JP3827531B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置に関し、特にトリプルウェル構造を有するデータ消去が可能なフラッシュメモリなどの不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、最も一般的に用いられているフラッシュメモリとしては、ETOX(Intel社の登録商標)がある。このETOX型フラッシュメモリのメモリセルの模式的な断面図を図7に示している。
【0003】
図7は、フローティングゲート構造を有するフラッシュメモリセルの第1従来例を示す断面図である。図7に示すように、このフラッシュメモリセルはフローティングゲート構造であり、P型半導体基板P−Subと、P型半導体基板P−Sub内に形成されたドレインDおよびソースSと、ドレインDとソースS間のP型半導体基板P−Sub上にトンネル酸化膜R1を介して設けられたフローティンゲゲートFGと、フローティンゲゲートFG上に層間絶縁膜R2を介して設けられたコントロールゲートCGとを有する。
【0004】
このフラッシュメモリにおけるデータ書込動作について説明すると、書込(プログラム)時は、コントロールゲートCGに正電圧(例えばDC8V)を印加すると共に、ドレインDに正電圧(例えばDC5V)を印加し、かつソースSおよびP型半導体基板P−Subには基準電圧(例えば0V)を印加する。
【0005】
これにより、チャネル層では多くの電流がドレインからソースへと流れ、ドレイン領域付近の電界の高い部分でチャネルホットエレクトロンが発生し、フローティングゲートFGに電子が注入される。これによって、メモリセルのしきい値電圧を上昇させ、メモリセルを書き込み状態にする。一般に、フラッシュEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)は、電気的に書込(プログラム;Program)および消去(Erasure)が可能な機能を持っている。
【0006】
次に、フラッシュメモリにおけるデータの消去動作について説明すると、消去(イレース)時は、コントロールゲートCGには負電圧(例えばDC−9V)を印加すると共に、ソースSには正電圧(例えばDC5V)を印加し、P型半導体基板P−Subには基準電圧(例えば0V)を印加し、ドレインDをオープン(開放)にする。
【0007】
これによって、トンネル電流を発生させて、フローティングゲートFGからソース領域に電子を引き抜いて、メモリセルのしきい値電圧を低下させ、メモリセルを消去状態にする。
【0008】
しかし、この消去動作においては、ソースSとP型半導体基板P−Subとの電位差により、BTBT(Band To Band Tunneling;バンド間トンネリング)電流が流れ、同時にホットホールとホットエレクトロンが発生する。このうち、ホットエレクトロンはドレインDまたはP型半導体基板P−Subの方向に流れてしまうが、ホットホールはトンネル酸化膜R1側に引かれ、トンネル酸化膜R1内にトラップされる。このホットホールのトラップが、トンネル酸化膜R1の劣化などを招いて信頼性を悪化させると言われている。
【0009】
このトンネル酸化膜R1の劣化の問題を解決するために、例えば特開平4−229655号公報では、不揮発性半導体記憶装置によるデータ消去方式が提案されており、これを図8に示している。
【0010】
図8は、フラッシュメモリセルの第2従来例を示す断面図である。図8において、このフラッシュメモリセルは、P型半導体基板P−Subと、P型半導体基板P−Sub内に配置されP型半導体基板P−Subとは反対導電型の深いNウェルDWと、深いNウェルDWによって囲まれてP型半導体基板P−Subとは分離されたPウェルPWと、PウェルPW内に形成されたドレインDおよびソースSと、ドレインDとソースS間のP型半導体基板P−Sub上にトンネル酸化膜R1を介して設けられたフローティンゲゲートFGと、フローティンゲゲートFG上に層間絶縁膜R2を介して設けられたコントロールゲートCGとを有する。
【0011】
この第2従来例の第1の従来例との違いは、ウェル構造にあり、P型半導体基板P−Subと、チャネル層のあるPウェルPWとの間に、反対の導電型(N型)の深いNウェルDWを有したウェル構成となっていることであり、これがトリプルウェル構造と言われている。
【0012】
このフラッシュメモリにおけるデータ消去方法は、ソースSおよびドレインDをオープン(開放)にすると共に、コントロールゲートCGおよびP型半導体基板P−Subには基準電圧(例えば0V)を印加し、PウェルPWおよび深いNウェルDWには正電圧を印加することにより、第1の従来例のようにフローティングゲートFGからソース領域に電子を引き抜くのではなく、FN(ファウラーノーデハイム)トンネル現象によりPウェルPWに形成されているチャネル層に電子を引き抜くことで、メモリセルのしきい値電圧を低下させるものである。これをチャネル消去(チャネルイレース)という。
【0013】
チャネル層は、PウェルPW内のソースSとドレインD間のトンネル酸化膜R1下に形成される。この場合、ソースSとPウェルPWの電位は等しいため、ソースSとPウェルPWとの境界部では、電界が集中せず、したがって、BTBT電流が発生しないため、トンネル酸化膜R1へのホットホールのトラップも起こらず、トンネル酸化膜R1の劣化も発生しない。
【0014】
次に、図8と同様のメモリセル構造(トリプルウェル構造)を用い、消去方式が第2従来例とは異なる第3従来例について説明する。このデータ消去方式は、ソースSおよびドレインDをオープン(開放)にすると共に、P型半導体基板P−Subを接地電位(GND電位)とし、かつPウェルPWおよび深いNウェルDWに正電圧を印加し、またコントロールゲートCGに負電圧を印加することにより、フローティングゲートFGからPウェルPWに電子を引き抜くものである。
【0015】
この消去方式でも、ソースSとPウェルPWの電位は等しいため、ソースSとPウェルPWとの境界部では、電界が集中せず、したがって、BTBT電流が発生しないため、トンネル酸化膜R1へのホットホールのトラップも起こらず、トンネル酸化膜R1の劣化も発生しない。
【0016】
これら第2および第3の従来例のようにトリプルウェル構造を有するフラッシュメモリにおいて、フローティングゲートFGからPウェルPWに形成されたチャネル層に電子を引き抜くためにPウェルPWには正電圧が印加されている。
【0017】
一方、PウェルPWとP型半導体基板P−Subを電気的に分離するために、これらの間にPウェルPWを囲む形で深いNウェルDWが形成されている。このPウェルPWと深いNウェルDWとの電位関係は、順方向バイアスとならないように、常に、下記の関係式に示すように、深いNウェルDWの電位VDWはPウェルPWの電位VPW以上にしておく必要がある。
【0018】
PW≦VDW
一方、フラッシュメモリ内のメモリセルのしきい値電圧の分布を図9に示しており、横軸はメモリセルのしきい値電圧Vthを、縦軸はメモリセルの個数を示している。図9において、0.8V〜3.0Vのしきい値電圧を持つメモリセルは消去状態にあり、4.5V以上のしきい値電圧を持つメモリセルは書込状態(プログラム状態)にある。
【0019】
PウェルPWと深いNウェルDWの電位関係(VPW≦VDW)が逆転しないような方法が、特開平11−149789号公報に提案されている。ここでは、消去電圧の印加時に、コントロールゲートCGにゲート電圧VCGとして負電圧を印加すると共に、ソースSおよびドレインDはオープンにしている。PウェルPWとNウェルDWへのウェル電圧VPW,VDWの印加タイミングについて図10を用いて説明する。
【0020】
消去動作は、一般的に、図10に示すように、消去パルス印加とベリファイの繰り返しで行われる。まず、消去パルス印加動作時は、コントロールゲートCGにゲート電圧VCGとして負電圧(例えば−9V)を印加し、ソースSとドレインDはオープンにし、PウェルPWとNウェルDWにはウェル電圧VPW,VDWとして正電圧(例えば6V)を印加する。
【0021】
次に、ベリファイを行う。ベリファイとは、消去パルスの印加によって、メモリセルのしきい値電圧が、所定の消去状態のしきい値電圧Vth(例えば図9の0.8V〜3.0V)まで低下したかどうかを検証するものである。そのベリファイ動作時に、コントロールゲートCGにゲート電圧VCGとして例えば6.0Vを印加すると共に、ソースS、PウェルPWおよびNウェルDWにはウェル電圧VPW,VDWとして基準電圧0Vを印加し、ドレインDには例えば1Vを印加し、ドレインDからメモリセルを介してソースSに流れる電流を検出して消去状態を判定する。
【0022】
メモリセルのしきい値電圧が所定の電圧Vth(例えば3.0V)以下になれば、メモリセルが消去状態であると判定して、以後の消去パルス印加は停止する。まだメモリセルが消去状態(例えば図9では3.0V以下)に至っていなければ、消去状態になるまでさらに消去パルスを印加する。このように、消去パルス印加動作とベリファイ動作とを繰り返すことで、所定の消去状態(例えば図9では0.8V〜3.0V)に持っていくようにしている。
【0023】
この消去パルス印加動作とベリファイ動作の繰り返しにおいて、PウェルPWの電位VPWと深いNウェルDWの電位VDWは、常に、VPW≦VDWを満足する必要がある。このため、PウェルPWおよびNウェルDWに各々電圧を供給するウェルバイアススィッチング回路において、消去パルス印加開始時には、上記VPW≦VDWの電圧関係を維持するように、図10に示すように、まず、深いNウェルDWに正電圧VDWを供給し、その後、一定時間(DtimeR)経過後にPウェルPWに正電圧VPWを印加するように動作させている。
【0024】
また、消去パルスの印加(Etime)が終了した後、ベルファイ動作に移る際に、PウェルPWと深いNウェルDWのディスチャージ(基準電圧が例えば0Vに移行のため)を行う際にも、図10に示すように、PウェルPWの電位VPWをまずディスチャージし、一定時間(DtimeF)経過後、深いNウェルDWの電位VDWのディスチャージを行う。これにより、常に、VPW≦VDWの関係を保つことが可能となる。
【0025】
ここで、先述の消去パルス印加とベリファイを含む一般的なフラッシュメモリの消去動作のアルゴリズムの概要をについて図11を用いて説明する。フラッシュメモリの消去アルゴリズムは、図11に示すように、大きく分けて3つのタスク1〜3から構成されている。なお、消去動作は、ブロック単位毎または全ブロック全体を一括して消去する。
