JPH10335504A - Non-volatile memory cell and its erasing method - Google Patents

Non-volatile memory cell and its erasing method

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JPH10335504A
JPH10335504A JP11604298A JP11604298A JPH10335504A JP H10335504 A JPH10335504 A JP H10335504A JP 11604298 A JP11604298 A JP 11604298A JP 11604298 A JP11604298 A JP 11604298A JP H10335504 A JPH10335504 A JP H10335504A
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JP
Japan
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bias
type well
memory cell
drain
region
Prior art date
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JP11604298A
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Japanese (ja)
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Ting-Wah Wong
ティン‐ワー・ウォン
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Original Assignee
Programmable Silicon Solutions
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Publication date
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    • 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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0408Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors
    • G11C16/0416Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors comprising cells containing a single floating gate transistor and no select transistor, e.g. UV EPROM
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-volatile memory cell which can be electrically erased and measured freely. SOLUTION: This non-volatile memory cell, which can be measured freely, has a cell formed in a tripple well. Negative bias can be applied on a control gate 12. A GIDL(gate induction drain leakage) and the deterioration caused by Hall seizure can be reduced by applying positive bias in the specific voltage range, and the technique, with which scale can be changed freely, can be accomplished.

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】本発明は、不揮発性メモリ及
びメモリセル消去方法に関し、特に、電気的に消去可能
な不揮発性メモリに関するものである。
The present invention relates to a nonvolatile memory and a memory cell erasing method, and more particularly to an electrically erasable nonvolatile memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性メモリは、それに対する電力が
切られたときでも、そこに記憶された情報を保持すると
いう利点がある。消去可能でかつプログラム可能なRO
M(EPROM(erasable programmable read only me
mory))、電気的に消去可能でかつプログラム可能なR
OM(EEPROM(electrically erasable and prog
rammable read only memory))、およびフラッシュEE
PROMメモリ(flashEEPROM memory)などの、いくつ
かの異ったタイプの不揮発性メモリが存在する。EPR
OMは、光を当てることによって消去可能であるが、浮
動ゲートにチャネル電子を注入させることによって電気
的にプログラム可能である。従来のEEPROMは、同
一のプログラム可能機能を有するが、光によって消去し
得る代りに、電子トンネル現象によって消去およびプロ
グラムされる。これによって、情報をこれらのメモリに
記憶すれば、その情報が電源が切られたときにも保持さ
れ、必要ならば、適当な技術を使用してメモリを再プロ
グラムするために消去してよい。フラッシュEEPRO
Mは、ブロック消去され、一般的に通常のEEPROM
よりもより良い読み出しアクセス時間を与える。
2. Description of the Related Art Non-volatile memories have the advantage of retaining the information stored therein even when the power thereto is turned off. Erasable and programmable RO
M (EPROM (erasable programmable read only me
mory)), electrically erasable and programmable R
OM (EEPROM (electrically erasable and prog
rammable read only memory)), and flash EE
There are several different types of non-volatile memory, such as PROM memory (flashEEPROM memory). EPR
The OM is erasable by exposure to light, but is electrically programmable by injecting channel electrons into the floating gate. Conventional EEPROMs have the same programmable function, but instead of being erasable by light, are erased and programmed by electron tunneling. This allows information to be stored in these memories, even when power is turned off, and may be erased, if necessary, to reprogram the memory using appropriate techniques. Flash EEPRO
M is a block erased, typically a normal EEPROM
Gives better read access time than

【0003】最近では、フラッシュメモリは可成りの人
気がある。例えば、フラッシュメモリは、速い更新が必
要とされるコードを記憶するのが望ましいとされる小型
制御装置、モデム、およびSMARTカードなどの、オ
ンチップメモリを提供する際によく利用される。
Recently, flash memories have gained considerable popularity. For example, flash memory is often used in providing on-chip memory, such as small controllers, modems, and SMART cards where it is desirable to store code that requires fast updates.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】フラッシュメモリおよ
びEEPROMは、密接に関係しているものの、多くの
場合、フラッシュメモリの方が好まれる。その理由は、
フラッシュメモリの方がセルがより小さく、より経済的
に製造することができるためである。しかしながら、フ
ラッシュメモリおよびEEPROMは、しばしば非常に
類似したセル特性を有する。
Although flash memory and EEPROM are closely related, flash memory is often preferred. The reason is,
This is because flash memory has smaller cells and can be manufactured more economically. However, flash memories and EEPROMs often have very similar cell characteristics.

【0005】EEPROMが消去されるとき、一つの動
作で一つ以上のセルが消去される。コントロール電極お
よび基板がアース電位にある間に、高い正の電位がセル
のソースおよび/またはドレインに印加される。結果と
して、浮動ゲート上の負の電荷がファウラ・ノルドハイ
ムのトンネリング現象によってソースおよび/またはド
レイン領域に導かれる。この技術は、浮動ゲート電極と
ソースおよび/またはドレイン領域の間の誘電体が非常
に薄いところでは有効である。
When an EEPROM is erased, one operation erases one or more cells. A high positive potential is applied to the source and / or drain of the cell while the control electrode and the substrate are at ground potential. As a result, negative charges on the floating gate are directed to the source and / or drain regions by the Fowler-Nordheim tunneling phenomenon. This technique is effective where the dielectric between the floating gate electrode and the source and / or drain regions is very thin.

