JPH09246404A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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Publication number
JPH09246404A
JPH09246404A JP4623196A JP4623196A JPH09246404A JP H09246404 A JPH09246404 A JP H09246404A JP 4623196 A JP4623196 A JP 4623196A JP 4623196 A JP4623196 A JP 4623196A JP H09246404 A JPH09246404 A JP H09246404A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
drain
memory cell
gate length
read
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4623196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyohiko Sakakibara
清彦 榊原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP4623196A priority Critical patent/JPH09246404A/en
Publication of JPH09246404A publication Critical patent/JPH09246404A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide DINOR type flash memory cutting down the gate length without decreasing the implanting efficiency in floating gate. SOLUTION: Within the title non-volatile semiconductor memory, a gate length shorter than the marginal gate length in the drain withstand voltage length characteristics is adopted while setting up the relation formula of IdsR<leak> <ids<read> /Nbit/M to be satisfied. In said formula, Ids<read> represents the reading out current running between the source drain of a selective memory cell MC 22 in the data reading-out time, IdsR<leak> represents the reading out leakage current between the source drain of the MC23-MC25, Nbit represents the numbers of MC11-MC15 or 1MC21-MC25, M represents the previously specified margin factor exceeding 1.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は不揮発性半導体記
憶装置に関し、さらに詳しくは、DINOR(divided
bit line NOR)型のフラッシュメモリに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly to DINOR (divided
bit line NOR) type flash memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、不揮発性半導体記憶装置の一種で
あるフラッシュメモリは、ダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)よりも安価に製造できるため、次
世代を狙うメモリデバイスとして期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a flash memory, which is a type of non-volatile semiconductor memory device, can be manufactured at a lower cost than a dynamic random access memory (DRAM), and is therefore expected as a memory device for the next generation.

【0003】このフラッシュメモリの電源を単一化する
ために既に、nチャネルメモリセルを用いてそのn型ド
レイン領域とフローティングゲートの重なり領域にてF
N電流をフローティングゲートに注入することによりデ
ータの書込を行なうDINOR型のフラッシュメモリが
「IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, VOL.29, No.
4, APRIL 1994 」の第454頁〜第460頁に開示され
ている。
In order to unify the power supply of this flash memory, an n-channel memory cell has already been used, and an F region is formed in the overlapping region of the n-type drain region and the floating gate.
A DINOR type flash memory that writes data by injecting N current into a floating gate is "IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, VOL.29, No.
4, APRIL 1994 ", pages 454-460.

【0004】これに対し、本出願人は特願平7−148
969号において、メモリセルの微細化を可能にしかつ
パンチスルー現象を起きにくくするために、pチャネル
メモリセルを用いたDINOR型のフラッシュメモリを
提案している。なお、この先願は本願の出願時において
未だ出願公開されていないが、本願発明は上記先願に係
るpチャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッ
シュメモリの改良を主な目的とするため、以下に、pチ
ャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッシュメ
モリについて簡単に説明する。
On the other hand, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 7-148.
No. 969 proposes a DINOR type flash memory using a p-channel memory cell in order to miniaturize the memory cell and prevent the punch-through phenomenon from occurring easily. Although this prior application has not yet been published at the time of filing of the present application, the present invention mainly aims to improve the DINOR type flash memory using the p-channel memory cell according to the above prior application. , A DINOR type flash memory using p-channel memory cells will be briefly described.

【0005】図8は、DINOR型のフラッシュメモリ
におけるpチャネルメモリセルの構造を示す断面図であ
る。図8を参照して、このメモリセル80は、n型ウェ
ル81と、ウェル81の表面に形成されたp+ 型ソース
82およびドレイン83と、ウェル81上に形成された
トンネル酸化膜84と、トンネル酸化膜84上に形成さ
れたフローティングゲート85と、フローティングゲー
ト85上に形成された層間絶縁膜86と、層間絶縁膜8
6上に形成されたコントロールゲート87とを備える。
このような構成のメモリセルは一般にスタックゲート型
と呼ばれる。
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a p-channel memory cell in a DINOR type flash memory. Referring to FIG. 8, the memory cell 80 includes an n-type well 81, ap + type source 82 and a drain 83 formed on the surface of the well 81, a tunnel oxide film 84 formed on the well 81. The floating gate 85 formed on the tunnel oxide film 84, the interlayer insulating film 86 formed on the floating gate 85, and the interlayer insulating film 8
6 and the control gate 87 formed on the upper surface of the control unit 6.
A memory cell having such a configuration is generally called a stack gate type.

【0006】上記メモリセル80へのデータ書込時に
は、正電位がコントロールゲート87に与えられ、負電
位がドレイン83に与えられ、ウェル81が接地され、
ソース82が開放(オープン)状態にされる。これによ
りドレイン83内のフローティングゲート85とのオー
バーラップ領域において、バンド−バンド間トンネル現
象(以下BTBTと称す)によって電子−正孔対(エレ
クトロン−ホールペア)88,89が生成される。この
うち電子88は基板表面と平行な電界によって加速さ
れ、高いエネルギを持つホットエレクトロンとなる。し
たがって、このホットエレクトロンがフローティングゲ
ート85に注入されることにより、このメモリセル80
にデータが書込まれることとなる。
When writing data to the memory cell 80, a positive potential is applied to the control gate 87, a negative potential is applied to the drain 83, and the well 81 is grounded.
The source 82 is opened. As a result, electron-hole pairs (electron-hole pairs) 88 and 89 are generated in a region where the drain 83 is overlapped with the floating gate 85 by a band-band tunneling phenomenon (hereinafter referred to as BTBT). Of these, the electrons 88 are accelerated by an electric field parallel to the substrate surface, and become hot electrons having high energy. Therefore, by injecting the hot electrons into the floating gate 85, the memory cell 80
The data will be written in.

【0007】図9は、上記メモリセル80におけるフロ
ーティングゲート85がコントロールゲート87と接続
されかつゲート電位Vgとして6Vが与えられた場合に
おけるドレイン電流Id−ドレイン電位Vd特性および
ゲート電流Ig−ドレイン電位Vd特性を示す。図10
は、図9に示されたドレイン電流Idに対するゲート電
流Igの割合である注入効率Ig/Idを示す。この図
10から明らかなように、Vd=−6V近傍に、10-2
程度の高い注入効率が得られている。ここで、Vd=0
V〜−6Vにおける注入効率の増加は、BTBTによる
電子−正孔対の増加が原因である。また、Vd=−6V
〜−7Vにおける注入効率の低下は、ドレイン83内の
ウェル81との接合付近で起きるアバランシェ降伏が原
因である。アバランシェ降伏はインパクトイオン化によ
る電子の急増現象であるから、このとき図9に示される
ようにゲート電流Igはほとんど増加しないにもかかわ
らずドレイン電流Idが増加するために、注入効率Ig
/Idが図10に示されるように低下するものである。
FIG. 9 shows a drain current Id-drain potential Vd characteristic and a gate current Ig-drain potential Vd when the floating gate 85 of the memory cell 80 is connected to the control gate 87 and a gate potential Vg of 6V is applied. Show the characteristics. FIG.
Shows the injection efficiency Ig / Id which is the ratio of the gate current Ig to the drain current Id shown in FIG. As is clear from FIG. 10, in the vicinity of Vd = −6V, 10 −2
High injection efficiency is obtained. Here, Vd = 0
The increase in injection efficiency at V to -6V is due to the increase in electron-hole pairs due to BTBT. Also, Vd = -6V
The decrease in the injection efficiency at -7V is caused by the avalanche breakdown that occurs near the junction with the well 81 in the drain 83. Since avalanche breakdown is a rapid increase in electrons due to impact ionization, the drain current Id increases even though the gate current Ig hardly increases at this time, so that the injection efficiency Ig is increased.
/ Id decreases as shown in FIG.

