JPH04310696A - 不揮発性半導体記憶装置の起動方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の起動方法

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JPH04310696A
JPH04310696A JP3076635A JP7663591A JPH04310696A JP H04310696 A JPH04310696 A JP H04310696A JP 3076635 A JP3076635 A JP 3076635A JP 7663591 A JP7663591 A JP 7663591A JP H04310696 A JPH04310696 A JP H04310696A
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gate electrode
insulating film
floating
semiconductor substrate
memory cell
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Noriaki Kodama
児玉 典昭
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    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits
    • G11C16/16Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits for erasing blocks, e.g. arrays, words, groups

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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は不揮発性半導体記憶装置
の起動方法に関し、特に浮遊ゲート電極を有する電気的
に消去,書き込み可能な読み出し専用記憶装置(EEP
ROM)の消去動作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROMの類型のなかには、チップ
上にアレイ構成されるメモリセル全体を、域はチップ上
のメモリセルアレイを幾つかに分割したブロック内のメ
モリセル全体を一括に電気的に消去する一括消去型(フ
ラッシュ)EEPROMと呼ばれるものがある。
【0003】一括消去型EEPROMの代表的な消去動
作例を図1を用いて説明する。
【0004】図1において、P型半導体基板1上に例え
ば膜厚100オングストロームのシリコン酸化膜よりな
る第1のゲート絶縁膜2と浮遊ゲート電極3と例えば実
効的な膜厚が200オングストロームのシリコン酸化膜
とシリコン窒化膜の複合膜よりなる第2のゲート絶縁膜
4と制御ゲート電極5とが順次積層されて形成された複
合ゲート6を有し、前記P型半導体基板1表面に前記複
合ゲート6を間に挟んで互いに電気的に分離されて各々
N型拡散層よりなるソース7とドレイン8を有してメモ
リセルトランジスタ9が構成される。前記浮遊ゲート電
極3に電子が蓄積され、しきい値が例えば8Vに書き込
まれた前記メモリセルトランジスタ9を消去する際には
、前記制御ゲート電極5を接地電位にして、前記ドレイ
ン8を浮遊電位にして前記ソース7に正の高電圧例えば
10Vを10ミリ秒印加して前記浮遊ゲート電極3から
前記第1のゲート絶縁膜2を介して前記ソース7へ電子
をファウエル−ノルドハイム(F−N)トンネルさせて
行い、前記メモリセルトランジスタ9のしきい値が約2
Vになるようにするのが一般的である。しかしこの第1
の従来例の消去方法によれば、ソース7に正の高電圧を
印加して、F−Nトンネルを引き起こす際に浮遊ゲート
電極3下部のソース7の表面が深く空乏化し、ハンド間
トンネリングが誘起され、これにより発生した正孔の一
部が第1のゲート絶縁膜2の中へ注入され、消去効率を
悪くしたりあるいは第1のゲート絶縁膜を劣化させると
いう問題があった。
【0005】そこでこの問題を解決するため以下の述べ
る様な改良された消去法が知られている。すなわち図1
に示した前記のメモリセルトランジスタ9において、そ
のしきい値を例えば8Vに書き込まれた状態から約2V
の消去状態にするには、前記P型半導体基板1を接地電
位にし、前記ソース7及び前記ドレイン8を浮遊電位に
し、前記制御ゲート電極5に負の高電圧、例えば−14
.5Vを10ミリ秒間印加して、前記浮遊ゲート電極3
に蓄積された電子を前記P型半導体基板1へF−Nトン
ネルさせることにより行う。
【0006】この消去方法によれば、消去動作の際に、
前記P型半導体基板1でバンド間トンネル電流が生成さ
れることなく、それにより前記第1ゲート絶縁膜2が劣
化することはない。その為、優れた書き込み/消去の繰
り返し特性,及び誤書き込み耐性の高い特性が得られる
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の消去方