【0006】多数の欠点が従来の消去技術には存在す
る。熱いホール(hot hole)の酸化物による捕捉や信頼
性の問題を引き起こすかもしれない、ソースおよび/ま
たはドレインと基板の接合間の逆電圧ブレークダウンが
生じる可能性がある事実もその一つである。これに関し
ては、IEEE電子デバイス・レターの第9巻(199
8年)の第588〜90ページに記載されたチャン氏ら
による、「薄い酸化物MOSデバイスにおけるドレイン
なだれとホール捕捉誘導ゲート漏れ」と題された論文が
挙げられる。これを克服するために、ある設計者は、接
合基板ブレークダウン電圧を強めるために、いわゆる二
重拡散接合(double diffused junction)を使用してき
た。しかしながら、二重拡散接合はある欠点を有する。
その欠点は、(1)二重拡散接合はセルサイズを増大さ
せる必要があり、このために可能なポテンシャルセル密
度が減少する可能性があるという事実と、(2)二重拡
散接合はなおゲート誘導ドレイン漏れ(GIDL(Gate
Induced Drain Leakage))電流を有するということで
ある。他の可能な解決法は、コントロールゲート上の比
較的高い負の電位を使用して、より小さい電圧をソース
に印加させることである。これに関しては、ハッダド氏
らの、「負のゲート電圧による消去動作を有するフラッ
シュEEPROMアレイ」と題された、米国特許第5,
077,691号に記載されている。これによって、ソ
ースと基板との接合部にわたる電界が順次に減少する。
[0006] A number of disadvantages exist with conventional erase techniques. One of these is the fact that reverse voltage breakdown between the source and / or drain and substrate junctions may occur, which may cause hot hole oxide trapping and reliability problems. . In this regard, Volume 9 of the IEEE Electronic Device Letter (199)
8), pp. 588-90, a paper entitled "Drain Avalanche and Hole Trapping Induced Gate Leakage in Thin Oxide MOS Devices". To overcome this, some designers have used so-called double diffused junctions to increase the junction substrate breakdown voltage. However, double diffusion bonding has certain disadvantages.
Its disadvantages are (1) the fact that double diffusion junctions need to increase cell size, which can reduce the potential cell density possible, and (2) double diffusion junctions still have a gate. Induced drain leakage (GIDL (Gate
Induced Drain Leakage)) having current. Another possible solution is to use a relatively high negative potential on the control gate to apply a smaller voltage to the source. In this regard, U.S. Pat. No. 5, entitled "Flash EEPROM Array with Erase Operation with Negative Gate Voltage", by Haddad et al.
No. 077,691. This progressively reduces the electric field across the source / substrate junction.

【0007】しかしながら、チャネル長が小さくなるに
つれ、このホール捕捉はチャネル長に依存的になる。こ
の効果は、起こり得る「フラッシュメモリセルのスケー
リグに対する基本限界」として説明されてきた。これに
関しては、チェン氏らによる、IEDM1995−33
1の13.6.1〜13.6.4に記載された、「フラ
ッシュEEPROMメモリセルの放電の際の短チャネル
拡大劣化」を参照することにより明かとなるであろう。
この論文には、放電圧力の間、二酸化シリコンから二酸
化シリコンへのインタフェースを通るバンドからバンド
へのトンネリング移動によって生成されるホールが強い
横方向の電界によって加速され、活発な熱いホールにな
るのに十分なエネルギを獲得することが示されている。
また、この論文の説明によれば、負のゲート電圧によっ
てこれらの活発な熱いホールがゲートに引っ張られ、そ
れらが表面に衝突して捕捉され、界面状態が生成され
る。また、チャネル長が減少するのにつれて、横方向の
電界が増大し、効果が悪化する。
[0007] However, as the channel length becomes smaller, this hole capture becomes dependent on the channel length. This effect has been described as a possible "basic limit on flash memory cell scaling". In this regard, Chen et al., IEDM 1995-33.
This will become clearer with reference to “Short channel expansion deterioration upon discharge of flash EEPROM memory cell” described in 13.6.1 to 13.6.4 of No. 1.
This paper states that during discharge pressure, holes created by band-to-band tunneling movement through the silicon dioxide-to-silicon dioxide interface are accelerated by strong lateral electric fields into active hot holes. It has been shown to gain sufficient energy.
Also, according to the description in this paper, a negative gate voltage pulls these active hot holes into the gate, which strikes the surface and is trapped, creating an interface state. Also, as the channel length decreases, the horizontal electric field increases, and the effect deteriorates.

