JP3901677B2 - Driving method of nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置の駆動方法、特に、Pチャネル型メモリセルを用いたフラッシュメモリセルの駆動方法に関するものである。   The present invention relates to a method for driving a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a method for driving a flash memory cell using a P-channel type memory cell.

フラッシュメモリにおいて、近年、Pチャネル型のメモリセルを用いる方式が提案されている(例えば、特許文献1)。この従来のメモリセルの駆動方法の一例を以下に説明する。   In recent years, a method using a P-channel type memory cell has been proposed for a flash memory (for example, Patent Document 1). One example of the conventional driving method of the memory cell will be described below.

図13は従来のPチャネル型のメモリセルを用いたメモリセルアレイを示す。
Pチャネル型メモリセル1は、浮遊ゲートにゲート電極を接続した浮遊ゲート型メモリトランジスタ18とこれに直列接続されたPチャネル型の選択トランジスタ2とで構成され、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18が選択トランジスタ2に隣接して配置されている。
FIG. 13 shows a memory cell array using conventional P-channel type memory cells.
The P channel type memory cell 1 includes a floating gate type memory transistor 18 having a gate electrode connected to a floating gate and a P channel type selection transistor 2 connected in series to the floating gate type memory transistor 18. 2 is arranged adjacent to.

浮遊ゲート型メモリトランジスタ18は、P型ドレインが選択トランジスタ2のP型ソースに接続され、P型ソースが共通ソース線17に接続され、制御ゲートがコントロールゲート線14に接続されている。選択トランジスタ2は、P型ドレインが16a〜16dのビット線16に接続され、選択ゲートは15a〜15dのワード線15に接続されている。   The floating gate type memory transistor 18 has a P-type drain connected to the P-type source of the selection transistor 2, a P-type source connected to the common source line 17, and a control gate connected to the control gate line 14. The selection transistor 2 has a P-type drain connected to the bit line 16 having 16a to 16d and a selection gate connected to the word line 15 having 15a to 15d.

また、従来のメモリセルアレイは、共通ソース線17と電源電圧Vccとの接続をオン−オフすることができるソース開放手段17aを備えている。
ここで、メモリセルが書き込み状態にあるとき正のしきい値を有し、消去状態にあるとき負のしきい値を有する。
Further, the conventional memory cell array includes a source opening means 17a that can turn on and off the connection between the common source line 17 and the power supply voltage Vcc.
Here, the memory cell has a positive threshold value when it is in a written state, and has a negative threshold value when it is in an erased state.

駆動方法として、書き込み時には、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンを浮遊ゲート型メモリトランジスタ18のドレインから浮遊ゲートに注入して書き込みを行う。消去時には、FN(Fowler-Nordheim)トンネル電流によって、N型領域上のトンネル酸化膜を経由して、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18の浮遊ゲートの電子を引き抜くことによって消去を行う。   As a driving method, at the time of writing, hot electrons caused by band-to-band tunneling are injected from the drain of the floating gate type memory transistor 18 to the floating gate to perform writing. At the time of erasing, erasing is performed by extracting electrons of the floating gate of the floating gate type memory transistor 18 through a tunnel oxide film on the N type region by an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current.

上記のようなメモリセルの駆動方法に関して、従来の技術では、書き込み時には、N型領域を電源電圧Vccとし、ビット線16に第一の負電圧を印加し、コントロールゲート線14に第一の正電圧を印加し、ワード線15に第二の負電圧を印加し、ソース線17をソース開放手段17aによって開放して、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンをメモリセルのP型ドレインから浮遊ゲートに注入して書き込みを行う。
特表2001−506063号公報
With regard to the memory cell driving method as described above, according to the conventional technique, at the time of writing, the N-type region is set to the power supply voltage Vcc, the first negative voltage is applied to the bit line 16, and the first positive voltage is applied to the control gate line 14. A voltage is applied, a second negative voltage is applied to the word line 15, the source line 17 is opened by the source opening means 17a, and hot electrons due to the band-to-band tunnel are injected from the P-type drain of the memory cell to the floating gate. And write.
Special table 2001-506063 gazette

浮遊ゲート型メモリトランジスタ18と選択トランジスタ2は図14に示すようにN型基板13に作り込まれている。
浮遊ゲート型メモリトランジスタ18は、N型基板13に形成されたP+のドレイン7,ソース8と、この間にトンネル酸化膜6を介してN型基板13の上に浮遊ゲート4と誘電膜5と制御ゲート3を形成して構成されている。
The floating gate type memory transistor 18 and the selection transistor 2 are formed on the N type substrate 13 as shown in FIG.
The floating gate type memory transistor 18 includes a P + drain 7 and a source 8 formed on the N type substrate 13 and a tunnel oxide film 6 between them and the floating gate 4 and the dielectric film 5 on the N type substrate 13. A gate 3 is formed.

