JPH0982922A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH0982922A
JPH0982922A JP23435295A JP23435295A JPH0982922A JP H0982922 A JPH0982922 A JP H0982922A JP 23435295 A JP23435295 A JP 23435295A JP 23435295 A JP23435295 A JP 23435295A JP H0982922 A JPH0982922 A JP H0982922A
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voltage
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ヘミンク・ゲルトヤン
Tomoharu Tanaka
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    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • H10B41/35Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region with a cell select transistor, e.g. NAND
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非選択メモリセルに印加される電圧ストレス
を低減し、高精度のしきい値制御を可能として信頼性の
向上をはかる。 【解決手段】 4個のメモリセルを直列接続してなるN
ANDセルの一端とビット線の間に選択トランジスタS
2を、他端とソース線の間に選択トランジスタS1を接
続してなるNANDセルユニットをマトリクス配置して
構成されたメモリセルアレイと、メモリセル及び選択ト
ランジスタの各ゲートに与える電圧を制御するプログラ
ム制御回路とを備えたNAND型EEPROMにおい
て、選択されたNANDセルユニットへのデータ書込み
時に、選択されたメモリセルM3の制御ゲートにVprog
を印加し、メモリセルM3以外の非選択メモリセルM
1,2,4の制御ゲートにVm1(<Vprog)を印加し、
選択トランジスタS2の選択ゲートにVm2(>Vm1)を
印加し、選択トランジスタS1の選択ゲートに0Vを印
加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的書き換え可
能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係わ
り、特にNAND型セル構成のメモリセルアレイを有す
るEEPROMに関する。
【0002】
【従来の技術】EEPROMの一つとして、高集積化が
可能なNAND型EEPROMが知られている。これは
例えば、p型半導体基板(又はp型ウェル)上に浮遊ゲ
ート(電荷蓄積層)と制御ゲートを積層してなるトラン
ジスタ構造のメモリセルを複数個直列接続してメモリセ
ル群(NANDセル)を構成し、NANDセルの一端を
第1の選択トランジスタを介してビット線に接続し、他
端を第2の選択トランジスタを介してソース線に接続し
てメモリセルユニット(NANDセルユニット)を構成
し、NANDセルユニットをマトリクス状に配置したメ
モリセルアレイを有するものである。
【0003】制御ゲートを共有する複数のメモリセルで
“ページ”単位を構成し、“ページ”を構成するメモリ
セルを含むNANDセルユニットで“ブロック”単位を
構成する。複数ページでブロックを構成し、通常、消去
はブロック単位、書き込みと読み出しはページ単位で行
われる。
【0004】このNAND型EEPROMの動作は、次
の通りである。
【0005】データの消去は、選択されたブロック内の
全てのメモリセルに対して同時に行われる。即ち、全て
の制御ゲートを0Vにし、p型基板と選択ゲートを消去
電圧(例えば20V)とし、ビット線とソース線を浮遊
状態として行われる。これにより、メモリセルの電荷蓄
積部の電子がp型基板に放出され、メモリセルのしきい
値は0V以下とされる。
【0006】データの書き込みは、前記NANDセルユ
ニットのうちビット線から最も離れたページのメモリセ
ルから順に選択して行われる。選択されたメモリセルの
制御ゲートを書き込み電圧(例えば18V)とする。同
一ブロックの非選択メモリセルの制御ゲートと第1の選