【0008】上記論文は、チャネル長を増大させること
によって問題が回避できるかもしれないことを提案して
いる。この解決法は、デバイスをより小さくしてより容
積の小さなより低コストの製品に仕上げるという、長年
にわたる産業のトレンドに逆行するものであるために、
この解決法は特に望ましいというわけではない。チェン
氏らは上記問題に対する他の解決法として、ソースノー
ドからセルを放電させながら、正のバイアスをドレイン
に印加させることを提案している。上記論文において議
論された結果において、ある程度までこれによって改善
されることが示されるものの、このアプローチが使用さ
れるときでさえ、いくつかの劣化が残るようである。
The above article proposes that the problem may be avoided by increasing the channel length. This solution goes against the longstanding industry trend of making devices smaller and making them smaller, lower cost products,
This solution is not particularly desirable. Chen and colleagues propose another solution to the above problem by applying a positive bias to the drain while discharging the cell from the source node. Although the results discussed in the above paper show that this can be improved to some extent, it appears that some degradation remains even when this approach is used.

【0009】大きな負電圧をコントロールゲートに印加
して、5ボルトの電圧をP型井戸(P-well)とN型井戸
(N-well)に印加させながらのチャネル消去を使用する
ことによって、ソース領域近くでの熱いホール生成が減
少するために、ゲート外乱裕度と信頼性が改善されるこ
とも上記論文に記載されている。これに関しては、19
92年11月発行、固体回路に関する1992年IEE
Eジャーナルの第27巻11号における第1547〜1
554ページに記載された、ジンボ氏らによる「セクタ
消去モードを有する5ボルトのみの16Mbフラッシュ
メモリ」と題された論文を参照すれば明かとなるであろ
う。これには、ドレイン消去時におけるものよりも約1
/3だけ高い負のゲート電圧が必要とされる(ハッダド
氏らの米国特許第5,077,691号を参照)。これ
に関しては、1993年5月のIEEE・VLSI技術
シンポジウム(日本で開催)のプロシーディングにおけ
る81−2ページに記載されたワン氏らの、「負のゲー
トバイアスおよびLDD消去接合によるフラッシュEE
PROM消去漏の抑制」と題された論文を参照すれば明
かとなるであろう。
By using a channel erase while applying a large negative voltage to the control gate and applying a voltage of 5 volts to the P-type well (P-well) and the N-type well (N-well), It is also noted in the above article that gate disturbance tolerance and reliability are improved due to reduced hot hole generation near the region. In this regard, 19
Published in November 1992, IEEE 1992 on solid state circuits
1547-1 in E-journal Vol.27, No.11
Reference may be made to the article on page 554 entitled "5 Volt Only 16 Mb Flash Memory With Sector Erase Mode" by Jimbo et al. This is about one time less than when drain erasing.
A negative gate voltage is required which is higher by a factor of / 3 (see US Pat. No. 5,077,691 to Haddad et al.). In this regard, Wang et al., On page 81-2 in the proceedings of the IEEE VLSI Technology Symposium (held in Japan) in May 1993, describe "Flash EE with negative gate bias and LDD erase junction."
It will be clear from reference to a paper entitled "Control of PROM Erase Leakage."

【0010】本発明の発明者は、これらのアプローチの
中に十分満足できるものがないということと、効果的に
尺度を自由にとることができる消去機構が必要とされ続
けられていることを確信している。こうして、当業者
は、EEPRO消去サイクルに関して負のコントロール
ゲート電位を使用することから生じる多数の利点を認め
ているものの、さまざまな欠点が当業者の利点追及の意
欲をそぎ落としてきた。
The inventor of the present invention is convinced that none of these approaches are fully satisfactory and that there is a continuing need for an erasing mechanism that can be effectively scaled freely. doing. Thus, while those skilled in the art have acknowledged the numerous advantages that result from using a negative control gate potential with respect to the EEPRO erase cycle, various shortcomings have discouraged those skilled in the art from pursuing advantages.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し得る不揮発性メモリセルを提供する。この不揮発性
メモリセルは、P型領域内に形成された、浮動ゲート
と、コントロールゲートと、そしてP型井戸内に形成さ
れたソースおよびドレインとして作用する一組のドープ
された領域とを有するトランジスタをも備える。浮動ゲ
ートは、浮動ゲートから前記一組のドープされた領域の
一つ領域への電子のトンネリング現象によって消去する
ことができる。P型領域と前記一つ領域は別々に正のバ
イアスがかけられる。ドープされた領域のバイアスとP
型領域の電位との電位差はVCC未満かつゼロより大き
い。コントロールゲートには負のバイアスがかけられ
る。
The present invention provides a nonvolatile memory cell which can solve the above-mentioned problems. The non-volatile memory cell includes a transistor having a floating gate formed in a P-type region, a control gate, and a set of doped regions formed in a P-type well serving as source and drain. Is also provided. The floating gate can be erased by a phenomenon of electron tunneling from the floating gate to one of the set of doped regions. The P-type region and the one region are separately positively biased. Doped region bias and P
The potential difference from the potential of the mold region is less than VCC and greater than zero. The control gate is negatively biased.

