JPS63306598A - Erasing system for non-volatile memory cell - Google Patents

Erasing system for non-volatile memory cell

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Publication number
JPS63306598A
JPS63306598A JP62141486A JP14148687A JPS63306598A JP S63306598 A JPS63306598 A JP S63306598A JP 62141486 A JP62141486 A JP 62141486A JP 14148687 A JP14148687 A JP 14148687A JP S63306598 A JPS63306598 A JP S63306598A
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JP
Japan
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erasing
gate electrode
memory cell
potential
floating gate
Prior art date
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Application number
JP62141486A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kume
久米 均
Hideaki Yamamoto
英明 山本
Tetsuo Adachi
哲生 足立
Toshihisa Tsukada
俊久 塚田
Toshiko Koizumi
小泉 寿子
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Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Japan Display Inc
Original Assignee
Hitachi Device Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63306598A publication Critical patent/JPS63306598A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce characteristic deterioration by electrically making a drain area to a floating state when erasing operation is executed with the aid of impressing positive high voltage on a source area. CONSTITUTION:When the erasing operation is executed, erasing potential VPE is impressed to a grounding line GL by making a QS1 to be in a conductive state and a QS2 to be a non-conductive state. Then earth potential VSS, for example OV is impressed to a word line WL. At this time, by electrically cutting off a data line DL which is dropped to the earth potential VSS from a Y decoder 14 with the aid of making a QD in a non-conductive state, the erasing operation is executed in the floating state of the drain area of a memory cell. When the data line DL is electrically cut off from the Y decoder 14 and in the floating state including the drain area connected with it, as the potential of the drain area rises by channel current and that works in the direction of reducing the channel current, the occurrence and the injection of hot hole can be controlled at a sufficient low level when the erasing operation proceeds.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性メモリセルの消去方式に係り、特に消
去動作の制御性と信頼性向上に好適な電圧印加方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an erasing method for nonvolatile memory cells, and particularly to a voltage application method suitable for improving the controllability and reliability of erasing operations.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、電気的に消去動作が可能な不揮発性のメモリセル
については、例えばアイ・イー・イー・イー、ジャーナ
ル オブ ソリッド・ステートサーキット、ニス シー
18 (1983年)第532頁から538頁(I E
 E E 、 Journal ofSolid−5t
ate C1rcuits、 SC−15(1983)
pp532 −538)において論じられている。
Conventionally, regarding nonvolatile memory cells that can be electrically erased, for example, IE, Journal of Solid State Circuits, Nisshi 18 (1983), pp. 532 to 538 (IE
EE, Journal of Solid-5t
ate C1rcuits, SC-15 (1983)
pp 532-538).

前記メモリセルは、フローティングゲート電極とコント
ロール電極を有するMISFIETから構成され。
The memory cell is composed of a MISFIET having a floating gate electrode and a control electrode.

フローティングゲート下の薄い酸化膜を通じてフローテ
ィングゲートに基板より電子をトンネル注入あるいはフ
ローティングゲートから基板に電子をトンネル放出する
ことにより、書込消去動作を行う、この時、薄い酸化膜
にはIOMV/c!m以上の高電界を印加する必要があ
るが、できるだけ低い外部印加電圧でこの状況を実現す
るには、フローティングゲート電極とコントロールゲー
ト電極の重なり面積を大きく取ることが必要となる。
A write/erase operation is performed by tunneling electrons from the substrate into the floating gate through the thin oxide film under the floating gate or tunneling electrons from the floating gate to the substrate. At this time, the thin oxide film has an IOMV/c! It is necessary to apply a high electric field of m or more, but in order to realize this situation with an externally applied voltage as low as possible, it is necessary to increase the overlapping area of the floating gate electrode and the control gate electrode.

以上より、前記メモリセルは、同じフローティングゲー
ト電極とコントロールゲート電極を有する紫外線消去型
EPROMセルに比べてセル面積が5倍程度大きくなり
、高集積大容量化を進めるうえで不利であった。
As described above, the cell area of the memory cell is approximately five times larger than that of an ultraviolet erase type EPROM cell having the same floating gate electrode and control gate electrode, which is disadvantageous in promoting high integration and large capacity.

