JPH0817189A - Non-volatile semiconductor device - Google Patents

Non-volatile semiconductor device

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Publication number
JPH0817189A
JPH0817189A JP14609794A JP14609794A JPH0817189A JP H0817189 A JPH0817189 A JP H0817189A JP 14609794 A JP14609794 A JP 14609794A JP 14609794 A JP14609794 A JP 14609794A JP H0817189 A JPH0817189 A JP H0817189A
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JP
Japan
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transistor
memory
memory transistor
gate
writing
Prior art date
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Application number
JP14609794A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Watsuji
行宏 和辻
Akira Maruyama
明 丸山
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stabilize the amount of injected electrons by limiting the amount of current flowing to a memory transistor in a non-volatile semiconductor storage (EPROM, flash memory, etc.) for injecting electrons to a floating gate utilizing the avalanche breakdown phenomenon. CONSTITUTION:Depletion-type transistors 23 and 24 where a source and a gate are connected are provided between an interface circuit 25 for converting the voltage amplitude input between VDD and GND to the voltage amplitude input between VPP and GND and transistors 5 and 6 for selecting a bit line. Also, a similar depletion-type transistor is provided between the drain of a bit-line selection transistor and that of a memory transistor, thus preventing the breakdown of a memory transistor due to overcurrent, latch-up phenomenon, etc. A stable writing is possible regardless of the fluctuation in a writing voltage and scattering in terms of process, thus reducing stress to gate oxide film, increasing number of rewriting times, and improving reliability.

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記憶装置
に関し、特に紫外線消去型書き込み可能な読み出し専用
メモリ(以下、EPROMと称する)、フラッシュ(一
括消去型)メモリの書き込み方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly to a method for writing to a UV erasable writable read only memory (hereinafter referred to as EPROM) and a flash (collective erasing type) memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は従来の書き込み回路である。ここ
では説明を簡単にするため4個のメモリトランジスタ構
成にしてある。但し、実際にはこのメモリトランジスタ
から成るメモリセルは所望の数のメモリトランジスタが
マトリックス状に配列されることにより形成される。1
〜4はメモリトランジスタ、WL1、2はメモリトラン
ジスタのコントロールゲートに接続されたワード線、B
L1、2はメモリトランジスタのドレインに接続された
ビット線、SLはメモリトランジスタのソースに共通に
接続されたソース線、5、6は前記メモリトランジスタ
のドレインに接続されたビット線を選択するNチャネル
トランジスタ、7は5、6のNチャネルトランジスタを
選択する列デコーダ回路、8〜10はNAND回路、1
1〜16はNチャネルトランジスタ、17〜22はPチ
ャネルトランジスタ、25はインターフェイス回路であ
る。ここでインターフェイス回路25はVDD−GND
の電圧振幅入力をVPP−GNDの電圧振幅出力に変え
る働きを持つ。また以下、フローティングゲートへの電
子の注入を書き込みと称する。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a conventional writing circuit. Here, in order to simplify the explanation, a four-memory transistor configuration is adopted. However, in reality, a memory cell composed of this memory transistor is formed by arranging a desired number of memory transistors in a matrix. 1
4 are memory transistors, WL1 and 2 are word lines connected to the control gates of the memory transistors, and B
L1 and 2 are bit lines connected to the drains of the memory transistors, SL is a source line commonly connected to the sources of the memory transistors, and 5 and 6 are N channels for selecting the bit lines connected to the drains of the memory transistors. Transistors, 7 is a column decoder circuit that selects 5, 6 N-channel transistors, 8-10 are NAND circuits, 1
Reference numerals 1 to 16 are N-channel transistors, 17 to 22 are P-channel transistors, and 25 is an interface circuit. Here, the interface circuit 25 is VDD-GND.
Has the function of changing the voltage amplitude input of VPP-GND into the voltage amplitude output of VPP-GND. Further, hereinafter, the injection of electrons into the floating gate is referred to as writing.