択トランジスタの選択ゲートには、書き込み制御電圧
(例えば10V)を印加する。ビット線には、書き込み
データに応じたビット線書き込み電圧を印加する。
【0007】ビット線書き込み電圧が0Vとされると、
選択されたメモリセルのチャネル電位が0Vとなり、書
き込み電圧との電位差でメモリセルの電荷蓄積部に電子
が注入され、しきい値が0V以上とされ“0”データが
書き込まれる。ビット線書き込み電圧が例えば8Vとさ
れると、選択されたメモリセルのチャネル電位は選択ト
ランジスタ及び非選択メモリセルを介してビット線書き
込み電圧が転送されて8Vとなる。チャネル電位が8V
にされて書き込み電圧との電位差が小さくされ、選択さ
れたメモリセルの電荷蓄積部の電荷量は実質的には変化
しない。よって、消去状態が維持されしきい値は0V以
下であり、この状態は“1”データ記憶状態とされる。
【0008】読み出し動作は、選択されたメモリセルの
制御ゲートを0V、同一ブロック内の全ての選択ゲート
及び非選択制御ゲートを電源電位Vcc(例えば5V)と
して行われる。選択メモリセルで電流が流れれば“1”
データ、流れなければ“0”データが記憶されている。
【0009】以上説明したように、このようなEEPR
OMでは書き込み時に選択されたメモリセルにビット線
書き込み電圧を転送するため、ビット線側選択ゲート及
び選択メモリセルよりビット線側に位置するメモリセル
の制御ゲートをビット線書き込み電圧より高い書き込み
制御電圧にする。これにより、非選択メモリセルで僅か
ながら電荷蓄積部の電荷量が変化する。この変化量は、
従来の1ビット/1メモリセルの記憶方式ではさほど問
題にはならなかったが、例えば高精度のしきい値制御が
要求される多値メモリと呼ばれる2ビット/1メモリセ
ルの記憶方式などでは、大きな問題となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のNA
ND型EEPROMでは、選択メモリセルへのデータ書
き込みの際、非選択メモリセルの制御ゲートには書き込
み電圧よりは低いが、所定の書き込み制御電圧が与えら
れ、これにより非選択メモリセルは転送ゲートとして作
用することから、非選択メモリセルに不必要な電圧スト
レスが印加されていた。そして、この電圧ストレスによ
り非選択メモリセルの電荷蓄積部の電荷量が変化してし
きい値が変化し、最悪の場合はデータが破壊されるとい
う問題があった。
【0011】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、非選択メモリセルに印
加される電圧ストレスを低減し、高精度のしきい値制御
を可能としたNAND型EEPROMを提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(概要)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。
【0013】即ち、本発明(請求項1)は、NAND型
EEPROMにおいて、電荷蓄積層と制御ゲートが積層
されて電気的書替えを可能としたメモリセルを複数個直
列接続してNANDセルを構成し、NANDセルの一端
とビット線との間に第1の選択トランジスタを接続する
と共に、NANDセルの他端とソース線との間に第2の
選択トランジスタを接続してNANDセルユニットを構
成し、NANDセルユニットをマトリクス配置して構成
されたメモリセルアレイと、前記NANDセルユニット
を選択し、選択されたNANDセルユニットの選択され
たメモリセルの制御ゲートに書き込み電圧を印加し、選
択されたNANDセルユニット中の前記選択されたメモ
リセルと第1の選択トランジスタの間に位置する非選択
メモリセルの制御ゲートに前記書き込み電圧より低い第
1の書き込み制御電圧を印加し、選択されたNANDセ
ルユニット中の前記選択されたメモリセルと第2の選択
トランジスタの間に位置する非選択メモリセルの制御ゲ
ートに前記書き込み電圧より低い第2の書き込み制御電
圧を印加し、選択されたNANDセルユニットの第1の
選択トランジスタの選択ゲートに第1及び第2の書き込
み制御電圧より高い第3の書き込み制御電圧を印加し、
選択されたNANDセルユニットの第2の選択トランジ
スタの選択ゲートに第2の選択トランジスタを非導通状
態とする第4の書き込み制御電圧を印加する、プログラ
ム制御回路とを備えたことを特徴とする。
【0014】また、本発明(請求項2)は、NAND型
EEPROMにおいて、電荷蓄積層と制御ゲートが積層
