KR0150789B1 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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KR0150789B1
KR0150789B1 KR1019900012398A KR900012398A KR0150789B1 KR 0150789 B1 KR0150789 B1 KR 0150789B1 KR 1019900012398 A KR1019900012398 A KR 1019900012398A KR 900012398 A KR900012398 A KR 900012398A KR 0150789 B1 KR0150789 B1 KR 0150789B1
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고스께 오꾸야마
료 나가이
가쯔히꼬 구보따
고이찌 세끼
히또시 구메
다께시 와다
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미다 가쓰시게
가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼
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Abstract

내용 없음.No content.

Description

불휘발성 반도체 기억장치Nonvolatile Semiconductor Memory

제1도는 본 발명의 1실시예인 EEPROM의 메모리 셀의 단면 및 회로 접속 상태를 도식적으로 도시한 설명도.1 is an explanatory diagram schematically showing a cross section and a circuit connection state of a memory cell of an EEPROM according to an embodiment of the present invention.

제2도는 EEPROM의 메모리 셀 어레이를 도시한 반도체 기판의 평면도.2 is a plan view of a semiconductor substrate showing a memory cell array of EEPROM.

제3도는 부유 게이트에서 전자를 방출할 때의 회로 접속상태를 도시한 설명도.3 is an explanatory diagram showing a circuit connection state when emitting electrons from a floating gate.

제4도는 부유 게이트에 전자를 주입할 때의 회전 접속 상태를 도시한 설명도.4 is an explanatory diagram showing a rotation connection state when electrons are injected into the floating gate.

제5도 내지 제7도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 회로도 및 동작 전압을 도시한 도면.5 to 7 show circuit diagrams and operating voltages for explaining the principles of the present invention.

제8도는 본 발명과 종래의 예에서의 에너지 밴드를 도시한 도면.8 shows energy bands in the present invention and conventional example.

제9도는 다른 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도.9 is an internal block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device of another embodiment.

제10도는 다른 실시예에서 사용하고 있는 FAST 형 메모리셀 4비트분의 평면도.10 is a plan view of 4 bits of a FAST type memory cell used in another embodiment.

제11도는 제10도의 A-A' 선의 단면도(2비트분).FIG. 11 is a cross-sectional view of the A-A 'line of FIG. 10 (for 2 bits).

제12도는 제10도의 A-A' 선의 단면도(2비트분).FIG. 12 is a cross-sectional view of the A-A 'line of FIG. 10 (for 2 bits).

제13도는 다른 실시예의 소거 전압인가 회로 ED의 회로 구성도.13 is a circuit configuration diagram of an erase voltage application circuit ED of another embodiment.

제14도는 소거 동작에서 제어 게이트에 부의 전압을 인가하는 실시예의 부전압인가 회로 NEG의 회로 구성도.14 is a circuit diagram of a negative voltage applying circuit NEG of an embodiment in which a negative voltage is applied to a control gate in an erase operation.

제15도는 다른 실시예에서의 프로그램 디스터브 내성향상의 효과를 도시한 특성도.Fig. 15 is a characteristic diagram showing the effect of improving program disturb resistance in another embodiment.

제16도는 또 하나의 부전압인가 호로 XDCRN의 회로 구성도.16 is a circuit diagram of an XDCRN with another negative voltage application call.

제17도는 제16도의 XDCRN에 의해서 인가된 부전압을 리세트하는 워드선 리세트 회로 구성도.FIG. 17 is a configuration diagram of a word line reset circuit that resets a negative voltage applied by XDCRN of FIG.

제18도는 제16도의 XDCRN을 실현하기 위한 다중 웰 구조의 단면도.FIG. 18 is a sectional view of a multiple well structure for realizing the XDCRN of FIG.

제19도는 다른 실시예에서 사용하고 있는 FAST 형 메모리셀의 2비트분의 단면도(제10도의 A-A' 선).FIG. 19 is a cross-sectional view (two lines A-A 'in FIG. 10) of a FAST type memory cell used in another embodiment.

