JPH11186420A - Method for writing non-volatile semiconductor storage device - Google Patents

Method for writing non-volatile semiconductor storage device

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JPH11186420A
JPH11186420A JP35747197A JP35747197A JPH11186420A JP H11186420 A JPH11186420 A JP H11186420A JP 35747197 A JP35747197 A JP 35747197A JP 35747197 A JP35747197 A JP 35747197A JP H11186420 A JPH11186420 A JP H11186420A
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JP
Japan
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memory cell
flash memory
cell transistor
floating gate
writing
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Application number
JP35747197A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Ota
豊 太田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve writing characteristics at the time of writing a charge (electron) in a floating gate. SOLUTION: This is a non-voltage semiconductor storage device provided with a memory cell array in which plural flash memory cell transistors constituted of a floating gate 4, control gate 6, drain area 7, source area 8, an channel area are arranged, and a method for writing the non-volatile semiconductor storage device for writing a charge (electron) in the floating gate 4 by hot electrons. At the time of allowing writing currents to flow to the selected flash memory cell transistor, the writing currents are allowed to flow through a non-selected flash memory cell transistor adjacent to the flash memory cell transistor 7.

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、不揮発性半導体記
憶装置の書き込み方法に関し、詳しくはフローティング
ゲートと該フローティングゲートの上部から側部に跨る
形でコントロールゲートが形成され、フローティングゲ
ートとコントロールゲートに隣接するように基板表層に
ソース・ドレイン領域とを有し、ソース・ドレイン領域
間に発生させたホットエレクトロンをフローティングゲ
ート内に蓄積させることで、データの書き込みを行う、
いわゆるスプリットゲート型のフラッシュメモリセルト
ランジスタと称す不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a floating gate and a control gate formed so as to extend from an upper portion to a side portion of the floating gate. Data writing is performed by having a source / drain region on the surface of the substrate so as to be adjacent and storing hot electrons generated between the source / drain regions in the floating gate.
The present invention relates to a writing method of a nonvolatile semiconductor memory device called a so-called split gate type flash memory cell transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】メモリセルが単一のトランジスタからな
る電気的に消去可能な不揮発性半導体記憶装置、特にプ
ログラマブルROM(EEPROM:Electrically Erasable an
d Programmable ROM、フラッシュメモリとも称す。)に
おいては、フローティングゲートとコントロールゲート
とを有する2重ゲート構造のトランジスタによって各フ
ラッシュメモリセルトランジスタが形成される。このよ
うな2重ゲート構造のフラッシュメモリセルトランジス
タの場合、フローティングゲートのドレイン領域側で発
生したホットエレクトロンを加速してフローティングゲ
ートに注入することでデータの書き込みが行われる。そ
して、フローティングゲートとコントロールゲート間の
トンネル酸化膜(酸化膜3)を介してF−N伝導(Fowle
r-Nordheimtunnelling)によってフローティングゲート
からコントロールゲートへ電荷(電子)を引き抜くこと
でデータの消去が行われる。
2. Description of the Related Art An electrically erasable nonvolatile semiconductor memory device in which a memory cell comprises a single transistor, in particular, a programmable ROM (EEPROM: Electronically Erasable an).
d Programmable ROM, also called flash memory. 3), each flash memory cell transistor is formed by a transistor having a double gate structure having a floating gate and a control gate. In the case of such a double-gate flash memory cell transistor, data is written by accelerating and injecting hot electrons generated on the drain region side of the floating gate into the floating gate. Then, FN conduction (Fowle conduction) is performed via a tunnel oxide film (oxide film 3) between the floating gate and the control gate.
Data is erased by extracting charges (electrons) from the floating gate to the control gate by r-Nordheim tunneling.

【0003】図3はフローティングゲートを有するフラ
ッシュメモリセルトランジスタの平面図で、図4はその
X−X線の断面図である。この図においては、コントロ
ールゲート6が絶縁膜(酸化膜3、選択酸化膜5)を介
してフローティングゲート4の上部から側部に跨る形で
配置されるスプリットゲート構造を示している。P型の
シリコン基板1の表面領域に、選択的に厚く形成される
酸化膜(LOCOS)よりなる複数の分離領域2が短冊状に形
成され、素子領域が区画される。シリコン基板1上に、
酸化膜3を介し、隣り合う分離領域2の間に跨るように
してフローティングゲート4が配置される。このフロー
ティングゲート4は、1つのフラッシュメモリセルトラ
ンジスタ毎に独立して配置される。また、フローティン
グゲート4上の選択酸化膜5は、選択酸化法によりフロ
ーティングゲート4の中央部で厚く形成され、フローテ
ィングゲート4の端部を鋭角にしている。これにより、
データの消去動作時にフローティングゲート4の端部で
電界集中が生じ易いようにしている。
FIG. 3 is a plan view of a flash memory cell transistor having a floating gate, and FIG. 4 is a sectional view taken along line XX of FIG. This figure shows a split gate structure in which the control gate 6 extends from the upper portion to the side portion of the floating gate 4 via the insulating film (the oxide film 3 and the selective oxide film 5). A plurality of isolation regions 2 made of a selectively thick oxide film (LOCOS) are formed in a strip shape in a surface region of a P-type silicon substrate 1 to partition an element region. On the silicon substrate 1,
Floating gate 4 is arranged so as to straddle between adjacent isolation regions 2 via oxide film 3. This floating gate 4 is arranged independently for each flash memory cell transistor. Further, the selective oxide film 5 on the floating gate 4 is formed thick at the center of the floating gate 4 by a selective oxidation method, and the end of the floating gate 4 is formed at an acute angle. This allows
At the time of data erasing operation, electric field concentration is easily caused at the end of the floating gate 4.