【0008】一般に、図11に示されるように、ウェル
81内のチャネル下にはn+ 型パンチスルーストッパ1
10が形成される。ゲート長の短縮化に伴って増加する
パンチスルー電流を抑えるためである。上述したBTB
Tによる電子−正孔対はフローティングゲート85の下
にもぐり込んだドレイン83中のBTBT発生領域11
1内で生成される。他方、上述したインパクトイオン化
によるアバランシェ電流は、パンチスルーストッパ11
0がドレイン83と接触する付近のインパクトイオン化
発生領域112で主に生成される。
Generally, as shown in FIG. 11, an n + type punch-through stopper 1 is provided below the channel in the well 81.
10 are formed. This is to suppress the punch-through current that increases with the shortening of the gate length. BTB mentioned above
The electron-hole pair due to T penetrates under the floating gate 85 and the BTBT generation region 11 in the drain 83.
It is generated within 1. On the other hand, the avalanche current due to the impact ionization described above is generated by the punch-through stopper 11
0 is mainly generated in the impact ionization generation region 112 in the vicinity where 0 contacts the drain 83.

【0009】DINOR型のフラッシュメモリは単一の
外部電源(たとえば3.3V)で動作するため、データ
書込時またはデータ消去時のドレイン電位Vdなどはそ
の外部電源をチャージポンプ回路によってチップ内部で
降圧することにより生成される。一般にチャージポンプ
回路は電流供給能力をほとんど有しないため、データの
書込動作または消去動作に伴う負荷電流は極力抑えなけ
ればならない。負荷電流が抑えられない場合、チャージ
ポンプ回路の面積や段数を増やすことになるので、チッ
プ面積の増大、ひいては製造コストの増大を招くことに
なる。上述したアバランシェ降伏によるドレイン電流I
dの急増はチャージポンプ回路の負荷電流を増大させる
ことになるため、このアバランシェ降伏によるドレイン
電流Idの増加は極力抑えなければならない。
Since the DINOR type flash memory operates with a single external power source (for example, 3.3V), the drain potential Vd at the time of data writing or data erasing is externally supplied by a charge pump circuit inside the chip. It is generated by reducing the voltage. In general, the charge pump circuit has almost no current supply capability, and thus the load current accompanying the data write operation or data erase operation must be suppressed as much as possible. If the load current cannot be suppressed, the area and the number of stages of the charge pump circuit will be increased, which will increase the chip area and eventually the manufacturing cost. Drain current I due to avalanche breakdown described above
Since the rapid increase in d increases the load current of the charge pump circuit, the increase in drain current Id due to the avalanche breakdown must be suppressed as much as possible.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、メモリセル
の微細化や高集積化はそのゲート長を短くすることによ
って行なわれる。しかしながら、ゲート長の短縮化に伴
ってソース/ドレイン間でのパンチスルー電流が増加す
るという問題がある。
By the way, miniaturization and high integration of memory cells are performed by shortening the gate length thereof. However, there is a problem that the punch-through current between the source / drain increases as the gate length is shortened.

【0011】このようなパンチスルー電流の増加を抑え
るための手法の1つとして、パンチスルーストッパ11
0の濃度を濃く設定するという手法がある。図12に示
されるようなp- 型の埋込拡散層120を有するメモリ
セルにおいては、ソース/ドレイン間におけるウェル8
1中の深いところに電位の谷が形成される。図12に
は、等電位線121の分布が示される。上述したパンチ
スルーは電位の谷に流れるリーク122によるものであ
る。
As one of the techniques for suppressing such an increase in punch through current, the punch through stopper 11 is used.
There is a method of setting a high density of 0. In the memory cell having the p type buried diffusion layer 120 as shown in FIG. 12, the well 8 between the source and the drain is formed.
A valley of potential is formed deep inside 1. The distribution of equipotential lines 121 is shown in FIG. The punch-through described above is due to the leak 122 flowing in the valley of the potential.

【0012】ウェル81およびパンチスルーストッパ1
10の濃度が一定である場合、ゲート長が短縮されるに
従って上記のようなソース/ドレイン間での電位の広が
りは大きくなる傾向にある。したがって、このようなゲ
ート長の短縮化に伴う電位の拡大を抑えるためには、ウ
ェル81やパンチスルーストッパ110の濃度を高く設
定する必要がある。
Well 81 and punch-through stopper 1
When the concentration of 10 is constant, the potential spread between the source / drain tends to increase as the gate length decreases. Therefore, it is necessary to set the concentration of the well 81 and the punch-through stopper 110 to be high in order to suppress the potential increase due to the shortening of the gate length.

【0013】しかしながら、ゲート長の短縮化に伴って
パンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、ドレ
イン耐圧BVdsの低下を招くことになる。ここで、パ
ンチスルーストッパ110の濃度を高くするとドレイン
耐圧BVdsが低下する原因は、パンチスルーストッパ
110の濃度が高いほどパンチスルーストッパ110と
ドレイン83またはソース82との間での空乏層の幅が
狭くなり、この領域での電界が大きくなることである。
However, if the concentration of the punch-through stopper 110 is increased as the gate length is shortened, the drain breakdown voltage BVds is lowered. Here, increasing the concentration of the punch-through stopper 110 causes the drain breakdown voltage BVds to decrease. The higher the concentration of the punch-through stopper 110, the wider the width of the depletion layer between the punch-through stopper 110 and the drain 83 or the source 82. It becomes narrower and the electric field in this region becomes larger.

【0014】図2は、ドレイン耐圧BVdsとゲート長
Lとの関係を表わす特性図である。このドレイン耐圧−
ゲート長特性は、たとえばコントロールゲート87、ウ
ェル81およびソース82を接地し、ドレイン83に与
える電位を上げていった場合に観測されるドレイン電流
Idがあるしきい値(たとえば1μA以上になったと
き)のドレイン電位を異なるゲート長Lごとに求めるこ
とによって得られるものである。ゲート長Lが比較的長
い領域でのフラットな特性は図11に示されたインパク
トイオン化発生領域112で起きるアバランシェ降伏に
よって決定されるものである。また、ゲート長Lの短縮
化に伴うドレイン耐圧BVdsの低下特性はソース82
−ドレイン83間で起きるパンチスルーによって決定さ
れるものである。ドレイン耐圧−ゲート長特性におい
て、ゲート長Lの短縮化に伴いドレイン耐圧BVdsが
低下し始めるときのゲート長を以下では臨界ゲート長L
min(Lmin1 またはLmin2 )という。図2か
ら明らかなように、パンチスルーストッパ110の濃度
を高くすると臨界ゲート長Lminは短くなる。すなわ
ち、パンチスルーストッパ110の濃度が比較的高い場
合における臨界ゲート長Lmin2 は、パンチスルース
トッパ110の濃度が比較的低い場合における臨界ゲー
ト長Lmin1 よりも短い。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the drain breakdown voltage BVds and the gate length L. This drain breakdown voltage-
The gate length characteristic is, for example, when the control gate 87, the well 81, and the source 82 are grounded, and the drain current Id observed when the potential applied to the drain 83 is increased, is a certain threshold value (for example, 1 μA or more). ) Is obtained for each different gate length L. The flat characteristic in the region where the gate length L is relatively long is determined by the avalanche breakdown that occurs in the impact ionization generation region 112 shown in FIG. In addition, the reduction characteristic of the drain breakdown voltage BVds with the reduction of the gate length L is the source 82.
-Determined by punch through occurring between drains 83. In the drain breakdown voltage-gate length characteristics, the gate length at which the drain breakdown voltage BVds starts to decrease as the gate length L is shortened will be described below as the critical gate length L.
It is called min (Lmin 1 or Lmin 2 ). As is clear from FIG. 2, the higher the concentration of the punch through stopper 110, the shorter the critical gate length Lmin. That is, the critical gate length Lmin 2 when the concentration of the punchthrough stopper 110 is relatively high is shorter than the critical gate length Lmin 1 when the concentration of the punchthrough stopper 110 is relatively low.