제20도는 다른 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도.20 is an internal block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device of another embodiment.

제21도는 제20도의 실시예의 부전압인가 회로 NEG의 회로 구성도.21 is a circuit diagram of a negative voltage application circuit NEG of the embodiment of FIG.

제22도는 제20도의 실시예의 어드레스 버퍼 회로 ADB의 회로 구성도.FIG. 22 is a circuit diagram of the address buffer circuit ADB of the embodiment of FIG. 20; FIG.

제23도는 다른 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도.23 is an internal block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device of another embodiment.

제24도는 제23도의 실시예의 부전압인가 회로 NEG의 회로 구성도.24 is a circuit diagram of the negative voltage application circuit NEG of the embodiment of FIG.

제25도는 제23도의 실시예에서 사용하고 있는 FAST형 메모리셀의 2비트분의 단면도(제10도의 A-A' 선).FIG. 25 is a cross-sectional view (two lines A-A 'in FIG. 10) of a FAST memory cell used in the embodiment of FIG.

제26도, 제27도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 반도체 기억장치의 블록도.26 and 27 are block diagrams of a semiconductor memory device for explaining the principle of the present invention.

제28도는, 메모리셀을 구성하는 반도체 소자의 단면도.28 is a cross sectional view of a semiconductor element constituting a memory cell;

제29도는 제37도 및 제40도는 본 발명의 실시에의 반도체 기억장치의 개략적인 회로도.FIG. 29 is a schematic circuit diagram of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

제30도, 제32도 내지 제35도, 제38도, 제39도, 제41도, 제42도는 본 발명의 실시예의 반도체 기억장치에서의 부분 회로도.30, 32 to 35, 38, 39, 41, and 42 are partial circuit diagrams of the semiconductor memory device of the embodiment of the present invention.

제31도는 본 발명의 실시예의 장치의 동작 모드와 외부 신호의 관계를 도시한 설명도.FIG. 31 is an explanatory diagram showing a relationship between an operation mode and an external signal of the apparatus of the embodiment of the present invention; FIG.

제36도는 본 발명의 실시예의 반도체 기억장치의 동작 타이밍도.36 is an operation timing diagram of the semiconductor memory device of the embodiment of the present invention.

제43도는 본 발명의 실시예의 반도체 기억장치에서의 메모리 블록내의 기억 소자수와 소거후의 임계값의 불안정과의 관계를 도시한 그래프.43 is a graph showing the relationship between the number of memory elements in a memory block and the instability of the threshold value after erasing in the semiconductor memory device of the embodiment of the present invention.

본 발명은 불휘발성 반도체 기억장치에 관한 것으로, 특히 전기적으로 소거가 가능한 불휘발성 메모리(Electrically Erasable Programmble Read Only Memory; 이하 EEPROM 이라 한다)에 적용해서 유효한 기술에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly, to a technology effective by applying to an electrically erasable nonvolatile memory (hereinafter, referred to as EEPROM).

불휘발성 반도체 기억장치로서는 자외선에 의한 정보의 소거가 가능한 EPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory), 전기적으로 소거가 가능한 EEPROM이 종래부터 프로그램이나 데이터 저장용으로서 사용되어 왔다.As nonvolatile semiconductor memory devices, erasable and programmable read only memories (EPROMs) and electrically erasable EEPROMs have been conventionally used for program and data storage.

상기 EEPROM은 메모리 셀 면적이 자아 대용량화에 적합하지만 자외선 조사로 소거하기 위해 창을 갖는 패키지를 필요로 하는 것, 프로그램에 의해서 라이트를 실행하기 위해 라이트시에 시스템에서 떼어낼 필요가 있는 것 등의 문제가 있다.The EEPROM has a problem that the memory cell area is suitable for ego-capacity, but requires a package having a window for erasing by ultraviolet irradiation, and needs to be removed from the system at the time of writing to execute writing by a program. There is.

