JP4683494B2 - Nonvolatile semiconductor memory and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は不揮発性メモリセルの閾値電圧を低くするのに電荷蓄積領域にホットホールを注入する方法を採用した不揮発性半導体メモリ及びそれを搭載した半導体装置に関し、例えばフラッシュメモリに適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory that employs a method of injecting hot holes into a charge storage region to lower the threshold voltage of a nonvolatile memory cell, and a semiconductor device equipped with the nonvolatile semiconductor memory, and is effective when applied to a flash memory, for example. Regarding technology.
不揮発性メモリセルの電荷蓄積領域に対する電子の注入(例えば書き込みと称する)と放出もしくは中和(例えば消去と称する)を行う手法として、ゲート電極の下全面でトンネル電流を用いて電子の出し入れを行うF−Nトンネル電流による方法と、ホットキャリアによる方法がある。前者は書込動作及び消去の動作電圧を高くすることが必要であるが、動作電流を少なくすることが出来ることから、書込動作又は消去動作の対象となるメモリセルの数が多い不揮発性メモリに用いられることが多い。また後者は書き込み及び消去の動作電圧を低くすることができ、且つその動作を高速に行うことができることから、書込動作又は消去動作の対象となるメモリセルが比較的少なく、高速動作が必要な不揮発性メモリに用いられることが多い。 As a technique for injecting (e.g., referred to as writing) and releasing or neutralizing (e.g., referred to as erasing) electrons into and from the charge storage region of the non-volatile memory cell, electrons are taken in and out using a tunnel current all over the gate electrode. There are a method using an FN tunnel current and a method using a hot carrier. In the former, it is necessary to increase the operation voltage for the write operation and the erase operation, but since the operation current can be reduced, the nonvolatile memory having a large number of memory cells to be subjected to the write operation or the erase operation. It is often used for. In the latter case, the operation voltage for writing and erasing can be lowered and the operation can be performed at a high speed. Therefore, there are relatively few memory cells to be subjected to the writing operation or the erasing operation, and a high-speed operation is necessary. Often used for non-volatile memory.
例えばチャンネル形成領域の上に相互に絶縁されたナイトライド膜とメモリゲートが形成されたMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型の不揮発性メモリセルにおいて、ホットキャリア方式による消去では、一方のソース・ドレイン電極端からメモリゲートに向かう高電界を形成して、前記一方のソース・ドレイン電極から基板に電流を流す。これによって、前記一方のソース・ドレイン電極端近傍で電離性衝突が起こり、電子、正孔対が発生する。発生した正孔のうちゲート酸化膜のポテンシャル障壁を越えるだけの十分なエネルギーを持った正孔がホットホールとなり、ナイトライド膜に注入される。ホットホールはナイトライド膜に注入されると、そこに既に注入されている電子を中和する方向に作用し、これによってメモリセルの閾値電圧が低い方向に変化される。このホットホール注入による消去では一方にソース・ドレイン領域からチャンネル形成領域に電流を流さなければならない。消去の単位とされる不揮発性メモリセルの数が増えれば全体として大きな電流をながさなければならず、電流容量の大きな電源回路若しくは昇圧回路が必要になる。 For example, in a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type nonvolatile memory cell in which a nitride film and a memory gate which are insulated from each other are formed on a channel forming region, one of the source and drain is erased by the hot carrier method. A high electric field from the electrode end toward the memory gate is formed, and a current flows from the one source / drain electrode to the substrate. As a result, an ionizing collision occurs in the vicinity of the one end of the source / drain electrode, and an electron / hole pair is generated. Of the generated holes, holes having sufficient energy to exceed the potential barrier of the gate oxide film become hot holes and are injected into the nitride film. When hot holes are injected into the nitride film, they act in the direction of neutralizing the electrons already injected therein, thereby changing the threshold voltage of the memory cell in the lower direction. In this erasing by hot hole injection, on the one hand, a current must flow from the source / drain region to the channel formation region. If the number of non-volatile memory cells as an erasing unit increases, a large current must be flowed as a whole, and a power supply circuit or a booster circuit having a large current capacity is required.
特許文献1では消費電流のピーク値を低減するために書込対象のメモリセル毎に書き込みタイミングをずらすようにした一般的な技術が記載される。また特許文献2ではメモリセルの消去動作にホットホール注入を行う技術が記載される。
本発明者は、特許文献1に記載された不揮発性半導体メモリについて検討した。特許文献1に記載された不揮発性メモリは1の書込動作の対象がワード線単位であり、1の消去動作の対象が複数のワード線を含むブロック単位であることから、書込動作時に書込対象となるメモリセルの数と、消去動作時に消去対象となるメモリセルの数とでは、消去対象となるメモリセルの方が多いと考えることができる。消去動作をホットホール注入により行うとした場合にメモリセルのチャネル形成領域に流す電流と、書込動作においてホットエレクトロン注入を行うためにメモリセルのチャネル形成領域に流す電流とを比較した場合、消去動作において必要とされる電流量は、書込動作において必要とされる電流量よりも多くなることが明らかとなった。
The inventor examined the nonvolatile semiconductor memory described in
その一方で、特許文献2に記載された不揮発性メモリは、消去動作時において消去対象となるメモリセルの多少に応じて、ウェル領域に印可する電圧の昇圧速度の変化を一定化することについて検討しているが、消去対象のメモリセルのチャネル形成領域に流れる電流量については検討していないことが明らかとなった。
On the other hand, in the nonvolatile memory described in
以上の検討を基に、本発明者は外部から指定可能な消去単位であるブロックを更に分割し、1ワード線に接続されるメモリセルを単位としたセクタ単位で消去を行うことによって最大消去電流を削減する方式について検討した。要するに、前記一方のソース・ドレイン領域に印加する高電圧の消去パルスをセクタ単位でずらしていく。しかしながら、消去パルスの印加をずらす分だけ消去処理時間が長くなるという問題点のあることが本発明者によって明らかにされた。 Based on the above examination, the present inventor further divides a block, which is an erasing unit that can be designated from the outside, and performs erasing in units of sectors with memory cells connected to one word line as a unit. We studied a method to reduce the amount. In short, the high-voltage erase pulse applied to the one source / drain region is shifted sector by sector. However, it has been clarified by the present inventor that there is a problem that the erase processing time becomes longer by the amount of application of the erase pulse.
本発明の目的は、不揮発性メモリセルに高電圧パルスの印加タイミングをずらしてホットホールの注入を行っても全体としての処理時間の増大を極力抑えることができる不揮発性半導体メモリを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory that can suppress an increase in processing time as a whole even if hot hole injection is performed by shifting the application timing of a high voltage pulse to a nonvolatile memory cell. is there.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
〔1〕本発明に係る代表的な一つの不揮発性半導体メモリは、電荷蓄積領域に対する電子の注入によって閾値電圧が高くされ、前記電荷蓄積領域に対するホットホールの注入によって閾値電圧が低くされる不揮発性メモリセル(1)を複数個備え、前記ホットホールの注入対象として選択された複数の不揮発性メモリセルに対してその一部ずつタイミングをずらしてホットホール注入用の高電圧パルスを印加する処理を所望の閾値電圧になるまで複数回に分けて繰り返すことが可能な制御回路(25,36)を有し、前記制御回路は、前記タイミングをずらした複数の高電圧パルスをノンオーバーラップとするか又は部分的にオーバーラップとするかの選択が可能である。 [1] One typical nonvolatile semiconductor memory according to the present invention is a nonvolatile memory in which the threshold voltage is increased by injection of electrons into the charge storage region and the threshold voltage is decreased by injection of hot holes into the charge storage region. Desirable to have a plurality of cells (1) and apply a high voltage pulse for hot hole injection to a plurality of non-volatile memory cells selected as hot hole injection targets while shifting their timings one by one. A control circuit (25, 36) that can be repeated in a plurality of times until the threshold voltage is reached, and the control circuit makes the plurality of high voltage pulses shifted in timing non-overlapping or It is possible to select whether to partially overlap.