【0015】フラッシュメモリのメモリセルでは、デー
タの書込時や消去時においてドレイン耐圧BVds付近
のバイアスが印加される。したがって、臨界ゲート長L
minよりも短いゲート長Luseを用いたメモリセル
では、図13に示されるようにドレイン電圧Vdをドレ
イン耐圧BVds付近に設定すると、サブスレッショル
ドによるリーク電流が増大することになる。すなわち、
本来はカットオフされるべきVg(ゲート電位)=0V
のときにも微小なリーク電流がソース−ドレイン間で流
れることになる。
In the memory cell of the flash memory, a bias near the drain breakdown voltage BVds is applied when writing or erasing data. Therefore, the critical gate length L
In the memory cell using the gate length Luse shorter than min, when the drain voltage Vd is set near the drain breakdown voltage BVds as shown in FIG. 13, the leak current due to the subthreshold increases. That is,
Originally should be cut off Vg (gate potential) = 0V
Also in this case, a minute leak current flows between the source and the drain.

【0016】このため、臨界ゲート長Lminよりも短
いゲート長Luseが用いられることはなく、一般には
臨界ゲート長Lminのマージンを考慮して臨界ゲート
長Lminよりも長いゲート長Luseが用いられる。
Therefore, the gate length Luse shorter than the critical gate length Lmin is not used, and in general, the gate length Luse longer than the critical gate length Lmin is used in consideration of the margin of the critical gate length Lmin.

【0017】上述したように臨界ゲート長Lminを決
定する要因はソース/ドレイン間での電位の広がりであ
るから、ゲート長を短くするためにはソース/ドレイン
間での電位の広がりを抑えるためにパンチスルーストッ
パ110の濃度を高くする必要がある。すなわち、パン
チスルーストッパ110の濃度を高くすると臨界ゲート
長Lminが短くなるから、メモリセルに使用するゲー
ト長Luseを短くすることができる。
As described above, the factor that determines the critical gate length Lmin is the spread of the potential between the source and the drain. Therefore, in order to shorten the gate length, the spread of the potential between the source and the drain is suppressed. It is necessary to increase the density of the punch through stopper 110. That is, as the concentration of the punch through stopper 110 is increased, the critical gate length Lmin is shortened, so that the gate length Luse used for the memory cell can be shortened.

【0018】しかしながら、ゲート長Lを短縮化するた
めにパンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、
図11に示されたインパクトイオン化発生領域112に
おけるインパクトイオン化(I.I.)電流が増加し、
アバランシェ降伏によって決定されるドレイン耐圧BV
dsが低下する。このドレイン耐圧BVdsの低下は図
10に示された注入効率Ig/Idの低下を引き起こ
す。すなわち、図10ではVd=−6V〜−7Vにおい
て注入効率が低下しているが、ゲート長の短縮化に伴い
パンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、この
注入効率の低下領域がドレイン電圧Vdの絶対値が小さ
くなる側(図10上では左側)へシフトする。このよう
な注入効率の低下はチャージポンプ回路の負荷を増大さ
せ、ひいてはチップサイズの増大へと繋がる。
However, if the density of the punch-through stopper 110 is increased to shorten the gate length L,
The impact ionization (II) current in the impact ionization generation region 112 shown in FIG. 11 increases,
Drain breakdown voltage BV determined by avalanche breakdown
ds decreases. This decrease in drain breakdown voltage BVds causes a decrease in injection efficiency Ig / Id shown in FIG. That is, in FIG. 10, the injection efficiency is lowered at Vd = −6V to −7V, but if the concentration of the punch-through stopper 110 is increased as the gate length is shortened, the region where the injection efficiency is lowered becomes the drain voltage Vd. Shift to the side where the absolute value becomes smaller (left side in FIG. 10). Such a decrease in injection efficiency increases the load on the charge pump circuit, which in turn leads to an increase in chip size.

【0019】上述したようにゲート長の短縮化のために
パンチスルーストッパ110の濃度を低くすることはで
きないが、インパクトイオン化による注入効率の低下を
抑える手法として、一般的なメモリセルではソース82
およびドレイン83の濃度を低くするLDD(Lightly
Doped Drain )と呼ばれる手法がある。しかしながら、
pチャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッシ
ュメモリではこの手法を用いることができない。これ
は、BTBTによって十分な電流が発生するためには図
11に示されたBTBT発生領域111の濃度が1019
cm-3程度は必要だからである。もしも一般のメモリセ
ルと同様にソース82およびドレイン83の濃度を低く
すると、BTBTによって発生する電流が低下し、その
結果、注入効率が低下することになる。
As described above, the concentration of the punch-through stopper 110 cannot be lowered in order to shorten the gate length, but as a method for suppressing the decrease in implantation efficiency due to impact ionization, the source 82 is used in a general memory cell.
And LDD (Lightly
There is a method called Doped Drain). However,
This method cannot be used in a DINOR type flash memory using p-channel memory cells. This is because the concentration of the BTBT generation region 111 shown in FIG. 11 is 10 19 in order to generate a sufficient current by BTBT.
This is because about cm -3 is necessary. If the concentration of the source 82 and the drain 83 is reduced as in a general memory cell, the current generated by the BTBT is reduced, and as a result, the injection efficiency is reduced.

【0020】図14および図15は、上述したゲート長
の縮小化に伴う注入効率の低下の概要を示す。図14に
示されるように、ゲート長の縮小化という目的を達成す
るためには、臨界ゲート長Lminを確保するという必
要性は避けることができないと考えられていた。臨界ゲ
ート長Lminを確保するための1つの手法として、パ
ンチスルーストッパ110の濃度を高くするという技法
が考えられるが、図15に示されるようにインパクトイ
オン化によるリーク電流が増加し、その結果、BTBT
によって誘起されたホットエレクトロンの注入効率が低
下することになる。また、臨界ゲート長Lminを確保
するためのもう1つの手法としてソース82およびドレ
イン83をLDD構造とする手法が考えられるが、BT
BTによって充分な量の電子が生成されなくなり、その
結果、ホットエレクトロンの注入効率はやはり低下する
ことになる。
FIG. 14 and FIG. 15 show the outline of the reduction of the injection efficiency due to the reduction of the gate length described above. As shown in FIG. 14, in order to achieve the purpose of reducing the gate length, it was thought that the necessity of ensuring the critical gate length Lmin cannot be avoided. As a method for securing the critical gate length Lmin, a technique of increasing the concentration of the punch through stopper 110 can be considered, but as shown in FIG. 15, the leak current due to impact ionization increases, and as a result, BTBT.
The injection efficiency of the hot electrons induced by this is reduced. As another method for securing the critical gate length Lmin, a method in which the source 82 and the drain 83 have an LDD structure can be considered.
BT does not generate a sufficient amount of electrons, and as a result, the injection efficiency of hot electrons is also reduced.