されて電気的書替えを可能としたメモリセルを複数個直
列接続してNANDセルを構成し、NANDセルの一端
とビット線との間に第1の選択トランジスタを接続する
と共に、NANDセルの他端とソース線との間に第2の
選択トランジスタを接続してNANDセルユニットを構
成し、NANDセルユニットをマトリクス配置して構成
されたメモリセルアレイと、前記NANDセルユニット
を選択し、選択されたNANDセルユニットの選択され
たメモリセルの制御ゲートに書き込み電圧を印加し、選
択されたNANDセルユニット中の前記選択されたメモ
リセルと第1の選択トランジスタの間に位置する非選択
メモリセルの制御ゲートに前記書き込み電圧より低い第
1の書き込み制御電圧を印加し、選択されたNANDセ
ルユニット中の前記選択されたメモリセルと第2の選択
トランジスタの間に位置する非選択メモリセルの制御ゲ
ートに前記書き込み電圧より低い第2の書き込み制御電
圧を印加し、選択されたNANDセルユニットの第1の
選択トランジスタの選択ゲートに第1及び第2の書き込
み制御電圧より高い第3の書き込み制御電圧を印加し、
選択されたNANDセルユニットの第2の選択トランジ
スタの選択ゲートに第2の選択トランジスタを非導通状
態とする第4の書き込み制御電圧を印加し、かつ前記選
択されたメモリセルの電荷蓄積層の電荷を維持するため
第3の書き込み制御電圧より低い第1のビット線書き込
み電圧を対応する前記ビット線に印加し、前記選択され
たメモリセルの電荷蓄積層の電荷を変化させるため第3
の書き込み制御電圧及び第1のビット線書き込み電圧よ
り低い第2のビット線書き込み電圧を対応する前記ビッ
ト線に印加する、プログラム制御回路とを備えたことを
特徴とする。
【0015】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。
【0016】(1) 第1の書き込み制御電圧は、第2の書
き込み制御電圧より高い。
【0017】(2) 第2の書き込み制御電圧は第1及び第
2のレベルを有し、第1のレベルは選択されたメモリセ
ルに隣接するメモリセルを除くメモリセルの制御ゲート
に印加され、第2のレベルは第1のレベルより高く、選
択されたメモリセルに隣接するメモリセルの制御ゲート
に印加される。
【0018】(3) 第1のビット線書き込み電圧は、第1
の書き込み制御電圧以上である。
【0019】(4) 選択されたNANDセルユニット中の
選択されたメモリセルと第2の選択トランジスタの間に
位置する非選択メモリセルの制御ゲートに書き込み電圧
より低い第2の書き込み制御電圧を印加する代わりに、
この制御ゲートを浮遊状態にせしめる。
【0020】(作用)本発明においては、任意のメモリ
セルユニットを選択してデータ書き込みを行う際に、ビ
ット線側の選択トランジスタの選択ゲートに印加される
電圧よりも、選択されたメモリセルユニット中の非選択
メモリセルの制御ゲートに印加される電圧を低くする。
また、選択されたメモリセルよりソース線側の非選択メ
モリセルの制御ゲートの電圧を、さらに低くすることも
可能である。そしてこのような構成により、選択された
メモリセルユニット中の非選択メモリセルに印加される
書き込み時のストレスが低減され、従ってしきい値の制
御性が高くなる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
【0022】図1は、本発明の実施形態におけるNAN
D型EEPROMの基本構成を示すブロック図である。
メモリセルアレイ101に対して、データプログラムの
制御を行うため、選択ゲート/制御ゲート駆動回路10
2,ブロック/ページ選択回路103,ビット線制御回
路105,カラム選択回路107が設けられている。ア
ドレスバッファ104からのアドレス信号は、ブロック
/ページ選択回路103とカラム選択回路107に送ら
れ、メモリセルの選択を指示する。メモリセルの書き込
みデータは、データ入出力バッファ106を介してビッ
ト線制御回路105に転送される。また、ビット線制御
回路105によって読み出されたメモリセルのデータ
は、データ入出力バッファ106を介して出力される。
【0023】図2(a)は、メモリセルアレイを構成す
る1つメモリセルMの素子構造を示している。メモリセ
ルMはp型基板1上(又はn基板上のp型ウェル、又は
p型基板上のn型ウェル内のp型ウェル)に形成されて
いる。p型基板1の上に、第1の絶縁膜(トンネル絶縁
膜)3、浮遊ゲート(電荷蓄積層)4、第2の絶縁膜