複数の高電圧パルスをノンオーバーラップとすれば高電圧パルスの印加に伴う消費電流のピーク値を最小にすることができ、複数の高電圧パルスをオーバーラップとすればそのオーバーラップの度合いが増えるに従って消費電流のピーク値が増えると共に閾値電圧を低くするための全体的な処理時間が短縮される。 If multiple high voltage pulses are non-overlapping, the peak value of current consumption due to application of high voltage pulses can be minimized, and if multiple high voltage pulses are overlapped, the degree of overlap increases. Accordingly, the peak value of current consumption increases and the overall processing time for lowering the threshold voltage is shortened.
不揮発性メモリセルの一方のソース・ドレイン端に流れる電流がホットホールの発生に寄与するが、その電流は電荷蓄積領域にホットホールが注入されるに従って小さくなる。この性質に着目すると、ホットホール注入用の高電圧パルスを印加する処理を所望の閾値電圧になるまで複数回に分けて繰り返す場合、最初に比べて後の方が一方のソース・ドレイン端に流れる電流が小さくなる。従って、最初は一方のソース・ドレイン端に大きな電流が流れるから高電圧パルスをノンオーバーラップとするのが電流ピークの抑制に好都合である。後の方では一方のソース・ドレイン端に流れる電流が小さくなっているので、高電圧パルスを部分的にオーバーラップとした方が処理時間の短縮に好都合であり、そうしたからといって電流ピークが過大になることもない。 The current flowing through one source / drain end of the nonvolatile memory cell contributes to the generation of hot holes, but the current decreases as hot holes are injected into the charge storage region. Focusing on this property, when the process of applying a high voltage pulse for hot hole injection is repeated several times until the desired threshold voltage is reached, the latter flows to one of the source / drain ends compared to the first. The current becomes smaller. Therefore, at first, a large current flows through one of the source / drain ends, so it is convenient for suppressing the current peak to make the high voltage pulse non-overlapping. In the latter case, the current flowing through one of the source / drain ends is smaller, so it is more convenient to shorten the processing time by partially overlapping the high-voltage pulse. There will be no overload.
上記より、不揮発性メモリセルに高電圧パルスの印加タイミングをずらしてホットホールの注入を行っても全体としての処理時間の増大を極力抑えることが可能になる。 From the above, even if hot hole injection is performed by shifting the application timing of the high voltage pulse to the nonvolatile memory cell, it is possible to suppress the increase in the processing time as a whole.
本発明の具体的な一つの形態として、前記制御回路は、前記高電圧パルスの部分的なオーバーラップの度合を選択可能である。一方のソース・ドレイン端にながれる電流が小さくなる前記後の方の高電圧パルス印加処理では、最初のほうよりもパルス印加時間を長くした方が望ましい場合もあり、そのような要望に対応可能になる。 As a specific form of the present invention, the control circuit can select the degree of partial overlap of the high voltage pulse. In the latter high voltage pulse application process, the current flowing to one end of the source / drain becomes smaller. In some cases, it may be desirable to extend the pulse application time rather than the first. Become.
本発明の具体的な別の一つの形態として、前記制御回路は、複数回に分けて繰り返される最初の方のホットホール注入ではタイミングをずらした高電圧パルスの印加をノンオーバーラップとし、複数回に分けて繰り返される後の方のホットホール注入ではタイミングをずらした高電圧パルスの印加を部分的にオーバーラップとする。上記性質に着目した制御手法を制御回路に採用する場合に好適である。 As another specific form of the present invention, the control circuit sets the application of a high-voltage pulse with a non-overlapping timing in the first hot hole injection repeated in a plurality of times as a non-overlap. In the later hot hole injection, which is repeated separately, the application of high voltage pulses with shifted timing is partially overlapped. This is suitable when a control method focusing on the above properties is adopted in the control circuit.
本発明の具体的な別の一つの形態として、前記制御回路は、不揮発性メモリセルの閾値電圧を低くするとき、不揮発性メモリセルのチャネル領域から蓄積領域に向かう電界を形成した状態で、一方のソース・ドレイン電極(3)端で発生するホットホールを蓄積領域(6)に注入する。 As another specific form of the present invention, when the threshold voltage of the nonvolatile memory cell is lowered, the control circuit is configured in a state in which an electric field directed from the channel region of the nonvolatile memory cell toward the storage region is formed. Hot holes generated at the ends of the source / drain electrodes (3) are injected into the storage region (6).
〔2〕本発明に係る代表的な一つの半導体装置(60)は、不揮発性半導体メモリ(20)を有し、前記不揮発性半導体メモリは、ソース・ドレイン領域(3,4)に挟まれたチャネル形成領域(2)の上に夫々絶縁された電荷蓄積領域(6)及びメモリゲート領域(8)を有する不揮発性メモリセル(1)のアレイ(21)と、前記不揮発性メモリセルの一方のソース・ドレイン領域(3)が結合された第1配線(SL)と、前記不揮発性メモリセルの他方のソース・ドレイン領域(4)が結合された第2配線(BL)と、前記不揮発性メモリセルのメモリゲート領域が結合された第3配線(MG)と、前記不揮発性メモリセルの電荷蓄積領域に電子を注入して閾値電圧を高くする制御を行うと共に、前記電荷蓄積領域にホットホールを注入して閾値電圧を低くする制御を行う制御回路(25,36)と、を備え、前記制御回路は、前記ホットホールの注入対象として選択された複数の不揮発性メモリセルに対してその一部ずつタイミングをずらしてホットホール注入用の高電圧パルスを印加する処理を所望の閾値電圧になるまで複数回に分けて繰り返すことが可能であって、前記タイミングをずらした複数の高電圧パルスをノンオーバーラップとするか又は部分的にオーバーラップとするかの選択が可能である。 [2] A typical semiconductor device (60) according to the present invention includes a nonvolatile semiconductor memory (20), and the nonvolatile semiconductor memory is sandwiched between source / drain regions (3, 4). An array (21) of nonvolatile memory cells (1) having a charge storage region (6) and a memory gate region (8), which are insulated on the channel formation region (2), respectively, and one of the nonvolatile memory cells A first wiring (SL) coupled with a source / drain region (3); a second wiring (BL) coupled with the other source / drain region (4) of the nonvolatile memory cell; and the nonvolatile memory. Control is performed to increase the threshold voltage by injecting electrons into the charge storage region of the nonvolatile memory cell and the third wiring (MG) to which the memory gate region of the cell is coupled, and hot holes are formed in the charge storage region. Injection to lower threshold voltage And a control circuit (25, 36) for performing control, wherein the control circuit shifts the timing of each of the plurality of nonvolatile memory cells selected as the hot hole injection targets one by one. The process of applying the high voltage pulse for injection can be repeated in a plurality of times until the desired threshold voltage is reached, and the plurality of high voltage pulses shifted in timing are made non-overlapping or partially It is possible to select whether to overlap automatically.
