は回避されるが、メモ
リセルのソース・ドレインがオープン状態にされるため
に、電源の振れ等の影響でソース・ドレインがメモリセ
ルの基板よりも高電圧となる場合があり、不安定な消去
特性を示す。
【0008】一方、上記第2の方式では、ゲート・ソー
ス消去方式及び上記第1の方式の問題点は回避される
が、メモリセルのソース及びドレインに電圧を印加する
回路が必要であり、特にドレインに電圧を印加する回路
のオーバヘッドが大きい。
【0009】そこで、本発明の課題は、メモリセルのソ
ース及びドレインの電位を安定にする回路を付加するこ
とで、消去動作時に、安定な消去特性を得ることのでき
る不揮発性半導体メモリ装置及びその消去方法を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による消去方法
は、チャンネル消去方式による不揮発性半導体メモリ
の消去方法において、メモリセルのゲートには負電位
を印加し、メモリセルのチャンネルには外部からの供給
電圧VccあるいはVcc以上の正電位を印加し、メモ
リセルのドレイン、ソースはそれぞれ、高抵抗の第1、
第2の電流路を介して接地電位に接続するようにしたこ
とを特徴とする。
【0011】この消去方法において、前記第1、第2の
電流路はそれぞれ、スイッチング素子と高抵抗素子ある
いは定電流素子を含む回路であることを特徴とする。
【0012】この消去方法においてはまた、前記チャン
ネルへの正電位の印加は、メモリセルのウェルあるいは
基板部分に正電位を印加することで行われることを特徴
とする。
【0013】この消去方法においては更に、前記接地電
位は外部から供給されることを特徴とする
【0014】なお、前記第2の電流路に代えて、メモリ
セルのソースに前記第1の電流路を接続するためのスイ
ッチング素子を設けることにより、1つの電流路を前記
ドレイン、ソースで兼用できるようにしても良い
【0015】また、消去終了時に、前記メモリセルの基
板部分の電位と前記メモリセルのソース、ドレインの電
位を同時に放電させるための手段を有するようにしても
良い。 この消去方法においては更に、前記チャンネルへ
の正電位の印加後に、前記ゲートへの負電位の印加を行
うことを特徴とする
【0016】本発明によればまた、上記の消去方法であ
って、特にフローティングゲートとコントロールゲート
とを含むメモリセルの消去を行う不揮発性半導体メモリ
装置の消去方法であって、前記フローティングゲートと
前記コントロールゲートとの間の第1の容量を、前記フ
ローティングゲートとチャンネルとの間の第2の容量よ
りも高くし、消去時に、メモリセルのゲートには負電位
を印加し、メモリセルのチャンネルには外部からの供給
電圧Vccの正電位を印加するようにしたことを特徴と
する不揮発性半導体メモリ装置の消去方法が提供され
【0017】上記の消去方法では、前記フローティング
ゲートと前記コントロールゲートと の間の膜厚を薄く
し、前記フローティングゲートと前記チャンネルとの間
の膜厚を厚くすることにより、前記第1の容量を前記第
2の容量よりも高くすることができる
【0018】上記の消去方法ではまた、前記フローティ
ングゲートと前記コントロールゲートとの間の絶縁膜
を、窒化膜あるいは酸化膜と窒化膜との多層膜、もしく
はタンタルオキサイド等の高誘電率膜とすることによ
り、前記第1の容量を前記第2の容量よりも高くするこ
ともできる
【0019】本発明によればまた、チャンネル消去方式
による不揮発性半導体メモリ装置において、メモリセル
のゲートに負電位を印加する電圧供給回路と、メモリセ
ルのチャンネルには外部からの供給電圧Vccあるいは
Vcc以上の正電位を印加し、メモリセルのソース、ド
レインはそれぞれ高抵抗の第1、第2の電流路を介して
接地電位に接続する制御回路を備えたことを特徴とする
不揮発性半導体メモリ装置が提供される
【0020】この不揮発性半導体メモリ装置において
は、前記メモリセルのドレインは列毎に列選択トランジ
スタに共通接続され、各列選択トランジスタは共通ドレ
イン線に接続されており、更に、前記メモリセルのウェ
ルあるいは基板部分は共通基板線に、前記メモリセルの
ソースは共通ソース線にそれぞれ接続されており、前記
制御回路は、前記共通ドレイン線に接続されて消去制御
信号によりオン、オフする第1のスイッチング素子と高
抵抗素子あるいは定電流素子を含む前記第1の電流路
と、前記共通ソース線に接続されて前記消去制御信号に
よりオン、オフする第2のスイッチング素子と高抵抗素
子あるいは定電流素子を含む前記第2の電流路と、前記
