JP4254561B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲート構造を有し電気的に情報の書き込み、読み出し、消去が可能な不揮発性半導体メモリセルを用いて構成した不揮発性半導体記憶装置に関し、特に浮遊ゲートからの電子放出回路に特徴を有する半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device using a non-volatile semiconductor memory cell having a two-layer gate structure of a floating gate and a control gate and capable of electrically writing, reading, and erasing information. The present invention relates to a semiconductor memory device having a feature in an electron emission circuit.
電気的に情報の書込み、消去及び読出しが可能な不揮発性半導体メモリはEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory )として知られており、代表的なものとしてフラッシュメモリがある。
図6は、フラッシュメモリのメモリセルの一構造例を示す模式的断面図である。図に示すようにメモリセル100は、p型のシリコン基板101とその表層部に形成されたソース領域102及びドレイン領域103と、その2つの領域に渡ってシリコン基板101の表面上に順に形成されたゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)104、浮遊ゲート105、絶縁膜106、制御ゲート107とからなる2層ゲート構造のMOS型トランジスタによって構成されている。そして、ソース領域102、ドレイン領域103及び制御ゲート107は、それぞれソース端子S、ドレイン端子D及びゲート端子Gに接続されている。
A nonvolatile semiconductor memory capable of electrically writing, erasing and reading information is known as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and a typical example is a flash memory.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing one structural example of a memory cell of a flash memory. As shown in the figure, the
このような構造のメモリセル(MOS型トランジスタ)100は、浮遊ゲート105に電子が蓄積されている状態と蓄積されていない状態とで制御ゲート107を基準にしたしきい値電圧が変化するので、これを利用して情報の記憶が行なわれる。浮遊ゲート105に電子が蓄積されている状態を2進数の“1" 記憶状態とすれば、電子が蓄積されていない状態は“0" 記憶状態となる。
In the memory cell (MOS transistor) 100 having such a structure, the threshold voltage with reference to the
浮遊ゲート105への電子の注入は、例えば、ソース端子Sを基準電位(0V)にしてゲート端子Gに正の高電圧(例えば、12V)、ドレイン端子Dに正の電圧(例えば、6V)を印加する。すると、ドレイン領域103付近で発生したホットエレクトロンがエネルギー障壁を越えて浮遊ゲート105に注入される。
一方、浮遊ゲート105に蓄積された電子の放出は、ゲート絶縁膜104を通してトンネル効果で電子を抜き取ることで行なわれる。この場合のトランジスタ100への電圧の印加の仕方には大きく分けて2つの方法がある。第1の方法は、図6に示したように、ゲート端子Gを基準電位(0V)としてソース端子Sに高電圧+Vpp(例えば、12V)を印加する。ドレイン端子Dは開放、シリコン基板101とゲート端子Gは基準電位(0V)としておく。このように電圧を印加すると、浮遊ゲート105とソース領域102との間に強電界が発生し、浮遊ゲート105に蓄積されていた電子はトンネル効果によりゲート絶縁膜104を通過してソース領域102に抜き取られる。
For example, electrons are injected into the
On the other hand, the electrons accumulated in the
第2の方法は、図7に示したようにゲート端子Gに負の高電圧−Vpp(例えば、−10V)を印加し、ソース端子Sに正の電圧Vcc(例えば、5V)を印加する方法である。(部分消去を行なう場合には、消去しないメモリセルのソース端子Sは基準電圧(0V)とする。)。ドレイン端子Dは開放、シリコン基板101は基準電位(0V)としておく。 このように電圧を印加すると、ソース端子Sに正の電圧Vccを印加されたメモリセルでは、第1の方法の場合と同様に浮遊ゲート105とソース領域102との間に強電界が発生し、浮遊ゲート105に蓄積されていた電子はトンネル効果によりゲート絶縁膜104を通過してソース領域102に抜き取られる。
In the second method, as shown in FIG. 7, a negative high voltage −Vpp (for example, −10 V) is applied to the gate terminal G, and a positive voltage Vcc (for example, 5 V) is applied to the source terminal S. It is. (When performing partial erasure, the source terminal S of the memory cell that is not erased is set to the reference voltage (0 V)). The drain terminal D is open, and the
ところで、浮遊ゲート105に蓄積された電子を消去する上記第1の方法の場合には、ソース領域102とシリコン基板101との間にも強い電界が生じる。このため、両者の接合部で接合リーク電流が流れて高電圧+Vppの昇圧に問題を発生させる。また、強い電界によりアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生してゲート絶縁膜(トンネル酸化膜)104にトラップされることで膜質を劣化させ、書き換え寿命減少などの信頼性低下の問題を発生させる。
By the way, in the case of the first method for erasing the electrons accumulated in the
上記、第2の方法の場合も、第1の方法ほどではないがソース領域102に正の電圧Vccを印加するためにソース領域102とシリコン基板101との間に強い電界が生じ、第1の方法の場合と同様の問題を生じさせる。