【0026】
まず、タスク1は、プリコンディションとベリファイからなる。プリコンディションとは、消去パルス印加時に格納されたデータによって各ビット毎の消去時間が異なり、過剰消去セルが出現するのを防ぐことを目的として、各メモリセルの条件をそろえるために、消去されるメモリセルアレイの全メモリセルを一旦プログラム状態にするものである。
【0027】
つまり、各メモリセルに格納されているデータにより消去を行うべきメモリセルの状態が、書き込み状態(しきい値電圧Vthが4.5V以上)のセルや消去状態(しきい値電圧が0.8V〜3.0V)のセルが混在していることから、このまま消去パルスを印加すると、しきい値電圧の低いメモリセルのしきい値電圧が負の値にまで下がる過剰消去セルが出現する虞がある。これを防止するため、まず、消去すべきメモリセルのしきい値電圧の条件をそろえるために書き込み(プログラム)を行う。この書き込みは書き込みパルスとして先述の各種電圧を印加することで行うものであるが、しきい値電圧を検証するベリファイを行いながら、書き込みパルス印加とベリファイを繰り返して行い、全ての消去すべきメモリセルが所定のしきい値電圧(例えば4.5V以上)になるようにする。
【0028】
次に、タスク2は、メモリセルアレイに消去パルスを印加する消去電圧印加とベリファイを交互に行いながら、メモリセルのしきい値電圧を例えば3.0V以下に持っていくものである。
【0029】
最後に、タスク3は、過剰消去されたメモリセルを修復するためのプログラミング電圧レベルのプログラムパルスを印加するポストコンディションとベリファイからなるものである。
【0030】
これは、タスク2で消去パルスを印加した際、メモリセルの消去特性のバラツキにより、しきい値電圧の低下が早く、しきい値電圧が負電圧(過剰消去)のメモリセルが発生する場合があり、これの救済して当該メモリセルにはソフトプログラム(軽い書込)を行い、しきい値電圧が0.8V以上になるようにする。これもベリファイを行い、しきい値電圧値を検証しつつタスク3の処理を実施する。
【0031】
このようにして、消去すべきブロックまたは全ブロック内のメモリセルが所定のしきい値電圧(0.8V〜3.0V)内に収められ、消去アルゴリズムを終了する。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】
上記フラッシュメモリの消去アルゴリズムにおけるタスク2の消去動作では、消去後のメモリセルのしきい値が所定のしきい値電圧に収まるまで、そのメモリセルに消去パルスを繰り返し印加する。つまり、「消去パルス電圧の印加」から「ベリファイ」、さらに「消去パルス電圧の印加」から「ベリファイ」という動作を何度か繰り返すことになる。
【0033】
したがって、第2従来例および第3従来例に示されるチャネルイレース方式において、特開平11−149781号公報の制御方式(消去アルゴリズム)を用いると、上記VPW≦VDWの関係を常に保つために、図10に示すように、消去パルス印加前後に、PウェルPWと深いDWに電圧VPW,VDWを印加するためのディレイ時間(DtimeR+DtimeF)が毎回挿入されることになる。例えば、消去パルス印加時間Etimeが4msecに対して、ディレイ時間(DtimeR+DtimeF)が各々20μsec〜40μsec程度使っている。
【0034】
つまり、フラッシュメモリの一連の消去シーケンス(タスク1〜3)の中で大半を占める消去パルス印加時に余分なオーバーヘッドを持つことになるため、消去動作全体の時間が増大するという問題を有している。
【0035】
また、2つのディレイ時間(DtimeR+DtimeF)をできるだけ短く、かつ確実に設定する必要があるため、PウェルPWおよび深いNウェルDWに各々電圧VPW,VDWを供給するウェルバイアススィッチング回路の構成が複雑になり、その回路規模が大きくなっていた。
【0036】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、簡易な回路構成でPウェルPWと深いNウェルDWとの電圧関係(VPW≦VDW)を確実に保つと共に、消去パルス印加時にメモリセルを囲む深いNウェルへのチャージ、ディスチャージ時間のオーバーヘッドを解消して、消去時間の短縮化を図ることができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0037】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体記憶装置は、第1導電型の半導体基板内に配置された第2導電型の第1ウェル領域と、第1ウェル領域内に配置された第1導電型の第2ウェル領域と、第2ウェル領域内に形成された第2伝導体のソース領域およびドレイン領域とを持つメモリセルを有した半導体記憶装置において、メモリセルに対する消去命令実行後の書き込み動作実行前に、メモリセルの消去動作時に該第2ウェル領域に印加する電圧以上の電圧を該第1ウェル領域に供給すると共に、第1ウェル領域に供給した電圧を、消去電圧印加と消去ベリファイを繰り返すことにより該メモリセルが少なくとも所定しきい値電圧以下の消去状態になるまでディスチャージせずに保持するウェル電圧制御手段を備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。この場合のメモリセルは、ソース領域およびドレイン領域間の半導体基板上に、電気的に絶縁されたフローティンゲゲートおよびコントロールゲートを有している。
【0038】
また、好ましくは、本発明の半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段は、メモリセルに対する消去命令実行後の書き込み動作実行前に、メモリセルの消去動作時に第2ウェル領域に印加する電圧以上の電圧を第1ウェル領域に先に供給する。
【0039】
さらに、好ましくは、本発明の半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段は、第1ウェル領域に供給した電圧を、過剰消去状態のメモリセルが消去状態(所定しきい値電圧、例えばDC0.8V以上)にする処理終了まで保持する。
【0040】
さらに、好ましくは、本発明の半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段は、第1ウェル領域に供給した電圧がディスチャージされた後の電圧を接地レベルまたは正電圧とする。
【0041】
さらに、好ましくは、本発明の半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段は、第1ウェル領域に供給した電圧を、第2ウェル領域が接地電位の状態において、接地電位以外の正電圧とする。
【0042】
上記構成により、消去命令実行後の書込動作実行前または消去電圧印加前に、消去動作時に第2ウェル領域に印加する電圧以上の電圧を第1ウェル領域に供給し、第1ウェル領域に供給した電圧をメモリセルが消去状態になるまで保持するようにしたので、消去パルス印加時にメモリセルを囲む深いNウェルへのチャージ、ディスチャージ時間のオーバーヘッドが解消され、消去時間の短縮が図られると共に、従来の複雑なウェルバイアススィッチング回路を簡易な回路構成にてPウェルPWと深いNウェルDWとの電位関係(VPW≦VDW)を常に保つように制御することが可能となる。
【0043】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体記憶装置を不揮発性半導体記憶装置に適用した場合の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【0044】
図1は本発明の一実施形態不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルアレイの1ブロック分を回路およびウェル線を示す構成図である。図1において、メモリセルM00〜Mmnが縦横にアレイ状に構成され、ワード線WL0にはm+1個のメモリセルM00〜Mm0の各コントロールゲートCGが共通接続されており、以下、各ワード線WL1〜WLnもそれぞれ同様である。また、ビット線BL0にはn+1個のメモリセルM00〜M0nの各ドレインDが共通接続され、以下、ビット線BL1〜BLmも同様である。また、同一ブロック内のメモリセルM00〜Mmnの各ソースSには、共通ソース線SOURCEが共通接続されている。
【0045】
メモリセルM00〜MmnのコントロールゲートCGに入力されるワード線WL0〜WLnから所望のワード線(例えばWL1)を選択し、メモリセルM00〜MmnのドレインDへ接続されるビット線BL0〜BLmから所望のビット線(例えばBL0)を選択するためにビット線BL0を導通させることにより、所望のメモリセル(例えばM01)が選択されるようになっている。このとき、各メモリセルM00〜MmnのソースSに接続される共通ソース線SOURCEは接地(GND)レベルとなっている。
【0046】
同一のブロック内の複数のメモリセルM00〜Mmnはトリプルウェル構造を有しており、そのPウェルPW(第1導電型の第2ウェル領域)が一括されてPWL線に接続されている。また、同一のブロック内の各複数のメモリセルM00〜Mmnはそれぞれ、これらのPウェルPWを囲む深いNウェルDW(第2導電型の第1ウェル領域)内にあり、この深いNウェルDWはDWL線に接続されている。このPWL線を介してPウェルPWに所定電圧VPWを供給すると共に、このDWL線を介して深いNウェルDWに所定電圧VDWを供給することができるようになっている。
【0047】
これらの所定電圧VPW,VDWを本発明のウェル電圧制御手段(従来のウェルバイアススィッチング回路に相当)が出力制御するのであるが、構成が略同一であるため、説明を簡略化して、DWL線を介して深いNウェルDWに所定電圧VDWをチャージ、ディスチャージさせるための回路例についてのみ説明することにする。
【0048】
図2は、本発明の一実施形態の不揮発性半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段の要部構成例を示す回路図である。図2において、ウェル電圧制御手段1は、制御信号DWONに応じてVPP12レベルまたは接地レベルを出力ノードDWSELに出力可能とするレベルシフタ回路2と、制御信号DWONBと、レベルシフタ回路2の出力電圧とに応じて深いNウェルDWをチャージまたはディスチャージするウェル電圧出力回路3と、制御信号DWONおよび制御信号DWONBを所定のタイミングで出力する制御信号出力回路4とを有する。これらのレベルシフタ回路2およびウェル電圧出力回路3によりウェル電圧供給回路が構成される。また、出力ノードDWOUTはDWL線を介して深いNウェルDWに接続されている。
