JP3422812B2 - Rewriting method of nonvolatile semiconductor memory cell - Google Patents

Rewriting method of nonvolatile semiconductor memory cell

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JP3422812B2
JP3422812B2 JP01951893A JP1951893A JP3422812B2 JP 3422812 B2 JP3422812 B2 JP 3422812B2 JP 01951893 A JP01951893 A JP 01951893A JP 1951893 A JP1951893 A JP 1951893A JP 3422812 B2 JP3422812 B2 JP 3422812B2
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voltage
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的に書き換えが可
能な不揮発性半導体メモリ(以下EEPROM)のメモリセル
の書き換え方式に関するものであり、EEPROM及びEEPROM
を内蔵する半導体記憶装置に利用可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory (hereinafter referred to as "EEPROM") memory cell rewriting method.
It can be used for a semiconductor memory device having a built-in memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(文献1)単一トランジスタの電気的プログラム式メモ
リ装置、その製造方法 特許出願公開 昭61−127179 (文献2)CMOS超LSIの設計 菅野卓雄監修 1989年 P172−173 (文献3)フラッシュメモリの現状と将来展望 電子情報通信学会 ICD91−134 (文献4)ワード負電圧消去方式を用いたフラッシュメ
モリ 電子情報通信学会 ICD91−135 (文献5)16Mフラッシュのセル技術は収束へ 日経マイクロデバイス 1991年7月号 (文献6)Flash EEPROM cell scaling based on tunn
el oxide thinning limitations. 1991 VLSI symposium technology (文献7)「シリコン熱酸化膜とその界面」 pp355-371 (株)リアライズ社
(Reference 1) Single-transistor electrically programmable memory device and method of manufacturing the same Patent application publication Sho 61-127179 (Reference 2) CMOS VLSI design Supervised by Takuo Sugano 1989 P172-173 (Reference 3) Current state of flash memory And future prospects The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers ICD91-134 (Reference 4) Flash memory using word negative voltage erase method ICD91-135 (Reference 5) 16M flash cell technology converges Nikkei Microdevice July 1991 Issue (Reference 6) Flash EEPROM cell scaling based on tunn
el oxide thinning limitations. 1991 VLSI symposium technology (Reference 7) "Silicon thermal oxide film and its interface" pp355-371 Realize Co., Ltd.

【0003】電気的に書き換えが可能で且つ不揮発性を
有するメモリの記憶素子(以下EEPROMメモリセル)は、
1980年代初めより、多く提案されている。そのなか
でも、代表的なのはフローティングゲートを電荷保持層
として有するEEPROMメモリセルであり、文献1、2、
3、4に記載してある。
An electrically rewritable and non-volatile memory storage element (hereinafter referred to as an EEPROM memory cell) is
Many have been proposed since the early 1980s. Among them, a typical example is an EEPROM memory cell having a floating gate as a charge retention layer,
It is described in 3, 4.

【0004】フローティングゲートを有するEEPROMメモ
リセルは、結晶性の半導体シリコン基板と、前記基板表
面に基板不純物とは反対の不純物をドープして形成され
ているソース部及びドレイン部(例えば不純物としてボ
ロンをドープしたP型基板の場合、ソース部及びドレイ
ン部は砒素ないしリンをドープしたN型層)と、前記ソ
ース部とドレイン部間に少数キャリアを導通させるチャ
ンネル領域と、チャンネル領域の上部に接してある薄い
酸化膜と、薄い酸化膜の上部に接してある多結晶導電性
のポリシリコンで形成されたフローティングゲートと、
前記フローティングゲートの上部に接してある多結晶ポ
リシリコンで形成された制御ゲートとを有している。
An EEPROM memory cell having a floating gate has a crystalline semiconductor silicon substrate and a source portion and a drain portion (for example, boron as an impurity) formed by doping an impurity opposite to a substrate impurity on the substrate surface. In the case of a doped P-type substrate, the source part and the drain part are in contact with the arsenic or phosphorus-doped N-type layer), the channel region for conducting minority carriers between the source part and the drain part, and the upper part of the channel region. A thin oxide film and a floating gate formed of polycrystalline conductive polysilicon in contact with the upper part of the thin oxide film;
And a control gate formed of polycrystalline polysilicon in contact with an upper portion of the floating gate.

【0005】上記EEPROMメモリセルの記憶の原理として
は、前記フローティングゲートに電荷(電子ないし正
孔)を注入及び蓄積させる事により、前記制御ゲートよ
りみたメモリセルのしきい値電圧(しきい値電圧とは、
チャンネル領域に少数キャリアが誘起された時点での制
御ゲートに印加されている電圧)を変化させる事にあ
る。フローティングゲートに電荷を注入させる方法とし
ては、例えば図7及び図8に示すような従来例がある
(この従来例については、例えば文献1及び文献2に記
載がある)。
The principle of storage of the EEPROM memory cell is to inject and store charges (electrons or holes) in the floating gate to allow the threshold voltage (threshold voltage) of the memory cell to be seen from the control gate. Is
The voltage applied to the control gate when minority carriers are induced in the channel region is changed. As a method for injecting charges into the floating gate, there are conventional examples as shown in FIGS. 7 and 8 (for example, the conventional examples are described in Documents 1 and 2).

【0006】図7及び図8の従来例では、1ビットの情
報を選択し記憶させるのに、1個のMOS 型エンハンスメ
ントNチャンネルトランジスタ(図7の20ないし21
ないし22ないし23)と前記フローティングゲートを
有するメモリセル(図7の24ないし25ないし26な
いし27)1個を必要としている。図7では4ビット分
の情報を選択し記憶できることになる。
In the conventional example shown in FIGS. 7 and 8, one MOS-type enhancement N-channel transistor (20 to 21 in FIG. 7) is used to select and store 1-bit information.
22 to 23) and one memory cell (24 to 25 to 26 to 27 in FIG. 7) having the floating gate. In FIG. 7, 4-bit information can be selected and stored.

【0007】図7において、200,201はワード線
であり、200は18,20及び21のゲートに接続さ
れており、201は19,22及び23のゲートに接続
されている。203,204はビット線であり203は
20及び22のドレインに接続され、204は21及び
23のドレインに接続されている。18,19はバイト
選択用のMOS 型エンハンスメントNチャンネルトランジ
スタであり、18及び19のドレインはセンス線202
に接続されている。トランジスタ18,19,20,2
1,22,23のしきい値電圧は例えば1V(ボルト)
である。18のソースは24及び25の制御ゲートに、
19のソースは26及び27の制御ゲートに接続されて
いる。20のソースと24のドレイン、21のソースと
25のドレイン、22のソースと26のドレイン、23
のソースと27のドレインは各々N型の不純物拡散層で
接続されている。
In FIG. 7, 200 and 201 are word lines, 200 is connected to the gates of 18, 20 and 21, and 201 is connected to the gates of 19, 22 and 23. 203 and 204 are bit lines, 203 is connected to the drains of 20 and 22, and 204 is connected to the drains of 21 and 23. Reference numerals 18 and 19 denote MOS type enhancement N-channel transistors for byte selection, and drains of 18 and 19 are sense lines 202.
It is connected to the. Transistors 18, 19, 20, 2
The threshold voltage of 1, 22, 23 is, for example, 1 V (volt)
Is. 18 sources to 24 and 25 control gates,
The source of 19 is connected to the control gates of 26 and 27. 20 sources and 24 drains, 21 sources and 25 drains, 22 sources and 26 drains, 23
Source and 27 drain are connected to each other by an N-type impurity diffusion layer.