法によると消去動作後にメモリセルトランジスタのしき
い値が負の方向に変動するという別の新たな問題を有し
ている。これは、消去動作により浮遊ゲート電極下部の
第1のゲート絶縁膜2全体に多量の電子が捕獲され、こ
の捕獲された電子が浮遊ゲート電極の自己電界により徐
々にP型半導体基板側に放出されるためである。この様
にメモリセルトランジスタの消去後のしきい値が負の方
向に変動すると、メモリセルトランジスタがディプリー
ションになる過消去の状態にもなり得て問題である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の浮遊ゲート電極
を有する一括消去型EEPROMの消去方法では、半導
体基板上に第1のゲート絶縁膜と浮遊ゲート電極と第2
のゲート絶縁膜と制御ゲート電極とが順次積層された複
合ゲートを有し、前記P型半導体基板表面に前記複合ゲ
ートを間に挟んで互いに電気的に分離されたソース及び
ドレインを有するメモリセルトランジスタにおいて、前
記ドレインを浮遊電位にして、前記制御ゲート電極に互
いのパルスの間隔(I)と印加するパルスの回数(N)
の積(N×I)が0.1秒以上である負の高電圧の連続
パルスを印加して、電子を前記浮遊ゲート電極から前記
第1のゲート絶縁膜を介して前記P型半導体基板へ断続
的にF−Nトンネルさせて行う。この時、ソースは接地
電位又は浮遊電位のいずれかとする。
【0009】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
【0010】図1に示されるメモリセルトランジスタに
おいて、すなわちP型半導体基板1上に例えば膜厚10
0オングストロームのシリコン酸化膜よりなる第1のゲ
ート絶縁膜2と浮遊ゲート電極3と例えば実効的膜厚2
00オングストロームのシリコン窒化膜とシリコン酸化
膜の複合膜よりなる第2のゲート絶縁膜4と制御ゲート
電極5が順次積層された複合ゲート6を有し、前記P型
半導体基板1表面に前記複合ゲート6を間に挟んで互い
に電気的に分離されたN型拡散層よりなるソース7及び
ドレイン8を有して構成されたメモリセルトランジスタ
9において、消去動作の際に、前記制御ゲート電極5に
負電圧を印加して、前記浮遊ゲート電極3に蓄積された
電子を浮遊ゲート電極3の下部全面の領域で前記第1の
ゲート絶縁膜2を介して、前記P型半導体基板1へF−
Nトンネルさせる消去方法では、従来のように前記制御
ゲート電極5に負電圧を1パルスのみ印加して消去を行
うと、消去動作後のメモリセルトランジスタ9のしきい
値が経時変化する。この消去動作後のメモリセルトラン
ジスタ9のしきい値の経時変化を抑えることは、本発明
に消去方法により実現できる。以下に本発明の第1の実
施例の消去方法を説明する。例えばしきい値が約8Vに
書き込まれた状態の前記メモリセルトランジスタ9の前
記P型半導体基板1を接地電位にし、前記ドレイン8お
よびソース7を浮遊電位にし、前記制御ゲート電極5に
パルス高さが例えば−14.5Vで、パルス幅が例えば
10マイクロ秒のパルスを、各パルスの間隔(I)と印
加するパルスの回数(N)の積(I×N)が0.1秒以
上になるように複数回印加する、例えば各パルスの間隔
を10ミリ秒にしてパルスを100回印加することによ
り、電子を前記浮遊ゲート電極3から前記第1のゲート
絶縁膜2を介して前記P型半導体基板1へ断続的にF−
Nトンネルさせて、前記メモリセルトランジスタ9のし
きい値が約2.2Vになるよう消去する。
【0011】図2は制御ゲート電極にパルス高さ−14
.5V,パルス幅10マイクロ秒のパルスを印加して消
去する場合、消去動作後のメモリセルトランジスタのし
きい値電圧の経時変化を印加するパルスの回数により比
較した。各パルスの間隔は一律10ミリ秒とした。消去
動作後にしきい値電圧は徐々に低下する経時変動を示す
。この経時変動は、印加するパルスの回数が多いほど抑
えられる傾向がある。
【0012】図3は、制御ゲート電極にパルス高さ−1
4.5V,パルス幅10マイクロ秒のパルスを100回
印加して消去する場合、消去動作後のメモリセルトラン
ジスタのしきい値電圧の経時変化を印加する各パルスの
間隔の時間により比較した。消去動作後のしきい値電圧
の経時変化は各パルスの間隔が長いほど抑えられる傾向
がある。この様に消去動作後にメモリセルトランジスタ
のしきい値が低下する経時変動を示すのは、消去の際に
メモリセルトランジスタ9の浮遊ゲート電極3下部の第
1のゲート絶縁膜2に電子が捕獲され、この捕獲された
電子が、消去動作後に徐々に浮遊ゲート電極3の自己電
界によりP型半導体基板1へ放出されるためと考えられ
る。しきい値の経時変動は、制御ゲート電極5に印加す
るパルスの回数が多いほど、また各パルスの間隔が長い
ほど少ない。
【0013】図4は消去動作後1秒から1000秒の間
のメモリセルトランジスタ9のしきい値電圧の変化量の
消去の際に制御ゲート電極5に印加した負の高電圧の連
続パルスのパルス間隔(I)とパルス回数(N)の積(
I×N)に対する依存性を見た図である。制御ゲート電
極5に印加した各パルスの高さは−14.5Vであり、
幅は10マイクロ秒である。パルス間隔(I)×パルス