選択トランジスタ2は、N型基板13に形成されたP+のソース7,ドレイン12と、この間に酸化膜10を介してN型基板13の上に選択ゲート9を形成して構成されている。   The selection transistor 2 is configured by forming a selection gate 9 on the N-type substrate 13 via an oxide film 10 between the P + source 7 and drain 12 formed on the N-type substrate 13.

メモリセルの書き込み時のバイアスは、選択ゲート9に接続されたワード線15にVsg=−8Vを印加し、N型基板13にVsub=Vcc=2.5Vを印加し、メモリセル1のソース8に接続されたソース線17はVs=開放し、選択トランジスタ2のドレイン12に接続されたビット線16にVd=−6Vを印加し、メモリセル1の制御ゲートに接続されたコントロールゲート線14にVcg=10.5Vを印加している。   As the bias at the time of writing the memory cell, Vsg = −8 V is applied to the word line 15 connected to the selection gate 9, Vsub = Vcc = 2.5 V is applied to the N-type substrate 13, and the source 8 of the memory cell 1 is applied. The source line 17 connected to Vs = opens, Vd = −6V is applied to the bit line 16 connected to the drain 12 of the select transistor 2, and the control gate line 14 connected to the control gate of the memory cell 1 is applied. Vcg = 10.5V is applied.

しきい値測定時は、図15に示すように、Vsg=−10V,Vsub=Vs=0V,Vd=−1.5V,ドレイン電流=−1μAとなるVcgで定義している。
メモリセル単体での書き込み特性を図16に示す。この図16からわかるように、3msecで、しきい値が6.9Vに達し、その後、6msecで急激な書き込みを起こしている。
At the time of threshold measurement, as shown in FIG. 15, Vsg = −10V, Vsub = Vs = 0V, Vd = −1.5V, and drain current = −1 μA.
FIG. 16 shows the write characteristics of a single memory cell. As can be seen from FIG. 16, the threshold value reaches 6.9 V at 3 msec, and then abrupt writing occurs at 6 msec.

このように通常の書き込み状態からさらに書き込み動作を続けると、急激な書き込みが発生する。これが過剰書き込みである。
一方、メモリセルの消去状態は、浮遊ゲートから電子が取り除かれた状態である。しきい値はおよそ−3V程度である。
As described above, when the writing operation is further continued from the normal writing state, abrupt writing occurs. This is overwriting.
On the other hand, the erased state of the memory cell is a state in which electrons are removed from the floating gate. The threshold is about -3V.

書き込み時には、バンド間トンネルによって発生した電子が、浮遊ゲートに注入される。書き込みの進行に伴い、次第に浮遊ゲートの電位は下がっていき、浮遊ゲートの電位がチャネル電流が流れ始める電圧に達すると、チャネル電流に付随したホットエレクトロンがゲート注入される。このときに、急激な書き込みがおこり、過剰書き込みを引き起こしている。   At the time of writing, electrons generated by the band-to-band tunnel are injected into the floating gate. As the writing progresses, the potential of the floating gate gradually decreases. When the potential of the floating gate reaches a voltage at which the channel current starts to flow, hot electrons associated with the channel current are injected into the gate. At this time, rapid writing occurs, causing excessive writing.

従来例では、ソース線を開放状態にしているため、定常的なチャネル電流は流れないが、ソース線には接合容量が付随しており、この容量に流れ込む一時的なチャネル電流によるホットエレクトロンがゲートに注入されてしまう。   In the conventional example, since the source line is in an open state, no steady channel current flows, but the source line has a junction capacitance, and hot electrons due to the temporary channel current flowing into this capacitance are gated. Will be injected.

書き込み時に複数のビット線に同時に書き込みに必要なビット線電圧を印加しているが、この現象がおこると、過剰書き込みを起こしたメモリセルのチャネル電流が流れ、ソースに接続している容量が充電される。ビット線電圧発生回路の供給電流量は有限であるため、同時に書き込みをしているほかのメモリセルに対する供給電流が不安定になる。このため、一部のビットの書き込みが深くなる一方で、その他のビットの書き込みは浅くなり、書き込み分布が大きく広がってしまい、信頼性マージンが減少する。   When writing, the bit line voltage necessary for writing is applied to multiple bit lines at the same time. If this phenomenon occurs, the channel current of the memory cell that caused excessive writing flows, and the capacitor connected to the source is charged. Is done. Since the supply current amount of the bit line voltage generation circuit is finite, the supply current to other memory cells which are simultaneously writing becomes unstable. For this reason, while writing of some bits is deep, writing of other bits is shallow, and the writing distribution is greatly expanded, reducing the reliability margin.