【0012】また、本発明は、上記課題を解決し得る、
コントロールゲートと、浮動ゲートと、チャネルと、そ
してN型井戸内に順に形成されたP型井戸内に形成され
た、ソースおよびドレインとして作用する一組のドープ
された領域とを有するメモリセルを消去する方法を提供
する。この方法は、コントロールゲートに負のバイアス
をかけるステップを有する。P型井戸と一組のドープさ
れた領域の一つの領域には正のバイアスがかけられる
が、そのドープされた領域の一つの領域のバイアスから
P型井戸のバイアスを差し引いた値がVcc未満かつゼロ
より大きくなるようにする。
Further, the present invention can solve the above problems,
Erasing a memory cell having a control gate, a floating gate, a channel, and a set of doped regions formed in a P-well formed sequentially in an N-well and serving as a source and a drain. Provide a way to The method includes the step of negatively biasing the control gate. The P-well and one of the set of doped regions are positively biased, but the bias of one of the doped regions minus the P-well bias is less than Vcc and Should be greater than zero.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。ただし、いくつかの図面に
おいて、類似する構成要素には同一符号が付されてい
る。図1に示されたメモリセル10は、コントロールゲ
ート12と浮動ゲート14とを備える。この構造は、電
気的に絶縁された浮動ゲート14が半導体層30上に位
置する形で有利に構成される。しかしながら、この特定
のセル構造はこれに限られるものではなく、本発明は、
さまざまなスプリットゲートおよびスタックゲートを有
するさまざまなセル構造を使用して実現できる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. However, in some drawings, similar components are denoted by the same reference numerals. The memory cell 10 shown in FIG. 1 includes a control gate 12 and a floating gate 14. This structure is advantageously configured with the electrically insulated floating gate 14 located on the semiconductor layer 30. However, this particular cell structure is not limited to this, and the present invention
It can be implemented using different cell structures with different split and stacked gates.

【0014】基板30は、P型半導体としてよく、重く
(十分に)ドープされたソース領域16と重くドープさ
れたドレイン領域18とを有する。これらの領域16、
18は、(図示されていない)軽くドープされたドレイ
ン(LDD)拡張部を有することもできる。ドレインバ
イアス電位24、基板バイアス電位26、ソース電位2
0、およびゲートバイアス電位36は、セル性能を最大
にするように設定させる。
The substrate 30 may be a P-type semiconductor and has a heavily (fully) doped source region 16 and a heavily doped drain region 18. These areas 16,
18 may also have a lightly doped drain (LDD) extension (not shown). Drain bias potential 24, substrate bias potential 26, source potential 2
0 and the gate bias potential 36 are set to maximize cell performance.

【0015】セル10は、なんらかの既知技術を使用し
て読み出しおよびプログラミングが行われてよい。図1
に示されたバイアス電位は、浮動ゲート14から主にド
レイン18への(矢印“e”で示された)電子のファウ
ラ・ノルドハイムのトンネリング現象を実現するための
ものである。
Cell 10 may be read and programmed using any known techniques. FIG.
The bias potential shown in FIG. 3 is for realizing the Fowler-Nordheim tunneling phenomenon of electrons (indicated by the arrow "e") from the floating gate 14 to the drain 18 mainly.

【0016】消去の間、コントロールゲート12は、例
えば、ソース20を浮動とさせて、またはP型井戸の電
位に等しい電位にさせて、−7から−14ボルトまでの
負の電位に絞られる。コントロールゲートバイアスを−
11ボルト以下に維持することによって、セルを形成す
るための処理を標準的論理処理とより両立させることが
できる。
During erasure, control gate 12 is throttled to a negative potential from -7 to -14 volts, for example, with source 20 floating or at a potential equal to the potential of the P-well. Control gate bias-
By maintaining the voltage below 11 volts, the process for forming the cell can be more compatible with standard logic operations.

【0017】ドレイン拡散領域18と基板30に関して
は、それらは正の、Vcc近くまたはそれより高い電位に
バイアスされる。Vccは、使用される特定の技術によっ
て決定される。例えば、現行技術ではそれを5.0〜
2.5ボルトとすることができる。これによって、N+
拡散領域18と基板30との接合部を横断する電界が減
少する。減少されたGIDL(ゲート誘導ドレイン漏
れ)電流および横方向の電界によって、浮動ゲート14
下のゲート酸化物に捕捉される熱いホールの加速が抑制
される。
With respect to drain diffusion region 18 and substrate 30, they are biased to a positive potential near or above Vcc. Vcc is determined by the particular technology used. For example, in the current technology, it is 5.0 to
It can be 2.5 volts. This gives N +
The electric field across the junction between diffusion region 18 and substrate 30 is reduced. Due to reduced GIDL (gate induced drain leakage) current and lateral electric field, floating gate 14
Acceleration of hot holes trapped in the underlying gate oxide is suppressed.