【0004】複数のフローティングゲート4が配置され
たシリコン基板1上に、フローティングゲート4の各列
毎に対応してコントロールゲート6が配置される。この
コントロールゲート6は、一部がフローティングゲート
4上に重なり、残りの部分が酸化膜3を介してシリコン
基板1に接するように配置される。また、これらのフロ
ーティングゲート4及びコントロールゲート6は、それ
ぞれ隣り合う列が互いに面対称となるように配置され
る。
On the silicon substrate 1 on which a plurality of floating gates 4 are arranged, control gates 6 are arranged corresponding to each column of the floating gates 4. The control gate 6 is arranged so that a part thereof overlaps the floating gate 4 and the remaining part is in contact with the silicon substrate 1 via the oxide film 3. The floating gate 4 and the control gate 6 are arranged such that adjacent rows are plane-symmetric with each other.

【0005】前記コントロールゲート6側の基板領域及
びフローティングゲート4側の基板領域に、N型のドレ
イン領域7及びソース領域8が形成される。ドレイン領
域7は、コントロールゲート6の間で分離領域2に囲ま
れてそれぞれが独立し、ソース領域8は、コントロール
ゲート6の延在する方向に連続する。これらのフローテ
ィングゲート4、コントロールゲート6、ドレイン領域
7及びソース領域8によりフローティングゲート・トラ
ンジスタとコントロールゲート・トランジスタとから成
るフラッシュメモリセルトランジスタが構成される。
An N-type drain region 7 and a source region 8 are formed in the substrate region on the control gate 6 side and the substrate region on the floating gate 4 side. The drain region 7 is surrounded by the isolation region 2 between the control gates 6 and is independent, and the source region 8 is continuous in the direction in which the control gate 6 extends. These floating gate 4, control gate 6, drain region 7 and source region 8 constitute a flash memory cell transistor composed of a floating gate transistor and a control gate transistor.

【0006】そして、前記コントロールゲート6上に、
酸化膜9を介してアルミニウム配線10がコントロール
ゲート6と交差する方向に配置される。このアルミニウ
ム配線10は、コンタクトホール11を通して、ドレイ
ン領域7に接続される。そして、図5に示すように各コ
ントロールゲート6は、ワード線WLとなり、コントロ
ールゲート6と平行に延在するソース領域8は、ソース
線SLとなる。また、ドレイン領域7に接続されるアル
ミニウム配線10はビット線BLとなり、該ビット線B
Lは、データの読み出し時に用いるセンスアンプ(不図
示)及びMOSトランジスタ13を介してグランドに接
続されている。尚、前記MOSトランジスタ13は、各
フラッシュメモリセルトランジスタの書き込み電流をあ
る値に設定するための役割を果たし、ここではおよそ1
50nAに設定してある。
Then, on the control gate 6,
Aluminum wiring 10 is arranged via oxide film 9 in a direction crossing control gate 6. This aluminum wiring 10 is connected to drain region 7 through contact hole 11. Then, as shown in FIG. 5, each control gate 6 becomes a word line WL, and a source region 8 extending in parallel with the control gate 6 becomes a source line SL. The aluminum wiring 10 connected to the drain region 7 becomes the bit line BL, and the bit line B
L is connected to ground via a sense amplifier (not shown) and a MOS transistor 13 used when reading data. The MOS transistor 13 serves to set the write current of each flash memory cell transistor to a certain value.
It is set to 50 nA.

【0007】このような2重ゲート構造のフラッシュメ
モリセルトランジスタの場合、フローティングゲート4
に注入される電荷の量によってソース、ドレイン間のオ
ン抵抗値が変動する。そこで、フローティングゲート4
に選択的に電荷を注入することにより、特定のフラッシ
ュメモリセルトランジスタのオン抵抗値を変動させ、こ
れによって生じる各フラッシュメモリセルトランジスタ
の動作特性の差を記憶するデータに対応づけるようにし
ている。
In the case of such a double gate flash memory cell transistor, the floating gate 4
The on-resistance value between the source and the drain fluctuates depending on the amount of charge injected into the device. Therefore, floating gate 4
The on-resistance value of a specific flash memory cell transistor is varied by selectively injecting electric charges into the memory cells, and a difference in operating characteristics of each flash memory cell transistor caused by the change is associated with data to be stored.

【0008】以上のフラッシュメモリセルトランジスタ
におけるデータの書き込み、消去及び読み出しの各動作
は、例えば、以下のようにして行われる。先ず、書き込
み動作において、選択したコントロールゲート6が接続
されたWL2におよそ2Vをかけ、ドレイン領域7の電
位を書き込み電流(図6の矢印参照)がおよそ150n
Aとなる値(例えば0.8V〜1.2V)とし、ソース
領域8の電位をおよそ9Vとする。また、選択されない
コントロールゲートが接続されたWL1には0Vをかけ
る。これにより、フローティングゲート4とコントロー
ルゲート6の隙間付近で発生するホットエレクトロンが
フローティングゲート4側へ加速され、酸化膜3を通し
てフローティングゲート4に注入されてデータの書き込
みが行われる。
The above-described data write, erase, and read operations in the flash memory cell transistor are performed, for example, as follows. First, in the write operation, approximately 2 V is applied to WL2 to which the selected control gate 6 is connected, and the potential of the drain region 7 is changed to approximately 150 n by the write current (see the arrow in FIG. 6).
A value (for example, 0.8 V to 1.2 V), and the potential of the source region 8 is about 9 V. Further, 0 V is applied to WL1 to which the unselected control gate is connected. Thus, hot electrons generated near the gap between the floating gate 4 and the control gate 6 are accelerated toward the floating gate 4 and injected into the floating gate 4 through the oxide film 3 to write data.