共通基板線に接続されて前記消去制御信号に応じて前記
メモリセルのウェルあるいは基板部分に正電位を印加す
る回路とを含むことを特徴とする
【0021】この不揮発性半導体メモリ装置において
は、前記制御回路は更に前記正電位を印加する回路の入
力側に、前記正電位よりも高い電圧を入力とし、該入力
電圧を 前記正電位と同じ値にシフトするレベルシフト回
路を有するようにしても良い
【0022】この不揮発性半導体メモリ装置においては
また、前記第2の電流路に代えて、前記共通ソース線と
前記共通ドレイン線との間に接続されて前記消去制御信
号に応じて前記共通ソース線と前記共通ドレイン線との
間を導通させるための第3のスイッチング素子を設ける
ことにより、1つの電流路を前記ドレイン、ソースで兼
用できるようにしても良い
【0023】なお、前記制御回路は更に、前記共通基板
線と前記第1の電流路との間に接続されて消去終了時に
前記共通基板線と前記第1の電流路との間を導通させる
ための第4のスイッチング素子を備えることにより、消
去終了時に、前記メモリセルの基板部分の電位と前記メ
モリセルのソース、ドレインの電位を同時に放電させる
ようにしても良い
【0024】前記接地電位は外部から供給されても良
【0025】前記チャンネルへの正電位の印加後に、前
記ゲートへの負電位の印加を行うようにしても良い
【0026】本発明によればまた、上記の不揮発性半導
体メモリ装置であってフローティングゲートとコントロ
ールゲートとを含むメモリセルの消去を行う不揮発性半
導体メモリであって、前記フローティングゲートと前記
コントロールゲートとの間の第1の容量は、前記フロー
ティングゲートとチャンネルとの間の第2の容量よりも
高くされており、消去時に、メモリセルのゲートに負電
位を印加する電圧供給回路と、メモリセルのチャンネル
には外部からの供給電圧Vccの正電位を印加する制御
回路を備えたことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装
置が提供される
【0027】この不揮発性半導体メモリ装置において
は、前記フローティングゲートと前記 コントロールゲー
トとの間の膜厚を薄くし、前記フローティングゲートと
前記チャンネルとの間の膜厚を厚くすることにより、前
記第1の容量が前記第2の容量よりも高くされているこ
とを特徴とする
【0028】この不揮発性半導体メモリ装置においては
また、前記フローティングゲートと前記コントロールゲ
ートとの間の絶縁膜を、窒化膜あるいは酸化膜と窒化膜
との多層膜、もしくはタンタルオキサイド等の高誘電率
膜とすることにより、前記第1の容量が前記第2の容量
よりも高くされていても良い
【0029】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
いくつかの実施の形態について説明する。図1は本発明
のチャンネル消去方式による消去方法を実現するための
構成図で、半導体メモリの一部とこれに付随する部分及
び消去装置を示している。半導体メモリは、行線WL
0,WL1,…,WLmと列線BL0,BL1,…,B
Lnの交点に接続されたメモリセルMC00〜MCmn
を有する。行線WL0〜WLmは行デコーダ11に接続
され、列線BL0〜BLnはそれぞれ、列選択トランジ
スタTS0,TS1,…,TSnを介して共通接続さ
れ、この共通接続線CLは読み出し、書込み回路12に
接続されている。列選択トランジスタTS0〜TSnの
ゲートはそれぞれ、列選択線YS0,YS1,…,YS
nを通して列デコーダ13に接続されている。以上の要
素が半導体メモリ及びこれに付随する部分であり、本発
明はこれに下記のような要素を付加した点に特徴を有す
る。
【0030】メモリセルMC00〜MCmnのドレイン
は列毎に列選択トランジスタTS0〜TSnのソースに
共通接続され、列選択トランジスタTS0〜TSnのド
レインに接続された共通接続線CLには共通ドレイン線
CBLを介してセル電圧制御回路14が接続されてい
る。また、メモリセルMC00〜MCmnの基板部分は
共通基板線CWLを介してセル電圧制御回路14に、メ
モリセルMC00〜MCmnのソースは共通ソース線C
SLを介してセル電圧制御回路14にそれぞれ接続され
ている。セル電圧制御回路14には、図示しない制御回
路から消去制御信号が供給される。なお、共通基板線C
WLは、メモリセルMC00〜MCmnのウェル部分に
接続されても良いが、以下では基板部分に接続される場
合について説明する。
【0031】行デコーダ11には負電圧供給回路15が