【0008】図8は図7のA−B面での断面図で、1ビ
ット分を示したものである。220はP型シリコン基板
であり、205’,208及び203’はN型不純物拡
散層、223及び224はチャンネル上のシリコン熱酸
化膜(ゲート酸化膜ともいう)であり、225は223
や224に比べて十分薄いシリコン熱酸化膜(例えば2
23及び224の膜厚が50ナノメートルで225の膜
厚は10ナノメートル)である。226は例えば多結晶
ポリシリコンで形成されたフローティングゲート、20
6は例えば多結晶ポリシリコンで形成された制御ゲート
であり、227は226と206の間の層間絶縁膜(例
えば25ナノメートル程の熱酸化膜)であり、200は
例えば多結晶ポリシリコンで形成されたゲートである。
228は絶縁層であり、203は例えばアルミを主材料
としたビット線であり、229は203と203’をつ
なぐコンタクト部である。なお200及び206のポリ
シリコンは他のメモリセルと電気的に接続されている
が、フローティングゲートは電気的には他のメモリセル
と絶縁されている。
FIG. 8 is a sectional view taken along the line AB of FIG. 7, showing one bit. 220 is a P-type silicon substrate, 205 ', 208 and 203' are N-type impurity diffusion layers, 223 and 224 are silicon thermal oxide films (also referred to as gate oxide films) on the channels, and 225 is 223.
Silicon oxidization film (eg 2
The film thicknesses of 23 and 224 are 50 nanometers and the film thickness of 225 is 10 nanometers. 226 is a floating gate formed of, for example, polycrystalline polysilicon, 20
6 is a control gate formed of, for example, polycrystalline polysilicon, 227 is an interlayer insulating film between 226 and 206 (for example, a thermal oxide film of about 25 nanometers), and 200 is formed of, for example, polycrystalline polysilicon. The gate was opened.
Reference numeral 228 is an insulating layer, 203 is a bit line mainly made of aluminum, and 229 is a contact portion connecting 203 and 203 '. The polysilicons 200 and 206 are electrically connected to other memory cells, but the floating gates are electrically insulated from the other memory cells.

【0009】図7及び図8のメモリセルの電気的等価回
路を図9に示す。図9で206は制御ゲートで電圧Vg
が印加され、208はドレインで電圧Vdが、205は
ソースで電圧Vsが、220は基板で電圧Vsubが印
加される。図8で酸化膜224,225及び層間絶縁膜
227は電気的にはキャパシタンスとして表す事がで
き、226と206間のキャパシタンスをCip、22
6と208間のキャパシタンスをCsubとする。22
6はフローティングゲートであり、この電圧をVfとす
るとVfは電荷保存の法則により、 Cip(Vg-Vf)=Cs(Vf-Vs)+Csub(Vf-Vsub)+Cd(Vf-Vd) ・・・(1) (1)式で Vs=Vsub=Vd=0Vの時は、 Vf= Vg ・ Rp ここで、 Rp=Cip/(Cip+Cd+Csub+Cs) ・・・(2) で表される。Rpをカップリングレシオと称し、一般的
にはRp=0.55〜0.7である。
FIG. 9 shows an electrically equivalent circuit of the memory cells of FIGS. 7 and 8. In FIG. 9, 206 is a control gate, which is a voltage Vg.
The voltage Vd is applied to the drain at 208, the voltage Vs is applied to the source at 205, and the voltage Vsub is applied to the substrate at 220. In FIG. 8, the oxide films 224 and 225 and the interlayer insulating film 227 can be electrically expressed as capacitance, and the capacitance between 226 and 206 can be represented by Cip, 22.
Let Csub be the capacitance between 6 and 208. 22
Reference numeral 6 denotes a floating gate. When this voltage is Vf, Vf is Cip (Vg-Vf) = Cs (Vf-Vs) + Csub (Vf-Vsub) + Cd (Vf-Vd).・ (1) When Vs = Vsub = Vd = 0V in the equation (1), Vf = Vg ・ Rp where Rp = Cip / (Cip + Cd + Csub + Cs) ・ ・ ・ (2) It Rp is called a coupling ratio, and generally Rp = 0.55 to 0.7.

【0010】図7、図8の従来のメモリセルの書き換え
及び読みだしの方式について以下に説明する。表1に各
動作モード時の各ノード電圧例を記す。書き換えは書き
込みと消去に分けられる。図7の24のメモリセルを選
択した場合を考える。
A conventional method of rewriting and reading the memory cells shown in FIGS. 7 and 8 will be described below. Table 1 shows an example of each node voltage in each operation mode. Rewriting is divided into writing and erasing. Consider the case where the memory cell 24 of FIG. 7 is selected.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】24の書き込み時には、200を例えば2
0V、202を0V、203を20V、205を開放に
する事により、18,20,21がオン状態になり、2
06が0V、208が約18V(20V−トランジスタ
20のしきい値電圧(基板効果含む))となる。これに
よりフローティングゲート226に約7Vの電圧が誘起
される。225の膜厚が10ナノメートルであるので2
26と208の間の電位差により、225にはファーラ
ーノードハイムトンネル電流が流れる。ファーラーノー
ドハイムトンネル電流は一般的には薄い酸化膜に10メ
ガエレクトロンボルト/センチメートル(MeV/cm)以上
の電界を印加した時に流れる。このファーラーノードハ
イムトンネル電流により、208から226に正孔が注
入され、メモリセルのしきい値電圧が低くなる(例えば
メモリセルの初期のしきい値電圧が例えば2Vとする
と、書き込み後は−2〜−3V)。この時、204が0
Vで、201が0Vであるので24以外のメモリセルに
は高電圧が印加されないので、書き込まれない。
When writing 24, 200 is set to 2
By opening 0V, 202 to 0V, 203 to 20V, and 205, 18, 20, and 21 are turned on, and 2
06 is 0V and 208 is about 18V (20V-the threshold voltage of the transistor 20 (including the substrate effect)). As a result, a voltage of about 7 V is induced in the floating gate 226. Since the film thickness of 225 is 10 nanometers, 2
The potential difference between 26 and 208 causes a Farrer-Nordheim tunnel current to flow in 225. The Farrer-Nordheim tunnel current generally flows when an electric field of 10 megaelectron volts / centimeter (MeV / cm) or more is applied to a thin oxide film. Due to this Farrer-Nordheim tunnel current, holes are injected from 208 to 226, and the threshold voltage of the memory cell becomes low (for example, if the initial threshold voltage of the memory cell is 2 V, then −2 after writing). ~ -3V). At this time, 204 is 0
With respect to V, since 201 is 0V, no high voltage is applied to the memory cells other than 24, so that no data is written.