したがって、従来の書き込み、消去の分布は、概略的に図17のようになり、書き込みセルの分布Aは、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンによる書き込みが行われたメモリセルの分布Bと、チャネル電流起因のホットエレクトロンによる過剰書き込みが行われたメモリセルの分布Cとが重なり、大きくばらついている。   Accordingly, the distribution of conventional writing and erasing is roughly as shown in FIG. 17, and the distribution A of the writing cells is the distribution B of the memory cells that are written by hot electrons due to the band-to-band tunneling, and the channel current. The distribution C of the memory cells that have been overwritten by hot electrons caused by the overlap overlaps and greatly varies.

本発明では、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンによる書き込みを行うPチャンネル型のメモリセルにおいて、チャネル電流起因のホットエレクトロンによる過剰書き込みを抑制できる不揮発性半導体記憶装置の駆動方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a method for driving a nonvolatile semiconductor memory device capable of suppressing excessive writing due to hot electrons caused by channel current in a P-channel type memory cell that performs writing by hot electrons caused by band-to-band tunneling. Yes.

上記課題を解決するために、本発明の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法は、N型領域上に形成されたPチャネル型メモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置の駆動方法であって、前記Pチャネル型メモリセルは、浮遊ゲート型メモリトランジスタとこれに直列接続された選択トランジスタとで構成され、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタは、制御ゲートをコントロールゲート線に接続し、ソースを共通ソース線に接続し、ドレインを前記選択トランジスタのソースに接続し、前記選択トランジスタは、選択ゲートをワード線に接続し、ドレインをビット線に接続し、前記Pチャネル型メモリセルは、書き込み状態では正のしきい値を有し、消去状態では負のしきい値を有し、前記Pチャネル型メモリセルの書き込みは、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタのドレインから浮遊ゲートにバンド間トンネルホットエレクトロンを注入して行い、前記Pチャネル型メモリセルの消去は、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタの浮遊ゲートとN型領域との間のトンネル酸化膜を介して、前記浮遊ゲート電極の電子を前記N型領域へ引き抜くことによって行い、前記書き込み時には、前記N型領域を電源電圧とし、前記ビット線に第1の負電圧を印加し、前記コントロールゲート線に第1の正電圧を印加し、前記ワード線に第2の負電圧を印加し、前記ソース線に前記電源電圧よりも低圧のソース電圧を印加することで、書き込み時に、従来開放していた前記ソース線に前記電源電圧よりも低圧のソース電圧を印加するものであり、前記書き込み時において、前記ソース線に印加する前記電源電圧よりも低い電圧は、前記ソース線を開放状態にした場合に前記ソース線の接合容量に流れ込む一時的なチャネル電流に起因するホットエレクトロンの前記浮遊ゲートへの注入による過剰書き込みが発生するまでの時間よりも、前記ソース線に前記電源電圧よりも低い電圧を印加した場合に過剰書き込みが発生するまでの時間が長くなるような電圧であることで、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタのN型基板とP型ソース間に電位差を与え、基板バイアス効果によってチャネル形成を抑制し過剰書き込みを抑制することが可能となる。 In order to solve the above problems, a driving method of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is a driving method of a nonvolatile semiconductor memory device having a P-channel memory cell formed on an N-type region, and the P The channel type memory cell includes a floating gate type memory transistor and a selection transistor connected in series to the floating gate type memory transistor. The floating gate type memory transistor has a control gate connected to a control gate line and a source connected to a common source line. The drain is connected to the source of the selection transistor, the selection transistor is connected to the word line, the drain is connected to the bit line, and the P-channel memory cell has a positive threshold in the written state. And has a negative threshold in the erased state, and writing to the P-channel memory cell An interband tunnel hot electron is injected from the drain of the type memory transistor to the floating gate, and erasing of the P-channel type memory cell is performed by a tunnel oxide film between the floating gate and the N type region of the floating gate type memory transistor. And extracting the electrons of the floating gate electrode to the N-type region through the N-type region. During the writing, the N-type region is used as a power supply voltage, a first negative voltage is applied to the bit line, and the control gate A first positive voltage is applied to the line, a second negative voltage is applied to the word line, and a source voltage lower than the power supply voltage is applied to the source line, which is conventionally open during writing. and than the power supply voltage to the source line applies an source voltage of the low pressure, at the time of the writing, it is applied to the source line A voltage lower than the power supply voltage causes overwriting due to injection of hot electrons into the floating gate due to a temporary channel current flowing into the junction capacitance of the source line when the source line is opened. The voltage until the overwriting occurs when the voltage lower than the power supply voltage is applied to the source line is longer than the time until the N-type of the floating gate type memory transistor. By applying a potential difference between the substrate and the P-type source, it is possible to suppress channel formation and suppress excessive writing by the substrate bias effect.

また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法において、前記書き込み時において、前記第1の負電圧を約−3V〜−6V、前記第1の正電圧を約6V〜11V、前記第2の負電圧を約−5V〜−8V、前記ソース電圧を電源電圧より0.7V以上低い電圧とすることが好ましい。   In the driving method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the first negative voltage is about -3V to -6V, the first positive voltage is about 6V to 11V, and the second voltage is written. It is preferable that the negative voltage is about −5V to −8V, and the source voltage is lower than the power supply voltage by 0.7V or more.