接続され、負電圧供給回路15にも消去制御信号が供給
される。負電圧供給回路15は、行デコーダ11、行線
WL0〜WLmを通してメモリセルMC00〜MCmn
のゲートに負の電圧を供給するためのものである。
【0032】図2は本発明による消去方法の動作原理を
説明するための図であり、メモリセル1個について示し
ている。セル電圧制御回路14は、共通ドレイン線CB
Lに接続されて消去制御信号によりオン、オフする第1
のスイッチング素子(トランジスタ)と高抵抗素子ある
いは定電流素子を含む第1の電流路14−1と、共通ソ
ース線CSLに接続されて消去制御信号によりオン、オ
フする第2のスイッチング素子(トランジスタ)と高抵
抗素子あるいは定電流素子を含む第2の電流路14−2
と、共通基板線CWLに接続されて消去制御信号に応じ
て各メモリセルの基板部分に正電位を印加する正電圧供
給回路14−3とを含む。
【0033】上記のような構成において、本発明の特徴
は、簡単に言えば、消去時に、各メモリセルの基板部分
には正電圧供給回路14−3から正電圧を印加し、各メ
モリセルのゲートには負電位を印加し、各メモリセルの
ドレイン、ソースはそれぞれ第1、第2の電流路14−
1、14−2を介して接地電位に接続することにある。
なお、接地電位は内部、外部のいずれから供給されても
良い。
【0034】図3は本発明に適用されるメモリセルの構
造を示した図であり、図3(a)はP型基板P−sub
に形成する場合について示し、図3(b)はN型基板N
−subに形成する場合について示している。いずれの
場合においても、端子Tbは電圧供給回路14−3に、
端子Tsは第2の電流路14−2に、端子Tgは負電圧
供給回路15に、端子Tdは第1の電流路14−1にそ
れぞれ接続される。
【0035】図4はセル電圧制御回路14の具体的な回
路図である。本図においては、メモリセルMC00〜M
Cmnから成るメモリセルアレイを1個のメモリセルで
代表的に示し、列選択トランジスタも1個で代表的に示
している。
【0036】このセル電圧制御回路14は、共通ドレイ
ン線CBLに接続されて消去制御信号のうちソース・ド
レイン放電制御信号CSBLDISによりオン、オフす
る第1のスイッチング素子M1と高抵抗素子あるいは定
電流素子を含む第1の電流路14−1と、共通ソース線
CSLに接続されてソース・ドレイン放電制御信号CS
BLDISによりオン、オフする第2のスイッチング素
子M2と高抵抗素子あるいは定電流素子を含む第2の電
流路14−2と、共通基板線CWLに接続されて消去制
御信号のうち基板チャージ制御信号CWLCHRに応じ
て各メモリセルの基板部分に正電位Vccを印加する正
電圧供給回路14−3とを含む。
【0037】本例では更に、消去制御信号のうちドレイ
ン放電制御信号CBLDISによりオン、オフする第5
のスイッチング素子M5と、消去制御信号のうちソース
放電制御信号CSLDISによりオン、オフする第6の
スイッチング素子M6とを有している。
【0038】次に、図5をも参照して消去動作について
説明する。時刻T1において消去動作が始まると、列選
択トランジスタYS0〜YSnがオンとされると共に、
基板チャージ制御信号CWLCHRが供給され共通基板
線CWLを通して各メモリセルの基板部分へのチャージ
アップが開始される。これと同時に、ソース・ドレイン
放電制御信号CSBLDISにより第1、第2の電流路
14−1、14−2が形成されてソース、ドレインが接
地電位に接続される。一方、ソース放電制御信号CSL
DISはオフとされ、ドレイン放電制御信号CBLDI
Sはオフのままである。上記の結果、各メモリセルのソ
ース、ドレインは、共通ソース線CSL、共通ドレイン
線CBLを通し、順方向バイアスされた拡散層を介して
電位が上昇する。なお、ここでは各メモリセルの順方向
降伏電圧を0.6(V)とする。
【0039】時刻T2では共通基板線CWLを通しての
各メモリセルの基板部分へのチャージアップが完了し、
この時、負電圧供給回路15から行デコーダ11、行線
WL0〜WLmを通して各メモリセルのゲートへの負電
圧(−10V)の供給が開始され、実際の消去動作が始
まる。
【0040】なお、各メモリセルのゲートへの負電圧供
給の開始は時刻T1でも良い。しかし、この場合、各メ
モリセルのPウェル電位が上昇する過程で各メモリセル
のチャンネル部とゲート間の容量により各行線は正電圧
方向に遷移し、この電荷を放電し、更に負電位を供給す
る必要があり、実質的な消去時間が短くなる不具合があ
る。これを考慮して、各メモリセルのPウェル電位を上
昇させる過程では各行線と接地電位の電流経路を確保し