한편, EEPROM은 시스템에서 전기적으로 리라이트가 가능하지만 메모리셀 면적이 EEPROM의 1. 5배∼2배정도로 크므로 대용량화에는 적합하지 않다.On the other hand, the EEPROM can be electrically rewritten in the system, but the memory cell area is about 1.5 to 2 times larger than the EEPROM, which is not suitable for large capacity.

이와 같은 EEPROM에 대해서는, 예를 들면 (주)일간 공업 신문사 발행, 전자기술, 1988년 6월호, pp. 122-127에 기재되어 있고, FLOTOX(Floating-gate tunnel oxide) 형의 EEPROM셀의 구조와 부유 게이트로의 전자의 주입 및 부유 게이트에서의 전자의 방출의 기구 등에 대해서 상세히 설명되어 있다.As for such EEPROM, for example, the daily publication of Industrial Newspaper Co., Ltd., Electronic Technology, June 1988, pp. 122-127, the structure of a floating-gate tunnel oxide (FLOTOX) type EEPROM cell, the mechanism of injection of electrons into the floating gate, and the emission of electrons from the floating gate are described in detail.

FLOTOX 형의 EEPROM 셀은 제저 게이트의 하층에 전자를 유지시키기 위한 부유 게이트를 마련한 2층 게이트 구조의 메모리셀로서, 부유 게이트와 드레인 영역 사이의 절연막의 일부분에 형성된 매우 얇은 절연막의 영역(터널 영역)을 거쳐서 F-N(Fowlor-Nordheim) 전류라하는 터널 전류를 흐르게 하여 부유 게이트로의 전자의 주입 또는 부유 게이트에서의 전자의 방출을 실행하는 기구로 되어 있다.The FLOTOX type EEPROM cell is a memory cell of a two-layered gate structure in which a floating gate for retaining electrons is provided in the lower layer of the jezer gate, and a region of a very thin insulating film (tunnel region) formed in a part of the insulating film between the floating gate and the drain region. A tunnel current, called a FN (Fowlor-Nordheim) current, is made to flow therethrough to inject electrons into the floating gate or discharge electrons from the floating gate.

FLOTOX 형의 EEPROM의 메모리셀에 있어서, 부유 게이트에 유지된 전자를 방출하는 데는 예를 들면, 제어 게이트에 GND 전압 (Ov)을 인가하고, 드레인 전극에 15V∼20V의 고전압을 인가하는 것에 의해 실행되고 있었다.In the memory cell of the FLOTOX type EEPROM, the electrons held in the floating gate are discharged by, for example, applying a GND voltage (Ov) to the control gate and applying a high voltage of 15V to 20V to the drain electrode. It was.

또, 최근에는 EPROM과 EEPROM의 중간적인 기억장치로서 전기적 일괄 소거형(플레시) EEPROM이라하는 것이 개발되고 있다. 이 플레시 EEPROM은 칩 일괄 또는 어떤 한 뭉치의 메모리셀을 일괄해서 전기적으로 소거하는 기능을 갖는 불휘발성 반도체 기억장치로서, 메모리셀 면적은 EPRON 정도의 값을 실현할 수 있다.Recently, as an intermediate storage device between the EPROM and the EEPROM, an electric batch erasing (flash) EEPROM has been developed. This flash EEPROM is a nonvolatile semiconductor memory device having a function of electrically erasing a batch of chips or a batch of memory cells collectively, and the memory cell area can realize a value of about EPRON.

상기한 플래서 EEPROM으로서는 예를 들면 일본국 특허 공개 공보 소화 62-276878호에서 개시되어 있는 기억장치가 대표적인 것이다.As the above-described flasher EEPROM, for example, the memory device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-276878 is representative.