【0003】図4に従って書き込み方法を説明する。例
えばメモリトランジスタ1の書き込みを行う場合、まず
NAND回路9の出力をGNDレベル(約0V)、NA
ND回路10の出力をVDDレベル(約5V)とし、W
L1をVPP1レベル(約12.5V)、WL2をGN
Dレベルとする。次にNAND回路8の出力をGNDレ
ベルにし、列デコーダ回路7によりNチャネルトランジ
スタ5をオン、Nチャネルトランジスタ6をオフさせる
ことでBL1をVPP2レベル(約8V)、BL2をオ
ープンレベルとする。ソース線SL,基板はそれぞれG
NDレベルとなっている。そうするとメモリトランジス
タ1が選択され、メモリトランジスタ1のコントロール
ゲートにVPP1レベル、ドレインにVPP2レベル、
ソース、基板にGNDレベルが印加されることになる。
A writing method will be described with reference to FIG. For example, when writing to the memory transistor 1, first, the output of the NAND circuit 9 is set to GND level (about 0V), NA
The output of the ND circuit 10 is set to VDD level (about 5V), and W
L1 is VPP1 level (about 12.5V), WL2 is GN
Set to D level. Next, the output of the NAND circuit 8 is set to the GND level, and the column decoder circuit 7 turns on the N-channel transistor 5 and turns off the N-channel transistor 6 to set BL1 to the VPP2 level (about 8 V) and BL2 to the open level. Source line SL and substrate are G respectively
It is at the ND level. Then, the memory transistor 1 is selected, the control gate of the memory transistor 1 is at VPP1 level, the drain is at VPP2 level,
The GND level is applied to the source and the substrate.

【0004】このときドレイン近傍でアバランシェブレ
ークダウン現象によりエネルギーの高い電子(ホットエ
レクトロン)が発生し、この電子はコントロールゲート
からの電界に引かれて基板からゲート酸化膜の障壁を乗
り越えてフローティングゲートへと注入される。この場
合、メモリトランジスタ2〜4にはチャネル電流は流れ
ず、アバランシェブレークダウンが起こらないため、フ
ローティングゲートへの電子の注入は行われない。一
方、読み出し時には選択されたメモリトランジスタのコ
ントロールゲートにVDDレベルを印加することで、そ
のときにメモリトランジスタがオンするかオフするかに
よってデータの”1”、”0”を判定する。すなわち書
き込み後のメモリトランジスタのしきい値電圧は読み出
し時にメモリトランジスタのコントロールゲートに印加
される電圧VDDレベルより高くなければならない。
At this time, high-energy electrons (hot electrons) are generated near the drain due to the avalanche breakdown phenomenon, and these electrons are attracted by the electric field from the control gate to overcome the barrier of the gate oxide film from the substrate to the floating gate. Is injected. In this case, a channel current does not flow in the memory transistors 2 to 4, and avalanche breakdown does not occur, so that electrons are not injected into the floating gate. On the other hand, at the time of reading, by applying the VDD level to the control gate of the selected memory transistor, data "1" or "0" is determined depending on whether the memory transistor is turned on or off at that time. That is, the threshold voltage of the memory transistor after writing must be higher than the voltage VDD level applied to the control gate of the memory transistor during reading.

【0005】次に図5に書き込み時のメモリトランジス
タの動作を説明するものとして、メモリトランジスタの
静特性曲線(a)と書き込み負荷トランジスタ曲線
(b)を示す。曲線(a)においてドレイン電圧を上昇
させていくとメモリトランジスタへの電子の注入が起こ
り始めメモリトランジスタのしきい値電圧が上昇するた
め、メモリトランジスタに流れる電流量は減少する。こ
こでドレイン電圧とはメモリトランジスタのドレイン電
圧を示す。さらにドレイン電圧を上昇させると、メモリ
トランジスタはスナップバック現象を起こし、大電流が
流れるようになる。
Next, FIG. 5 shows a static characteristic curve (a) and a write load transistor curve (b) of the memory transistor as an explanation of the operation of the memory transistor at the time of writing. When the drain voltage is increased in the curve (a), injection of electrons into the memory transistor begins to occur and the threshold voltage of the memory transistor increases, so that the amount of current flowing through the memory transistor decreases. Here, the drain voltage indicates the drain voltage of the memory transistor. When the drain voltage is further increased, the memory transistor causes a snapback phenomenon and a large current flows.