このようにすることで、N型基板を電源電圧Vccとし、P型ソースにVcc−0.7V以下の電圧を印加し、N型基板とP型ソース間に0.7V以上の電位差を設定でき、従来のソースを開放状態する場合に比較して、過剰書き込みの抑制効果が得られる。   In this way, the N-type substrate is set to the power supply voltage Vcc, a voltage of Vcc−0.7 V or less is applied to the P-type source, and a potential difference of 0.7 V or more can be set between the N-type substrate and the P-type source. Compared with the case where the conventional source is opened, an effect of suppressing excessive writing can be obtained.

また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法において、前記書き込み時の前記ソース電圧を接地電位とすることが好ましい。
このようにすることで、ソース電圧を発生させる電源を必要とせずに、書き込み時のチャネル形成を抑制し過剰書き込みを抑制することができる。
In the driving method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, it is preferable that the source voltage at the time of writing is a ground potential.
By doing so, channel formation at the time of writing can be suppressed and excessive writing can be suppressed without requiring a power source for generating a source voltage.

本発明の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法によれば、基板バイアス効果を利用し、N型基板とP型ソースの電位差を設定することによりチャネル電流の流れ始めるゲート電圧を負側に変動させ、チャネル形成を抑制することにより、過剰書き込みを抑制することができる。   According to the driving method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the gate voltage at which the channel current starts to flow is changed to the negative side by setting the potential difference between the N-type substrate and the P-type source using the substrate bias effect, By suppressing channel formation, excessive writing can be suppressed.

また、N型基板とP型ソース間に0.7V以上の電位差を設定することで、従来の書き込み方法に比較して、過剰書き込みの抑制効果が得られる。
さらに、P型ソースを接地電位として、N型基板とP型ソース間の電位差を電源電圧と接地電位の差と等しくすることで、ソース電圧を発生させる電源を必要とせずに書き込み時のチャネル形成を抑制し過剰書き込みを抑制することができる。
In addition, by setting a potential difference of 0.7 V or more between the N-type substrate and the P-type source, an effect of suppressing excessive writing can be obtained as compared with the conventional writing method.
Furthermore, by forming the P-type source as the ground potential and making the potential difference between the N-type substrate and the P-type source equal to the difference between the power supply voltage and the ground potential, channel formation at the time of writing without requiring a power source for generating the source voltage is possible. And overwriting can be suppressed.

本発明を説明する前に、まず、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18の浮遊ゲートに注入されるゲート電流を説明する。
メモリセルの浮遊ゲートにゲート電極を接続した浮遊ゲート型メモリトランジスタ18おいて、一例として、図9のように、N型領域とP型ソースを接地電位にして、P型ドレインに−8Vを印加して、浮遊ゲート電位を変動させて測定した。
Before describing the present invention, first, the gate current injected into the floating gate of the floating gate type memory transistor 18 will be described.
In the floating gate type memory transistor 18 in which the gate electrode is connected to the floating gate of the memory cell, for example, as shown in FIG. 9, the N type region and the P type source are set to the ground potential, and −8V is applied to the P type drain. Then, the measurement was performed by changing the floating gate potential.

この場合、浮遊ゲートの電圧とゲート電流、ドレイン電流の関係は図10のようになる。
図10に示すように、浮遊ゲートの電位によってゲート電流の種類が変わっており、この例では浮遊ゲートの電位が−1V以上であるとき、ゲート電流は、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンがゲートに注入されるゲート電流であり、浮遊ゲートの電位が−1V以下であるとき、ゲート電流はチャネル電流起因のホットエレクトロンがゲートに注入されるゲート電流である。チャネル電流起因のホットエレクトロンがゲートに注入されるゲート電流は、浮遊ゲートの電位の変動に対して急激に増大し、ピークをもつ。
In this case, the relationship between the voltage of the floating gate, the gate current, and the drain current is as shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the type of gate current varies depending on the potential of the floating gate. In this example, when the potential of the floating gate is −1 V or more, the gate current is generated by hot electrons caused by the band-to-band tunneling. When the potential of the floating gate is −1 V or less, the gate current is a gate current in which hot electrons due to the channel current are injected into the gate. The gate current in which hot electrons due to the channel current are injected into the gate rapidly increases with a change in the potential of the floating gate and has a peak.

メモリセルの書き込みを行っている状態では、書き込みの進行に伴い、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンが浮遊ゲートに注入され、浮遊ゲートの電位がさがり、浮遊ゲートの電位がチャネル電流が流れる電圧に達すると急激にゲート電流が流れる状態になり、過剰書き込みが発生することになる。   When the memory cell is being written, as the writing progresses, hot electrons caused by the band-to-band tunnel are injected into the floating gate, the potential of the floating gate is lowered, and the potential of the floating gate reaches the voltage at which the channel current flows. Then, the gate current suddenly flows and excessive writing occurs.