これに対して、電気的消去機能を保持しながらセル面積
をEFROMセル並みに小さくできるメ□モリセルが、
1985年国際電子デバイス会識テクニカルダイジェス
ト616頁から619頁(Technical Dig
est of International Elec
tronDevice Nesting  (1985
) pp616−619)において提案されている。
On the other hand, memory cells that can maintain the electrical erase function and have a cell area as small as an EFROM cell,
1985 International Electronic Devices Association Technical Digest, pages 616 to 619 (Technical Dig
est of International Elec
tronDevice Nesting (1985
), pp616-619).

このセルは、従来のEPROMセルと基本的に同一の構
造を有するNl5Fll?Tからなるが、フローティン
グゲート電極下のゲート酸化膜をチャネル全面にわたっ
て薄いトンネル酸化膜にしている点に特徴がある。従来
のEPROMセルでは紫外線照射によって消去を行って
いたが、このセルではフローティングゲート電極とソー
ス領域の間のトンネル酸化膜に10 M V / cm
以上の高電界を印加することにより電気的消去を行う、
具体的には、コントロールゲート電極、ドレイン領域お
よび半導体基板を接地した状態でソース領域にのみ正の
高電圧を印加する。この時、ソース領域とブローティン
グゲート電極間のカップリング容量が小さいため、フロ
ーティングゲート電極とコントロールゲート電極の重な
り面積を意識的に大きく取らなくても、トンネル酸化膜
に効率的に高電界を印加することができる。すなわち、
従来のEPROMセルと同程度のセル面積で電気的消去
が可能となる。一方、書込みに関しては、ドレイン領域
端部半導体基板内で高電界を発生させ、ホットキャリア
書込みを行う、これは、従来EPROMセルの場合と全
く同じである。
This cell has basically the same structure as a conventional EPROM cell. It is characterized in that the gate oxide film under the floating gate electrode is a thin tunnel oxide film covering the entire channel surface. In conventional EPROM cells, erasing is performed by ultraviolet irradiation, but in this cell, a tunnel oxide film of 10 MV/cm between the floating gate electrode and the source region is used.
Electrical erasure is performed by applying a high electric field of
Specifically, a high positive voltage is applied only to the source region while the control gate electrode, drain region, and semiconductor substrate are grounded. At this time, since the coupling capacitance between the source region and the blowing gate electrode is small, a high electric field can be efficiently applied to the tunnel oxide film without intentionally increasing the overlapping area between the floating gate electrode and the control gate electrode. can do. That is,
Electrical erasing is possible with a cell area comparable to that of conventional EPROM cells. On the other hand, regarding writing, a high electric field is generated within the semiconductor substrate at the end of the drain region to perform hot carrier writing, which is exactly the same as in the case of conventional EPROM cells.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来の消去方法では、消去動作の進行とともにメモ
リセルの閾値電圧v0が熱平衡状態(ブローティングゲ
ート電極が電気的に中性な状態)でのVtb付近にまで
低下してくると、フローティングゲート電極からソース
領域への電子のフオーラーノードハイム(Fowlar
−Nordheim) トンネル放出に加えて、半導体
基板からフローティングゲート電極へのホットホール注
入が顕著になり、消去動作の制御性と信頼性が損なわれ
るという問題があった。
In the above conventional erasing method, as the erasing operation progresses, when the threshold voltage v0 of the memory cell decreases to around Vtb in a thermal equilibrium state (the bloating gate electrode is electrically neutral), the floating gate electrode Fowlar Nordheim (Fowlar) of electrons from to the source region
-Nordheim) In addition to tunnel emission, hot hole injection from the semiconductor substrate to the floating gate electrode becomes significant, resulting in a problem that the controllability and reliability of the erase operation are impaired.

以下、第5図〜第7図を用いて、この状況を簡単に説明
する。
This situation will be briefly explained below using FIGS. 5 to 7.

第5図、第6図は上記メモリセルの断面図であり、p型
半導体基板1.トンネル酸化II2.フローティングゲ
ート電極39層間絶縁llI4.コントロールゲート電
極5.n◆型半導体領域(ソース領域の一部)6.n◆
型半導体領域(ドレイン領域)7.n−型半導体領域(
ソース領域の一部)8からなるMISF[!Tより構成
されている。コントロールゲート電極5.ドレイン領域
7.p型半導体基板1を接地した状態でソース領域6に
正の高電圧Vsを印加することにより、フローティング
ゲート電極3からソース領域6へ電子のトンネル放出9
が起こり、消去動作が行なわれる。
5 and 6 are cross-sectional views of the above memory cell, in which the p-type semiconductor substrate 1. Tunnel oxidation II2. Floating gate electrode 39 interlayer insulation llI4. Control gate electrode5. n◆ type semiconductor region (part of source region)6. n◆
type semiconductor region (drain region)7. n-type semiconductor region (
Part of the source area) MISF[! It is composed of T. Control gate electrode5. Drain region7. By applying a positive high voltage Vs to the source region 6 with the p-type semiconductor substrate 1 grounded, electron tunneling 9 is performed from the floating gate electrode 3 to the source region 6.
occurs, and an erase operation is performed.

