JPH09181283A - Nand型のフラッシュメモリ素子及びその駆動方法 - Google Patents

Nand型のフラッシュメモリ素子及びその駆動方法

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JPH09181283A
JPH09181283A JP30322796A JP30322796A JPH09181283A JP H09181283 A JPH09181283 A JP H09181283A JP 30322796 A JP30322796 A JP 30322796A JP 30322796 A JP30322796 A JP 30322796A JP H09181283 A JPH09181283 A JP H09181283A
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正達 崔
Dong-Jun Kim
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
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    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • GPHYSICS
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    • G11CSTATIC STORES
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    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0483Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells having several storage transistors connected in series

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したプログラム動作を実現することので
きるNAND型のフラッシュメモリ素子を提供する及び
その駆動方法を提供する。 【解決手段】 従来の技術によるフラッシュメモリ素子
が全てのストリングが一つのボディーに形成されるのに
対し、本発明は各々のストリング10、20が独立した
ボディー及び独立したソ−スボディーラインSBL1、
SBL2を備え、この独立したソースボディーラインS
BL1、SBL2に個別的に電圧を印加することによ
り、プログラム電圧及びパス電圧によるストレスを最小
としてプログラム動作及び消去動作を正確に行うことが
できる。かつ、ストリング10、20内のセルトランジ
スタCn,Cn′の数を増やしても、プログラム動作及
び消去動作に及ぼす影響を最小とするため、素子の高集
積化を具現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性メモリ素子
及びその駆動方法に係り、特にNAND型のフラッシュ
メモリ素子及びその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体記憶素子の種類には、電源供給が
遮断されてもメモリセルに貯蔵された情報を消去されな
いROM素子(Read Only Memory Device )及び電源供
給が遮断されれば、メモリセルに貯蔵された情報が消去
されるRAM素子(Random Access Memory)がある。前
記ROM素子の種類には様々なものがある。そのうち、
メモリセルに情報を電気的にプログラムさせるか、消去
する不揮発性メモリ素子、すなわち、フラッシュメモリ
素子はコンピュータまたはメモリカードなどに多用され
ている。
【0003】このフラッシュメモリ素子は一般の半導体
素子と共に高集積化されつつある。一般に、フラッシュ
メモリ素子のセルに該当するセルトランジスタは、電荷
を貯蔵させるフローティングゲートと前記フローティン
グゲートに所定の電圧を誘起させるコントローラゲート
を有し、情報を伝送する手段であるビットラインに連結
される。前記フラッシュメモリ素子はビットラインの連
結型に応じてNOR型とNAND型に大別される。
【0004】前記NOR型のフラッシュメモリ素子は一
本のビットラインに多数のメモリセルが並列に連結され
た構造を有し、メモリセルに情報を貯蔵(プログラム)
させる場合にはチャンネルホット電子(channel hot el
ectron)現象を用い、情報を消去する場合にはF−Nト
ンネル(Fowler-Nordheim tunneling)現象を用いる。こ
のようにNOR型のフラッシュメモリ素子のビットライ
ンは各々のメモリセルと並列に連結されているため、高
いセル電流が得られるが、セルアレイ領域が大きい面積
を占める。したがって、NOR型のフラッシュメモリ素
子は動作速度は速いが、高集積のフラッシュメモリ素子
に不向きである。
【0005】一方、前記NAND型のフラッシュメモリ
素子は一本のビットラインに複数のセルストリングが連
結され、一つのセルストリングには複数のセルトランジ
スタが直列に連結される。前記NAND型のフラッシュ
メモリ素子はコントロールゲート及び基板、すなわちウ
ェル領域に印加される電圧の極性に応じて電荷が基板と
フローティングゲートとの間に介されたトンネル酸化膜
を通るF−Nトンネル現象を用いて情報を貯蔵または消
去する。
【0006】前記NAND型のフラッシュメモリ素子は
ビットラインに複数のセルトランジスタが直列に連結さ
れているため、NOR型のフラッシュメモリ素子に比べ
てセル電流が低い。したがって、NOR型のフラッシュ
メモリ素子より動作速度が遅いが、集積度は向上させる
ことができる。結論的に、NAND型のフラッシュメモ
リ素子はNOR型のフラッシュメモリ素子に比べて集積
度を増加させ得るため、高集積のフラッシュメモリ素子
に好適である。
【0007】以下、通常のNAND型のフラッシュメモ
リ素子のセルストリング構造を添付した図面に基づき詳
しく説明する。図1は一つのストリングのレイアウトを
示す平面図であり、図2は図1の等価回路図である。か
つ、図3Aはセルトランジスタの平面図であり、図3B
は図3Aの切断線XーXによる断面図である。
【0008】図3A及び図3Bを参照すれば、前記スト
リングに情報を貯蔵するための各々のセルトランジスタ
C1,……,Cnは、P型のシリコン基板210または
P型のウェル領域上にトンネル酸化膜により離隔される
フローティングゲート220と、前記フローティングゲ
ート220上に誘電膜、例えば酸化膜により離隔された
コントロールゲート230と、前記フローティングゲー
ト220の両側のシリコン基板は210の表面に形成さ
れ、前記フローティングゲート230の下方のP型のシ
リコン基板210の表面にチャンネル領域を限定するN
+ 型のソース/ドレイン領域240とよりなる。
【0009】このような構造のセルトランジスタのう
ち、選択されたセルトランジスタをプログラムさせる動
作を調べる。第1セルトランジスタC1に選択的に情報
をプログラムさせる場合、先ず、前記ストリング選択ト
ランジスタS1のゲートにVccを印加して“オン”さ
せ、前記ソース選択トランジスタS2のゲートに0
〔V〕を印加して“オフ”させる。さらに、前記第1セ
ルトランジスタC1のコントロールゲート230に所定
のプログラム電圧Vpgmを印加して前記基板(図3の
210)のチャンネル領域からフローティングゲート
(図3の220)に電子を移動させることにより、前記
第1セルトランジスタC1のスレショルド電圧Vthを
増加させる。
【0010】一方、読出し動作は選択されたセルトラン
ジスタが“オン”または“オフ”状態であるかを感知す
ることである。例えば、第1セルトランジスタC1に貯
蔵された情報を読出すとき、ビットラインB/Lは特定
の電圧(1V〜Vcc)で充電させ、前記ストリング選
択トランジスタS1のゲート電極、ソース選択トランジ
スタS2のゲート電極及び選択されないセルトランジス
タC2,……,CnのコントロールゲートにはVccを
印加してストリング選択トランジスタS1、ソース選択
トランジスタS2及び選択されないセルトランジスタC
2,……,Cnを“オン”させる。さらに、前記選択さ
れた第1セルトランジスタC1のコントロールゲートに
はプログラムされたセルトランジスタのスレショルド電
圧と消去されたセルトランジスタのスレショルド電圧の
間の電圧、例えば0〔V〕を印加する。その結果、前記
第1セルトランジスタC1が“オン”されてビットライ
ンB/LからソースラインS/Lへの電流の流れが感知
されると、情報が消去された状態、例えば、論理“1”
と判断する。前記第1セルトランジスタC1が“オフ”
されてビットラインB/LからソースラインS/Lへの
電流の流れが感知されなければ、情報がプログラムされ
た状態、例えば、論理“0”と判断する。
【0011】一方、前記第1セルトランジスタC1に貯
蔵された情報を消去させる動作は、ビットラインB/
L、ソースラインS/L、ストリング選択トランジスタ
S1のゲート電極及びソース選択トランジスタS2のゲ
ートはフローティングさせ、前記選択された第1セルト
ランジスタC1のコントロールゲート(図3の230)
及びP型のシリコン基板(図3の210)にそれぞれ0
〔V〕及び消去電圧を印加させることにより、前記フロ
ーティングゲート(図3の220)内に貯蔵された電荷
を前記基板(図3の210)に移動させてスレショルド