次に、浮遊ゲートトランジスタ18おいて、一例として、図11のように、N型領域を接地電位にして、P型ソースを−1Vとして、P型ドレインに−8Vを印加して、浮遊ゲート電位を変動させて測定した。   Next, in the floating gate transistor 18, as an example, as shown in FIG. 11, the N-type region is set to the ground potential, the P-type source is set to −1 V, and the P-type drain is applied to −8 V. The measurement was performed while fluctuating.

この場合、浮遊ゲートの電圧とゲート電流、ドレイン電流の関係は、図12のようになる。
図12に示すように、浮遊ゲート4の電位が−2.3V以上であるとき、ゲート電流は、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンがゲートに注入されるゲート電流であり、浮遊ゲートの電位が−2.3V以下であるとき、ゲート電流は、チャネル電流起因のホットエレクトロンがゲートに注入されるゲート電流である。
In this case, the relationship between the voltage of the floating gate, the gate current, and the drain current is as shown in FIG.
As shown in FIG. 12, when the potential of the floating gate 4 is −2.3 V or more, the gate current is a gate current in which hot electrons due to the band-to-band tunnel are injected into the gate, and the potential of the floating gate is − When the voltage is 2.3 V or less, the gate current is a gate current in which hot electrons due to the channel current are injected into the gate.

図10と図12を比較すると、N型領域とP型ソース間の電位差を設定することにより、チャネル電流が流れ始めるゲート電位が変動する。これは、基板バイアス効果と呼ばれる一般的な現象である。   Comparing FIG. 10 and FIG. 12, by setting the potential difference between the N-type region and the P-type source, the gate potential at which the channel current starts flowing varies. This is a general phenomenon called the substrate bias effect.

基板バイアス効果により、N型基板に対し、P型ソース間の電位を負に増大させるほどチャネル電流の流れ始めるゲート電圧は、負の方向に移動する。従って、チャネル電流に伴うホットエレクトロンの発生するゲート電圧も負の方向に移動する。   Due to the substrate bias effect, the gate voltage at which the channel current starts to flow in the negative direction as the potential between the P-type sources is negatively increased with respect to the N-type substrate. Accordingly, the gate voltage generated by hot electrons accompanying the channel current also moves in the negative direction.

従って、書き込みの進行に伴い、浮遊ゲート4に電子が注入され、浮遊ゲート4が負に帯電しても、N型基板13に対し、P型ソースの電位を負に増大させることにより、チャネル形成が抑制されるため、チャネル電流に起因するホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入が抑制され、過剰書き込みを起こさないようにすることが可能になる。   Therefore, with the progress of writing, even when electrons are injected into the floating gate 4 and the floating gate 4 is negatively charged, the potential of the P-type source is increased negatively with respect to the N-type substrate 13, thereby forming a channel. Therefore, the injection of hot electrons into the floating gate due to the channel current is suppressed, and it is possible to prevent overwriting.

図1は本発明のPチャネル型のメモリセルを用いたメモリセルアレイを示し、図2はこの発明の関わるPチャネル型のメモリセルを示す。
Pチャネル型の浮遊ゲート型メモリトランジスタ18が、Pチャネル型の選択トランジスタ2と隣接して配置されている。浮遊ゲート型メモリトランジスタ18のP型ドレイン7は、選択トランジスタ2のP型ソース11に接続され、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18のP型ソース8は、共通ソース線17に接続され、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18の制御ゲート3は、コントロールゲート線14に接続され、選択トランジスタ2のP型ドレイン12は、ビット線16に接続され、選択ゲートはワード線15に接続されている。また、本発明のメモリセルアレイは、ソース電圧切り替え手段17bを備え、共通ソース線17は、Vccと、ソースバイアス発生回路19のどちらかに接続することができる。
FIG. 1 shows a memory cell array using a P-channel type memory cell of the present invention, and FIG. 2 shows a P-channel type memory cell related to the present invention.
A P channel type floating gate type memory transistor 18 is arranged adjacent to the P channel type selection transistor 2. The P-type drain 7 of the floating gate type memory transistor 18 is connected to the P-type source 11 of the selection transistor 2, and the P-type source 8 of the floating gate type memory transistor 18 is connected to the common source line 17. The control gate 3 of the transistor 18 is connected to the control gate line 14, the P-type drain 12 of the selection transistor 2 is connected to the bit line 16, and the selection gate is connected to the word line 15. The memory cell array of the present invention includes source voltage switching means 17b, and the common source line 17 can be connected to either Vcc or the source bias generation circuit 19.

