JPH0696592A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory

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JPH0696592A
JPH0696592A JP24367792A JP24367792A JPH0696592A JP H0696592 A JPH0696592 A JP H0696592A JP 24367792 A JP24367792 A JP 24367792A JP 24367792 A JP24367792 A JP 24367792A JP H0696592 A JPH0696592 A JP H0696592A
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JP
Japan
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writing
write voltage
batch
drain
normal
Prior art date
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Application number
JP24367792A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Miyagawa
川 正 宮
Masamichi Asano
野 正 通 浅
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0696592A publication Critical patent/JPH0696592A/en
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Abstract

PURPOSE:To shorten a writing time and to accelerate erasing at a high speed by applying a high voltage to a control gate of a memory cell, and simultaneously writing it by a tunnel current flowing from a channel region to a floating gate. CONSTITUTION:A predetermined drain voltage VD, a control gate voltage Vcc are applied to a row decoder RD and a cell(C) selected by a column gate CG. Then, hot electrons are generated in a high electric field near a drain, and simultaneously written by a tunnel current to be injected in a floating gate. In this case, an electric field is generated from a channel(Ch) to a gate (FG) near a source S. In the case of erasing, when all the bits are simultaneously written and the voltages VCC, VD are set to predetermined values, a tunnel current from the vicinity of the source is injected in the gate FG. Then, a drain current is reduced as compared with the case of ordinarily writing, and simultaneous writing is performed without wire disconnection due to an overcurrent. Thus, a writing time is shortened, and erasing can be accelerated at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性半導体メモリ
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10及び図11に、フラッシュE2
ROMに用いられているメモリセルの平面パターンと断
面を示す。通常、フラッシュE2 PROMのメモリセル
への書き込みは、ホットエレクトロン注入により、浮遊
ゲートFGに電子を注入させて行い、消去は、ソースS
に高電圧を与えてF‐Nトンネル電流により、浮遊ゲー
トFGから電子を引き抜くことにより行っている。
2. Description of the Related Art A flash E 2 P is shown in FIGS.
The plane pattern and cross section of the memory cell used for ROM are shown. Usually, writing to the memory cell of the flash E 2 PROM is performed by injecting electrons into the floating gate FG by hot electron injection, and erasing is performed by the source S.
A high voltage is applied to the FN tunnel current to extract electrons from the floating gate FG.

【0003】以上の通常の書き込みのメカニズムを、図
12を参照しながら詳しく説明する。
The above normal writing mechanism will be described in detail with reference to FIG.

【0004】フローティングゲートFGの電位は、フロ
ーティングゲートFGとコントロールゲートCGのカッ
プリング比をCFC=0.5とし、消去時のVFG電位をV
FG(I) =約1.5vとすると、 VFG=VCG・CFC+VFG(I) =12×0.5+1.5 =7.5v となる。また、5極管動作により、ピンチオフ点PPが
でき、ドレインDの近傍に高電界が発生する。その領域
にホットエレクトロンが発生し、フローティングゲート
FGに電子が注入される。特にブレークダウン領域で書
き込みを行うとドレイン電流は大きい。
Regarding the potential of the floating gate FG, the coupling ratio between the floating gate FG and the control gate CG is C FC = 0.5, and the V FG potential at the time of erasing is V FC.
When FG (I) = about 1.5 v, the V FG = V CG · C FC + V FG (I) = 12 × 0.5 + 1.5 = 7.5v. Further, the pentode operation creates a pinch-off point PP, and a high electric field is generated near the drain D. Hot electrons are generated in that region, and electrons are injected into the floating gate FG. Especially when writing is performed in the breakdown region, the drain current is large.

【0005】上記通常書き込み時のドレイン電流は図3
のId1として示される。なお、図3において、1はブレ
ークダウン領域を示し、2はセル特性を示し、3は書き
込み負荷トランジスタの特性を示す。
The drain current during the above-mentioned normal writing is shown in FIG.
Of I d1 . In FIG. 3, 1 indicates a breakdown region, 2 indicates cell characteristics, and 3 indicates write load transistor characteristics.

【0006】上記の様な構造のメモリセルで、メモリ装
置を構成すると、消去時に過度に電子が引き抜かれ、メ
モリセルのしきい値Vthが負になってしまうことがあ
る。しきい値が負となったセルと同一のデータ線に接続
された他の書き込み済のセルのデータを読み出した場合
に、過消去のセルも事実上選択状態となり、誤動作を起
す。このため、メモリセルを過消去状態にすることは避
けねばならない。
When a memory device is configured with the memory cell having the above structure, electrons may be excessively extracted during erasing, and the threshold Vth of the memory cell may become negative. When the data of another written cell connected to the same data line as the cell having the negative threshold value is read, the overerased cell is effectively in the selected state, causing a malfunction. Therefore, it is necessary to avoid putting the memory cell in the over-erased state.