【0018】ドレイン18に対して、ゲート誘導ドレイ
ン漏れ(GIDL)が問題となる程度にまで、基板30
よりも高い電位にバイアスすることは好ましくない。現
行技術によれば、このことは、ドレイン18のバイアス
が約1ボルトから2ボルトだけ基板30よりも電位が高
くなることは有利ではないことを意味している。これに
関しては、電子デバイスに関するIEEEトランザクシ
ョン(1992年)第39号の第1694〜1703ペ
ージに記載された「準2次元的解析モデルを使用して、
LDD・MOSFETにおけるゲート誘導ドレイン漏れ
を抑制するための設計」と題された、パーク氏らによる
論文に記載されている。加えて、ドレイン18のバイア
スが基板30のバイアスを大きく越える場合には、横方
向の接合電界加速のために、熱いホールの捕捉が生じる
ことがある。一般的に、ドレイン18のバイアスから基
板30のバイアスを差し引いた値が、ゼロより大きくか
つVcc未満であることが好ましい。
With respect to the drain 18, the substrate 30 is brought to an extent that gate induced drain leakage (GIDL) is a problem.
It is not preferable to bias to a higher potential. According to the state of the art, this means that it is not advantageous for the bias of the drain 18 to be higher than the substrate 30 by about 1 to 2 volts. In this regard, "Using a quasi-two-dimensional analysis model," IEEE Transactions on Electronic Devices (1992) 39, pp. 1694-1703.
Park et al., Entitled "Designing to Suppress Gate-Induced Drain Leakage in LDD MOSFETs." In addition, if the bias at the drain 18 greatly exceeds the bias at the substrate 30, hot hole trapping may occur due to lateral junction field acceleration. In general, it is preferable that the value obtained by subtracting the bias of the substrate 30 from the bias of the drain 18 is greater than zero and less than Vcc.

【0019】図2に示されたように、N型井戸(N-wel
l)32内に埋め込まれたP型井戸(P-well)30を使
用することによって、正電圧を基板30に印加させるこ
とが容易になる。P型井戸30の電圧26は、P型井戸
/N型井戸の順方向バイアスを回避するためにN型井戸
32の電位28以下であることが好ましい。こうして、
ドレイン18の電圧をVcc以上の電圧に上昇させること
を許しながら、P型井戸30、N型井戸32およびドレ
イン18に対して正電圧のVccまたはそれよりも高い電
圧を印加させることによって、GIDLによって誘導さ
れた熱いホールの捕捉を消滅させることができる。ソー
ス電位20を浮動にすることが許容される。ドレインバ
イアスからP型井戸のバイアスを差し引いた値は、ゼロ
より大きくかつVcc未満であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, an N-well
l) By using the P-type well (P-well) 30 buried in 32, it becomes easy to apply a positive voltage to the substrate 30. The voltage 26 of the P-type well 30 is preferably equal to or lower than the potential 28 of the N-type well 32 in order to avoid a forward bias of the P-type well / N-type well. Thus,
By allowing a positive voltage Vcc or higher to be applied to the P-type well 30, the N-type well 32 and the drain 18 while allowing the voltage at the drain 18 to rise to a voltage above Vcc, GIDL allows The trapping of the induced hot holes can be eliminated. Floating the source potential 20 is allowed. The value obtained by subtracting the bias of the P-type well from the drain bias is preferably greater than zero and less than Vcc.

【0020】コンデンサ33の電圧は、一方での浮動ゲ
ート14の電位と拡散領域18およびP型井戸30の電
位との差である。その電位差が8〜10ボルトを越える
とき、十分なトンネリング電流が生成され、トンネリン
グ酸化物42の厚みに依存して、数ミリ秒から数秒の時
間枠の範囲内で浮動ゲート14を負の電位まで消去させ
ることができる。
The voltage on capacitor 33 is the difference between the potential on one side floating gate 14 and the potential on diffusion region 18 and P-type well 30. When the potential difference exceeds 8 to 10 volts, a sufficient tunneling current is generated, and depending on the thickness of the tunneling oxide 42, the floating gate 14 is brought to a negative potential within a time frame of a few milliseconds to a few seconds. Can be erased.

【0021】電子は、ドレイン領域18にトンネルする
(ドレイン消去)。トンネリング電流は、浮動ゲート1
4からドレイン18までの電圧に依存する。しかしなが
ら、ドレイン18に対して図示されたやり方でソース1
6にバイアスをかけることによって、ドレイン消去機構
の代りにソース消去機構を提供してよい。ソース消去の
間、ドレイン電位は浮動にしてよい。
The electrons tunnel to the drain region 18 (drain erasure). The tunneling current is applied to the floating gate 1
4 to the drain 18. However, the source 1 in the illustrated manner for the drain 18
By biasing 6, a source erase mechanism may be provided instead of a drain erase mechanism. During source erase, the drain potential may be floating.

【0022】セル10および10aは、二重重合単一金
属CMOS処理(a double poly, single metal CMOS p
rocess)などの従来の技術を使用して形成してよい。本
明細書においてすでに記載した例示パラメータの集合に
よって、Vcc電位が1.8ボルトの0.35μm厚のま
たはそれよりも小さい特徴サイズが完成する。本技術に
よれば、電圧をより低下させ、特徴サイズをより小さく
することが許されるが、パラメータはそれに応じて大き
さが比例する。
Cells 10 and 10a have a double poly, single metal CMOS p process.
may be formed using conventional techniques such as rocess). The set of exemplary parameters already described herein completes a 0.35 μm thick or smaller feature size with a Vcc potential of 1.8 volts. According to the present technology, it is permissible to further reduce the voltage and the feature size, but the parameters are proportional in magnitude accordingly.