前記同様に、前記制御回路には、前記高電圧パルスの部分的なオーバーラップの度合を選択可能な構成を採用するのがよい。また、前記制御回路には、複数回に分けて繰り返される最初の方のホットホール注入ではタイミングをずらした高電圧パルスの印加をノンオーバーラップとし、複数回に分けて繰り返される後の方のホットホール注入ではタイミングをずらした高電圧パルスの印加を部分的にオーバーラップとする構成を採用するのがよい。 Similarly to the above, it is preferable to adopt a configuration in which the degree of partial overlap of the high voltage pulse can be selected for the control circuit. In the control circuit, in the first hot hole injection that is repeated in a plurality of times, the application of a high voltage pulse with a shifted timing is made non-overlapping, and the later hot hole that is repeated in a plurality of times is repeated. In the hole injection, it is preferable to adopt a configuration in which application of a high voltage pulse with a shifted timing is partially overlapped.
本発明の具体的な一つの形態として、前記制御回路は、不揮発性メモリセルの閾値電圧を低くするとき、不揮発性メモリセルのチャネル領域から蓄積領域に向かう電界を形成した状態で、一方のソース・ドレイン電極端で発生するホットホールを蓄積領域に注入する。 As a specific form of the present invention, the control circuit is configured such that when the threshold voltage of the non-volatile memory cell is lowered, an electric field from the channel region of the non-volatile memory cell toward the storage region is formed. Hot holes generated at the end of the drain electrode are injected into the accumulation region.
このとき、前記アレイには複数の不揮発性メモリセルがマトリクス配置され、マトリクス配置された複数の不揮発性メモリセルは、行単位で第1の配線(SL)を共有し、列単位で第2の配線(BL)を共有し、複数行単位で第3の配線(MG)を共有し、前記制御回路には、選択した第3の配線に第1の高電圧パルス(−5V)を印加し、前記選択した第3の配線を共有する複数の不揮発性メモリセルに接続された第1の配線に第1の配線相互間でタイミングをずらして第2の高電圧パルス(5V)を印加する構成を採用すればよい。 At this time, a plurality of non-volatile memory cells are arranged in a matrix in the array, and the plurality of non-volatile memory cells arranged in a matrix share the first wiring (SL) in units of rows and the second in units of columns. A wiring (BL) is shared, a third wiring (MG) is shared in units of a plurality of rows, and a first high voltage pulse (−5 V) is applied to the selected third wiring in the control circuit, A configuration in which the second high voltage pulse (5 V) is applied to the first wiring connected to the plurality of nonvolatile memory cells sharing the selected third wiring while shifting the timing between the first wirings. Adopt it.
また、このとき、前記制御回路は、前記第3の配線を共有する複数行の不揮発性メモリセルに係る複数の第1の配線を選択するための複数の選択信号を形成するカウンタ回路(50)と、前記複数の選択信号の変化タイミングを制御するカウンタ制御回路(51)とを有し、前記カウンタ回路は、シフトクロック(SCLK)の変化に同期してシフト動作を行う複数の記憶段(50A〜50D)を直列に有し、前記複数の記憶段の出力が前記複数の選択信号とされ、
前記カウンタ制御回路は、前記カウンタ回路の初段に供給するパルス(EPLS)を生成するパルス生成回路(56)と、前記パルス生成回路で生成するパルスの幅を選択可能とするパルス幅選択回路(55)と、前記シフトクロックの周期選択によって前記パルスのシフト量を可変とするシフト量選択回路(58)と、を有するように構成することができる。比較的簡単な構成によって前記高電圧パルスのパルス幅とオーバーラップ量が可変可能になる。At this time, the control circuit forms a plurality of selection signals for selecting a plurality of first wirings related to a plurality of rows of nonvolatile memory cells sharing the third wiring. And a counter control circuit (51) for controlling the change timing of the plurality of selection signals, and the counter circuit performs a shift operation in synchronization with the change of the shift clock (SCLK). ˜50D) in series, and the outputs of the plurality of storage stages are the plurality of selection signals,
The counter control circuit includes a pulse generation circuit (56) that generates a pulse (EPLS) supplied to the first stage of the counter circuit, and a pulse width selection circuit (55) that enables selection of the width of the pulse generated by the pulse generation circuit. ) And a shift amount selection circuit (58) that makes the shift amount of the pulse variable by selecting the cycle of the shift clock. The pulse width and overlap amount of the high voltage pulse can be varied with a relatively simple configuration.
本発明の更に具体的な一つの形態として、前記不揮発性メモリセルは、前記第2の配線が接続されるソース・ドレイン領域側の前記チャネル形成領域上に絶縁膜を介して選択ゲート領域(10)が形成され、選択ゲート領域と前記メモリゲート領域が分離されたスプリットゲート構造を有する。このとき、前記選択ゲート領域から見たゲート耐圧は前記メモリゲート領域から見たゲート耐圧よりも低くするのがよい。スプリットゲート構造故に、電荷蓄積領域に対する電子やホットホールの注入に際して前記一方のソース・ドレイン端に高電圧を印加しても、選択ゲート領域側の他方のソース・ドレイン端にチャネル領域を介して高電圧が印加されないから、選択ゲート領域側を高耐圧とすることを要しないからである。これにより、不揮発性メモリセルの記憶情報を選択ゲート領域側から読み出すとき、選択ゲート領域側の相互コンダクタンス(gm)を大きくすることが容易になる。 As a more specific form of the present invention, the nonvolatile memory cell includes a select gate region (10) over the channel formation region on the source / drain region side to which the second wiring is connected via an insulating film. And a split gate structure in which the selection gate region and the memory gate region are separated. At this time, the gate breakdown voltage seen from the selection gate region is preferably lower than the gate breakdown voltage seen from the memory gate region. Due to the split gate structure, even when a high voltage is applied to one of the source / drain ends when electrons or hot holes are injected into the charge storage region, the other source / drain end on the side of the select gate region has a high voltage via the channel region. This is because no voltage is applied, and it is not necessary to make the select gate region side have a high breakdown voltage. Thereby, when the storage information of the nonvolatile memory cell is read from the selection gate region side, it is easy to increase the mutual conductance (gm) on the selection gate region side.
本発明の更に具体的な一つの形態として、前記不揮発性半導体メモリをアクセス制御するコントローラ(61)を更に有し、前記選択ゲート領域から見たゲート耐圧は前記コントローラを構成するゲート絶縁型の電界効果トランジスタのゲート耐圧と同じであってよい。 As a more specific form of the present invention, a controller (61) for controlling access to the nonvolatile semiconductor memory is further provided, and a gate breakdown voltage viewed from the selection gate region is a gate insulating type electric field constituting the controller. It may be the same as the gate breakdown voltage of the effect transistor.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、不揮発性メモリセルに高電圧パルスの印加タイミングをずらしてホットホールの注入を行っても全体としての処理時間の増大を極力抑えることができる。 That is, even if hot hole injection is performed by shifting the application timing of the high voltage pulse to the nonvolatile memory cell, the increase in the processing time as a whole can be suppressed as much as possible.