【0007】これを防ぐため、従来は、消去を次のよう
にして行っていた。即ち、消去時にすでに消去している
セルを過度に消去しないようにするために、先ず全ビッ
ト(全メモリセル)に書き込みを行い、その後に全ビッ
トを消去して、全てのメモリセルの消去レベルが均一に
なる様にしている。
In order to prevent this, conventionally, erasing has been performed as follows. That is, in order to prevent excessive erasing of cells that have already been erased at the time of erasing, all bits (all memory cells) are first written, then all bits are erased, and the erase level of all memory cells is erased. Is made uniform.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】例えば1Mビットの製
品(128k×8ビット構成)に消去時にあらかじめ全
ビットに書き込みを行う場合を考える。1バイトの書き
込み時間が100μs程度かかるとすると、全ビット書
き込むのに約14秒かかる。その後の全ビット消去が約
1秒で行われる。このため、消去動作の大部分が書き込
みの時間となり、高速で一括全ビット消去できる利点が
なくなる。このようなアルゴリズムを用いると、集積度
が上った場合に、ますます、全消去時間に占める書き込
み時間の割合が増え、一括消去のメリットがなくなる。
Consider, for example, a case where all bits are written in advance at the time of erasing in a 1 M-bit product (128 k × 8 bit configuration). If it takes about 100 μs to write 1 byte, it takes about 14 seconds to write all bits. Subsequent erasure of all bits is performed in about 1 second. Therefore, most of the erasing operation is the writing time, and there is no advantage of erasing all bits at once at a high speed. When such an algorithm is used, when the integration degree increases, the ratio of the write time to the total erase time increases, and the advantage of batch erase disappears.

【0009】しかし、現状の書き込みメカニズムでは、
全ビット一括書き込みは行えない。その理由は、一括書
き込みを行うと、過大の書き込み電流が流れ、配線の溶
断等の破壊につながるためである。
However, in the current writing mechanism,
All bits cannot be written at once. The reason for this is that when the collective writing is performed, an excessively large write current flows, which leads to destruction such as fusing of the wiring.

【0010】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的は、フラッシュE2 PROMにおいて、消去動
作に要する全時間中の書き込み時間を短縮し、消去の高
速化を可能にすることにある。
The present invention has been made in view of the above,
The purpose thereof is to shorten the writing time in the entire time required for the erase operation in the flash E 2 PROM to enable the erase speed to be high.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の不揮発性
半導体メモリ装置は、フローティングゲート、コントロ
ールゲート、ソース及びドレインを有する不揮発性のメ
モリセルの複数がアレイ状に配置されてメモリセルアレ
イを構成しており、選択した前記メモリセルに対する通
常書き込み及び読み出しと、複数の前記メモリセルに対
する一括消去を可能とした不揮発性半導体メモリ装置に
おいて、前記一括消去に先立って、複数の前記メモリセ
ルのコントロールゲートに高電圧を印加して、前記各メ
モリセルにおいて、前記ソースと前記ドレイン間のチャ
ネル領域からフローティングゲートに流れるトンネル電
流により、一括書き込みを行わせる、一括書込電圧出力
手段を有するものとして構成される。
A first nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a memory cell array in which a plurality of nonvolatile memory cells each having a floating gate, a control gate, a source and a drain are arranged in an array. In a non-volatile semiconductor memory device capable of performing normal writing and reading to the selected memory cell and batch erasing of the plurality of memory cells, it is possible to control the plurality of memory cells prior to the batch erasing. It is configured to have a collective write voltage output means for applying a high voltage to a gate to cause collective write in each memory cell by a tunnel current flowing from a channel region between the source and the drain to a floating gate. To be done.

【0012】本発明の第2の不揮発性半導体メモリ装置
は、複数のメモリセルブロックを有し、前記各ブロック
は、フローティングゲート、コントロールゲート、ソー
ス及びドレインを有する不揮発性のメモリセルの複数が
アレイ状に配置されたものであり、前記各ブロック毎に
おいて、選択した前記メモリセルに対する通常書き込み
及び読み出し並びに複数の前記メモリセルに対する一括
消去を可能とした不揮発性半導体メモリ装置において、
前記各ブロック毎の前記一括消去に先立って、前記複数
のブロックのうちの選択した任意のブロック中の複数の
前記メモリセルのコントロールゲートに高電圧を印加し
て、前記任意のブロック中の前記各メモリセルにおい
て、前記ソースと前記ドレイン間のチャネル領域からフ
ローティングゲートに流れるトンネル電流により、一括
書き込みを行わせる、一括書込電圧出力手段を有するも
のとして構成される。
A second nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has a plurality of memory cell blocks, and each block has a plurality of nonvolatile memory cells having a floating gate, a control gate, a source and a drain. In each of the blocks, in a nonvolatile semiconductor memory device capable of normal writing and reading to the selected memory cell and batch erasing of a plurality of the memory cells in each of the blocks,
Prior to the batch erasing for each block, a high voltage is applied to the control gates of the plurality of memory cells in the selected arbitrary block of the plurality of blocks to apply the high voltage to each of the blocks of the arbitrary block. The memory cell is configured as having a collective write voltage output means for performing collective write by a tunnel current flowing from the channel region between the source and the drain to the floating gate.

【0013】本発明の第3の不揮発性半導体メモリ装置
は、前記第1又は第2の不揮発性半導体メモリ装置にお
いて、前記通常書き込み時に、前記メモリセルのコント
ロールゲートに通常書き込み電圧を加える、通常書込電
圧出力手段を、前記一括書込電圧出力手段とは別体に設
けたものとして構成される。
A third non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is the first or second non-volatile semiconductor memory device, wherein a normal write voltage is applied to a control gate of the memory cell during the normal write. The built-in voltage output means is provided separately from the collective write voltage output means.