【0009】また、他のビット線、例えばBL1には、
前述したワード線WL2の電位、およそ2Vより高いお
よそ2.2Vがかかっているため、ワード線WL2に接
続された他の非選択のフラッシュメモリセルトランジス
タには書き込み電流は流れない。一方、消去動作におい
ては、ドレイン領域7及びソース領域8の電位を0Vと
し、コントロールゲート6をおよそ14Vとする。これ
により、フローティングゲート4内に蓄積されている電
荷(電子)が、フローティングゲート4の角部の鋭角部
分からF−N伝導によって前記トンネル酸化膜を突き抜
けてコントロールゲート6に放出されてデータが消去さ
れる。
Further, other bit lines, for example, BL1,
Since a potential of about 2.2 V, which is higher than about 2 V, is applied to the word line WL2 described above, no write current flows to other unselected flash memory cell transistors connected to the word line WL2. On the other hand, in the erasing operation, the potential of the drain region 7 and the source region 8 is set to 0V, and the control gate 6 is set to approximately 14V. As a result, charges (electrons) accumulated in the floating gate 4 penetrate through the tunnel oxide film from the acute corner of the floating gate 4 through FN conduction to the control gate 6, and data is erased. Is done.

【0010】そして、読み出し動作においては、コント
ロールゲート6の電位をおよそ4Vとし、ドレイン領域
7をおよそ2V、ソース領域8を0Vとする。このと
き、フローティングゲート4に電荷(電子)が注入され
ていると、フローティングゲート4の電位が低くなるた
め、フローティングゲート4の下にはチャネルが形成さ
れずドレイン電流は流れない。逆に、フローティングゲ
ート4に電荷(電子)が注入されていなければ、フロー
ティングゲート4の電位が高くなるため、フローティン
グゲート4の下にチャネルが形成されてドレイン電流が
流れる。そこで、ドレイン領域7から流れ出す電流をセ
ンスアンプにより検出することでフラッシュメモリセル
トランジスタのオン/オフの判定、即ち、書き込まれた
データの判定が行える。
In a read operation, the potential of the control gate 6 is set to about 4V, the drain area 7 is set to about 2V, and the source area 8 is set to 0V. At this time, if charges (electrons) are injected into the floating gate 4, the potential of the floating gate 4 becomes low, so that no channel is formed below the floating gate 4 and no drain current flows. Conversely, if charges (electrons) are not injected into the floating gate 4, the potential of the floating gate 4 increases, so that a channel is formed below the floating gate 4 and a drain current flows. Therefore, by detecting the current flowing from the drain region 7 by the sense amplifier, it is possible to determine whether the flash memory cell transistor is on or off, that is, determine the written data.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】前記したフラッシュメ
モリセルトランジスタでは、フローティングゲート4の
上部から側部に跨る形で形成されるコントロールゲート
6は、フローティングゲート4上を被覆するように導電
膜を形成し、該導電膜を専用マスクを用いてパターニン
グすることで形成しており、すなわち、フローティング
ゲート4とコントロールゲート6とが自己整合形成され
ていないため、前記フローティングゲート4を加工する
工程のマスクに対してコントロールゲート6を加工する
工程のマスクが合わせズレを起こすと、前記ソース領域
8を挟んで隣り合うフラッシュメモリセルトランジスタ
同士のコントロールゲート・トランジスタのゲート長
(図7のL1、L2参照)が変わり、書き込み時にホッ
トエレクトロンを発生させる電界が変化したり、また、
フローティングゲート4とコントロールゲート6の重な
りの度合いが変わることにより、フローティングゲート
4とコントロールゲート6間の容量とフローティングゲ
ート4とソース領域8間の容量との容量比が変化する。
In the above-mentioned flash memory cell transistor, the control gate 6 formed so as to extend from the upper portion to the side portion of the floating gate 4 has a conductive film formed so as to cover the floating gate 4. Then, the conductive film is formed by patterning using a dedicated mask, that is, since the floating gate 4 and the control gate 6 are not formed in a self-aligned manner, they are used as a mask in the process of processing the floating gate 4. On the other hand, if the mask in the process of processing the control gate 6 is misaligned, the gate length of the control gate transistor (see L1 and L2 in FIG. 7) between the adjacent flash memory cell transistors with the source region 8 interposed therebetween is reduced. Change, emit hot electrons when writing Electric field may change to, also,
When the degree of overlap between the floating gate 4 and the control gate 6 changes, the capacitance ratio between the capacitance between the floating gate 4 and the control gate 6 and the capacitance between the floating gate 4 and the source region 8 changes.