【0013】消去時には、200に例えば20V、20
2に例えば20V、203に0Vを印加する事により、
206が約18V、208が0Vになる。これにより2
26には約11Vが誘起され、ファーラーノードハイム
トンネル電流が225を流れ、電子が226に注入さ
れ、メモリセルのしきい値電圧が高くなる(例えば6〜
7V)。この時201が0Vであるので、207は開放
状態となり26,27は消去されない。しかし、204
が0Vであるので、25は24と同じく消去されてしま
う。換言すれば、消去時には、206と同じノードにつ
ながるメモリセルは全て消去され、しきい値電圧が高く
なってしまう事となる。
At the time of erasing, 200, for example, 20V, 20
By applying 20V to 2 and 0V to 203,
206 becomes about 18V and 208 becomes 0V. This makes 2
Approximately 11 V is induced in 26, a Farrer-Nordheim tunnel current flows through 225, electrons are injected into 226, and the threshold voltage of the memory cell becomes high (for example, 6 to
7V). Since 201 is 0V at this time, 207 is in an open state and 26 and 27 are not erased. But 204
Is 0V, so 25 is erased like 24. In other words, at the time of erasing, all memory cells connected to the same node as 206 are erased and the threshold voltage becomes high.

【0014】24の読みだし時には200に例えば5
V、202に3V、203に2Vを印加する事により、
18及び20がオン状態となり、24のドレインが2
V、制御ゲートが5Vとなる。この時、メモリセルのし
きい値が6〜7Vと高いとメモリセルはオフ状態であり
ドレイン−ソース間に電流が流れない。メモリセルのし
きい値が−2〜−3Vと低い場合、メモリセルはオン状
態であり、ドレイン−ソース間に電流が流れる。この電
流の有無(あるいは大小)により記憶情報の読みだしを
行っている。
At the time of reading 24, for example, 5 is added to 200.
By applying 3V to V, 202 and 2V to 203,
18 and 20 are turned on, and the drain of 24 is 2
V, the control gate becomes 5V. At this time, if the threshold voltage of the memory cell is as high as 6 to 7 V, the memory cell is in the off state and no current flows between the drain and the source. When the threshold voltage of the memory cell is as low as −2 to −3 V, the memory cell is in the ON state and a current flows between the drain and the source. The stored information is read out depending on the presence or absence (or the magnitude) of this current.

【0015】[0015]

【従来の問題点】上記の従来例は書き換えに当たり、フ
ァーラーノードハイムトンネル電流を利用し、電荷の注
入を行うが為、書き換え時にはメモリセルには比較的小
さい電流(例えば1メモリセル当たり10ピコアンペア
から1000ピコアンペア)しか必要としないという利
点がある。しかし、欠点としてメモリーアレーの中で書
き込みを選択的に行う為には、図7の20,21,2
2,23の様にメモリセルを相互に分離する為の別のト
ランジスタを必要としている(図7で20,21,2
2,23がない場合、24のメモリセルに書き込むと
き、26のメモリセルにも書き込まれてしまうことが理
解できよう)。このため、1ビットにつき1個の分離用
トランジスタを設けたとすると、その占有面積は例えば
80〜150(平方ミクロン)必要となる。メモリセル
を大規模に集積化した場合、この欠点により大規模化が
妨げられることになる。
2. Description of the Related Art In the above-mentioned conventional example, since the charge is injected by utilizing the Farrer-Nordheim tunnel current upon rewriting, a relatively small current (for example, 10 picoampere per memory cell from 10 picoampere per memory cell) at the time of rewriting. It has the advantage of requiring only 1000 picoamps. However, as a drawback, in order to selectively perform writing in the memory array, 20, 21, 2 in FIG.
2 and 23, another transistor for separating the memory cells from each other is required (see 20, 21, 2 in FIG. 7).
It will be understood that when there are no 2 and 23, when writing to 24 memory cells, they are also written to 26 memory cells). Therefore, if one isolation transistor is provided for each bit, the occupied area is required to be, for example, 80 to 150 (square micron). When the memory cells are integrated on a large scale, this drawback hinders the increase in size.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、単一
電源電圧での書き換え及び読みだしを可能にし、かつ低
電源電圧化が容易なEEPROMメモリセルの書き換え方式を
提供すると共に、書き込み時に選択的に書き込むため
に、分離用トランジスタを必要としない、最小トランジ
スタ構成でのメモリセルを提供するものである。
Therefore, the present invention provides a rewriting method of an EEPROM memory cell which enables rewriting and reading with a single power supply voltage and facilitates lowering of the power supply voltage, and selects at the time of writing. The present invention provides a memory cell having a minimum transistor configuration that does not require a separation transistor for writing data selectively.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、マトリクス上に配置された複数のEEPROMメ
モリセルにおいて、選択したメモリセルの書き込み時に
は、該メモリセルの制御ゲートに接地電位より低い第1
の電圧を印加し、該メモリセルのドレインには接地電位
より高い第2の電圧を印加し、前記第1の電圧と前記第
2の電圧との電位差によって該メモリセルの電荷注入層
から電荷をドレインへとトンネル現象により引き抜く事
により、該メモリセルを書き込みレベルにし、前記選択
したメモリセルの制御ゲートと電気的に共通の制御ゲー
トを有する、選択されていない少なくとも1つの第2の
メモリセルのドレインには、前記第2の電圧より低い第
3の電圧を印加し、前記第3の電圧は該制御ゲートの第
1の電圧との電位差においても前記トンネル現象を起こ
さない程度の電圧であり、前記選択したメモリセルのド
レインと電気的に共通なドレインを有する、選択されて
いない少なくとも1つの第3のメモリセルの制御ゲート
には、第1の電圧よりも高く第2電圧よりも低い第4の
電圧を印加し、前記第4の電圧は該メモリセルのドレイ
ンの第2の電圧との電位差においても前記トンネル現象
を起こさない程度の電圧である事を特徴とした書き込み
方式であり、更にEEPROMメモリセルの消去にはCHE (チ
ャンネルホットエレクトロン)注入により、該メモリセ
ルの電荷注入層に負電荷を注入することにより、該メモ
リセルを消去レベルにすることを特徴とした書き換え方
式を提案している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a plurality of EEPROM memory cells arranged in a matrix, and when a selected memory cell is written, the control gate of the memory cell is grounded. Lower first
Voltage is applied to the drain of the memory cell, and a second voltage higher than the ground potential is applied to the drain of the memory cell. Due to the potential difference between the first voltage and the second voltage, the charge is injected from the charge injection layer of the memory cell. The at least one second memory cell that is not selected and has a control gate electrically common to the control gate of the selected memory cell by pulling the memory cell to the drain by a tunneling phenomenon. A third voltage, which is lower than the second voltage, is applied to the drain, and the third voltage is a voltage that does not cause the tunnel phenomenon even with a potential difference from the first voltage of the control gate, A first voltage is applied to a control gate of at least one unselected third memory cell having a drain electrically common to the drain of the selected memory cell. A fourth voltage that is higher than the second voltage and is lower than the second voltage is applied, and the fourth voltage is a voltage that does not cause the tunnel phenomenon even in the potential difference from the second voltage of the drain of the memory cell. And a CHE (Channel Hot Electron) injection for erasing the EEPROM memory cell, and a negative charge is injected into the charge injection layer of the memory cell to bring the memory cell to the erase level. We have proposed a rewriting method characterized by this.