消去の初期においては、第2図に示すようにフローティ
ングゲート電極3に多量の電子が保持されているため、
ソース領域6に高電圧が印加されてもチャネル電流は流
れない。
At the initial stage of erasing, a large amount of electrons are retained in the floating gate electrode 3 as shown in FIG.
Even if a high voltage is applied to the source region 6, no channel current flows.

しかして、第7図に示すように消去が進み、フローティ
ングゲート電極3が電気的中性状態に近づくと、ソース
領域6とフローティングゲート電極3の間の容量結合の
影響でチャネル電流10が゛流れ始める。このチャネル
電流10 ffi種となって、ソース領域端部の高電界
領域でアバランシュが起こり、符号11のように発生し
たホットホールの一部がトンネル酸化IP!I2中に注
入される。
As shown in FIG. 7, when the erasing progresses and the floating gate electrode 3 approaches an electrically neutral state, a channel current 10 flows due to the capacitive coupling between the source region 6 and the floating gate electrode 3. start. This channel current becomes a 10 ffi species, causing an avalanche in the high electric field region at the end of the source region, and some of the hot holes generated as shown by reference numeral 11 become tunnel oxidized IP! Injected into I2.

ホットホールの注入は界面準位の発生を加速するなどト
ンネル酸化膜のg質を著しく低下させるため、書き換え
可能回数を始めとする消去動作の信頼性の面で大きな問
題となる。
Injection of hot holes significantly deteriorates the g quality of the tunnel oxide film by accelerating the generation of interface states, which poses a major problem in terms of the reliability of erasing operations, including the number of rewrites possible.

また、注入されたホットホールはフローティングゲート
電極に保持されてその電位を高めるため・電子のFou
ler −Nordhaim トンネル放出とともに消
去動作を進行させることになる。この時、第7図に示す
ように、消去速度が急激に加速されるため(符号12の
部分)、Vthの制御性を維持するのが極めて困難とな
る。
In addition, the injected hot holes are retained in the floating gate electrode and increase its potential.
The erase operation will proceed with the ler-Nordheim tunnel emission. At this time, as shown in FIG. 7, the erasing speed is rapidly accelerated (section 12), making it extremely difficult to maintain controllability of Vth.

本発明の目的は、フローティングゲート電極とコントロ
ールゲート電極を有し、ゲート酸化膜を薄いトンネル酸
化膜にしたMISFETからなるメモリセルにおいて、
閾値電圧の制御性に優れた電気的消去方式を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a memory cell comprising a MISFET having a floating gate electrode and a control gate electrode, and using a thin tunnel oxide film as the gate oxide film.
An object of the present invention is to provide an electrical erasing method with excellent controllability of threshold voltage.

本発明の他の目的は、上記メモリセルにおいて。Another object of the present invention is the above memory cell.

特性劣化の少ない高信頼な電気的消去方式を提供するこ
とにある。
The object of the present invention is to provide a highly reliable electrical erasing method with little characteristic deterioration.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、フローティングゲート電極とコントロール
ゲート電極を有し、ゲート酸化膜を薄いトンネル酸化膜
にしたにl5FEτからなるメモリセルにおいて、ソー
ス領域に正の高電圧Vsを印加して消去動作を行う際、
ドレイン領域を電気的にフローティング状態にすること
により達成される。
The above purpose is to perform an erase operation by applying a positive high voltage Vs to the source region in a memory cell made of 15FEτ having a floating gate electrode and a control gate electrode and using a thin tunnel oxide film as the gate oxide film. ,
This is achieved by leaving the drain region electrically floating.

また、上記目的は、上記消去動作時にドレイン領域の電
位を上記Vsと実質的に同電位にすることによっても達
成される。
The above object can also be achieved by making the potential of the drain region substantially the same as the Vs during the erasing operation.