(ゲート絶縁膜)5、制御ゲート6のサンドウィッチ構
造が形成されている。また、ソース/ドレインとして、
n型拡散層2が設けられている。
【0024】図2(b)は、上記メモリセルMの等価回
路を示している。容量Coxは浮遊ゲート4と基板1間の
容量で、第1の絶縁膜3の厚さや誘電率等で決まる。容
量Ccgは制御ゲート6と浮遊ゲート4の間の容量で、第
2の絶縁膜5の厚さや誘電率等で決まる。電圧Vcg,V
fg,Vs ,Vd ,Vsub はそれぞれ、制御ゲート6,浮
遊ゲート4,ソース,ドレイン,p型基板1の電圧であ
る。
【0025】図3は、メモリセルMの消去及び書き込み
原理を示している。図3(a)は、消去時の各部の電圧
を示しており、制御ゲート6は0V、p型基板1は消去
電圧Verase (例えば20V)、ソース/ドレイン2は
浮遊状態とされる。このような状況下では、浮遊ゲート
4とp型基板1の間の強い電界によって、浮遊ゲート4
からp型基板1に電子が放出される。その結果、浮遊ゲ
ート4は正に帯電し、メモリセルのしきい値は負とな
り、データ“1”の状態となる。ここで全く同じ状況下
でも、メモリセル毎に第1の絶縁膜3の膜厚ばらつき、
或いは第2の絶縁膜5の膜厚ばらつきなどによって、消
去後のしきい値は異なり、メモリセルアレイ全体ではし
きい値ばらつきを持つ。このしきい値ばらつきは、例え
ば図3(b)のようになる。
【0026】図3(c)は、“0”書き込み時の各部の
電圧を示しており、制御ゲート6は書き込み電圧(例え
ば18V)、p型基板1は0V、ソース/ドレイン2は
0Vとされる。このような状況下では、p型基板1と浮
遊ゲート4との間の強い電界によって、p型基板1から
浮遊ゲート4に電子が注入される。その結果、浮遊ゲー
ト4は負に帯電し、メモリセルのしきい値は正となる。
ここで全く同じ状況下でも、メモリセル毎に第1の絶縁
膜3の膜厚ばらつき、或いは第2の絶縁膜5の膜厚ばら
つきなどによって、“0”書き込み後のしきい値は異な
り、メモリセルアレイ全体ではしきい値ばらつきを持
つ。このしきい値ばらつきは、例えば図3(d)のよう
になる。
【0027】図4(a)は、本実施形態におけるNAN
Dセルユニット(メモリセルユニット)の構成を示して
いる。メモリセルM1〜4はそれぞれソース/ドレイン
2を隣り合うメモリセル同士で共有して直列に接続され
NANDセル(メモリ群)を構成する。このNANDセ
ルの一端には選択トランジスタS2が設けられ、NAN
Dセルとビット線との接続を制御する。また、他端には
選択トランジスタS1が設けられ、NANDセルとソー
ス線との接続を制御する。選択トランジスタS1,S2
は、p型基板1上に形成された第3の絶縁膜8と選択ゲ
ート7とn型拡散層2から構成される。
【0028】図4(b)は、このNANDセルユニット
の等価回路を示している。メモリセルM1〜4の制御ゲ
ート電圧はそれぞれVcg1 〜Vcg4 、選択トランジスタ
S1,S2の選択ゲート電圧はそれぞれVsg1 ,Vsg2
、ビット線電圧はVbl、ソース線電圧はVsrc として
示してある。
【0029】図5は、図1に示したメモリセルアレイ1
01の具体的な構成を示している。ビット線BL1 〜B
Ln に対して、それぞれ複数のNANDセルユニットが
接続される。ビット線BLに直交するように選択ゲー
ト,制御ゲートは配設され、n個のNANDセルユニッ
トで共有する。このn個のNANDセルユニットで“ブ
ロック”を構成する。1本の制御ゲートを共有するn個
のメモリセルで“ページ”を構成する。図5では、2つ
のブロックBLOCK1,2が示してある。
【0030】前記図1に示したブロック/ページ選択回
路103は、アドレス信号に従ってメモリセルアレイ1
01の中から、1ブロックを選択し、その中の1ページ
を選択する。選択ゲート/制御ゲート駆動回路102
は、選択されたブロックの選択ゲート,制御ゲートに書
き込み・読み出し・消去を制御するための電圧を印加す
る。ビット線制御回路105は、n個の書き込みデータ
を一時記憶し、このn個のデータに従ってそれぞれ対応
するビット線に電圧を印加する。この実施形態では、1
ページ分のメモリセルは同時にデータ書き込みされる。
【0031】図6は、メモリセルM3が選択されている
場合の、書き込み時の従来の電圧印加状態である。NA
ND型EEPROMではメモリセルM1からM4の順で
書き込みが行われるので、この場合、メモリセルM1,
M2には“0”又は“1”のデータが記憶されている。
メモリセルM4は未だ消去状態で、そのしきい値は負