1 不揮発性メモリセル
2 チャネル形成領域
3 一方のソース・ドレイン領域(ソース)
4 他方のソース・ドレイン領域(ドレイン)
6 電荷蓄積領域
8 メモリゲート
10 選択ゲート
20 フラッシュメモリ
21 メモリアレイ
CG 選択ゲート線
MG メモリゲート線
SL ソース線
BL ビット線
24 選択ゲートドライバ
25 書き込み消去デコーダ
27 ドライバ回路
MM00〜MMxy 不揮発性メモリセル
CG0〜CGy 選択ゲート線
SL0〜SLy ソース線
BL0〜BLx ビット線
47 選択タイミング制御回路(TCNT)
count0〜count3 選択信号
50 カウンタ回路(COUNT)
51 カウンタ制御回路(CUCNT)
SCLK シフトクロック
50A〜50D D形フリップフロップ(FF)
52 発振器(OSC)
53 分周回路(DIV)
54 消去パルス幅セレクタ信号
55 消去パルス幅セレクタ(EPWS)
EPLS 消去パルス
56 パルス生成回路(PGEN)
57 消去パルスシフト量セレクタ信号
58 消去パルスシフト量セレクタ(EPSS)
60 マイクロコンピュータ
61 CPU1
4 The other source / drain region (drain)
6
count0 to
51 Counter control circuit (CUCNT)
52 Oscillator (OSC)
53 Divider (DIV)
54 Erase pulse
EPLS Erase
57 Erase pulse shift
60
図2はスプリットゲート型の不揮発性メモリセルの縦断面構造が例示される。不揮発性メモリセル1は、シリコン基板上に設けられたp型ウェル領域16にチャネル形成領域2を有し、チャネル形成領域2を挟んで一対のソース・ドレイン領域3,4が形成される。便宜上一方をソース3、他方をドレイン4と称する。ソース・ドレイン領域3,4はn型拡散層(n型不純物領域)によって構成される。チャネル形成領域2の上にはソース3寄りにゲート酸化膜5を介して電荷蓄積領域(例えばシリコン窒化膜)6、絶縁膜7及びメモリゲート(例えばn型ポリシリコン層)8が配置される。チャネル形成領域2の上にはドレイン4寄りにゲート酸化膜9を介して選択ゲート(例えばn型ポリシリコン層)10が形成される。前記電荷蓄積領域6、メモリゲート8及び選択ゲート10は絶縁膜11で相互に絶縁されている。便宜上、ソース3寄りのチャネル形成領域2、電荷蓄積領域6及びメモリゲート8の近傍をメモリトランジスタ部、ドレイン4寄りのチャネル形成領域2及び選択ゲート10の近傍を選択トランジスタ部と称する。
FIG. 2 illustrates a vertical cross-sectional structure of a split gate type nonvolatile memory cell. The
前記電荷蓄積領域6とその表裏に配置された絶縁膜5および絶縁膜7とを併せた層(メモリゲート絶縁層と称する)の膜厚をtm、選択ゲート10のゲート絶縁膜9の膜厚をtc、選択ゲート10とメモリゲート8との間の絶縁膜11の膜厚をtiとすると、tc<tm≦tiの関係が実現されている。その膜厚(層厚)寸法差より、選択トランジスタ部のゲート絶縁耐圧はメモリトランジスタ部のゲート絶縁耐圧よりも低くされる。尚、ソース・ドレイン領域に便宜上割り当てたドレイン4はデータ読み出し動作においてそれがMOSトランジスタのドレイン電極として機能し、ソース3はデータ読み出し動作においてそれがMOSトランジスタのソース電極として機能することを意味する。消去・書き込み動作ではドレイン4とソース3が必ずしもその名称通りに機能するとは限らず逆の場合もある。
The film thickness of the charge storage region 6 combined with the insulating
前記不揮発性メモリセルは、電荷蓄積領域6に対する電子の注入(例えば書き込みと称する)によって閾値電圧が高くされ、前記電荷蓄積領域6に対するホットホールの注入(例えば消去と称する)によって閾値電圧が低くされる。書き込み動作では、例えば、メモリゲート8の電圧(Vmg)を8V、ソース3の電圧(Vs)を5Vとし、選択ゲート10の電圧(Vcg)を1.8V、書き込み選択メモリセルのドレイン4の電圧(Vd)を0V(回路の接地電位)、書き込み非選択メモリセルのドレイン4の電圧(Vd)を1.8Vとすることにより、ソース3からドレイン4に電流が流れ、絶縁層11直下のチャンネル領域2の部分で高電界が形成され、これによって発生したホットエレクトロンが電荷蓄積領域6に注入される。
The threshold voltage of the nonvolatile memory cell is increased by injection of electrons into the charge storage region 6 (for example, referred to as writing), and the threshold voltage is decreased by injection of hot holes into the charge storage region 6 (for example, referred to as erasure). . In the write operation, for example, the voltage (Vmg) of the
消去動作では、図2に示されるように、Vmg=−5V、Vs=5V、基板を0Vとし、ソース3の端からメモリゲート8に向かう高電界を形成して、前記ソース3から基板に電流を流す。これによって、前記ソース3端近傍で電離性衝突が起こり、電子、正孔対が発生する。発生した正孔のうちゲート酸化膜5のポテンシャル障壁を越えるだけの十分なエネルギーを持った正孔がホットホールとなり、電荷蓄積領域6に注入される。ホットホールは電荷蓄積領域6に注入されると、そこに既に注入されている電子を中和する方向に作用し、これによって不揮発性メモリセル1の閾値電圧が低い方向に変化される。
In the erase operation, as shown in FIG. 2, Vmg = −5V, Vs = 5V, the substrate is set to 0V, a high electric field from the end of the
不揮発性メモリセル1に対する上記書き込み及び消去動作では、選択ゲート10及びドレインには高電圧の印加を要しない。このことは、選択トランジスタ部のゲート耐圧が比較的低くてよいことを保証する。
In the above write and erase operations for the
図2において12〜14は消去時におけるソース近傍の等電位線である。等電位線12は例えば3V、等電位線13は例えば1V、等電位線14は例えば0Vである。図2に示される状態は電荷蓄積領域6に多くの電子が蓄積された状態から消去動作を開始した直後の状態であり、電荷蓄積領域6には中和されずに比較的多くの自由電子が捕獲されているので、ソース端部分15との間の電界を強めるように作用し、その部分15の電位が低くなるため等電位線が密になり、換言すればその部分15の電圧降下の傾きは大きく、矢印で示されるようにソース3からp型ウェル領域16に流れる電流は比較的大きくなる。
In FIG. 2, 12 to 14 are equipotential lines near the source at the time of erasing. The
図3には消去が進んで不揮発性メモリセル1の閾値電圧がある程度低くなったときの状態(すなわち、電荷蓄積領域6の捕獲電子の数がある程度少なくなった状態)から消去を行う場合を示す。電荷蓄積領域6に蓄積された電子の影響は少なく、電荷蓄積領域6直下の基板の電位は図2よりも高くなる。そのため、ソース端部分15の近傍では図2よりも等電位線12〜14の間隔が広がる。すなわち、ソース端部分15の近傍では電圧降下の傾きが小さくなり、ソース3からp型ウェル領域16に流れる電流が図2よりも小さくなる。
FIG. 3 shows a case where erasing is performed from a state where the threshold voltage of the
図4には図2のように多くの電子が注入されている状態の不揮発性メモリセル1に対して徐々にホットホールを注入していったときの時間と消去電流との関係を示す。この場合、ピーク電流は大きい。また、時間経過とともに消去が進むので、徐々に消去電流は減少する。これに対し、図5は消去が進み、不揮発性メモリセル1の閾値電圧がある程度低い状態から(すなわち、電荷蓄積領域6に蓄積された電子が少ない状態)から消去を始めたときの時間と消去電流との関係を示す。電荷蓄積領域6に蓄積された電子の影響が小さいので、図4よりもピーク電流は小さい。時間経過とともに消去が進むので、図4と同様に徐々に消去電流は減少する。
FIG. 4 shows the relationship between time and erase current when hot holes are gradually injected into the
図1にはフラッシュメモリの構成が例示される。フラッシュメモリ20は図2の不揮発性メモリセル1を複数個マトリクス配置したメモリアレイ(ARY)21を有する。図1には代表的に2個を図示してある。マトリクス配置された複数の不揮発性メモリセル1は、選択ゲート10が選択ゲート線CGに、メモリゲート8がメモリゲート線MGに、ソース3がソース線SLに、ドレイン4がビット線BLに接続される。Xアドレスデコーダ(XDEC)22はアドレスバッファ(ADB)23に入力されたXアドレス信号をデコードする。選択ゲートドライバ回路(CGDRV)24はそのデコード結果に従って選択ゲート線CGを選択的に駆動する。読み出し動作及びベリファイ動作では選択ゲート線CGに対する選択的駆動によって不揮発性メモリセル1の選択が行われる。書き込み消去デコーダ(PEDEC)25は書き込み及び消去におけるメモリゲート線MG及びソース線SLの選択を行う。書き込み動作時の選択は選択ゲート線CGを介してXアドレスデコーダ22によるデコード結果を用いる。消去動作時の選択は消去対象である消去ブロックの指示情報に基づいて行う。ドライバ回路(PEDRV)27は書き込み消去デコーダ25から出力される選択信号に基づいてメモリゲート線MG及びソース線SLを駆動する。