【0021】以上のように、pチャネルメモリセルを用
いてDINOR型のフラッシュメモリではゲート長を短
縮化するためにはBTBTによって誘起されたホットエ
レクトロンの注入効率の低下を避けることができないと
いう問題があった。
As described above, in the DINOR type flash memory using the p-channel memory cell, in order to shorten the gate length, it is unavoidable that the injection efficiency of hot electrons induced by BTBT cannot be reduced. there were.

【0022】この発明の目的は、ゲート長を短くしてフ
ラッシュメモリのさらなる高集積化を図ることである。
It is an object of the present invention to shorten the gate length to achieve higher integration of flash memory.

【0023】この発明のもう1つの目的は、BTBTに
よって誘起されたホットエレクトロンの注入効率を低下
させることなくゲート長を短くすることである。
Another object of the present invention is to shorten the gate length without lowering the injection efficiency of hot electrons induced by BTBT.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】この発明に従った不揮発
性半導体記憶装置は、複数のスタックゲート型メモリセ
ルと、複数のワード線と、メインビット線と、サブビッ
ト線と、セレクトゲートと、ソース線とを含む。複数の
ワード線は複数のスタックゲート型メモリセルに対応し
て設けられ、各ワード線は対応するスタックゲート型メ
モリセルのコントロールゲートと接続される。サブビッ
ト線は複数のスタックゲート型メモリセルのドレインと
共通に接続される。セレクトゲートはメインビット線と
サブビット線との間に接続される。ソース線は複数のス
タックゲート型メモリセルのソースと共通に接続され
る。スタックゲート型メモリセルのゲート長は臨界ゲー
ト長よりも短く設定される。ここで、臨界ゲート長と
は、ドレイン耐圧とゲート長との関係を表わすドレイン
耐圧−ゲート長特性においてゲート長の短縮化に伴いド
レイン耐圧が低下し始めるときのゲート長をいう。ま
た、ワード線によって選択されたスタックゲート型メモ
リセルからのデータ読出時にそのソース/ドレイン間に
流れる読出電流をIdsreadとし、データ読出時にワー
ド線によって選択されずかつデータがプログラムされた
状態にあるスタックゲート型メモリセルのソース−ドレ
イン間に流れる読出リーク電流をIdsRleak とし、ス
タックゲート型メモリセルの数をNbitとし、さらに
予め定められた1以上のマージンファクタをMとする
と、この不揮発性半導体記憶装置は関係式 IdsRleak <Idsread/Nbit/M を満たすように設定される。
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a plurality of stack gate type memory cells, a plurality of word lines, a main bit line, a sub bit line, a select gate and a source. Including lines and. The plurality of word lines are provided corresponding to the plurality of stack gate type memory cells, and each word line is connected to the control gate of the corresponding stack gate type memory cell. The sub bit line is commonly connected to the drains of the plurality of stack gate type memory cells. The select gate is connected between the main bit line and the sub bit line. The source line is commonly connected to the sources of the plurality of stack gate type memory cells. The gate length of the stack gate type memory cell is set shorter than the critical gate length. Here, the critical gate length means the gate length when the drain breakdown voltage starts to decrease as the gate length is shortened in the drain breakdown voltage-gate length characteristic, which represents the relationship between the drain breakdown voltage and the gate length. Further, the read current flowing between the source / drain of the stacked gate type memory cell selected by the word line at the time of data reading is defined as Ids read, and is not selected by the word line at the time of data reading and the data is programmed. Let Ids Rleak be the read leak current flowing between the source and drain of the stack gate type memory cell, Nbit be the number of stack gate type memory cells, and M be a predetermined margin factor of 1 or more. The memory device is set so as to satisfy the relational expression Ids Rleak <Ids read / Nbit / M.

【0025】上記不揮発性半導体記憶装置において、マ
ージンファクタは好ましくはほぼ10に設定される。
In the above nonvolatile semiconductor memory device, the margin factor is preferably set to about 10.

【0026】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、スタックゲート型メモリセルへのデータ書込時
にソース線を開放状態にする開放手段を含む。
The non-volatile semiconductor memory device preferably further includes opening means for opening the source line when writing data to the stack gate type memory cell.

【0027】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、スタックゲート型メモリセルへのデータ書込時
に所定電位をソース線に印加する第1のバックゲート印
加手段を含む。
The nonvolatile semiconductor memory device preferably further includes first back gate applying means for applying a predetermined potential to the source line when writing data to the stack gate type memory cell.

【0028】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、データ読出時に所定電位をソース線に印加する
第2のバックゲート印加手段を含む。
The nonvolatile semiconductor memory device preferably further includes second back gate applying means for applying a predetermined potential to the source line during data reading.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同
一または相当部分を示す。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

【0030】[実施の形態1]図1は、この発明の実施
の形態1によるDINOR型のフラッシュメモリにおけ
るメモリセルアレイの一部構成を示す回路図である。図
1を参照して、DINOR型のフラッシュメモリは、複
数のスタックゲート型メモリセルMC11〜MC15,
MC21〜MC25と、複数のワード線WL1〜WL5
と、メインビット線MBLと、サブビット線SBL1,
SBL2と、セレクトゲート11,12と、ソース線S
Lとを含む。複数のワード線WL1〜WL5は、複数の
スタックゲート型メモリセルMC11〜MC15または
MC21〜MC25に対応して設けられる。ワード線W
L1〜WL5の各々は、対応するスタックゲート型メモ
リセルのコントロールゲートと接続される。たとえばワ
ード線WL1はスタックゲート型メモリセルMC11お
よびMC21のコントロールゲートと共通に接続され
る。サブビット線SBL1はスタックゲート型メモリセ
ルMC11〜MC15のドレインと共通に接続される。
サブビット線SBL2はスタックゲート型メモリセルM
C21〜MC25のドレインと共通に接続される。セレ
クトゲート11はメインビット線MBLとサブビット線
SBL1との間に接続される。セレクトゲート12はメ
インビット線MBLとサブビット線SBL2との間に接
続される。ソース線SLはスタックゲート型メモリセル
MC11〜MC15,MC21〜MC25のソースと共
通に接続される。図示はされていないが、DINOR型
のフラッシュメモリのメモリセルアレイには図1に示さ
れるような構成が複数設けられる。
[First Embodiment] FIG. 1 is a circuit diagram showing a partial configuration of a memory cell array in a DINOR type flash memory according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the DINOR type flash memory includes a plurality of stack gate type memory cells MC11 to MC15,
MC21 to MC25 and a plurality of word lines WL1 to WL5
, The main bit line MBL, the sub bit line SBL1,
SBL2, select gates 11 and 12, source line S
L and. The plurality of word lines WL1 to WL5 are provided corresponding to the plurality of stack gate type memory cells MC11 to MC15 or MC21 to MC25. Word line W
Each of L1 to WL5 is connected to the control gate of the corresponding stack gate type memory cell. For example, word line WL1 is commonly connected to the control gates of stack gate type memory cells MC11 and MC21. The sub bit line SBL1 is commonly connected to the drains of the stack gate type memory cells MC11 to MC15.
The sub bit line SBL2 is a stack gate type memory cell M
It is commonly connected to the drains of C21 to MC25. Select gate 11 is connected between main bit line MBL and sub bit line SBL1. Select gate 12 is connected between main bit line MBL and sub bit line SBL2. The source line SL is commonly connected to the sources of the stack gate type memory cells MC11 to MC15 and MC21 to MC25. Although not shown, the memory cell array of the DINOR type flash memory is provided with a plurality of configurations as shown in FIG.