回数(N)が約0.1秒以上でメモリセルトランジスタ
9のしきい値電圧の経時変化量は減少する傾向である。 従って、消去動作後にメモリセルトランジスタ9の安定
したしきい値を得るには、消去動作の際に制御ゲート電
極5に負の高電圧の連続パルスを印加して、その各パル
スの間隔(I)とパルス回数(N)はI×Nが0.1秒
以上になるようにすればよい。上述の本発明の第1の実
施例では、消去動作の際にP型半導体基板1を接地電位
にし、ソース7及びドレイン8を浮遊電位にし、制御ゲ
ート電極5に負電圧パルスを印加して行ったが、以下に
述べる本発明の第2の実施例のように行ってもよい。す
なわちP型半導体基板1及びソース7を接地電位にし、
ドレイン8を浮遊電位にし、制御ゲート電極5に負電圧
パルスを印加して、浮遊ゲート電極3から第1のゲート
絶縁膜2を介してP型半導体基板1へ電子をF−Nトン
ネルさせて行う。この際制御ゲート電極5に印加する負
電圧パルスは、前述のようにパルス間隔(I)×パルス
回数(N)が0.1秒以上になるようにする。本発明の
第1の実施例では、消去動作の際に流れる消去電流はP
型半導体基板1へ流れ、P型半導体基板1の電位が持ち
上げられる。この為、消去動作時にメモリセルトランジ
スタの起動を制御する周辺回路を構成するトランジスタ
のしきい値が変動することがあった。しかし本発明の第
2の実施例ではソース7が接地されている為、消去動作
の際の消去電流はソース7へ流れるため、P型半導体基
板1の電位が持ち上ることはないという利点がある。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明では半導体基
板上に形成された第1のゲート絶縁膜と浮遊ゲート電極
と第2のゲート絶縁膜と制御ゲート電極を順次積層して
形成された複合ゲートを有し、前記P型半導体基板表面
に前記複合ゲートを間に挟んで電気的に分離されたN型
拡散層よりなるソース及びドレインを有して構成される
一括消去型EEPROMのメモリセルトランジスタにお
ける消去動作を、前記P型半導体基板を接地電位にし、
前記ドレインを浮遊電位にして、前記制御ゲート電極に
各パルスの間隔(I)と印加するパルスの回数(N)の
積(I×N)が0.1秒以上となる複数回の負電圧パル
スを印加して、前記浮遊ゲート電極に蓄積された電子を
前記第1のゲート絶縁膜を介して前記P型半導体基板へ
断続的にF−Nトンネルさせて行うことにより、消去動
作後にメモリセルトランジスタのしきい値が経時変動す
ることなく安定になり、かつ、優れた書き込み/消去繰
り返し特性及び高い誤書き込み耐性が得られて高い信頼
性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例及び本発明の第2の実施
例及び従来の実施例における消去動作方法を説明するた
めの、浮遊ゲート電極を有するEEPROMのメモリセ
ルトランジスタの断面図である。
【図2】本発明の効果を示すための、消去動作後のメモ
リセルトランジスタのしきい値の経時変化を消去動作の
際に制御ゲート電極に印加する負電圧パルスの回数によ
る依存性を示す。
【図3】本発明の効果を示すための、消去動作後のメモ
リセルトランジスタのしきい値の経時変化を消去動作の
際に制御ゲート電極に印加する複数の負電圧パルスの各
パルス間隔時間依存性を示す。
【図4】本発明の効果を示すための消去動作後1秒から
1000秒までのメモリセルトランジスタのしきい値の
経時変化量の消去動作の際制御ゲート電極に印加した負
の高電圧の連続パルスの互いのパルス間隔と印加するパ
ルス回数の積に対する依存性を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板の一主面上に第1のゲート
    絶縁膜と浮遊ゲート電極と第2のゲート絶縁膜と制御ゲ
    ート電極とを順次積層して形成された複合ゲートを有し
    、前記半導体基板表面に前記複合ゲートを間に挟んで互
    いに電気的に分離されたソースとドレインを有する不揮
    発性半導体記憶装置において、前記浮遊ゲート電極に蓄
    積された電子を引き抜く消去動作の際に、前記ドレイン
    を浮遊電位にし、前記制御ゲート電極に互いのパルスと
    間隔と印加するパルスの回数の積が0.1秒以上である
    負の高電圧の複数の連続パルスを印加して、前記浮遊ゲ
    ート電極に蓄積された電子を前記第1のゲート絶縁膜を
    介して前記半導体基板へ断続的にファウエル−ノルドハ
    イムトンネルさせて行うことを特徴とする不揮発性半導
    体装置の起動方法。
  2. 【請求項2】  前記消去動作の際に前記ソースを浮遊
    電位にすることを特徴とする前記請求項1記載の不揮発
    性半導体装置の起動方法。
  3. 【請求項3】  前記消去動作の際に前記ソースを接地
    電位にすることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半
    導体装置の起動方法。
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