前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、第1導電型のシリコン基板の表層部に形成した第1導電型とは反対型の第2導電型のウェルに第1導電型のソース領域とドレイン領域を形成しその表面に絶縁層を挟んで浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲートを設けたMOS型トランジスタをメモリセルとして用いた不揮発性半導体記憶装置において、前記制御ゲートに負電圧を印加し、前記ウェルは基準電位とし、前記ドレインとソースは基準電位又は開放として前記浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させている。 According to a first aspect of the present invention for solving the above problem, the first conductivity type well is formed in the second conductivity type well opposite to the first conductivity type formed on the surface layer portion of the first conductivity type silicon substrate. In a non-volatile semiconductor memory device using as a memory cell a MOS transistor in which a source region and a drain region are formed, and a two-layer gate of a floating gate and a control gate is provided on the surface with an insulating layer interposed therebetween, a negative voltage is applied to the control gate. The well is set to a reference potential, and the drain and the source are set to the reference potential or open to release the electrons accumulated in the floating gate .
前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、第1導電型のシリコン基板の表層部に形成した第1導電型とは反対型の第2導電型のウェルに第1導電型のソース領域とドレイン領域を形成しその表面に絶縁層を挟んで浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲートを設けたMOS型トランジスタをメモリセルとして用いた不揮発性半導体記憶装置において、前記制御ゲートに負電圧を印加し、前記ウェルは基準電位とし、前記ドレインとソースは基準電位又は開放として前記浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。 According to a first aspect of the present invention for solving the above problem, the first conductivity type well is formed in the second conductivity type well opposite to the first conductivity type formed on the surface layer portion of the first conductivity type silicon substrate. In a non-volatile semiconductor memory device using as a memory cell a MOS transistor in which a source region and a drain region are formed, and a two-layer gate of a floating gate and a control gate is provided on the surface with an insulating layer interposed therebetween, a negative voltage is applied to the control gate. Is applied to the well, and the well is set to a reference potential, and the drain and the source are set to the reference potential or open to release the electrons accumulated in the floating gate.
このような構成によれば、ソース領域及びドレイン領域は、基準電位(0V)に維持されるか電気的に開放状態とされているため、ソース領域及びドレイン領域とウェルとの接合面には強い電界が発生しない。従って、両者の接合部に接合リーク電流が流れることがなく、負の高電圧の昇圧に問題を生じさせることはない。また、強い電界が発生しないためアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生することもなく、ゲート絶縁膜にそれらがトラップされることによる膜質劣化、それによる書き換え寿命減少などの信頼性低下の問題が生じなくなる効果を奏する。 According to such a configuration, since the source region and the drain region are maintained at the reference potential (0 V) or are in an electrically open state, the junction surface between the source region, the drain region, and the well is strong. No electric field is generated. Therefore, no junction leakage current flows through the junction between the two, and no problem is caused in boosting the negative high voltage. In addition, since no strong electric field is generated, avalanche hot holes and avalanche electrons are not generated, and problems such as deterioration of film quality due to trapping of them in the gate insulating film and a decrease in reliability due to a decrease in rewriting life due to them are not generated. There is an effect.