〔作用〕[Effect]

上記手段によれば、消去動作とともにフローティングゲ
ート電極の電位が上昇し、上記フローティングゲート電
極下部に反転チャネルが形成され始める状態まで消去が
進んでも、定常的なチャネル電流は流れない、この結果
、チャネル電流を種としたホットホールの発生、注入が
おさえられる。
According to the above means, even if the potential of the floating gate electrode increases with the erase operation and the erase progresses to a state where an inversion channel begins to be formed under the floating gate electrode, a steady channel current does not flow. Generation and injection of hot holes caused by current can be suppressed.

これにより、急激な消去速度の増大を防止するため、制
御性の高い消去動作を実現することができる。また、ホ
ットホール注入によるトンネル酸化膜質の劣化がおさえ
られるため、書き換え可能回数など信頼性に優れた消去
動作を実現することができる。
This prevents a sudden increase in erasing speed, making it possible to realize an erasing operation with high controllability. Furthermore, since deterioration of the quality of the tunnel oxide film due to hot hole injection is suppressed, it is possible to realize an erase operation with excellent reliability such as the number of rewrites possible.

〔実施例〕〔Example〕

(実施例1) 以下、本発明の第1の実施例を第1図〜第3図を用いて
説明する。
(Example 1) Hereinafter, a first example of the present invention will be described using FIGS. 1 to 3.

第1図は本実施例の消去方式を実現する等価回路図、第
2図、第3図は上記消去方式による消去特性であり、第
2図は閾値電圧Vtbの消去時間依存性、第3図は書込
/消去レベルの書き換え回数依存性を示したものである
Fig. 1 is an equivalent circuit diagram realizing the erasing method of this embodiment, Figs. 2 and 3 show the erasing characteristics by the above erasing method, Fig. 2 shows the erasing time dependence of the threshold voltage Vtb, and Fig. 3 shows the dependence of the write/erase level on the number of rewrites.

まず、第1図を用いて1本実施例における消去方式の動
作を説明する。
First, the operation of the erasing method in this embodiment will be explained using FIG.

第1図は、大きく分けてメモリセルアレイ回路とそれを
駆動する周辺回路からなっている。13゜14はXメデ
コーダおよびYデコーダ、15はセンスアンプである。
FIG. 1 mainly consists of a memory cell array circuit and peripheral circuits that drive it. 13 and 14 are an X medecoder and a Y decoder, and 15 is a sense amplifier.

Qlは電気的書込みおよび消去動作が可能な不揮発性メ
モリセルであり、フローティングゲート電極とコントロ
ールゲート電極を有し、ゲート酸化膜を薄いトンネル酸
化膜にしたMISFETからなっている。コントロール
ゲート電極はワード線WL辷接続されている。また、ド
レイン領域はデータ線DLに、ソース領域は接地線OL
にそれぞれ接続されているa Q菖xe Qmtは、情
報の書込/読出時と消去時で接地線OLの電位を切り換
えるためのスイッチ素子である。また。
Ql is a nonvolatile memory cell capable of electrical writing and erasing operations, and is composed of a MISFET having a floating gate electrode and a control gate electrode, and a thin tunnel oxide film as the gate oxide film. The control gate electrode is connected across the word line WL. In addition, the drain region is connected to the data line DL, and the source region is connected to the ground line OL.
A, Q, and Qmt connected to the respective terminals are switch elements for switching the potential of the ground line OL when writing/reading information and when erasing information. Also.

Qoは、同じく情報の書込/読出時と消去時でデータ線
DLの電位(あるいは状態)を切り換えるためのスイッ
チ素子である。
Similarly, Qo is a switch element for switching the potential (or state) of the data line DL when writing/reading information and when erasing information.

消去動作時には、Qsxを導通状態、Qsxを非導通状
態にすることにより、接地線GLに消去電位72日を印
加する。また、ワード線WLには接地電位V、、、たと
えばOvを印加する。この□時、予め接地電位Vsaに
落としておいたデータ線DLを。
During the erase operation, the erase potential 72 is applied to the ground line GL by making Qsx conductive and Qsx non-conductive. Further, a ground potential V, . . ., Ov, for example, is applied to the word line WL. At this □ time, the data line DL, which has been lowered to the ground potential Vsa in advance.