【0031】このフラッシュメモリはさらに、書込イネ
ーブル信号PROGに応答してソース線SLを開放状態
にするとともに、読出イネーブル信号READに応答し
てソース線SLに0Vの電位を印加するソース制御回路
13を備える。書込イネーブル信号PROGはメモリセ
ルMC11〜MC15,MC21〜MC25へのデータ
書込時に活性化され、読出イネーブル信号READはメ
モリセルMC11〜MC15,MC21〜MC25から
のデータ読出時に活性化される。
The flash memory further has a source control circuit 13 which opens the source line SL in response to the write enable signal PROG and applies a potential of 0 V to the source line SL in response to the read enable signal READ. Equipped with. The write enable signal PROG is activated when data is written to the memory cells MC11 to MC15 and MC21 to MC25, and the read enable signal READ is activated when data is read from the memory cells MC11 to MC15 and MC21 to MC25.

【0032】図2は、ドレイン耐圧BVdsとゲート長
Lとの関係を表わす特性図である。上述したようにパン
チスルーストッパの濃度を高くすると短い臨界ゲート長
Lminを確保することはできるが、BTBTによって
誘起されたホットエレクトロンの注入効率が低下する。
そのため、この実施の形態1ではパンチスルーストッパ
の濃度は高く設定されない。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the drain breakdown voltage BVds and the gate length L. As described above, if the concentration of the punch through stopper is increased, a short critical gate length Lmin can be secured, but the injection efficiency of hot electrons induced by BTBT is reduced.
Therefore, the density of the punch through stopper is not set high in the first embodiment.

【0033】また、1つのサブビット線SBL1または
SBL2と共通に接続されるメモリセルMC11〜MC
15またはMC21〜MC25には、データ書込時に書
込ドレイン電位Vdprogが与えられ、データの読出時に
読出ドレイン電位Vdreadが与えられる。一般に、書込
ドレイン電位の絶対値|Vdprog|の方が読出ドレイン
電位の絶対値|Vdread|よりも大きい。したがって、
ドレイン耐圧BVdsは書込ドレイン電位|Vdprog
よりも大きくなければならない。
Memory cells MC11 to MC commonly connected to one sub-bit line SBL1 or SBL2.
A write drain potential Vd prog is applied to 15 or MC21 to MC25 during data writing, and a read drain potential Vd read is applied during data reading. In general, the absolute value | Vd prog | of the write drain potential is larger than the absolute value | Vd read | of the read drain potential. Therefore,
The drain breakdown voltage BVds is the write drain potential | Vd prog |
Must be larger than

【0034】また、この実施の形態1では、メモリセル
MC11〜MC15,MC21〜MC25のゲート長と
して、臨界ゲート長Lmin1 よりも短いゲート長が使
用される。ここで、図2に示されたドレイン耐圧−ゲー
ト長特性では、ゲート長を短くしていくとドレイン耐圧
BVdsが低下し始めるが、このドレイン耐圧BVds
が低下し始めるときのゲート長が臨界ゲート長Lmin
1 である。
In the first embodiment, the gate length of memory cells MC11 to MC15 and MC21 to MC25 is shorter than the critical gate length Lmin 1 . Here, in the drain breakdown voltage-gate length characteristic shown in FIG. 2, the drain breakdown voltage BVds starts to decrease as the gate length is shortened.
Is the critical gate length Lmin
Is one.

【0035】図3は、ドレイン電流(−Id)とゲート
電位(−Vg)との関係を表わす特性図である。この特
性図には、臨界ゲート長よりも長いゲート長を使用(L
use>Lmin)した従来の特性曲線と、臨界ゲート
長よりも短いゲート長を使用(Luse<Lmin)し
た実施の形態1の特性曲線とが表わされている。また、
この特性図には、データ読出時においてデータがプログ
ラムされている状態にあるメモリセルのフローティング
ゲートの電位と、データ読出時においてデータがイレー
スされた状態にあるメモリセルのフローティングゲート
の電位とが示されている。ここで、フローティングゲー
トの電位Vfgは次の式(1)で表わされる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the drain current (-Id) and the gate potential (-Vg). A gate length longer than the critical gate length is used for this characteristic diagram (L
A conventional characteristic curve (use> Lmin) and a characteristic curve of the first embodiment using a gate length shorter than the critical gate length (Luse <Lmin) are shown. Also,
This characteristic diagram shows the floating gate potential of a memory cell in which data is programmed during data read and the floating gate potential of a memory cell in which data is erased during data read. Has been done. Here, the potential Vfg of the floating gate is expressed by the following equation (1).

【0036】 Vfg=−αcg(Vcg+ΔVth)+αd Vd …(1) ここで、ΔVthは、メモリセルの通常のしきい電圧を
Vthとし、フローティングゲートに電荷が全くない場
合におけるメモリセルのしきい電圧をVth UVとする
と、次の式(2)で表わされる。
Vfg = -αcg(Vcg + ΔVth) + αdVd (1) Here, ΔVth is a normal threshold voltage of the memory cell.
Vth, if there is no charge on the floating gate
The threshold voltage of the memory cell in the case of Vth UV
Is expressed by the following equation (2).

【0037】 ΔVth=Vth−Vth UV …(2) また、αcgはコントロールゲートとフローティングゲー
トとの間の結合容量の値を示し、αd はドレインとフロ
ーティングゲートとの間の結合容量の値を示す。
ΔVth = Vth−Vth UV (2) Further, α cg represents the value of the coupling capacitance between the control gate and the floating gate, and α d represents the value of the coupling capacitance between the drain and the floating gate.

【0038】図3に示された臨界ゲート長よりも長いゲ
ート長を使用した場合(Luse>Lmin)の特性曲
線から明らかなように、この場合のデータ読出時(Vd
=Vread)においては、選択メモリセル中にAで示
される読出電流がドレイン電流として流れ、非選択メモ
リセル中にA′で示される読出リーク電流がドレイン電
流として流れる。A′で示される読出リーク電流はAで
示される読出電流に比べて十分に小さいものである。な
お、この場合におけるデータ書込時(Vd=Vpro
g)の特性曲線はデータ読出時(Vd=Vread)の
特性曲線にほとんど等しいものである。
As is apparent from the characteristic curve when a gate length longer than the critical gate length shown in FIG. 3 is used (Luse> Lmin), the data read (Vd) is performed in this case.
= Vread), a read current indicated by A flows in the selected memory cell as a drain current, and a read leak current indicated by A ′ flows in the non-selected memory cell as a drain current. The read leak current indicated by A ′ is sufficiently smaller than the read current indicated by A. In this case, at the time of writing data (Vd = Vpro
The characteristic curve of g) is almost equal to the characteristic curve at the time of data reading (Vd = Vread).

【0039】これに対し、この実施の形態1では上述し
たように臨界ゲート長Lminよりも短いゲート長Lu
seが使用されているため、メモリセル中に流れるサブ
スレッショルド電流が増加する。したがって、臨界ゲー
ト長よりも短いゲート長を使用した場合(Luse<L
min)におけるデータ読出時(Vd=Vread)の
特性曲線から明らかなように、Bで示される選択メモリ
セル中に流れるリード電流Idsreadに比べて、B′で
示される非選択メモリセル中に流れる読出リーク電流I
dsRleak が無視できないほどに増加する恐れがある。
On the other hand, in the first embodiment, as described above, the gate length Lu is shorter than the critical gate length Lmin.
Since se is used, the subthreshold current flowing in the memory cell increases. Therefore, if a gate length shorter than the critical gate length is used (Luse <L
As is clear from the characteristic curve at the time of data reading (Vd = Vread) at (min), the read current Ids read flowing in the selected memory cell indicated by B flows in the non-selected memory cell indicated by B ′. Read leak current I
There is a risk that ds Rleak will increase to a level that cannot be ignored.