また、メモリセルを行、列のマトリクス状に配列して構成し、各メモリセルの制御ゲートは行単位で共通のワード線に接続し、各ソース領域は列単位で共通のソース線に、各ドレイン領域は列単位で共通のビット線に接続し、前記ウェルは列単位で共通に形成した構成とし、i行ワード線には負電圧を印加し、i行以外のワード線は開放とし、j列のドレイン線とソース線とウェルは基準電位とし、j列以外のドレイン線とソース線とウェルには前記i行ワード線に印加する負電圧と同一の負電圧を印加することにより、i行j列に配列されたメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させている。 Further, the memory cell rows, and arranged in matrix of columns, the control gates of each memory cell is connected to a common word line row by row, to a common source line in the source region column unit, each The drain region is connected to a common bit line in column units, the well is formed in common in column units, a negative voltage is applied to the i row word lines, the word lines other than i rows are opened, and j The drain line, the source line, and the well in the column are set to the reference potential, and the negative voltage that is the same as the negative voltage applied to the i-row word line is applied to the drain line, the source line, and the well other than the j column. Electrons accumulated in the floating gates of the memory cells arranged in the j column are emitted .
このような構成によれば、選択されたi行j列に配列されたメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させる際に、マトリクス状に配列された全てのメモリセルについて、そのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位が同じとなりそれらの間に電界が生じることはない。 According to such a configuration, when the electrons accumulated in the floating gates of the memory cells arranged in the selected i rows and j columns are discharged, the wells of all the memory cells arranged in a matrix are obtained. The potentials of the source region and the drain region are the same, and no electric field is generated between them .
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記i行ワード線には負電圧を印加し、i行以外のワード線は開放又は基準電位とし、前記ドレイン線とソース線とウェルは全て基準電位とすることにより、i行に配列された全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させることを特徴とする。
The invention according to
このような構成によれば、選択されたi行に配列されたメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させる際に、マトリクス状に配列された全てのメモリセルについて、そのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位が同じとなりそれらの間に電界が生じることはない。従って、請求項1に記載の発明の効果と同様の効果を奏する。
According to such a configuration, when the electrons accumulated in the floating gates of the memory cells arranged in the selected i-row are discharged, the wells, the sources of all the memory cells arranged in a matrix are released. The potentials of the region and the drain region are the same, and no electric field is generated between them. Therefore, the same effect as that of the invention described in
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記全てのワード線には負電圧を印加し、前記ドレイン線とソース線とウェルは全て基準電位とすることにより、マトリクス状に配列された全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を放出させることを特徴とする。
The invention according to
このような構成によれば、マトリクス状に配列された全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を一斉に放出させる際に、全てのメモリセルについてそのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位が同じとなりそれらの間に電界が生じることはない。従って、請求項1に記載の発明の効果と同様の効果を奏する。
According to such a configuration, when the electrons accumulated in the floating gates of all the memory cells arranged in a matrix are released all at once, the potentials of the wells, the source regions, and the drain regions of all the memory cells. Are the same and no electric field is generated between them. Therefore, the same effect as that of the invention described in
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置に用いるメモリセルの一構造例を模式的断面で示したものである。また同時に、浮遊ゲートに蓄積された電子を放出させる場合の電圧印加の仕方も示している。
図1に示すように本実施形態のメモリセル1は、第1導電型(図ではn型)シリコン基板2と、その表層部に形成した第1導電型とは反対型の第2導電型(図ではp型)ウェル3と、その表面に形成した第1導電型(図ではn+型)のソース領域4及び第1導電型(図ではn+型)のドレイン領域5と、そのソース領域4とドレイン領域5との間に渡ってウェル3上に形成したゲート絶縁膜6と、ゲート絶縁膜6上に形成した浮遊ゲート7と、浮遊ゲート7上に形成した絶縁膜8と、絶縁膜8上に形成した制御ゲート9とからなる2層ゲート構造のMOS型トランジスタによって構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one structural example of a memory cell used in a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. At the same time, a voltage application method in the case of discharging electrons accumulated in the floating gate is also shown.