Qoを非導通状態にしてYデコーダから電気的に切り離
すことにより、メモリセルのドレイン領域がフローティ
ングの状態で消去動作が行なわれる。
By making Qo non-conductive and electrically disconnecting it from the Y decoder, an erase operation is performed with the drain region of the memory cell floating.

いま、フローテくングゲート電極からみえる全容量CT
に対する、フローティングゲート電極とコントロールゲ
ート電′極の間の容量Craの割合(カップリング比)
を0.6程度、書込み動作による閾値電圧の上昇分ΔV
t−を4v程度とすると。
Now, the total capacitance CT seen from the floating gate electrode
The ratio of the capacitance Cra between the floating gate electrode and the control gate electrode (coupling ratio) to
is about 0.6, the increase in threshold voltage due to write operation ΔV
Assuming t- is about 4v.

消去動作初期のフローティングゲート電極電位Vrは一
2v程度になる。トンネル酸化膜の膜厚が10nmの場
合、消去電位VpI!として11vを接地線GL(すな
わちソース領域)に印加すると。
The floating gate electrode potential Vr at the initial stage of the erase operation is about -2V. When the thickness of the tunnel oxide film is 10 nm, the erase potential VpI! When 11v is applied to the ground line GL (ie, the source region).

トンネル酸化膜には13MV101程度の電界が消去動
作初期に印加される。この時、消去動作は1mg〜10
m5程度の時間で完了する。
An electric field of about 13 MV101 is applied to the tunnel oxide film at the beginning of the erase operation. At this time, the erase operation is 1 mg to 10
It will be completed in about 5 m5.

消去動作の初期においては、フローティングゲート電極
の電位VFが一2v程度であるのに対し、ドレイン領域
の電位はOvであるため、チャネル領域表面は蓄積状態
になり、チャネル電流は流れない、しかし、消去の進行
とともにVFが上昇してくると、チャネル表面の状態は
空乏状態から弱反転状層へと変化し、ついにはチャネル
電流が流れ始める。ここで、前記従来技術で述べたよう
にドレイン領域が接地され、その電位が固定されている
場合には、消去の進行とともにチャネル電流は急激に増
大し、このチャネル電流−を種としたホットホールの発
生、注入が消去動作の制御性、信頼性に無視できない悪
影響°を及はす、これに対して1本実施例のように、デ
ータ線DLがYレコーダ14から電気的に切り離され、
これに接続されるドレイン領域まで含めてフローティン
グ状態になっている場合には、チャネル電流によってド
レイン領域の電位は上昇し、このことがチャネル電流を
減少させる方向にはたらくため、消去が進んでもホット
ホールの発生、注入を充分に低いレベルにおさえること
ができる。
At the beginning of the erase operation, the potential VF of the floating gate electrode is about 12V, while the potential of the drain region is Ov, so the surface of the channel region is in an accumulation state and no channel current flows. As VF increases as erasing progresses, the state of the channel surface changes from a depletion state to a weakly inverted layer, and eventually a channel current begins to flow. Here, if the drain region is grounded and its potential is fixed as described in the prior art, the channel current increases rapidly as erasing progresses, and this channel current causes hot holes to be generated. The occurrence and injection of the data have a non-negligible adverse effect on the controllability and reliability of the erase operation.In order to solve this problem, as in this embodiment, the data line DL is electrically disconnected from the Y recorder 14,
If the drain region, including the drain region connected to it, is in a floating state, the potential of the drain region increases due to the channel current, and this works in the direction of decreasing the channel current, so even if erasing progresses, the hot hole generation and injection can be suppressed to sufficiently low levels.

第2図は1本実施例の消去方式における、Vthの消去
時間依存性を示したものである。メモリセルを構成する
MISFETのトンネル酸化膜厚は1゜n m 、カッ
プリング比はo、6.熱平衡状態でのvt−は1.OV
、消去電位VpHは11.OVである。従来消去方式1
7(データ線DLを接地した状態で消去を行う方式)に
比べて1本方式の消去特性16はVt−の急激な落ち込
みが無く、制御性に優れている。
FIG. 2 shows the dependence of Vth on erasing time in the erasing method of this embodiment. The tunnel oxide film thickness of the MISFET constituting the memory cell is 1 nm, the coupling ratio is o, 6. At thermal equilibrium, vt- is 1. O.V.
, the erase potential VpH is 11. It is OV. Conventional elimination method 1
7 (a method in which erasing is performed with the data line DL grounded), the erase characteristic 16 of the one-line method has no sudden drop in Vt- and has excellent controllability.