【0006】書き込み時のメモリセルの動作点は曲線
(a)と曲線(b)の交点(A)となる。一般に書き込
み特性(書き込み時間とメモリトランジスタのしきい値
電圧のシフト量との関係)はスナップバック領域の方が
非スナップバック領域よりもはるかによい。よって通
常、良好な書き込みを行うため、曲線(a)、(b)の
関係は動作点をホットエレクトロンの発生効率のよい曲
線(a)のスナップバック領域になるように設定する。
The operating point of the memory cell at the time of writing is the intersection (A) of the curves (a) and (b). In general, the write characteristics (relationship between the write time and the shift amount of the threshold voltage of the memory transistor) are much better in the snapback region than in the non-snapback region. Therefore, normally, in order to perform good writing, the relationship between the curves (a) and (b) is set such that the operating point is in the snapback region of the curve (a) with good hot electron generation efficiency.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例において
は、書き込み電圧VPP1レベルのばらつき、プロセス
による書き込み負荷トランジスタのばらつき等によっ
て、曲線(b)が曲線(c)、(d)のようになること
は希ではない。書き込み負荷トランジスタ曲線が曲線
(c)のようにずれると、動作点が曲線(a)の5極間
領域に入り、ホットエレクトロンの発生効率が落ちて書
き込み特性が悪化する。また逆に書き込み負荷トランジ
スタ曲線が曲線(d)のようにずれると、動作点が曲線
(a)のスナップバック領域の上部に位置し、メモリト
ランジスタにメモリトランジスタの電流能力以上の過電
流が流れ、メモリトランジスタの破壊を招くことになり
かねない。メモリトランジスタが破壊を起こさなくて
も、基板電流が増加しラッチアップ現象を起こす可能性
がある。また曲線(a)も曲線(b)と同様にプロセス
のばらつき等によって変化するため、良好な書き込みを
得るための動作点の設定は非常に困難である。
In the above-mentioned conventional example, the curve (b) becomes curves (c) and (d) due to variations in the write voltage VPP1 level, variations in the write load transistor due to the process, and the like. Things are not rare. If the write load transistor curve deviates as shown by the curve (c), the operating point enters the area between the five poles of the curve (a), the hot electron generation efficiency decreases, and the write characteristic deteriorates. On the contrary, when the write load transistor curve shifts as shown by the curve (d), the operating point is located above the snapback area of the curve (a), and an overcurrent exceeding the current capacity of the memory transistor flows in the memory transistor. This may lead to destruction of the memory transistor. Even if the memory transistor is not destroyed, the substrate current may increase and a latch-up phenomenon may occur. Since the curve (a) also changes due to process variations and the like like the curve (b), it is very difficult to set the operating point for obtaining good writing.

【0008】また書き込み時にメモリトランジスタに流
れる電流量を制限する方法として、特願昭63−599
10号に、書き込み負荷トランジスタとしてPチャネル
トランジスタを使用したEPROMの書き込み方式とい
うものが示されている。しかしながらこの方法は確かに
書き込み時にメモリトランジスタに流れる電流量を制限
することができるが、読み出し時にビット線BLに印加
される電圧レベルがVDDレベルとなり、読み出し時に
選択されたメモリトランジスタのフローティングゲート
に電子が注入される誤書き込み、読み出し時に非選択の
メモリトランジスタのフローティングゲートから電子が
引き抜かれる誤消去等の誤動作を起こす可能性が高くな
る。この方法で読み出し時に誤書き込み、誤消去の発生
を抑えようとすると書き込み時に使用するビット線選択
トランジスタと読み出し時に使用するビット線選択トラ
ンジスタを別にするか、読み出し時に何らかの方法でビ
ット線の電位をクランプしなければならない。
As a method of limiting the amount of current flowing through a memory transistor at the time of writing, Japanese Patent Application No. 63-599.
No. 10 shows an EPROM writing method using a P-channel transistor as a writing load transistor. However, although this method can certainly limit the amount of current flowing through the memory transistor at the time of writing, the voltage level applied to the bit line BL at the time of reading becomes the VDD level, and the floating gate of the memory transistor selected at the time of reading has an electron. There is a high possibility that an erroneous operation such as erroneous writing in which data is injected or erroneous erasing in which electrons are extracted from the floating gate of a non-selected memory transistor at the time of reading is caused. To prevent the occurrence of erroneous writing and erasing by this method, separate the bit line selection transistor used for writing from the bit line selection transistor used for reading, or clamp the bit line potential at some time during reading. Must.

【0009】本発明の目的は上記課題を解決し、フロー
ティングゲートに電子を注入する半導体装置において、
電子の注入量を安定させることにある。
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a semiconductor device in which electrons are injected into a floating gate.
It is to stabilize the injection amount of electrons.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる不揮発性
半導体記憶装置はフローティングゲートとコントロール
ゲートとを備え、前記フローティングゲートに電子を注
入する動作をドレイン端部で発生するホットエレクトロ
ンで行うとともに、前記フローティングゲートから電子
を引き抜く動作を行うメモリトランジスタがマトリック
ス状に配置され、前記メモリトランジスタのコントロー
ルゲートがワード線に、ドレインがビット線に、ソース
がソース線に接続されてなる不揮発性半導体記憶装置に
おいて、フローティングゲートへの電子の注入動作時に
前記メモリトランジスタに流れる電流量を制限すること
を特徴とする。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a floating gate and a control gate, and an operation of injecting electrons into the floating gate is performed by hot electrons generated at a drain end, and A non-volatile semiconductor memory device in which memory transistors for extracting electrons from the floating gate are arranged in a matrix, and the control gates of the memory transistors are connected to word lines, drains to bit lines, and sources to source lines. In (1), the amount of current flowing through the memory transistor during the operation of injecting electrons into the floating gate is limited.