(データ“1”)である。選択された制御ゲートには書
き込み電圧Vprog(例えば18V)が印加される。非選
択制御ゲートと選択トランジスタS2の選択ゲートには
書き込み制御電圧Vm2(例えば10V)が印加され、
“1”書き込み時のビット線電圧Vm1(例えば8V)を
選択トランジスタに転送する。選択トランジスタS1の
選択ゲートには0Vが与えられ、選択トランジスタS1
は非導通状態にされる。
【0032】“0”書き込み時には、図6(b)に示す
ようにビット線電圧は0Vとされ、メモリセルM3のチ
ャネル電位の0Vと書き込み電圧Vprogとの電位差によ
ってメモリセルM3のしきい値は正となる。“1”書き
込み時には、図6(a)に示すようにビット線電圧はV
m1にされ、メモリセルM3のチャネル電位はVm1に上げ
られ、よって“0”書き込み時と比べしきい値の変動は
少なくされる。選択されたメモリセルの“1”データ状
態を維持するように、ビット線電圧Vm1はあるレベル以
上にされる。また、Vm1を転送するため、Vm2はVm1以
上にされる。
【0033】ここで、非選択メモリセルに対するストレ
スについて説明する。“1”書き込み時は、非選択メモ
リセルのチャネル電位はVm1で、制御ゲート電圧はVm2
である。“0”書き込み時は、非選択メモリセルのチャ
ネル電位は0Vで、制御ゲート電圧はVm2である。よっ
て、“0”書き込み時のストレスが大きく、“1”デー
タが“0”データに化ける可能性を生む。このストレス
を低減するためには、Vm2を低くしなければならない。
図6の4つのメモリセルを直列に接続したNAND型メ
モリセルユニットでは、例えばビット線に最も近いメモ
リセルで最大3回このストレスがかかる。
【0034】以上の説明から、非選択制御ゲートの書き
込み制御電圧Vm2は、ビット線電圧Vm1を転送するため
Vm2以上である必要があり、また、非選択メモリセルの
ストレスを低減するためにあるレベル以下でなければな
らない。
【0035】図7は、1つのメモリセルに2ビット分の
データを記憶させる場合の、メモリセルのしきい値分布
を示している。データ“3”は消去状態で、ビット線に
0Vを与えて書き込むことで、データ“2”,“1”,
“0”の3値の状態を作っている。このような多値のメ
モリセルを考えた場合、しきい値制御の精度を前述した
2値のメモリセルよりも更に上げる必要がある。よっ
て、書き込み制御電圧Vm2マージンはより厳しくなる。
【0036】以下、上記の問題を解決した本発明の実施
例を説明する。
【0037】(実施例1)図8は、本実施形態に係わる
EEPROMでの書き込み時の、メモリセルユニットに
印加される電圧の第1の実施例を示している。(a)は
“1”書き込み状態、(b)は“0”書き込み状態を示
している。ここでは、メモリセルM3が選択されてい
る。非選択メモリセルM1,2,4の制御ゲートの書き
込み制御電圧はVm1とされ、選択トランジスタS2のゲ
ート電圧Vm2より低くされる。なお、選択されたメモリ
セルM3よりビット線側の非選択メモリセルM4は、消
去状態でありしきい値は負であるので、ゲート電圧がV
m1でもビット線電圧Vm1を転送できる。ここで、Vm1,
Vm2としては、例えばそれぞれ8V,10Vに設定でき
る。
【0038】このような書き込み方法によって、“1”
書き込み時の選択メモリセルM3のチャネル電位を変え
ることなく、非選択メモリセルM1,2,4のゲート電
圧を低下させることができる。よって、選択メモリセル
M3の書き込み時における非選択メモリセルM1,2,
4のストレスを低減することができる。
【0039】(実施例2)図9は、本実施形態に係わる
EEPROMでの書き込み時の、メモリセルユニットに
印加される電圧の第2の実施例を示している。(a)は
“1”書き込み状態、(b)は“0”書き込み状態を示
している。ここでは、メモリセルM3が選択されてい
る。選択メモリセルM3よりビット線側の非選択メモリ
セルM4の制御ゲートの書き込み制御電圧はVm1とさ
れ、選択トランジスタS2のゲート電圧Vm2より低くさ
れる。選択されたメモリセルM3よりビット線側の非選
択メモリセルM4は、消去状態でありしきい値は負であ
るので、ゲート電圧がVm1でもビット線電圧Vm1を転送
できる。ここで、Vm1,Vm2の具体的な電圧値として
は、例えば8V,10Vが考えられる。
【0040】また、選択メモリセルM3よりソース線側
の非選択メモリセルM1,2の制御ゲートの書き込み制
御電圧は0Vとされ、選択トランジスタS2のゲート電