【0018】[0018]

【作用】本発明は、EEPROMメモリセルの書き込み時にお
いて、トンネル現象を用いることにより、電荷注入層か
らドレインへと電荷を引き抜くのであるが、従来と異な
り、選択したメモリセルの制御ゲートには負電圧を印加
し、ドレインに印加する電圧の高低(例えば5Vと0
V)により、トンネル現象の有無、すなわち書き込みの
有無を制御するものである。選択したメモリセルの制御
ゲートに負電圧を印加し、選択したメモリセルとドレイ
ンが電気的に共通で非選択のメモリセルの制御ゲートに
は、負電圧より高くメモリセルのしきい値電圧より低い
電圧(例えば負電圧を−8Vでメモリセルのしきい値電
圧を2Vとすると、非選択のメモリセルの制御ゲートの
電圧は、例えば0V)を印加することにより、トンネル
現象を防止する。
According to the present invention, the charge is extracted from the charge injection layer to the drain by using the tunnel phenomenon when writing to the EEPROM memory cell, but unlike the conventional case, the control gate of the selected memory cell is negatively charged. High and low voltage applied to the drain (for example, 5V and 0
V) controls the presence or absence of the tunnel phenomenon, that is, the presence or absence of writing. A negative voltage is applied to the control gate of the selected memory cell, and the control gate of an unselected memory cell in which the selected memory cell and drain are electrically common is higher than the negative voltage and lower than the threshold voltage of the memory cell. A tunneling phenomenon is prevented by applying a voltage (for example, if the negative voltage is -8 V and the threshold voltage of the memory cell is 2 V, the voltage of the control gate of the non-selected memory cell is 0 V, for example).

【0019】ここでトンネル現象とは、ファーラーノー
ドハイムトンネルあるいは直接トンネルのいずれかを意
味する。また、電荷注入層とは、ポリシリコンのフロー
ティングゲートのみを意味するのではなく、窒化物によ
る絶縁層等の電荷を注入できる層をも意味する。
Here, the tunnel phenomenon means either a Farrer Nordheim tunnel or a direct tunnel. Further, the charge injection layer does not mean only a floating gate of polysilicon, but also a layer such as an insulating layer made of nitride capable of injecting charges.

【0020】[0020]

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1乃至図7に本発明の実施例を示す。図
1では10,11,12及び13は例えば電荷注入層と
して、フローティングゲートを有するEEPROMメモリセル
であり、ドレイン端子及びソース端子及び制御ゲート端
子及びフローティングゲートを有している。100及び
101はワード線であり、列方向のデコーダ回路によ
り、任意のワード線が選択/非選択にされる。100は
10の制御ゲートと11の制御ゲートに接続されてお
り、101は12の制御ゲートと13の制御ゲートに接
続されている。102及び103はビット線であり、列
方向のデコーダ回路により選択される。102は10の
ドレイン及び12のドレインに接続され、103は11
のドレイン及び13のドレインに接続されている。10
4はソース線であり、10,11,12,13のソース
が接続されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 7 show an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 10, 11, 12, and 13 are EEPROM memory cells having a floating gate as a charge injection layer, for example, and have a drain terminal, a source terminal, a control gate terminal, and a floating gate. Reference numerals 100 and 101 denote word lines, and an arbitrary word line is selected / unselected by a decoder circuit in the column direction. 100 is connected to 10 control gates and 11 control gates, and 101 is connected to 12 control gates and 13 control gates. Bit lines 102 and 103 are selected by a decoder circuit in the column direction. 102 is connected to 10 drains and 12 drains, 103 is 11
Is connected to the drains of and. 10
Reference numeral 4 denotes a source line, to which sources 10, 11, 12, 13 are connected.

【0021】図2に本実施例のEEPROMメモリセルの断面
図を示す。図1のA−B面でみたものである。105は
半導体シリコンP型基板であり、104’及び102’
はN型拡散層でソース及びドレインとなっている。10
2’と104’の間には、ゲート電圧値に応じて電子の
導電層(チャンネル)を誘起させるチャンネル領域11
0があり、その上部に薄い絶縁膜106(例えば厚さ1
0ナノメートルの熱酸化膜)がある。チャンネル領域の
幅は例えば0. 6ミクロンから1ミクロンである。
FIG. 2 shows a sectional view of the EEPROM memory cell of this embodiment. This is what is seen on the plane AB of FIG. Reference numeral 105 is a semiconductor silicon P-type substrate, and 104 'and 102'
Is an N-type diffusion layer serving as a source and a drain. 10
Between 2'and 104 ', a channel region 11 that induces a conductive layer (channel) of electrons according to a gate voltage value.
0, and a thin insulating film 106 (for example, a thickness of 1
There is a thermal oxide film of 0 nm. The width of the channel region is, for example, 0.6 to 1 micron.

【0022】薄い絶縁膜の上部には導電性多結晶ポリシ
リコンで形成されたフローティングゲート109があ
り、109の厚さは例えば150ナノメートルである。
109の上部には薄い絶縁層(例えば酸化膜及び窒化膜
で形成された厚さ25ナノメートルの絶縁層)107が
あり、107の上部には例えば導電性多結晶ポリシリコ
ンで形成された制御ゲート100がある。100の厚さ
は例えば250ナノメートルである。102はアルミを
主材料としたビット線であり、コンタクト部108を介
して102’と接続されている。102と100の間
は、絶縁層111がある。なおフローティングゲートに
電荷が注入されていない時のメモリセルのしきい値電圧
は例えば2Vとする。
A floating gate 109 made of conductive polycrystalline polysilicon is provided on the thin insulating film, and the thickness of 109 is, for example, 150 nanometers.
A thin insulating layer (for example, a 25-nm-thick insulating layer formed of an oxide film and a nitride film) 107 is provided above 109, and a control gate formed of, for example, conductive polycrystalline polysilicon is provided above 107. There are 100. The thickness of 100 is, for example, 250 nanometers. A bit line 102 is mainly made of aluminum, and is connected to 102 ′ through a contact portion 108. Between 102 and 100 is an insulating layer 111. The threshold voltage of the memory cell when no charges are injected into the floating gate is, for example, 2V.

【0023】図3に本実施例におけるメモリセルの平面
図を示す。150がN型の拡散層(メモリセルのドレイ
ン及びソース及びソース線)、151がワード線(=制
御ゲート)、152がフローティングゲート、154が
ビット線、153がコンタクト部である。図3でのメモ
リセルの1ビット分の占有面積は例えば1〜10(平方
ミクロン)である。
FIG. 3 shows a plan view of the memory cell in this embodiment. Reference numeral 150 is an N-type diffusion layer (drain, source and source line of memory cell), 151 is a word line (= control gate), 152 is a floating gate, 154 is a bit line, and 153 is a contact portion. The occupied area for one bit of the memory cell in FIG. 3 is, for example, 1 to 10 (square micron).