ておき、Pウェル電位の上昇に伴う各行線の電位上昇分
の電荷は接地側に放電するのが効率的である。
【0041】消去動作の終了時には、基板チャージ制御
信号CWLCHR、ソース・ドレイン放電制御信号CS
BLDISはオフとなり、ソース放電制御信号CSLD
ISはオン、ドレイン放電制御信号CBLDISもオン
とされ、時刻T3では消去動作を終了すべく、各メモリ
セルのゲートへの負電圧供給を停止して行線WL0〜W
Lmを接地電位に遷移させると共に、オン状態にされた
放電用の第5、第6のスイッチング素子M5、M6によ
り共通ソース線CSL、共通ドレイン線CBLを接地電
位に遷移させ、更に共通基板線CWLを接地電位に遷移
させる。その結果、行線WL0〜WLmは接地電位にな
り、時刻T4において、共通基板線CWL、共通ソース
線CSL、共通ドレイン線CBLは接地電位になり、実
質的な消去動作が終了する。続いて、ドレイン放電制御
信号CBLDISがオフ、列選択トランジスタYS0〜
YSnがオフとされ、時刻T5では各制御信号が消去動
作時の状態を終了し、消去動作モードが完了する。
【0042】図6は第1、第2の電流路14−1、14
−2の構成例を示した図である。図6(a)は、第1の
スイッチング素子M1における抵抗素子(拡散層抵抗、
ポリシリ抵抗等)により高抵抗素子を実現した例であ
り、図6(b)はインバータ素子を用いると共に、抵抗
素子(拡散層抵抗、ポリシリ抵抗等)により定電流を発
生させ、これをN型トランジスタにより構成されたカレ
ントミラー回路により定電流素子を実現した例である。
これは、第2のスイッチング素子M2においても同様で
ある。
【0043】いずれにしても、各電流路の電流値は、第
1、第2のスイッチング素子M1、M2のゲート長、ゲ
ート幅の調整により決定される。
【0044】図7は図4のセル電圧制御回路14の変形
例を示す。図4の回路では、共通基板線CWLを通して
外部供給電圧Vccを供給しているが、本例ではレベル
シフト回路14−4を用いて装置外部あるいは装置内部
で発生された、電圧Vccよりも高い電圧Vppを供給
している。すなわち、電圧Vppが電圧Vccよりも高
いために、正電圧供給回路14−3の入力側にレベルシ
フト回路14−4を接続している。このセル電圧制御回
路14は、各メモリセルの基板部分に供給される電圧が
異なるだけで、消去動作は図4の回路と同じである。
【0045】図8は本発明におけるセル電圧制御回路1
4の第2の実施の形態を示す。本形態においては、図4
の第2の電流路14−2に代えて第3のスイッチング素
子(トランジスタ)M3を設け、ソース・ドレイン放電
制御信号CSBLDISにより第3のスイッチング素子
M3をオンとして共通ソース線CSLと共通ドレイン線
CBLとを導通させるようにしている。この結果、各メ
モリセルのソースは第1の電流路14−1を介して各メ
モリセルのドレインと共に接地電位に接続される。この
実施の形態も消去動作は、基本的には図4の場合と同じ
であるが、高抵抗素子あるいは定電流素子が1個だけで
済むので、高抵抗素子あるいは定電流素子のサイズが大
きい場合には、回路面積削減の効果がある。
【0046】図9は本発明におけるセル電圧制御回路1
4の第3の実施の形態を示す。本形態においては、消去
終了時の共通基板線CWL、共通ソース線CSL、及び
共通ドレイン線CBLの放電動作を改良している。これ
は、図8の回路に以下のような構成を付加することで実
現される。すなわち、共通基板線CWLと第1の電流路
14−1との間に第4のスイッチング素子(トランジス
タ)M4を接続し、消去終了時に共通基板線CWLと第
1の電流路14−1との間を導通させることにより、消
去終了時に、各メモリセルの基板部分の電位と各メモリ
セルのソース、ドレインの電位を第5のスイッチング素
子M5を通して同時に放電させる。このために、正電圧
供給回路14−3´の一方のトランジスタのゲートを他
方のトランジスタのゲートから切り離して、新たに消去
制御信号のうちの基板放電制御信号CWLDISを供給
するようにし、第4のスイッチング素子M4のゲートに
はドレイン放電制御信号CBLDISを供給する。
【0047】図10をも参照して、この第3の実施の形
態の消去動作について説明する。消去動作の開始時は図
5で説明した動作と同じであり、時刻T1において消去
動作が始まると、列選択トランジスタYS0〜YSnが
オンとされると共に、基板チャージ制御信号CWLCH
Rが供給されて共通基板線CWLを通しての各メモリセ
ルの基板部分へのチャージアップが開始される。これと