이하 이 플래시 EEPROM의 메모리 셀을 FAST(Floating Gate Asynmetric Source and Drain Tunnel Oxide)형이라 한다.Hereinafter, the memory cell of the flash EEPROM is referred to as Floating Gate Asynmetric Source and Drain Tunnel Oxide (FAST) type.

FAST 형 메모리 셀은 EPROM의 FAMOS 형과 마찬가지의 부유 게이트형 전개효과 트랜지스터 구조를 갖고 있으며, 1소자로 1비트(1메모리 셀)를 구성할 수 있으므로 고집적성이 우수하다.The FAST type memory cell has a floating gate type deployment effect transistor structure similar to that of the EPROM FAMOS type, and is excellent in high integration since one bit (one memory cell) can be composed of one element.

라이트는 FAMOS와 마찬가지로 드레인 접합 근방에서 발생시킨 열전자를 부유 게이트 전극으로 주입하는 것에 의해 실행한다. 라이트에 의해서 메모리셀의 제어 게이트 전극에서 본 임계값 전압은 높게 된다.As with FAMOS, writing is performed by injecting hot electrons generated near the drain junction into the floating gate electrode. By the write, the threshold voltage seen from the control gate electrode of the memory cell becomes high.

한편, 소거는 제어 게이트 전극을 접지하여 소스에 정의 고전압을 인가하는 것에 의해 부유 게이트 전극과 소스 사이에 고전계를 발생시키고, 얇은 게이트 산화막을 통과한 터널 현상을 이용해서 부유 게이트 전극에 축적된 전자를 소스에 추출하는 것에 의해 실행한다. 소거에 의해서 제어 게이트 전극에서 본 임계값 전압은 낮게 된다. 이때 메모리 셀이 선택 트랜지스터를 갖지 않으므로 임계값 전압이 부로 되는 것(과 소거상태)은 치명적인 불량으로 된다.On the other hand, erasing generates a high electric field between the floating gate electrode and the source by grounding the control gate electrode and applying a positive high voltage to the source, and electrons accumulated in the floating gate electrode using a tunnel phenomenon passing through the thin gate oxide film. By extracting it to the source. The erasing lowers the threshold voltage seen by the control gate electrode. At this time, since the memory cell does not have the selection transistor, the negative threshold voltage (and the erase state) becomes a fatal failure.

또, 리드는 드레인에 1V 정도의 저전압을 인가하고, 제어게이트 전극에는 SV 정도의 전압을 인가하여, 이때 흐르는 채널 전류의 대소가 정보의 0과 1에 대응하는 것을 이용해서 실행한다. 드레인 전압을 저전압으로 하는 것은 기생적인 약한 라이트 동작을 방지하기 위함이다.In addition, the read applies a low voltage of about 1V to the drain, and a voltage of about SV to the control gate electrode, and executes using the magnitude of the channel current flowing at this time corresponding to 0 and 1 of the information. The low drain voltage is used to prevent parasitic weak write operation.

상기한 FAST 형 메모리셀에서는 라이트를 드레인 측, 소거를 소스측에서 실행하므로 전압 프로파일은 각각의 동작에 적합하도록 개별로 최적화하는 것이 바람직하다. 상기 종래 기술에서는 소스 드레인 비대칭구조로 되어 있고, 드레인 접합에서는 라이트 효율을 높이기 위한 전계 집중형 프로파일을 사용하고, 소스 접합에서는 고전압이 인가 가능한 전계 완화형 프로파일을 사용하고 있다.In the above FAST type memory cell, since the write is performed on the drain side and the erase side on the source side, it is desirable to individually optimize the voltage profile for each operation. In the prior art, a source-drain asymmetric structure is used. In the drain junction, an electric field concentrated profile for increasing the light efficiency is used, and in the source junction, an electric field relaxed profile in which a high voltage is applied is used.