【0024】本発明の書き換え方式の実施例を図1、図
2、図3及び図4を用いて説明する。図4は図1の書き
込み時における印加電圧を示したものである。まず10
の書き込み時においては、100の電圧をVw1とし例え
ばVw1=−8Vを印加する。102の電圧をVprg1とし
例えばVprg1=6Vを印加する。更に105の電圧をVs
ubとし、例えばVsub=0Vとし、104の電圧をVas と
し、104は例えば開放しておく。この時の電圧関係
は、Vprg1>Vsub〜0>Vw1である。この時、制御ゲー
トに負電圧が印加されているので、メモリセル10,1
1はオフ状態でありチャンネルは形成されない。
An embodiment of the rewriting method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4. FIG. 4 shows the applied voltage at the time of writing in FIG. First 10
At the time of writing, the voltage of 100 is set to Vw1 and, for example, Vw1 = −8V is applied. The voltage of 102 is set to Vprg1 and, for example, Vprg1 = 6V is applied. Furthermore, the voltage of 105 is Vs
ub, for example, Vsub = 0V, the voltage of 104 is Vas, and 104 is left open, for example. The voltage relationship at this time is Vprg1> Vsub to 0> Vw1. At this time, since a negative voltage is applied to the control gate, the memory cells 10, 1
1 is in the off state and no channel is formed.

【0025】(1)式に上記電圧を導入し例えばカップ
リングレシオを0. 6と設定するとフローティングゲー
ト109とドレイン102’の電位差は約10. 5Vと
なる。この電位差により、ファーラーノードハイムトン
ネル電流が流れ、109から102’へと電子が引き抜
かれる。書き込むメモリセルは、あらかじめ消去レベル
にあり、電子が引き抜かれる事により、しきい値電圧は
低くなる。しきい値電圧が過剰に低くなりすぎない様、
書き込み時間等を適切にする事により、しきい値電圧を
例えば2Vにすることが可能である。
When the above voltage is introduced into the equation (1) and the coupling ratio is set to 0.6, the potential difference between the floating gate 109 and the drain 102 'becomes about 10.5V. Due to this potential difference, a Farrer-Nordheim tunnel current flows, and electrons are extracted from 109 to 102 '. The memory cell to be written is in the erase level in advance, and the threshold voltage becomes low because electrons are extracted. To prevent the threshold voltage from becoming too low,
The threshold voltage can be set to, for example, 2 V by appropriately setting the writing time or the like.

【0026】更に10の書き込み時において、101の
電圧をVw2とし例えばVw2=0V印加(Vw2>Vw1)
し、103の電圧をVprg2とし例えば0Vを印加する
と、11の制御ゲートとドレイン間は8Vの電位差とな
り、これにより、11のフローティングゲートには約7
Vの電圧が誘起されるが、この電位差ではファーラーノ
ードハイム電流は起こらず、11のしきい値電圧は変化
しない。また12の制御ゲートとドレイン間には約5.
5Vの電位差が生じるがこの電位差でも無論、ファーラ
ーノードハイムトンネルは起こらず、12のしきい値電
圧も変化はない。13においては、ドレイン−ソース間
に電位差がないので、しきい値の変化はない。
Further, in writing 10 times, the voltage of 101 is set to Vw2, and Vw2 = 0V is applied (Vw2> Vw1).
Then, when the voltage of 103 is set to Vprg2 and 0V is applied, for example, a potential difference of 8V is generated between the control gate and drain of 11, and thus the floating gate of 11 has about 7V.
Although a voltage of V is induced, the Farler-Nordheim current does not occur at this potential difference, and the threshold voltage of 11 does not change. Also, there are about 5. between the 12 control gates and drains.
A potential difference of 5 V is generated, but of course, even with this potential difference, the Farrer-Nordheim tunnel does not occur, and the threshold voltage of 12 does not change. In No. 13, since there is no potential difference between the drain and the source, there is no change in the threshold value.

【0027】次に本発明の一実施例での、消去時の方式
を述べる。図5に消去時の印加電圧を示す。10のメモ
リセルの消去においては、100の電圧をVers1とし例
えばVers1=12Vを印加し、104の電圧をVse1とし例
えばVse1=5Vを印加し、102の電圧をVse2とし例え
ばVse2=0Vを印加する。この場合Vers1>Vse1>Vse2
≧0Vの電圧関係がある。10の制御ゲートに12V、ソ
ースに5V、ドレインに0Vを印加するので、ソース近
傍でホットエレクトロンが生じ、CHE 注入が起き、10
のしきい値電圧は高くなる。この時101の電圧をVers
2とし例えばVers2=0Vを印加すると(Vers1>Vers
2)メモリセル12の制御ゲートは0V、ドレインは0
V、ソースは5Vとなり、12はオフ状態のままであ
り、そのしきい値電圧は変化しない。
Next, a method of erasing in one embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the applied voltage at the time of erasing. In erasing the memory cell of 10, the voltage of 100 is set to Vers1, for example, Vers1 = 12V is applied, the voltage of 104 is set to Vse1, for example, Vse1 = 5V, and the voltage of 102 is set to Vse2, for example, Vse2 = 0V is applied. . In this case Vers1>Vse1> Vse2
There is a voltage relationship of ≧ 0V. Since 12V is applied to the control gate of 10 and 5V to the source and 0V to the drain, hot electrons are generated near the source and CHE injection occurs.
Threshold voltage becomes high. At this time, the voltage of 101 is Vers
2 and, for example, Vers2 = 0V is applied (Vers1> Vers
2) The control gate of the memory cell 12 is 0V and the drain is 0V.
V and source are 5 V, 12 remains in the off state, and its threshold voltage does not change.

【0028】更に103の電圧をVse3とし例えばVse3=
5Vを印加すると(Vse3=Vse1>Vse2)、11の制御ゲ
ートは12V、ドレインは5V、ソースは5Vとなる。制
御ゲート電圧が12Vであるので、11はオン状態となり
チャンネルが形成されるが、ドレイン−ソース間に電位
差がないためチャンネル電流が流れず、CHE 注入が起き
ない。ファーラーノードハイムトンネル電流も電位差が
小さいため起きないので、11のしきい値電圧は変化し
ない。また、13の制御ゲートには0V、ドレインに5
V、ソースに5V印加されるが、オフ状態であり、電位
差も小さいので13のしきい値電圧も変化しない。
Further, the voltage of 103 is set to Vse3, for example, Vse3 =
When 5V is applied (Vse3 = Vse1> Vse2), the control gate of 11 becomes 12V, the drain becomes 5V, and the source becomes 5V. Since the control gate voltage is 12 V, 11 turns on and a channel is formed, but since there is no potential difference between the drain and source, no channel current flows and CHE injection does not occur. Since the Farrer-Nordheim tunnel current does not occur because the potential difference is small, the threshold voltage of 11 does not change. Also, 13 control gates have 0V and drains have 5V.
Although V and 5 V are applied to the source, the threshold voltage of 13 does not change because it is off and the potential difference is small.