圧Vm2より低くされる。選択されたメモリセルM3より
ソース線側の非選択メモリセルM1,2は、ビット線電
圧を転送する必要はないのでゲート電圧が0Vでもよ
い。
【0041】このような書き込み方法によって、“1”
書き込み時の選択メモリセルM3のチャネル電位を変え
ることなく、非選択メモリセルM1,2,4のゲート電
圧を低下させることができる。よって、非選択メモリセ
ルM1,2,4に印加される書き込み時のストレスを低
減することができる。
【0042】(実施例3)図10は、実施形態に係わる
EEPROMでの書き込み時の、メモリセルユニットに
印加される電圧の第3の実施形態を示している。(a)
は“1”書き込み状態、(b)は“0”書き込み状態を
示している。ここでは、メモリセルM3が選択されてい
る。選択メモリセルM3よりビット線側の非選択メモリ
セルM4の制御ゲートの書き込み制御電圧はVm1とさ
れ、選択トランジスタS2のゲート電圧Vm2より低くさ
れる。選択されたメモリセルM3よりビット線側の非選
択メモリセルM4は、消去状態でありしきい値は負であ
るので、ゲート電圧がVm1でもビット線電圧Vm1を転送
できる。
【0043】また、選択メモリセルM3よりソース線側
の非選択メモリセルM1,2の制御ゲートの書き込み制
御電圧はVm3とされ、選択メモリセルM3よりビット線
側の非選択メモリセルM4の制御ゲートの書き込み制御
電圧Vm1より低くされる。選択されたメモリセルM3よ
りソース線側の非選択メモリセルM1,2は、ビット線
電圧を転送する必要はないのでゲート電圧がこのVm3で
もよい。ここで、Vm1,Vm2,Vm3の具体的な電圧値と
しては例えば、それぞれ8V,10V,Vcc(電源電
圧)が考えられる。Vccとしては、例えば5V或いは
3.3Vに設定する。
【0044】このような書き込み方法によって、“1”
書き込み時の選択メモリセルM3のチャネル電位を変え
ることなく、非選択メモリセルM1,2,4のゲート電
圧を低下させることができる。よって、非選択メモリセ
ルM1,2,4の書き込み時のストレスを低減すること
ができる。この場合、選択されたメモリセルM3よりソ
ース線側の非選択メモリセルm1,2のストレスはVm3
によって調整でき、非選択メモリセルM1,2の書き込
み時のストレスをより低減することができる。例えば、
図9に見られるように、Vm3=0Vとすると、“1”書
き込み時にソース側の非選択メモリセルM1,2では、
データ“0”が“1”に化けるストレスが生ずる。これ
を緩和するようにVm3は設定される。
【0045】(実施例4)図11は、本実施形態に係わ
るEEPROMでの書き込み時の、メモリセルユニット
に印加される電圧の第4の実施例を示している。(a)
は“1”書き込み状態、(b)は“0”書き込み状態を
示している。ここでは、メモリセルM3が選択されてい
る。選択メモリセルM3よりビット線側の非選択メモリ
セルM4の制御ゲートの書き込み制御電圧はVm1とさ
れ、選択トランジスタS2のゲート電圧Vm2より低くさ
れる。選択されたメモリセルM3よりビット線側の非選
択メモリセルM4は、消去状態でありしきい値は負であ
るので、ゲート電圧がVm1でもビット線電圧Vm1を転送
できる。
【0046】また、選択メモリセルM3に隣接したソー
ス線側の非選択メモリセルM2の制御ゲートの書き込み
制御電圧はVm3とされ、選択メモリセルM3よりビット
線側の非選択メモリセルM4の制御ゲートの書き込み制
御電圧Vm1より低くされる。さらに、選択メモリセルM
3に隣接してないソース線側の非選択メモリセルM1の
制御ゲートの書き込み制御電圧は0Vとされ、非選択メ
モリセルM4の制御ゲートの書き込み制御電圧Vm1より
低くされ、非選択メモリセルM2の制御ゲートの書き込
み制御電圧Vm3より低くされる。選択されたメモリセル
M3よりソース線側の非選択メモリセルM1,2は、ビ
ット線電圧を転送する必要はないのでゲート電圧がこれ
らの電圧でもよい。
【0047】このような書き込み方法によって、“1”
書き込み時の選択メモリセルM3のチャネル電位を変え
ることなく、非選択メモリセルM1,2,4のゲート電
圧を低下させることができる。よって、非選択メモリセ
ルM1,2,4の書き込み時のストレスを低減すること
ができる。この場合、選択されたメモリセルM3よりソ
ース線側の非選択メモリセルM2のストレスはVm3によ
って調整でき、非選択メモリセルM2の書き込み時のス
トレスをより低減することができる。例えば、図9に見
られるように、Vm3=0Vとすると、“1”書き込み時