As shown in FIG. 1, the
ソース領域4、ドレイン領域5、制御ゲート9及びウェル3は、それぞれソース端子S、ドレイン端子D、ゲート端子G及びウェル端子Wに接続されている。
浮遊ゲート7はポリシリコンで形成され、まわりは完全な絶縁体で囲まれているため浮遊ゲート7に注入された電子は放電することがない。従って、この浮遊ゲート7に電子が蓄積されている状態を、例えばデータ“1" 記憶状態、電子が蓄積されていない状態をデータ“0" 記憶状態に対応させて2進データの記憶を行なわせることができる。
The source region 4, the
The floating gate 7 is formed of polysilicon and is surrounded by a perfect insulator so that electrons injected into the floating gate 7 are not discharged. Accordingly, the state in which electrons are accumulated in the floating gate 7 is associated with, for example, the data “1” storage state, and the state in which no electrons are accumulated is associated with the data “0” storage state to store binary data. be able to.
本実施形態のメモリセル1では、浮遊ゲート7に蓄積された電子を放出する際は、図1に示すように、浮遊ゲート7に負電圧生成回路10にて生成した負電圧−Vpp(例えば、−12V)をゲート端子Gを介して制御ゲート9に印加する。他方、ウェル3は、ウェル端子Wを介して負電圧生成回路10の基準電位(0V)側端子に接続して基準電位(0V)に保つ。ソース端子Sは、基準電位(0V)又は開放としておく。ドレイン端子Dも基準電位(0V)又は開放としておく。
In the
このように各端子に電圧を印加すると、浮遊ゲート7とウェル3とに挟まれた薄いゲート絶縁膜6中に強い電界が生成され、浮遊ゲート7に蓄積されていた電子はトンネル効果によりゲート絶縁膜6を通ってウェル3に抜き取られる。即ち、浮遊ゲート7に蓄積されていた電子の放出が行なわれる。抜き取られた電子は、ウェル端子Wを経て負電圧生成回路10の基準電位(0V)側端子に流出する。
When a voltage is applied to each terminal in this way, a strong electric field is generated in the thin gate insulating film 6 sandwiched between the floating gate 7 and the
この場合、ソース領域4及びドレイン領域5は、基準電位(0V)に維持されるか電気的に開放状態とされているため、ソース領域4及びドレイン領域5とウェル3との接合部には電界が発生しない。従って、「背景技術」の項で述べたように両者の接合部に接合リーク電流が流れることはなく、負の高電圧−Vppの昇圧に問題を生じさせることがない。また、強い電界が発生しないためアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生することもないため、ゲート絶縁膜6にそれらがトラップされることによる膜質劣化、それによる書き換え寿命減少などの信頼性低下の問題が生じなくなる効果を奏する。
In this case, since the source region 4 and the
なお、浮遊ゲート7へ電子を注入する場合は、図2に示すように正電圧生成回路11にて生成した正電圧+Vpp(例えば、12V)をゲート端子Gに、ウェル端子Wとソース端子Sは基準電位(0V)に、ドレイン端子Dは開放とする。このようにすることでウェル3から浮遊ゲート7にトンネル効果で電子が注入される。
なお、上記説明では第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても同様な動作が行なわれる。
When electrons are injected into the floating gate 7, the positive voltage + Vpp (for example, 12V) generated by the positive
In the above description, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the same operation is performed when the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
図3は、図1に示したメモリセル1を行、列のマトリクス状に配置して構成した不揮発性半導体記憶装置の構成を概念的に示したものである。不揮発性半導体記憶装置12は、前記メモリセル1を、一例として16行×4列のマトリクス状に配置したメモリアレイ13と、そのメモリアレイ13に電圧を供給する周辺回路14とにより構成される。なお、周辺回路14は、本発明のポイントである各メモリセルの浮遊ゲートに蓄積されている電子を放出させる場合における電圧印加の仕方を説明するために必要な部分のみを概念的に示したものである。
FIG. 3 conceptually shows a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device in which the