FIG. 1 illustrates the configuration of a flash memory. The
ビット線BLにはセンスラッチ(SL)及びデータレジスタ回路(DREG)30が接続される。センスラッチ(SL)は不揮発性メモリセル1からビット線BLに読み出された記憶情報を検出して保持する。データレジスタ(DREG)は外部から供給される書き込みデータの保持及び消去前に退避すべきメモリセル記憶情報の保持などに利用され、保持されたデータは書き込み動作におけるビット線BLレベルの制御に利用される。センスラッチ及びデータレジスタ回路30はY選択回路(YG)31を介してデータ入出力バッファ(DTB)32に接続され、外部バス33に含まれるデータバス33Dとインタフェース可能にされる。読み出し動作においてY選択回路31は、Yアドレスデコーダ(YDEC)34から出力されるアドレスデコード信号に従って、センスラッチ(SL)にラッチされた読み出しデータを選択する。選択された読み出しデータはデータ入出力バッファ32を介して外部に出力可能にされる。書き込み動作においてYアドレスデコーダ34は、データ入出力バッファ32から供給される書込みデータをどのビット線BLに対応させてデータレジスタ(DREG)にラッチさせるかを制御する。
A sense latch (SL) and a data register circuit (DREG) 30 are connected to the bit line BL. The sense latch (SL) detects and holds the storage information read from the
アドレス信号は外部バスのアドレスバス33Aからアドレスバッファ23に供給され、アドレスバッファ23からXアドレスデコーダ22及びYアドレスデコーダ34に供給される。読み出し、消去、書き込みに必要な5V、−5V、8Vなどの高電圧VPP1,VPP2、…、VPPiを昇圧回路(VPG)35が外部電源Vdd,Vssに基づいて生成する。
The address signal is supplied from the
制御回路(CONT)36は制御レジスタ(CREG)37に設定された制御情報に従って、読み出し動作、消去動作、及び書き込み動作の制御シーケンスや動作電源の切換え制御を行う。動作電源の切換え制御とは、読み出し動作、消去動作、及び書き込み動作に応じて、ドライバ回路24、27の動作電源などをその動作態様に従って適切に切換える制御である。
The control circuit (CONT) 36 performs a control sequence of a read operation, an erase operation, a write operation, and a switching control of an operation power source according to control information set in the control register (CREG) 37. The operation power supply switching control is control that appropriately switches the operation power supply of the
図6にはメモリアレイ及び書き込み消去デコーダの詳細な一例が示される。同図においてメモリアレイにはマトリクス配置された複数個の不揮発性メモリセルMM00〜MMxyが例示される。不揮発性メモリセルMM00〜MMxyは前記不揮発性メモリセル1と同じデバイス構造を持つ。不揮発性メモリセルMM00〜MMxyの選択ゲート10は行単位で対応する選択ゲート線CG0〜CGyに接続され、不揮発性メモリセルMM00〜MMxyのソース3は行単位で対応するソース線SL0〜SLyに接続され、不揮発性メモリセルMM00〜MMxyのドレイン4は列単位で対応するビット線BL0〜BLxに接続される。不揮発性メモリセルの1行分をセクタと称する。不揮発性メモリセルMM00〜MMxyに対しては4セクタ分の不揮発性メモリセルを消去単位とする消去ブロックと、1セクタ分の不揮発性メモリセルを消去単位とする消去ブロックとが割り当てられ、消去ブロック単位で不揮発性メモリセルのメモリゲート8がメモリゲート線MGに共通接続される。図6において代表的に示された4セクタ分の消去ブロックEBLK0はメモリゲート線MG0に共通接続され、1セクタ分の消去ブロックEBLKmはメモリゲート線MGmに共通接続される。
FIG. 6 shows a detailed example of the memory array and the write / erase decoder. In the figure, the memory array includes a plurality of nonvolatile memory cells MM00 to MMxy arranged in a matrix. The nonvolatile memory cells MM00 to MMxy have the same device structure as the
ドライバ回路(PEDRV)27は、各々のソース線SL0〜SLyとメモリゲート線MG0〜MGmに対応して出力インバータ40とレベル変換回路(LVSFT)41を有する。出力インバータ40は消去、書き込み、読み出しの動作形態に応じて動作電源が切換えられる。レベル変換回路(LVSFT)41は前段からの入力信号を出力インバータ40の動作電源に応ずる信号レベルに変換する。ドライバ回路(PEDRV)27はその動作電源との関係で高耐圧MOSトランジスタが用いられている。
The driver circuit (PEDRV) 27 includes an
書き込み消去デコーダ(PEDEC)25は、レベル変換回路41に出力が結合された出力インバータ42と、3個のナンドゲート(NAND)43〜45から構成されるセレクタ46と、選択タイミング制御回路(TCNT)47と、デコードロジック(DECLCG)48とを有する。mgsel0〜mgselmはメモリゲート線MG0〜MGmの選択信号であり、前記選択ゲート線CG0〜CGyを介して伝達される選択信号に基づいて対応するものが選択レベルにされる。progは書き込み動作の指示信号、slsel0〜slselyは書き込み動作におけるソース線SL0〜SLyの選択信号とされる。書き込み動作では前記選択ゲート線CG0〜CGyを介して伝達される選択信号に基づいて対応するソース線が選択レベルにされ、書き込み動作はセクタ単位で行うことができる。
The write / erase decoder (PEDEC) 25 includes an
eraseは消去動作の指示信号、eraseblock0〜eraseblockmは消去ブロックEBLK0〜EBLKmの選択信号である。消去ブロック選択信号eraseblock0〜eraseblockmはCREG37からDECLCG48に供給される消去ブロック指定情報に従って選択レベルにされる。count0〜count3は消去動作時における消去ブロック内のソース線SL4i、SL4i+1、SL4i+2、SL4i+3(i=0〜n)の選択信号である。
erase is an instruction signal for the erase operation, and
例えば消去動作ではメモリゲート制御線選択信号mgsel0がハイレベル(H)にされてメモリゲート線MG0が−5Vにされ、消去ブロック選択信号eraseblock0がハイレベル(H)、消去動作指示信号eraseがハイレベル(H)、消去ブロック内ソース線選択信号count0がハイレベル(H)にされることによって、図6に例示されるように、メモリアレイ21のメモリゲート線MG0が−5Vにされ、ソース線SL0が5Vにされて、セクタSCT0の不揮発性メモリセルMM00〜MMx0に消去パルスが印加される。順次活性化される選択信号がcount0、count1、count2、count3に変化されるに従って、消去パルスが印加されるセクタがSCT0、SCT1、SCT2、SCT3に順次切り換えられることになる。このようにして消去ブロック内におけるセクタ単位でタイミングをずらしてホットホール注入用の高電圧パルスを印加することが可能とされる。
For example, in the erase operation, the memory gate control line selection signal mgsel0 is set to high level (H), the memory gate line MG0 is set to -5V, the erase block selection signal eraseblock0 is set to high level (H), and the erase operation instruction signal erase is set to high level. (H) When the source line selection signal count0 in the erase block is set to the high level (H), as illustrated in FIG. 6, the memory gate line MG0 of the
図7には選択タイミング制御回路(TCNT)47の具体例が示される。選択タイミング制御回路47は、前記選択信号count0〜count3を形成するカウンタ回路(COUNT)50と、前記複数の選択信号count0〜count3の変化タイミングを制御するカウンタ制御回路(CUCNT)51とを有する。前記カウンタ回路50は、シフトクロックSCLKの変化に同期してシフト動作を行う複数の記憶段例えばD形フリップフロップ(FF)50A〜50Dを直列に有し、前記複数のフリップフロップ50A〜50Dの出力が前記複数の選択信号count0〜count3とされる。