【0011】また本発明に係わる不揮発性半導体記憶装
置は、フローティングゲートとコントロールゲートとを
備え、前記フローティングゲートに電子を注入する動作
をドレイン端部で発生するホットエレクトロンで行うと
ともに、前記フローティングゲートから電子を引き抜く
動作を行うメモリトランジスタがマトリックス状に配置
され、前記メモリトランジスタのコントロールゲートが
ワード線に、ドレインがビット線に、ソースがソース線
に接続されてなる不揮発性半導体記憶装置において、前
記フローティングゲートに電子を注入する動作を行う
際、VDD−GNDの電圧振幅入力をVPP−GNDの
電圧振幅入力に変換する働きを持つインターフェイス回
路と、前記ビット線に接続され前記ビット線を選択する
ためのトランジスタとの間に、ソースとゲートを接続し
たデプレッション型トランジスタを設けたことを特徴と
する。
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a floating gate and a control gate, and the operation of injecting electrons into the floating gate is performed by hot electrons generated at the drain end, and the floating gate is controlled from the floating gate. In the nonvolatile semiconductor memory device, wherein the memory transistors that perform the operation of extracting electrons are arranged in a matrix, and the control gates of the memory transistors are connected to word lines, the drains are connected to bit lines, and the sources are connected to source lines. An interface circuit having a function of converting a voltage amplitude input of VDD-GND into a voltage amplitude input of VPP-GND when performing an operation of injecting electrons into the gate; and an interface circuit connected to the bit line for selecting the bit line. Transistor Between, characterized in that a depletion type transistor connected to the source and gate.

【0012】また本発明に係わる不揮発性半導体記憶装
置は、フローティングゲートとコントロールゲートとを
備え、前記フローティングゲートに電子を注入する動作
をドレイン端部で発生するホットエレクトロンで行うと
ともに、前記フローティングゲートから電子を引き抜く
動作を行うメモリトランジスタがマトリックス状に配置
され、前記メモリトランジスタのコントロールゲートが
ワード線に、ドレインがビット線に、ソースがソース線
に接続されてなる不揮発性半導体記憶装置において、前
記ビット線に接続され前記ビット線を選択するためのト
ランジスタと、前記メモリトランジスタのドレインとの
間に、ソースとゲートを接続したデプレッション型トラ
ンジスタを設けたことを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a floating gate and a control gate, and the operation of injecting electrons into the floating gate is performed by hot electrons generated at the drain end, In a nonvolatile semiconductor memory device in which memory transistors that perform an operation of extracting electrons are arranged in a matrix form, the control gates of the memory transistors are connected to word lines, the drains are connected to bit lines, and the sources are connected to source lines. A depletion type transistor having a source and a gate connected between a transistor connected to a line for selecting the bit line and a drain of the memory transistor is provided.

【0013】[0013]

【作用】上記手段によれば、書き込みの際にメモリセル
に流れる電流量を制限することができ、過電流によるメ
モリトランジスタの破壊やラッチアップ現象等を防止す
ることができる。また書き込み電圧の変動、プロセス上
のばらつきによる影響を受けにくくなり、安定した書き
込みを行うことができ、ゲート酸化膜に余計なストレス
を与えることがなくなるので、書き換え回数の向上、さ
らには信頼性の向上を図ることができる。
According to the above means, it is possible to limit the amount of current flowing in the memory cell at the time of writing, and it is possible to prevent the destruction of the memory transistor and the latch-up phenomenon due to the overcurrent. In addition, it is less susceptible to fluctuations in writing voltage and variations in processes, stable writing can be performed, and unnecessary stress is not applied to the gate oxide film. It is possible to improve.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例における書き込
み回路である。ここでは説明を簡単にするため4個のメ
モリトランジスタ構成にしてある。但し、実際にはこの
メモリトランジスタから成るメモリセルは所望の数のメ
モリトランジスタがマトリックス状に配列されることに
より形成される。23、24はデプレッション型トラン
ジスタである。符号は図4と共通のものは同じにして省
略する。また以下、フローティングゲートへの電子の注
入を書き込みと称する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a write circuit according to a first embodiment of the present invention. Here, in order to simplify the explanation, a four-memory transistor configuration is adopted. However, in reality, a memory cell composed of this memory transistor is formed by arranging a desired number of memory transistors in a matrix. Reference numerals 23 and 24 denote depletion type transistors. The reference numerals are the same as those in FIG. 4 and are omitted. Further, hereinafter, the injection of electrons into the floating gate is referred to as writing.