第3図は1本実施例の消去方式における。書込消去特性
の書き換え回数依存性を示したものである0本消去方式
では、数百回程度の書き換えを行っても消去レベルは殆
ど変化せず(消去レベル18)、従来方式(消去レベル
19)に比べて信頼性に優れている・ 以上で説明したように、本実施例の消去方式によれば、
消去レベルの制御性に優れ、また書き換え可能回数など
の面で信頼性の高い消去動作を実現することができる。
FIG. 3 shows the erasing method of this embodiment. In the 0-line erase method, which shows the dependence of write/erase characteristics on the number of rewrites, the erase level hardly changes even after several hundred rewrites (erase level 18), and compared to the conventional method (erase level 19). ) As explained above, according to the erasure method of this embodiment,
It has excellent controllability of the erase level, and can realize a highly reliable erase operation in terms of the number of times it can be rewritten.

最後に、第1図に示したメモリセルアレイ回路と周辺回
路における。情報書込時および続出時の動作を説明して
おく。
Finally, regarding the memory cell array circuit and peripheral circuit shown in FIG. Let us explain the operation when writing information and when continuing to write information.

Qo導通状態にすることにより、データ線DLはYデコ
ーダ14に電気的に接続され、書込動作時には書込電位
Vpwz 、たとえば6v、読出動作時には続出電位、
たとえば1.Ovが印加される。
By making the Qo conductive state, the data line DL is electrically connected to the Y decoder 14, and is set to a write potential Vpwz, for example, 6V during a write operation, and a continuous potential, for example, 6V during a read operation.
For example 1. Ov is applied.

ワード線WLLtXデコーダ13によって駆動され。Driven by word line WLLtX decoder 13.

書込動作時には書込電位Vpwxたとえば11v。During a write operation, the write potential Vpwx is, for example, 11v.

読出動作時には電源電位VOO1たとえば5vが印加さ
れる。接地線GLに関しては、Qgxを非導通状I11
. Qssを導通状態にすることにより、書込動作時、
読出動作時いずれの場合も、接地電位Vss、たとえば
Ovが印加される0以上の電圧印加により、ホットキャ
リア注入による書込動作チャネル電流の有無(あるいは
大小)を判定条件とした読出動作が行なわれる。
During a read operation, power supply potential VOO1, for example 5V, is applied. Regarding the grounding line GL, Qgx is set to non-conducting state I11.
.. By making Qss conductive, during write operation,
In any case during the read operation, the ground potential Vss, for example, Ov, is applied, and a voltage of 0 or more is applied to perform the read operation, with the determination condition being the presence or absence (or magnitude) of the write operation channel current due to hot carrier injection. .

(実施例2) 以下1本発明の第2の実施例を第4図を用いて説明する
(Example 2) A second example of the present invention will be described below with reference to FIG.

第4図は1本実施例の消去方式を実現する等価回路図で
あり1本実施例1の第1図と同様、大きく分けてメモリ
セルアレイ回路とそれを駆動する周辺回路からなってい
る。第1図の等価回路図と興なる点は、データ線DLの
電位を切り換えるためのスイッチ素子が、 Qozt 
Qotの2つのトランジスタから成っていることである
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram realizing the erasing method of the first embodiment. Like FIG. 1 of the first embodiment, the circuit is roughly divided into a memory cell array circuit and peripheral circuits that drive it. What is different from the equivalent circuit diagram in FIG. 1 is that the switch element for switching the potential of the data line DL is Qozt
It consists of two Qot transistors.

本実施例に示す消去方式の特徴は、メモリセルQ、のソ
ース領域とドレイン領域の両方に、同じ消去電位VpI
!を印加することである。これにより、消去動作が進行
しても、チャネル電流は流れず。
A feature of the erasing method shown in this embodiment is that both the source region and drain region of memory cell Q are supplied with the same erase potential VpI.
! is applied. As a result, even if the erase operation progresses, no channel current flows.

望ましくないホットホールの発生、注入現象を回避する
ことができる。
Undesirable hot hole generation and injection phenomena can be avoided.