メモリアレイ13に配列された各メモリセルの制御ゲートは行単位で共通のワード線WL0〜WL15に、各ソース端子は列単位で共通のソース線SL0〜SL3に、各ドレイン端子は列単位で共通のビット線BL0〜BL3に接続されている。また、本実施形態のメモリアレイ13では、メモリセルのウェルは列単位で共通に形成されており、各列のウェルは隣り合う列のウェルとは電気的に分離された状態となっている。
The control gates of the memory cells arranged in the
列単位の共通ウェルは、それぞれのウェル電位引き出し線WELL0〜WELL3を介してアナログスイッチS0W〜S3Wに接続されている。また、ワード線WL0〜WL15はそれぞれアナログスイッチS0G〜S3Gに、ソース線SL0〜SL3はそれぞれアナログスイッチS0S〜S3Sに、ビット線BL0〜BL3はそれぞれアナログスイッチS0D〜S3Dに接続されている。 The common well in units of columns is connected to the analog switches S0W to S3W via the respective well potential lead lines WELL0 to WELL3. The word lines WL0 to WL15 are connected to analog switches S0G to S3G, the source lines SL0 to SL3 are connected to analog switches S0S to S3S, and the bit lines BL0 to BL3 are connected to analog switches S0D to S3D, respectively.
各アナログスイッチは、メモリセルに記憶されたデータの消去、データの書き込み、データの読み出しのモードに従って切り換えが行なわれると共に、各アナログスイッチを介してそれらのモードで動作させるために必要な電圧が各メモリセルに印加される。
図3に示すアナログスイッチの切り換え状態と印加電圧の状態は、例として2行−2列目に配列されたメモリセルAの浮遊ゲートに蓄積された電子を放出させる場合の状態を示している。この場合、2行目のワード線WL1にはアナログスイッチS1Gを介して負電圧−Vpp(例えば、−12V)を印加し、それ以外のワード線は電気的に開放状態とする。また、2列目のウェル電位引き出し線WELL1はアナログスイッチS1Wを介して基準電位(0V)とし、それ以外のウェル電位引き出し線には負電圧−Vppを印加する。2列目のソース線SL1はアナログスイッチS1Sを介して基準電位(0V)とし、それ以外のソース線には負電圧−Vppを印加する。2列目のビット線BL1はアナログスイッチS1Dを介して基準電位(0V)とし、それ以外のビット線には負電圧−Vppを印加する。
Each analog switch is switched according to the mode of erasing data, writing data, and reading data stored in the memory cell, and each analog switch has a voltage required to operate in those modes via each analog switch. Applied to the memory cell.
The switching state of the analog switch and the state of the applied voltage shown in FIG. 3 show a state in which electrons accumulated in the floating gates of the memory cells A arranged in the 2nd row and the 2nd column are emitted as an example. In this case, a negative voltage −Vpp (for example, −12 V) is applied to the word line WL1 in the second row via the analog switch S1G, and the other word lines are electrically opened. The well potential lead line WELL1 in the second column is set to the reference potential (0 V) via the analog switch S1W, and a negative voltage −Vpp is applied to the other well potential lead lines. The source line SL1 in the second column is set to the reference potential (0 V) via the analog switch S1S, and the negative voltage −Vpp is applied to the other source lines. The bit line BL1 in the second column is set to the reference potential (0 V) via the analog switch S1D, and the negative voltage −Vpp is applied to the other bit lines.