【0015】図1に従って書き込み方法を説明する。例
えばメモリトランジスタ1の書き込みを行う場合、まず
NAND回路9の出力をGNDレベル(約0V)、NA
ND回路10の出力をVDDレベル(約5V)とし、W
L1をVPP1レベル(約12.5V)、WL2をGN
Dレベルとする。次にNAND回路8の出力をGNDレ
ベルにし、列デコーダ回路7によりNチャネルトランジ
スタ5をオン、Nチャネルトランジスタ6をオフさせる
ことでBL1をVPP2レベル(約8V)、BL2をオ
ープンレベルとする。ソース線SL、基板はそれぞれG
NDレベルとなっている。そうするとメモリトランジス
タ1が選択され、メモリトランジスタ1のコントロール
ゲートにVPP1レベル、ドレインにVPP2レベル、
ソース、基板にGNDレベルが印加されることになる。
A writing method will be described with reference to FIG. For example, when writing to the memory transistor 1, first, the output of the NAND circuit 9 is set to GND level (about 0V), NA
The output of the ND circuit 10 is set to VDD level (about 5V), and W
L1 is VPP1 level (about 12.5V), WL2 is GN
Set to D level. Next, the output of the NAND circuit 8 is set to the GND level, and the column decoder circuit 7 turns on the N-channel transistor 5 and turns off the N-channel transistor 6 to set BL1 to the VPP2 level (about 8 V) and BL2 to the open level. Source line SL and substrate are G
It is at the ND level. Then, the memory transistor 1 is selected, the control gate of the memory transistor 1 is at VPP1 level, the drain is at VPP2 level,
The GND level is applied to the source and the substrate.

【0016】このときドレイン近傍でアバランシェブレ
ークダウン現象によりエネルギーの高い電子(ホットエ
レクトロン)が発生し、この電子はコントロールゲート
からの電界に引かれて、基板からゲート酸化膜の障壁を
乗り越えてフローティングゲートに注入される。この場
合、メモリトランジスタ2〜4にはチャネル電流は流れ
ず、アバランシェブレークダウンが起こらないため、フ
ローティングゲートへの電子の注入は行われない。
At this time, high-energy electrons (hot electrons) are generated in the vicinity of the drain due to the avalanche breakdown phenomenon, and these electrons are attracted by the electric field from the control gate to overcome the barrier of the gate oxide film from the substrate and float on the floating gate. Is injected into. In this case, a channel current does not flow in the memory transistors 2 to 4, and avalanche breakdown does not occur, so that electrons are not injected into the floating gate.

【0017】一方、読み出し時には選択されたメモリト
ランジスタのコントロールゲートにVDDレベルを印加
することで、そのときにメモリトランジスタがオンする
かオフするかによってデータの”1”、”0”を判定す
る。すなわち書き込み後のメモリトランジスタのしきい
値電圧は読み出し時にメモリトランジスタのコントロー
ルゲートに印加される電圧VDDレベルより高くなけれ
ばならない。
On the other hand, at the time of reading, by applying the VDD level to the control gate of the selected memory transistor, data "1" or "0" is determined depending on whether the memory transistor is turned on or off at that time. That is, the threshold voltage of the memory transistor after writing must be higher than the voltage VDD level applied to the control gate of the memory transistor during reading.

【0018】次に図3に本発明の書き込み時のメモリト
ランジスタの動作を説明するものとして、メモリトラン
ジスタの静特性曲線(a)と書き込み負荷トランジスタ
特性(b)を示す。曲線(a)においてドレイン電圧を
上昇させていくとメモリトランジスタへの電子の注入が
起こり始め、メモリトランジスタのしきい値電圧が上昇
するため、メモリトランジスタに流れる電流は減少す
る。ここでドレイン電圧とはメモリトランジスタのドレ
イン電圧を示す。
Next, FIG. 3 shows a static characteristic curve (a) and a write load transistor characteristic (b) of the memory transistor as an explanation of the operation of the memory transistor at the time of writing of the present invention. When the drain voltage is increased in the curve (a), injection of electrons into the memory transistor begins to occur, and the threshold voltage of the memory transistor increases, so that the current flowing through the memory transistor decreases. Here, the drain voltage indicates the drain voltage of the memory transistor.