電圧を負(−)の値に変化させる。
【0012】以下、従来の技術によるフラッシュメモリ
素子を添付した図面に基づき詳しく説明する。図4は従
来の技術によるNAND型のフラッシュメモリ素子のセ
ルアレイ領域の一部を示す等価回路図であり、図5は選
択されないセルトランジスタのスレショルド電圧Vth
の変化をパス電圧Vpassに応じて示したグラフであ
る。
【0013】図4を参照すれば、従来の技術によるフラ
ッシュメモリ素子の第1ストリング110は、第1ビッ
トラインB/L1、共通ソースラインS/L、前記第1
ビットラインB/L1と前記共通ソースラインS/Lの
間に直列に連結されたストリング選択トランジスタS
1、複数のセルトランジスタC1,……,Cn及びソー
ス選択トランジスタS2で構成される。さらに、第2ス
トリング120は、第2ビットラインB/L2、前記共
通ソースラインS/L、前記第1ビットラインB/L1
と前記共通ソースラインS/Lの間に直列に連結された
ストリング選択トランジスタS1′、複数のセルトラン
ジスタC1′,……,Cn′及びソース選択トランジス
タS2′で構成される。ここで、前記第1ストリング1
10及び前記第2ストリング120は互いに隣接するよ
うに配置されて共通ソースラインS/Lを共有する。そ
して、前記第1ストリング110を構成するストリング
選択トランジスタS1のゲート電極と第2ストリング1
20を構成するストリング選択トランジスタS1′のゲ
ート電極はストリング選択ラインSSL1により連結さ
れる。ここで、第1ストリング110を構成する複数の
セルトランジスタC1,……,Cnのコントロールゲー
トと第2ストリング120を構成する複数のセルトラン
ジスタC1′,……,Cn′のコントロールゲートは第
1ワードラインW/L1乃至n番目のワードラインW/
Lnにより1:1に連結される。さらに、第1ストリン
グ110を構成するソース選択トランジスタS2のゲー
ト電極と第2ストリング120を構成するソース選択ト
ランジスタS2′のゲート電極はソース選択ラインSS
L2により連結される。
【0014】前記ストリング選択トランジスタS1,S
1′及びソース選択トランジスタS2,S2′はチャン
ネル増加型のNMOSトランジスタで構成される。上述
した従来のフラッシュメモリ素子は一つのボディー、す
なわち一つのPウェル領域上に形成されて全てのストリ
ング110,120が前記一つのボディーを共通に用
い、前記ストリング110,120のソースは互いに連
結される。ここで、一つのPウェル領域にウェルピック
アップラインWPLを通して所定の電圧が印加される。
【0015】以下、上述した従来のNAND型のフラッ
シュメモリ素子の動作を詳しく説明する。従来のセルト
ランジスタから選択された一つのセルトランジスタ、例
えば第1ストリング110のセルトランジスタC1をプ
ログラムさせる動作を調べる。先ず、第1ビットライン
B/L1及び第2ビットラインB/L2にそれぞれ0
〔V〕及び電源電圧Vccを印加し、ストリング選択ラ
インSSL1に電源電圧Vccを印加することにより、
前記ストリング選択トランジスタS1を“オン”させ
る。さらに、前記ソース選択ラインSSL2に0〔V〕
を印加して前記ソース選択トランジスタS2,S2′を
“オフ”させる。
【0016】その後、第1ワードラインW/L1を通し
て選択されたセルトランジスタC1のコントロールゲー
トに約18〔V〕のプログラム電圧を印加し、前記ウェ
ルピックアップラインWPLを通してボディーには0
〔V〕を印加することにより、前記セルトランジスタC
1のチャンネル領域からフローティングゲートに電子を
移動させるF−Nトンネル効果を発生させる。
【0017】ここで、選択されないワードラインW/L
2,……,W/Lnには約10〔V〕程度のパス電圧V
passを印加する。この際、第1ストリング110を
構成するセルトランジスタC1,……,Cnのチャンネ
ル領域には0〔V〕の電圧が印加されて選択されないセ
ルトランジスタC2,……,Cnのチャンネル領域から
フローティングゲートに小量の電子が流れ込む微細なF
−Nトンネル電流が発生する。これにより、第1ストリ
ング110内の選択されないセルトランジスタC2,…
…,Cnのスレショルド電圧Vthは、図5の曲線
(a)のように一定の電圧以上でパス電圧Vpassが
増えるほど、急激に増える。
【0018】一方、第2ストリング120を構成するス
トリング選択トランジスタS1′とこれに隣接するセル
トランジスタC1′の間のソース/ドレイン領域、すな
わち、ノードNは初期の電圧が〔電源電圧Vcc−ソー
ス選択トランジスタS2′のスレショルド電圧〕の値を
示す。その後、選択された第1ワードラインW/L1及
び選択されないワードラインW/L2,……,W/Ln
にそれぞれプログラム電圧Vpgm及びパス電圧Vpa
ssが印加されると、前記ノードNは第2ストリング1
20を構成するセルトランジスタC1′,……,Cnの
ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域と共に第2ス
トリング120のセルトランジスタのゲートキャパシタ
ンスによる容量性結合により前記パス電圧Vpassと
プログラム電圧Vpgmの間の値を有するブスート電圧
Vboostに増える。これに対する測定結果は図5の
曲線(b)のように示された。
【0019】結果的に、選択されないセルトランジスタ
のスレショルド電圧の変化量を極小とするためには、図
5からパス電圧Vpassが10〔V〕〜12〔V〕の
値でなければならないということがわかる。さらに、前
記ブスート電圧Vboostは電源電圧Vccが減少す
ると、これと共に減少する。これにより、低電力フラッ
シュメモリ素子に適するように電源電圧を減少させる
と、前記セルトランジスタC1′のスレショルド電圧が
より増える問題点が発生する。
【0020】その上、一つのストリングがより多いセル
トランジスタで構成される場合には、容量性結合が変化
して第2ストリング120内のセルトランジスタのチャ
ンネル領域及びソース/ドレイン領域の電圧、すなわ
ち、ブスート電圧Vboostはパス電圧Vpassに
より近い値を有するため、セルトランジスタC1′のス
レショルド電圧をさらに立上げる。
【0021】従来の技術によるNAND型のフラッシュ
メモリ素子の読出し動作を説明すると、次のとおりであ
る。例えば、第1ストリング110のセルトランジスタ
C1に貯蔵された情報を読出すためには、先ず、ストリ
ング選択ラインSSL1及びソース選択ラインSSL2
にはいずれも電源電圧Vccを印加して前記ストリング
選択トランジスタS1及びソース選択トランジスタS2
を“オン”させ、共通ソースラインS/Lに0〔V〕を
印加する。
【0022】その後、選択された第1ワードラインW/
L1及び選択されないワードラインW/L2,……,W
/nにはそれぞれ0〔V〕及び電源電圧Vccを印加
し、ボディーには0〔V〕を印加する。選択された第1
ビットラインB/L1には所定の読出し電圧Vread
を印加してセルトランジスタC1を通して流れる電流を
感知して論理“1”または論理“0”の状態を判別す
る。
【0023】従来の技術による消去動作は、例えば、第
1ストリング110のセルトランジスタC1に貯蔵され
た情報を消去する場合、前記選択されたセルトランジス
タC1のコントロールゲートに連結される第1ワードラ
インW/L1には0〔V〕を印加し、ボディーにはウェ
ルピックアップラインWPLを通して20Vの消去電圧
を印加し、全ての他のラインはフローティングさせて前
記選択されたセルトランジスタC1のフローティングゲ
ートからチャンネル領域にF−Nトンネル現象により電
子を注入させることによりなる。この際、全てのストリ
ングは一つのボディーを共有するため、前記選択された
第1ワードラインW/L1に連結された非選択されたト
ランジスタC1′の情報も消去される問題点がある。
【0024】一方、従来の技術によるスタンバイ動作
は、ボディーには0〔V〕を印加し、他の全てのライン
はフローティングさせることにより現在の状態を保つ。
上述した動作の従来の技術によるフラッシュメモリ素子
は、プログラム電圧Vpgm及びパス電圧Vpassに
より選択されないセルトランジスタのスレショルド電圧
が変化する。ストリング内のセルトランジスタの数が増
えるほど、容量性結合の効率が減少することを防止する
ために低い電源電圧を用いにくいので、最近の低電力素
子の具現には不向きである。
【0025】さらに、ボディーが共通に連結されるた
め、消去動作時に選択されたワードラインに連結された
全てのセルトランジスタの情報が同時に消去されて望ま
ないセルトランジスタの情報も消去されるという問題点
がある。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は
上述した問題点を解決するために案出されたものであ
り、互いに独立したボディー上に各々のストリングを形
成し、独立したボディーとそのボディーに形成されたス
トリングのソース領域をソースボディーラインで連結さ
せることにより、プログラム電圧Vpgm及びパス電圧
Vpassによるストレスを最小化して選択されないセ
ルトランジスタのスレショルド電圧が変化する現象を極
小とし、所望のストリング内の選択されたセルトランジ
スタのみを消去させるのみならず、ストリング内のセル
トランジスタの数を増やしても、安定するプログラム動
作を実現することのできるフラッシュメモリ素子を提供
することを目的とする。
【0027】本発明の他の目的は前記フラッシュメモリ