ここで、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18が書き込み状態にあるとき正のしきい値を有し、消去状態にあるとき負のしきい値を有する。
駆動方法として、書き込み時には、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンを浮遊ゲート型メモリトランジスタ18の前記P型ドレイン7から浮遊ゲート4に注入して、書き込みを行う。また、消去時には、FNトンネル電流によって、N型領域上のトンネル酸化膜6を経由して、浮遊ゲート型メモリトランジスタ18の浮遊ゲート4の電子を引き抜くことによって消去を行う。
Here, the floating gate type memory transistor 18 has a positive threshold value when in a writing state, and has a negative threshold value when in an erasing state.
As a driving method, at the time of writing, hot electrons caused by band-to-band tunneling are injected from the P-type drain 7 of the floating gate type memory transistor 18 to the floating gate 4 to perform writing. At the time of erasing, erasing is performed by extracting electrons from the floating gate 4 of the floating gate type memory transistor 18 through the tunnel oxide film 6 on the N type region by the FN tunnel current.

上記のようなメモリセルの駆動方法に関して、本発明では、書き込み時には、N型領域を電源電圧Vccとし、ビット線16に第一の負電圧を印加し、コントロールゲート線14に第一の正電圧を印加し、ワード線15に第二の負電圧を印加し、共通ソース線17にソースバイアス発生回路19から電源電圧Vccよりも低圧のソース電圧を印加して、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンを浮遊ゲート型メモリトランジスタ18のP型ドレイン7から浮遊ゲート4に注入して書き込みを行う。   With respect to the above memory cell driving method, in the present invention, at the time of writing, the N-type region is set to the power supply voltage Vcc, the first negative voltage is applied to the bit line 16, and the first positive voltage is applied to the control gate line 14. , A second negative voltage is applied to the word line 15, a source voltage lower than the power supply voltage Vcc is applied to the common source line 17 from the source bias generation circuit 19, and hot electrons due to the band-to-band tunneling are generated. Writing is performed by injecting from the P-type drain 7 of the floating gate type memory transistor 18 to the floating gate 4.

このように、ソース8に電源電圧Vccよりも低圧のソース電圧を印加することで、基板バイアス効果を利用してチャネル形成を抑制し、チャネル電流に起因するホットエレクトロンの浮遊ゲートへの注入を抑制し、過剰書き込みを抑制できる。   In this way, by applying a source voltage lower than the power supply voltage Vcc to the source 8, channel formation is suppressed using the substrate bias effect, and injection of hot electrons due to channel current into the floating gate is suppressed. And overwriting can be suppressed.

具体的には、図1の構成において、書き込み時には、N型領域であるN型基板13を電源電圧Vccとし、前記第一の負電圧が約−3V〜−6V、前記第二の負電圧が約−5V〜−8V、前記第一の正電圧が約6V〜11V、前記ソース電圧が(Vcc−0.7)V以下であって、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンをメモリセルのP型ドレインから浮遊ゲートに注入する。   Specifically, in the configuration of FIG. 1, at the time of writing, the N-type substrate 13 which is an N-type region is set to the power supply voltage Vcc, the first negative voltage is about -3V to -6V, and the second negative voltage is About −5V to −8V, the first positive voltage is about 6V to 11V, the source voltage is (Vcc−0.7) V or less, and hot electrons caused by band-to-band tunneling are transferred to the P-type drain of the memory cell. To the floating gate.

N型基板とP型ソース間に与える電位差と過剰書き込みにいたる時間の関係をプロットすると、図5のように、N型基板13とソース間の電位差を大きくするほど、過剰書き込みが発生するまでの時間が長くなっている。   When the relationship between the potential difference applied between the N-type substrate and the P-type source and the time required for overwriting is plotted, as the potential difference between the N-type substrate 13 and the source is increased as shown in FIG. The time is getting longer.

従来の駆動方法による書き込みでは、図16に示すように、約6msecで過剰書き込みが発生しているが、これは、N型基板13とP型ソース間の電位差を0.7Vに設定した場合と同等であり、N型基板とソース間の電位差を0.7V以上にすることで、過剰書き込み抑制に改善効果があることを示している。   In the writing by the conventional driving method, as shown in FIG. 16, overwriting occurs in about 6 msec. This is because the potential difference between the N-type substrate 13 and the P-type source is set to 0.7V. It is equivalent, and it is shown that there is an improvement effect in suppressing overwriting by setting the potential difference between the N-type substrate and the source to 0.7 V or more.

