JP4902972B2 - 不揮発性記憶素子の制御方法 - Google Patents
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Description
(a)前記n個のコントロールゲートを、前記第1の不純物拡散領域側のn/2個の第1のコントロールゲート群と前記第2の不純物拡散領域側のn/2個の第2のコントロールゲート群に分割し、電子を注入する対象のメモリ領域と対を成す対象コントロールゲートが前記第1のコントロールゲート群に含まれる場合に、前記第1の不純物拡散領域に高電圧、前記第2の不純物拡散領域に低電圧を印加し、また前記対象コントロールゲートが前記第2のコントロールゲート群に含まれる場合に、前記第1の不純物拡散領域に低電圧、前記第2の不純物拡散領域に高電圧を印加する工程、
(b)前記第1および第2の不純物拡散領域に前記電圧を印加した状態で、前記対象コントロールゲートに他のコントロールゲートよりも高電圧を印加し、前記対象コントロールゲートと対を成す前記メモリ領域に電子を注入する工程、
を含む不揮発性記憶素子の制御方法が提供される。
本実施の形態において、不揮発性記憶素子100は、4個のメモリ領域106a〜106dおよびこれらとそれぞれ対を成すコントロールゲート114〜117を有し、1つのメモリセルに4ビットのデータを蓄積可能である。
まず、第1のメモリ領域106a、第2のメモリ領域106b、第3のメモリ領域106c、および第4のメモリ領域106dにそれぞれデータを書き込む手順を説明する。本実施の形態において、ソースサイド注入により、データの書き込みが行われる。ここで、データの書き込みとは、電子の注入である。
4ビットのメモリ領域に記憶可能なデータコードは、電子が注入されていない状態を「1」、電子が注入された状態を「0」とすると、「1111」、「1110」、「1101」、「1100」、「0110」、「0101」、「1001」、「0100」、「1000」、「0111」、「1011」、「0011」、「1010」、「0010」、「0001」、「0000」の16種類がある。図6に示すように、これらのうち、「0111」、「1011」、「0011」、「1010」、「0010」、および「0001」は、それぞれ「1111」、「1110」、「1101」、「0101」、「0100」、および「1000」と左右対称であるので、左右対称の電位を印加すればよい。つまり、第1の不純物拡散領域160aと第2の不純物拡散領域160bに印加する電圧配置を逆転、4本のコントロールゲート114〜117に印加する電圧配置を左右逆転させればよい。そこで、「0111」、「1011」、「0011」、「1010」、「0010」、および「0001」を除いた9種類のデータコードの生成方法について、以下に説明する。
ここで、第1の不純物拡散領域160aに印加する電圧値をVS、第2の不純物拡散領域160bに印加する電圧値をVDとする。いずれの場合も初期状態は全消去状態「1111」である。
上述したデータコードを生成するための書き込み動作において各電極に印加する電圧の値の例を示している。各電圧値は、書き込み電流値などの設計仕様によって変化する。ここでは、各書き込み動作における書き込み電流値を1μA/セル程度とした場合の例を示している。あるメモリ領域に電子を注入する際に、他のメモリ領域に電子が捕獲されているか否かに応じて、各コントロールゲートに印加する電圧値を適宜設定する必要があるため、4つのコントロールゲートへの印加電圧の値は、デバイスシミュレーターを用いて決定した。このように、書き込み動作前後のメモリセルの電子蓄積状態に応じて、電圧値を最適化しておくことにより、電子注入の各段階の低消費電力化と書き込み速度の高速化を実現することができる。
・第4のメモリ領域106dに電子を注入する場合:VCG1≦VCG2≦VCG3≪VCG4
・第3のメモリ領域106cに電子を注入する場合:VCG1≦VCG2≦VCG4≪VCG3。
ここで、VCG4≒(1/2)VCG3とすることにより、第4のメモリ領域106dへの電子注入を抑制し、第3のメモリ領域106cだけに選択的に電子を注入することができる。
不揮発性記憶装置300は、各メモリセルにおいて、第1の不純物拡散領域160aが、同一列のメモリセルに共有される複数のソース線のいずれかに接続され、第2の不純物拡散領域160bが、同一行のメモリセルに共有される複数のビット線のいずれかに接続され、4個のコントロールゲートが、それぞれ、同一行のメモリセルに共有される複数のゲート線のいずれかに接続された構成を有する。
不揮発性記憶素子100の第2の不純物拡散領域160bは、接点B2において、ビット線BL2と接続される。不揮発性記憶素子100の第1の不純物拡散領域160aは、接点C2において、ソース線SL2と接続される。さらに、不揮発性記憶素子100のコントロールゲートは、ゲート線210〜216に接続される。
本実施の形態において、各メモリ領域106a〜106dからデータを読み出す場合、読み出し対象のメモリ領域に近い方の第1の不純物拡散領域160aまたは第2の不純物拡散領域160bを接地してソースとし、他方をドレインとして1V程度の電圧を印加する。次に、読み出し対象のメモリ領域を除く三つのメモリ領域のコントロールゲートに、データ書き込み状態を相殺できる程度の電圧(例えば5V)を印加して、各領域をオン状態にする。最後に、読み出し対象のメモリ領域のコントロールゲートに、この領域の消去状態における閾値電圧より高く、かつ上記三つのメモリ領域のコントロールゲートに印加した電圧よりは充分低い電圧(例えば1.5V)を印加する。読み出し対象のメモリ領域が消去状態であれば、ソースからドレインに所望の電子流が流れるが、読み出し対象のメモリ領域が書き込み状態であればこの電子流が流れないため、読み出し対象のメモリ領域の書き込み状態を判定することができる。以上の操作を各メモリ領域に対して実行することによって、一つのデータコードを認識できる。