【0014】本発明の第4の不揮発性半導体メモリ装置
は、前記第1又は第2の不揮発性半導体メモリ装置にお
いて、前記通常書き込み時に、前記メモリセルのコント
ロールゲートに通常書き込み電圧を加える通常書込電圧
出力手段を、前記一括書込電圧出力手段と一体に設け
て、前記通常書込電圧と前記一括書込電圧とを切り換え
出力する複合書込電圧出力手段としたものとして構成さ
れる。
A fourth non-volatile semiconductor memory device of the present invention is the first or second non-volatile semiconductor memory device according to the first or second non-volatile semiconductor memory device, in which a normal write voltage is applied to a control gate of the memory cell during the normal write. The voltage output means is provided integrally with the collective write voltage output means to constitute a composite write voltage output means for switching and outputting the normal write voltage and the collective write voltage.

【0015】本発明の第5の不揮発性半導体メモリ装置
は、前記第3又は第4の不揮発性半導体メモリ装置にお
いて、前記通常書込電圧出力手段は、前記メモリセルの
ドレイン近傍に発生したホットエレクトロンがフローテ
ィングゲートに注入される電圧値の前記通常書込電圧を
出力するものとして構成される。
A fifth non-volatile semiconductor memory device of the present invention is the third or fourth non-volatile semiconductor memory device, wherein the normal write voltage output means is a hot electron generated near the drain of the memory cell. Is configured to output the normal write voltage having the voltage value injected into the floating gate.

【0016】[0016]

【作用】一括消去に先立って行われる一括書き込みにお
いては、一括書込電圧出力手段からの一括書き込み電圧
が、各メモリセルのコントロールゲートに加えられる。
これにより、各メモリセルにおいては、チャネル領域か
らフローティングゲートにトンネル電流が流れて書き込
みが行われる。トンネル電流の電流値は小さいことか
ら、複数のメモリセルについて一括して書き込んでも、
その書き込みに要する全電流値は小さなものに抑えられ
る。
In batch writing performed prior to batch erasing, the batch writing voltage from the batch writing voltage output means is applied to the control gate of each memory cell.
As a result, in each memory cell, a tunnel current flows from the channel region to the floating gate, and writing is performed. Because the current value of the tunnel current is small, even if you write to multiple memory cells at once,
The total current value required for the writing can be suppressed to a small value.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の第1の実施例を図1に示した。図1
においては、書き込み/読み出し切り換え回路WRと、
第1一括書き込み回路WH1と、第2一括書き込み回路
WH2が設けられている。さらに、ワード線WLi のロ
ウデコーダRD寄りと反対側とに、トランスファゲート
WT11〜WT1m,WT21〜WT2mが設けられて
いる。ロウデコーダRDにはSW昇圧回路BSが接続さ
れている。読み出しに当っては、ロウデコーダRD、カ
ラムゲートCGで1つのメモリセルCを選択する。選択
したセルCの電流値に基づいて、センスアンプSAでデ
ータが“0”,“1”のいずれかを判定する。読み出し
たデータは、I/Oバッファ(出力せず)を通して出力
される。
EXAMPLE A first example of the present invention is shown in FIG. Figure 1
In the write / read switching circuit WR,
A first collective write circuit WH1 and a second collective write circuit WH2 are provided. Further, transfer gates WT11 to WT1m and WT21 to WT2m are provided on the opposite side of the word line WL i from the row decoder RD side. The SW booster circuit BS is connected to the row decoder RD. In reading, one memory cell C is selected by the row decoder RD and the column gate CG. Based on the current value of the selected cell C, the sense amplifier SA determines whether the data is "0" or "1". The read data is output through the I / O buffer (not output).

【0018】次に、書き込みモードについて説明する。
ここでは、例えば、8ビット構成の場合の1バイト単位
の通常の書き込みについて説明する。
Next, the write mode will be described.
Here, for example, normal writing in 1-byte units in the case of an 8-bit configuration will be described.

【0019】ロウデコーダLDとカラムゲートCGとに
より選択されたセルCには、ドレイン電圧VD =6v、
ソース電圧VS =0v、コントロールゲート電圧VCG
12vが印加される。ドレイン近傍の高電界により、ホ
ットエレクトロンが発生する。このエレクトロンがフロ
ーティングゲートに注入され、書き込みが行われる。こ
のとき、アバランシェ効果により約数mAのドレイン電
流が流れる。
The cell C selected by the row decoder LD and the column gate CG has a drain voltage V D = 6v,
Source voltage V S = 0 v, control gate voltage V CG =
12v is applied. Hot electrons are generated due to the high electric field near the drain. The electrons are injected into the floating gate and writing is performed. At this time, a drain current of about several mA flows due to the avalanche effect.

【0020】次に、消去モードについて説明する。ソー
ス電圧VS =12v、ドレイン電圧VD =コントロール
ゲート電圧VCG=0vとする。これにより、フローティ
ングゲートとソース間のゲート酸化膜(約100オング
ストローム)に電界がかかり、F‐Nトンネル電流によ
り、フローティングゲート中の蓄積電子が抜き取られ
る。
Next, the erase mode will be described. Source voltage V S = 12 v, drain voltage V D = control gate voltage V CG = 0 v. As a result, an electric field is applied to the gate oxide film (about 100 angstroms) between the floating gate and the source, and the electrons stored in the floating gate are extracted by the FN tunnel current.