にソース側の非選択メモリセルM2では、データ“0”
が“1”に化けるストレスが生ずる。これを緩和するよ
うにVm3は設定される。選択したメモリセルM3に隣接
したメモリセルによって、それ以外のメモリセルM1に
転送される電圧は制限されるので、選択したメモリセル
M3に隣接してないメモリセルM1のゲート電圧は、選
択したメモリセルM3に隣接したメモリセルM2のゲー
ト電圧より下げることができる。
【0048】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。本発明は、非選択メモリセルの書き
込みストレスを低減するために、非選択メモリセルの書
き込み時の電圧をビット線側の選択ゲートの電圧より下
げることがポイントであり、従って選択されたメモリセ
ルよりソース側の制御ゲート電圧は、実施形態で示した
例以外にも適宜変更可能であり、各実施例で例えば浮遊
状態にしてもよい。また、メモリセルの構成は図2に限
るものではなく、例えば浮遊ゲートの代わりには電荷蓄
積層として機能するものであれば使用することができ
る。さらに、NANDセルを構成するメモリセルの数は
4個に限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能で
ある。
【0049】実施例1〜4で、“1”書き込み時にビッ
ト線側の非選択メモリセルM4の制御ゲート電圧とビッ
ト線電圧を共にVm1としたメモリセルM4のしきい値が
十分低ければ、ビット線電圧より制御ゲート電圧をさげ
ることができる。各実施例において、その他の電圧関係
は同様とする。
【0050】また、実施形態ではメモリセル及び選択ト
ランジスタをnチャネルMOSトランジスタとしたが、
これらのトランジスタをpチャネルMOSトランジスタ
で形成することも可能である。この場合、各トランジス
タのゲートに印加する電圧の極性が反転するのみであ
り、前記した実施形態と同様の効果が期待される。その
他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施することができる。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、選
択されたメモリセルユニットにおける非選択メモリセル
の書き込み時の電圧をビット線側の選択ゲートの電圧よ
り下げることで、非選択メモリセルの書き込みストレス
を低減することができ、高精度のしきい値制御を可能と
し、より信頼性の高いEEPROMを実現することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係わるNAND型EEPROMの基
本構成を示すブロック図。
【図2】実施形態におけるメモリセルの素子構造と等価
回路を示す図。
【図3】実施形態おけるメモリセルの書き込み/消去原
理を示す図。
【図4】実施形態におけるNANDセルユニットの素子
構造と等価回路を示す図。
【図5】実施形態におけるメモリセルアレイの等価回路
図。
【図6】従来のNAND型EEPROMの書き込み動作
を示す図。
【図7】多値メモリの原理を示す図。
【図8】第1の実施例におけるNAND型EEPROM
の書き込み動作を示す図。
【図9】第2の実施例におけるNAND型EEPROM
の書き込み動作を示す図。
【図10】第3の実施例におけるNAND型EEPRO
Mの書き込み動作を示す図。
【図11】第4の実施例におけるNAND型EEPRO
Mの書き込み動作を示す図。
【符号の説明】
1…p型基板 2…n型拡散層 3…第1の絶縁膜 4…電荷蓄積層 5…第2の絶縁膜 6…制御ゲート 7…選択ゲート 8…第3の絶縁膜 101…メモリセルアレイ 102…選択ゲート/制御ゲート駆動回路 103…ブロック/ページ選択回路 104…アドレスバッファ 105…ビット線制御回路 106…データ入出力バッファ 107…カラム選択回路 M1,2,4…非選択メモリセル M3…選択メモリセル S1…ソース線側選択トランジスタ S2…ビット線側選択トランジスタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電荷蓄積層と制御ゲートが積層されて電気
    的書替えを可能とした不揮発性メモリセルを複数個直列
    接続してメモリセル群を構成し、メモリセル群の一端と
    ビット線の間に第1の選択トランジスタを接続すると共
    に、メモリセル群の他端とソース線の間に第2の選択ト
    ランジスタを接続してメモリセルユニットを構成し、メ