FIG. 7 shows a specific example of the selection timing control circuit (TCNT) 47. The selection
前記カウンタ制御回路51は、発振器(OSC)52、発振器52の出力を分周して複数の分周クロック信号を形成する分周回路(DIV)53、分周回路から出力される複数の分周クロック信号の中から消去パルス幅セレクタ信号54によって一つを選択する消去パルス幅セレクタ(EPWS)55、及び消去パルス幅セレクタ55で選択された分周クロック信号に基づいて前記カウンタ回路50の初段フリップフロップ50Aに供給する消去パルスEPLSを生成するパルス生成回路(PGEN)56、及び前記分周回路53から出力される複数の分周クロック信号の中から一つを消去パルスシフト量セレクタ信号57によって選択して前記シフトクロックSCLKの周期を選択する消去パルスシフト量セレクタ(EPSS)58から成る。
The
図8及び図9にはシフトクロックSCLKの周期と消去パルスEPLSのパルス幅に応じて形成される選択信号count0〜count3の波形が例示される。各図において消去パルスのシフト量SFTはシフトクロックSCLKの1周期になる。シフト量SFTを変化させるにはシフトクロックの周期を変えればよい。図8において消去パルスEPLSのパルス幅PW1はシフトクロックSCLKの1周期とされる。これによって選択信号count0〜count3は順次ノンオーバーラップでパルス変化される。図9では消去パルスEPLSのパルス幅PW2はシフトクロックSCLKの4周期とされる。これによって選択信号count0〜count3は順次シフトクロックSCLKの1周期づつずれたオーバーラップでシフトクロックSCLKの4周期分づつパルス変化される。 8 and 9 illustrate waveforms of the selection signals count0 to count3 that are formed in accordance with the cycle of the shift clock SCLK and the pulse width of the erase pulse EPLS. In each figure, the erase pulse shift amount SFT is one cycle of the shift clock SCLK. To change the shift amount SFT, the cycle of the shift clock may be changed. In FIG. 8, the pulse width PW1 of the erase pulse EPLS is one cycle of the shift clock SCLK. As a result, the selection signals count0 to count3 are sequentially pulse-changed in a non-overlapping manner. In FIG. 9, the pulse width PW2 of the erase pulse EPLS is four periods of the shift clock SCLK. As a result, the selection signals count0 to count3 are sequentially pulse-changed by four periods of the shift clock SCLK with an overlap shifted by one period of the shift clock SCLK.
以上のように、消去パルス幅セレクタ55によって選択する消去パルス幅、消去パルスシフト量セレクタ58によって選択する消去パルスシフト量により、選択信号count0〜count3をノンオーバーラップとするかオーバーラップとするかの選択と共に、そのオーバーラップ量を可変に選択可能になる。
As described above, depending on the erase pulse width selected by the erase
図10および図11には図6の回路構成の消去ブロックEBLK0における消去動作のタイミングチャートが示される。消去ブロックEBLK0の不揮発性メモリセルMM00、MMx0、MM01、MMx1、MM02、MMx2、MM03、MMx3を消去するために、選択ゲート線CG0、CG1、CG2、CG3に例えば0Vを印加し、ビット線BL0、BLxを例えばopenにする。次に消去信号eraseをハイレベル(H)にし、その後選択信号eraseblock0をハイレベル(H)にして消去ブロックEBLK0を選択する。次に選択信号mgsel0をハイレベル(H)とし、メモリゲート線MG0に例えば−5Vを印加する。その後信号count0をハイレベル(H)とし、ソース線SL0に例えば5Vを印加し、消去セクタSCT0の不揮発性メモリセルを消去する。一定時間後信号count0をローレベル(L)とし、ソース線SL0の電圧を0Vにする。次に信号count1をハイレベル(H)とし、ソース線SL1に例えば5Vを印加し、消去セクタSCT1の不揮発性メモリセルを消去する。同様に信号count2とcount3をパルス変化させ、消去セクタSCT2と消去セクタSCT3の不揮発性メモリセルを順次消去する。なお、信号count0〜count3のハイレベル(H)期間の時間を消去パルス幅、信号countiの立上りと次の信号counti+1信号の立上りの時間差、例えばcount0の立上り時刻とcount1の立上り時刻との時間差を消去パルスシフト量と定義する。消去中にソース線SL0、SL1、SL2、SL3、Slyに流れる消去電流の総和をソース総電流と定義する。 10 and 11 show timing charts of the erase operation in the erase block EBLK0 having the circuit configuration of FIG. In order to erase the nonvolatile memory cells MM00, MMx0, MM01, MMx1, MM02, MMx2, MM03, MMx3 of the erase block EBLK0, for example, 0V is applied to the selection gate lines CG0, CG1, CG2, CG3, and the bit lines BL0, For example, BLx is set to open. Next, the erase signal erase is set to high level (H), and then the selection signal eraseblock0 is set to high level (H) to select the erase block EBLK0. Next, the selection signal mgsel0 is set to a high level (H), and, for example, −5 V is applied to the memory gate line MG0. Thereafter, the signal count0 is set to the high level (H), for example, 5V is applied to the source line SL0, and the nonvolatile memory cells in the erase sector SCT0 are erased. After a certain time, the signal count0 is set to low level (L), and the voltage of the source line SL0 is set to 0V. Next, the signal count1 is set to a high level (H), for example, 5 V is applied to the source line SL1, and the nonvolatile memory cell in the erase sector SCT1 is erased. Similarly, the signals count2 and count3 are pulse-changed to sequentially erase the nonvolatile memory cells in the erase sector SCT2 and the erase sector SCT3. The time of the high level (H) period of the signals count0 to count3 is the erase pulse width, and the time difference between the rise of the signal count and the rise of the next signal count + 1 signal, for example, the time difference between the rise time of count0 and the rise time of count1 is erased. It is defined as the amount of pulse shift. The total sum of erase currents flowing through the source lines SL0, SL1, SL2, SL3, and Sly during erasing is defined as the total source current.