素子の正確な動作遂行に好適なフラッシュメモリ素子の
駆動方法を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明のフラッシュメモリ素子は、順次に直列に連結
された第1選択トランジスタ、各々がフローティングゲ
ート及びコントロールゲート電極を有する複数のセルト
ランジスタ及び第2選択トランジスタで構成されて第1
ボディーに形成された第1ストリングと、順次に直列に
連結された第3選択トランジスタ、各々がフローティン
グゲート及びコントロールゲート電極を有する複数のセ
ルトランジスタ及び第4選択トランジスタで構成されて
前記第1ボディーから独立した第2ボディーに形成され
た第2ストリングとよりなる一対のストリングがマトリ
ックス状に配列されたセルアレイ領域を備えるフラッシ
ュメモリ素子において、前記第1選択トランジスタのソ
ース領域と前記第1ボディーを連結する第1ソースボデ
ィーラインと、前記第2選択トランジスタのドレイン領
域と前記第3選択トランジスタのドレイン領域を連結す
る一本のビットラインと、前記第4選択トランジスタの
ソース領域と前記第2ボディーを連結する第2ソースボ
ディーラインと、前記第1選択トランジスタのゲート電
極と前記第3選択トランジスタのゲート電極を連結する
第1ストリング選択ラインと、前記第2選択トランジス
タのゲート電極と前記第4選択トランジスタのゲート電
極を連結する第2ストリング選択ラインと、前記第1ス
トリングを構成する各々のセルトランジスタのコントロ
ールゲート電極と前記第2ストリングを構成する各々の
セルトランジスタのコントロールゲート電極を1:1に
連結させる複数本のワードラインとを含むことを特徴と
する。
【0029】前記目的を達成するために本発明のさらに
他のフラッシュメモリ素子は、順次に直列に連結された
第1選択トランジスタ、各々がフローティングゲート及
びコントロールゲート電極を有する複数のセルトランジ
スタ、第2選択トランジスタ及び第3選択トランジスタ
で構成されて第1ボディーに形成された第1ストリング
と、順次に直列に連結された第4選択トランジスタ、各
々がフローティングゲート及びコントロールゲート電極
を有する複数のセルトランジスタ、第5選択トランジス
タ及び第6選択トランジスタで構成されて前記第1ボデ
ィーから隔離された第2ボディーに形成された第2スト
リングとよりなる一対のストリングがマトリックス状に
配列されたセルアレイ領域を備えるフラッシュメモリ素
子である。
【0030】前記第1選択トランジスタのソース領域と
前記第1ボディーを連結する第1ソースボディーライン
と、前記第3選択トランジスタのドレイン領域と前記第
4選択トランジスタのドレイン領域を連結する一本のビ
ットラインと、前記第6選択トランジスタのソース領域
と前記第2ボディーを連結する第2ソースボディーライ
ンと、前記第1選択トランジスタのゲート電極と前記第
4選択トランジスタのゲート電極を連結する第1ストリ
ング選択ラインと、前記第2選択トランジスタのゲート
電極と前記第5選択トランジスタのゲート電極を連結す
る第2ストリング選択ラインと、前記第3選択トランジ
スタのゲート電極と前記第6選択トランジスタのゲート
電極を連結する第3ストリング選択ラインと、前記第1
ストリングを備える各々のセルトランジスタのコントロ
ールゲート電極と前記第2ストリングを構成する各々の
セルトランジスタのコントロールゲート電極を1:1に
連結させる複数本のワードラインとを含むことを特徴と
する。
【0031】前記他の目的を達成するための本発明のフ
ラッシュメモリ素子の駆動方法は、第1ボディーに順次
に直列連結された第1選択トランジスタ、各々がフロー
ティングゲート及びコントロールゲート電極を有する複
数のセルトランジスタ及び前記第1選択トランジスタと
異なるスレショルド電圧を有する第2選択トランジスタ
で構成された第1ストリングと、前記第1ボディーから
隔離された第2ボディーに順次に直列連結された第3選
択トランジスタ、各々がフローティングゲート及びコン
トロールゲート電極を有する複数のセルトランジスタ及
び前記第3選択トランジスタと異なるスレショルド電圧
を有する第4選択トランジスタで構成された第2ストリ
ングと、前記第1選択トランジスタのソース領域と前記
第1ボディーを連結する第1ソースボディーラインと、
前第2選択トランジスタのドレイン領域と前記第3選択
トランジスタのドレイン領域を連結する一本のビットラ
インと、前記第4選択トランジスタのソース領域と前記
第2ボディーを連結する第2ソースボディーラインと、
前記第1選択トランジスタのゲート電極と前記第3選択
トランジスタのゲート電極を連結する第1ストリング選
択ラインと、前記第2選択トランジスタのゲート電極と
前記第4選択トランジスタのゲート電極を連結する第2
ストリング選択ラインと、前記第1ストリングを構成す
る各々のセルトランジスタのコントロールゲート電極と
前記第2ストリングを構成する各々のセルトランジスタ
のコントロールゲート電極を1:1に連結する複数本の
ワードラインとを備えるフラッシュメモリ素子の駆動方
法である。
【0032】前記ビットラインに0Vを印加し、前記第
1及び第2ストリング選択ラインに相異なる第1及び第
2電圧を印加して一つのストリングを選択し、前記複数
本のワードラインのうち、選択されたワードライン及び
選択されないワードラインにそれぞれプログラム電圧V
pgm及びパス電圧Vpassを印加し、前記選択され
たストリングに連結されるソースボディーライン及び前
記選択されないストリングに連結されるソースボディー
ラインにそれぞれ0V及びプログラム防止電圧Vpiを
印加することにより、前記選択されたストリングのセル
トランジスタのうち、前記選択されたワードラインと交
叉するセルトランジスタを選択的にプログラムさせる動
作と、前記複数本のワードラインのうち、選択されたワ
ードラインに0Vを印加し、前記一対のストリングのう
ち、選択されたストリングに連結されたソースボディー
ラインに消去電圧Veraseを印加し、前記複数本の
ワードラインのうち、前記選択されたワードラインを除
いた選択されないワードラインはフローティングさせる
か、消去防止電圧Veiを印加し、前記ビットライン、
前記第1及び第2ストリング選択ライン及び前記選択さ
れないストリングに連結されたソースボディーラインは
フローティングさせることにより、前記選択されたスト
リングのセルトランジスタのうち、前記選択されたワー
ドラインと交叉するセルトランジスタを選択的に消去さ
せる動作と、前記ビットラインにVccを印加し、前記
第1及び第2ストリング選択ラインに相異なる第3及び
第4電圧を印加して一つのストリングを選択し、前記複
数本のワードラインのうち、選択されたワードライン及
び選択されないワードラインにそれぞれ0V及び読出し
電圧Vreadを印加し、前記第1及び第2ソースボデ
ィーラインに0Vを印加することにより、前記選択され
たストリングのセルトランジスタのうち、前記選択され
たワードラインと交叉するセルトランジスタの情報を選
択的に読出す動作のうち、少なくともいずれか一つの動
作を行うことを特徴とする。
【0033】前記他の目的を達成するための本発明のさ
らに他のフラッシュメモリ素子の駆動方法は、第1ボデ
ィーに順次に直列連結された第1選択トランジスタ、各
々がフローティングゲート及びコントロールゲート電極
を有する複数のセルトランジスタ、第2選択トランジス
タ及び第3選択トランジスタで構成された第1ストリン
グと、前記第1ボディーから隔離された第2ボディーに
順次に直列連結された第4選択トランジスタ、各々がフ
ローティングゲート及びコントロールゲート電極を有す
る複数のセルトランジスタ、第5選択トランジスタ及び
第6選択トランジスタで構成された第2ストリングと、
前記第1選択トランジスタのソース領域と前記第1ボデ
ィーを連結する第1ソースボディーラインと、前記第3
選択トランジスタのドレイン領域と前記第4選択トラン
ジスタのドレイン領域を連結する一本のビットライン
と、前記第6選択トランジスタのソース領域と前記第2
ボディーを連結する第2ソースボディーラインと、前記
第1選択トランジスタのゲート電極と前記第4選択トラ
ンジスタのゲート電極を連結する第1ストリング選択ラ
インと、前記第2選択トランジスタのゲート電極と前記
第5選択トランジスタのゲート電極を連結する第2スト
リング選択ラインと、前記第3選択トランジスタのゲー
ト電極と前記第6選択トランジスタのゲート電極を連結
する第3ストリング選択ラインと、前記第1ストリング
を構成する各々のセルトランジスタのコントロールゲー
ト電極と前記第2ストリングを構成する各々のセルトラ
ンジスタのコントロールゲート電極を1:1に連結させ
る複数本のワードラインを備えるフラッシュメモリ素子
の駆動方法である。
【0034】前記ビットラインに0Vを印加し、前記各
々のストリング選択ラインに0V及びVccのうち、い
ずれか一つの電圧を印加して一つのストリングを選択
し、前記複数本のワードラインのうち、選択されたワー
ドライン及び選択さらないワードラインにそれぞれプロ
グラム電圧Vpgm及びパス電圧Vpassを印加し、
前記選択されたストリングに連結されるソースボディー
ライン及び前記選択されないストリングに連結されるソ
ースボディーラインにそれぞれ0V及びプログラム防止
電圧Vpiを印加することにより、前記選択されたスト
リングのセルトランジスタのうち、前記選択されたワー
ドラインと交叉するセルトランジスタを選択的にプログ
ラムさせる動作と、前記複数本のワードラインのうち、