書き込み時のバイアスの一例として、N型領域とP型ソース間の電位差が、1.2Vになるように、図3のように、Vsg=−8V,Vsub=2.5V,Vs=1.3V,Vd=−6V,Vcg=10.5Vとすると、このときの書き込み特性は図4のようになり、約30m秒で、しきい値が7.6Vに達し、この後、約60msecで過剰書き込みが発生している。この例では、従来の書き込み方法による、過剰書き込み発生時間に対し10倍の改善効果がある。   As an example of the bias at the time of writing, as shown in FIG. 3, Vsg = −8V, Vsub = 2.5V, Vs = 1.3V so that the potential difference between the N-type region and the P-type source becomes 1.2V. , Vd = -6V, and Vcg = 10.5V, the write characteristics at this time are as shown in FIG. 4, and the threshold value reaches 7.6 V in about 30 milliseconds, and then overwriting is performed in about 60 milliseconds. Has occurred. In this example, there is an improvement effect of 10 times with respect to the excessive writing occurrence time by the conventional writing method.

図6は、前記書き込み時において前記ソース電圧を接地電位とする具体的な構成を示す。
この書き込み時には、N型基板が電源電圧Vccであり、P型ソースが接地電位であって、バンド間トンネル起因のホットエレクトロンをメモリセルのP型ドレインから浮遊ゲートに注入する。このときの前記第1の負電圧を約−3V〜−6V、前記第1の正電圧を約6V〜11V、前記第2の負電圧を約−5V〜−8V、前記ソース電圧を電源電圧より0.7V以上低い電圧にするために、この図6では前記ソース電圧をソース電圧切り替え手段17bによって共通ソース線17を接地電位に切り替えている。この一例としては、図7のように、Vsg=−8V,Vsub=2.5V,Vs=接地電位,Vd=−6V,Vcg=10.5Vとする。
FIG. 6 shows a specific configuration in which the source voltage is set to the ground potential during the writing.
At the time of writing, the N-type substrate is at the power supply voltage Vcc, the P-type source is at the ground potential, and hot electrons caused by the band-to-band tunnel are injected from the P-type drain of the memory cell to the floating gate. At this time, the first negative voltage is about -3V to -6V, the first positive voltage is about 6V to 11V, the second negative voltage is about -5V to -8V, and the source voltage is based on the power supply voltage. In FIG. 6, the common source line 17 is switched to the ground potential by the source voltage switching means 17b in order to make the voltage lower by 0.7V or more. As an example, as shown in FIG. 7, Vsg = −8V, Vsub = 2.5V, Vs = ground potential, Vd = −6V, and Vcg = 10.5V.

こうすれば、N型基板と、P型ソースの電位差がVccに等しくなり、ソース電位を与える電源を新たに必要とせずに、過剰書き込みの抑制効果が得られる。
本発明によって、書き込み、消去の分布は、図8のように過剰書き込みが抑制され、書き込み状態の分布が収束する。
In this way, the potential difference between the N-type substrate and the P-type source becomes equal to Vcc, and the effect of suppressing overwriting can be obtained without requiring a new power supply for supplying the source potential.
According to the present invention, in the distribution of writing and erasing, excessive writing is suppressed as shown in FIG. 8, and the distribution of the writing state converges.

本発明の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法は、Pチャネル型メモリセルを用いたフラッシュメモリセルなどの駆動方法として有効である。   The method for driving a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is effective as a method for driving a flash memory cell using a P-channel type memory cell.

本発明のメモリセルアレイを示す図The figure which shows the memory cell array of this invention 本発明のかかわるメモリセル構成図Memory cell configuration diagram according to the present invention 本発明の書き込みバイアス例を示す図The figure which shows the example of write-in bias of this invention 本発明の書き込み特性図Write characteristics of the present invention 過剰書き込みにいたる時間を示す図Diagram showing time to overwriting 本発明の別のメモリセルアレイを示す図The figure which shows another memory cell array of this invention 本発明の別の書き込みバイアス例を示す図The figure which shows another example of a write bias of this invention 本発明による書き込み・消去の分布を示す図The figure which shows distribution of writing and erasing by this invention 浮遊ゲートトランジスタのゲート電流,ドレイン電流測定バイアスを示す図Diagram showing bias for measuring gate current and drain current of floating gate transistor 浮遊ゲートトランジスタのゲート電流,ドレイン電流を示す図Diagram showing the gate current and drain current of a floating gate transistor 浮遊ゲートトランジスタのゲート電流,ドレイン電流測定バイアスを示す図Diagram showing bias for measuring gate current and drain current of floating gate transistor 浮遊ゲートトランジスタのゲート電流,ドレイン電流を示す図Diagram showing the gate current and drain current of a floating gate transistor 従来のメモリセルアレイを示す図A diagram showing a conventional memory cell array 従来の書き込みバイアスを示す図Diagram showing conventional write bias しきい値測定バイアスを示す図Diagram showing threshold measurement bias 従来の書き込み特性を示す図Diagram showing conventional write characteristics 従来の書き込み・消去の分布を示す図Diagram showing the distribution of conventional programming / erasing