【0021】この消去の際に、事前に全ビットのセルを
書き込み済の状態にする必要がある。この書き込みは、
通常のモードとは異なる方法で行う。その理由は、通常
のモードで多ビットに同時に書き込みを行うと、過大電
流が流れ、配線等が破壊する恐れがあるからである。こ
の書き込みは、通常のモードのバイト単位の書き込みと
異なり、全ビット一括書き込みを行う。即ち、コントロ
ールゲート電圧VCG=18v、ドレイン電圧VD =2
v、ソース電圧VS =0vとする。これにより、ソース
近傍からのトンネル電流により、フローティングゲート
に電子を注入する。これにより、ドレイン電流は通常の
書き込みと比較し大変少なくなる。これにより、過電流
によるAl配線切れ等の破壊はなくなる。よって、全ビ
ットを同時に一括書き込みすることが可能となる。
At the time of this erasing, it is necessary to set the cells of all bits to the written state in advance. This writing is
Do it differently than in normal mode. The reason for this is that if multiple bits are simultaneously written in the normal mode, an excessive current may flow and the wiring or the like may be destroyed. This writing is different from the writing in byte unit in the normal mode, and all bits are written collectively. That is, control gate voltage V CG = 18v, drain voltage V D = 2
v and the source voltage V S = 0v. As a result, electrons are injected into the floating gate by the tunnel current from the vicinity of the source. As a result, the drain current is much smaller than in normal writing. As a result, there is no destruction such as breakage of Al wiring due to overcurrent. Therefore, it becomes possible to write all the bits at the same time.

【0022】以上の本発明の実施例での一括書き込みの
メカニズムについて、図2を参照して説明する。
The batch write mechanism in the above embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0023】フローティングゲートFGの電圧は、図1
1の場合と同様に、カップリング比CFC=0.5とすれ
ば、 VFG=18×0.5+1.5=10.5v となる。また、3極管動作によってチャネルchが形成
されている。ソースSの近傍では、チャネルchからフ
ローティングゲートFGに向って、約10MV/cmの電
界(ゲート酸化膜を約100オングストロームとしたと
き)が発生している。チャネルchからトンネル電流に
よってフローティングゲートFGに電子が注入される。
ドレイン電圧2vとした3極管領域の動作であり、図3
からわかるように、ドレイン電流Id2は小さい。
The voltage of the floating gate FG is shown in FIG.
As in the case of 1, if the coupling ratio C FC = 0.5, then V FG = 18 × 0.5 + 1.5 = 10.5v. A channel ch is formed by the operation of the triode. In the vicinity of the source S, an electric field of about 10 MV / cm (when the gate oxide film is about 100 angstrom) is generated from the channel ch toward the floating gate FG. Electrons are injected from the channel ch into the floating gate FG by a tunnel current.
This is the operation in the triode region with a drain voltage of 2v.
As can be seen, the drain current I d2 is small.

【0024】上記した消去動作のアルゴリズムの一例を
図4のフローチャートを参照しつつ説明する。
An example of the algorithm of the erase operation described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0025】図4中、ブロックAは消去特性を均一にす
るために一度全ビットに書き込む動作を行うための部分
であり、ブロックBは消去及びベリファイの動作を行う
ための部分である。即ち、先ずバイト単位での書き込み
を行う(S1)。次いで、書き込みベリファイを行う
(S2)。もし、プログラムNGの場合には、ステップ
S1に戻る。この追加プログラムは最大25回まで実施
される。ステップS2において書き込みベリファイOK
の場合はステップS3に移る。全番地がプログラムでき
ていない場合はステップS1に戻り、プログラムできて
いる場合にはステップS4に移る。ステップ4では、消
去パルス10msecで、全ビットを一括消去する。ステッ
プS5において、消去ベリファイNGの場合はステップ
S4に戻る。もし、消去されないセルがある場合は追加
消去を行う。最大3000回まで追加消去を行う。ステ
ップS5において消去ベリファイOKの場合は、消去動
作を終了する。
In FIG. 4, block A is a part for performing a write operation to all bits once to make the erase characteristics uniform, and block B is a part for performing erase and verify operations. That is, first, writing is performed in byte units (S1). Next, write verify is performed (S2). If the program is NG, the process returns to step S1. This additional program will be conducted up to 25 times. Write verify OK in step S2
In case of, it moves to step S3. If all addresses have not been programmed, the procedure returns to step S1, and if they have been programmed, the procedure moves to step S4. In step 4, all bits are erased at once with an erase pulse of 10 msec. In the case of erase verify NG in step S5, the process returns to step S4. If there is a cell that cannot be erased, additional erase is performed. Perform additional deletion up to 3000 times. If the erase verify is OK in step S5, the erase operation is ended.

【0026】図5は図1の一具体例を示す。FIG. 5 shows a specific example of FIG.

【0027】書き込み/読み出し切り換え回路WRは、
トランスファゲートWT11〜WT1mのゲートに接続
されたラインWRLに、通常のバイト単位の書き込み時
にVPP(=12v)を与え、通常の書き込み以外の時
(リード時/消去時/一括書き込みモード時)はV
CC(=5v)を与える回路である。
The write / read switching circuit WR is
V PP (= 12v) is applied to the line WRL connected to the gates of the transfer gates WT11 to WT1m at the time of normal writing in byte units, and at the time other than normal writing (at the time of reading / erasing / in batch writing mode) V
This is a circuit that gives CC (= 5v).

【0028】通常書き込み時は、<Prog >=15v,
NProg =0vとなり、VPP電位がトランジスタ10
1,102を介してラインWRLに印加される。通常書
き込み時以外は<Prog >=0v,NProg =5vとな
り、トランジスタ103を介してラインWRLにVCC
印加される。
At the time of normal writing, <P rog > = 15v,
NP rog = 0v, and the V PP potential becomes the transistor 10
It is applied to the line WRL via 1, 102. <P rog > = 0v and NP rog = 5v except during normal writing, and V CC is applied to the line WRL via the transistor 103.