【0023】出発となる基板素材は、一般的に、例えば
10〜20オーム・cmの抵抗率を有するP型(10
0)シリコンである。P型井戸30は、いわゆる三重井
戸処理(triple well process) において、N型井戸32
内に埋め込まれる。P型井戸30は、例えば立方センチ
あたり1×1016から5×1016個の原子の範囲にある
ドーピング濃度で、一般的に、例えば2〜4μmの深さ
を有する。
The starting substrate material is generally a P-type (10-10 ohm.cm) resistivity, for example.
0) Silicon. The P-type well 30 is an N-type well 32 in a so-called triple well process.
Embedded inside. The P-well 30 has a doping concentration in the range of, for example, 1 × 10 16 to 5 × 10 16 atoms per cubic centimeter, and typically has a depth of, for example, 2 to 4 μm.

【0024】N型井戸30は、一般的に、例えば4〜8
μmの深さを有する。ドーピング濃度は立方センチあた
り4×1015〜1×1016個の原子の範囲にある。三重
井戸は、P型井戸30をN型井戸32にカウンタドーピ
ングすることによって形成される。
The N-type well 30 is generally, for example, 4 to 8
It has a depth of μm. The doping concentration is in the range of 4 × 10 15 to 1 × 10 16 atoms per cubic centimeter. The triple well is formed by counterdoping the P-well 30 into the N-well 32.

【0025】三重井戸におけるエレメントの形成は、以
下のように行われる。N型井戸32の植え込み(implan
t) は、例えば、立方センチあたり1〜1.5×1013
個の原子の照射量(投与量)で、160kevから約1
00kevまでのエネルギを有する燐(P31)を使って
なされる。N型井戸32の植え込みは、1125〜11
50℃において一般的に6〜12時間の高温ステップを
使って行われる。その後、N型井戸32は、P型井戸3
0の植え込みによってカウンタドープされる。P型井戸
30の植え込みに対する一般的な照射量は、ボロン(B
11)といった種を使用して、30〜180kevのエネ
ルギで、立方センチあたり1.5〜2.5×1013個の
原子とすることができる。N型井戸32およびP型井戸
30は、その後、一般的に6〜12時間、1125〜1
150℃の状態に置かれる。こすることによって、井戸
が望ましいドーピング濃度と深さになる。
The formation of the element in the triple well is performed as follows. Implantation of N-type well 32 (implan
t) is, for example, 1 to 1.5 × 10 13 per cubic centimeter.
The irradiation dose (dose) of one atom is from 160 keV to about 1
This is done using phosphorus (P 31 ) having an energy of up to 00 keV. The implantation of the N-type well 32 is 1125 to 11
It is carried out using a high temperature step at 50 ° C., generally for 6 to 12 hours. After that, the N-type well 32 becomes the P-type well 3
Counter-doped by implantation of zero. A typical dose for implanting a P-type well 30 is boron (B
Using species such as 11 ), 1.5-2.5 × 10 13 atoms per cubic centimeter can be achieved with energies of 30-180 keV. The N-type well 32 and P-type well 30 are then generally
Placed at 150 ° C. This allows the well to have the desired doping concentration and depth.

【0026】井戸が形成された後、標準的な論理電界処
理を使用して、電界酸化物と電界絶縁物の形成が行われ
る。電界酸化物の厚みおよび電界ドーピングが、セルの
プログラミング必要条件を満足するように少し調整され
る。この形成の後、メモリセルの植え込みを実行してよ
い。例えば、防食用酸化物を介して、立方センチあたり
1.0〜3.5×1013個の原子の照射量を30〜50
kevのエネルギでB11の植え込みを行ってよい。その
後、ゲートが形成される。例えば、85〜100オング
ストロームのドライ酸化物をウエハを横断するように成
長せさてよい。ドライ酸化物は、例えば、975〜10
50℃の焼きなましの前に、部分酸素の中で900℃で
成長させる。
After the wells have been formed, the formation of field oxides and field insulators is performed using standard logic field processing. The field oxide thickness and field doping are slightly adjusted to meet the programming requirements of the cell. After this formation, implantation of the memory cells may be performed. For example, the irradiation amount of 1.0 to 3.5 × 10 13 atoms per cubic centimeter is increased by 30 to 50 through the anticorrosion oxide.
with an energy of kev may perform implantation of B 11. Thereafter, a gate is formed. For example, 85-100 Å of dry oxide may be grown across the wafer. Dry oxide is, for example, 975 to 10
Grow at 900 ° C. in partial oxygen before annealing at 50 ° C.

【0027】その後、浮動ゲート14をポリシリコン、
ケイ化物、または金属から形成してよい。ポリシリコン
が使用される場合、それを1600の厚さの、870〜
1000℃でドープされたPOCL3とすることができ
る。混合重合誘電体(interpoly dielectric)は、酸化
物−窒化物−酸化物サンドウイッチ(ONO)から形成
され、下層酸化物は60〜80オングストロームの厚さ
を有し、窒化物は90〜180オングストロームの厚さ
を有し、上層酸化物は30〜40オングストロームの厚
さである。必要ならば、その後に、コントロールゲート
12のポリシリコン(POLY2)を堆積させ、ケイ素
化してよい。ゲートは、標準的な自己整列的ゲートエッ
チング技術(self-aligned gate etching technique)を
使用して、パタン化されて構成される。
Thereafter, the floating gate 14 is made of polysilicon,
It may be formed from silicides or metals. If polysilicon is used, it may be 1600 thick, 870-
POCL3 doped at 1000 ° C. can be used. The interpoly dielectric is formed from an oxide-nitride-oxide sandwich (ONO), with the underlying oxide having a thickness of 60-80 Angstroms and the nitride having a thickness of 90-180 Angstroms. And the upper oxide is 30 to 40 angstroms thick. If necessary, the control gate 12 polysilicon (POLY2) may be subsequently deposited and silicided. The gate is patterned and configured using standard self-aligned gate etching techniques.