    モリセルユニットをマトリクス配置して構成されたメモ
    リセルアレイと、 前記メモリセルユニットを選択し、選択されたメモリセ
    ルユニットの選択されたメモリセルの制御ゲートに書き
    込み電圧を印加し、選択されたメモリセルユニット中の
    前記選択されたメモリセルと第1の選択トランジスタの
    間に位置する非選択メモリセルの制御ゲートに前記書き
    込み電圧より低い第1の書き込み制御電圧を印加し、選
    択されたメモリセルユニット中の前記選択されたメモリ
    セルと第2の選択トランジスタの間に位置する非選択メ
    モリセルの制御ゲートに前記書き込み電圧より低い第2
    の書き込み制御電圧を印加し、選択されたメモリセルユ
    ニットの第1の選択トランジスタの選択ゲートに第1及
    び第2の書き込み制御電圧より高い第3の書き込み制御
    電圧を印加し、選択されたメモリセルユニットの第2の
    選択トランジスタの選択ゲートに第2の選択トランジス
    タを非導通状態とする第4の書き込み制御電圧を印加す
    る、プログラム制御回路とを備えたことを特徴とする不
    揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】電荷蓄積層と制御ゲートが積層されて電気
    的書替えを可能とした不揮発性メモリセルを複数個直列
    接続してメモリセル群を構成し、メモリセル群の一端と
    ビット線の間に第1の選択トランジスタを接続すると共
    に、メモリセル群の他端とソース線の間に第2の選択ト
    ランジスタを接続してメモリセルユニットを構成し、メ
    モリセルユニットをマトリクス配置して構成されたメモ
    リセルアレイと、 前記メモリセルユニットを選択し、選択されたメモリセ
    ルユニットの選択されたメモリセルの制御ゲートに書き
    込み電圧を印加し、選択されたメモリセルユニット中の
    前記選択されたメモリセルと第1の選択トランジスタの
    間に位置する非選択メモリセルの制御ゲートに前記書き
    込み電圧より低い第1の書き込み制御電圧を印加し、選
    択されたメモリセルユニット中の前記選択されたメモリ
    セルと第2の選択トランジスタの間に位置する非選択メ
    モリセルの制御ゲートに前記書き込み電圧より低い第2
    の書き込み制御電圧を印加し、選択されたメモリセルユ
    ニットの第1の選択トランジスタの選択ゲートに第1及
    び第2の書き込み制御電圧より高い第3の書き込み制御
    電圧を印加し、選択されたメモリセルユニットの第2の
    選択トランジスタの選択ゲートに第2の選択トランジス
    タを非導通状態とする第4の書き込み制御電圧を印加
    し、 かつ前記選択されたメモリセルの電荷蓄積層の電荷を維
    持するため第3の書き込み制御電圧より低い第1のビッ
    ト線書き込み電圧を対応する前記ビット線に印加し、前
    記選択されたメモリセルの電荷蓄積層の電荷を変化させ
    るため第3の書き込み制御電圧及び第1のビット線書き
    込み電圧より低い第2のビット線書き込み電圧を対応す
    る前記ビット線に印加する、プログラム制御回路とを備
    えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】第1の書き込み制御電圧は、第2の書き込
    み制御電圧より高いことを特徴とする請求項1又は2記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】第2の書き込み制御電圧は第1及び第2の
    レベルを有し、第1のレベルは前記選択されたメモリセ
    ルに隣接するメモリセルを除くメモリセルの制御ゲート
    に印加され、第2のレベルは第1のレベルより高く、前
    記選択されたメモリセルに隣接するメモリセルの制御ゲ
    ートに印加されることを特徴とする請求項1又は2記載
    の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】第1のビット線書き込み電圧は、第1の書
    き込み制御電圧以上であることを特徴とする請求項2記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
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