選択されたワードラインに0Vを印加し、前記一対のス
トリングのうち、選択されたストリングに連結されたソ
ースボディーラインに消去電圧Veraseを印加し、
前記複数本のワードラインのうち、前記選択されたワー
ドラインを除いた選択されないワードラインはフローテ
ィングさせるか、消去防止電圧Veiを印加し、前記ビ
ットライン、前記第1乃至第3ストリング選択ライン及
び前記選択されないストリングに連結されたソースボデ
ィーラインはフローティングさせることにより、前記選
択されたストリングのセルトランジスタのうち、前記選
択されたワードラインと交叉するセルトランジスタを選
択的に消去させる動作と、前記ビットラインにVccを
印加し、前記各々のストリング選択ラインに読出し電圧
Vread及び0Vのうち、いずれか一つの電圧を印加
してストリングを選択し、前記複数本のワードラインの
うち、選択されたワードライン及び選択されないワード
ラインにそれぞれ0V及び読出し電圧Vreadを印加
し、前記第1及び第2ソースボディーラインに0Vを印
加することにより、前記選択されたストリングのセルト
ランジスタのうち、前記選択されたワードラインと交叉
するセルトランジスタの情報を選択的に読出す動作のう
ち、いずれか一つの動作を行うことを特徴とする。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の実施の形態を詳しく説明する。図6及び図7はそれ
ぞれ本発明の第1実施例によるフラッシュメモリ素子の
ストリングブロック及び第2実施例によるフラッシュメ
モリ素子のストリングブロックを示す等価回路図であ
り、図8は本発明によるセルトランジスタのスレショル
ド電圧Vthの特性をプログラム防止電圧Vpiに対し
て示すグラフである。
【0036】(第1実施例)図6を参照すれば、本発明
の第1実施例によるフラッシュメモリ素子の一対のスト
リングブロックは、一本のビットラインB/L、前記ビ
ットラインB/Lを共有しつつ相異なるボディー、例え
ば互いに隣接する第1Pウェル領域及び第2Pウェル領
域にそれぞれ形成された第1ストリング10及び第2ス
トリング20で構成される。前記第1ストリング10は
前記ビットラインB/Lに連結された第2選択トランジ
スタ部、前記第2選択トランジスタ部に連結された第1
セルトランジスタ部及び前記第1セルトランジスタ部に
連結された第1選択トランジスタ部で構成される。ここ
で、前記第1選択トランジスタ部は一つの第1選択トラ
ンジスタ11で構成され、前記第1選択トランジスタ1
1のソース領域と前記第1Pウェル領域は第1ソースボ
ディーラインSBL1を通して互いに連結される。か
つ、前記第2選択トランジスタ部は一つの第2選択トラ
ンジスタ12で構成され、前記第1セルトランジスタ部
は直列に連結された複数のセルトランジスタCn,…
…,C1で構成される。
【0037】さらに、前記第2ストリング20は前記ビ
ットラインB/Lに連結された第3選択トランジスタ
部、前記第3選択トランジスタ部に連結された第2セル
トランジスタ部及び前記第2セルトランジスタ部に連結
された第4選択トランジスタ部で構成される。ここで、
前記第3選択トランジスタ部は一つの第3選択トランジ
スタ21で構成され、前記第4選択トランジスタ部は一
つの第4選択トランジスタ22で形成される。前記第4
選択トランジスタ22のソース領域と前記第2Pウェル
領域は第2ソースボディーラインSBL2を通して互い
に連結される。ここで、前記第2セルトランジスタ部は
直列に連結された複数のセルトランジスタC1′,…
…,Cn′で構成される。
【0038】このように構成された第1ストリング10
及び第2ストリング20は、第1ストリング10の第1
選択トランジスタ11と第2ストリング20の第3選択
トランジスタ21が互いに隣接し、第1ストリング10
の第2選択トランジスタ12と第2ストリング20の第
4選択トランジスタ22が互いに隣接するように配置さ
れる。前記第1選択トランジスタ11のゲート電極及び
第3選択トランジスタ21のゲート電極は第1ストリン
グ選択ラインSSL1により連結される。前記第2選択
トランジスタ12のゲート電極及び第4選択トランジス
タ22のゲート電極は第2ストリング選択ラインSSL
2により連結される。前記第1ストリング10を構成す
るセルトランジスタC1,……,Cnのコントロールゲ
ート電極及び前記第2ストリング20を構成するセルト
ランジスタC1′,……,Cn′のコントロールゲート
電極は前記第1及び第2ストリング選択ラインSSL
1,SSL2に平行に配置された第1ワードライン乃至
n番目のワードラインW/L1,……W/Lnを通して
1:1に連結される。
【0039】前記第1ストリン10及び第2ストリング
20の各選択トランジスタ11,12,21,22はチ
ャンネル増加型のNMOSトランジスタで構成される。
前記第1及び第2ソースボディーラインSBL1,SB
L2はビットラインB/Lとは相異なる配線層で形成さ
れる。本発明において、前記選択トランジスタ及びセル
トランジスタのソース/ドレイン領域はN型の不純物で
ドーピングされ、前記ボディーはP型領域、例えばPウ
ェル領域である。かつ、前記ビットラインB/L及び前
記ソースボディラインSBL1,SBL2はそれぞれポ
リサイドなどの耐熱性金属及びアルミニウムで形成する
ことが望ましい。
【0040】さらに、第1及び第2選択トランジスタ1
1,12は相異なるスレショルド電圧を有するように形
成することが望ましい。同様に第3及び第4選択トラン
ジスタ21,22も相異なるスレショルド電圧を有する
ように形成することが望ましい。より具体的に説明する
と、第1及び第4選択トランジスタ11,22のスレシ
ョルド電圧は2〔V〕であり、第2及び第3選択トラン
ジスタ12,21のスレショルド電圧は0.5〔V〕で
あることが望ましい。
【0041】このような構成を有する本発明によるフラ
ッシュメモリ素子の選択されたセルトランジスタ、例え
ばセルトランジスタC1にのみ選択的に情報を貯蔵させ
るプログラム動作について説明する。先ず、前記第1及
び第2ストリング選択ラインSSL1,SSL2にそれ
ぞれ0〔V〕及び電源電圧Vccを印加して第1及び第
2選択トランジスタ11,12をそれぞれ“オフ”及び
“オン”させ、第3及び第4選択トランジスタ21,2
2をそれぞれ“オフ”及び“オン”させることにより、
第1ストリング10を選択する。ここで、第2ストリン
グ20を選択する場合には、第1及び第2ストリング選
択ラインSSL1,SSL2にそれぞれ電源電圧Vcc
及び0〔V〕を印加する。引き続き、ビットラインB/
L及び選択された第1ワードラインW/L1にそれぞれ
0〔V〕及び15〔V〕〜20〔V〕程度のプログラム
電圧Vpgmを印加し、選択されない第2ストリング2
0の第2ソースボディーラインSBL2には第2ストリ
ング20のセルトランジスタC1′,……,Cn′がプ
ログラムされる現象を防止するため、電源電圧Vcc〜
7〔V〕のプログラム防止電圧Vpiを印加する。そし
て、選択されないワードラインW/L2,……,W/L
nには選択されないセルトランジスタをターンオンさせ
ることのできる低い電圧、例えば1〔V〕〜電源電圧V
ccのパス電圧Vpassを印加する。かつ、第1ソー
スボディーラインSBL1には0〔V〕を印加する。
【0042】上述したように、各々の制御ラインに所定
の電圧を加えると、選択されたセルトランジスタC1の
チャンネル領域はターンオンされた第2選択トランジス
タ12及びターンオンされた複数のセルトランジスタC
2,……,Cnを通して0〔V〕が印加されたビットラ
インB/Lに電気的に連結された状態であるため、ビッ
トラインB/Lと同一な0〔V〕の電圧を有する。前記
選択されたセルトランジスタC1のコントロールゲート
には第1ワードラインW/L1を通して15〔V〕〜2
0〔V〕の高いプログラム電圧Vpgmが印加されるた
め、前記選択されたセルトランジスタC1のチャンネル
領域からフローティングゲートにトンネル酸化膜を通過
するトンネル電子が注入される。これにより、選択され
たセルトランジスタC1は少なくとも1〔V〕以上のス
レショルド電圧を有する。この際、前記第1ワードライ
ンW/L1に印加されるプログラム電圧Vpgmにより
前記第2ストリング20のセルトランジスタC1′がプ
ログラムされる現象を防止するため、上述したように第
2ソースボディーラインSBL2には電源電圧Vcc〜
7〔V〕のプログラム防止電圧Vpiを印加する。これ
により、前記プログラム防止電圧Vpiはターンオンさ
れた第4選択トランジスタ22及びこれに連結されてパ
ス電圧Vpassによりターンオンされた複数のセルト
ランジスタC2′,……,Cn′を通して前記セルトラ
ンジスタC1′のチャンネル領域に印加される。その結
果、前記セルトランジスタC1′のコントロールゲート
電極とチャンネル領域との間にはプログラム電圧Vpg
mとプログラム防止電圧Vpiとの差に該当する電界が
形成される。この電界はセルトランジスタC1′のフロ
ーティングゲートの下方に形成されたトンネル酸化膜を
通して電子のトンネル現象を発生させるには充分でな
い。かつ、前記選択されないワードラインW/L2,…
…,W/Lnに加えられたパス電圧Vpassが変化し
ても、セルトランジスタC1′のチャンネル領域に印加
されたプログラム防止電圧Vpiは変化しない。したが
って、パス電圧Vpassの変化は選択されないセルト
ランジスタC1′のスレショルド電圧の変化に影響を及
ぼさない。これに対する結果が図8に示され、本発明の
効果の説明時に詳しく説明する。