【0029】第1、第2一括書き込み回路WH1,WH
2は、全ビット一括書き込み時にのみ動作して、高電圧
(約18V)を全ワード線に印加するための回路であ
る。第2一括書き込回路は、一括書き込み時のワード線
電位をつくる回路であり、WHL2=約18vを発生す
る。WH2(=約18v)は、WHL1によってオン/
オフさせられるトランスファゲートWT21〜WT2m
を介して全ワード線WLに印加される。WHL1は第1
一括書き込み回路でつくられる。第1一括書き込み回路
WH1は、第2一括書き込み回路WH2で発生した電位
を、電位降下させずに全ワード線WLに印加できる様
に、トランスファゲートTW1〜TWmゲートに昇圧電
位(約23v)を印加する回路である。
First and second batch write circuits WH1, WH
Reference numeral 2 is a circuit that operates only when writing all bits at once and applies a high voltage (about 18 V) to all word lines. The second batch write circuit is a circuit that creates a word line potential at the time of batch write, and generates WHL2 = about 18v. WH2 (= about 18v) is turned on / off by WHL1
Transfer gates WT21 to WT2m turned off
Is applied to all word lines WL via. WHL1 is the first
Made with a batch writing circuit. The first collective write circuit WH1 applies a boosted potential (about 23v) to the transfer gates TW1 to TWm gates so that the potential generated in the second collective write circuit WH2 can be applied to all the word lines WL without a potential drop. It is a circuit to do.

【0030】一括書き込み時、OSCとして発振波形が
与えられ、PBE=“H”(=5v)、NPBE=
“L”(=0v)となる。
At the time of batch writing, an oscillation waveform is given as OSC, PBE = “H” (= 5v), NPBE =
It becomes "L" (= 0v).

【0031】第1一括書き込み回路WH1では、トラン
ジスタ201,202,203によって、〔0v−VCC
(5v)〕の振幅の信号を、〔0v−VPP(12v)〕
の振幅の信号に変換する。キャパシタ204、トランジ
スタ206,207によって、VPPより昇圧した電位を
発生する。トランジスタ205,210は、一括書き込
み時にオン/オフし、一括書き込み時以外にオフ/オン
するスイッチとしての働きをする。図中、208,20
9は高電位を緩和するためのトランジスタである。第1
一括書き込み回路WH1は、2VPP−2VTHI (=約2
4−1=23v)の電位を発生する。一括書き込み時以
外は、トランジスタ210によりグランドGNDに接続
され、0vになる。
In the first collective write circuit WH1, the transistors 201, 202 and 203 allow [0v-V CC
(5v)] amplitude signal, [0v-V PP (12v)]
Convert to a signal of amplitude. The capacitor 204 and the transistors 206 and 207 generate a potential boosted from V PP . The transistors 205 and 210 function as switches that are turned on / off at the time of batch writing and turned on / off at the time of batch writing. In the figure, 208, 20
Reference numeral 9 is a transistor for relaxing high potential. First
The batch write circuit WH1 is 2V PP -2V THI (= about 2
An electric potential of 4-1 = 23 v) is generated. Except at the time of batch writing, it is connected to the ground GND by the transistor 210 and becomes 0v.

【0032】第2一括書き込み回路WH2のトランジス
タ301〜310の動作は、第1一括書き込み回路WH
1と同じである。トランジスタ312,313,314
は、電圧リミッタ回路であり、WHL2を、VPP+2V
THE (=約12+6v=18v)に設定している(V
THE はEタイプトランジスタのVTH)。一括書き込み時
以外は、トランジスタ310により、トランジスタ30
5,312,311のゲートを0v(GNDレベル)に
する。トランジスタ315からVCCが供給されることに
より、WHL2はVCC(=5v)になる。
The operation of the transistors 301 to 310 of the second collective write circuit WH2 is the same as that of the first collective write circuit WH.
Same as 1. Transistors 312, 313, 314
Is a voltage limiter circuit, and WHL2 is set to V PP + 2V
It is set to THE (= about 12 + 6v = 18v) (V
THE is an E-type transistor V TH ). Except during batch writing, the transistor 310 causes the transistor 30
The gates of 5, 312 and 311 are set to 0v (GND level). By supplying V CC from the transistor 315, WHL2 becomes V CC (= 5 v).

【0033】RS1 〜RSr は、ロウデコーダLDのバ
ッファ前段の信号である。アドレスの選択により、選択
ロウは“L”(=0v)、非選択ロウは“H”(=VCC
=5v)になる。C11〜Cmnはメモリセルであり、ワー
ド線、ビット線に接続されている。
RS 1 to RS r are signals in the preceding stage of the buffer of the row decoder LD. Depending on the address selected, the selected row is "L" (= 0v) and the unselected row is "H" (= V CC
= 5v). C 11 to C mn are memory cells, which are connected to word lines and bit lines.

【0034】リード時は、WRL=5v、WHL1=0
v、WHL2=5vである。トランスファゲートWT1
1〜WT1mはオンし、トランスファゲートWT21〜
WT2mはオフし、ロウデコーダLDで選択されたワー
ド線のみがSW(=5v)になる。
At the time of reading, WRL = 5v, WHL1 = 0
v, WHL2 = 5v. Transfer gate WT1
1 to WT1m are turned on, and transfer gates WT21 to WT21 to
WT2m is turned off, and only the word line selected by the row decoder LD becomes SW (= 5v).