또한, 터널에서 부유 게이트 전극으로부터 전자를 추출해서 소거를 실행하는 메모리셀에서는 소거 전압을 인가하는 영역(여기서는 소스영역)과 부유 게이트 전극간의 정진 용량 결합을 어떻게 작게 억제하는 가가 셀의 미세화와 소거 동작을 저전압화를 양립시키는데 중요한 포인트로 된다. FAST 형 메모리셀에서는 용량 결합을 결정하는 부유 게이트 전극과 소스의 중첩영역을 소스의 확산에 의해서 자기 정합적으로 형성하는 것에 의해 그 값을 저감하고 있다.Further, in a memory cell in which electrons are extracted from a floating gate electrode in a tunnel and erased, how to reduce the positive capacitance coupling between the region to which the erase voltage is applied (here, the source region) and the floating gate electrode is miniaturized and erased. This is an important point for achieving low voltage reduction. In the FAST type memory cell, the value is reduced by forming the overlapping region of the floating gate electrode and the source, which determines the capacitive coupling, by self-alignment by diffusion of the source.

또, 상기 종래기술이외의 친일괄 소거형 메모리로서는 다음과 같은 것이 있다.In addition, the following are examples of the pro-collective erase memory other than the above-described prior art.

먼저, V. N. Kynett 등은 IEEE 주최 1989년 국제고체 회로 회의의 논문집 pp. 140-141에서 상기 FAST 형과 마찬가지의 원리의 메모리셀을 사용한 칩 일괄 소거형의 1Mb 프래시 EEPROM을 개시하고 있다. 메모리셀 면적은 15. 2㎛2(설계룰 1. 0㎛), 라이트 및 소거의 동작전압은 12V 이고, 미세한 셀에서의 저전압동작이 실현되고 있다. 그러나 이 장치에서는 리라이트에는 Vcc(5V)와 Vpp(12V)의 그 전원을 외부에 필요로 한다. 이것은 다음에 기술하는 바와 같이 리라이트 동작시의 소비 전류가 커서 온칩의 승압전원을 이용할 수 없기 때문이다.First, VN Kynett et al. Presented the paper at the 1989 International Solid-State Circuit Conference hosted by IEEE. In 140-141, a 1 Mb flash EEPROM of a chip batch erase type using a memory cell having the same principle as the above FAST type is disclosed. The memory cell area is 15. 2 mu m 2 (design rule 1.0 mu m), the operating voltage for writing and erasing is 12 V, and low-voltage operation in a fine cell is realized. In this device, however, the rewrite requires an external power supply of Vcc (5V) and Vpp (12V). This is because the on-chip step-up power supply cannot be used because the current consumption during rewrite operation is large as described below.

또, S. D Arrigo 등은 IEEE 주최 1989년 국제 고체회로 회의의 논문집 pp. 132-133에서 마찬가지로 칩일괄소거형의 256K 비트 플래시 EEPROM을 개시하고 있다. 이 장치에서는 소위 FLOTOX 형의 메모리셀을 사용해서 온칩 승압전원에 의한 5V 단일 전원동작을 실현하고 있다. 즉, (1) 소거에 가해서 라이트에도 전지의 터널현상을 이용하고 있는 것 및 (2) 상기 터널에서 사용하는 게이트 산화막이 얇은 영역을 드레인 고농도 확산층 위에 한정하고 있는 것에 의해 리라이트 동작의 소비전류의 저감을 가능하게 하고 있다. 이 메모리의 또 하나의 특징은 소거 동작에서 제어게이트에 부전압을 인가하고 있는 것이다. 이것에 의해 드레인 확산층에 인가하는 전압을 5V 정도로 저감하여 접합 내압에 대한 여유를 높이고 있다. 그러나 이 장치에서는 터널 영역이 자기 정합화되어 있지 않으며, 또 패스 게이트(pass gate)라 하는 선택 트랜지스터가 셀내에 포함되어 있는 것으로 셀의 미세성과 저전압 동작면에서는 FAST 형에 비해 떨어진다.In addition, S. D Arrigo et al. Similarly, 132-133 discloses a chip-uninstalled 256K bit Flash EEPROM. This device uses a so-called FLOTOX type memory cell to realize a 5V single power supply operation by an on-chip boost power supply. Namely, (1) the tunnel phenomenon of the battery is also used for light in addition to erasing, and (2) the thin region of the gate oxide film used in the tunnel is limited on the drain high concentration diffusion layer, thereby reducing the current consumption of the rewrite operation. Reduction is possible. Another feature of this memory is that a negative voltage is applied to the control gate in an erase operation. As a result, the voltage applied to the drain diffusion layer is reduced to about 5V to increase the margin for the junction breakdown voltage. In this device, however, the tunnel region is not self-aligned, and a selection transistor called a pass gate is included in the cell, which is inferior to the FAST type in terms of cell fineness and low voltage operation.