【0049】
レベルシフタ回路部2は、制御信号DWONのハイレベル(不揮発性半導体記憶装置の電源Vccレベル)を、昇圧されたハイレベルのVPP12レベルに変換すると共に、制御信号DWONのロウレベル(基準電圧0V)をそのまま、ロウレベル(基準電圧0V)に変換して、出力ノードDWSELに電圧出力する回路である。電圧VPP12は、外部から入力するか、デバイス内部で電源電圧Vccから昇圧回路にて所定値に昇圧して生成すればよい。電圧VPP12レベルについて説明すると、電圧VPPDWを出力するMOSトランジスタT2が、nMOSトランジスタを使用しているため、MOSトランジスタT2のゲートに入力される電圧VPP12レベルは、電圧VPPDWのレベルに加えて、MOSトランジスタT2のしきい値とバックゲート効果を考慮した電圧を設定しなくてはならない。
【0050】
ウェル電圧出力回路部3は、NウェルDWに所定の電圧VPPDW(VPW≦VDWの電位関係を保つ電圧、例えばDC6V)を供給する回路であり、出力ノードDWSELがハイレベル(制御信号DWONがハイレベル)のとき、MOSトランジスタT2がオンして電圧VPPDWレベルが出力される。電圧VPPDWは、外部から入力するか、デバイス内部で電源電圧Vccから昇圧回路にて昇圧して生成すればよい。
【0051】
制御信号出力回路4は、図3に示すように、消去シーケンス開始直後(消去命令実行後)の、消去パルス電圧印加時までのプログラム動作(書込動作)前に、消去パルス電圧印加時にPウェルPWへ供給する電圧VPW以上の供給電圧VPPDW(電圧VDW)をノードDWOUTからDWL線を介して深いNウェルDWに先に供給し、消去シーケンスの終了時まで、深いNウェルDWへの供給電圧VPPDW(電圧VDW)を保持するように、制御信号DWONをレベルシフタ回路3に出力すると共に、制御信号DWONBをウェル電圧出力回路4に出力する制御を行うものである。
【0052】
ここで、消去電圧印加時以外におけるメモリセルへのパルス制御について説明すると、プログラム時は、コントロールゲートCGおよびドレインD(第2伝導体のドレイン領域)に正電圧を印加すると共に、ソースS(第2伝導体のソース領域)を接地電位(GND電位)にし、チャネルホットエレクトロンを発生させ、フローティングゲートFGに電子を注入する。このとき、PウェルPWは接地(GND)電位(0V)であり、深いNウェルDWの電圧は0V以上で有ればPウェルに対して順方向バイアスが生じることはなく、何ら問題とならない。また、後述する各タスク1〜3におけるメモリセルの状態を検証するベリファイ時も、PウェルPWは接地(GND)電位(0V)であり、深いNウェルDWの電圧は0V以上で有れば問題ない。つまり、実際に消去電圧印加時以外においても、消去時にPウェルPWにかかる電圧VPW以上の電圧VDWを深いNウェルDWに供給しても何ら問題がない。
【0053】
図4は本発明で用いるベリファイ回路の一例を簡略化して示す回路図である。図4において、ベリファイ回路10は、図1のメモリセルアレイのビット線BL0〜BLmから選択するビット線選択トランジスタT00〜T0mからなるビット線選択手段11と、ビット線選択手段に接続された電圧制限用のドレインバイアス(Drain#bias)回路12と、出力端がドレインバイアス(Drain#bias)回路12に接続され、入力端が電源に接続された負荷回路(LOAD)3と、書込状態参照用リファレンスセルCell_PV、消去状態参照用リファレンスセルCell_EVおよび過剰消去状態リファレンスセルCell_REの何れかを選択するリファレンスセル選択手段14と、リファレンスセル選択手段14に接続された電圧制限用のドレインバイアスリファレンス(Drain#bias#Ref)回路15と、出力端がドレインバイアスリファレンス(Drain#bias#Ref)回路15に接続され、入力端が電源に接続された負荷回路(LOAD)16と、負荷回路13,16の各出力端の電圧差を検出するセンスアンプS/Aなどのベリファイ検出手段17とを有している。
【0054】
上記構成により、以下、本発明の消去アルゴリズムについて説明する。本発明の特徴は、前述したように、消去アルゴリズムを開始した直後に、深いNウェルDWを所定の電圧VDWにチャージした後は、その電圧VDWを消去動作が終了するまでディスチャージせず、後述するタスク3の処理終了後にその電圧VDWのディスチャージを行う点にある。
【0055】
消去アルゴリズム開始前は、制御信号DWONがロウレベルで、制御信号DWONBがハイレベルになっており、深いNウェルDWへの供給電圧は、基準電圧0Vが出力される。
【0056】
具体的には、制御信号DWONがロウレベルの時はMOSトランジスタT2はオフとなるが、制御信号DWONをロウレベルにした後に、別の制御信号DWONBをハイレベルにすると、MOSトランジスタT1がオンし、NウェルDWを基準電圧0Vにディスチャージする。
【0057】
図5は、図2のウェル電圧制御手段を用いた不揮発性半導体記憶装置の消去アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【0058】
図5に示すように、消去開始命令が実行されると(消去開始命令実行後)、まず、ステップS1で消去パルス印加時のPウェルPWに印加される電圧VPW以上の電圧VDW(例えば6V)を深いNウェルDWにチャージさせる。
【0059】
具体的には、消去アルゴリズムが開始すると、制御信号DWONBをロウレベルに変え、MOSトランジスタT1をオフにした後、制御信号DWONをハイレベルに変える。これにより、MOSトランジスタT2がオンし、深いNウェルDWに電圧VPPDWが出力されてチャージされる。これにより、NウェルDWは電圧VPPDWになる。
【0060】
次に、タスク1のプリコンディション(書込パルス印加;ステップS2)と書込ベリファイ(ステップS3)を行う。
【0061】
まず、プリコンディションが実施され、消去すべきブロック内のメモリセルは全て書込状態(しきい値電圧Vthが4.5V以上)になる。この書込は、書込パルスとして、コントロールゲートCGに正電圧(例えばDC8V)を印加し、ドレインDに正電圧(例えばDC5V)を印加し、ソースSおよびPウェルPWを基準電圧0Vとすることで、ドレイン領域付近の電界の高い部分でチャネルホットエレクトロンが発生し、フローティングゲートFGに電子が注入されることでメモリセルのしきい値電圧を上昇させ、書込状態にする。
【0062】
このときのNウェルDWの電位VDWは電圧VPPDWを維持しており、VPW≦VDWの関係は確保されている。
【0063】
次に、書込ベリファイを行う。書込ベリファイとは、以上のような書込パルス印加により、メモリセルが所定のしきい値電圧Vth(例えば4.5V以上)になったか否かを検証するものである。
【0064】
このベリファイ動作について、図1および図4を用いて詳細に説明する。
【0065】
メモリセルのコントロールゲートCGに入力されるワード線WL0〜WLnからベリファイを行うワード線(例えばWL0)を選択し、正電圧(例えばDC6.0V)を印加する。なお、非選択のワード線WL1〜WLnは基準電圧0Vを印加している。
【0066】
また、各メモリセルのソースSに接続される共通ソース線SOURCEおよびPウェルPWは基準電圧0Vにしている。
【0067】
さらに、メモリセルのドレインDに接続されるビット線BL0〜BLmから、所望のビット線(例えばBL0)を選択するため、ビット線選択信号CSEL0をハイレベルにしてMOSトランジスタT00をオンさせる。他のビット線選択トランジスタT01〜T0mはオフ状態にしている。
【0068】
メモリセルのしきい値電圧Vthを検証するには、別途書き込みが行われているリファレンスメモリセルのしきい値電圧との比較を行う。書込状態参照用リファレンスセルCell_PV(しきい値電圧4.5V以上)につながるMOSトランジスタをオンさせるため、選択信号RSEL_PVをハイレベルにして、書込状態参照用リファレンスセルCell_PVを選択する。
【0069】
リファレンスセル用ワード線WLref線にも、ワード線WL0と同じ正電圧(例えば6V)が印加されている。また、メモリセルのドレインDには、メモリセルへのディスターブを考慮して、ドレインバス(Drain#bias)回路12およびドレインバスリファレンス(Drain#bias#Ref)回路15により、メモリセルに接続されるノードBL_MEMおよびノードBL_Refが1V以下になるように制限されている。
【0070】
さらに、負荷回路13,16をそれぞれ介した電源からの電流を、選択されたメモリセルおよび書込状態参照用リファレンスセルCell_PVの各々に供給する。メモリセルアレイ内の選択されたメモリセルでは、書き込み状態に応じた電流が流れることになる。
【0071】
ここで、選択されたメモリセルのしきい値電圧が、書き込み状態参照用リファレンスセルCell_PVのしきい値電圧(しきい値電圧4.5V)以上に上昇していれば、ノードBL_MEMを流れる電流は、リファレンス側のノードBL_Refに流れる電流より少なくなる。この電流値の違いは、センスアンプS/Aの入力段のノードSAINおよびノードSAIN_Refで電圧値の違いに変換されてセンスアンプS/Aに入力される。
【0072】
この場合は、各負荷回路13,16による電圧降下により、センスアンプS/Aの入力段のノードSAINの電圧VSAINが、ノードSAIN_Refの電圧VSAIN#Refよりも高い電圧になる。これをセンスアンプS/Aで判定し、センスアンプS/Aからの出力に基づいて、以後の書込パルスの印加を停止させるように制御が為される。
【0073】
逆に、選択されたメモリセルのしきい値電圧Vthが、書き込み状態参照用リファレンスセルCell_PVのしきい値電圧(4.5V)以下に留まっていれば、ノードBL_MEMを流れる電流は、リファレンス側のノードBL_Refを流れる電流より大きくなる。
【0074】
