JPH05283707A - 不揮発性半導体記憶素子の駆動方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶素子の駆動方法

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JPH05283707A
JPH05283707A JP7503492A JP7503492A JPH05283707A JP H05283707 A JPH05283707 A JP H05283707A JP 7503492 A JP7503492 A JP 7503492A JP 7503492 A JP7503492 A JP 7503492A JP H05283707 A JPH05283707 A JP H05283707A
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JP
Japan
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voltage
gate electrode
source region
drain region
region
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Pending
Application number
JP7503492A
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English (en)
Inventor
Noriaki Kodama
典昭 児玉
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】アバランチェ降服を抑えて中性トラップの生成
のなくし、消去特性の劣化を防止する。 【構成】半導体基板1を接地しドレイン領域3を開放状
態のままとする。ソース領域2に、このソース領域2の
接合耐電圧の1/2以下の電圧を印加する。制御ゲート
電極7に負の電圧を印加する。

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素子
の駆動方法に関し、特に浮遊ゲート電極を有し電気的に
プログラム可能,消去可能な不揮発性半導体記憶素子の
駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】浮遊ゲート電極を有し電気的にプログラ
ム可能で、電気的に消去可能な不揮発性半導体記憶素子
の代表的な構造例を図5(B)に示す。
【0003】この不揮発性半導体記憶素子は、P型の半
導体基板1に所定の間隔をおいて形成されたN型のソー
ス領域2及びドレイン領域3と、第1の絶縁膜4を介し
てソース領域2上の一部からソース領域2,ドレイン領
域3間上及びドレイン領域3上の一部にかけて形成され
た浮遊ゲート電極5と、第2の絶縁膜6を介して浮遊ゲ
ート電極5上に形成された制御ゲート電極7とを有する
構造となっている。第1及び第2の絶縁膜4,6の膜厚
はそれぞれ、酸化膜厚換算で10nm,24nm程度で
ある。
【0004】上述の不揮発性半導体記憶素子の従来の代
表的な駆動方法は、例えばアイ・イー・イー・イー ジ
ャーナル オブ ソリッド ステイト サーキッツ,第
24巻、第5号,1989年10月,1259〜126
4頁「ア 90 ナノ ワンミリオン イレイズ/プロ
グラム サイクル 1メガビット フラッシュ メモリ
ー」(IEEE JOURNAL OF SOLID
STATE CIRCUITS,VOL.24,NO
5,OCTOBER 1989“A 90・ns On
e−Million Erase/Program C
ycle 1−Mbit Flash Memor
y”)に記載されている。
【0005】以下にその駆動方法を説明する。
【0006】プログラムの際の書込み動作は、半導体基
板1及びソース領域2を接地して制御ゲート電極7に例
えば12V、ドレイン領域3に例えば7Vの電圧を印加
して飽和領域動作させ、ドレイン領域3近傍で生じるチ
ャンネルホットエネレクトロンを浮遊ゲート電極5に注
入することにより行なう。
【0007】また、消去動作は、図5(A)に示すよう
に、半導体基板1及び制御ゲート電極7を接地し、ドレ
イン領域3を電気的に開放状態(何も接続しない状態)
にして、ソース領域2に例えば11Vの高電圧を印加し
て浮遊ゲート電極5に蓄積された電子を絶縁膜4を介し
てソース領域2にファウエラー・ノルドハイムトンネル
効果により放出させることにより行なう。
【0008】図6は上述の消去動作を説明するために、
浮遊ゲート電極5と制御ゲート電極7とが電気的に短絡
されているテスト間の不揮発性半導体記憶素子を用いて
測定した、ソース電圧Vsに対するソース電流Is特
性,ゲート電流Ig特性を示す特性図である(このテス
ト用の素子の電気的に短絡された制御ゲート電極7と浮
遊ゲート電極5とを合わせて、以下ゲート電極と呼
ぶ)。
【0009】測定は上述の消去動作と同様に、半導体基
板及びゲート電極を接地してドレイン領域を開放状態に
し、ソース領域にソース電圧Vsを印加して行った。ソ
ース電流Isはソース電圧Vsが約10V以上でアバラ