【0035】通常書き込み時は、WRL=12v,WH
L1=0v,WHL2=5vである。リード時と同様、
トランスファゲートWT11〜WT1mはオン、トラン
スファゲートWT21〜WT2mはオフする。但し、ト
ランスファゲートWT11〜WT1mのゲートはVPP
ベルと高くなっており、選択されたワード線にはSW
(=12v)が伝えられる。
At the time of normal writing, WRL = 12v, WH
L1 = 0v and WHL2 = 5v. As when reading
The transfer gates WT11 to WT1m are turned on, and the transfer gates WT21 to WT2m are turned off. However, the gates of the transfer gates WT11 to WT1m are as high as V PP level, and the selected word line is SW.
(= 12v) is transmitted.

【0036】一括書き込み時は、WR1=0v,WHL
1=23v,WHL2=18vである。トランスファゲ
ートWT11〜WT1mはオン状態であり、全ワード線
にWHL2=18vが印加される。トランスファゲート
WT11〜WT1mはDタイプトランジスタであるが、
ワード線が|VTHD |以上になると、カットオフし、ロ
ウデコーダLDと切り離される。
At the time of batch writing, WR1 = 0v, WHL
1 = 23v and WHL2 = 18v. The transfer gates WT11 to WT1m are in the ON state, and WHL2 = 18v is applied to all the word lines. The transfer gates WT11 to WT1m are D type transistors,
When the word line becomes │V THD │ or more, it is cut off and separated from the row decoder LD.

【0037】消去時は、WRL=5v,WHL1=0
v,WHL2=5vである。RS1 〜RSr は全てVCC
(=5v)となり、全ワード線をグランドGNDにす
る。
At the time of erasing, WRL = 5v, WHL1 = 0
v, WHL2 = 5v. RS 1 to RS r are all V CC
(= 5v), and all word lines are set to ground GND.

【0038】スタンバイ時も、WRL=5v,WHL1
=0v,WHL2=5vである。RS1 〜RSr はVCC
(=5v)となり、全ワード線を非選択状態にする。
Even during standby, WRL = 5v, WHL1
= 0v and WHL2 = 5v. RS 1 to RS r are V CC
(= 5v), and all word lines are deselected.

【0039】各モードにおいて、ロウデコーダRD
(A)を駆動する信号RSi 、ワード線電位SW,WR
L,WH1,WH2,PBE,Prog の電位を第1表に
示した。
In each mode, the row decoder RD
Signal RS i for driving (A), word line potentials SW, WR
L, WH1, WH2, PBE, showed the potential of the P rog in Table 1.

【0040】 第 1 表 RSi WLi SW WRL WHL1 WHL2 PBE <Prog> 読み出し 選択セル 0 5 5 5 0 5 0 0 非選択セル 5 0 5 5 0 5 0 0 書き込み 選択セル 0 12 12 12 0 5 0 15 (通常) 非選択セル 12 0 12 12 0 5 0 15 一 括 消 去 5 0 5 5 0 5 0 0 一括書き込み 0 18 5 5 23 18 5 0 (単位:v) また、SW昇圧回路BS(A)の出力SW(A)の電位
は、第2表に示される。
Table 1 RS i WL i SW WRL WHL1 WHL2 PBE <Prog> Read selected cell 0 5 5 5 0 5 0 0 Unselected cell 5 0 5 5 0 5 0 0 Write Selected cell 0 12 12 12 0 5 0 15 (Normal) Non-selected cell 12 0 12 12 0 5 0 15 Batch erase 5 0 5 5 0 5 0 0 Batch writing 0 18 5 5 23 18 5 0 (Unit: v) The potential of the output SW (A) of the SW booster circuit BS (A) is shown in Table 2.

【0041】 第 2 表 通常書き込み 一括書き込み リード 一括消去 SW(B) 12 18 5 5 SW(A) 12 5 5 5 (一括書き込み回路か らワード線昇圧) (単位:v) 図6は本発明の第2の実施例を示す。この実施例は、メ
モリセルアレイMCAを幾つかのブロックB1〜Blに
分割し、それぞれのブロックB1〜Blを独立に書き換
え可能としたメモリ装置である。
Table 2 Normal write Batch write Read batch erase SW (B) 12 18 5 5 SW (A) 12 5 5 5 ( batch write circuit or al word line boosting) (unit: v) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. This embodiment is a memory device in which the memory cell array MCA is divided into several blocks B1 to Bl, and each of the blocks B1 to Bl can be independently rewritten.

【0042】ブロック毎の消去、書き込み及びブロック
毎の一括書き込みを行うため、一括書き込み電圧WHL
2をワード線WLに転送する。各ブロックに接続された
トランスファゲートを他のブロックのゲートと独立的に
駆動するため、第1一括書き込み回路WH1を、メモリ
セルアレイのブロックB1〜Blに対応させてl分割し
てl個の一括書き込み回路WH11〜WH1lとし、そ
れぞれの回路WH11〜WH1lの出力端をメモリセル
アレイのブロックB1〜BlのトランスファゲートWT
211〜WT21l,WT2m1〜WT2mlに接続し
ている。
Since erasing and writing for each block and batch writing for each block are performed, the batch write voltage WHL is used.
2 is transferred to the word line WL. Since the transfer gates connected to each block are driven independently of the gates of other blocks, the first batch write circuit WH1 is divided into 1 blocks corresponding to the blocks B1 to Bl of the memory cell array, and 1 batch write is performed. Circuits WH11 to WH11, and output terminals of the circuits WH11 to WH11 are transfer gates WT of blocks B1 to Bl of the memory cell array.
211 to WT21l and WT2m1 to WT2ml.