【0040】なお、臨界ゲート長よりも短いゲート長を
使用した場合(Luse<Lmin)におけるデータ書
込時(Vd=Vprog)には、データ読出時(Vd=
Vread)に比べて比較的大量のリーク電流が流れ
る。このリーク電流は、チャネル電流ではなく基板(ウ
ェル)内部に流れるパンチスルー電流である。他方、臨
界ゲート長よりも短いゲート長を使用した場合(Lus
e<Lmin)におけるデータ読出時(Vd=Vrea
d)には、ドレイン電位Vdがデータ書込時に比べ低い
ため、ドレインからの空乏層の延びが抑えられ、その結
果、ソース−ドレイン間にはゲート電位によって制御可
能なチャネル電流が流れる。
When a gate length shorter than the critical gate length is used (Luse <Lmin), data is written (Vd = Vprog) and data is read (Vd = Vprog).
A relatively large amount of leak current flows as compared with Vread). This leak current is not a channel current but a punch-through current flowing inside the substrate (well). On the other hand, when a gate length shorter than the critical gate length is used (Lus
When data is read when e <Lmin (Vd = Vrea)
In d), since the drain potential Vd is lower than that during data writing, extension of the depletion layer from the drain is suppressed, and as a result, a channel current controllable by the gate potential flows between the source and drain.

【0041】このフラッシュメモリのデータ書込時に
は、図4に示されるように、図1中のソース制御回路1
3によってソース線SLが開放状態にされ、メインビッ
ト線MBLにドレイン電位Vdとしてたとえば−6Vが
与えられ、選択ワード線WL2にコントロールゲート電
位としてたとえば+8Vが与えられ、非選択ワード線W
L1,WL3〜WL5にコントロールゲート電位として
たとえば0Vがそれぞれ与えられる。ここでは、L(論
理ロウ)レベルのセレクト信号SG1がセレクトゲート
11に与えられ、H(論理ハイ)レベルのセレクト信号
SG2がセレクトゲート12に与えられているので、メ
インビット線MBLの電位(−6V)はサブビット線S
BL2だけに与えられ、サブビット線SBL1には与え
られない。したがって、サブビット線SBL2に接続さ
れたメモリセルMC21〜MC25だけが書込可能な状
態にある。但し、ここではワード線WL2には+8Vが
与えられ、他のワード線WL1,WL3〜WL5には0
Vが与えられているので、メモリセルMC22のみが選
択され、他のメモリセルMC21,MC23〜MC25
は選択されない。
At the time of writing data in this flash memory, as shown in FIG. 4, the source control circuit 1 in FIG.
3, the source line SL is opened, the main bit line MBL is provided with a drain potential Vd of, for example, −6V, the selected word line WL2 is provided with, for example, + 8V as a control gate potential, and the unselected word line W is selected.
For example, 0V is applied as a control gate potential to L1 and WL3 to WL5. Here, since the select signal SG1 of L (logical low) level is given to the select gate 11 and the select signal SG2 of H (logical high) level is given to the select gate 12, the potential of the main bit line MBL (- 6V) is the sub bit line S
It is given only to BL2 and not to sub-bit line SBL1. Therefore, only the memory cells MC21 to MC25 connected to the sub bit line SBL2 are in the writable state. However, here, + 8V is applied to the word line WL2, and 0 is applied to the other word lines WL1 and WL3 to WL5.
Since V is given, only the memory cell MC22 is selected and the other memory cells MC21, MC23 to MC25 are selected.
Is not selected.

【0042】したがって、選択メモリセルMC22だけ
にデータが書込まれるが、この実施の形態1では特にパ
ンチスルーストッパの濃度を高くしていないため、BT
BTによって誘起されたホットエレクトロンの注入効率
が低下することはない。しかしながら、ゲート長Lus
eを臨界ゲート長Lminよりも短くしているため、非
選択メモリセルMC21,MC23〜MC25中にパン
チスルーによる比較的大きな書込リーク電流Ids1
Pleak ,Ids3Pleak 〜Ids5Pleak が流れる。し
かしながら、この実施の形態1ではソース線SLが開放
状態にされているため、ソース線SLの電位は、たとえ
ば0V→−0.5Vというように低下する。そのため、
非選択メモリセルMC21,MC23〜MC25のソー
ス電位が低下し、その結果、バックゲート効果によりソ
ース−ドレイン間のリーク電流はカットオフされる。し
たがって、これらの書込リーク電流Ids1Pleak ,I
ds3Pleak 〜Ids5Pleak は書込動作の初期に一時
的に流れるだけである。したがって、この実施の形態1
のようにゲート長Luseを臨界ゲート長Lminより
も短くしても、上記書込リーク電流が問題となることは
ない。
Therefore, data is written only in the selected memory cell MC22, but since the density of the punch-through stopper is not particularly high in the first embodiment, BT is set.
The injection efficiency of hot electrons induced by BT does not decrease. However, the gate length Lus
Since e is set shorter than the critical gate length Lmin, a relatively large write leak current Ids1 due to punch-through occurs in the non-selected memory cells MC21, MC23 to MC25.
Pleak , Ids3 Pleak to Ids5 Pleak flow. However, since the source line SL is opened in the first embodiment, the potential of the source line SL decreases, for example, 0V → −0.5V. for that reason,
The source potentials of the non-selected memory cells MC21, MC23 to MC25 decrease, and as a result, the leak current between the source and the drain is cut off due to the back gate effect. Therefore, these write leakage currents Ids1 Pleak , I
ds3 Pleak to Ids5 Pleak only temporarily flow at the beginning of the write operation. Therefore, the first embodiment
Even if the gate length Luse is shorter than the critical gate length Lmin as described above, the write leak current does not pose a problem.

【0043】他方、このフラッシュメモリのデータ読出
時においては、図5に示されるように、図1中のソース
制御回路13によってソース線SLにソース電位として
たとえば0Vが与えられ、メインビット線MBLにドレ
イン電位としてたとえば−1Vが与えられる。ここでも
図4と同様に、メインビット線MBLの電位(−1V)
がサブビット線SBL2だけに与えられ、メモリセルM
C21〜MC25だけが読出可能な状態となっている。
但し、ワード線WL2にはコントロールゲート電位とし
てたとえば−3Vが与えられ、他のワード線WL1,W
L3〜WL5にはコントロールゲート電位としてたとえ
ば0Vがそれぞれ与えられているので、メモリセルMC
22だけが選択され、他のメモリセルMC21,MC2
3〜MC25は選択されていない。
On the other hand, at the time of reading data from this flash memory, as shown in FIG. 5, source control circuit 13 in FIG. 1 gives source line SL a source potential of, for example, 0 V, and main bit line MBL. For example, -1V is applied as the drain potential. Also here, as in FIG. 4, the potential of the main bit line MBL (-1 V).
Are applied only to the sub-bit line SBL2, and the memory cell M
Only C21 to MC25 can be read.
However, for example, -3V is applied to the word line WL2 as a control gate potential, and the other word lines WL1 and W
For example, 0V is applied to L3 to WL5 as the control gate potential, so that the memory cell MC
22 is selected and the other memory cells MC21 and MC2 are selected.
3 to MC25 are not selected.