【0012】それによって、各フラッシュメモリセルト
ランジスタの書き込み特性が非対象になってしまう。即
ち、ここで、図8及び図9はそれぞれのフラッシュメモ
リセルトランジスタの書き込み特性を示す特性図であ
り、前述した書き込み動作時において、選択したコント
ロールゲート6の電位を2V、ドレイン領域7の電位を
書き込み電流(Icell)が150nAとなる値、ソース
領域8の電位を各種(8V、9V、10V、11V)設
定して、フローティングゲート4とコントロールゲート
6との隙間付近で発生したホットエレクトロンがフロー
ティングゲート4側へ加速され、酸化膜3を通してフロ
ーティングゲート4に所定量の電荷(電子)の書き込み
が行われるまでの書き込み時間(Program Time)を示し
ている。例えば、前述したようにソース領域8の電位を
9Vとして書き込みを行った場合に、第1のフラッシュ
メモリセルトランジスタ(以下、図7に示すワード線W
L1が接続されているフラッシュメモリセルトランジス
タのことを指す。)の読み出し電流(Cell Current)I
rが0.1μAとなる書き込み時間はおよそ18μse
c(図9に二点鎖線で示すA点)で、第2のフラッシュ
メモリセルトランジスタ(以下、図7に示すワード線W
L2が接続されているフラッシュメモリセルトランジス
タのことを指す。)の読み出し電流Irが0.1μAと
なる書き込み時間はおよそ30μsec(図9に二点鎖
線で示すB点)ほどかかっている。
As a result, the write characteristics of each flash memory cell transistor become asymmetric. That is, FIGS. 8 and 9 are characteristic diagrams showing the write characteristics of the respective flash memory cell transistors. In the above-described write operation, the potential of the selected control gate 6 is set to 2 V and the potential of the drain region 7 is set to Various values (8 V, 9 V, 10 V, 11 V) of the source region 8 are set to a value at which the write current (Icell) becomes 150 nA, and hot electrons generated near the gap between the floating gate 4 and the control gate 6 generate floating electrons. 4 shows a write time (Program Time) until a predetermined amount of charge (electrons) is written into the floating gate 4 through the oxide film 3 after being accelerated to the side 4. For example, as described above, when writing is performed by setting the potential of the source region 8 to 9 V, the first flash memory cell transistor (hereinafter, word line W shown in FIG.
This refers to a flash memory cell transistor to which L1 is connected. ) Read current (Cell Current) I
The write time when r is 0.1 μA is about 18 μsec.
At c (point A shown by a two-dot chain line in FIG. 9), a second flash memory cell transistor (hereinafter referred to as a word line W shown in FIG. 7).
This refers to a flash memory cell transistor to which L2 is connected. ) Takes about 30 μsec (point B indicated by a two-dot chain line in FIG. 9) when the read current Ir becomes 0.1 μA.

【0013】すなわち、両方のフラッシュメモリセルト
ランジスタ共に、その読み出し電流Irが0.1μAと
なるためには、書き込み特性の劣る方のフラッシュメモ
リセルトランジスタ(ここでは、第2のフラッシュメモ
リセルトランジスタ)に対応した書き込み時間(例え
ば、およそ30μsec)を必要としていたため、書き
込み時間が長くなるといった課題があった。また、書き
込み特性の良いフラッシュメモリセルトランジスタには
過剰書き込みされることになり、当該フラッシュメモリ
セルトランジスタの消去動作時に引き抜く電荷(電子)
の数が多くなり、それだけトンネル酸化膜のストレス劣
化が早まり、フラッシュメモリセルトランジスタの寿命
が短くなるといった課題もあった。そのため、両フラッ
シュメモリセルトランジスタにおける書き込み特性のバ
ラツキを改善したいという要望があった。
That is, in order for both the flash memory cell transistors to have a read current Ir of 0.1 μA, the flash memory cell transistor having a lower write characteristic (here, the second flash memory cell transistor) must be used. Since a corresponding writing time (for example, about 30 μsec) was required, there was a problem that the writing time was long. In addition, excessive writing is performed on the flash memory cell transistor having good writing characteristics, and charge (electrons) extracted during the erasing operation of the flash memory cell transistor is concerned.
, The stress degradation of the tunnel oxide film is accelerated and the life of the flash memory cell transistor is shortened. Therefore, there has been a demand to improve the variation in the write characteristics between the two flash memory cell transistors.

【0014】従って、本発明はフローティングゲートを
加工する工程のマスクに対してコントロールゲートを加
工する工程のマスクが合わせズレを起こすことで発生し
ていた、ソース領域を挟んで隣り合うフラッシュメモリ
セルトランジスタの各フローティングゲートに電荷(電
子)を書き込む際の書き込み時間のバラツキを抑制して
書き込み特性を改善した不揮発性半導体記憶装置を提供
するものである。
Accordingly, the present invention provides a flash memory cell transistor adjacent to a source region, which is caused by misalignment of a mask in a process of processing a control gate with respect to a mask in a process of processing a floating gate. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device having improved write characteristics by suppressing variations in the write time when writing charges (electrons) to each floating gate.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の不揮発性半導体
記憶装置の書き込み方法は、フローティングゲート4と
コントロールゲート6とドレイン領域7,ソース領域8
とチャネル領域とから成る複数のフラッシュメモリセル
トランジスタを配置したメモリセルアレイを具備して前
記フローティングゲート4へホットエレクトロンにより
電荷(電子)を書き込むものにおいて、選択されたフラ
ッシュメモリセルトランジスタと該フラッシュメモリセ
ルトランジスタのドレイン領域7に隣接する非選択のフ
ラッシュメモリセルトランジスタの各コントロールゲー
ト6,6にそれぞれ接続するワード線WL2,WL1’
に所定電位(例えば、2V)をかけてONさせ、選択さ
れたフラッシュメモリセルトランジスタのソース領域8
に前記ホットエレクトロンを発生させるに十分な電位
(例えば、9V)をかけることで、選択されたフラッシ
ュメモリセルトランジスタに電荷(電子)を書き込む際
に発生させる書き込み電流を前記選択されたフラッシュ
メモリセルトランジスタのソース領域8からチャネル領
域を通ってドレイン領域7に流し、更に該ドレイン領域
7を介して隣接する非選択のフラッシュメモリセルトラ
ンジスタのチャネル領域、そして当該非選択のフラッシ
ュメモリセルトランジスタのソース領域8へと流すこと
を特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a writing method for a nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a floating gate, a control gate, a drain region, and a source region;
A flash memory cell transistor including a plurality of flash memory cell transistors, each of which includes a plurality of flash memory cell transistors and a channel region, wherein charge (electrons) is written to the floating gate 4 by hot electrons. Word lines WL2, WL1 'connected to the respective control gates 6, 6 of the unselected flash memory cell transistors adjacent to the drain region 7 of the transistor
Is turned on by applying a predetermined potential (for example, 2 V) to the source region 8 of the selected flash memory cell transistor.
By applying a potential (for example, 9 V) sufficient to generate the hot electrons to the selected flash memory cell transistor, a write current generated when writing electric charges (electrons) to the selected flash memory cell transistor is applied to the selected flash memory cell transistor. From the source region 8 to the drain region 7 through the channel region, and further via the drain region 7, the channel region of the adjacent unselected flash memory cell transistor, and the source region 8 of the unselected flash memory cell transistor. It is characterized by flowing to