このように電圧を印加すると、選択された2行−2列目のメモリセルAは、制御ゲートの電圧が負電圧−Vpp、ソース領域、ドレイン領域、ウェルは共に基準電位(0V)となるため、浮遊ゲートとウェルとの間に強電界が生成されて浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出される。
また、メモリセルAを除く2列目に配列されたメモリセル、例えばメモリセルBは、制御ゲートが開放状態、ソース領域、ドレイン領域、ウェルは共に基準電位(0V)となり、浮遊ゲートとウェルとの間に強電界が生成されないため浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出されることはない。
When the voltage is applied in this manner, in the selected memory cell A in the second row and the second column, the control gate voltage is the negative voltage −Vpp, and the source region, the drain region, and the well are all at the reference potential (0 V). A strong electric field is generated between the floating gate and the well, and the electrons accumulated in the floating gate are released to the well.
In addition, in the memory cells arranged in the second column excluding the memory cell A, for example, the memory cell B, the control gate is in an open state, the source region, the drain region, and the well are all at the reference potential (0 V). Since no strong electric field is generated during this period, electrons accumulated in the floating gate are not emitted to the well.
また、メモリセルAを除く2行目に配列されたメモリセル、例えばメモリセルCは、制御ゲート、ソース領域、ドレイン領域、ウェルの電圧が全て負電圧−Vppとなるため浮遊ゲートとウェルとの間に強電界が生成されず、浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出されることはない。
また、2行目にも2列目にも属さないメモリセル、例えばメモリセルDは、制御ゲートが開放状態、ソース領域、ドレイン領域、ウェルの電圧は共に負電圧−Vppとなり、浮遊ゲートとウェルとの間に電界が生成されないため浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出されることはない。
In addition, the memory cells arranged in the second row excluding the memory cell A, for example, the memory cell C, have all the voltages of the control gate, the source region, the drain region, and the well become negative voltage −Vpp. A strong electric field is not generated between them, and the electrons accumulated in the floating gate are not emitted to the well.
In addition, in the memory cell that does not belong to the second row or the second column, for example, the memory cell D, the control gate is in an open state, and the source region, drain region, and well voltages are all negative voltage −Vpp. Since no electric field is generated between them, the electrons accumulated in the floating gate are not emitted to the well.
このように、メモリアレイ13に図3に示したような電圧印加を行なった場合には、選択された2行−2列目のメモリセルAのみが、その浮遊ゲートに蓄積されていた電子をウェルに抜き取られる。即ち、ビット単位での電子の放出が行なわれることになる。
そしてこの場合、全てのメモリセルについて、それぞれのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位は同じとなりそれらの間に強電界が生じることはない。従って、図1の場合と同様、ウェルとソース領域、ウェルとドレイン領域の接合部に接合リーク電流が流れることはないため、負電圧−Vppの昇圧に問題が生ずることはない。またアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生することもないため、ゲート絶縁膜の膜質劣化、書き換え寿命減少といった信頼性低下の問題も生じなくなる。
As described above, when the voltage application as shown in FIG. 3 is applied to the
In this case, the potentials of the respective wells, source regions, and drain regions are the same for all the memory cells, and no strong electric field is generated therebetween. Therefore, as in the case of FIG. 1, no junction leakage current flows through the junction between the well and the source region and the well and the drain region, so that no problem arises in boosting the negative voltage −Vpp. In addition, since avalanche hot holes and avalanche electrons are not generated, the problem of deterioration in reliability such as deterioration of the film quality of the gate insulating film and reduction of the rewrite life does not occur.