【0043】上述したように前記選択されないワードラ
インW/L2,……,W/Lnには1〔V〕〜電源電圧
Vccの低いパス電圧Vpassが加えられるため、前
記パス電圧Vpassが電源電圧Vcc以下の範囲で変
化しても、前記第1ストリング10内の選択されないセ
ルトランジスタC2,C3,.,CnはF−Nトンネル
現象を発生しない。
【0044】さらに、第2ストリング20内の選択され
ないセルトランジスタC2′,……,Cn′はコントロ
ールゲートに印加されたパス電圧Vpassとチャンネ
ル領域に印加されたプログラム防止電圧Vpiとの差が
少なくてフローティングゲートからチャンネル領域への
F−Nトンネル現象は発生しない。一方、本発明の消去
動作は、選択されたワードラインに0〔V〕を印加し、
選択されたストリングのソースボディーラインには消去
電圧を印加することにより行われる。
【0045】前記消去動作時、選択されないワードライ
ンにはフローティングゲートからチャンネル領域へのト
ンネル現象が発生しないようにする消去防止電圧Vei
を印加するか、フローティングさせる。この際、前記消
去防止電圧Veiとしては、Vcc乃至10〔V〕を用
いる。例えば、前記第1ストリング10のセルトランジ
スタC1に貯蔵された情報を消去させる場合、第1ワー
ドラインW/L1に0〔V〕を印加すると共に、前記第
1ソースボディーラインSBL1には前記セルトランジ
スタC1のフローティングゲートからチャンネル領域に
F−Nトンネル現象を発生させるために15〔V〕〜2
0〔V〕程度の消去電圧を印加する。この際、前記第1
ワードラインW/L1を除く選択されないワードライン
W/L2,……,W/Lnには、選択されないセルトラ
ンジスタC2,……,Cnの情報が消去される現象を発
生しないように5V〜10Vの消去防止電圧Veiを印
加することが望ましくい。この際、その他の制御ライ
ン、例えば第1及び第2ストリング選択ラインSSL
1,SSL2、第2ソースボディーラインSBL2及び
ビットラインB/Lはフローティングさせる。このよう
に各々のストリングごとに独立的にソースボディーライ
ンを備えて選択されないストリングのソースボディーラ
インをフローティングさせることにより、選択されたワ
ードラインに連結され、選択されないストリングに含ま
れたセルトランジスタが消去される現象を防止すること
ができる。上述したように消去動作を行うと、選択され
たセルトランジスタのスレショルド電圧は−3〔V〕以
下の値を有する。
【0046】一方、本発明の読だし動作を説明すると、
次のとおりである。例えば、第1ストリング10のセル
トランジスタC1に貯蔵された情報を読出すためには、
先ず、第1ストリング選択ラインSSL1には第1読出
し電圧Vread1、例えば電源電圧Vccと等しい
か、高い電圧を印加し、第2ストリング選択ラインSS
L2には第2読出し電圧Vread2、例えば第2及び
第3選択トランジスタ12,21のスレショルド電圧よ
り大きく、第1及び第4選択トランジスタ11,22の
スレショルド電圧よりは小さい電圧を印加する。その結
果、前記第1、第2及び第3選択トランジスタ11,1
2,31はターンオンされ、前記第4選択トランジスタ
22はターンオフされる。したがって、選択されたセル
トランジスタC1を備える第1ストリング10の第1及
び第2選択トランジスタ11,12はいずれもターンオ
ンされるが、第2ストリング20の第4選択トランジス
タ22はターンオフされて第1ストリング10が選択さ
れる。第2ストリング20を選択しようとする場合には
第1ストリング選択ラインSSL1には第2読出し電圧
Vread2を印加し、第2ストリング選択ラインSS
L2には第1読出し電圧Vread1を印加する。
【0047】引き続き、ビットラインB/Lには電源電
圧Vccを印加し、選択された第1ワードラインW/L
1には0〔V〕を印加し、選択されないワードラインW
/L2,……,W/Lnには所定の電圧、例えば2
〔V〕〜電源電圧Vccの読出し電圧Vreadを印加
する。そして、第1及び第2ソースボディーラインSB
L1,SBL2には0〔V〕を印加する。
【0048】このように選択されたセルトランジスタC
1に貯蔵された情報を読出すため、各々の制御ラインに
所定の電圧を印加すると、前記選択されたセルトランジ
スタC1がプログラムされて1〔V〕より高いスレショ
ルド電圧を有する場合、前記ビットラインB/Lと前記
第1ソースボディーラインSBL1との間には電流が流
れない。一方、前記選択されたセルトランジスタC1が
消去されて−3〔V〕以下の低いスレショルド電圧を有
する場合、前記ビットラインB/Lと前記第1ソースボ
ディーラインSBL1との間には電流が流れる。したが
って、ビットラインB/Lに流れる電流を感知すること
により、選択されたセルトランジスタC1の情報を判断
することができる。
【0049】一方、本発明の第1実施例によるフラッシ
ュメモリ素子のスタンバイ動作は、全てのソースボディ
ーライン、すなわち第1及び第2ソースボディーライン
SBL1,SBL2に0〔V〕を印加し、その他の制御
ラインはフローティングさせることにより行われる。上
述した本発明の動作は下記の表1のように要約できる。
【0050】
【表1】
【0051】表1で選択されないビットラインは図6に
示された一対のストリングの周辺に配置された他のビッ
トライン(図示せず)を指す。 (第2実施例)図7を参照すれば、本発明の第2実施例
によるフラッシュメモリ素子の一対のストリングブロッ
クは、一本のビットラインB/L、前記ビットラインB
/Lを共有しつつ、相異なるボディー、例えば互いに隣
接する第1Pウェル領域及び第2Pウェル領域にそれぞ
れ形成された第1ストリング10及び第2ストリング2
0で構成される。前記第1ストリング10は前記ビット
ラインB/Lに連結された第2選択トランジスタ部、前
記第2選択トランジスタ部に連結された第1セルトラン
ジスタ部及び前記第1セルトランジスタ部に連結された
第1選択トランジスタ部で構成される。ここで、前記第
1選択トランジスタ部は一つの第1選択トランジスタ1
1で構成され、前記第2選択トランジスタ部は互いに直
立に連結された第2及び第3選択トランジスタ12,1
3で構成される。前記第2選択トランジスタ12は前記
第1セルトランジスタ部に連結され、前記第3選択トラ
ンジスタ13は前記ビットラインB/Lに連結される。
かつ、前記第1セルトランジスタ部は複数のセルトラン
ジスタCn,……,C1で構成され、前記第1選択トラ
ンジスタ11のソース領域と前記第1Pウェル領域は第
1ソースボディーラインSBL1を通して互いに連結さ
れる。
【0052】さらに、前記第2ストリング20は前記ビ
ットラインB/Lに連結された第3選択トランジスタ
部、前記第3選択トランジスタ部に連結された第2セル
トランジスタ部及び前第2セルトランジスタ部に連結さ
れた第4選択トランジスタ部で構成される。ここで、前
記第3選択トランジスタ部は一つの第4選択トランジス
タ21で構成され、前記第4選択トランジスタ部は互い
に直列に連結された第5及び第6選択トランジスタ2
2,23で構成される。前記第5選択トランジスタ22
は前記第2セルトランジスタ部に連結され、前記第6選
択トランジスタ23は前記ビットラインB/Lに連結さ
れる。かつ、前記第2セルトランジスタ部は複数のセル
トランジスタC1′,……,Cn′で構成され、前記6
選択トランジスタ23のソース領域と前記第2Pウェル
領域は第2ソースボディーラインSBL2を通して互い
に連結される。
【0053】このように構成された第1ストリング10
及び第2ストリング20は、第1ストリング10の第1
選択トランジスタ11と第2ストリング20の第4選択
トランジスタ21が互いに隣接し、第1ストリング10
の第3選択トランジスタ13と第2ストリング20の第
6選択トランジスタ23が互いに隣接するように配置さ
れる。前記第1選択トランジスタ11のゲート電極及び
第4選択トランジスタ21のゲート電極は第1ストリン
グ選択ラインSSL1により連結される。前記第2選択
トランジスタ12のゲート電極及び第5選択トランジス
タ22のゲート電極は第2ストリング選択ラインSSL
2により連結される。前記第3選択トランジスタ13の
ゲート電極及び前記第6選択トランジスタ23のゲート
電極は第3ストリング選択ラインSSL3により互いに
連結される。ここで、前記第2及び第6選択トランジス
タ12,23はチャンネル空乏型のNMOSトランジス
タであり、前記第1及び第3選択トランジスタ11,1
3と前記第4及び第5選択トランジスタ21,22はチ
ャンネル増加型のNMOSトランジスタであることが望
ましい。一方、前記第3及び第5選択トランジスタ1
3,22はチャンネル空乏型のトランジスタであり、前
記第1及び第2選択トランジスタと前記第4及び第6選
択トランジスタ21,23はチャンネル増加型のNMO
Sトランジスタであってもよい。
【0054】前記第1ストリング10を構成するセルト
ランジスタC1,……,Cnのコントロールゲート電極
及び前記第2ストリング20を構成するセルトランジス
タC1′,……,Cn′のコントロールゲート電極は前
記第1、第2及び第3ストリング選択ラインSSL1,
SSL2,SSL3に平行に配置された第1ワードライ
ン乃至n番目のワードラインW/L1,……W/Lnを
通して互いに1:1に連結される。
【0055】前記第1及び第2ソースボディーラインS
BL1,SBL2はビットラインB/Lと相異なる配線
層で形成される。本発明において、前記選択トランジス
タ及びセルトランジスタのソース/ドレイン領域はN型