図10は消去パルス幅と消去パルスシフト量が等しい場合のタイミングチャートを示す。この場合、ソース線SL0、SL1、SL2、SL3の電圧が5Vになる期間、すなわち選択期間は重ならない。そのため、図示のように、ソース総電流のピーク電流と各々のソース線のピーク電流は等しい。 FIG. 10 shows a timing chart when the erase pulse width and the erase pulse shift amount are equal. In this case, a period in which the voltages of the source lines SL0, SL1, SL2, and SL3 are 5V, that is, a selection period does not overlap. Therefore, as shown in the figure, the peak current of the total source current is equal to the peak current of each source line.
図11は消去パルス幅が消去パルスシフト量よりも長い場合のタイミングチャートを示す。この場合、ソース線SL0、SL1、SL2、SL3の選択期間の中で重なる期間がある。そのため、ソース線SL0、SL1、SL2、SL3が全部選択された期間、ソース総電流のピーク電流が最も大きくなる。しかし、ソース線SL0、SL1、SL2、SL3の選択期間を重ねたため、消去時間を短縮できる。尚、図11では消去パルス幅と消去パルスシフト量との比が4:1であるが、これに限定されるものではない。 FIG. 11 shows a timing chart when the erase pulse width is longer than the erase pulse shift amount. In this case, there is an overlapping period among the selection periods of the source lines SL0, SL1, SL2, and SL3. Therefore, the peak current of the total source current becomes the largest during the period when all the source lines SL0, SL1, SL2, and SL3 are selected. However, since the selection periods of the source lines SL0, SL1, SL2, and SL3 are overlapped, the erase time can be shortened. In FIG. 11, the ratio between the erase pulse width and the erase pulse shift amount is 4: 1, but the present invention is not limited to this.
図12に消去フローの一例を示す。この消去フローでは、1回目の消去を図10のタイミングチャートで実施、すなわち消去パルス幅と消去パルスシフト量を等しく設定して実施する(S1,S2)。次に、消去対象エリアが全て消去されたかをベリファイする(S3)。消去が完了していなければ、2回目の消去を図11のタイミングチャートで実施、すなわち消去パルス幅を消去パルスシフト量より長く設定して実施する(S4,S5)。次に、消去対象エリアが全て消去されたかをベリファイする(S6)。3回目以降は2回目と同様である。 FIG. 12 shows an example of the erase flow. In this erase flow, the first erase is performed according to the timing chart of FIG. 10, that is, the erase pulse width and the erase pulse shift amount are set equal (S1, S2). Next, it is verified whether all the areas to be erased have been erased (S3). If the erasing is not completed, the second erasing is performed according to the timing chart of FIG. 11, that is, the erasing pulse width is set longer than the erasing pulse shift amount (S4, S5). Next, it is verified whether all the areas to be erased have been erased (S6). The third and subsequent times are the same as the second time.
ステップS1,S2の1回目の消去では図2のように電荷蓄積領域6には多くの電子が注入されている。従って、消去動作においてソース3から基板16に流れる電流は大きいため、図10のタイミングチャートを適用し、ソース総電流のピーク電流を抑える。ソース総電流のピーク電流を抑えることで、ソース電流を供給する電源回路35の電流供給能力を抑えることができる。ソース電流を供給する電源回路の電流供給能力を抑制可能になるので、その電源回路面積を低減でき、チップの小型化に資することができる。
In the first erase in steps S1 and S2, many electrons are injected into the charge storage region 6 as shown in FIG. Accordingly, since a large current flows from the
2回目以降の消去では図3のように電荷蓄積領域6に保持されている電子の数は少なくなっている。従って、ソース3から基板16に流れる電流は小さいため、図11のタイミングチャートを適用しても、ソース総電流のピーク電流を抑えることができる。さらに、ソース線の選択タイミング(消去パルスの印加タイミング)がオーバーラップされているので、消去時間を短縮することができる。
In the second and subsequent erases, the number of electrons held in the charge storage region 6 is reduced as shown in FIG. Accordingly, since the current flowing from the
図13には前記フラッシュメモリ20をオンチップしたマイクロコンピュータの全体的な構成が示される。マイクロコンピュータ60は、特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板(半導体チップ)に、CMOS集積回路製造技術により形成される。このマイクロコンピュータ60は、中央処理装置(CPU)61、揮発性メモリとしてのRAM62、不揮発性メモリとしてのフラッシュメモリ(FLASH)20、バスステートコントローラ(BSC)63、及び入出力ポート回路などの入出力回路(I/O)64を備え、それら回路モジュールは内部バス66に接続される。内部バス66はアドレス、データ、及び制御信号の各信号線を備える。CPU61は命令制御部と実行部を備え、フェッチした命令を解読し、解読結果にしたがって演算処理を行う。フラッシュメモリ20はCPU61の動作プログラムやデータを格納する。RAM62はCPU61のワーク領域もしくはデータ一時記憶領域とされる。フラッシュメモリ20の動作はCPU61が制御レジスタ37に設定した制御データに基づいて制御される。バスステートコントローラ63は内部バス66を介するアクセス、外部バスアクセスに対するアクセスサイクル数、ウェイトステート挿入、バス幅等の制御を行う。
FIG. 13 shows an overall configuration of a microcomputer in which the
図13において2点鎖線で囲んだ領域69以外の回路は比較的ゲート酸化膜の薄いMOSトランジスタによって構成される回路部分を意味する。領域69の回路は、比較的ゲート酸化膜の厚い高耐圧MOSトランジスタによって構成される回路部分になる。例えばフラッシュメモリ20においてPEDRV27等が形成される領域が高耐圧MOSトランジスタ回路部分とされ、フラッシュメモリ20においてCGDRV24等が形成される領域はゲート酸化膜の薄いMOSトランジスタ回路部分とされる。
In FIG. 13, a circuit other than the
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば図7では消去パルスシフト量をシフトクロックSCLKの1周期としたが、1周期に限定されるものではない。この場合図7において、フリップフロップ50Aの前段にフリップフロップを追加し、或いはフリップフロップ50A〜50Dの各々の間に別のフリップフロップを挿入すればよい。
For example, in FIG. 7, the erase pulse shift amount is one cycle of the shift clock SCLK, but is not limited to one cycle. In this case, in FIG. 7, a flip-flop may be added before the flip-
また、図12の消去フローでは1回目の消去のみ消去パルス幅と消去パルスシフト量を等しく設定したが、そのような設定は1回目に限定されるわけではない。消去パルス幅と消去パルスシフト量を等しく設定した状態で数回消去を行い、以降の消去は、消去パルス幅を消去パルスシフト量より長く設定して実施してもよい。また、消去の回数に応じて消去パルス幅、消去パルスシフト量、メモリゲート電圧、ソース電圧を任意に変更してもよい。 In the erase flow of FIG. 12, the erase pulse width and the erase pulse shift amount are set equal only for the first erase, but such setting is not limited to the first. Erasing may be performed several times with the erasing pulse width and the erasing pulse shift amount set equal, and subsequent erasing may be performed by setting the erasing pulse width longer than the erasing pulse shift amount. Further, the erase pulse width, erase pulse shift amount, memory gate voltage, and source voltage may be arbitrarily changed according to the number of times of erase.