상기한 FLOTOX 형의 EEPROM 의 메모리셀의 전자 방출에서는 다음과 같은 문제가 있는 것을 본 발명자는 발견하였다.The present inventors have found that the above-mentioned problems occur in the electron emission of the memory cell of the FLOTOX type EEPROM.

즉, 부유 게이트에서의 전자 방출시 드레인전극에 고전압을 인가하기 위해 드레인 영역을 형성하는 n+확산층이나 n+/P 전합부분에 고전압이 인가되어 EEPROM의 메모리셀이 저하하고 만다는 문제가 있다.That is, a high voltage is applied to an n + diffusion layer or an n + / P junction portion forming a drain region in order to apply a high voltage to the drain electrode when electrons are emitted from the floating gate, resulting in a decrease in the memory cell of the EEPROM.

또, 이 때문에 종래는 EEPROM의 메모리셀을 고내압구조로 하고 있었지만 EEPROM의 메모리셀의 고내압 구조화는 그 미세화를 방해하여 반도체 칩의 면적을 증대시키는 문제가 있었다.For this reason, conventionally, the memory cell of the EEPROM has a high breakdown voltage structure, but the structure of the high breakdown voltage of the memory cell of the EEPROM prevents the miniaturization and increases the area of the semiconductor chip.

상기와 같이 FAST형 메모리셀은 여러 가지 이점을 갖는 유망한 소자이지만, 다음에 기술한 바와 같은 문제점이 있다.As described above, the FAST type memory cell is a promising device having various advantages, but has a problem as described below.

첫째의 문제점은 소거 동작을 실행할 때 소스에서 반도체 기판으로 기생적인 리크 전류가 흐르는 것이다. 이것은 게이트 산화막이 부유 게이트 전극 전면에 걸쳐서 박막화 되는 것에 기인한 FAST형 메모리셀에 특유한 리크 전류이다. 즉, 소거 동작에 필요한 고전계(10MV/cm 정도)를 게이트 산화막에 인가하면 그 아래의 소스 영역 표면에서는 밴드간 터널에 의한 전자, 정공쌍이 발생한다. 이 정공이 기판측으로 흘러나오는 것을 방지할 수 없으므로 큰 리크 전류가 흐른다. 또한, 상기 FLOTOX 형 메모리셀에서는 고농도 확산층 끝부에서 게이트 산화막이 후막화 되어 있으므로 정공은 기판측으로 유출하지 않아 리크 전류는 발생하지 않는다.The first problem is that parasitic leakage current flows from the source to the semiconductor substrate when performing the erase operation. This is a leak current peculiar to the FAST type memory cell due to the thinning of the gate oxide film over the entire floating gate electrode. That is, when a high electric field (about 10 MV / cm) necessary for the erase operation is applied to the gate oxide film, electron and hole pairs due to the interband tunnel are generated on the source region surface below it. Since this hole cannot be prevented from flowing out to the substrate side, a large leak current flows. Further, in the FLOTOX type memory cell, since the gate oxide film is thickened at the end of the high concentration diffusion layer, holes do not flow out to the substrate side, and no leak current is generated.