の不純物でドーピングされ、前記ボディーはP型領域、
例えばPウェル領域である。かつ、前記ビットラインB
/L及び前記ソースボディーラインSBL1,SBL2
はそれぞれポリサイドなどの耐熱性金属及びアルミニウ
ムで形成することが望ましい。
【0056】前記のような構成を有する本発明の第2実
施例によるフラッシュメモリ素子の選択されたセルトラ
ンジスタ、例えばセルトランジスタC1にのみ選択的に
情報を貯蔵させるプログラム動作においては、図6にお
ける第1実施例とは所望のストリングを選択するため、
各々のストリング選択ラトンイSSL1,SSL2,S
SL3に電圧を印加する方法のみが異なり、ほかの制御
ラインに印加する電圧及びこれによる動作原理は同様で
ある。したがって、ここでは所望のストリングを選択す
る方法のみを説明する。さらに、この説明は前記第2及
び第6選択トランジスタ12,23がチャンネル空乏型
のNMOSトランジスタの場合に限る。第3及び第5選
択トランジスタ13,22がチャンネル空乏型のトラン
ジスタの場合には、第2及び第3ストリング選択ライン
SSL2,SSL3に印加する電圧を互いに取り替えれ
ばよい。
【0057】前記選択されたセルトランジスタC1にの
み情報を貯蔵させるためには第1ストリング10を選択
すべきである。このため、第1及び第2ストリング選択
ラインSSL1,SSL2には0〔V〕を印加し、第3
ストリング選択ラインSSL3には電源電圧Vccを印
加する。これにより、第1ソースボディーラインSBL
1に連結された第1選択トランジスタ11はターンオフ
されるが、ビットラインB/Lに連結された第3選択ト
ランジスタ13及び前記第3選択トランジスタ13に連
結された第2選択トランジスタ12はいずれもターンオ
ンされて第1ストリング10が選択される。この際、ビ
ットラインB/Lに連結された第4選択トランジスタ2
1はターンオフされて第2ストリングは選択されない。
第2ストリング20を選択しようとする場合には、第1
ストリング選択ラトンシSSL1には電源電圧Vccを
印加し、第2及び第3ストリング選択ラインSSL2,
SSL3には0〔V〕を印加することにより、ビットラ
インB/Lに連結された第4選択トランジスタ21をタ
ーンオンさせ、第5選択トランジスタ22をターンオン
させて第2ストリング20を選択する。この際、ビット
ラインB/Lに連結された第3選択トランジスタ13は
ターンオフされて第1ストリング10は選択されない。
【0058】一方、本発明の第2実施例によるフラッシ
ュメモリ素子の選択されたセルトランジスタ、例えばセ
ルトランジスタC1に貯蔵された情報のみを選択的に消
去する消去動作は、図6における第1実施例と同様であ
る。この際、第1実施例よりさらに配置された第3スト
リング選択ラインSSL3は第1及び第2ストリング選
択ラインSSL1,SSL2と共にフローティングされ
る。
【0059】さらに、本発明の第2実施例によるフラッ
シュメモリ素子の選択されたセルトランジスタ、例えば
セルトランジスタC1に貯蔵された情報のみを選択的に
読出すための動作においては、図6における第1実施例
とは所望のストリングを選択するため、各々のストリン
グ選択ラインSSL1,SSL2,SSL3に電圧を印
加する方法のみが異なり、前記第1乃至第3ストリング
選択ラインSSL1,SSL2,SSL3のほかの制御
ラインに印加する電圧及びこれによる動作原理は同様で
ある。したがって、ここでは所望のストリングを選択す
る方法のみを説明する。
【0060】前記選択されたセルトランジスタC1に貯
蔵された情報のみを選択的に読出すためには第ストリン
グ10を選択すべきである。このため、第1及び第3ス
トリング選択ラインSSL1,SSL3には所定の電
圧、例えば2〔V〕乃至電源電圧Vccの読出し電圧V
readを印加し、第2ストリング選択ラインSSL2
には0〔V〕を印加する。これにより、第1乃至第3選
択トランジスタ11,12,13はいずれもターンオン
されて第1ストリング10が選択される。この際、第5
選択トランジスタ22はターンオフされて第2ストリン
グ20は選択されない。
【0061】第2ストリング20を選択しようとする場
合には、第1及び第2ストリング選択ラインSSL1,
SSL2に前記読出し電圧Vreadを印加し、第3ス
トリング選択ラインSSL3には0〔V〕を印加する。
これにより、第4乃至第6選択トランジスタ21,2
2,23はいずれもターンオンされて第2ストリング2
0が選択される。この際、第3選択トランジスタ13は
ターンオフされて第1ストリング10は選択されない。
【0062】一方、本発明の第2実施例によるフラッシ
ュメモリ素子のスタンバイ動作は、図6における第1実
施例と同様である。この際、第1実施例よりさらに配置
された第3ストリング選択ラインSSL3は第1及び第
2ストリング選択ラインSSL1,SSL2と共にフロ
ーティングされる。上述したように本発明の第2実施例
によるフラッシュメモリ素子を駆動させるための条件は
第1実施例に類似しており、下記の表2のように要約で
きる。
【0063】L1,SBL2に0〔V〕を印加し、その
他の制御ラインはフローティングさせることにより行わ
れる。
【0064】
【表2】
【0065】上述したように、本発明によるフラッシュ
メモリ素子は、各々のストリングが互いに独立した各々
のボディー内に形成され、一つのストリングの共通ソー
ス領域はそのストリングが形成された独立したボディー
に互いに連結される。したがって、所望のストリングが
選択されたセルトランジスタに貯蔵された情報のみを選
択的に消去させることができる。さらに、選択されたセ
ルトランジスタに情報を貯蔵させるプログラムの動作
時、選択されないセルトランジスタのスレショルド電圧
が変化する現象を大幅に低減させ得る。これに対する測
定結果が図8に示された。
【0066】図8を参照すれば、横軸はプログラム防止
電圧Vpiを、縦軸は選択されないセルトランジスタの
スレショルド電圧Vthを示す。参照符号a,bで示さ
れた曲線は、それぞれ選択されたセルトランジスタに情
報を貯蔵させた後、選択されないセルトランジスタのう
ち、既にプログラムされたセルトランジスタのスレショ
ルド電圧及び既に情報が消去されたセルトランジスタの
スレショルド電圧を測定した結果を示す。さらに、選択
されないワードラインに印加するパス電圧Vpassを
1〔V〕から5〔V〕まで変化させつつ、選択されない
セルトランジスタのスレショルド電圧の変化を測定して
示した。図8から、1〔V〕から5〔V〕範囲のパス電
圧Vpassを選択されないワードラインに印加する場
合、プログラム防止電圧Vpiを4〔V〕から17
〔V〕まで変化させても、選択されないセルトランジス
タのスレショルド電圧はほぼ変わらないことがわかる。
したがって、プログラム動作時に優れる信頼性を有する
フラッシュメモリ素子を具現することができる。
【0067】
【発明の効果】上述したように、プログラム防止電圧V
pi及びパス電圧Vpassによるストレスを最小とす
るため、NAND型のフラッシュメモリ素子の場合、一
つのストリング内に直列に連結されるセルトランジスタ
の数を増やせることができる。これにより、高集積のフ
ラッシュメモリ素子の容易な具現が可能になる。
【0068】かつ、互いに隣接する一対のストリングご
とに一本のビットラインが配置されるため、ビットライ
ンの幅をより広く形成することができる。これにより、
ビットラインによるRC遅延時間を減少させ得るため、
素子の動作速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のNAND型のフラッシュメモリ素子を構
成する一つのストリングを示すレイアウトの平面図であ
る。
【図2】図1の等価回路図である。
【図3】図1の一つのセルトランジスタを示す図面であ
り、(A)は平面図、(B)は(A)のX−X線による
断面図である。
【図4】従来の技術によるNAND型のフラッシュメモ
リ素子の一部を示す等価回路図である。
【図5】従来の技術による選択されないセルトランジス
タのスレショルド電圧Vthの変化をパス電圧Vpas
sに応じて示すグラフである。
【図6】本発明の第1実施例によるNAND型のフラッ
シュメモリ素子の一部を示す等価回路図である。
【図7】本発明の第2実施例によるNAND型のフラッ
シュメモリ素子の一部を示す等価回路図である。
【図8】本発明による選択されないセルトランジスタの
スレショルド電圧Vthの変化をプログラム防止電圧V
pi及びパス電圧Vpassに応じて示すグラフであ
る。
【符号の説明】
10,20 ストリング 11,12,13 選択トランジスタ 21,22,23 選択トランジスタ B/L ビットライン C1 ,……,Cn セルトランジスタ C1′,……,Cn′ セルトランジスタ SBL1,SBL2 ソースボディーライン SSL1,SSL2,SSL3 ストリング選択ライ
ン W/L1,……,W/Ln ワードライン

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 順次に直列に連結された第1選択トラン
    ジスタ、各々がフローティングゲート及びコントロール
    ゲート電極を有する複数のセルトランジスタ及び第2選
    択トランジスタで構成されて第1ボディーに形成された
    第1ストリングと、順次に直列に連結された第3選択ト
    ランジスタ、各々がフローティングゲート及びコントロ
    ールゲート電極を有する複数のセルトランジスタ及び第
    4選択トランジスタで構成されて前記第1ボディーから