同時に、ソース・ドレイン放電制御信号CSBLDIS
により第3のスイッチング素子M3が導通し、更に第1
の電流路14−1が形成されてソース、ドレインが接地
電位に接続される。一方、基板放電制御信号CWLDI
S、ソース放電制御信号CSLDISはオフとされ、ド
レイン放電制御信号CBLDISはオフのままである。
上記の結果、各メモリセルのソース、ドレインは、共通
ソース線CSL、共通ドレイン線CBLを通し、順方向
バイアスされた拡散層を介して電位が上昇する。なお、
ここでも各メモリセルの順方向降伏電圧を0.6(V)
とする。
【0048】時刻T2では共通基板線CWLを通した各
メモリセルの基板部分へのチャージアップが完了し、こ
の時、負電圧供給回路15から行デコーダ11、行線W
L0〜WLmを通して各メモリセルのゲートへの負電圧
(−10V)の供給が開始され、実際の消去動作が始ま
る。
【0049】消去動作の終了時には、基板チャージ制御
信号CWLCHRはオフ、ドレイン放電制御信号CBL
DISはオンとされ、時刻T3では消去動作を終了すべ
く、各メモリセルのゲートへの負電圧供給を停止して行
線WL0〜WLmを接地電位に遷移させると共に、オン
状態にある第3〜第5のスイッチング素子M3〜M5に
より共通ソース線CSL、共通基板線CWL及び共通ド
レイン線CBLを接地電位に遷移させる。その結果、行
線WL0〜WLmは接地電位になり、時刻T4におい
て、共通基板線CWL、共通ソース線CSL、共通ドレ
イン線CBLも接地電位になる。続いて、ドレイン放電
制御信号CBLDISがオフとされることで第4、第5
のスイッチング素子M4、M5がオフとなり、実質的な
消去動作が終了する。更に、時刻T5では、基板放電制
御信号CWLDIS、ソース放電制御信号CSLDIS
がオンとされ、ソース・ドレイン放電制御信号CSBL
DISはオフ、列選択トランジスタYS0〜YSnもオ
フとされて消去動作時の状態を終了し、消去動作モード
が完了する。
【0050】上記のように、消去終了時に、各メモリセ
ルの基板部分の電位と各メモリセルのソース、ドレイン
の電位を第5のスイッチング素子M5を通して同時に放
電させることにより、各メモリセルのチャンネル部分の
電位と各メモリセルのソース、ドレインの電位が同時に
遷移するので異常動作が発生しない。
【0051】図11は、参考のために、本発明の図3
(a)に示す各メモリセルのPウェルのソース・ドレイ
ン間のPNダイオードの作用を説明するための図であ
り、順方向降伏電圧Vfbは一般には0.6〜0.8
(V)程度、逆方向降伏電圧VrbはPウェルと拡散層
の不純物濃度により大きく変化するが、一般には10
(V)前後である。
【0052】図12は、従来の図15の場合の消去動作
中のソース・ドレイン電位の変化と、本発明よる場合の
消去動作中のソース・ドレイン電位の変化とを比較する
ための図である。従来例の場合、図12(a)に示すよ
うに、共通基板線CWLにノイズが入った場合、共通基
板線CWLの電位が高電圧になる場合(時刻T4〜T
5)は共通ソース線CSL、共通ドレイン線CBLの電
位は追随するが、低電圧になる場合(時刻T2〜T3)
には追随しない。また、高電圧になる場合でも、列選択
トランジスタが非導通状態ならば、各列線は分離されて
おり、ノイズの伝達はPウェルの抵抗と寄生容量とによ
りメモリセルアレイ内の位置により異なるので、各列線
の電位にばらつきが生じて消去速度のばらつきを誘発す
る。
【0053】これに対し、本発明では、図12(b)に
示すように、共通ソース線CSL、共通ドレイン線CB
Lは接地電位に対して電流経路を確保してあるので、共
通基板線CWLの電位に完全に追随し列線間のばらつき
も抑制される。
【0054】次に、本発明による消去方法の第2の実施
の形態について説明する。本発明による消去方法は、第
3図(a)、(b)おけるメモリセルのフローティング
ゲートFGとコントロールゲートCGとの間の第1の容
量を、フローティングゲートFGとチャンネルとの間の
第2の容量よりも高くし、消去時に、各メモリセルのゲ
ートに負電位を印加し、各メモリセルのチャンネルには
外部供給電圧Vccによる正電位を印加し、更に各メモ
リセルのソース、ドレインを高抵抗の電流路を介して接
地電位に接続するようにして実現される。
【0055】前記第1の容量を前記第2の容量よりも高
くする具体的な方法は、フローティングゲートFGとコ
ントロールゲートCGとの間の絶縁膜の厚さを薄くし、
フローティングゲートFGとチャンネルとの間の絶縁膜
の厚さを厚くすることにより、実現することができる。