本実施例消去方式を実現するための回路動作は以下のと
おりである。すなわち、スイッチ素子Qsx* Qot
を導通状態、Q sx p Q oxを非導通状態にす
ることにより、接地線OLとデータ線DLの両方に、同
じ消去電位VPEを印加する。ワード線WLには接地電
位Vss、たとえばOvを印加する。
The circuit operation for realizing the erase method of this embodiment is as follows. That is, the switch element Qsx*Qot
The same erase potential VPE is applied to both ground line OL and data line DL by making Q sx p Q ox conductive and non-conducting. A ground potential Vss, for example Ov, is applied to the word line WL.

接地線GLにはメモリセルのソース領域、データ線DL
には同ドレイン領域がそれぞれ接続されているので、ソ
ース、ドレイン領域同電位での消去動作が実現される。
The ground line GL has the source region of the memory cell and the data line DL.
Since the same drain regions are respectively connected to the same drain regions, erasing operation can be realized with the source and drain regions at the same potential.

以上で説明したように1本実施例の消去方式によれば、
望ましくないホットホールの発生、注入現象を回避でき
るので、消去レベルの制御性に優れ、かつ書き換えに対
する信頼性の高い消去動作を実現することができる。
As explained above, according to the erasing method of this embodiment,
Since the generation of undesirable hot holes and the injection phenomenon can be avoided, it is possible to realize an erase operation with excellent controllability of the erase level and high reliability for rewriting.

最後に、情報書込時および読出時の回路動作について説
明しておく−QDsを非導通状態、Qozを導通状態に
することにより、データ線DLはYデコーダ14に電気
的に接続され、書込動作時には書込電位Vpwt 、た
とえば6V、読出動作時には読出電位、たとえば1.O
Vが印加される。’7−ドWLはXデコーダ13によっ
て駆動され、書込動作時には書込電位Vpwx 、たと
えば11v、読出動作時には電源電位Vcc、たとえば
5vが印加される。接地線GLに関しては、Qszを非
導通状態、Qszを導通状態にすることにより、″i込
動作時、読出動作時いずれの場合も、接地電位Vss。
Finally, we will explain the circuit operation when writing and reading information - By setting QDs to a non-conducting state and Qoz to a conducting state, the data line DL is electrically connected to the Y decoder 14, and the data line DL is electrically connected to the Y decoder 14, During operation, the write potential Vpwt is set to, for example, 6V, and during read operation, the read potential is set to, for example, 1. O
V is applied. '7-D WL is driven by the X decoder 13, and a write potential Vpwx, for example 11V, is applied during a write operation, and a power supply potential Vcc, for example 5V, is applied during a read operation. Regarding the ground line GL, by making Qsz non-conductive and Qsz conductive, the ground potential Vss is maintained in both the i-in operation and the read operation.