【0029】次に本実施例における上記電圧印加のタイ
ミングを図6に示し以下にその説明を行う。前述の様
に、CHE 注入によりメモリセル10のしきい値を高くし
て消去状態へと変化させるためには100にVers1(=12
V) 、102にVse2(=0V)、104にVse1(=5
V) を印加する必要がある。ところで、非選択メモリセ
ル11のドレイン−ソース間に電位差を生じさせないた
めに、103にはVse3(=5V) を印加するが、この電
圧印加のタイミングは104にVse1を印加するタイミン
グと同時であり、しかも100にはVers1(=12V) が印
加されていない状態、つまり0Vの状態であることが好
ましい。なぜなら、もし仮に103か104のどちらか
一方が5Vにバイアスされ、どちらか一方が0Vの状
態、つまり瞬間的にメモリセル11のソース−ドレイン
間に電位差が生じ、しかもその時点で100にVers1(=
12V) が印加されていると、瞬間的にCHE 注入が起こ
り、誤って消去動作がなされてしまう為である。
Next, the timing of voltage application in this embodiment is shown in FIG. 6 and will be described below. As described above, in order to raise the threshold of the memory cell 10 by CHE injection and change it to the erased state, Vers1 (= 12) is set to 100.
V), Vse2 for 102 (= 0 V), Vse1 for 104 (= 5)
V) must be applied. By the way, Vse3 (= 5V) is applied to 103 in order to prevent a potential difference between the drain and the source of the non-selected memory cell 11, but the timing of applying this voltage is the same as the timing of applying Vse1 to 104. Moreover, it is preferable that Vers1 (= 12V) is not applied to 100, that is, 0V. This is because if either 103 or 104 is biased to 5V and one of them is at 0V, that is, a potential difference between the source and drain of the memory cell 11 is instantaneously generated, and at that time, 100 Vers1 ( =
This is because CHE injection occurs instantaneously when 12 V) is applied, and the erase operation is mistakenly performed.

【0030】以上の理由より図6に示したように、先ず
103と104に同時にそれぞれVse1=Vse3=5Vを印
加し、その後消去パルスとして100にVers1=12Vを
印加することによって、上述した誤消去を防止すること
が可能となった。上述の方法によれば、もし仮に103
と104にVse1=Vse3=5Vを印加するタイミングが回
路動作上の理由により若干ずれたとしても、非選択メモ
リセル11のソース−ドレイン間に電位差が生じた瞬間
には、100にVers1=12Vが印加されてない状態(0
V) にあるためCHE 注入によるしきい値電圧変動は起こ
らない。
For the above reason, as shown in FIG. 6, first, Vse1 = Vse3 = 5V is applied to 103 and 104 at the same time, respectively, and then Vers1 = 12V is applied to 100 as an erase pulse. It has become possible to prevent According to the above method, if 103
Even if the timing of applying Vse1 = Vse3 = 5V to and 104 is slightly deviated due to the circuit operation, at the moment when the potential difference occurs between the source and drain of the non-selected memory cell 11, Vers1 = 12V is set to 100. Not applied (0
V), the threshold voltage fluctuation due to CHE injection does not occur.

【0031】なお、本実施例の説明のために、電圧値を
記してあるが、この電圧値はメモリセルの構造、特に酸
化膜や層間絶縁膜のキャパシタンス値やカップリングレ
シオの値により、変更されるべきものであり、特許請求
の範囲に記載の関係を満足すればよい。
Although a voltage value is shown for the purpose of explaining the present embodiment, this voltage value is changed depending on the structure of the memory cell, particularly the capacitance value of the oxide film or the interlayer insulating film and the coupling ratio value. What is necessary is just to satisfy the relations described in the claims.

【0032】この様に本発明の実施例の書き込み方式に
よれば、トンネル現象を用いながらも、必要とした分離
用トランジスタを必要としないメモリアレイが実現で
き、従来技術に比べて占有面積の大幅な減少が実現でき
る。更に本発明によれば、読みだし時においては、メモ
リセルのドレインに印加する電圧を書き込みにチャンネ
ルホットエレクトロン注入を利用しないが故に従来技術
に比べて高くすることができ(例えば従来技術では1V
に対し、本発明の実施例では2V以上)読みだし時のメ
モリセルのオン電流を大きくとれる。
As described above, according to the write method of the embodiment of the present invention, it is possible to realize a memory array which does not require the necessary isolation transistor while using the tunnel phenomenon, and occupies a large area compared with the prior art. Can be reduced. Furthermore, according to the present invention, at the time of reading, the voltage applied to the drain of the memory cell can be made higher than that of the prior art because channel hot electron injection is not used for writing (for example, 1 V in the prior art).
On the other hand, in the embodiment of the present invention, the on-current of the memory cell at the time of reading can be made larger than 2V.

【0033】この結果、本発明の実施例よれば、読みだ
し時の読みだし速度が高速になる効果がある。更に、本
発明の実施例によれば、書き換えにファーラーノードハ
イムトンネル電流を利用しているが故に、単一電源電圧
での低電圧化が容易に実現できるという利点がある。更
に、本発明の実施例によれば、消去はメモリセルしきい
値電圧を高くする動作となり、消去時における過剰消去
の問題を生じさせない。
As a result, according to the embodiment of the present invention, the reading speed at the time of reading can be increased. Further, according to the embodiment of the present invention, since the Farrer-Nordheim tunnel current is used for rewriting, there is an advantage that a low voltage can be easily realized with a single power supply voltage. Further, according to the embodiment of the present invention, erasing is an operation of increasing the threshold voltage of the memory cell and does not cause the problem of overerasing during erasing.

【0034】次に本発明の一実施例での、消去時の方式
の効果について述べる。本実施例によれば、書き込みに
ドレインでのファーラーノードハイムトンネリング、消
去にソース方向からのCHE 注入を用いることにより、従
来技術に対し以下の点で利点を有している。一つは、従
来技術においては、消去時はバイト単位(あるいはワー
ド単位、あるいはセクタ単位)でしか選択消去できなか
ったのに対し、本発明の実施例においてはビット単位で
の消去を可能にしている。しかも、図1に示した本発明
の実施例における不揮発性半導体記憶装置の構造によれ
ば、従来技術においては、バイト単位(あるいはワード
単位、あるいはセクタ単位)で消去を行うためには、バ
イト(あるいはワード、あるいはセクタ)選択用のトラ
ンジスタをメモリセルとは別に用意する必要があった
り、あるいはソース線をバイト単位(ワード、セクタ)
に分離する必要があったのに対し、本実施例によれば、
それら余分なトランジスタなしでビット単位での消去を
実現できる。これにより、従来技術に対し必要でないメ
モリセルを書き換える事がなくなり、またメモリアレイ
の占有面積も小さくできるという利点がある。
Next, the effect of the erasing method in one embodiment of the present invention will be described. According to the present embodiment, the Farrer-Nordheim tunneling at the drain is used for writing, and the CHE injection from the source direction is used for erasing, which has the following advantages over the prior art. One is that in the prior art, at the time of erasing, selective erasing was only possible in byte units (or word units or sector units), whereas in the embodiment of the present invention, erasing in bit units is enabled. There is. Moreover, according to the structure of the non-volatile semiconductor memory device in the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, in the prior art, in order to erase in byte units (or word units or sector units), the byte ( Alternatively, it is necessary to prepare a transistor for word or sector selection separately from the memory cell, or source line in byte units (word, sector)
However, according to this embodiment,
It is possible to realize erasing on a bit-by-bit basis without using these extra transistors. As a result, there is an advantage that the memory cell which is not necessary in the conventional technique is not rewritten and the area occupied by the memory array can be reduced.