この場合は、各負荷回路13,16による電圧降下により、センスアンプS/Aの入力段のノードSAINの電圧VSAINが、ノードSAIN_Refの電圧VSAIN#Refよりも低い電圧となる。これをセンスアンプS/Aで判定し、センスアンプS/Aからの出力に基づいて、再度、書込パルスの印加が行われるように制御が為される。
【0075】
このベリファイ動作を、消去すべき全てのメモリセルに対して実施し、全てのメモリセルのしきい値電圧が4.5V以上になれば、タスク1の処理は完了する。このタスク1では、プリコンディションとベリファイ共に、PウェルPWは基準電圧0Vであることから、深いNウェルDWの電位VDWが電圧VPPDW(例えばDC6V)を維持していることから、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係は確保されている。
【0076】
続いて、タスク2の消去パルス電圧印加(図5のステップS4)と消去ベリファイ(図5のステップS5)について説明する。
【0077】
消去パルス電圧印加はブロック毎または全ブロック一括して行うため、メモリセルのコントロールゲートCGに接続される全てのワード線WL0〜WLnに負電圧(例えば−9V)を印加し、メモリセルのドレインDに接続される全てのビット線BL0〜BLmおよび、ソースSに接続される共通ソース線SOURCEをオープン状態(フローティング状態)にする。
【0078】
さらに、PウェルPWには正電圧(例えばDC5V)の電位VPWを印加し、このとき、NウェルDWの電位VDWは電圧VPPDW(例えばDC6V)を維持していることから、上記VPW≦VDWのウェル電圧関係は確保されている。
【0079】
続いて、消去ベリファイについて説明する。
【0080】
消去ベリファイは、先の書込ベリファイと原理的には同じであり、違いは、リファレンスセルとして、消去状態参照用リファレンスセルCell_EV(しきい値電圧Vthは3.0V)を選択して比較するところだけであり、後は同じであるので、その説明は省略する。
【0081】
このようにして、消去パルス電圧印加と消去ベリファイを繰り返すことにより、全メモリセルのしきい値電圧は3.0V以下となってタスク2の処理は終了する。
【0082】
なお、消去ベリファイ時は、PウェルPWは基準電圧0Vであることから、NウェルDWの電位VDWが電圧VPPDW(例えばDC6V)を維持していることから、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係は確保されている。したがって、タスク2を通して、NウェルDWの電位VDWが電圧VPPDW(例えばDC6V)を維持していることから、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係は確保されている。
【0083】
続いて、タスク3のポストコンディション(書込パルス印加;図5のステップS6)と過剰消去ベリファイ(図5のステップS7)について説明する。
【0084】
このタスク3は、先に説明したように、過剰消去により負のしきい値電圧になったメモリセルに対して、ソフトプログラム(軽い書込)を行い、しきい値電圧Vthを0.8V以上にするもので、ベリファイ時に過剰消去状態リファレンスセルCell_RE(しきい値電圧DC0.8V)を選択し、これと比較するところだけが異なるだけであり、基本的にタスク1と同じであるので、その詳細な説明は省略する。なお、このタスク3では、ポストコンディションおよび過剰消去ベリファイ共、PウェルPWは基準電圧0Vであることから、NウェルDWの電位VDWが電圧VPPDWを維持していることから、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係は確保されている。
【0085】
最後に、ステップS8において、NウェルDWへの供給電圧VPPDWのディスチャージを行う。
【0086】
図2に示したNウェルDWへのウェル電圧供給回路への制御信号DWONをロウレベル(基準電圧0V)にし、MOSトランジスタT2をオフ状態にする。その後、制御信号DWONBをハイレベルにし、MOSトランジスタT1をオンさせて、基準電圧0Vに引き込むことで、NウェルDWへの供給電圧VPPDWをディスチャージする。
【0087】
先のタスク3で既にPウェルPWは基準電圧0Vになっているため、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係は維持されており、これが逆転することはない。したがって、本発明では、上記VPW≦VDwのウェル電圧関係が逆転し、順方向バイアス電流が流れるという問題は発生しない。
【0088】
以上のように、本実施形態によれば、制御信号出力回路4は、消去シーケンス開始直後のプログラム動作(書込動作)前に、消去パルス電圧印加時にPウェルPWへ供給する電圧VPW以上の供給電圧VPPDW(電圧VDW)をノードDWOUTを介して深いNウェルDWに先に供給し、消去シーケンスの終了時まで、深いNウェルDWへの供給電圧VPPDWを保持するように、制御信号DWONをレベルシフタ回路3に出力すると共に、制御信号DWONBをウェル電圧出力回路4に出力するため、消去動作の最初にNウェルDWのチャージ、最後にNウェルDWのディスチャージと、NウェルDWへのチャージ/ディスチャージの制御が1回で済むことから、消去パルス印加を繰り返してもチャージ/ディスチャージの際のVPW≦VDwのウェル電圧関係を確実に確保するための従来のディレイ時間は不要となり、消去時間の高速化を図ることができる。
【0089】
また、従来のディレイ時間を短くするためタイミングを細かく制御する必要もなく、簡略なウェル電圧制御手段1で実現でき、また、浮遊容量が大きいNウェルDWの充放電電圧の切換を高速化する必要もないため,出力段トランジスタの小型化も含めて、回路規模の縮小を図ることができる。
【0090】
さらに、消去シーケンスにおいて、NウェルDWへのチャージ/ディスチャージは1回で済むことから、浮遊容量が大きいNウェルDWの充放電が少なくてすみ、低消費電力化をも図ることができる。
【0091】
なお、本実施形態では、NウェルDWへのチャージ/ディスチャージのタイミングをタスク1〜3の前後に設け、NウェルDWへのチャージがプリコンディションの前、NウェルDWへのディスチャージがポストコンディションの後としたが、これに限らず、少なくとも消去パルス印加のタスク2の前後であればよい。また、NウェルDWへのチャージだけがタスク2の前であってもよく、NウェルDWへのディスチャージだけがタスク2の後であってもよい。
【0092】
なお、本実施形態では、NウェルDWのディスチャージ後の電位は、基準電圧0Vとしたが、基準電圧0Vではなく、図6のように正電圧(不揮発性半導体記憶装置の電源電圧Vcc)であってもよい。
【0093】
図6は、新たなレベルシフタ回路を並列に接続し、制御信号DWONBがハイレベルのとき、このハイレベルをVPP12レベルに昇圧し、MOSトランジスタT1をオンさせ、NウェルDWに電源電圧Vccを供給するものである。
【0094】
図6のように0Vに完全にディスチャージするのではなく、Vccレベルに若干のディスチャージですむため、高速化および低消費電力化をさらに図ることができる。
【0095】
なお、本実施形態では、特に説明しなかったが、本発明は、PウェルPWを囲むようにNウェルDWが配設された構成を持つ不揮発性半導体記憶装置の消去方式に有効なものであり、NAND型、NOR型、AND型などの不揮発性半導体記憶装置の構成に関わらず適用できるものである。
【0096】
なお、本実施形態では、同一ブロック内の各メモリセルのPウェルPWを1つのNウェルDWで囲む構成としたが、これに限らず、NウェルDWは、各メモリセルのPウェルPWをそれぞれ囲む構成としてもよい。この場合にも、同一のブロック内の各メモリセルのPウェルPWを囲む各深いNウェルDWを一括してDWL線に接続すればよい。
【0097】
【発明の効果】
以上により、本発明によれば、消去パルス印加時において、PウェルPWの電位以上の深いNウェルDWの電位とするウェル電圧関係を損なうことなく、簡易なウェル電圧制御手段にて、ウェル電圧供給タイミングのオーバーヘッドをなくすことができて、消去時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の不揮発性半導体記憶装置におけるメモリセルアレイの1ブロック分の回路を示す回路図である。
【図2】本発明の一実施形態の不揮発性半導体記憶装置におけるウェル電圧制御手段の深いNウェル側の要部構成例を示す回路図である。
【図3】本発明の消去電圧印加時のウェル供給電圧のタイミング図である。
【図4】本発明で用いるベリファイ回路の一例を簡略化して示す回路図である。
【図5】本発明の消去アルゴリズムの一例を示すフローチャート図である。
【図6】本発明の他の実施形態におけるウェル電圧制御手段の深いNウェル側の構成例を示す回路図である。
【図7】フローティングゲート構造を有するフラッシュメモリセルの第1従来例を示す断面図である。
【図8】フローティングゲート構造を有するフラッシュメモリセルの第2従来例を示す断面図である。
【図9】消去後およびプログラム後のメモリセルのしきい値電圧分布を示す図である。
【図10】従来のチャネル消去方式に用いられているウェル供給電圧のタイミング図である。
【図11】従来の消去アルゴリズムの一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
1 ウェル電圧制御手段
2 レベルシフタ回路
3 ウェル電圧出力回路
4 制御信号出力回路
10 ベリファイ回路
DWON,DWONB 制御信号
M00〜Mmn メモリセル
DW 深いNウェル
PW Pウェル
DW 深いNウェルDWの電位
PW PウェルPWの電位
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory having a triple well structure and capable of erasing data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ETOX (registered trademark of Intel Corporation) is the most commonly used flash memory. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a memory cell of this ETOX type flash memory.