    隔離された第2ボディーに形成された第2ストリングと
    よりなる一対のストリングがマトリックス状に配列され
    たセルアレイ領域を備えるフラッシュメモリ素子におい
    て、 前記第1選択トランジスタのソース領域と前記第1ボデ
    ィーを連結する第1ソースボディーラインと、 前記第2選択トランジスタのドレイン領域と前記第3選
    択トランジスタのドレイン領域を連結する一本のビット
    ラインと、 前記第4選択トランジスタのソース領域と前記第2ボデ
    ィーを連結する第2ソースボディーラインと、 前記第1選択トランジスタのゲート電極と前記第3選択
    トランジスタのゲート電極を連結する第1ストリング選
    択ラインと、 前記第2選択トランジスタのゲート電極と前記第4選択
    トランジスタのゲート電極を連結する第2ストリング選
    択ラインと、 前記第1ストリングを構成する各々のセルトランジスタ
    のコントロールゲート電極と前記第2ストリングを構成
    する各々のセルトランジスタのコントロールゲート電極
    を1:1に連結させる複数本のワードラインとを含むこ
    とを特徴とするフラッシュメモリ素子。
  2. 【請求項2】 前記第1乃至第4選択トランジスタはい
    ずれもチャンネル増加型のNMOSトランジスタである
    ことを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ素
    子。
  3. 【請求項3】 前記第1ボディー及び第2ボディーはP
    ウェル領域であることを特徴とする請求項1に記載のフ
    ラッシュメモリ素子。
  4. 【請求項4】 前記ビットラインは耐熱性金属膜を含む
    ポリサイド膜で形成されることを特徴とする請求項1に
    記載のフラッシュメモリ素子。
  5. 【請求項5】 前記耐熱性金属膜はタングステンシリサ
    イド膜であることを特徴とする請求項4に記載のフラッ
    シュメモリ素子。
  6. 【請求項6】 前記第1及び第2ソースボディーライン
    はアルミニウム膜で形成されることを特徴とする請求項
    1に記載のフラッシュメモリ素子。
  7. 【請求項7】 前記第1及び第4選択トランジスタのス
    レショルド電圧と前記第2及び第3選択トランジスタの
    スレショルド電圧は相異なることを特徴とする請求項1
    に記載のフラッシュメモリ素子。
  8. 【請求項8】 前記第1及び第4選択トランジスタのス
    レショルド電圧は2〔V〕であり、前記第2及び第3選
    択トランジスタのスレショルド電圧は0.5〔V〕であ
    ることを特徴とする請求項7に記載のフラッシュメモリ
    素子。
  9. 【請求項9】 順次に直列に連結された第1選択トラン
    ジスタ、各々がフローティングゲート及びコントロール
    ゲート電極を有する複数のセルトランジスタ、第2選択
    トランジスタ及び第3選択トランジスタで構成されて第
    1ボディーに形成された第1ストリングと、順次に直列
    に連結された第4選択トランジスタ、各々がフローティ
    ングゲート及びコントロールゲート電極を有する複数の
    セルトランジスタ、第5選択トランジスタ及び第6選択
    トランジスタで構成されて前記第1ボディーから隔離さ
    れた第2ボディーに形成された第2ストリングとよりな
    る一対のストリングがマトリックス状に配列されたセル
    アレイ領域を備えるフラッシュメモリ素子において、 前記第1選択トランジスタのソース領域と前記第1ボデ
    ィーを連結する第1ソースボディーラインと、 前記第3選択トランジスタのドレイン領域と前記第4選
    択トランジスタのドレイン領域を連結する一本のビット
    ラインと、 前記第6選択トランジスタのソース領域と前記第2ボデ
    ィーを連結する第2ソースボディーラインと、 前記第1選択トランジスタのゲート電極と前記第4選択
    トランジスタのゲート電極を連結する第1ストリング選
    択ラインと、 前記第2選択トランジスタのゲート電極と前記第5選択
    トランジスタのゲート電極を連結する第2ストリング選
    択ラインと、 前記第3選択トランジスタのゲート電極と前記第6選択
    トランジスタのゲート電極を連結する第3ストリング選
    択ラインと、 前記第1ストリングを備える各々のセルトランジスタの
    コントロールゲート電極と前記第2ストリングを構成す
    る各々のセルトランジスタのコントロールゲート電極を
    1:1に連結させる複数本のワードラインとを含むこと
    を特徴とするフラッシュメモリ素子。
  10. 【請求項10】 前記第1及び第4選択トランジスタは
    チャンネル増加型のNMOSトランジスタであることを
    特徴とする請求項9に記載のフラッシュメモリ素子。
  11. 【請求項11】 前記第2選択トランジスタ及び前記第
    6選択トランジスタはチャンネル空乏型のNMOSトラ
    ンジスタであり、前記第3選択トランジスタ及び前記第
    5選択トランジスタはチャンネル増加型のNMOSトラ
    ンジスタであることを特徴とする請求項10に記載のフ
    ラッシュメモリ素子。
  12. 【請求項12】 前記第3選択トランジスタ及び前記第
    5選択トランジスタはチャンネル空乏型のNMOSトラ
    ンジスタであり、前記第2選択トランジスタ及び前記第
    6選択トランジスタはチャンネル増加型のNMOSトラ
    ンジスタであることを特徴とする請求項10に記載のフ
    ラッシュメモリ素子。
  13. 【請求項13】 前記第1ボディー及び第2ボディーは
    Pウェル領域であることを特徴とする請求項9に記載の
    フラッシュメモリ素子。
  14. 【請求項14】 前記ビットラインは耐熱性金属膜を含
    むポリサイド膜で形成されることを特徴とする請求項9
    に記載のフラッシュメモリ素子。
  15. 【請求項15】 前記耐熱性金属膜はタングステンシリ
    サイド膜であることを特徴とする請求項14に記載のフ
    ラッシュメモリ素子。
  16. 【請求項16】 前記第1及び第2ソースボディーライ
    ンはアルミニウム膜で形成されることを特徴とする請求
    項9に記載のフラッシュメモリ素子。
  17. 【請求項17】 第1ボディーに順次に直列連結された
    第1選択トランジスタ、各々がフローティングゲートと
    コントロールゲート電極とを有する複数のセルトランジ
    スタ及び前記第1選択トランジスタと異なるスレショル
    ド電圧を有する第2選択トランジスタで構成された第1
    ストリングと、前記第1ボディーから隔離された第2ボ
    ディーに順次に直列連結された第3選択トランジスタ、
    各々がフローティングゲート及びコントロールゲート電
    極を有する複数のセルトランジスタ及び前記第3選択ト
    ランジスタと異なるスレショルド電圧を有する第4選択
    トランジスタで構成された第2ストリングと、前記第1
    選択トランジスタのソース領域と前記第1ボディーを連
    結する第1ソースボディーラインと、前第2選択トラン
    ジスタのドレイン領域と前記第3選択トランジスタのド
    レイン領域を連結する一本のビットラインと、前記第4
    選択トランジスタのソース領域と前記第2ボディーを連
    結する第2ソースボディーラインと、前記第1選択トラ
    ンジスタのゲート電極と前記第3選択トランジスタのゲ
    ート電極を連結する第1ストリング選択ラインと、前記
    第2選択トランジスタのゲート電極と前記第4選択トラ
    ンジスタのゲート電極を連結する第2ストリング選択ラ
    インと、前記第1ストリングを構成する各々のセルトラ
    ンジスタのコントロールゲート電極と前記第2ストリン
    グを構成する各々のセルトランジスタのコントロールゲ
    ート電極を1:1に連結する複数本のワードラインとを
    備えるフラッシュメモリ素子の駆動方法において、 前記ビットラインに0Vを印加し、前記第1及び第2ス
    トリング選択ラインに相異なる第1及び第2電圧を印加
    して一つのストリングを選択し、前記複数本のワードラ
    インのうち、選択されたワードライン及び選択されない
    ワードラインにそれぞれプログラム電圧及びパス電圧を
    印加し、前記選択されたストリングに連結されるソース
    ボディーライン及び前記選択されないストリングに連結
    されるソースボディーラインにそれぞれ0V及びプログ
    ラム防止電圧を印加することにより、前記選択されたス
    トリングのセルトランジスタのうち、前記選択されたワ
    ードラインと交叉するセルトランジスタを選択的にプロ
    グラムさせる動作と、 前記複数本のワードラインのうち、選択されたワードラ
    インに0Vを印加し、前記一対のストリングのうち、選
    択されたストリングに連結されたソースボディーライン
    に消去電圧を印加し、前記複数本のワードラインのう
    ち、前記選択されたワードラインを除いた選択されない
    ワードラインはフローティングさせるか、消去防止電圧
    を印加し、前記ビットライン、前記第1及び第2ストリ
    ング選択ライン及び前記選択されないストリングに連結
    されたソースボディーラインはフローティングさせるこ
    とにより、前記選択されたストリングのセルトランジス
