JPH0237597A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JPH0237597A
JPH0237597A JP63188734A JP18873488A JPH0237597A JP H0237597 A JPH0237597 A JP H0237597A JP 63188734 A JP63188734 A JP 63188734A JP 18873488 A JP18873488 A JP 18873488A JP H0237597 A JPH0237597 A JP H0237597A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
write
memory cell
voltage
gate
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP63188734A
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English (en)
Inventor
Naotaka Sumihiro
住廣 直孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0237597A publication Critical patent/JPH0237597A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性半導体メモリに関し、特に電荷を蓄積
する浮遊ゲートを有するMIS電界効果トランジスタを
含んで構成される不揮発性半導体メモリに関する。
〔従来の技術〕
不揮発性メモリの中に電気的に書込み可能なFROM、
いわゆるFLASI(EEFROMがある。第5図はF
LASHEEPROMの断面構造図である。同図に示す
ように、13はP型半導体基板、14はドレイン、15
はソース、16は第1のゲート酸化膜、17は浮遊ゲー
ト、18は第2のゲート酸化膜、19は第3のゲート酸
化膜、20は制御ゲートである。P型半導体基板13、
第1のゲート酸化膜16、浮遊ゲート17、第2のゲー
ト酸化膜18、制御ゲート20からなるMIS構造がメ
モリ機能を有するメモリトランジスタ部となり、P型半
導体基板13、第3のゲート酸化膜19、制御ゲート2
0からなるMIS構造部がX−セレクト機能を有するM
IS電界効果トランジスタ部となる。かかるメモリセル
への書込へは例えば、制御ゲート20に約20V、ドレ
イン14に約10vを印加し、ソース15及びP型半導
体基板13を接地することによりメモリセルをオンさせ
、インパクトアイオナイゼーションにより発生するホッ
トエレクトロンを浮遊ゲート17へ注入することにより
なされる。消去は例えば、アイニスニスシーシー・ダイ
ジェスト・オン・テクニカル・ペイバーズ(ISSCC
DIGEST 0FTECHNICAL PAPER5
,P76−P78 、1987)に示される様に、制御
ゲート20、ソース15、P型半導体基板13を接地し
、ドレイン14に約15Vの電圧を印加してホワーノル
ドハイムトネル(FowlerNordheim Tu
nnel)効果により浮遊ゲート17からドレイン14
ヘエレクトロンを放出ことによってなされる。あるいは
例えば、アイニスニスシーシー・ダイジェスト・オン・
テクニカル・ペイバーズ(Isscc DIGEST 
OF TECHNICAL PAPAERS P2S5
−P169.1985)に示される様に、浮遊ゲート1
7と酸化膜を介して対向する消去ゲートを設け、消去ゲ
ートに約15Vの電圧を印加してホワーノルドハイムト
ネル(Fowler Nordheim Tunnel
)効果により浮遊ゲートから消去ゲートへエレクトロン
を放出することによってなされていた。
第6図はFLASHEEPROMの書込に必要な回路の
構成図である。同図に示すようにQlはメモリセル、5
はY−セレクタ、4は書込制御回路、6はX−デコーダ
、2はビット線、3はワード線である。メモリセルのド
レインはビット線2に接続され、制御ゲートはワード線
3に接続されている。
第7図は書込時ワード線3とビット線2の出力波形を示
す図である。同図に示すように書込時間t、の間ワード
線3には一定の約20Vの出力電圧VPPが印加され、
ビット線2には約10Vの書込電圧VDが印加され、メ
モリセルへ書込みがなされている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のFLASHEEPROMでは、消去され
たメモリセルの浮遊ゲート内の電荷は紫外線消去型のE
PROMの様に電荷をすべて放出した状態で安定するも
のではなく、消去時間、消去電圧に依存して変化する。
したがって消去後の浮遊ゲート内の電荷は、消去時間の
バラツキ、消去電圧のバラツキ、温度変化、メモリセル
特性のバラツキ等に依り大きくバラついてしまい、この
浮遊ゲート内の電荷のバラツキは書込特性に大きな影響
を与えてしまう。第8図はメモリセルI−■特性と負荷