ンチェ領域になる。また、ゲート電流Igが流れ出すの
はソース電圧VSが約10Vの時であり、ソース領域の
接合耐電圧(図6から約12V)以下でもゲート電流I
gが流れている時には、ソース領域にはアバランチェ降
服が少しは起っていることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の不揮発
性半導体記憶素子の駆動方法では、消去動作の際、ソー
ス領域2に接合耐電圧近い高電圧を印加して浮遊ゲート
電極5に蓄積された電子を放出させる構成となっている
ので、ソース領域2のアバランチェ降服を伴なうため、
アバランチェ降服により生成された正孔が絶縁膜4に注
入され、この絶縁膜4中に中性トラップを生成し、この
中性トラップに電子が捕獲されることにより消去特性が
劣化するという問題点があった。
【0011】本発明の目的は、消去特性の劣化を防止す
ることができる不揮発性半導体記憶素子の駆動方法を提
供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶素子の駆動方法は、P型の半導体基板に所定の間隔
をおいて形成されたN型のソース領域及びドレイン領域
と、第1の絶縁膜を介して前記ソース領域上の一部から
前記ソース領域,ドレイン領域間上及び前記ドレイン領
域上の一部にかけて形成された浮遊ゲート電極と、第2
の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極上に形成された制
御ゲート電極とを備えた不揮発性半導体記憶素子のドレ
イン領域に電圧を印加しない開放状態とし、前記ソース
領域にこのソース領域の接合耐電圧の1/2の電圧を越
えない正の電圧を前記半導体基板の電圧を基準として印
加し、前記制御ゲート電極に前記半導体基板の電圧を基
準として負の所定の電圧を印加し前記不揮発性半導体記
憶素子の記憶内容を消去するようにした構成を有してい
る。
【0013】また、ソース領域を開放状態とし、ドレイ
ン領域にこのドレイン領域の接合耐電圧の1/2の電圧
を越えない正の所定の電圧を半導体基板の電圧を基準と
して印加し、不揮発性半導体記憶素子の記憶内容を消去
するようにした構成を有している。
【0014】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【0015】図1(A),(B)はそれぞれ本発明の第
1の実施例を説明するための等価回路図及び駆動対象の
不揮発性半導体素子の断面図である。
【0016】この実施例が図5(A),(B)に示され
た従来の不揮発性半導体記憶素子の駆動方法と相違する
点は、ソース領域2にこのソース領域2の接合耐電圧の
1/2の電圧を越えない正のソース電圧Vs(例えば+
5V)を印加し、制御ゲート電極7に負のゲート電圧−
Vg(例えば−9V)を印加し、不揮発性半導体記憶素
子MCの記憶内容を消去するようにした点にある。
【0017】次にこの実施例の動作について説明する。
【0018】書込み動作については従来例と同様である
ので、その説明は省略する。
【0019】消去動作は、半導体基板1を接地し、ドレ
イン領域3を開放状態にしてソース領域2にはそのソー
ス領域2の接合耐電圧(この例では約12V)より十分
に低く接合耐電圧の1/2以下の電圧、例えば+5Vを
印加し、制御ゲート電極7には負の電圧、例えば−9V
を印加して浮遊ゲート電極5に蓄積された電子をファウ
エラー、ノルドハイムトンネル効果により放出させるこ
とにより行う。
【0020】図2は本発明の消去動作を説明するため、
前述の従来例の説明にも用いた、浮遊ゲート電極5と制
御ゲート電極7とを電気的に短絡したテスト用の素子を
用いてトンネル膜となる第1の絶縁膜4に消去動作時に
約13MV/cmの電界が印加されると想定してソース
領域2に印加されるソース電圧Vsにより、ソース電流
Isのゲート電流Igに対する割合Is/Igがどう変
わるかを測定したものである。
【0021】ソース電圧Vsが大きくなりソース領域2
の接合耐電圧12Vに近づくに従いIs/Igは急増し
ている。これはソース電圧Vsが接合耐電圧に近づくに
従いソース電流Isのアバランチェ電流の成分が急増す
ることを示している。ソース電圧Vsが接合耐電圧の約
半分(約6V)以下ではIs/Igはほぼ一定であり、
この領域ではソース領域のアバランチェ降服はほぼ完全
に抑えられていると考えられる。従って、消去動作の
際、ソース領域2に印加する電圧はソース領域2の接合
耐電圧の半分以下にしている。
【0022】このように本発明による電圧配分で不揮発
性半導体記憶素子MCを駆動することによりソース領域
2のアバランチェ降服を完全に抑えることができ、従っ
て絶縁膜4中の中性トランプの生成もなくなり、消去特
性の劣化を防止することができる。この様子を図3に示
す。
【0023】従来例の場合、繰り返し回数が1万回を越
えると消去特性の劣化が顕著になっているのに対し、本
発明の場合には、消去特性の劣化は繰り返し回数が10
万回を越えても僅かである。これは前述したように本発
明の場合には、消去動作時にアバランチェ降服が抑えら
れているため、ソース領域2近傍の絶縁膜4に捕獲され
る電子量が従来例より少なくなるためである。