    タのうち、前記選択されたワードラインと交叉するセル
    トランジスタを選択的に消去させる動作と、 前記ビットラインに電源電圧Vccを印加し、前記第1
    及び第2ストリング選択ラインに相異なる第3及び第4
    電圧を印加して一つのストリングを選択し、前記複数本
    のワードラインのうち、選択されたワードライン及び選
    択されないワードラインにそれぞれ0V及び読出し電圧
    を印加し、前記第1及び第2ソースボディーラインに0
    Vを印加することにより、前記選択されたストリングの
    セルトランジスタのうち、前記選択されたワードライン
    と交叉するセルトランジスタの情報を選択的に読出す動
    作のうち、少なくともいずれか一つの動作を行うことを
    特徴とするフラッシュメモリ素子の駆動方法。
  18. 【請求項18】 前記第1及び第4選択トランジスタの
    スレショルド電圧は2Vであり、前記第2及び第3選択
    トランジスタのスレショルド電圧は0.5Vであること
    を特徴とする請求項17に記載のフラッシュメモリ素子
    の駆動方法。
  19. 【請求項19】 前記第1電圧及び第2電圧がそれぞれ
    0V及びVccの場合は、前記第1ストリングが選択さ
    れることを特徴とする請求項17に記載のフラッシュメ
    モリ素子の駆動方法。
  20. 【請求項20】 前記第1電圧及び第2電圧がそれぞれ
    Vcc及び0Vの場合は、前記第2ストリングが選択さ
    れることを特徴とする請求項17に記載のフラッシュメ
    モリ素子の駆動方法。
  21. 【請求項21】 前記プログラム電圧は15V〜20V
    であることを特徴とする請求項17に記載のフラッシュ
    メモリ素子の駆動方法。
  22. 【請求項22】 前記パス電圧は1V〜Vccであるこ
    とを特徴とする請求項17に記載のフラッシュメモリ素
    子の駆動方法。
  23. 【請求項23】 前記プログラム防止電圧はVcc〜7
    Vであることを特徴とする請求項17に記載のフラッシ
    ュメモリ素子の駆動方法。
  24. 【請求項24】 前記消去電圧及び前記消去防止電圧は
    それぞれ15V〜20V及びVcc〜10Vであること
    を特徴とする請求項17に記載のフラッシュメモリ素子
    の駆動方法。
  25. 【請求項25】 前記第3及び第4電圧は第1及び第2
    読出し電圧であることを特徴とする請求項18に記載の
    フラッシュメモリ素子の駆動方法。
  26. 【請求項26】 前記第1及び第2読出し電圧はそれぞ
    れVcc以上及び0.5V〜2Vであることを特徴とす
    る請求項25に記載のフラッシュメモリ素子の駆動方
    法。
  27. 【請求項27】 前記読出し電圧は2V〜Vccである
    ことを特徴とする請求項18に記載のフラッシュメモリ
    素子の駆動方法。
  28. 【請求項28】 第1ボディーに順次に直列連結された
    第1選択トランジスタ、各々がフローティングゲート及
    びコントロールゲート電極を有する複数のセルトランジ
    スタ、第2選択トランジスタ及び第3選択トランジスタ
    で構成された第1ストリングと、前記第1ボディーから
    隔離された第2ボディーに順次に直列連結された第4選
    択トランジスタ、各々がフローティングゲート及びコン
    トロールゲート電極を有する複数のセルトランジスタ、
    第5選択トランジスタ及び第6選択トランジスタで構成
    された第2ストリングと、前記第1選択トランジスタの
    ソース領域と前記第1ボディーを連結する第1ソースボ
    ディーラインと、前記第3選択トランジスタのドレイン
    領域と前記第4選択トランジスタのドレイン領域を連結
    する一本のビットラインと、前記第6選択トランジスタ
    のソース領域と前記第2ボディーを連結する第2ソース
    ボディーラインと、前記第1選択トランジスタのゲート
    電極と前記第4選択トランジスタのゲート電極を連結す
    る第1ストリング選択ラインと、前記第2選択トランジ
    スタのゲート電極と前記第5選択トランジスタのゲート
    電極を連結する第2ストリング選択ラインと、前記第3
    選択トランジスタのゲート電極と前記第6選択トランジ
    スタのゲート電極を連結する第3ストリング選択ライン
    と、前記第1ストリングを構成する各々のセルトランジ
    スタのコントロールゲート電極と前記第2ストリングを
    構成する各々のセルトランジスタのコントロールゲート
    電極を1:1に連結させる複数本のワードラインを備え
    るフラッシュメモリ素子の駆動方法において、 前記ビットラインに0Vを印加し、前記各々のストリン
    グ選択ラインに0V及び電源電圧Vccのうち、いずれ
    か一つの電圧を印加して一つのストリングを選択し、前
    記複数本のワードラインのうち、選択されたワードライ
    ン及び選択さらないワードラインにそれぞれプログラム
    電圧及びパス電圧を印加し、前記選択されたストリング
    に連結されるソースボディーライン及び前記選択されな
    いストリングに連結されるソースボディーラインにそれ
    ぞれ0V及びプログラム防止電圧を印加することによ
    り、前記選択されたストリングのセルトランジスタのう
    ち、前記選択されたワードラインと交叉するセルトラン
    ジスタを選択的にプログラムさせる動作と、 前記複数本のワードラインのうち、選択されたワードラ
    インに0Vを印加し、前記一対のストリングのうち、選
    択されたストリングに連結されたソースボディーライン
    に消去電圧を印加し、前記複数本のワードラインのう
    ち、前記選択されたワードラインを除いた選択されない
    ワードラインはフローティングさせるか、消去防止電圧
    を印加し、前記ビットライン、前記第1乃至第3ストリ
    ング選択ライン及び前記選択されないストリングに連結
    されたソースボディーラインはフローティングさせるこ
    とにより、前記選択されたストリングのセルトランジス
    タのうち、前記選択されたワードラインと交叉するセル
    トランジスタを選択的に消去させる動作と、 前記ビットラインにVccを印加し、前記各々のストリ
    ング選択ラインに読出し電圧及び0Vのうち、いずれか
    一つの電圧を印加してストリングを選択し、前記複数本
    のワードラインのうち、選択されたワードライン及び選
    択されないワードラインにそれぞれ0V及び読出し電圧
    を印加し、前記第1及び第2ソースボディーラインに0
    Vを印加することにより、前記選択されたストリングの
    セルトランジスタのうち、前記選択されたワードライン
    と交叉するセルトランジスタの情報を選択的に読出す動
    作のうち、いずれか一つの動作を行うことを特徴とする
    フラッシュメモリ素子の駆動方法。
  29. 【請求項29】 前記第1選択トランジスタ、前記第3
    選択トランジスタ乃至前記第5選択トランジスタはチャ
    ンネル増加型のNMOSトランジスタであり、前記第2
    選択トランジスタ及び前記第6選択トランジスタはチャ
    ンネル空乏型のNMOSトランジスタであることを特徴
    とする請求項28に記載のフラッシュメモリ素子の駆動
    方法。
  30. 【請求項30】 前記第1及び第2ストリング選択ライ
    ンに0Vを印加し、前記第3ストリング選択ラインにV
    ccを印加する場合には前記第1ストリングが選択さ
    れ、前記第1ストリング選択ラインにVccを印加し、
    前記第2及び第3ストリング選択ラインに0Vを印加す
    る場合には前記第2ストリングが選択されることを特徴
    とする請求項29に記載のフラッシュメモリ素子の駆動
    方法。
  31. 【請求項31】 前記プログラム電圧は15V〜20V
    であることを特徴とする請求項29に記載のフラッシュ
    メモリ素子の駆動方法。
  32. 【請求項32】 前記パス電圧は1V〜Vccであるこ
    とを特徴とする請求項29に記載のフラッシュメモリ素
    子の駆動方法。
  33. 【請求項33】 前記プログラム防止電圧はVcc〜7
    Vであることを特徴とする請求項29に記載のフラッシ
    ュメモリ素子の駆動方法。
  34. 【請求項34】 前記消去電圧及び前記消去防止電圧は
    それぞれ15V〜20V及びVcc〜10Vであること
    を特徴とする請求項28に記載のフラッシュメモリ素子
    の駆動方法。
  35. 【請求項35】 前記第1及び第3ストリング選択ライ
    ンに読出し電圧を印加し、前記第2ストリング選択ライ
    ンに0Vを印加する場合には第1ストリングが選択さ
    れ、前記第1及び第2ストリング選択ラインに読出し電
    圧を印加し、前記第3ストリング選択ラインに0Vを印
    加する場合には第2ストリングが選択されることを特徴
    とする請求項28に記載のフラッシュメモリ素子の駆動
    方法。
  36. 【請求項36】 前記読出し電圧は2V〜Vccである
    ことを特徴とする請求項28に記載のフラッシュメモリ
    素子の駆動方法。
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