【0028】これらのコンデンサおよびトランジスタが
完成されると、接触および相互接続のための次に続くす
べての処理が標準的な論理後部処理(logic rear end pr
ocessing) の後に行われる。
Once these capacitors and transistors are completed, all subsequent processing for contacts and interconnects will be standard logic rear end processing.
ocessing).

【0029】本発明は、3.3ボルト以下のVccで0.
35μm以下の厚さの特徴的サイズを有する技術による
ことが特に望ましい。しかしこうしたサイズにおいて、
GIDLは、信頼性に有害な影響を与えるホール捕捉問
題を発生させ、電源に有害な影響を与えるドレイン漏れ
を引き起こす。従って、これらの条件の下でも、最小の
特徴的サイズに到達することができるようにGIDLを
最小することが望ましい。このことは、P型井戸および
ドレインバイアスを同一にすることによって可能とされ
る。しかしながら、これでは消去電流が不利になる。本
発明によれば、P型井戸電圧とドレイン電圧が異る電圧
となることを可能にさせることによって、トンネリング
消去に対するP型井戸の電位を最適化させつつ、GID
L漏れ電流を許容可能にすることができる。こうして、
P型電位は、優れたGIDLおよび消去条件を実現しな
がら、より小さな負のコントロールゲート電圧が許され
るように選択することが可能である。より低いコントロ
ールゲート電位によって技術が標準的な論理処理とより
両立し得るものとなる。
The present invention operates at a Vcc of less than 3.3 volts.
Particular preference is given to techniques having a characteristic size of a thickness of 35 μm or less. But at these sizes,
GIDLs create hole trapping problems that have a detrimental effect on reliability and cause drain leakage that has a detrimental effect on power supplies. Therefore, it is desirable to minimize GIDL so that the minimum characteristic size can be reached even under these conditions. This is made possible by making the P-well and drain bias the same. However, this disadvantages the erase current. According to the present invention, by enabling the P-type well voltage and the drain voltage to be different voltages, the GID can be optimized while optimizing the potential of the P-type well for tunneling erase.
L leakage current can be acceptable. Thus,
The P-type potential can be selected to allow for a smaller negative control gate voltage while still providing excellent GIDL and erase conditions. Lower control gate potentials make the technology more compatible with standard logic operations.

【0030】多数のパラメータとレベルが既述の説明の
中で述べられたが、当業者であればこれらのパラメータ
やレベルはほとんど説明目的のためのものに過ぎないこ
とが理解できよう。また、特許請求の範囲の要件内のあ
らゆる変更や変形は、本発明の真の精神と範囲に包含さ
れる。
Although a number of parameters and levels have been described in the foregoing description, those skilled in the art will recognize that these parameters and levels are for illustrative purposes only. Also, any changes and modifications within the requirements of the claims are included in the true spirit and scope of the present invention.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、電気的に
消去可能な不揮発性メモリを提供することができる。ま
た、消去の間、P型井戸およびドレイン(またはソー
ス)に、特定の電圧範囲内にある正のバイアスをかける
ことによって、GIDL電流およびホール捕捉による劣
化を減少させることができ、このため尺度を自由に変化
させることが可能な技術が達成される。
As described above, according to the present invention, an electrically erasable nonvolatile memory can be provided. Also, by applying a positive bias to the P-well and drain (or source) within a certain voltage range during erase, degradation due to GIDL current and hole trapping can be reduced, thus reducing the scale. A technique that can be changed freely is achieved.

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

【図1】本発明の実施の一形態におけるセル構成を示す
略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cell configuration according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の他の形態におけるセル構成を示
す略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cell configuration according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 コントロールゲート 14 浮動ゲート 16 ソース領域 18 ドレイン領域 30 P型井戸 32 N型井戸 33 コンデンサ 20、24、26、28、36 バイアス 42 酸化物 Reference Signs List 12 control gate 14 floating gate 16 source region 18 drain region 30 P-type well 32 N-type well 33 capacitor 20, 24, 26, 28, 36 bias 42 oxide