ここで、読み出し時には、4個のコントロールゲートを、第1の不純物拡散領域160a側のn/2個の第1のコントロールゲート群と第2の不純物拡散領域160b側のn/2個の第2のコントロールゲート群に分割し、読み出し対象のメモリ領域と対を成すコントロールゲートが第1のコントロールゲート群に含まれる場合に、第1の不純物拡散領域160aを接地してソースとするとともに第2の不純物拡散領域160bに読み出し電圧を印加してドレインとし、また読み出し対象のメモリ領域と対を成すコントロールゲートが第2のコントロールゲート群に含まれる場合に、第1の不純物拡散領域160aに読み出し電圧を印加してドレインとするとともに第2の不純物拡散領域160bを接地してソースとする。この状態で、読み出し対象のメモリ領域と対を成すコントロールゲート以外のコントロールゲートに所定の電圧を印加して、それらの領域をオンとするとともに、読み出し対象のメモリ領域と対を成すコントロールゲートに他のコントロールゲートよりも低い電圧を印加する。このようにして、ソースからドレインに電子流が流れるか否かに基づき、読み出し対象のメモリ領域が消去状態であるか否かを判定することができる。
102 シリコン基板
106a 第1のメモリ領域
106b 第2のメモリ領域
106c 第3のメモリ領域
106d 第4のメモリ領域
114 第1のコントロールゲート
115 第2のコントロールゲート
116 第3のコントロールゲート
117 第4のコントロールゲート
136 絶縁膜
137 金属配線
138 金属配線
160a 第1の不純物拡散領域
160b 第2の不純物拡散領域
202〜224 ゲート線
300 不揮発性記憶装置
Claims (7)
- 半導体基板と、前記半導体基板に離間して設けられた第1および第2の不純物拡散領域、前記半導体基板上において、前記第1および第2の不純物拡散領域の間に並行配置されたn個(nは4以上の偶数)のコントロールゲート、および前記半導体基板と前記n個のコントロールゲートとの間に設けられ、前記コントロールゲートとそれぞれ対を成すn個のメモリ領域を含むメモリセルと、を含む不揮発性記憶素子の制御方法であって、
(a)前記n個のコントロールゲートを、前記第1の不純物拡散領域側のn/2個の第1のコントロールゲート群と前記第2の不純物拡散領域側のn/2個の第2のコントロールゲート群に分割し、電子を注入する対象のメモリ領域と対を成す対象コントロールゲートが前記第1のコントロールゲート群に含まれる場合に、前記第1の不純物拡散領域に高電圧、前記第2の不純物拡散領域に低電圧を印加し、また前記対象コントロールゲートが前記第2のコントロールゲート群に含まれる場合に、前記第1の不純物拡散領域に低電圧、前記第2の不純物拡散領域に高電圧を印加する工程、
(b)前記第1および第2の不純物拡散領域に前記電圧を印加した状態で、前記対象コントロールゲートに他のコントロールゲートよりも高電圧を印加し、ソースサイド注入により前記対象コントロールゲートと対を成す前記メモリ領域に電子を注入する工程、
を含む不揮発性記憶素子の制御方法。 - 請求項1に記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、前記(b)工程において、前記高電圧を印加した前記不純物拡散領域と前記対象コントロールゲートとの間に他の前記コントロールゲートがある場合、当該コントロールゲートに、前記低電圧を印加した前記不純物拡散領域と前記対象コントロールゲートとの間に配置された他の前記コントロールゲートよりも高電圧を印加する不揮発性記憶素子の制御方法。
- 請求項1または2に記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、前記(b)工程において、前記低電圧を印加した前記不純物拡散領域側の前記第1のコントロールゲート群、または前記第2のコントロールゲート群において、前記低電圧を印加した前記不純物拡散領域に隣接して設けられた前記コントロールゲートに、他の前記コントロールゲートよりも低電圧を印加する不揮発性記憶素子の制御方法。
- 請求項1乃至3いずれかに記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、前記不揮発性記憶素子の前記n個のコントロールゲートは、それぞれ、絶縁膜を介して隣接配置された不揮発性記憶素子の制御方法。
- 請求項1乃至4いずれかに記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、前記不揮発性記憶素子の前記n個のコントロールゲートは、ゲート長方向の断面において、対称配置された不揮発性記憶素子の制御方法。
- 請求項1乃至5いずれかに記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、
(c)前記メモリセルに記憶させるデータコードに応じて、複数の前記メモリ領域への電子の注入が必要な場合に、前記複数のメモリ領域への電子の注入手順を決定する工程、
(d)前記注入手順を決定する工程で決定された順に従い、電子を注入する対象のメモリ領域を順次選択する工程、
をさらに含み、
前記(d)工程で選択された前記メモリ領域に対して、前記(a)工程および前記(b)工程を実行する不揮発性記憶素子の制御方法。 - 請求項6に記載の不揮発性記憶素子の制御方法において、
(e)前記(c)工程で決定された前記注入手順に応じて、前記(d)工程で選択された前記メモリ領域に電子を注入する前に、同一メモリセル中の他の前記メモリ領域に既に電子が注入されているか否かを考慮して、前記工程(b)で前記n個のコントロールゲートに印加する電圧値を決定する工程をさらに含み、
前記工程(b)において、前記n個のコントロールゲートに前記工程(e)で決定された電圧を印加する不揮発性記憶素子の制御方法。
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