【0043】図7に示される本発明の第4の実施例は、
通常の書き込み時、読み出し時、一括書き込み時のワー
ド線電位を同一回路〔ロウデコーダRD(B)〕でつく
るようにしたものである。この回路構成としたときに
は、第1及び第2一括書き込み回路WH1,WH2はな
くても良い。さらに、この回路は、一括書き込み回路、
書き込み/読み出し回路を備えず、ワード線にもトラン
スファゲートを用いず、従来タイプと同じ構成である。
この構成で、一括書き込みを行えるように、SW昇圧回
路BS(B)とロウデコーダRD(B)を回路的及びプ
ロセス的に対策を施した実施例である。SW昇圧回路B
S(B)及びロウデコーダRD(B)の具体例は、図
8、9にそれぞれ示される。ロウデコーダRD(B)の
回路構成はロウデコーダRD(A)と同じである。ただ
し、後述のように、18v印加時にも酸化膜が破壊する
のを防止するため、酸化膜を厚くしている。出力SW
(B)は第2表に示される。
The fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 7 is
The word line potential at the time of normal writing, reading, and batch writing is created by the same circuit [row decoder RD (B)]. With this circuit configuration, the first and second collective write circuits WH1 and WH2 may be omitted. In addition, this circuit is a batch write circuit,
The structure is the same as that of the conventional type without a write / read circuit and without using a transfer gate for a word line.
This embodiment is an embodiment in which the SW booster circuit BS (B) and the row decoder RD (B) are provided with countermeasures in terms of circuit and process so that batch writing can be performed. SW booster circuit B
Specific examples of the S (B) and the row decoder RD (B) are shown in FIGS. The circuit configuration of the row decoder RD (B) is the same as that of the row decoder RD (A). However, as described later, the oxide film is made thick in order to prevent the oxide film from being destroyed even when 18 V is applied. Output SW
(B) is shown in Table 2.

【0044】図8において、出力SW(B)は、図9の
ロウデコーダRD(B)の最終段バッファのP−chト
ランジスタのソース等に加えられる。この回路では、一
括書き込み時にはVCG=18vかかる。この際のロウデ
コーダRD(B)のバッファ部のジャンクション耐圧及
びゲート酸化膜耐圧が問題となる。耐圧向上のため、各
トランジスタのジャンクション部分は高耐圧構造とす
る。即ち、図9に破線の丸で囲んだ高電圧のかかるトラ
ンジスタのゲート酸化膜を他のトランジスタより厚く作
っている。
In FIG. 8, the output SW (B) is added to the source or the like of the P-ch transistor of the final stage buffer of the row decoder RD (B) of FIG. In this circuit, V CG = 18v is required at the time of batch writing. At this time, the junction breakdown voltage and the gate oxide film breakdown voltage of the buffer portion of the row decoder RD (B) become a problem. In order to improve the breakdown voltage, the junction part of each transistor has a high breakdown voltage structure. That is, the gate oxide film of a transistor to which a high voltage is applied, which is surrounded by a broken line circle in FIG. 9, is made thicker than other transistors.

【0045】これにより、図7に示す従来例の様な構成
のメモリ装置においても、各電圧を通常書き込み、一括
書き込みの電圧にすることにより、メカニズムの異なる
書き込みが可能となる。
As a result, even in the memory device having the structure of the conventional example shown in FIG. 7, by setting each voltage to the normal write voltage or the batch write voltage, it is possible to write with different mechanisms.

【0046】なお、図9中において、RDMはロウデコ
ーダメイン部であり、RAi ,RBi ,RCi ,RDi
はロウアドレスに基づいて決まるプレデコーダからの信
号である。
In FIG. 9, RDM is a row decoder main unit, and RA i , RB i , RC i , RD i.
Is a signal from the predecoder determined based on the row address.

【0047】本発明の実施例によれば、消去前における
全ビットに対する書き込みを、全ビット一括同時書き込
みができるようにしたので、消去時間の大幅な短縮が可
能である。例えば、1Mのセルで15秒かかっていた消
去時間を、約1秒に短縮することができる。これによ
り、高速でのデータ書き換えができ、電気的書き換えが
出来るE2 PROMの利点にさらに付加価値が加わる。
According to the embodiment of the present invention, the writing to all the bits before erasing can be performed simultaneously for all the bits, so that the erasing time can be greatly shortened. For example, the erasing time, which took 15 seconds with a 1 M cell, can be reduced to about 1 second. As a result, data can be rewritten at high speed, and an added value is added to the advantage of the E 2 PROM that can be electrically rewritten.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、過電流を流すことなく
複数のメモリセルに対して一括書き込みができ、これに
より過消去状態の発生を防ぎつつも一括消去に要する総
時間の短縮を図ることができる。
According to the present invention, a plurality of memory cells can be collectively written without causing an overcurrent to flow, thereby reducing the total time required for collective erasing while preventing the occurrence of an overerased state. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の回路図。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】一括書き込みのメカニズム説明図。FIG. 2 is an explanatory view of a batch writing mechanism.

【図3】書き込み電流を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing a write current.

【図4】2層セルの消去フローチャート。FIG. 4 is a flowchart for erasing a two-layer cell.