【0056】前記第1の容量を前記第2の容量よりも高
くする別の方法としては、フローティングゲートFGと
コントロールゲートCGとの間の絶縁膜を、窒化膜ある
いは酸化膜と窒化膜との多層膜、もしくはタンタルオキ
サイド等の高誘電率膜とすることにより実現することが
できる。
【0057】いずれにしても、第2の実施の形態による
消去方法は、図4におけるセル電圧制御回路14や、図
8、図9における制御回路14からレベルシフト回路1
4−4を除去した制御回路に適用される。動作は、第1
の実施の形態による消去方法と同じである。
【0058】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば消去時に、各メモリセルのウェルあるいは基板部分に
は正電位を印加し、各メモリセルのゲートには負電位を
印加し、各メモリセルのソース、ドレインは高抵抗の電
流路を介して接地電位に接続する第1の方法及び装置
と、各メモリセルのフローティングゲートとコントロー
ルゲートとの間の第1の容量を、フローティングゲート
とチャンネルとの間の第2の容量よりも高くし、消去時
に、各メモリセルのゲートに負電位を印加し、各メモリ
セルのチャンネルには外部供給電圧による正電位を印加
する第2の方法及び装置とにより、消去動作時にソース
・ドレインの電位が安定して安定な消去特性が得られ
る。また、従来のソース・ドレインに電圧を印加する方
式の構成に比べて容易に実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するための構成図で
ある。
【図2】図1に示されたセル電圧制御回路の概略構成を
示した図である。
【図3】本発明に用いられるメモリセルの構造を示した
断面図で、図(a)はP型基板を使用する場合、図
(b)はN型基板を使用する場合の図である。
【図4】図1に示されたセル電圧制御回路の第1の形態
を示した構成図である。
【図5】図4の各部の信号波形を示した図である。
【図6】図2に示された電流路の具体的な構成を示した
図であり、図(a)は高抵抗素子の場合を示し、図
(b)は定電流素子の場合について示す。
【図7】図4に示されたセル電圧制御回路の変形例を示
した構成図である。
【図8】図1に示されたセル電圧制御回路の第2の形態
を示した構成図である。
【図9】図1に示されたセル電圧制御回路の第3の形態
を示した構成図である。
【図10】図9の各部の信号波形を示した図である。
【図11】本発明の図3(a)に示すメモリセルのPウ
ェルのソース・ドレイン間のPNダイオードの作用を説
明するための図である。
【図12】消去動作中のソース・ドレイン電位の変化を
説明するための図であり、図(a)は従来例を示し、図
(b)は本発明の場合について示す。
【図13】従来のゲート・ソース消去方式に適用される
メモリセルの構造を示す断面図である。
【図14】従来のチャンネル消去方式に適用されるメモ
リセルの構造を示す断面図である。
【図15】従来のドレイン、ソースオープン状態のチャ
ンネル消去方式を説明するための図である。
【図16】従来のドレイン、ソースに正電圧を印加する
チャンネル消去方式を説明するための図である。
【符号の説明】
CL 共通接続線 CBL 共通ドレイン線 CSL 共通ソース線 CWL 共通基板線 CWLCHR 基板チャージ制御信号 CSBLDIS ソース・ドレイン放電制御信号 CSLDIS ソース放電制御信号 CBLDIS ドレイン放電制御信号 CWLDIS 基板放電制御信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンネル消去方式による不揮発性半導
    体メモリ装置の消去方法において、メモリセルのゲート
    には負電位を印加し、メモリセルのチャンネルには外部
    からの供給電圧VccあるいはVcc以上の正電位を印
    加し、メモリセルのドレイン、ソースはそれぞれ、高抵
    抗の第1、第2の電流路を介して接地電位に接続するよ
    うにしたことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置
    消去方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の消去方法において、前記
    第1、第2の電流路はそれぞれ、スイッチング素子と高
    抵抗素子あるいは定電流素子を含む回路であることを特
    徴とする不揮発性半導体メモリ装置の消去方法。
  3. 【請求項3】 請求項1あるいは2記載の消去方法にお