[0003]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first conventional example of a flash memory cell having a floating gate structure. As shown in FIG. 7, this flash memory cell has a floating gate structure, and includes a P-type semiconductor substrate P-Sub, a drain D and a source S formed in the P-type semiconductor substrate P-Sub, a drain D and a source. A floating gate FG provided on the P-type semiconductor substrate P-Sub between S via a tunnel oxide film R1, and a control gate CG provided on the floating gate FG via an interlayer insulating film R2. Have
[0004]
The data writing operation in the flash memory will be described. During writing (programming), a positive voltage (for example, DC8V) is applied to the control gate CG, a positive voltage (for example, DC5V) is applied to the drain D, and the source A reference voltage (for example, 0 V) is applied to the S and P type semiconductor substrates P-Sub.
[0005]
As a result, a large amount of current flows from the drain to the source in the channel layer, channel hot electrons are generated in the portion where the electric field near the drain region is high, and electrons are injected into the floating gate FG. As a result, the threshold voltage of the memory cell is raised, and the memory cell is brought into a write state. Generally, a flash EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory) has a function capable of being electrically written (programmed) and erased (erasured).
[0006]
Next, a data erasing operation in the flash memory will be described. During erasing (erasing), a negative voltage (for example, DC-9V) is applied to the control gate CG, and a positive voltage (for example, DC 5V) is applied to the source S. Then, a reference voltage (for example, 0 V) is applied to the P-type semiconductor substrate P-Sub, and the drain D is opened.
[0007]
As a result, a tunnel current is generated, electrons are extracted from the floating gate FG to the source region, the threshold voltage of the memory cell is lowered, and the memory cell is brought into an erased state.
[0008]
However, in this erase operation, a BTBT (Band To Band Tunneling) current flows due to a potential difference between the source S and the P-type semiconductor substrate P-Sub, and hot holes and hot electrons are generated at the same time. Among these, hot electrons flow in the direction of the drain D or the P-type semiconductor substrate P-Sub, but the hot holes are drawn toward the tunnel oxide film R1 and trapped in the tunnel oxide film R1. This hot hole trap is said to deteriorate the reliability of the tunnel oxide film R1 and the like.
[0009]
In order to solve the problem of deterioration of the tunnel oxide film R1, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-229655 proposes a data erasing method using a nonvolatile semiconductor memory device, which is shown in FIG.
[0010]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second conventional example of a flash memory cell. In FIG. 8, this flash memory cell includes a P-type semiconductor substrate P-Sub, a deep N well DW disposed in the P-type semiconductor substrate P-Sub and having a conductivity type opposite to that of the P-type semiconductor substrate P-Sub, and a deep P well PW surrounded by N well DW and separated from P type semiconductor substrate P-Sub, drain D and source S formed in P well PW, and P type semiconductor substrate between drain D and source S A floating gate FG provided on the P-Sub via the tunnel oxide film R1 and a control gate CG provided on the floating gate FG via the interlayer insulating film R2.
[0011]
The difference between the second conventional example and the first conventional example is in the well structure. Between the P-type semiconductor substrate P-Sub and the P-well PW having the channel layer, the opposite conductivity type (N-type) is used. This is a well structure having a deep N well DW, which is called a triple well structure.
[0012]
In this data erasing method in the flash memory, the source S and the drain D are opened (opened), and a reference voltage (for example, 0 V) is applied to the control gate CG and the P-type semiconductor substrate P-Sub. By applying a positive voltage to the deep N-well DW, electrons are not drawn from the floating gate FG to the source region as in the first conventional example, but instead of being pulled to the P-well PW by the FN (Fowler-Nordheim) tunnel phenomenon. By extracting electrons to the formed channel layer, the threshold voltage of the memory cell is lowered. This is called channel erasure (channel erase).
[0013]
The channel layer is formed under the tunnel oxide film R1 between the source S and the drain D in the P well PW. In this case, since the potentials of the source S and the P well PW are equal, the electric field is not concentrated at the boundary portion between the source S and the P well PW, and therefore no BTBT current is generated, so that hot holes to the tunnel oxide film R1 are generated. No trapping occurs, and the tunnel oxide film R1 does not deteriorate.
[0014]
Next, a third conventional example using a memory cell structure (triple well structure) similar to that in FIG. 8 and having an erase method different from the second conventional example will be described. In this data erasing method, the source S and the drain D are opened (opened), the P-type semiconductor substrate P-Sub is set to the ground potential (GND potential), and a positive voltage is applied to the P well PW and the deep N well DW. In addition, by applying a negative voltage to the control gate CG, electrons are extracted from the floating gate FG to the P well PW.
[0015]
Even in this erasing method, since the potentials of the source S and the P well PW are equal, the electric field is not concentrated at the boundary portion between the source S and the P well PW, and therefore no BTBT current is generated. Hot hole traps do not occur and the tunnel oxide film R1 does not deteriorate.
[0016]
In the flash memory having the triple well structure as in the second and third conventional examples, a positive voltage is applied to the P well PW in order to draw electrons from the floating gate FG to the channel layer formed in the P well PW. ing.
[0017]
On the other hand, in order to electrically isolate the P well PW and the P-type semiconductor substrate P-Sub, a deep N well DW is formed between them to surround the P well PW. The potential relationship between the P well PW and the deep N well DW is always the potential V of the deep N well DW as shown in the following relational expression so as not to be forward biased.DWIs the potential V of the P well PWPWIt is necessary to make it above.
[0018]
VPW≦ VDW
On the other hand, the distribution of threshold voltages of the memory cells in the flash memory is shown in FIG. 9, where the horizontal axis indicates the threshold voltage Vth of the memory cells and the vertical axis indicates the number of memory cells. In FIG. 9, a memory cell having a threshold voltage of 0.8V to 3.0V is in an erased state, and a memory cell having a threshold voltage of 4.5V or higher is in a written state (programmed state).
[0019]
Potential relationship between P well PW and deep N well DW (VPW≦ VDW) Has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-149789. Here, the gate voltage V is applied to the control gate CG when the erase voltage is applied.CGAs well as applying a negative voltage, the source S and drain D are open. Well voltage V to P well PW and N well DWPW, VDWThe application timing will be described with reference to FIG.
[0020]
As shown in FIG. 10, the erase operation is generally performed by repeatedly applying an erase pulse and verifying. First, during the erase pulse application operation, the gate voltage V is applied to the control gate CG.CGAs a negative voltage (for example, -9V) is applied, the source S and the drain D are opened, and the well voltage V is applied to the P well PW and the N well DW.PW, VDWA positive voltage (for example, 6V) is applied.
[0021]
Next, verification is performed. In the verification, it is verified whether or not the threshold voltage of the memory cell is lowered to a threshold voltage Vth in a predetermined erase state (for example, 0.8 V to 3.0 V in FIG. 9) by application of the erase pulse. Is. During the verify operation, the gate voltage V is applied to the control gate CG.CGFor example, 6.0 V is applied, and the well voltage V is applied to the source S, P well PW and N well DW.PW, VDWA reference voltage of 0 V is applied, for example, 1 V is applied to the drain D, and the current flowing from the drain D through the memory cell to the source S is detected to determine the erased state.
[0022]
When the threshold voltage of the memory cell becomes equal to or lower than a predetermined voltage Vth (for example, 3.0 V), it is determined that the memory cell is in the erased state, and the subsequent erase pulse application is stopped. If the memory cell has not yet reached the erased state (for example, 3.0 V or less in FIG. 9), an erase pulse is further applied until the memory cell enters the erased state. In this way, by repeating the erase pulse application operation and the verify operation, a predetermined erase state (for example, 0.8 V to 3.0 V in FIG. 9) is brought.
[0023]
In the repetition of the erase pulse application operation and the verify operation, the potential V of the P well PWPWAnd the potential V of the deep N well DWDWIs always VPW≦ VDWNeed to be satisfied. Therefore, in the well bias switching circuit that supplies voltages to the P well PW and the N well DW, at the start of the erase pulse application,PW≦ VDWAs shown in FIG. 10, first, a positive voltage V is applied to the deep N-well DW, as shown in FIG.DWThen, after a lapse of a certain time (DtimeR), a positive voltage V is applied to the P well PW.PWIs operated to apply.
[0024]
Further, when the P-well PW and the deep N-well DW are discharged (because the reference voltage is shifted to 0 V, for example) when the Belphi operation is started after the application of the erase pulse (Etime) is completed, FIG. As shown in FIG. 4, the potential V of the P well PWPWFirst, and after a certain time (DtimeF), the potential V of the deep N-well DWDWDischarge. This ensures that V alwaysPW≦ VDWIt is possible to maintain this relationship.