曲線及び書込開始点軌跡を示す相関図である。同図に示
すようにメモリセルのI−V特性と曲線A、Bと、書込
制御回路及びY−セレクタとで決定される負荷曲線C,
D及び書込開始点軌跡Eを示している。浮遊ゲート内の
電荷のバラツキは実効的なゲート電位のバラツキであり
ニー7曲線のバラツキとなる。書込はインパクトアイオ
ナイゼーションによるホットエレクトロン注入であるか
ら、ゲート電位とドレイン電位によって書込の可否が決
まる。点a、bは、I−V曲線A、Bのそれぞれの場合
の書込可否の臨界点(以下書込開始点と呼ぶ)を示し、
この点により高電圧がドレインに印加されれば適切な書
込がなされる。これらの点は曲線Eにそって変化する。
メモリセルの消去時に、適度のエレクトロン放出により
浮遊ゲートに多数の正電荷が蓄積された場合、曲線Aに
示すように、制御ゲート電位が高い状態にあるため、書
込開始点aにより負荷曲線Cが低電圧側になってしまい
、書込ができなくなる。そこで制御ゲート電位を低く設
定すると、曲線Bに示すように、書込開始点すは負荷曲
線Cより高電圧側になり書込は可能となるが、浮遊ゲー
トに蓄積されるエレクトロン量は制御ゲート電位に依存
するため十分なエレクトロン量が蓄積できず、適性なし
きい電圧のシフトが得られなくなってしまう。これらの
対策として負荷曲線をDの様に低抵抗化して書込可能と
すると、メモリセルのスナップバック発生点fが負荷曲
線りより低電圧側になりスナップバックが発生してしま
う。スナップバックが発生すると、第5図に示すメモリ
セルの第3のゲート酸化膜19へも多数のホットエレク
トロンが注入されてしまい、X−セレクトトランジスタ
部のしきい電圧の劣化や、チャネルコンダクタンスの劣
化等を引き起こし、さらには多量のゲート電流ストレス
により第3のゲート酸化膜19の絶縁破壊を引き起こし
てしまう欠点があった。この様にスナップバックを起こ
すことなく消去レベルのバラついたメモリセルな安定に
書込む様に負荷曲線を設定することは非常に困難であっ
た。
本発明の目的は、消去レベルのバラついたメモリセルに
スナップバック発生によるメモリセルの特性劣化を引き
起こすことなく、安定でかつ十分なしきい電圧シフトが
得られる書込特性を実現できる不揮発性半導体メモリを
提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の不揮発性半導体メモリは、ドレインがビット線
に接続され制御ゲートがワード線に接続され浮遊ゲート
を有するメモリトランジスタを含んで構成される不揮発
性半導体メモリにおいてソース・ドレイン路が前記ワー
ド線に直列接続された電界効果トランジスタと、書込信
号に応答して時間の経過とともに電圧が上昇する信号を
出力する信号発生回路とを設け、この回路の出力を前記
電界効果トランジスタのゲートに供給したことを特徴と
する不揮発性半導体メモリ。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための回路図
である。Qlはメモリセルである第1のMIS電界効果
トランジスタ、2はビット線、3はワード線で、メモリ
セルQ1のドレインはビット線2に接続されソースはワ
ード線3に接続されている。4は書込制御回路でY−セ
レクタ5を介してビット線2に接続されている。6はX
デコーダで第2のMIS電界電界効果トランジスタ全2
してワード線3に接続されている。7は信号発生回路で
出力が第2のMIS電界トランジスタQ2のゲートへ接
続されている。信号発生回路7は、書込信号と書込信号
を入力とする遅延回路8の出力を入力とするNAND回
路9と、その出力をゲート入力とする第3のMIS電界
効果トランジスタQ、と、抵抗R+と抵抗R2とからな
り、第3のMIS電界効果トランジスタQ、のソースは
接地されドレインは抵抗Rtと抵抗R1を介して電源電
圧v1.へ接続され、抵抗R1と抵抗R2の接続点から
信号を出力する。
第2図は書込動作時の各部の出力電圧波形を示す図であ
る。書込制御信号は信号発生回路7内の遅延回路8でt
、だけ遅れるため、NAND回路9の出力は書込制御信
号の立ち上りからt、たけ遅れた時点からtp  ta
の間“L″を出力する。
したがって信号発生回路7は書込時間t、のうち最初の
t、の間は電源電圧■PPを抵抗R1とR2で抵抗分割
した低い電圧VPP’を出力し、続<1.−t、の間は
第3のMIS電界効果トランジスタQ。
がオフするためVPPを出力する。X−デコーダ6は、
書込時間t、の間はvPPを出力するから、ワード線3
の電位は書込時間の最初のt、の間Vpp’−vTとな
り、続<tp  tacv間はVpp  VTとなる。
なお、VTは第2のMIS電界電界効果トランジスタ全
2きい電圧である。例えば、vppを20Vとし、抵抗
R1とR2の比を1:3とし、第2のMIS電界電界効
果トランジスタ全2きい電圧vTをOvとすると、ワー
ド線3の電位は書込時間t。
の最初のt、の間は約15Vとなり、続<1゜t、の間
は約20Vとなる。
この様にワード線電圧を書込時間の最初のtdの間低い
電圧にすることにより、過度のエレクトロン放出により