    いて、前記チャンネルへの正電位の印加は、メモリセル
    のウェルあるいは基板部分に正電位を印加することで行
    われることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置の消
    去方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の消去方法において、前記
    接地電位は外部から供給されることを特徴とする不揮発
    性半導体メモリ装置の消去方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の消去方
    法において、前記第2の電流路に代えて、メモリセルの
    ソースに前記第1の電流路を接続するためのスイッチン
    グ素子を設けることにより、1つの電流路を前記ドレイ
    ン、ソースで兼用できるようにしたことを特徴とする不
    揮発性半導体メモリ装置の消去方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の消去方法において、消去
    終了時に、前記メモリセルの基板部分の電位と前記メモ
    リセルのソース、ドレインの電位を同時に放電させるた
    めの手段を有することを特徴とする不揮発性半導体メモ
    リ装置の消去方法。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の消去方法において、前記
    チャンネルへの正電位の印加後に、前記ゲートへの負電
    位の印加を行うことを特徴とする不揮発性半導体メモリ
    装置の消去方法。
  8. 【請求項8】 請求項1、5,6のいずれかに記載の消
    去方法であり、フロ ーティングゲートとコントロールゲ
    ートとを含むメモリセルの消去を行う不揮発性半導体メ
    モリ装置の消去方法であって、前記フローティングゲー
    トと前記コントロールゲートとの間の第1の容量を、前
    記フローティングゲートとチャンネルとの間の第2の容
    量よりも高くし、消去時に、メモリセルのゲートには負
    電位を印加し、メモリセルのチャンネルには外部からの
    供給電圧Vccの正電位を印加するようにしたことを特
    徴とする不揮発性半導体メモリ装置の消去方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の消去方法において、前記
    フローティングゲートと前記コントロールゲートとの間
    の膜厚を薄くし、前記フローティングゲートと前記チャ
    ンネルとの間の膜厚を厚くすることにより、前記第1の
    容量を前記第2の容量よりも高くすることを特徴とする
    不揮発性半導体メモリ装置の消去方法。
  10. 【請求項10】 請求項8記載の消去方法において、前
    記フローティングゲートと前記コントロールゲートとの
    間の絶縁膜を、窒化膜あるいは酸化膜と窒化膜との多層
    膜、もしくはタンタルオキサイド等の高誘電率膜とする
    ことにより、前記第1の容量を前記第2の容量よりも高
    くすることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置の消
    去方法。
  11. 【請求項11】 チャンネル消去方式による不揮発性半
    導体メモリ装置において、メモリセルのゲートに負電位
    を印加する電圧供給回路と、メモリセルのチャンネルに
    は外部からの供給電圧VccあるいはVcc以上の正電
    位を印加し、メモリセルのソース、ドレインはそれぞれ
    高抵抗の第1、第2の電流路を介して接地電位に接続す
    る制御回路を備えたことを特徴とする不揮発性半導体メ
    モリ装置。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記メモリセルのドレインは列毎に列
    選択トランジスタに共通接続され、各列選択トランジス
    タは共通ドレイン線に接続されており、更に、前記メモ
    リセルのウェルあるいは基板部分は共通基板線に、前記
    メモリセルのソースは共通ソース線にそれぞれ接続され
    ており、前記制御回路は、前記共通ドレイン線に接続さ
    れて消去制御信号によりオン、オフする第1のスイッチ
    ング素子と高抵抗素子あるいは定電流素子を含む前記第
    1の電流路と、前記共通ソース線に接続されて前記消去