[0025]
Here, an outline of an algorithm for an erase operation of a general flash memory including the above-described erase pulse application and verification will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the flash memory erasing algorithm is roughly composed of three tasks 1 to 3. In the erase operation, the entire block or the entire block is erased collectively.
[0026]
First, task 1 consists of preconditions and verification. The precondition is that the erase time for each bit differs depending on the data stored when the erase pulse is applied, and the erase is performed in order to meet the conditions of each memory cell in order to prevent the occurrence of overerased cells. All the memory cells in the memory cell array are temporarily set to the programmed state.
[0027]
That is, the state of a memory cell to be erased by data stored in each memory cell is a cell in a write state (threshold voltage Vth is 4.5 V or more) or an erase state (threshold voltage is 0.8 V). ~ 3.0V) cells are mixed, and if an erase pulse is applied as it is, there is a possibility that an overerased cell in which the threshold voltage of a memory cell having a low threshold voltage is lowered to a negative value will appear. is there. In order to prevent this, first, writing (programming) is performed in order to align the threshold voltage conditions of the memory cells to be erased. This writing is performed by applying the above-mentioned various voltages as a write pulse, but repeatedly performing the write pulse application and verify while verifying the threshold voltage, and all the memory cells to be erased. Is set to a predetermined threshold voltage (for example, 4.5 V or more).
[0028]
Next, task 2 is to bring the threshold voltage of the memory cell to, for example, 3.0 V or lower while alternately performing erase voltage application and verification for applying an erase pulse to the memory cell array.
[0029]
Finally, task 3 consists of post-conditioning and verification in which a programming voltage level program pulse is applied to repair an over-erased memory cell.
[0030]
This is because when the erase pulse is applied in task 2, the threshold voltage is rapidly lowered due to variations in the erase characteristics of the memory cell, and a memory cell having a negative threshold voltage (excess erase) may occur. There is a relief, and the memory cell is soft-programmed (lightly written) so that the threshold voltage becomes 0.8 V or higher. This is also verified, and the processing of task 3 is performed while verifying the threshold voltage value.
[0031]
In this way, the block to be erased or the memory cells in all the blocks are stored within the predetermined threshold voltage (0.8 V to 3.0 V), and the erase algorithm is terminated.
[0032]
[Problems to be solved by the invention]
In the erase operation of task 2 in the erase algorithm of the flash memory, an erase pulse is repeatedly applied to the memory cell until the threshold value of the memory cell after erasure falls within a predetermined threshold voltage. That is, the operations from “application of erase pulse voltage” to “verify” and further from “application of erase pulse voltage” to “verify” are repeated several times.
[0033]
Therefore, in the channel erase method shown in the second conventional example and the third conventional example, when the control method (erase algorithm) of Japanese Patent Laid-Open No. 11-149781 is used, the above VPW≦ VDWAs shown in FIG. 10, the voltage V is applied to the P well PW and the deep DW before and after the erase pulse is applied.PW, VDWDelay time (DtimeR + DtimeF) is applied every time. For example, while the erase pulse application time Etime is 4 msec, the delay time (DtimeR + DtimeF) is about 20 μsec to 40 μsec.
[0034]
That is, there is an extra overhead when applying an erase pulse that occupies the majority of a series of erase sequences (tasks 1 to 3) of the flash memory, which has the problem that the time for the entire erase operation increases. .
[0035]
Further, since it is necessary to set the two delay times (DtimeR + DtimeF) as short as possible and reliably, the voltage V is applied to the P well PW and the deep N well DW, respectively.PW, VDWThe structure of the well bias switching circuit for supplying the current becomes complicated, and the circuit scale is large.
[0036]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and the voltage relationship (V) between the P well PW and the deep N well DW with a simple circuit configuration.PW≦ VDWThe semiconductor memory device can reduce the erase time by eliminating the overhead of charging and discharging time to the deep N well surrounding the memory cell when the erase pulse is applied. And
[0037]
[Means for Solving the Problems]
  A semiconductor memory device according to the present invention includes a second conductivity type first well region disposed in a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type second well region disposed in the first well region, and In the semiconductor memory device having the memory cell having the source region and the drain region of the second conductor formed in the second well region, before the write operation is performed after the erase command is performed on the memory cell, A voltage equal to or higher than the voltage applied to the second well region during the erase operation is supplied to the first well region, and the voltage supplied to the first well region isBy repeating erase voltage application and erase verifyUntil the memory cell is in an erased state at least below a predetermined threshold voltageWithout dischargingThe well voltage control means for holding is provided, and thereby the above object is achieved. The memory cell in this case has a floating gate and a control gate which are electrically insulated on a semiconductor substrate between the source region and the drain region.
[0038]
Preferably, the well voltage control means in the semiconductor memory device of the present invention applies a voltage equal to or higher than a voltage applied to the second well region during the erase operation of the memory cell before executing the write operation after executing the erase command to the memory cell. The first well region is supplied first.
[0039]
Further, preferably, the well voltage control means in the semiconductor memory device of the present invention uses the voltage supplied to the first well region in the erased state of the memory cell in the overerased state (predetermined threshold voltage, for example, DC 0.8 V or more). Is held until the process is completed.
[0040]
Further preferably, the well voltage control means in the semiconductor memory device of the present invention sets the voltage after the voltage supplied to the first well region is discharged to the ground level or the positive voltage.
[0041]
Further preferably, the well voltage control means in the semiconductor memory device of the present invention sets the voltage supplied to the first well region to a positive voltage other than the ground potential when the second well region is at the ground potential.
[0042]
With the above configuration, before executing the write operation after executing the erase command or before applying the erase voltage, a voltage higher than the voltage applied to the second well region during the erase operation is supplied to the first well region and supplied to the first well region. Since the voltage is held until the memory cell is in the erased state, the overhead of charging and discharging time to the deep N well surrounding the memory cell when the erase pulse is applied is eliminated, and the erase time is shortened. The potential relationship between the P well PW and the deep N well DW with a simple circuit configuration of a conventional complicated well bias switching circuit (VPW≦ VDW) Can always be controlled.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments in which a semiconductor memory device of the present invention is applied to a nonvolatile semiconductor memory device will be described with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a circuit and well lines for one block of a memory cell array in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, memory cells M00 to Mmn are arranged in an array in the vertical and horizontal directions, and the control gates CG of m + 1 memory cells M00 to Mm0 are commonly connected to the word line WL0. The same applies to WLn. The bit line BL0 is commonly connected to the drains D of n + 1 memory cells M00 to M0n, and the same applies to the bit lines BL1 to BLm. A common source line SOURCE is commonly connected to the sources S of the memory cells M00 to Mmn in the same block.
[0045]
A desired word line (for example, WL1) is selected from the word lines WL0 to WLn input to the control gates CG of the memory cells M00 to Mmn, and desired from the bit lines BL0 to BLm connected to the drains D of the memory cells M00 to Mmn. A desired memory cell (for example, M01) is selected by making the bit line BL0 conductive in order to select one bit line (for example, BL0). At this time, the common source line SOURCE connected to the source S of each of the memory cells M00 to Mmn is at the ground (GND) level.
[0046]
The plurality of memory cells M00 to Mmn in the same block have a triple well structure, and their P wells PW (first well type second well regions) are collectively connected to the PWL line. Each of the plurality of memory cells M00 to Mmn in the same block is in a deep N well DW (second conductivity type first well region) surrounding the P well PW, and the deep N well DW is Connected to the DWL line. A predetermined voltage V is applied to the P well PW via the PWL line.PWAnd a predetermined voltage V to the deep N well DW via the DWL line.DWCan be supplied.
[0047]
These predetermined voltages VPW, VDWThe well voltage control means of the present invention (corresponding to a conventional well bias switching circuit) controls the output, but since the configuration is substantially the same, the description is simplified and the deep N well DW is connected via the DWL line. Predetermined voltage VDWOnly a circuit example for charging and discharging the battery will be described.
[0048]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a main part of the well voltage control means in the nonvolatile semiconductor memory device of one embodiment of the present invention. In FIG. 2, the well voltage control means 1 corresponds to the level shifter circuit 2 that can output the VPP 12 level or the ground level to the output node DWSEL according to the control signal DWON, the control signal DWONB, and the output voltage of the level shifter circuit 2. A well voltage output circuit 3 that charges or discharges a deep N well DW, and a control signal output circuit 4 that outputs a control signal DWON and a control signal DWONB at a predetermined timing. The level shifter circuit 2 and the well voltage output circuit 3 constitute a well voltage supply circuit. The output node DWOUT is connected to the deep N well DW through the DWL line.
[0049]
The level shifter circuit unit 2 converts the high level of the control signal DWON (the power supply Vcc level of the nonvolatile semiconductor memory device) into the boosted high level VPP12 level, and also maintains the low level (reference voltage 0 V) of the control signal DWON as it is. , A circuit that converts the signal to a low level (reference voltage 0 V) and outputs the voltage to the output node DWSEL. The voltage VPP12 may be input from the outside or generated by boosting the power supply voltage Vcc to a predetermined value by a booster circuit inside the device. The voltage VPP12 level will be described. Since the MOS transistor T2 that outputs the voltage VPPDW uses an nMOS transistor, the voltage VPP12 level input to the gate of the MOS transistor T2 is not limited to the level of the voltage VPPDW. The voltage considering the threshold of T2 and the back gate effect must be set.