【0019】さらにドレイン電圧を上昇させると、メモ
リトランジスタはスナップバック現象を起こし、大電流
が流れるようになる。また曲線(b)は書き込み負荷ト
ランジスタにソースとゲートを接続したデプレッション
型トランジスタとNチャネルトランジスタを直列に接続
して使用したものである。書き込み負荷トランジスタが
ソースとゲートを接続したデプレッション型トランジス
タとNチャネルトランジスタを使用すると、書き込み負
荷トランジスタ特性はドレイン電圧の高い領域ではNチ
ャネルトランジスタと同じ特性を示し、ドレイン電圧の
低い領域では一定電流となる。
When the drain voltage is further increased, the memory transistor causes a snapback phenomenon and a large current flows. Curve (b) is a depletion type transistor having a source and a gate connected to a write load transistor and an N-channel transistor connected in series. When a depletion type transistor in which the source and gate of the write load transistor are connected to each other and an N-channel transistor are used, the write load transistor characteristic shows the same characteristic as the N-channel transistor in a high drain voltage region and a constant current in a low drain voltage region. Become.

【0020】書き込み時のメモリトランジスタの動作点
は曲線(a)と曲線(b)の交点となる。一般に書き込
み特性(書き込み時間とメモリトランジスタのしきい値
電圧のシフト量との関係)はスナップバック領域の方が
非スナップバック領域よりもはるかによい。よって通
常、良好な書き込みを行うため、曲線(a)と曲線
(b)の関係は動作点をホットエレクトロンの発生効率
のよい曲線(a)のスナップバック領域になるように設
定する。
The operating point of the memory transistor at the time of writing is the intersection of the curve (a) and the curve (b). In general, the write characteristics (relationship between the write time and the shift amount of the threshold voltage of the memory transistor) are much better in the snapback region than in the non-snapback region. Therefore, normally, in order to perform good writing, the relationship between the curve (a) and the curve (b) is set such that the operating point is in the snapback region of the curve (a) with good hot electron generation efficiency.

【0021】ここでも従来例と同じように書き込み電圧
VPP1レベルのばらつき、プロセスによる書き込み負
荷トランジスタばらつき等によって、曲線(b)が曲線
(c)、(d)のようになることがある。しかしながら
書き込み負荷トランジスタ曲線が曲線(c)のようにず
れても、曲線(b)はドレイン電圧の低い領域では一定
電流になるように設定してあるので、動作点は5極間領
域に入らずスナップバック領域のままである。よって書
き込み効率は従来例に比べ落ちることはない。また逆に
書き込み負荷トランジスタ曲線が曲線(d)のようにず
れても、曲線(b)はドレイン領域の低い領域では一定
電流になるように設定してあるので、動作点はそれほど
スナップバック領域の上部には位置しない。
Here, like the conventional example, the curve (b) may become curves (c) and (d) due to variations in the write voltage VPP1 level, variations in the write load transistor due to the process, and the like. However, even if the write load transistor curve deviates from the curve (c), the curve (b) is set to have a constant current in the low drain voltage region, so the operating point does not fall within the 5-pole region. It remains in the snapback area. Therefore, the writing efficiency is not lower than that of the conventional example. On the contrary, even if the write load transistor curve deviates as shown in the curve (d), the curve (b) is set so as to have a constant current in the low drain region, so that the operating point is not so much in the snapback region. Not located on top.

【0022】よってメモリトランジスタに電流能力以上
の電流が流れることもないので、メモリトランジスタの
破壊、ラッチアップ現象を起こすこともない。また曲線
(a)も従来例と同様にプロセスのばらつき等によって
変化するが、従来例に比べメモリトランジスタの動作電
流のばらつきが少ないのは明白である。したがって書き
込み負荷トランジスタの設定は非常に容易になり、書き
込み後のメモリトランジスタのしきい値電圧のばらつき
が小さくなる。
Therefore, since the current exceeding the current capacity does not flow through the memory transistor, the memory transistor is not destroyed and the latch-up phenomenon does not occur. The curve (a) also changes due to process variations and the like as in the conventional example, but it is clear that the variation in the operating current of the memory transistor is smaller than in the conventional example. Therefore, the setting of the write load transistor becomes very easy, and the variation in the threshold voltage of the memory transistor after writing becomes small.