    制御信号によりオン、オフする第2のスイッチング素子
    と高抵抗素子あるいは定電流素子を含む前記第2の電流
    路と、前記共通基板線に接続されて前記消去制御信号に
    応じて前記メモリセルのウェルあるいは基板部分に正電
    位を印加する回路とを含むことを特徴とする不揮発性半
    導体メモリ装置。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記制御回路は更に前記正電位を印加
    する回路の入力側に、前記正電位よりも高い電圧を入力
    とし、該入力電圧を前記正電位と同じ値にシフトするレ
    ベルシフト回路を有することを特徴とする不揮発性半導
    体メモリ装置。
  14. 【請求項14】 請求項13記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記第2の電流路に代えて、前記共通
    ソース線と前記共通ドレイン線との間に接続されて前記
    消去制御信号に応じて前記共通ソース線と前記共通ドレ
    イン線との間を導通させるための第3のスイッチング素
    子を設けることにより、1つの電流路を前記ドレイン、
    ソースで兼用できるようにしたことを特徴とする不揮発
    性半導体メモリ装置。
  15. 【請求項15】 請求項13記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記制御回路は更に、前記共通基板線
    と前記第1の電流路との間に接続されて消去終了時に前
    記共通基板線と前記第1の電流路との間を導通させるた
    めの第4のスイッチング素子を備えることにより、消去
    終了時に、前記メモリセルの基板部分の電位と前記メモ
    リセルのソース、ドレインの電位を同時に放電させるこ
    とを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
  16. 【請求項16】 請求項11記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記接地電位は外部から供給されるこ
    とを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
  17. 【請求項17】 請求項11記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記チャンネルへの正電位の印加後
    に、前記ゲートへの負電位の印加を行うことを特徴とす
    る不揮発性半導体メモリ装置。
  18. 【請求項18】 請求項11、14、15のいずれかに
    記載の不揮発性半導体メモリ装置であってフローティン
    グゲートとコントロールゲートとを含むメモリセルの消
    去を行う不揮発性半導体メモリであって、前記フローテ
    ィングゲートと前記コントロールゲートとの間の第1の
    容量は、前記フローティングゲートと チャンネルとの間
    の第2の容量よりも高くされており、消去時に、メモリ
    セルのゲートに負電位を印加する電圧供給回路と、メモ
    リセルのチャンネルには外部からの供給電圧Vccの正
    電位を印加する制御回路を備えたことを特徴とする不揮
    発性半導体メモリ装置。
  19. 【請求項19】 請求項18記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記フローティングゲートと前記コン
    トロールゲートとの間の膜厚を薄くし、前記フローティ
    ングゲートと前記チャンネルとの間の膜厚を厚くするこ
    とにより、前記第1の容量が前記第2の容量よりも高く
    されていることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装
    置。
  20. 【請求項20】 請求項18記載の不揮発性半導体メモ
    リ装置において、前記フローティングゲートと前記コン
    トロールゲートとの間の絶縁膜を、窒化膜あるいは酸化
    膜と窒化膜との多層膜、もしくはタンタルオキサイド等
    の高誘電率膜とすることにより、前記第1の容量が前記
    第2の容量よりも高くされていることを特徴とする不揮
    発性半導体メモリ装置。
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