符号の説明Explanation of symbols

1 メモリセル
2 選択トランジスタ
3 メモリセルの制御ゲート
4 浮遊ゲート
5 誘電膜
6 トンネル酸化膜
7 メモリセルのドレイン
8 メモリセルのソース
9 選択ゲート
10 酸化膜
11 選択トランジスタのソース
12 選択トランジスタのドレイン
13 N型基板
14 コントロールゲート線
15 ワード線
16 ビット線
17 共通ソース線
17a ソース開放手段
17b ソース電圧切り替え手段
18 浮遊ゲート型メモリトランジスタ
19 ソースバイアス発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Memory cell 2 Select transistor 3 Memory cell control gate 4 Floating gate 5 Dielectric film 6 Tunnel oxide film 7 Memory cell drain 8 Memory cell source 9 Select gate 10 Oxide film 11 Select transistor source 12 Select transistor drain 13 N Type substrate 14 Control gate line 15 Word line 16 Bit line 17 Common source line 17a Source release means 17b Source voltage switching means 18 Floating gate type memory transistor 19 Source bias generation circuit

Claims (3)

N型領域上に形成されたPチャネル型メモリセルを有する不揮発性半導体記憶装置の駆動方法であって、
前記Pチャネル型メモリセルは、浮遊ゲート型メモリトランジスタとこれに直列接続された選択トランジスタとで構成され、
前記浮遊ゲート型メモリトランジスタは、制御ゲートをコントロールゲート線に接続し、ソースを共通ソース線に接続し、ドレインを前記選択トランジスタのソースに接続し、
前記選択トランジスタは、選択ゲートをワード線に接続し、ドレインをビット線に接続し、
前記Pチャネル型メモリセルは、書き込み状態では正のしきい値を有し、消去状態では負のしきい値を有し、
前記Pチャネル型メモリセルの書き込みは、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタのドレインから浮遊ゲートにバンド間トンネルホットエレクトロンを注入して行い、
前記Pチャネル型メモリセルの消去は、前記浮遊ゲート型メモリトランジスタの浮遊ゲートとN型領域との間のトンネル酸化膜を介して、前記浮遊ゲート電極の電子を前記N型領域へ引き抜くことによって行い、 前記書き込み時には、前記N型領域を電源電圧とし、前記ビット線に第1の負電圧を印加し、前記コントロールゲート線に第1の正電圧を印加し、前記ワード線に第2の負電圧を印加し、前記ソース線に前記電源電圧よりも低圧のソース電圧を印加するものであり、
前記書き込み時において、前記ソース線に印加する前記電源電圧よりも低い電圧は、前記ソース線を開放状態にした場合に前記ソース線の接合容量に流れ込む一時的なチャネル電流に起因するホットエレクトロンの前記浮遊ゲートへの注入による過剰書き込みが発生するまでの時間よりも、前記ソース線に前記電源電圧よりも低い電圧を印加した場合に過剰書き込みが発生するまでの時間が長くなるような電圧である不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
A method for driving a nonvolatile semiconductor memory device having a P-channel memory cell formed on an N-type region,
The P-channel type memory cell includes a floating gate type memory transistor and a selection transistor connected in series to the floating gate type memory transistor.
The floating gate type memory transistor has a control gate connected to a control gate line, a source connected to a common source line, a drain connected to a source of the selection transistor,
The selection transistor has a selection gate connected to a word line, a drain connected to a bit line,
The P-channel type memory cell has a positive threshold value in a written state and a negative threshold value in an erased state,
The P-channel memory cell is written by injecting interband tunnel hot electrons from the drain of the floating gate memory transistor to the floating gate,
The erasing of the P channel type memory cell is performed by extracting electrons of the floating gate electrode to the N type region through a tunnel oxide film between the floating gate and the N type region of the floating gate type memory transistor. At the time of writing, the N-type region is set as a power supply voltage, a first negative voltage is applied to the bit line, a first positive voltage is applied to the control gate line, and a second negative voltage is applied to the word line. And applying a source voltage lower than the power supply voltage to the source line ,
At the time of writing, the voltage lower than the power supply voltage applied to the source line is the hot electron due to a temporary channel current flowing into the junction capacitance of the source line when the source line is opened. Non-volatile voltage that is longer than the time until overwriting occurs due to injection into the floating gate when the voltage lower than the power supply voltage is applied to the source line. For driving a conductive semiconductor memory device
前記書き込み時において、前記第1の負電圧を約−3V〜−6V、前記第1の正電圧を約6V〜11V、前記第2の負電圧を約−5V〜−8V、前記ソース電圧を電源電圧より0.7V以上低い電圧とする
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
At the time of writing, the first negative voltage is about -3V to -6V, the first positive voltage is about 6V to 11V, the second negative voltage is about -5V to -8V, and the source voltage is the power source. The method of driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the voltage is 0.7 V or more lower than the voltage.
前記書き込み時の前記ソース電圧を接地電位とする
請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置の駆動方法。
The method for driving a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the source voltage at the time of writing is set to a ground potential.
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