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した一実
施形態を図面に従って説明する。本発明の不揮発性半導
体記憶装置の平面及び断面構造は、図3及び図4に示す
構造と同等であり、説明を省略する。本発明の特徴は、
図1及び図2に示すように書き込み動作時に選択された
フラッシュメモリセルトランジスタ(図2の点線円で囲
まれたフラッシュメモリセルトランジスタ)のドレイン
領域7側に隣接する非選択のフラッシュメモリセルトラ
ンジスタを介して書き込み電流(図1の矢印参照)を流
すことである。これは、マスクずれにより選択されたフ
ラッシュメモリセルトランジスタの選択ゲート長が長く
なった場合には、ドレイン領域7側に隣接するフラッシ
ュメモリセルトランジスタの選択ゲート長は短くなって
おり、逆に選択されたフラッシュメモリセルトランジス
タの選択ゲート長が短くなった場合には、ドレイン領域
7側に隣接するフラッシュメモリセルトランジスタの選
択ゲート長は長くなっていることを利用する。即ち、書
き込みされ易い選択ゲート長の短いフラッシュメモリセ
ルトランジスタに書き込む際には、電流駆動能力の小さ
い選択ゲート長の長いフラッシュメモリセルトランジス
タを介して書き込み電流を流す。また、書き込みされ難
い選択ゲート長の長いフラッシュメモリセルトランジス
タに書き込む際には、電流駆動能力の大きい選択ゲート
長の短いフラッシュメモリセルトランジスタを介して書
き込み電流を流すものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The planar and cross-sectional structures of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention are the same as the structures shown in FIGS. The features of the present invention are:
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, an unselected flash memory cell transistor adjacent to the drain region 7 side of the flash memory cell transistor selected during the write operation (flash memory cell transistor surrounded by a dotted circle in FIG. 2) This means that a write current (see an arrow in FIG. 1) flows through the memory. This is because when the selection gate length of the flash memory cell transistor selected due to the mask shift becomes long, the selection gate length of the flash memory cell transistor adjacent to the drain region 7 side becomes short, and conversely, the selection is made. When the select gate length of the flash memory cell transistor becomes short, the fact that the select gate length of the flash memory cell transistor adjacent to the drain region 7 side is long is utilized. That is, when writing to a flash memory cell transistor with a short select gate length that is easy to write, a write current is passed through a flash memory cell transistor with a short select gate length and a small current driving capability. When writing data to a flash memory cell transistor having a long select gate length, which is difficult to write, a write current is passed through a flash memory cell transistor having a short select gate length having a large current driving capability.

【0017】以上のフラッシュメモリセルトランジスタ
におけるデータの書き込み、消去及び読み出しの各動作
は、例えば、以下のようにして行われる。先ず、書き込
み動作について図2に示す点線円に囲まれたフラッシュ
メモリセルトランジスタにデータを書き込む制御方法に
ついて説明する。選択されたフラッシュメモリセルトラ
ンジスタと該フラッシュメモリセルトランジスタのドレ
イン領域7に隣接する非選択のフラッシュメモリセルト
ランジスタが接続されたワード線WL2及びWL1’に
は例えば2VをかけてONさせ、他のワード線(図2に
ワード線WL1及びWL2’を例示する。)には0Vを
かける。また、選択されたフラッシュメモリセルトラン
ジスタのソース領域8に接続されたソース線SLにはホ
ットエレクトロンを発生させる十分な電位、例えば9V
をかけ、他のソース線(図2にソース線SL’を例示す
る。)には1.2Vをかける。更に、ビット線BL0は
オープンにし、他のビット線(図2にビット線BL1を
例示する。)には2.2Vをかける。
The operations of writing, erasing, and reading data in the flash memory cell transistor described above are performed, for example, as follows. First, a description will be given of a control method of writing data into the flash memory cell transistors surrounded by the dotted circle shown in FIG. The word lines WL2 and WL1 'to which the selected flash memory cell transistor and the unselected flash memory cell transistor adjacent to the drain region 7 of the flash memory cell transistor are connected are turned on by applying, for example, 2V to the other word lines. 0 V is applied to the lines (the word lines WL1 and WL2 'are illustrated in FIG. 2). The source line SL connected to the source region 8 of the selected flash memory cell transistor has a sufficient potential for generating hot electrons, for example, 9V.
And 1.2 V is applied to other source lines (the source line SL ′ is illustrated in FIG. 2). Further, the bit line BL0 is opened, and 2.2V is applied to other bit lines (the bit line BL1 is illustrated in FIG. 2).