また、不揮発性メモリセルはスプリットゲート構造に限定されない。また、電荷蓄積領域はシリコンナイトライドのような絶縁性トラップ領域であることに限定されず、ポリシリコンのような導電性の電荷蓄積領域を備えたフローティング型の不揮発性メモリセルであってもよい。 Further, the nonvolatile memory cell is not limited to the split gate structure. The charge storage region is not limited to an insulating trap region such as silicon nitride, and may be a floating nonvolatile memory cell including a conductive charge storage region such as polysilicon. .
本発明はフラッシュメモリ、更にはフラッシュメモリを搭載したマイクロコンピュータなどに広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to flash memories and microcomputers equipped with flash memories.
Claims (9)
前記不揮発性メモリセルの閾値電圧を低くする動作においては、前記不揮発性メモリセルのソース領域に第1の高電圧を印加してウェル領域へ電流が流れることにより生じるホットホールを、前記不揮発性メモリセルのゲート電極に第2の高電圧を印加することにより前記電荷蓄積領域に注入し、
前記ホットホールの注入対象として選択された複数の不揮発性メモリセルのゲート電極に対して前記第2の高電圧を印加している状態で、その一部ずつのソース電極に対して前記第1の高電圧を、その印加タイミングをずらして印加する処理を所望の閾値電圧になるまで複数回に分けて繰り返すことが可能な制御回路を有し、
前記制御回路は、前記複数の不揮発性メモリの一部ずつに対して前記第1の高電圧を印加する前記タイミングをノンオーバーラップで行った後、消去が完了していない場合は部分的にオーバーラップとする制御を行う不揮発性半導体メモリ。A plurality of nonvolatile memory cells in which a threshold voltage is increased by injection of electrons into the charge storage region and a threshold voltage is decreased by injection of hot holes into the charge storage region;
In the operation of lowering the threshold voltage of the non-volatile memory cell, hot holes generated by applying a first high voltage to the source region of the non-volatile memory cell and causing a current to flow to the well region are formed in the non-volatile memory. Injecting into the charge storage region by applying a second high voltage to the gate electrode of the cell;
In a state where the second high voltage is applied to the gate electrodes of the plurality of nonvolatile memory cells selected as the hot hole injection targets, the first high voltage is applied to each of the source electrodes. a high voltage, a control circuit that can be repeated a plurality of times until the process of indicia pressurized by shifting the application timing reaches a desired threshold voltage,
Wherein the control circuit, the timing of applying the first high voltage to each part of the plurality of nonvolatile memory Roh after in emission overlap, if erasing is not completed partially Nonvolatile semiconductor memory that performs overlapping control .
前記不揮発性半導体メモリは、ソース・ドレイン領域に挟まれたチャネル形成領域の上に夫々絶縁された電荷蓄積領域及びメモリゲート領域を有する不揮発性メモリセルのアレイと、 The nonvolatile semiconductor memory includes an array of nonvolatile memory cells each having a charge storage region and a memory gate region insulated on a channel formation region sandwiched between source / drain regions, and
前記不揮発性メモリセルの一方のソース・ドレイン領域が結合された第1の配線と、 A first wiring in which one source / drain region of the nonvolatile memory cell is coupled;
前記不揮発性メモリセルの他方のソース・ドレイン領域が結合された第2の配線と、 A second wiring in which the other source / drain region of the nonvolatile memory cell is coupled;
前記不揮発性メモリセルのメモリゲート領域が結合された第3の配線と、 A third wiring to which a memory gate region of the nonvolatile memory cell is coupled;
前記不揮発性メモリセルの電荷蓄積領域に電子を注入して閾値電圧を高くする制御を行うと共に、前記電荷蓄積領域にホットホールを注入して閾値電圧を低くする制御を行う制御回路と、を備え、 A control circuit that performs control for injecting electrons into the charge storage region of the nonvolatile memory cell to increase the threshold voltage, and performs control for injecting hot holes into the charge storage region to lower the threshold voltage. ,
前記閾値電圧を低くする制御においては、前記第1の配線にホットホール注入用の高電圧パルスを印加して前記チャネル形成領域へ電流が流れることにより生じるホットホールを、前記第3の配線に第2の高電圧を印加することにより前記電荷蓄積領域に注入し、 In the control for lowering the threshold voltage, hot holes generated by applying a high voltage pulse for hot hole injection to the first wiring and causing a current to flow to the channel formation region are formed in the third wiring. Injecting into the charge storage region by applying a high voltage of 2;
前記制御回路は、前記ホットホールの注入対象として選択された複数の不揮発性メモリセルに接続される前記第3の配線に前記第2の高電圧を印加している状態で、その一部ずつの不揮発性メモリセルに接続される前記第1の配線にタイミングをずらして前記ホットホール注入用の高電圧パルスを印加する処理を所望の閾値電圧になるまで複数回に分けて繰り返すことが可能であって、前記タイミングをノンオーバーラップで印加した後、消去が完了していない場合は部分的にオーバーラップとする制御を行う半導体装置。 The control circuit is configured to apply a portion of each of the control circuits in a state where the second high voltage is applied to the third wiring connected to the plurality of nonvolatile memory cells selected as the hot hole injection target. The process of applying the high voltage pulse for injecting the hot holes by shifting the timing to the first wiring connected to the nonvolatile memory cell can be repeated a plurality of times until the desired threshold voltage is reached. Then, after applying the timing in a non-overlapping manner, a semiconductor device that performs control to partially overlap if erasing is not completed.
マトリクス配置された複数の不揮発性メモリセルは、行単位で第1の配線を共有し、列単位で第2の配線を共有し、複数行単位で第3の配線を共有し、
前記制御回路は、選択した第3の配線に第1の高電圧パルスを印加し、前記選択した第3の配線を共有する複数の不揮発性メモリセルに接続された第1の配線に第1の配線相互間でタイミングをずらして第2の高電圧パルスを印加する請求項3記載の半導体装置。 The array includes a plurality of non-volatile memory cells arranged in a matrix.
The plurality of non-volatile memory cells arranged in a matrix share the first wiring in row units, share the second wiring in column units, share the third wiring in multiple row units,
The control circuit applies a first high voltage pulse to the selected third wiring, and the first wiring is connected to the first wiring connected to the plurality of nonvolatile memory cells sharing the selected third wiring. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second high voltage pulse is applied while shifting the timing between the wirings .
前記カウンタ回路は、シフトクロックの変化に同期してシフト動作を行う複数の記憶段を直列に有し、前記複数の記憶段の出力が前記複数の選択信号とされ、
前記カウンタ制御回路は、前記カウンタ回路の初段に供給するパルスを生成するパルス生成回路と、前記パルス生成回路で生成するパルスの幅を選択可能とするパルス幅選択回路と、前記シフトクロックの周期選択によって前記パルスのシフト量を可変とするシフト量選択回路と、を有する請求項5記載の半導体装置。The control circuit includes: a counter circuit that forms a plurality of selection signals for selecting a plurality of first wirings related to a plurality of rows of nonvolatile memory cells sharing the third wiring; and a plurality of the selection signals A counter control circuit for controlling the change timing,
The counter circuit includes a plurality of storage stages that perform a shift operation in synchronization with a change of a shift clock in series, and outputs of the plurality of storage stages serve as the plurality of selection signals,
The counter control circuit includes a pulse generation circuit that generates a pulse to be supplied to the first stage of the counter circuit, a pulse width selection circuit that enables selection of a width of a pulse generated by the pulse generation circuit, and a cycle selection of the shift clock 6. A semiconductor device according to claim 5 , further comprising: a shift amount selection circuit that makes the shift amount of the pulse variable .
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