図4は、メモリアレイ13について、それを構成するメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されている電子を放出させる場合における電圧印加の他の実施形態を示したものである。前記図3の構成では、ビット単位で浮遊ゲートに蓄積された電子を放出せたが、本実施形態の場合は行単位(ワード単位)でメモリセルに蓄積された電子を放出させる。
図4に示すアナログスイッチの切り換え状態と印加電圧の状態は、例として2行目に配列された全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積された電子を放出させる場合の状態を示している。図に示すようにこの場合、2行目のワード線WL1にはアナログスイッチS1Gを介して負電圧−Vpp(例えば、−12V)を印加し、それ以外のワード線は電気的に開放状態又は基準電位(0V)とする。また、全てのウェル電位引き出し線WELL0〜WELL3、全てのソース線SL0〜SL3、全てのビット線BL0〜BL3は、それぞれの線に接続されたアナログスイッチを介して基準電位(0V)とする。
FIG. 4 shows another embodiment of voltage application when the electrons stored in the floating gates of the memory cells constituting the
The switching state of the analog switch and the state of the applied voltage shown in FIG. 4 show a state in which electrons accumulated in the floating gates of all the memory cells arranged in the second row are emitted as an example. As shown in the figure, in this case, a negative voltage -Vpp (for example, -12 V) is applied to the word line WL1 in the second row via the analog switch S1G, and the other word lines are in an electrically open state or a reference. The potential is set to 0V. Further, all the well potential lead lines WELL0 to WELL3, all the source lines SL0 to SL3, and all the bit lines BL0 to BL3 are set to the reference potential (0 V) via the analog switches connected to the respective lines.
このように電圧を印加すると、選択された2行目に配列された全てのメモリセルは、制御ゲートの電圧が負電圧−Vpp、ソース領域、ドレイン領域、ウェルは共に基準電位(0V)となるため、浮遊ゲートとウェルとの間に強電界が生成されて浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出される。
これに対して、2行目以外の行に配列されたメモリセルは、制御ゲートが開放状態又は基準電位(0V)、ソース領域、ドレイン領域、ウェルは全て基準電位(0V)となり、浮遊ゲートとウェルとの間には電界が生成されないため浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出されることはない。従って、選択された2行目に配列されたメモリセルの
浮遊ゲートに蓄積されていた電子のみがウェルに抜き取られる。即ち、ワード単位での電子の放出が行なわれることになる。
When the voltage is applied in this way, in all the memory cells arranged in the selected second row, the voltage of the control gate is negative voltage −Vpp, and the source region, drain region, and well are all at the reference potential (0 V). Therefore, a strong electric field is generated between the floating gate and the well, and the electrons accumulated in the floating gate are released to the well.
On the other hand, in the memory cells arranged in rows other than the second row, the control gate is in an open state or the reference potential (0V), the source region, the drain region, and the well are all at the reference potential (0V). Since no electric field is generated between the well and the well, electrons accumulated in the floating gate are not emitted to the well. Accordingly, only the electrons accumulated in the floating gates of the memory cells arranged in the selected second row are extracted to the well. That is, electrons are emitted in units of words.
そしてこの場合、全てのメモリセルについて、それぞれのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位は同じとなりそれらの間に強電界が生じることはない。従って、図1の場合と同様、ウェルとソース領域、ウェルとドレイン領域の接合部に接合リーク電流が流れることはないため、負電圧−Vppの昇圧に問題が生ずることはない。またアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生することもないため、ゲート絶縁膜の膜質劣化、書き換え寿命減少といった信頼性低下の問題も生じなくなる。 In this case, the potentials of the respective wells, source regions, and drain regions are the same for all the memory cells, and no strong electric field is generated therebetween. Therefore, as in the case of FIG. 1, no junction leakage current flows through the junction between the well and the source region and the well and the drain region, so that no problem arises in boosting the negative voltage −Vpp. In addition, since avalanche hot holes and avalanche electrons are not generated, the problem of deterioration in reliability such as deterioration of the film quality of the gate insulating film and reduction of the rewrite life does not occur.