【0023】書き込み後のメモリトランジスタのしきい
値電圧は前記書き込み電圧VPP1レベル、プロセスに
おけるばらつき等を加味し、最も書き込み特性の悪いメ
モリトランジスタが読み出し時にメモリトランジスタの
コントロールゲートに印加される電圧VDDレベルより
高くなるように設定する。すなわちマトリックス状に配
置されたメモリセル内のメモリトランジスタの書き込み
特性のばらつきが大きければ大きいほど、書き込み特性
の良いメモリトランジスタには余計なストレスがかか
り、書き換え回数、さらには信頼性の面からみても好ま
しいものではない。よって前記の方法によって書き込み
後のメモリトランジスタのしきい値電圧のばらつきを少
なくすることは、書き換え回数、さらには信頼性を向上
させることができる。
The threshold voltage of the memory transistor after writing takes into consideration the write voltage VPP1 level, process variations, etc., and the memory transistor having the worst write characteristic is at the voltage VDD level applied to the control gate of the memory transistor at the time of reading. Set higher. That is, the larger the variation in the write characteristics of the memory transistors in the memory cells arranged in a matrix, the more stress is applied to the memory transistors having good write characteristics, and the number of times of rewriting and the reliability are improved. Not preferred. Therefore, reducing the variation in the threshold voltage of the memory transistor after writing by the above method can improve the number of times of rewriting and further the reliability.

【0024】また従来例で示した特願昭63−5991
0号の問題点であった読み出し時のビット線の電位につ
いて説明する。本発明におけるビット線の電位は(1)
式で表すことができる。
Further, Japanese Patent Application No. 63-5991 shown in the conventional example.
The potential of the bit line at the time of reading, which is a problem of No. 0, will be described. The potential of the bit line in the present invention is (1)
It can be represented by a formula.

【0025】 VD=VDD−{Vth+γ(VDD+2ψ)1/2−(2ψ)1/2} ・・・(1) ここでVDはメモリトランジスタのドレインの電圧、V
thは書き込み負荷トランジスタのしきい値電圧、γ、
ψは定数である。(1)式を見ても明らかなようにメモ
リトランジスタのドレインにかかる電圧VDは電源電圧
VDDレベルより書き込み負荷トランジスタのしきい値
電圧以上低くなっており、通常の設定ではVDD=5.
0Vの時、VD=1.0〜2.0Vになる。よって読み
出し時に選択されたメモリトランジスタのフローティン
グゲートに電子が注入される誤書き込みや読み出し時に
非選択のメモリトランジスタのフローティングゲートか
ら電子が引き抜かれる誤消去等の誤動作は起こらない。
VD = VDD− {Vth + γ (VDD + 2ψ) 1/2 − (2ψ) 1/2 } (1) where VD is the drain voltage of the memory transistor, Vd
th is the threshold voltage of the write load transistor, γ,
ψ is a constant. As is clear from the expression (1), the voltage VD applied to the drain of the memory transistor is lower than the power supply voltage VDD level by the threshold voltage of the write load transistor or more, and VDD = 5.
At 0V, VD = 1.0 to 2.0V. Therefore, malfunctions such as erroneous writing in which electrons are injected into the floating gate of the memory transistor selected at the time of reading and erroneous erasing such as electrons being drawn from the floating gate of the non-selected memory transistor at the time of reading do not occur.

【0026】図2は本発明の第2の実施例における書き
込み回路である。本第2の実施例は第1の実施例に比
べ、デプレッション型トランジスタ23、24の位置が
異なったものとなっている。符号は図1と共通のものは
同じにして省略する。
FIG. 2 shows a write circuit according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in the position of the depletion type transistors 23 and 24. The reference numerals are the same as those in FIG. 1 and are omitted.

【0027】書き込み方法は第1の実施例と同じである
ので省略する。書き込み時のメモリトランジスタの動作
については第1の実施例に比べ、異なる部分について説
明する。第2の実施例が第1の実施例と異なる部分は、
書き込み負荷トランジスタであるが、書き込み負荷トラ
ンジスタ曲線は図3の曲線(b)と同じものになり、動
作は第1の実施例と全く同じものとなる。
Since the writing method is the same as that of the first embodiment, it will be omitted. With respect to the operation of the memory transistor at the time of writing, different parts from those of the first embodiment will be described. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that
Although it is a write load transistor, the write load transistor curve is the same as the curve (b) of FIG. 3, and the operation is exactly the same as in the first embodiment.

【0028】以上、フローティングゲートへの電子の注
入を書き込み動作として説明を行ってきたが、フローテ
ィングゲートへの電子の注入を消去動作としても本発明
の効果は何ら変わるものではない。また前記説明ではE
PROMの書き込み回路を例にして説明を行ったが、こ
れはフローティングゲートにアバランシェブレークダウ
ンによって発生したホットエレクトロンを注入するメモ
リトランジスタ(例えばフラッシュメモリ等)であれ
ば、全てのメモリトランジスタに同様の効果を得ること
ができる。
Although the injection of electrons into the floating gate has been described as a write operation, the effect of the present invention does not change even if the injection of electrons into the floating gate is an erase operation. In the above explanation, E
Although the description has been given by taking the write circuit of the PROM as an example, this is the same effect for all memory transistors as long as it is a memory transistor (for example, flash memory) that injects hot electrons generated by avalanche breakdown into the floating gate. Can be obtained.