【0018】選択されたワード線WL2に接続されたフ
ラッシュメモリセルトランジスタにおいて、しきい値電
圧はおよそ0.5Vである。従って、該フラッシュメモ
リセルトランジスタでは、ソース領域8中の電子が反転
状態のチャネル領域中へ移動する。そのため、ソース領
域8からドレイン領域7に向かって書き込み電流(Ice
ll)が流れ、更に書き込み電流は、該ドレイン領域7を
介して隣接するワード線WL1’に接続された非選択の
フラッシュメモリセルトランジスタのチャネル領域を介
してソース線SL’に流れる。
In the flash memory cell transistor connected to the selected word line WL2, the threshold voltage is about 0.5V. Therefore, in the flash memory cell transistor, the electrons in the source region 8 move into the channel region in the inverted state. Therefore, the write current (Ice
ll) flows, and the write current further flows to the source line SL 'via the channel region of the non-selected flash memory cell transistor connected to the adjacent word line WL1' via the drain region 7.

【0019】一方、選択されたフラッシュメモリセルト
ランジスタに隣接するソース領域8の電位はおよそ9V
であるため、ソース領域8とフローティングゲート4と
の間の静電容量を介したカップリングにより、フローテ
ィングゲートの電位が持ち上げられておよそ7Vにな
る。そのため、チャネル領域中の電子は加速されてホッ
トエレクトロンとなり、フローティングゲート4に注入
される。その結果、フラッシュメモリセルトランジスタ
のフローティングゲート4に電荷(電子)が蓄積され、
1ビットのデータが書き込まれて記憶される。
On the other hand, the potential of the source region 8 adjacent to the selected flash memory cell transistor is about 9 V
Therefore, the potential of the floating gate is raised to about 7 V by the coupling between the source region 8 and the floating gate 4 via the capacitance. Therefore, electrons in the channel region are accelerated to become hot electrons, and are injected into the floating gate 4. As a result, charges (electrons) are accumulated in the floating gate 4 of the flash memory cell transistor,
One-bit data is written and stored.

【0020】また、他のビット線(図2にビット線BL
1を例示する。)には、前述したワード線WL2の電
位、およそ2Vより高いおよそ2.2Vがかかっている
ため、ワード線WL2に接続された他の非選択のフラッ
シュメモリセルトランジスタに書き込み電流は流れな
い。また、ワード線WL1’に接続された非選択のフラ
ッシュメモリセルトランジスタにも書き込み電流が流れ
るが、ソースSL’と強く容量結合しているフローティ
ングゲート4の電位は選択されたフラッシュメモリセル
トランジスタの電位よりも十分に小さいため、フローテ
ィングゲート4に電荷(電子)が注入されることはな
い。
Further, another bit line (bit line BL in FIG. 2)
1 is exemplified. ) Is applied with the potential of the word line WL2, that is, about 2.2 V, which is higher than about 2 V, so that no write current flows to other unselected flash memory cell transistors connected to the word line WL2. The write current also flows through the unselected flash memory cell transistor connected to the word line WL1 ', but the potential of the floating gate 4 strongly capacitively coupled to the source SL' is set to the potential of the selected flash memory cell transistor. Charge (electrons) is not injected into the floating gate 4.

【0021】一方、消去動作においては、従来と同様に
選択されたフラッシュメモリセルトランジスタのドレイ
ン領域7及びソース領域8の電位を0Vとし、コントロ
ールゲート6を14Vとする。これにより、フローティ
ングゲート6内に蓄積されている電荷(電子)が、フロ
ーティングゲート4の角部の鋭角部分からF−N伝導に
よって前記トンネル酸化膜を突き抜けてコントロールゲ
ート6に放出されてデータが消去される。
On the other hand, in the erase operation, the potential of the drain region 7 and the source region 8 of the selected flash memory cell transistor is set to 0 V, and the control gate 6 is set to 14 V, as in the conventional case. As a result, charges (electrons) accumulated in the floating gate 6 penetrate through the tunnel oxide film from the acute corner of the floating gate 4 by FN conduction to the control gate 6, and data is erased. Is done.

【0022】そして、読み出し動作においても従来と同
様であり、コントロールゲート6の電位を4Vとし、ド
レイン領域7を2V、ソース領域8を0Vとする。この
とき、フローティングゲート4に電荷(電子)が注入さ
れていると、フローティングゲート4の電位が低くなる
ため、フローティングゲート4の下にはチャネルが形成
されずドレイン電流は流れない。逆に、フローティング
ゲート4に電荷(電子)が注入されていなければ、フロ
ーティングゲート4の電位が高くなるため、フローティ
ングゲート4の下にチャネルが形成されてドレイン電流
が流れる。そこで、ドレイン領域7から流れ出す電流を
センスアンプにより検出することでフラッシュメモリセ
ルトランジスタのオン/オフの判定、即ち、書き込まれ
たデータの判定が行える。
The read operation is the same as in the prior art. The potential of the control gate 6 is 4 V, the drain region 7 is 2 V, and the source region 8 is 0 V. At this time, if charges (electrons) are injected into the floating gate 4, the potential of the floating gate 4 becomes low, so that no channel is formed below the floating gate 4 and no drain current flows. Conversely, if charges (electrons) are not injected into the floating gate 4, the potential of the floating gate 4 increases, so that a channel is formed below the floating gate 4 and a drain current flows. Therefore, by detecting the current flowing from the drain region 7 by the sense amplifier, it is possible to determine whether the flash memory cell transistor is on or off, that is, determine the written data.