[0050]
The well voltage output circuit unit 3 supplies a predetermined voltage VPPDW (VPW≦ VDWWhen the output node DWSEL is at the high level (the control signal DWON is at the high level), the MOS transistor T2 is turned on and the voltage VPPDW level is output. The voltage VPPDW may be input from the outside or generated by boosting the power supply voltage Vcc by a booster circuit inside the device.
[0051]
As shown in FIG. 3, the control signal output circuit 4 has a P-well when the erase pulse voltage is applied immediately after the erase sequence is started (after the erase command is executed) and before the program operation (write operation) until the erase pulse voltage is applied. Voltage V supplied to PWPWThe above supply voltage VPPDW (voltage VDW) Is first supplied from the node DWOUT to the deep N well DW via the DWL line, and the supply voltage VPPDW (voltage V) to the deep N well DW until the end of the erase sequence.DW), The control signal DWON is output to the level shifter circuit 3 and the control signal DWONB is output to the well voltage output circuit 4.
[0052]
Here, the pulse control to the memory cell when the erase voltage is not applied will be described. During programming, a positive voltage is applied to the control gate CG and the drain D (the drain region of the second conductor) and the source S (the first S) The source region of the two conductors) is set to the ground potential (GND potential), channel hot electrons are generated, and electrons are injected into the floating gate FG. At this time, the P well PW is at the ground (GND) potential (0 V), and if the voltage of the deep N well DW is 0 V or more, a forward bias does not occur with respect to the P well, which causes no problem. In verifying the state of the memory cell in each of tasks 1 to 3 described later, there is a problem if the P well PW is at the ground (GND) potential (0 V) and the voltage of the deep N well DW is 0 V or higher. Absent. That is, the voltage V applied to the P well PW at the time of erasure even when the erase voltage is not actually applied.PWAbove voltage VDWThere is no problem even if the N is supplied to the deep N well DW.
[0053]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a simplified example of the verify circuit used in the present invention. In FIG. 4, a verify circuit 10 includes a bit line selection unit 11 including bit line selection transistors T00 to T0m selected from the bit lines BL0 to BLm of the memory cell array of FIG. 1, and a voltage limiting circuit connected to the bit line selection unit. Drain bias (Drain # bias) circuit 12, load circuit (LOAD) 3 whose output terminal is connected to drain bias (Drain # bias) circuit 12, and whose input terminal is connected to the power supply, and reference for writing state reference Reference cell selection means 14 for selecting one of the cell Cell_PV, the reference cell Cell_EV for erasing state reference, and the over-erased state reference cell Cell_RE, and a drain bias reference for voltage limitation (Drain # bias) connected to the reference cell selection means 14 #Ref) circuit 15 and the output terminal is drain bias A sense circuit S / A that detects a voltage difference between the load circuit (LOAD) 16 connected to the reference (Drain # bias # Ref) circuit 15 and whose input terminal is connected to the power supply and each output terminal of the load circuits 13 and 16. And a verify detection means 17 such as
[0054]
The erasure algorithm of the present invention will be described below with the above configuration. As described above, the present invention is characterized in that the deep N-well DW is connected to the predetermined voltage V immediately after the erase algorithm is started.DWAfter charging, the voltage VDWIs not discharged until the erasing operation is completed, and the voltage V isDWThis is in the point of discharging.
[0055]
Before the start of the erasing algorithm, the control signal DWON is at the low level and the control signal DWONB is at the high level, and the reference voltage 0 V is output as the supply voltage to the deep N well DW.
[0056]
Specifically, when the control signal DWON is at the low level, the MOS transistor T2 is turned off. However, when the control signal DWONB is set to the high level after the control signal DWON is set to the low level, the MOS transistor T1 is turned on and N The well DW is discharged to the reference voltage 0V.
[0057]
FIG. 5 is a flowchart showing an example of an erase algorithm of the nonvolatile semiconductor memory device using the well voltage control means of FIG.
[0058]
As shown in FIG. 5, when the erase start command is executed (after execution of the erase start command), first, in step S1, the voltage V applied to the P well PW when the erase pulse is appliedPWAbove voltage VDW(For example, 6V) is charged to the deep N well DW.
[0059]
Specifically, when the erase algorithm starts, the control signal DWONB is changed to a low level, the MOS transistor T1 is turned off, and then the control signal DWON is changed to a high level. As a result, the MOS transistor T2 is turned on, and the voltage VPPDW is output and charged to the deep N well DW. As a result, the N well DW becomes the voltage VPPDW.
[0060]
Next, preconditions for task 1 (write pulse application; step S2) and write verify (step S3) are performed.
[0061]
First, preconditioning is performed, and all the memory cells in the block to be erased are in a written state (threshold voltage Vth is 4.5 V or more). In this writing, as a writing pulse, a positive voltage (for example, DC8V) is applied to the control gate CG, a positive voltage (for example, DC5V) is applied to the drain D, and the source S and the P well PW are set to the reference voltage 0V. Thus, channel hot electrons are generated in a portion with a high electric field near the drain region, and electrons are injected into the floating gate FG to raise the threshold voltage of the memory cell, thereby bringing the memory cell into a writing state.
[0062]
The potential V of the N well DW at this timeDWMaintains the voltage VPPDW and VPW≦ VDWThe relationship is secured.
[0063]
Next, write verify is performed. The write verify is to verify whether or not the memory cell has reached a predetermined threshold voltage Vth (for example, 4.5 V or more) by applying the write pulse as described above.
[0064]
This verify operation will be described in detail with reference to FIGS.
[0065]
A word line (for example, WL0) to be verified is selected from word lines WL0 to WLn input to the control gate CG of the memory cell, and a positive voltage (for example, DC 6.0V) is applied. Note that the reference voltage 0V is applied to the non-selected word lines WL1 to WLn.
[0066]
The common source line SOURCE and P well PW connected to the source S of each memory cell are set to a reference voltage of 0V.
[0067]
Further, in order to select a desired bit line (for example, BL0) from the bit lines BL0 to BLm connected to the drain D of the memory cell, the bit line selection signal CSEL0 is set to the high level to turn on the MOS transistor T00. The other bit line selection transistors T01 to T0m are turned off.
[0068]
In order to verify the threshold voltage Vth of the memory cell, a comparison is made with the threshold voltage of a reference memory cell to which data has been separately written. In order to turn on the MOS transistor connected to the reference cell Cell_PV for writing state reference (threshold voltage 4.5 V or more), the selection signal RSEL_PV is set to the high level to select the reference cell Cell_PV for writing state reference.
[0069]
The same positive voltage (for example, 6 V) as that of the word line WL0 is also applied to the reference cell word line WLref line. The drain D of the memory cell is connected to the memory cell by a drain bus (Drain # bias) circuit 12 and a drain bus reference (Drain # bias # Ref) circuit 15 in consideration of disturbance to the memory cell. The node BL_MEM and the node BL_Ref are limited to be 1V or less.
[0070]
Furthermore, the current from the power source through the load circuits 13 and 16 is supplied to each of the selected memory cell and the reference cell Cell_PV for writing state reference. In the selected memory cell in the memory cell array, a current corresponding to the write state flows.
[0071]
Here, if the threshold voltage of the selected memory cell is higher than the threshold voltage (threshold voltage 4.5 V) of the reference cell Cell_PV for writing state reference, the current flowing through the node BL_MEM is The current flows to the reference-side node BL_Ref. This difference in current value is converted into a difference in voltage value at the nodes SAIN and SAIN_Ref in the input stage of the sense amplifier S / A, and is input to the sense amplifier S / A.
[0072]
In this case, the voltage VSAIN of the node SAIN in the input stage of the sense amplifier S / A becomes higher than the voltage VSAIN # Ref of the node SAIN_Ref due to the voltage drop caused by the load circuits 13 and 16. This is determined by the sense amplifier S / A, and based on the output from the sense amplifier S / A, control is performed so as to stop the application of the subsequent write pulse.
[0073]
Conversely, if the threshold voltage Vth of the selected memory cell remains below the threshold voltage (4.5 V) of the reference cell Cell_PV for writing state reference, the current flowing through the node BL_MEM It becomes larger than the current flowing through the node BL_Ref.
[0074]
In this case, the voltage VSAIN of the node SAIN in the input stage of the sense amplifier S / A becomes lower than the voltage VSAIN # Ref of the node SAIN_Ref due to the voltage drop caused by the load circuits 13 and 16. This is determined by the sense amplifier S / A, and control is performed so that the write pulse is applied again based on the output from the sense amplifier S / A.
[0075]
This verify operation is performed on all the memory cells to be erased, and when the threshold voltage of all the memory cells becomes 4.5 V or higher, the processing of task 1 is completed. In this task 1, since the P well PW is at the reference voltage 0 V in both precondition and verify, the potential V of the deep N well DW isDWMaintains the voltage VPPDW (for example, DC6V), the above VPW≦ VDwThe well voltage relationship is ensured.
[0076]
Next, the erase pulse voltage application (step S4 in FIG. 5) and erase verify (step S5 in FIG. 5) of task 2 will be described.
[0077]
Since the erase pulse voltage is applied for each block or all the blocks at the same time, a negative voltage (for example, −9 V) is applied to all the word lines WL0 to WLn connected to the control gate CG of the memory cell, and the drain D of the memory cell All the bit lines BL0 to BLm connected to, and the common source line SOURCE connected to the source S are brought into an open state (floating state).
[0078]
Further, the P well PW has a positive voltage (for example, DC5V) potential V.PWAt this time, the potential V of the N well DWDWMaintains the voltage VPPDW (for example, DC6V).PW≦ VDWThe well voltage relationship is ensured.