【図5】図1の具体例。5 is a specific example of FIG.

【図6】本発明の第2実施例の回路図。FIG. 6 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention.

【図7】第3実施例の回路図。FIG. 7 is a circuit diagram of a third embodiment.

【図8】図7の一部の具体例。FIG. 8 is a specific example of a part of FIG. 7.

【図9】図7の一部の具体例。9 is a specific example of a part of FIG. 7. FIG.

【図10】2層セルの平面図。FIG. 10 is a plan view of a two-layer cell.

【図11】図10のA−A′断面図。11 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.

【図12】通常書き込みのメカニズム説明図。FIG. 12 is an explanatory diagram of a normal writing mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C(C11〜Cmn) メモリセル RD(A),RD(B) ロウデコーダ BS(A),BS(B) SW昇圧回路 WH1,WH2 第1、第2一括書き込み回路C (C 11 to C mn ) memory cell RD (A), RD (B) row decoder BS (A), BS (B) SW booster circuit WH1, WH2 first and second batch write circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フローティングゲート、コントロールゲー
ト、ソース及びドレインを有する不揮発性のメモリセル
の複数がアレイ状に配置されてメモリセルアレイを構成
しており、選択した前記メモリセルに対する通常書き込
み及び読み出しと、複数の前記メモリセルに対する一括
消去を可能とした不揮発性半導体メモリ装置において、 前記一括消去に先立って、複数の前記メモリセルのコン
トロールゲートに高電圧を印加して、前記各メモリセル
において、前記ソースと前記ドレイン間のチャネル領域
からフローティングゲートに流れるトンネル電流によ
り、一括書き込みを行わせる、一括書込電圧出力手段を
有することを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
1. A plurality of nonvolatile memory cells each having a floating gate, a control gate, a source and a drain are arranged in an array to form a memory cell array, and normal writing and reading to and from the selected memory cell, In a non-volatile semiconductor memory device capable of batch erasing of a plurality of the memory cells, prior to the batch erasing, a high voltage is applied to the control gates of the plurality of the memory cells so that the source of each of the memory cells is the source. A non-volatile semiconductor memory device, comprising: batch write voltage output means for performing batch write by a tunnel current flowing from a channel region between the drain and the drain to a floating gate.
【請求項2】複数のメモリセルブロックを有し、前記各
ブロックは、フローティングゲート、コントロールゲー
ト、ソース及びドレインを有する不揮発性のメモリセル
の複数がアレイ状に配置されたものであり、前記各ブロ
ック毎において、選択した前記メモリセルに対する通常
書き込み及び読み出し並びに複数の前記メモリセルに対
する一括消去を可能とした不揮発性半導体メモリ装置に
おいて、 前記各ブロック毎の前記一括消去に先立って、前記複数
のブロックのうちの選択した任意のブロック中の複数の
前記メモリセルのコントロールゲートに高電圧を印加し
て、前記任意のブロック中の前記各メモリセルにおい
て、前記ソースと前記ドレイン間のチャネル領域からフ
ローティングゲートに流れるトンネル電流により、一括
書き込みを行わせる、一括書込電圧出力手段を有するこ
とを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
2. A plurality of memory cell blocks are provided, and each of the blocks has a plurality of nonvolatile memory cells having a floating gate, a control gate, a source and a drain arranged in an array. In a non-volatile semiconductor memory device capable of performing normal writing and reading for the selected memory cell and batch erasing for a plurality of memory cells in each block, prior to the batch erasing for each block, the plurality of blocks A high voltage is applied to the control gates of the plurality of memory cells in the selected arbitrary block of the memory cells, and the floating gate is applied from the channel region between the source and the drain in each of the memory cells of the arbitrary block. Batch writing by tunnel current flowing through A non-volatile semiconductor memory device having collective write voltage output means for performing the operation.
【請求項3】前記通常書き込み時に、前記メモリセルの
コントロールゲートに通常書き込み電圧を加える、通常
書込電圧出力手段を、前記一括書込電圧出力手段とは別
体に設けた、請求項1又は2に記載の不揮発性半導体メ
モリ装置。
3. The normal write voltage output means for applying a normal write voltage to the control gate of the memory cell during the normal write, is provided separately from the collective write voltage output means. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to item 2.
【請求項4】前記通常書き込み時に、前記メモリセルの
コントロールゲートに通常書き込み電圧を加える通常書
込電圧出力手段を、前記一括書込電圧出力手段と一体に
設けて、前記通常書込電圧と前記一括書込電圧とを切り
換え出力する複合書込電圧出力手段とした、請求項1又
は2に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
4. A normal write voltage output means for applying a normal write voltage to a control gate of the memory cell at the time of the normal write is provided integrally with the collective write voltage output means to provide the normal write voltage and the normal write voltage. 3. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, which is a composite write voltage output means for switching and outputting the collective write voltage.
【請求項5】前記通常書込電圧出力手段は、前記メモリ
セルのドレイン近傍に発生したホットエレクトロンがフ
ローティングゲートに注入される電圧値の前記通常書込
電圧を出力するものとして構成されている、請求項3又
は4に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
5. The normal write voltage output means is configured to output the normal write voltage having a voltage value at which hot electrons generated near the drain of the memory cell are injected into a floating gate. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3 or 4.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6111792A (en) * 1998-03-16 2000-08-29 Nec Corporation Non-volatile semiconductor memory device for selective cell flash erasing/programming
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