【0023】このように本発明では、前記フローティン
グゲート4を加工する工程のマスクに対してコントロー
ルゲート6を加工する工程のマスクが合わせズレを起こ
すと、前記ソース領域8を挟んで隣り合うフラッシュメ
モリセルトランジスタ同士のコントロールゲート・トラ
ンジスタのゲート長(図7のL1、L2参照)が変わ
り、書き込み時にホットエレクトロンを発生させる電界
が変化したり、また、フローティングゲート4とコント
ロールゲート6の重なりの度合いが変わることにより、
フローティングゲート4とコントロールゲート6間の容
量とフローティングゲート4とソース領域8間の容量と
の容量比が変化することによる書き込み特性のバラツキ
を抑制するために、ゲート長の異なる隣り合うフラッシ
ュメモリセルトランジスタ同士を活用して、書き込み特
性のバラツキを抑制する。即ち、書き込みされ難い選択
ゲート長の長いフラッシュメモリセルトランジスタに書
き込む際には、電流駆動能力の大きい選択ゲート長の短
いフラッシュメモリセルトランジスタを介して書き込み
電流を流し、書き込みされ易い選択ゲート長の短いフラ
ッシュメモリセルトランジスタに書き込む際には、電流
駆動能力の小さい選択ゲート長の長いフラッシュメモリ
セルトランジスタを介して書き込み電流を流すことで、
書き込み特性のバラツキを抑制することができる。
As described above, in the present invention, when the mask in the step of processing the control gate 6 is misaligned with the mask in the step of processing the floating gate 4, the flash memory adjacent to the source region 8 is sandwiched. The gate length of the control gate / transistor between cell transistors (see L1 and L2 in FIG. 7) changes, the electric field generating hot electrons at the time of writing changes, and the degree of overlap between the floating gate 4 and the control gate 6 decreases. By changing
In order to suppress variations in write characteristics due to a change in the capacitance ratio between the capacitance between the floating gate 4 and the control gate 6 and the capacitance between the floating gate 4 and the source region 8, adjacent flash memory cell transistors having different gate lengths are used. Utilization of each other suppresses variation in writing characteristics. That is, when writing to a flash memory cell transistor with a long select gate length that is difficult to write, a write current is passed through a flash memory cell transistor with a short select gate length that has a large current driving capability, and the select gate length that is easy to write is short. When writing to a flash memory cell transistor, a write current is passed through a flash memory cell transistor having a small current driving capability and a long select gate length,
Variation in writing characteristics can be suppressed.

【0024】また、本発明では従来のような書き込み特
性が劣るフラッシュメモリセルトランジスタに対応した
書き込み条件により書き込み特性の良いフラッシュメモ
リセルトランジスタへ必要以上に書き込みを行うことが
なくなり、当該フラッシュメモリセルトランジスタへ過
書き込みしてしまうという問題が解消できる。そのた
め、消去動作時にフローティングゲートから引き抜く電
荷(電子)の数が減らせるため、トンネル酸化膜のスト
レス劣化による寿命の低減を抑制することができる。従
って、フラッシュメモリセルトランジスタの寿命を向上
させることができる。
Further, according to the present invention, unnecessary writing to a flash memory cell transistor having good write characteristics can be prevented under the write conditions corresponding to the conventional flash memory cell transistor having poor write characteristics. Can be solved. Therefore, the number of charges (electrons) extracted from the floating gate during the erasing operation can be reduced, so that a reduction in lifetime due to stress deterioration of the tunnel oxide film can be suppressed. Therefore, the life of the flash memory cell transistor can be improved.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の不揮発性半導体記憶装置によれ
ば、書き込みされ難い選択ゲート長の長いフラッシュメ
モリセルトランジスタに書き込む際には、電流駆動能力
の大きい選択ゲート長の短いフラッシュメモリセルトラ
ンジスタを介して書き込み電流を流し、書き込みされ易
い選択ゲート長の短いフラッシュメモリセルトランジス
タに書き込む際には、電流駆動能力の小さい選択ゲート
長の長いフラッシュメモリセルトランジスタを介して書
き込み電流を流すことで、従来のようなフローティング
ゲートを加工する工程のマスクに対してコントロールゲ
ートを加工する工程のマスクが合わせズレを起こすこと
で発生していた、ソース領域を挟んで隣り合うフラッシ
ュメモリセルトランジスタの各フローティングゲートに
電荷を書き込む際の書き込み特性のバラツキを抑制して
書き込み特性を改善することができる。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, when writing to a flash memory cell transistor having a long select gate length which is difficult to write, a flash memory cell transistor having a large current drive capability and a short select gate length is used. When writing into a flash memory cell transistor with a short select gate length, which is easy to write, a write current is passed through a flash memory cell transistor with a long select gate length, which has a small current driving capability, and the The mask in the process of processing the control gate is misaligned with the mask in the process of processing the floating gate, as shown in the figure. When writing charge It is possible to improve the writing characteristic by suppressing variation in writing characteristics.