【0029】[0029]

【発明の効果】前記構成によれば、書き込みの際にメモ
リセルに流れる電流量を制限することができ、過電流に
よるメモリトランジスタの破壊やラッチアップ現象等を
防止することができる。また書き込み電圧の変動、プロ
セス上のばらつきによる影響を受けにくくなり、安定し
た書き込みを行うことができ、ゲート酸化膜に余計なス
トレスを与えることがなくなるので、書き換え回数の向
上、さらには信頼性の向上を図ることができる。
According to the above structure, the amount of current flowing through the memory cell at the time of writing can be limited, and the destruction of the memory transistor due to overcurrent and the latch-up phenomenon can be prevented. In addition, it is less susceptible to fluctuations in writing voltage and variations in processes, stable writing can be performed, and unnecessary stress is not applied to the gate oxide film. It is possible to improve.

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

【図1】 本発明の第1の実施例における書き込み回路
図。
FIG. 1 is a write circuit diagram according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例における書き込み回路
図。
FIG. 2 is a write circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1、2の実施例における書き込み
動作特性図。
FIG. 3 is a write operation characteristic diagram in the first and second embodiments of the present invention.

【図4】 従来の書き込み回路図。FIG. 4 is a conventional write circuit diagram.

【図5】 従来の書き込み動作特性図。FIG. 5 is a conventional write operation characteristic diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4 メモリトランジスタ 5、6 Nチャネルトランジスタ 7 列デコーダ回路 8〜10 NAND回路 11〜16 Nチャネルトランジスタ 17〜22 Pチャネルトランジスタ 23、24 デプレッション型トランジスタ 25 インターフェイス回路 WL1、2 ワード線 BL1、2 ビット線 1-4 memory transistors 5 and 6 N channel transistors 7 column decoder circuits 8 to 10 NAND circuits 11 to 16 N channel transistors 17 to 22 P channel transistors 23 and 24 depletion type transistors 25 interface circuits WL1 and 2 word lines BL1 and 2 bits line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】フローティングゲートとコントロールゲー
トとを備え、前記フローティングゲートに電子を注入す
る動作をドレイン端部で発生するホットエレクトロンで
行うとともに、前記フローティングゲートから電子を引
き抜く動作を行うメモリトランジスタがマトリックス状
に配置され、前記メモリトランジスタのコントロールゲ
ートがワード線に、ドレインがビット線に、ソースがソ
ース線に接続されてなる不揮発性半導体記憶装置におい
て、フローティングゲートへの電子の注入動作時に前記
メモリトランジスタに流れる電流量を制限することを特
徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A memory transistor comprising a floating gate and a control gate, wherein the operation of injecting electrons into the floating gate is performed by hot electrons generated at a drain end, and the operation of extracting electrons from the floating gate is a matrix. In a nonvolatile semiconductor memory device in which the control gates of the memory transistors are connected to word lines, the drains are connected to bit lines, and the sources are connected to source lines. A non-volatile semiconductor memory device characterized by limiting the amount of current flowing through it.
【請求項2】請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置に
おいて、前記フローティングゲートに電子を注入する動
作を行う際、VDD−GNDの電圧振幅入力をVPP−
GNDの電圧振幅出力に変換する働きを持つインターフ
ェイス回路と、前記ビット線に接続され前記ビット線を
選択するためのトランジスタとの間に、ソースとゲート
を接続したデプレッション型トランジスタを設けたこと
を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a voltage amplitude input of VDD-GND is set to VPP- when performing an operation of injecting electrons into the floating gate.
A depletion type transistor having a source and a gate connected between an interface circuit having a function of converting to a voltage amplitude output of GND and a transistor connected to the bit line for selecting the bit line is provided. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項3】請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置に
おいて、前記ビット線に接続され前記ビット線を選択す
るためのトランジスタと、前記メモリトランジスタのド
レインとの間に、ソースとゲートを接続したデプレッシ
ョン型トランジスタを設けたことを特徴とする不揮発性
半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a source and a gate are connected between a transistor connected to the bit line for selecting the bit line and a drain of the memory transistor. A non-volatile semiconductor memory device comprising a depletion type transistor.
JP14609794A 1994-06-28 1994-06-28 Non-volatile semiconductor device Pending JPH0817189A (en)

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ID=15400078

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010079977A (en) * 2008-09-25 2010-04-08 Toppan Printing Co Ltd Nonvolatile semiconductor memory device with constant current type power supply circuit

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