たとえばOvが印加される0以上の電圧印加により、ホ
ットキャリア注入による書込動作、チャネル電流の有無
(あるいは大小)を判定条件とした読出動作が行なわれ
る。
For example, by applying a voltage of 0 or more such as Ov, a write operation by hot carrier injection and a read operation using the presence or absence (or magnitude) of a channel current as a determination condition are performed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、フローティングゲートst@とコント
ロールゲート電極を有し、ゲート酸化膜を薄いトンネル
酸化膜にしたMISFETからなる不揮発性メモリセル
において、電子のFouler −Nordheimト
ンネル放出による電気的消去動作を行う際、望ましくな
いホットホールの発生、注入現象をおさえることができ
るので、制御性ならびに信頼性の高い消去動作を実現す
ることができる。
According to the present invention, in a nonvolatile memory cell composed of a MISFET having a floating gate st@ and a control gate electrode and using a thin tunnel oxide film as the gate oxide film, an electrical erase operation by Fouler-Nordheim tunnel emission of electrons is performed. During the erase operation, the generation of undesirable hot holes and the injection phenomenon can be suppressed, so that it is possible to realize an erase operation with high controllability and reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例1の消去方式を実現する等価回路図、第
2図、第3図は実施例1の消去方式による消去特性図、
第4図は実施例2の消去方式を実現する等価回路図、第
5図、第6図は従来の消去方式の問題点を説明するメモ
リセル断面図、第7図は従来消去による消去特性図であ
る。 1・・・p型半導体基板、2・・・トンネル酸化膜、3
・・・フローティングゲート電極、4・・・層間絶縁膜
、5・・・コントロールゲート電極、6・・・n◆型不
純物領域(ソース領域の一部を構成する)、7・・・n
十型不純物領域(ドレイン領域を構成する)、8・・・
n−型不純物領域(ソース領域の一部を構成する)、9
・・・電子のF−Nトンネル放出、10・・・電子のチ
ャネル電流、11・・・ホットホール注入、12・・・
ホットホール注入によるVthの急激な低下、】、3・
・・Xデコーダ、14・・・Yデコーダ、15・・・セ
ンスアンプ、Q、・・・メモリセル、DL・・・データ
線、WL・・・ワード線、OL・・・接地線、Qas、
 Qsx・・・接地線電位の切り換えスイッチ素子、0
口・・・データ線接地状態の切り換えスイッチ素子、Q
ohQos・・・データ線電位の切り換えスイッチ素子
、16・・・ドレイン領域をブローティング状態にした
時の消去特性、17・・・ドレイン領域を接地した時の
接地特性。 18・・・ドレイン領域をフローティング状態にした時
の消去レベル、19・・・ドレイン領域を接地した讐l
I21 * +、’町=デ?(#) 1!3図 /       to       1oo     
 1ao。 検板り勧礒し回数、(回) 蓼5121 0v %&図 v 答ワ図 AhyJr間 (任棗隼ル) /2  :r−=zLi)−+ua”J 6−qtII
の亀、良替体T
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram realizing the erasing method of the first embodiment, FIGS. 2 and 3 are erasing characteristic diagrams using the erasing method of the first embodiment,
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram realizing the erasing method of Example 2, FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views of memory cells explaining the problems of the conventional erasing method, and FIG. 7 is a diagram of erasing characteristics using the conventional erasing method. It is. 1...p-type semiconductor substrate, 2...tunnel oxide film, 3
...Floating gate electrode, 4...Interlayer insulating film, 5...Control gate electrode, 6...n◆ type impurity region (constituting part of the source region), 7...n
10-type impurity region (constituting the drain region), 8...
n-type impurity region (constituting part of the source region), 9
... F-N tunnel emission of electrons, 10... Channel current of electrons, 11... Hot hole injection, 12...
Rapid decrease in Vth due to hot hole injection, ], 3.
...X decoder, 14...Y decoder, 15... sense amplifier, Q, ... memory cell, DL... data line, WL... word line, OL... ground line, Qas,
Qsx... Ground line potential switching element, 0
Opening: Data line grounded state changeover switch element, Q
ohQos... Data line potential switching element, 16... Erasing characteristics when the drain region is in the bloating state, 17... Grounding characteristics when the drain region is grounded. 18... Erasing level when the drain region is in a floating state, 19... Erasing level when the drain region is grounded
I21 * +, 'Machi=de? (#) 1!3 figure/to 1oo
1ao. Number of times of testing, (times) 5121 0v % & figure v Answer figure AhyJr (Ninza Junru) /2 :r-=zLi)-+ua"J 6-qtII
Turtle, good body T

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ゲート絶縁膜上のフローティングゲート電極と、そ
の上に積層する形で層間絶縁膜を介して設けられたコン
トロールゲート電極を有する絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタ(MISFET)からなる不揮発性メモリセル
において、上記MISFETのドレイン領域あるいはソ
ース領域のいずれか一方に所定の電圧を印加して、フロ
ーティングゲート電極に貯えられた情報電荷を上記電圧
印加領域に引き抜く際、他方の領域を電気的にフローテ
ィング状態に置くことを特徴とする不揮発性メモリセル
の消去方式。 2、MISFETからなる不揮発性メモリセルにおいて
、上記MISFETのドレイン領域およびソース領域の
両方に実質的に同一な所定の電圧を印加して、フローテ
ィングゲート電極に貯えられた情報電荷を上記両方の領
域に引き抜くことを特徴とする不揮発性メモリセルの消
去方式。
[Claims] 1. Consisting of an insulated gate field effect transistor (MISFET) having a floating gate electrode on a gate insulating film and a control gate electrode stacked thereon via an interlayer insulating film. In a nonvolatile memory cell, when a predetermined voltage is applied to either the drain region or the source region of the MISFET and the information charge stored in the floating gate electrode is extracted to the voltage application region, the other region is electrically An erasing method for nonvolatile memory cells characterized by leaving them in a floating state. 2. In a nonvolatile memory cell consisting of a MISFET, substantially the same predetermined voltage is applied to both the drain region and the source region of the MISFET to transfer information charges stored in the floating gate electrode to both regions. A method for erasing nonvolatile memory cells characterized by extraction.
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