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 P型領域内に形成される不揮発性メモリ
セルにおいて、 浮動ゲートと、コントロールゲートと、前記P型井戸内
に形成されたソースおよびドレインとして作用する一組
のドープされた領域とを有するトランジスタを備え、 前記浮動ゲートは、前記P型領域による、前記浮動ゲー
トから前記一組のドープされた領域のうちの一方の領域
への電子のトンネリング現象によって消去することがで
き、 前記コントロールゲートに負のバイアスをかけながら、
前記一組のドープされた領域のうちの前記一方の領域
は、前記ドープされた領域のバイアスと前記P型領域の
バイアスとの電位差がVcc未満でかつゼロより大きくな
るように、正にバイアスされるように構成されたことを
特徴とする不揮発性メモリセル。
1. A non-volatile memory cell formed in a P-type region, comprising: a floating gate, a control gate, and a set of doped regions formed in the P-type well and serving as a source and a drain. The floating gate can be erased by a phenomenon of tunneling of electrons from the floating gate to one of the set of doped regions by the P-type region; While applying a negative bias to the gate,
The one of the set of doped regions is positively biased such that the potential difference between the bias of the doped region and the bias of the P-type region is less than Vcc and greater than zero. A nonvolatile memory cell characterized by being configured as described above.
【請求項2】 前記N型井戸が、正にバイアスされたこ
とを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリセル。
2. The non-volatile memory cell according to claim 1, wherein said N-type well is positively biased.
【請求項3】 前記P型領域および前記ドープされた領
域が、Vcc以上でかつN型井戸のバイアス以下にバイア
スされたことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性メ
モリセル。
3. The non-volatile memory cell of claim 1, wherein said P-type region and said doped region are biased above Vcc and below the bias of an N-type well.
【請求項4】 前記P型領域は、N型井戸内に埋め込ま
れたP型井戸であることを特徴とする請求項1に記載の
不揮発性メモリセル。
4. The nonvolatile memory cell according to claim 1, wherein said P-type region is a P-type well embedded in an N-type well.
【請求項5】 前記ドレインは、バイアスされたドープ
された領域であることを特徴とする請求項1に記載の不
揮発性メモリセル。
5. The non-volatile memory cell according to claim 1, wherein said drain is a biased doped region.
【請求項6】 コントロールゲートと、浮動ゲートと、
チャネルと、N型井戸内に形成されたP型井戸内に形成
されてソースおよびドレインとして作用する一組のドー
プされた領域とを備えるメモリセルを消去する方法にお
いて、(a) 前記コントロールゲートに負のバイアス
をかけるステップと、(b) 前記P型井戸に正のバイ
アスをかけるステップと、(c) 前記ドープされた領
域のバイアスから前記P型井戸のバイアスを差し引いた
値がVcc未満でかつゼロより大きくなるように、前記ド
ープされた領域の一方の領域に正のバイアスをかけるス
テップと、をそれぞれ有すること特徴とするメモリセル
消去方法。
6. A control gate, a floating gate,
A method for erasing a memory cell comprising a channel and a set of doped regions formed in a P-type well formed in an N-type well and acting as a source and a drain, comprising: Applying a negative bias; (b) applying a positive bias to the P-type well; and (c) subtracting the bias of the P-type well from the bias of the doped region is less than Vcc; Applying a positive bias to one of the doped regions to be greater than zero.
【請求項7】 前記ドープされた領域に電子を放電させ
るステップを有することを特徴とする請求項6に記載の
メモリセル消去方法。
7. The method as claimed in claim 6, further comprising the step of discharging electrons to the doped region.
【請求項8】 前記N型井戸に正のバイアスをかけるス
テップを有することを特徴とする請求項6に記載のメモ
リセル消去方法。
8. The method according to claim 6, further comprising the step of applying a positive bias to said N-type well.
【請求項9】 前記ドープされた領域に、ほぼVccまた
はそれよりも高いバイアスをかけるステップを有するこ
とを特徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方法。
9. The method of claim 6, further comprising the step of applying a bias to the doped region at approximately Vcc or higher.
【請求項10】 前記P型井戸に、ほぼVccまたはそれ
よりも高いバイアスをかけるステップを有することを特
徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方法。
10. The method of claim 6, further comprising the step of applying a bias to the P-type well at approximately Vcc or higher.
【請求項11】 前記N型井戸に、ほぼVccまたはそれ
よりも高いバイアスをかけるステップを有することを特
徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方法。
11. The method according to claim 6, further comprising the step of applying a bias to the N-type well at approximately Vcc or higher.
【請求項12】 前記コントロールゲートに、−11ボ
ルト未満の負の電位にバイアスをけるステップを有する
ことを特徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方
法。
12. The method according to claim 6, further comprising the step of: biasing the control gate to a negative potential of less than -11 volts.
【請求項13】 前記ドープされた領域のバイアスと前
記P型井戸のバイアスとの電位差を約1ボルトから2ボ
ルトまでの値に等しくさせるステップを有することを特
徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方法。
13. The memory of claim 6, further comprising the step of making the potential difference between the bias of the doped region and the bias of the P-type well equal to a value between about 1 volt and 2 volts. Cell erase method.
【請求項14】 前記ドレインが、バイアスされた前記
ドープされた領域であることを特徴とする請求項6に記
載のメモリセル消去方法。
14. The method of claim 6, wherein the drain is the biased doped region.
【請求項15】 前記P型井戸にバイアスをかけるステ
ップと、前記ドープされた領域に前記P型井戸のバイア
ス電位以下の電位のバイアスをかけるステップとを有す
ることを特徴とする請求項6に記載のメモリセル消去方
法。
15. The method of claim 6, further comprising the steps of: biasing the P-type well; and biasing the doped region at a potential less than or equal to a bias potential of the P-type well. Memory cell erasing method.
JP11604298A 1997-04-11 1998-04-10 Non-volatile memory cell and its erasing method Pending JPH10335504A (en)

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