【0024】図4は本発明の第2の実施例を説明するた
めの等価回路図である。
【0025】上述の第1の実施例では、消去動作の際、
浮遊ゲート電極5か3ソース領域2へ電子を放出させた
が、この実施例のように、浮遊ゲート電極5からドレイ
ン領域3へ放出させることも可能である。
【0026】すなわち、半導体基板1を接地し、ソース
領域2を開放状態にしたドレイン領域3にはこのドレイ
ン領域3の接合耐電圧の半分以下の正電圧、例えば4V
を、また、制御ゲート電極7には負電圧、例えば−10
Vをそれぞれ印加して浮遊ゲート電極5に蓄積される電
子を絶縁膜4を介してドレイン領域3へファウエラー・
ノルドハイムトンネル効果により放出して行う。
【0027】ここで不揮発性半導体記憶素子MCを用い
てメモリセルアレイを構成したときの動作を考えると、
第1の実施例では消去動作の際、ソース領域2は共通接
続され、制御ゲート電極7は通常ワード線に接続される
ので、共通のワード線と接続するメモリセルは全て一括
消去されるのに対し、第2の実施例では、ドレイン領域
3と接続するディジット線及び制御ゲート電極7と接続
するワード線により任意の1アドレスのメモリセルを消
去できる利点がある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、不揮発性
半導体記憶素子のドレイン領域(又はソース領域)を開
放状態とし、ソース領域(又はドレイン領域)にこのソ
ース領域(ドレイン領域)の接合耐電圧の1/2以下の
電圧を印加し、制御ゲート電極に負の電圧を印加する構
成とすることにより、ソース領域(ドレイン領域)のア
バランチェ降服を抑えることができるので、第1の絶縁
膜に中性トラップが発生しなくなり、従って消去特性の
劣化を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための等価回
路図及び駆動対象の不揮発性半導体記憶素子の断面図で
ある。
【図2】第1の実施例の消去動作を説明するためのソー
ス電圧に対するソース電流のゲート電流比の特性図であ
る。
【図3】第1の実施例の効果を説明するための消去特性
の劣化特性図である。
【図4】本発明の第2の実施例を説明するための等価回
路図である。
【図5】従来の不揮発性半導体記憶素子の駆動方法を説
明するための等価回路図及び駆動対象の不揮発性半導体
記憶素子の断面図である。
【図6】図5に示された不揮発性半導体記憶素子の駆動
方法の消去動作を説明するためのソース電圧に対するソ
ース電流,ゲート電流の特性図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ソース領域 3 ドレイン領域 4 絶縁膜 5 浮遊ゲート電極 6 絶縁膜 7 制御ゲート電極 MC 不揮発性半導体記憶素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型の半導体基板に所定の間隔をおいて
    形成されたN型のソース領域及びドレイン領域と、第1
    の絶縁膜を介して前記ソース領域上の一部から前記ソー
    ス領域,ドレイン領域間上及び前記ドレイン領域上の一
    部にかけて形成された浮遊ゲート電極と、第2の絶縁膜
    を介して前記浮遊ゲート電極上に形成された制御ゲート
    電極とを備えた不揮発性半導体記憶素子のドレイン領域
    に電圧を印加しない開放状態とし、前記ソース領域にこ
    のソース領域の接合耐電圧の1/2の電圧を越えない正
    の電圧を前記半導体基板の電圧を基準として印加し、前
    記制御ゲート電極に前記半導体基板の電圧を基準として
    負の所定の電圧を印加し前記不揮発性半導体記憶素子の
    記憶内容を消去するようにしたことを特徴とする不揮発
    性半導体記憶素子の駆動方法。
  2. 【請求項2】 ソース領域を開放状態とし、ドレイン領
    域にこのドレイン領域の接合耐電圧の1/2の電圧を越
    えない正の所定の電圧を半導体基板の電圧を基準として
    印加し、不揮発性半導体記憶素子の記憶内容を消去する
    ようにした請求項1記載の不揮発性半導体記憶素子の駆
    動方法。
JP7503492A 1992-03-31 1992-03-31 不揮発性半導体記憶素子の駆動方法 Pending JPH05283707A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6829175B2 (en) * 2002-09-09 2004-12-07 Macronix International Co., Ltd. Erasing method for non-volatile memory

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6829175B2 (en) * 2002-09-09 2004-12-07 Macronix International Co., Ltd. Erasing method for non-volatile memory

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