[0079]
Next, erase verification will be described.
[0080]
The erase verify is theoretically the same as the previous write verify. The difference is that an erase state reference cell Cell_EV (threshold voltage Vth is 3.0 V) is selected and compared as a reference cell. Since the rest is the same, the description thereof is omitted.
[0081]
In this way, by repeating the erase pulse voltage application and erase verify, the threshold voltages of all the memory cells become 3.0 V or less, and the processing of task 2 ends.
[0082]
At the time of erase verify, since the P well PW has a reference voltage of 0 V, the potential V of the N well DWDWMaintains the voltage VPPDW (for example, DC6V), the above VPW≦ VDwThe well voltage relationship is ensured. Therefore, through task 2, the potential V of N well DWDWMaintains the voltage VPPDW (for example, DC6V), the above VPW≦ VDwThe well voltage relationship is ensured.
[0083]
Subsequently, the post-condition of task 3 (write pulse application; step S6 in FIG. 5) and over-erase verification (step S7 in FIG. 5) will be described.
[0084]
In Task 3, as described above, soft programming (light writing) is performed on the memory cell having a negative threshold voltage due to over-erasing, and the threshold voltage Vth is 0.8 V or higher. Since the over-erased state reference cell Cell_RE (threshold voltage DC 0.8 V) is selected at the time of verifying, and only the comparison is made. Detailed description is omitted. In task 3, since the P well PW is at the reference voltage 0 V in both the post-condition and the over-erase verification, the potential V of the N well DW isDWMaintains the voltage VPPDW.PW≦ VDwThe well voltage relationship is ensured.
[0085]
Finally, in step S8, the supply voltage VPPDW to the N well DW is discharged.
[0086]
The control signal DWON to the well voltage supply circuit to the N well DW shown in FIG. 2 is set to the low level (reference voltage 0 V), and the MOS transistor T2 is turned off. Thereafter, the control signal DWONB is set to the high level, the MOS transistor T1 is turned on, and is pulled to the reference voltage 0V, thereby discharging the supply voltage VPPDW to the N well DW.
[0087]
In the previous task 3, since the P well PW is already at the reference voltage 0V, the above VPW≦ VDwThe well voltage relationship is maintained, and this is not reversed. Therefore, in the present invention, the above VPW≦ VDwThe well voltage relationship is reversed, and there is no problem that a forward bias current flows.
[0088]
As described above, according to the present embodiment, the control signal output circuit 4 has the voltage V supplied to the P well PW when the erase pulse voltage is applied before the program operation (write operation) immediately after the start of the erase sequence.PWThe above supply voltage VPPDW (voltage VDW) Is first supplied to the deep N well DW via the node DWOUT, and the control signal DWON is output to the level shifter circuit 3 so as to maintain the supply voltage VPPDW to the deep N well DW until the end of the erase sequence. Since the control signal DWONB is output to the well voltage output circuit 4, the N well DW is charged at the beginning of the erase operation, the N well DW is finally discharged, and the N well DW is charged / discharged only once. Therefore, even if the erase pulse application is repeated, V / V during charge / dischargePW≦ VDwThus, the conventional delay time for ensuring the well voltage relationship is not necessary, and the erasing time can be increased.
[0089]
In addition, since the conventional delay time is shortened, it is not necessary to finely control the timing, which can be realized by the simple well voltage control means 1, and it is necessary to increase the switching speed of the charge / discharge voltage of the N well DW having a large stray capacitance. Therefore, it is possible to reduce the circuit scale including downsizing of the output stage transistor.
[0090]
Furthermore, since the N well DW needs to be charged / discharged only once in the erasing sequence, charging / discharging of the N well DW having a large stray capacitance can be reduced, and power consumption can be reduced.
[0091]
In this embodiment, the charge / discharge timing to the N well DW is provided before and after the tasks 1 to 3, the N well DW is charged before preconditioning, and the N well DW is discharged after postconditioning. However, the present invention is not limited to this, and may be at least before and after the task 2 for applying the erase pulse. Further, only the charge to N well DW may be before task 2, and only the discharge to N well DW may be after task 2.
[0092]
In the present embodiment, the potential after the discharge of the N well DW is set to the reference voltage 0V, but is not the reference voltage 0V but a positive voltage (the power supply voltage Vcc of the nonvolatile semiconductor memory device) as shown in FIG. May be.
[0093]
In FIG. 6, when a new level shifter circuit is connected in parallel and the control signal DWONB is at a high level, this high level is boosted to the VPP12 level, the MOS transistor T1 is turned on, and the power supply voltage Vcc is supplied to the N well DW. Is.
[0094]
Instead of completely discharging to 0V as shown in FIG. 6, only a slight discharge to the Vcc level is required, so that higher speed and lower power consumption can be further achieved.
[0095]
Although not specifically described in the present embodiment, the present invention is effective for an erasing method of a nonvolatile semiconductor memory device having a configuration in which an N well DW is disposed so as to surround a P well PW. The present invention can be applied regardless of the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device such as NAND type, NOR type, and AND type.
[0096]
In this embodiment, the P well PW of each memory cell in the same block is surrounded by one N well DW. However, the present invention is not limited to this, and the N well DW includes the P well PW of each memory cell. It is good also as a structure to surround. Also in this case, each deep N well DW surrounding the P well PW of each memory cell in the same block may be connected to the DWL line in a lump.
[0097]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the erase pulse is applied, the well voltage can be supplied by the simple well voltage control means without damaging the well voltage relationship that makes the potential of the N well DW deeper than the potential of the P well PW. The timing overhead can be eliminated, and the erase time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a circuit for one block of a memory cell array in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a main part on the deep N well side of the well voltage control means in the nonvolatile semiconductor memory device of one embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a timing diagram of a well supply voltage when an erase voltage is applied according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing an example of a verify circuit used in the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing an example of an erasing algorithm according to the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of a deep N well side of well voltage control means in another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first conventional example of a flash memory cell having a floating gate structure.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second conventional example of a flash memory cell having a floating gate structure.
FIG. 9 is a diagram showing threshold voltage distributions of memory cells after erasing and after programming.
FIG. 10 is a timing diagram of a well supply voltage used in a conventional channel erase method.
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a conventional erasing algorithm.
[Explanation of symbols]
1 Well voltage control means
2-level shifter circuit
3 well voltage output circuit
4 Control signal output circuit
10 Verify circuit
DWON, DWONB control signal
M00 to Mmn memory cell
DW Deep N-well
PW P well
VDW    Deep N-well DW potential
VPWPotential of P well PW

Claims (5)

第1導電型の半導体基板内に配置された第2導電型の第1ウェル領域と、該第1ウェル領域内に配置された第1導電型の第2ウェル領域と、該第2ウェル領域内に形成された第2伝導体のソース領域およびドレイン領域とを持つメモリセルを有した半導体記憶装置において、
該メモリセルに対する消去命令実行後の少なくとも消去電圧印加前に、該メモリセルの消去動作時に該第2ウェル領域に印加する電圧以上の電圧を該第1ウェル領域に供給すると共に、該第1ウェル領域に供給した電圧を、消去電圧印加と消去ベリファイを繰り返すことにより該メモリセルが少なくとも所定しきい値電圧以下の消去状態になるまでディスチャージせずに保持するウェル電圧制御手段を備えた半導体記憶装置。
A first conductivity type first well region disposed in the first conductivity type semiconductor substrate; a first conductivity type second well region disposed in the first well region; and the second well region In a semiconductor memory device having a memory cell having a source region and a drain region of a second conductor formed in
A voltage higher than the voltage applied to the second well region during the erase operation of the memory cell is supplied to the first well region at least before the erase voltage is applied after execution of the erase command to the memory cell, and the first well Semiconductor memory device having well voltage control means for holding the voltage supplied to the region without discharging until the memory cell is in an erased state at least below a predetermined threshold voltage by repeating erase voltage application and erase verify .
前記ウェル電圧制御手段は、前記メモリセルに対する消去命令実行後の書込動作実行前に、該メモリセルの消去動作時に前記第2ウェル領域に印加する電圧以上の電圧を前記第1ウェル領域に供給する請求項1記載の半導体記憶装置。The well voltage control means, the prior write operation performed after the erase instruction execution for the memory cell, supplying a voltage higher than the voltage applied to the second well region during the erase operation of the memory cells in said first well region The semiconductor memory device according to claim 1. 前記ウェル電圧制御手段は、前記第1ウェル領域に供給した電圧を、過剰消去状態のメモリセルが所定しきい値電圧以上の消去状態になるまで保持する請求項1または2記載の半導体記憶装置。3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the well voltage control means holds the voltage supplied to the first well region until a memory cell in an over-erased state is in an erased state equal to or higher than a predetermined threshold voltage. 前記ウェル電圧制御手段は、前記第1ウェル領域に供給した電圧がディスチャージされた後の電圧を接地レベルまたは正電圧とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体記憶装置。  The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the well voltage control unit sets a voltage after the voltage supplied to the first well region is discharged to a ground level or a positive voltage. 前記ウェル電圧制御手段は、前記第1ウェル領域に供給した電圧を、前記第2ウェル領域が接地電位の状態において、接地電位以上の正電圧とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体記憶装置。  The semiconductor device according to claim 1, wherein the well voltage control unit sets the voltage supplied to the first well region to a positive voltage equal to or higher than a ground potential when the second well region is in a ground potential state. Storage device.
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