多数の正電荷を蓄積したメモリセルの場合でも、書込開
始点は負荷曲線により低電圧側となるため、書込みが進
行する。次にワード線電位が高い電位となってもメモリ
セルの浮遊ゲートにはt4の間にエレクトロンが注入さ
れており、実効的にゲート電位を下げるため書込開始点
より負荷曲線が低電圧側になって書込めないという問題
は生じない、さらに、十分に高い制御ゲート電位で書込
むため十分な量のエレクトロンが注入され、十分なしき
い電圧のシフトが安定に得られる。
第3図は本発明の第2の実施例を説明する回路図である
。7は信号発生回路で、第4のMIS電界電界効果トラ
ンジスタム4電流源10と容量11とからなる。第4の
MIS電界電界効果トランジスタボ4込信号をゲート入
力としドレインを電源電圧VPPに接続しソースを定電
流源10に接続し、定電流源10は容量11に接続され
、容量11は接地されている。信号発生回路7は定電流
源IOと容量11との接点から出力する。
第4図は各部の出力電圧波形を示す図である。
書込信号“Hnとなると第4のMIS電界電界効果トラ
ンジスタボ4ンし定電流源10は一層電流iで容量11
を充電し、信号発生回路7の出力はCは容量11の値、
■1′は第4のMIS電界効果トランジスタのしきい電
圧である。X−デコーダの出力は書込時間t、の間Vp
pを出力するため、ワード線は書込時間の最初のt−=
   (VPP  VT’)の間一定速度で上昇続けV
PP  Vア’−vTとなる。
■7は第2のMIS電界効果トランジスタQ2のしきい
電圧である。
この様にワード線電位は書込時間の最初から一定速度で
所定の時間をかけて上昇するため、高電圧が印加される
までにエレクトロンが注入され実効的にゲート電位を低
下させているので負荷曲線が書込開始点より低電圧側に
くることはなく、浮遊ゲートに多数の正電荷が蓄積され
たメモリセルでも安定にかつ十分なしきい電圧のシフト
が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、ワード線電位すなわち制
御ゲート電位な書込時間初期では低い電圧に設定し、し
かる後に所定の高電圧へ上昇させる制御回路を含んで構
成することにより、電荷を蓄積したメモリセルの場合で
も、始め制御ゲート電位が低いため、書込開始点は負荷
曲線より低電位相になり書込がなされ、更に制御ゲート
電位を高くすることにより十分な書込電荷が浮遊ゲート
に注入される。従って消去時間、消去電圧、温度変化、
メモリセル特性のバラツキ等により大きくバラついてい
る消去後の浮遊ゲート中の電荷量の影響を受けることな
く、しかもスナップバック発生によるメモリセルの特性
劣化を引き起こすことなく、安定でかつ十分なしきい電
圧シフトが得られる書込特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を説明するための回路図
、第2図は第1の実施例の各部の出力電圧波形図、第3
図は第2の実施例を説明するための回路図、第4図は第
2の実施例の各部の出力電圧波形図、第5図はFLAS
HEEPROMの断面構造図、第6図は従来技術の回路
図、第7図は従来技術の各部の出力電圧波形図、第8図
はメモリセルI−V曲線と負荷曲線及び書込開始点軌跡
を示す相関図である。 Ql・・・・・・メモリセル、  Q2. Q3. Q
4・・・・・・MIS電界効果トランジスタ、2・・・
・・・ビット線、3・・・・・・ワード線、4・・・・
・・書込制御回路、5・・・・・・Y−セレクタ、6・
・・・・・X−デコーダ、7・・・・・・信号発生回路
、8・・・・・・遅延回路、9・・・・・・NAND回
路、10・・・・・・定電流源、11・・・・・・容量
、13・・・・・・P型半導体基板、14・・・・・・
ドレイン、15・・・・・・ソース、16・・・・・・
第1のゲート酸化膜、17・・・・・・浮遊ゲート、1
8・・・・・・第2のゲート酸化膜、19・・・・・・
第3のゲート酸化膜、20・・・・・・制御ゲート、R
+ 、 R2・・・・・抵抗。 代理人 弁理士  内 原   晋 第 図 第 図 猶 フ 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ドレインがビット線に接続され制御ゲートがワード線に
    接続され浮遊ゲートを有するメモリトランジスタを含ん
    で構成される不揮発性半導体メモリにおいて、ソース・
    ドレイン路が前記ワード線に直列接続された電界効果ト
    ランジスタと、書込信号に応答して時間の経過とともに
    電圧が上昇する信号を出力する信号発生回路とを設け、
    この回路の出力を前記電界効果トランジスタのゲートに
    供給したことを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
JP63188734A 1988-07-27 1988-07-27 不揮発性半導体メモリ Pending JPH0237597A (ja)

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