【0035】更に、本発明の実施例での、消去時の方式
においては、選択したメモリセルと同一の制御ゲート上
に位置する非選択のメモリセルに接続された非選択ビッ
トラインに、ソースラインと同一の電位を印加している
ため、前記非選択セルが誤って消去されることを防止で
きるという利点がある。しかも消去動作時の消去パルス
は、前記非選択ビットラインにソースラインと同一の電
位を印加した後に制御ゲートに印加されるため、もし仮
に前記非選択ビットラインとソースラインに同一の電位
を印加するタイミングが回路動作上の理由により若干ず
れたとしても、非選択メモリセルのソース−ドレイン間
に電位差が生じた瞬間には、制御ゲートに電圧が印加さ
れてない状態(0V) にあるためCHE 注入によるしきい
値電圧変動は起こらないという利点もある。
Further, in the erase mode in the embodiment of the present invention, the source line is connected to the unselected bit line connected to the unselected memory cell located on the same control gate as the selected memory cell. Since the same potential is applied, it is possible to prevent the unselected cells from being erased by mistake. Moreover, the erase pulse during the erase operation is applied to the control gate after applying the same potential as the source line to the non-selected bit line, so if the same potential is applied to the non-selected bit line and the source line. Even if the timing is slightly deviated due to the circuit operation, at the moment when the potential difference occurs between the source and drain of the non-selected memory cell, the voltage is not applied to the control gate (0V), so CHE injection is performed. There is also an advantage that the threshold voltage fluctuation due to does not occur.

【0036】更に、メモリセルの記憶情報の読みだし時
においては、本発明においても、従来技術においても選
択したメモリセルのドレインに一定の電圧を印加し、ソ
ースを接地して読みだす訳であるが、本発明の実施例に
よれば、ソース方向からCHE注入を行えることにより、
ドレイン電圧による誤消去(従来技術では誤書き込み)
のおそれが少なくなり、読みだし時のドレイン電圧を従
来技術に対し高く設定でき、ひいては読みだし速度がよ
り向上できるという利点がある。また読みだし時のドレ
イン電圧と消去時のソース電圧は独立しているため、CH
E 注入の低電圧化が従来技術に比べ、容易であるという
利点もある。
Further, when reading stored information from a memory cell, a constant voltage is applied to the drain of the selected memory cell and the source is grounded to read the information both in the present invention and in the prior art. However, according to the embodiment of the present invention, by performing the CHE injection from the source direction,
Accidental erasure due to drain voltage (erroneous writing in conventional technology)
There is an advantage that the drain voltage at the time of reading can be set higher than that of the conventional technique, and the reading speed can be further improved. Also, since the drain voltage during reading and the source voltage during erasing are independent, CH
Another advantage is that lowering the E injection voltage is easier than in the prior art.

【0037】以上、本発明による代表的な実施例をいく
つか説明したが、本発明の主旨を損なわず、多少の応用
ないし改善でもって実施することは十分可能である。但
し、それらが本発明の範囲に含まれるのは言うまでもな
い。更に、本発明はメモリセルの構造を限定しているも
のでない。特許請求の範囲での書き換え方式を実現でき
る構造であれば、十分である。
Although some typical embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be implemented with some application or improvement without impairing the gist of the present invention. However, it goes without saying that they are included in the scope of the present invention. Furthermore, the present invention does not limit the structure of the memory cell. A structure that can realize the rewriting method within the scope of the claims is sufficient.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、上述した
構成としたことにより、単一電源電圧での書き換え及び
読みだしが可能になり、かつ低電源電圧化が容易な不揮
発性半導体メモリセルの書き換え方式を提供することが
できると共に、書き込み時に選択的に書き込むことによ
り、分離用トランジスタを必要としない、最小トランジ
スタ構成でのメモリセルを用いることが可能となり、し
たがって集積度の向上を図ることができる。
According to the present invention described in detail above, the non-volatile semiconductor memory which has the above-mentioned structure can be rewritten and read with a single power supply voltage and can easily be made to have a low power supply voltage. A cell rewriting method can be provided, and by selectively writing at the time of writing, it is possible to use a memory cell having a minimum transistor configuration that does not require a separation transistor, and thus to improve the degree of integration. be able to.

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

【図1】本発明の実施例におけるメモリセルの電気的結
線を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an electrical connection of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例におけるメモリセル部断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a memory cell portion according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例におけるメモリセルの平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view of a memory cell according to an embodiment of the present invention.

【図4】図1に示す実施例の書き込みにおける印加電圧
を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an applied voltage in writing in the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示す実施例の消去時における印加電圧を
説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an applied voltage at the time of erasing in the embodiment shown in FIG.

【図6】図5に示す実施例の消去時における電圧印加の
タイミングを示す図である。
6 is a diagram showing the timing of voltage application during erase in the embodiment shown in FIG.

【図7】従来例におけるメモリセルの電気的結線を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing electrical connection of memory cells in a conventional example.

【図8】従来例におけるメモリセル部断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a memory cell portion in a conventional example.

【図9】図7及び図8のメモリセルの電気的等価回路を
示す図である。
9 is a diagram showing an electrically equivalent circuit of the memory cell of FIGS. 7 and 8. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セルトランジスタ(選択) 11,12,13 セルトランジスタ(非選択) 100,101 ワード線(制御ゲート) 102,103 ビット線 102’ ドレイン拡散層(N+) 104 ソース線 104' ソース拡散層(N+) 105 P型シリコン基板 105' 基板電位 106 薄い絶縁膜 107 絶縁層 108 コンタクト 109 フローティングゲート 110 チャンネル領域 111 層間絶縁膜 112 高濃度P型拡散層 113 フォトレジスト 114 BF2イオン 115 ヒ素イオン 10 cell transistor (selection) 11, 12, 13 cell transistors (non-selected) 100, 101 word line (control gate) 102,103 bit line 102 'Drain diffusion layer (N +) 104 source line 104 'Source diffusion layer (N +) 105 P type silicon substrate 105 'substrate potential 106 thin insulating film 107 insulating layer 108 contacts 109 floating gate 110 channel area 111 Interlayer insulation film 112 High concentration P type diffusion layer 113 photoresist 114 BF2 ion 115 Arsenic ion