【0026】また、従来のように書き込み特性の劣るフ
ラッシュメモリセルトランジスタに対応した書き込み条
件に設定していたために起こる書き込み特性の良いフラ
ッシュメモリセルトランジスタへ過剰書き込みしてしま
うという問題がなくなり、消去動作時にフローティング
ゲートから引き抜く電子の数が減らせるため、トンネル
酸化膜のストレス劣化による寿命の低減を抑制すること
ができ、従って、フラッシュメモリセルトランジスタの
寿命を向上させることができる。
In addition, the problem of excessively writing to a flash memory cell transistor having good write characteristics caused by setting the write condition corresponding to a flash memory cell transistor having poor write characteristics unlike the prior art is eliminated. In some cases, the number of electrons withdrawn from the floating gate can be reduced, so that a reduction in life due to stress deterioration of the tunnel oxide film can be suppressed, and thus the life of the flash memory cell transistor can be improved.

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

【図1】本発明の一実施形態の不揮発性半導体記憶装置
を説明するための断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態の不揮発性半導体記憶装置
の書き込み方法を説明するための回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a writing method of the nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention.

【図3】従来の不揮発性半導体記憶装置を説明するため
の平面図である。
FIG. 3 is a plan view for explaining a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図4】図3のX−X線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line XX of FIG. 3;

【図5】従来の不揮発性半導体記憶装置を説明するため
の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図6】従来の不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法
を説明するための回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram for explaining a writing method of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図7】従来の不揮発性半導体記憶装置の課題を説明す
るための回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a problem of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

【図8】第1のメモリセルトランジスタの書き込み特性
を説明するための特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram for describing write characteristics of a first memory cell transistor.

【図9】第2のメモリセルトランジスタの書き込み特性
を説明するための特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram for explaining write characteristics of a second memory cell transistor;

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フローティングゲートとコントロールゲ
ートと第1、第2の不純物拡散領域とチャネル領域とか
ら成る複数のフラッシュメモリセルトランジスタを配置
したメモリセルアレイを具備して前記フローティングゲ
ートへホットエレクトロンにより電荷(電子)を書き込
む不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、 選択されたフラッシュメモリセルトランジスタに書き込
み電流を流す際に該フラッシュメモリセルトランジスタ
の第1の不純物拡散領域に隣接する非選択のフラッシュ
メモリセルトランジスタを介して書き込み電流を流すこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き込み方
法。
A memory cell array in which a plurality of flash memory cell transistors each including a floating gate, a control gate, first and second impurity diffusion regions and a channel region are arranged, and the floating gate is charged by hot electrons. A writing method of a nonvolatile semiconductor memory device for writing electrons), wherein a non-selected flash memory cell transistor adjacent to a first impurity diffusion region of the selected flash memory cell transistor when a write current is applied to the selected flash memory cell transistor A write current flowing through the memory device.
【請求項2】 フローティングゲートとコントロールゲ
ートと第1、第2の不純物拡散領域とチャネル領域とか
ら成る複数のフラッシュメモリセルトランジスタを配置
したメモリセルアレイを具備して前記フローティングゲ
ートへホットエレクトロンにより電荷(電子)を書き込
む不揮発性半導体記憶装置の書き込み方法において、 選択されたフラッシュメモリセルトランジスタと該フラ
ッシュメモリセルトランジスタの第1の不純物拡散領域
に隣接する非選択のフラッシュメモリセルトランジスタ
の各コントロールゲートにそれぞれ接続するワード線に
所定電位をかけてONさせ、選択されたフラッシュメモ
リセルトランジスタの第2の不純物拡散領域に前記ホッ
トエレクトロンを発生させるに十分な電位をかけること
で、選択されたフラッシュメモリセルトランジスタに電
荷(電子)を書き込む際に発生させる書き込み電流を前
記選択されたフラッシュメモリセルトランジスタの第2
の不純物拡散領域からチャネル領域を通って第1の不純
物拡散領域に流し、更に該第1の不純物拡散領域を介し
て隣接する非選択のフラッシュメモリセルトランジスタ
のチャネル領域、そして当該非選択のフラッシュメモリ
セルトランジスタの第2の不純物拡散領域へと流すこと
を特徴とする特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書き
込み方法。
2. A memory cell array in which a plurality of flash memory cell transistors each including a floating gate, a control gate, first and second impurity diffusion regions, and a channel region are arranged. A writing method of the nonvolatile semiconductor memory device for writing electrons), wherein a selected flash memory cell transistor and each control gate of an unselected flash memory cell transistor adjacent to the first impurity diffusion region of the flash memory cell transistor are respectively provided. The word line to be connected is turned on by applying a predetermined potential, and a potential sufficient to generate the hot electrons is applied to the second impurity diffusion region of the selected flash memory cell transistor, so that the selected flash memory cell transistor is turned on. Charge Shrewsbury memory cell transistor second flash memory cell transistor a write current for generating the said selected when writing (electronic)
From the impurity diffusion region through the channel region to the first impurity diffusion region, and further via the first impurity diffusion region, the channel region of an unselected flash memory cell transistor, and the unselected flash memory A writing method for a non-volatile semiconductor storage device, characterized by flowing a current to a second impurity diffusion region of a cell transistor.
JP35747197A 1997-12-25 1997-12-25 Method for writing non-volatile semiconductor storage device Pending JPH11186420A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274418B1 (en) 1999-06-30 2001-08-14 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Method of manufacturing flash memory cell

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