【0044】したがって、選択メモリセルMC22中に
は読出電流Ids2readが流れ、他のメモリセルMC2
1,MC23〜MC25中には読出リーク電流Ids1
Rlea k ,Ids3Rleak 〜Ids5Rleak が流れる。し
かしながら、データ読出時にはソース線SLが0Vに固
定されているので、上述したデータ書込時のようにこれ
らの読出リーク電流Ids1Rleak ,Ids3Rleak
Ids5Rleak がカットオフされることはない。
Therefore, the read current Ids2 read flows in the selected memory cell MC22 and the other memory cell MC2.
1, a read leak current Ids1 is included in MC23 to MC25.
Rlea k , Ids3 Rleak to Ids5 Rleak flow. However, since the source line SL is fixed to 0V at the time of data reading, these read leak currents Ids1 Rleak , Ids3 Rleak .
The Ids5 Rleak is never cut off.

【0045】そこで、この実施の形態1では次の式
(3)を満たすように設定されている。
Therefore, the first embodiment is set so as to satisfy the following expression (3).

【0046】[0046]

【数1】 すなわち、データ読出時に非選択メモリセル中に流れる
読出リーク電流IdsiRleak の総和が選択メモリセル
中に流れる読出電流Idsreadよりも十分に小さくなる
よう設定されている。なお、データがプログラムされて
いる状態にある非選択メモリセル中に流れる読出リーク
電流の方がデータがイレースされている状態にある非選
択メモリセル中に流れる読出リーク電流よりも大きいの
で、読出リーク電流の総和が最大となる最悪の場合を考
慮して、ここでの読出リーク電流IdsiRleak はプロ
グラム状態の非選択メモリセル中に流れるものである。
[Equation 1] That is, the sum of the read leak current Idsi Rleak flowing in the non-selected memory cell at the time of data reading is set to be sufficiently smaller than the read current Ids read flowing in the selected memory cell. The read leak current flowing in the non-selected memory cell in which the data is programmed is larger than the read leak current flowing in the non-selected memory cell in the state in which the data is erased. Considering the worst case where the total sum of the currents is maximum, the read leak current Idsi Rleak here flows in the unselected memory cells in the programmed state.

【0047】一般に、選択メモリセルからのデータ読出
時にソース−ドレイン間に流れる読出電流をIdsread
とし、データ読出時にプログラム状態の非選択メモリセ
ルのソース−ドレイン間に流れる読出リーク電流をId
Rleak とし、1つのサブビット線に接続されたメモリ
セルの数をNbitとし、さらにマージンファクタをM
とすると、このフラッシュメモリは上記式(3)を変形
した次の関係式(4)を満たすように設定される。
Generally, the read current flowing between the source and the drain at the time of reading data from the selected memory cell is Ids read.
The read leak current flowing between the source and drain of the non-selected memory cell in the programmed state at the time of data reading is Id.
s Rleak , the number of memory cells connected to one sub-bit line is N bit, and the margin factor is M
Then, this flash memory is set so as to satisfy the following relational expression (4) obtained by modifying the above expression (3).

【0048】 IdsRleak <Idsread/Nbit/M …(4) ここで、マージンファクタMは1以上の予め定められた
値であり、好ましくは10である。
Ids Rleak <Ids read / Nbit / M (4) Here, the margin factor M is a predetermined value of 1 or more, preferably 10.

【0049】一般にデータ読出時のドレイン電位(たと
えば−1V)はデータ書込時のドレイン電位(−6V)
よりも低い(絶対値が小さい)ので、読出リーク電流は
書込リーク電流よりも小さい。したがって、上記関係式
(4)を満たすように設定することは十分に可能であ
る。
Generally, the drain potential (-1 V, for example) during data reading is the drain potential (-6 V) during data writing.
Is lower (absolute value is smaller), the read leak current is smaller than the write leak current. Therefore, it is sufficiently possible to set so as to satisfy the above relational expression (4).

【0050】以上のようにこの実施の形態1によれば、
ゲート長を臨界ゲート長よりも短くしているため、フラ
ッシュメモリの集積度をさらに高めることができる。ま
た、上記関係式(4)を満たすように設定されているた
め、ゲート長を臨界ゲート長よりも短くしているにも拘
らずデータ読出時に非選択メモリセル中に流れるパンチ
スルーによる読出リーク電流は十分に抑えられ、安定し
た読出動作を行なうことができる。また、データ書込時
に非選択メモリセル中に流れるパンチスルーによる書込
リーク電流はバックゲート効果によってカットオフされ
るため、安定した書込動作も行なうことができる。さら
に、特にパンチスルーストッパの濃度を高くしていない
ため、BTBTによって誘起されたホットエレクトロン
の注入効率が低下することもない。
As described above, according to the first embodiment,
Since the gate length is shorter than the critical gate length, the integration degree of the flash memory can be further increased. Further, since the relational expression (4) is set, the read leak current due to punch-through that flows in the non-selected memory cell at the time of data reading despite the gate length being shorter than the critical gate length. Is sufficiently suppressed, and a stable read operation can be performed. Further, since the write leak current due to punch through flowing in the non-selected memory cell at the time of data writing is cut off by the back gate effect, a stable writing operation can be performed. Furthermore, since the concentration of the punch through stopper is not particularly high, the injection efficiency of hot electrons induced by BTBT does not decrease.

【0051】[実施の形態2]図6は、この発明の実施
の形態2によるフラッシュメモリの一部構成を示す回路
図である。図6を参照して、このフラッシュメモリは上
記実施の形態1と異なり、書込イネーブル信号PROG
に応答して所定の電位(たとえば−0.5V)をソース
線SLに印加するバックゲート印加回路60を備える。
[Second Embodiment] FIG. 6 is a circuit diagram showing a partial structure of a flash memory according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, this flash memory differs from the first embodiment in that the write enable signal PROG is used.
And a back gate application circuit 60 that applies a predetermined potential (for example, -0.5 V) to the source line SL.

【0052】このようなフラッシュメモリにおいては、
データ書込時に所定の電位(たとえば−0.5V)がソ
ース線SLに与えられるので、メモリセルMC21〜M
C25のバックゲート(ウェル)に実質的に負の電位が
与えられたこととなる。そのため、バックゲート効果に
よってデータ書込時に非選択メモリセル中に流れるパン
チスルーによる書込リーク電流を低減することができ
る。
In such a flash memory,
Since a predetermined potential (for example, -0.5 V) is applied to the source line SL during data writing, the memory cells MC21 to M21.
This means that a substantially negative potential is applied to the back gate (well) of C25. Therefore, it is possible to reduce the write leak current due to punch-through that flows in the non-selected memory cells at the time of data writing due to the back gate effect.

【0053】[実施の形態3]図7は、この発明の実施
の形態3によるフラッシュメモリの一部構成を示す回路
図である。図7を参照して、このフラッシュメモリは上
記実施の形態1と異なり、読出イネーブル信号READ
に応答して所定の電位(たとえば−0.5V)をソース
線SLに印加するバックゲート印加回路70を備える。
このとき、ソース−ドレイン間の電圧を上記実施の形態
1と同様に1Vとするためにドレイン電位として−1.
5Vを与えるのが望ましい。
[Third Embodiment] FIG. 7 is a circuit diagram showing a partial structure of a flash memory according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, this flash memory differs from the first embodiment in that read enable signal READ
In response to the above, a back gate application circuit 70 for applying a predetermined potential (for example, -0.5 V) to the source line SL is provided.
At this time, in order to set the source-drain voltage to 1 V as in the first embodiment, the drain potential is −1.
It is desirable to apply 5V.