図5は、メモリアレイ13について、それを構成するメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されている電子を放出させる場合における電圧印加の更に他の実施形態を示したものである。この実施形態は、メモリアレイ13内の全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されている電子を同時に一斉に放出させる実施形態である。
図5示すように、この実施形態の場合は、全てのワード線WL0〜WL3にアナログスイッチS0G〜S3Gを介して負電圧−Vpp(例えば、−12V)を印加する。そして、全てのウェル電位引き出し線WELL0〜WELL3、全てのソース線SL0〜SL3、全てのビット線BL0〜BL3は、それぞれの線に接続されたアナログスイッチを介して基準電位(0V)とする。
FIG. 5 shows still another embodiment of voltage application in the case where electrons stored in the floating gates of the memory cells constituting the
As shown in FIG. 5, in this embodiment, a negative voltage −Vpp (for example, −12 V) is applied to all the word lines WL0 to WL3 via the analog switches S0G to S3G. All of the well potential lead lines WELL0 to WELL3, all of the source lines SL0 to SL3, and all of the bit lines BL0 to BL3 are set to the reference potential (0 V) via the analog switches connected to the respective lines.
このように電圧を印加すると、全てのメモリセルについて、制御ゲートの電圧が負電圧−Vpp、ソース領域、ドレイン領域、ウェルが共に基準電位(0V)となるため、浮遊ゲートとウェルとの間に強電界が生成されて浮遊ゲートに蓄積されていた電子がウェルに放出される。即ち、メモリアレイ13内の全てのメモリセルの浮遊ゲートに蓄積されていた電子を一斉に放出させることができる。
When the voltage is applied in this way, the voltage of the control gate is negative voltage −Vpp and the source region, the drain region, and the well are all at the reference potential (0 V) for all the memory cells. A strong electric field is generated, and the electrons accumulated in the floating gate are released to the well. That is, the electrons accumulated in the floating gates of all the memory cells in the
そしてこの場合も、全てのメモリセルについて、それぞれのウェル、ソース領域、ドレイン領域の電位は同じとなりそれらの間に強電界が生じることはない。従って、図1の場合と同様、ウェルとソース領域、ウェルとドレイン領域の接合部に接合リーク電流が流れることはないため、負電圧−Vppの昇圧に問題が生ずることはない。またアバランシェホットホール、アバランシェエレクトロンが発生することもないため、ゲート絶縁膜の膜質劣化、書き換え寿命減少といった信頼性低下の問題も生じなくなる。 Also in this case, the potentials of the wells, the source region, and the drain region are the same for all the memory cells, and no strong electric field is generated between them. Therefore, as in the case of FIG. 1, no junction leakage current flows through the junction between the well and the source region and the well and the drain region, so that no problem arises in boosting the negative voltage −Vpp. In addition, since avalanche hot holes and avalanche electrons are not generated, the problem of deterioration in reliability such as deterioration of the film quality of the gate insulating film and reduction of the rewrite life does not occur.
図面中、1はメモリセル(MOS型トランジスタ)、2はシリコン基板、3はウェル、4はソース領域、5はドレイン領域、6はゲート絶縁膜、7は浮遊ゲート、8は絶縁膜、9は制御ゲート、12は不揮発性半導体記憶装置、13はメモリアレイ、BL0〜BL3はビット線、Dはドレイン端子、Gはゲート端子、Sはソース端子、SL0〜SL3はソース線、Wはウェル端子、WL0〜WL3はワード線、WELL0〜WELL3はウェル電位引き出し線、0Vは基準電位、−Vppは負電圧を示す。
In the drawings, 1 is a memory cell (MOS type transistor), 2 is a silicon substrate, 3 is a well, 4 is a source region, 5 is a drain region, 6 is a gate insulating film, 7 is a floating gate, 8 is an insulating film, 9 is Control gate, 12 is a nonvolatile semiconductor memory device, 13 is a memory array, BL0 to BL3 are bit lines, D is a drain terminal, G is a gate terminal, S is a source terminal, SL0 to SL3 are source lines, W is a well terminal, WL0 to WL3 are word lines, WELL0 to WELL3 are well potential lead lines, 0V is a reference potential, and -Vpp is a negative voltage.
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