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 29/792 (56)参考文献 特開 平3−74881(JP,A) 特開 平4−105368(JP,A) 特開 平4−186768(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 G11C 16/02 G11C 16/04 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 29/792 (56) References JP-A-3-74881 (JP, A) JP-A-4-105368 (JP, A) Kaihei 4-186768 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8247 G11C 16/02 G11C 16/04 H01L 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 電気的に書き換えが可能な不揮発性の複
数の半導体メモリセルにおいて、前記複数のメモリセル
はマトリクス状に配置されたものであり、前記メモリセ
ルはドレイン電極とソース電極と前記ソース電極と前記
ドレイン電極間にはチャンネル領域と、前記チャンネル
領域の上にある薄い絶縁膜と制御ゲート電極と、前記制
御ゲート電極と前記チャンネル領域間には電荷注入層を
有したものであり、 前記複数のメモリセルは、書き込みの結果による書き込
みレベルと消去の結果による消去レベルを有し、 選択したメモリセルの書き込み時には、該メモリセルの
制御ゲート電極に接地電位に比べ低い第1の電圧を印加
し、該メモリセルのドレイン電極に接地電位に比べ高い
第2の電圧を印加し、前記第1の電圧と前記第2の電圧
との電位差によって、該メモリセルの電荷注入層からド
レイン電極へと電荷をトンネル現象により引き抜くこと
により、該メモリセルを書き込みレベルにし、 前記書き込み時において、前記選択したメモリセルの制
御ゲート電極と電気的に接続されている制御ゲート電極
を有する、選択されていない少なくとも1つの第2のメ
モリセルのドレイン電極には、前記第2の電圧より低い
第3の電圧を印加し、前記第3の電圧は該第2のメモリ
セルの制御ゲート電極の前記第1の電圧との電位差にお
いても、前記トンネル現象を起こさない程度の電圧であ
り、 前記書き込み時において、前記選択したメモリセルのド
レイン電極と電気的に接続されている、選択されていな
い少なくとも1つの第3のメモリセルの制御ゲート電極
には、前記第1の電圧よりも高くメモリセルの前記書き
込みレベルよりも低い第4の電圧を印加し、前記第4の
電圧は該第3のメモリセルのドレイン電極の前記第2の
電圧との電圧差においても、前記トンネル現象を起こさ
ない程度の電圧であり、 前記選択したメモリセルの消去には、該メモリセルの電
荷注入層に負電荷を注入し、消去レベルにする事を特徴
とする不揮発性半導体メモリセルの書き換え方式。
1. A plurality of electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory cells, wherein the plurality of memory cells are arranged in a matrix, and the memory cells include a drain electrode, a source electrode, and the source. A channel region between the electrode and the drain electrode, a thin insulating film on the channel region and a control gate electrode, and a charge injection layer between the control gate electrode and the channel region, The plurality of memory cells have a write level depending on the result of writing and an erase level depending on the result of erasing. When writing to the selected memory cell, a first voltage lower than the ground potential is applied to the control gate electrode of the memory cell. Then, a second voltage higher than the ground potential is applied to the drain electrode of the memory cell so that the first voltage and the second voltage are Due to the potential difference, charges are extracted from the charge injection layer of the memory cell to the drain electrode by a tunnel phenomenon to bring the memory cell to a write level, and at the time of writing, the control gate electrode of the selected memory cell is electrically connected to A third voltage lower than the second voltage is applied to the drain electrode of at least one unselected second memory cell having a control gate electrode connected to A voltage that does not cause the tunnel phenomenon even with a potential difference from the first voltage of the control gate electrode of the second memory cell, and is electrically connected to the drain electrode of the selected memory cell during the writing. The control gate electrode of at least one unselected third memory cell connected to the The tunnel voltage even when the fourth voltage is higher than the write level of the memory cell and the fourth voltage is different from the second voltage of the drain electrode of the third memory cell. The voltage of the non-volatile semiconductor memory cell is a voltage that does not cause the above-mentioned memory cell, and in erasing the selected memory cell, negative charges are injected into the charge injection layer of the memory cell to set the erase level. .
【請求項2】 前記選択したメモリセルの消去は、該メ
モリセルの制御ゲート電極に第5の電圧を印加し、該メ
モリセルのソース電極に接地電位より高い第6の電圧を
印加し、前記第5の電圧と第6の電圧により該メモリセ
ルのチャンネル領域よりホットエレクトロン(熱励起さ
れた電子)を該メモリセルの電荷注入層に注入させるこ
とにより、該メモリセルを消去レベルにすることを特徴
とする請求項1記載の不揮発性半導体メモリセルの書き
換え方式。
2. To erase the selected memory cell, a fifth voltage is applied to a control gate electrode of the memory cell and a sixth voltage higher than a ground potential is applied to a source electrode of the memory cell, By injecting hot electrons (electrons thermally excited) from the channel region of the memory cell into the charge injection layer of the memory cell by the fifth voltage and the sixth voltage, the memory cell is set to the erase level. The method for rewriting a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory cell is rewritten.
【請求項3】 前記選択したメモリセルの消去時におい
て、前記選択したメモリセルと同一の制御ゲートと電気
的に接続されている制御ゲートを有する、選択されてい
ない少なくとも1つの第2のメモリセルのドレイン電極
には接地電位より高い第7の電圧が印加されていること
を特徴とする、請求項2記載の不揮発性半導体メモリセ
ルの書き換え方式。
3. At least one unselected second memory cell having a control gate electrically connected to the same control gate as the selected memory cell when erasing the selected memory cell. 3. The rewriting method for a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 2, wherein a seventh voltage higher than the ground potential is applied to the drain electrode of.
【請求項4】 前記選択したメモリセルの消去時におい
て、前記第6の電圧と前記第7の電圧は同一レベルの電
圧であることを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導
体メモリセルの書き換え方式。
4. The non-volatile semiconductor memory cell rewriting according to claim 3, wherein the sixth voltage and the seventh voltage are at the same level when erasing the selected memory cell. method.
【請求項5】 前記選択したメモリセルの消去時におい
て、前記第2のメモリセルのソース電極に与える前記第
6の電圧及びドレイン電極に与える前記第7の電圧を同
時に又はどちらか一方を先に印加し、しかる後に前記制
御ゲートに前記第5の電圧を印加することを特徴とする
請求項3記載の不揮発性半導体メモリセルの書き換え方
式。
5. When erasing the selected memory cell, the sixth voltage applied to the source electrode of the second memory cell and the seventh voltage applied to the drain electrode are simultaneously applied or one of them is applied first. 4. The rewriting method of a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein the fifth voltage is applied to the control gate after that.
【請求項6】 前記選択したメモリセルの消去時におい
て、前記第2のメモリセルのソース電極への前記第6の
電圧印加と、ドレイン電極への前記第7の電圧印加が同
時に行われることを特徴とする請求項3記載の不揮発性
半導体メモリセルの書き換え方式。
6. When erasing the selected memory cell, the sixth voltage application to the source electrode of the second memory cell and the seventh voltage application to the drain electrode are simultaneously performed. The non-volatile semiconductor memory cell rewriting method according to claim 3,
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