【0054】このようなフラッシュメモリにおいては、
上記実施の形態2と同様にバックゲート効果によってパ
ンチスルーによる読出リーク電流を低減することができ
る。
In such a flash memory,
As in the second embodiment, the read gate leakage current due to punch-through can be reduced by the back gate effect.

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

【図1】 この発明の実施の形態1によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a partial configuration of a memory cell array in a DINOR flash memory according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 フラッシュメモリのメモリセルにおけるドレ
イン耐圧BVds−ゲート長特性を表わす図である。
FIG. 2 is a diagram showing drain withstand voltage BVds-gate length characteristics in a memory cell of a flash memory.

【図3】 フラッシュメモリのメモリセルにおけるドレ
イン電流−ゲート電位特性を表わす図である。
FIG. 3 is a diagram showing drain current-gate potential characteristics in a memory cell of a flash memory.

【図4】 図1に示されたフラッシュメモリのデータ書
込時の動作を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an operation at the time of writing data in the flash memory shown in FIG.

【図5】 図1に示されたフラッシュメモリのデータ読
出時の動作を示す回路図である。
5 is a circuit diagram showing an operation at the time of reading data from the flash memory shown in FIG. 1. FIG.

【図6】 この発明の実施の形態2によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a partial configuration of a memory cell array in a DINOR type flash memory according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態3によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a partial configuration of a memory cell array in a DINOR type flash memory according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 DINOR型フラッシュメモリにおけるpチ
ャネルスタックゲート型メモリセルの構造を示す断面図
である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a p-channel stack gate type memory cell in a DINOR type flash memory.

【図9】 図8に示されたメモリセルにおけるドレイン
電流−ドレイン電位およびゲート電流−ドレイン電位特
性を示す図である。
9 is a diagram showing drain current-drain potential and gate current-drain potential characteristics in the memory cell shown in FIG.

【図10】 図9に示されたドレイン電流に対するゲー
ト電流の割合である注入効率とドレイン電位との関係を
示す図である。
10 is a diagram showing the relationship between the drain potential and the injection efficiency, which is the ratio of the gate current to the drain current shown in FIG.

【図11】 パンチスルーストッパを有するpチャネル
スタックゲート型メモリセルの構造を示す断面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a p-channel stack gate type memory cell having a punch-through stopper.

【図12】 pチャネルスタックゲート型メモリセルに
流れるパンチスルー電流を説明するための断面図であ
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining punch-through current flowing in a p-channel stack gate type memory cell.

【図13】 スタックゲート型メモリセルにおけるドレ
イン電流−ゲート電位特性を表わす図である。
FIG. 13 is a diagram showing drain current-gate potential characteristics in a stack gate type memory cell.

【図14】 ゲート長の縮小化に伴う課題を説明するた
めの図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a problem associated with reduction in gate length.

【図15】 図14と同様の課題を説明するための注入
効率とドレイン電位との関係を表わす図である。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between injection efficiency and drain potential for explaining the same problem as in FIG.

【符号の説明】 MC11〜MC15,MC21〜MC25 スタックゲ
ート型メモリセル、WL1〜WL5 ワード線、MBL
メインビット線、SBL1,SBL2 サブビット
線、11,12 セレクトゲート、SL ソース線、臨
界ゲート長 Lmin1 ,Lmin2 、Ids
Rleak ,Ids3Rleak 〜Ids5Rleak 読出リー
ク電流、Ids2read 読出電流、60,70 バック
ゲート印加回路。
[Explanation of reference numerals] MC11 to MC15, MC21 to MC25 Stack gate type memory cells, WL1 to WL5 word lines, MBL
Main bit line, SBL1 and SBL2 sub-bit lines, 11 and 12 select gate, SL source line, critical gate lengths Lmin 1 , Lmin 2 and Ids
1 Rleak , Ids3 Rleak to Ids5 Rleak read leak current, Ids2 read read current, 60, 70 back gate applying circuit.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のスタックゲート型メモリセル、 前記スタックゲート型メモリセルに対応して設けられ、
各々が対応するスタックゲート型メモリセルのコントロ
ールゲートと接続された複数のワード線、 メインビット線、 前記複数のスタックゲート型メモリセルのドレインと共
通に接続されたサブビット線、 前記メインビット線と前記サブビット線との間に接続さ
れたセレクトゲート、および前記複数のスタックゲート
型メモリセルのソースと共通に接続されたソース線を含
み、 前記スタックゲート型メモリセルのゲート長は、ドレイ
ン耐圧とゲート長との関係を表わすドレイン耐圧−ゲー
ト長特性においてゲート長の短縮化に伴いドレイン耐圧
が低下し始めるときの臨界ゲート長よりも短く、かつ関
係式 IdsRleak <Idsread/Nbit/M (式中のIdsreadは前記ワード線によって選択された
スタックゲート型メモリセルからのデータ読出時にその
ソース−ドレイン間に流れる読出電流を示し、Ids
Rleak は前記データ読出時に前記ワード線によって選択
されずかつデータがプログラムされた状態にあるスタッ
クゲート型メモリセルのソース−ドレイン間に流れる読
出リーク電流を示し、Nbitは前記スタックゲート型
メモリセルの数を示し、Mは予め定められた1以上のマ
ージンファクタを示す)を満たすように設定される、不
揮発性半導体記憶装置。
1. A plurality of stack gate type memory cells, provided corresponding to the stack gate type memory cells,
A plurality of word lines each connected to the control gate of the corresponding stack gate type memory cell; a main bit line; a sub bit line commonly connected to the drains of the plurality of stack gate type memory cells; the main bit line and the above A select gate connected between the sub-bit line and a source line commonly connected to the sources of the plurality of stack gate type memory cells, and the gate length of the stack gate type memory cell is a drain breakdown voltage and a gate length. In the drain withstand voltage-gate length characteristic that represents the relationship with, the drain withstand voltage is shorter than the critical gate length when the drain withstand voltage starts to decrease as the gate length is shortened, and the relational expression Ids Rleak <Ids read / Nbit / M (where Ids read the data from the stack gate type memory cell selected by the word line A source in the read - shows the read current flowing between the drain, Ids
Rleak represents a read leak current flowing between the source and drain of the stack gate type memory cell which is not selected by the word line at the time of reading the data and has data programmed therein, and Nbit is the number of the stack gate type memory cell. And M is set to satisfy a predetermined margin factor of 1 or more).
【請求項2】 前記マージンファクタはほぼ10に設定
される、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the margin factor is set to about 10.
【請求項3】 前記スタックゲート型メモリセルへのデ
ータ書込時に前記ソース線を開放状態にする開放手段を
さらに含む、請求項1または請求項2に記載の不揮発性
半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising an opening means for opening said source line when writing data to said stack gate type memory cell.
【請求項4】 前記スタックゲート型メモリセルへのデ
ータ書込時に所定電位を前記ソース線に印加する第1の
バックゲート印加手段をさらに含む、請求項1または請
求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The non-volatile semiconductor according to claim 1, further comprising a first back gate applying unit that applies a predetermined potential to the source line when writing data to the stack gate memory cell. Storage device.
【請求項5】 前記データ読出時に所定電位を前記ソー
ス線に印加する第2のバックゲート印加手段をさらに含
む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の不揮
発性半導体記憶装置。
5. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a second back gate applying unit that applies a predetermined potential to the source line when reading the data.
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