상기와 같은 리크 전류의 존재는 칩 일괄 소비 동작의 소비전류를 증가시키기 위해 칩 밖에서 공급되는 리드 동작용의 Vcc 전원(통상 SV 전원)이외에 소거동작용의 외부전원이 필요하게 된다.The presence of the leak current requires an external power source for erasing action in addition to the Vcc power source (normally SV power supply) for read operation supplied outside the chip in order to increase the current consumption of the chip collective consumption operation.

둘째의 문제점은 리라이트를 반복하면 프로그램 디스 터브에 대한 내성이 현저하게 저하하여 어레이 동작의 신뢰성 확보가 곤란하게 되는 것이다. 프로그램 디스 터브라 함은 메모리셀의 제저게이트 전극에만 라이트 고전압이 인가되는 워드선 반선택 상태에서 메모리셀의 임계값 전압이 변화하는 현상이다.The second problem is that repeated rewriting significantly lowers the resistance to the program disk, making it difficult to secure the reliability of the array operation. The program display is a phenomenon in which the threshold voltage of the memory cell is changed in the word line half-selected state in which the write high voltage is applied only to the zener gate electrode of the memory cell.

G, Vema 등은 IEEE 주외, 1988 Int. Reliability Physics Symposium, pp. 158-166에서 상기 프로그램 디스 터브 내성의 저하현상에 대해서 보고하고 있다. 그것에 의하면 프로그램 디스 터브 내성의 저하는 소거동작에 의해서 게이트 산화막 중에 정의 포획 전하가 형성되고, 이것이 프로그램 디스터브의 원인으로 되는 전자의 터널 주입을 가속하는 것에 의해서 일어나게 된다. 정의 포획 전하 형성은 소거 동작시에 밴드간 터널에서 발생한 정공이 소스의 기판 사이의 고전계에서 에너지를 얻어 열정공으로 되고, 매우 약간씩이기는 하지만 게이트 산화막중에 주입, 포획되는 것에 기인한다고 고려되고 있다.G, Vema et al., IEEE State, 1988 Int. Reliability Physics Symposium, pp. 158-166 report a decrease in the resistance of the program disturb. According to this, a positive trap charge is formed in the gate oxide film by the erasing operation, which causes the tunnel injection of electrons that causes the program disturb. Positive trap charge formation is considered to be due to the fact that the holes generated in the interband tunnel during the erasing operation are energized in the high electric field between the substrates of the source to become enthusiastic holes, which are very small but are injected and trapped in the gate oxide film.

상기 프로그램 디스터브 내성의 저하현상은 메모리 어레이를 워드선과 직교하는 방향의 몇 개인가의 블록으로 분할하고, 그 블록마다 리라이트 동작을 실행하는 경우에 더욱 엄격한 제약으로 된다. 블록 분할을 고려하지 않는 경우는 메모리셀이 프로그램 디스터브에 노출되는 시간은 동일 워드선상 이외의 메모리셀에 1회씩 라이트를 실행하는 총합계의 시간으로 좋다. 이것에 대하여 상기 블록 분할을 고려하면 어떤 불럭에 라이트를 실행한 후 다른 블록의 리라이트를 반복하는 경우에는 대략 리라이트 회수배만큼 이 시간이 길게 된다.The degradation of the program disturb resistance is a more severe constraint when the memory array is divided into several blocks in a direction orthogonal to the word lines, and the rewrite operation is performed for each block. When the block division is not taken into consideration, the time when the memory cells are exposed to the program disturb may be a total time for writing to the memory cells other than the same word line once. On the other hand, in consideration of the above-mentioned block division, this time is lengthened by approximately the number of times of rewrite when rewriting of another block is repeated after writing to a block.

셋째의 문제점을 소거 동작을 비트선 단위로 실행하는 것이 원리적으로 불가능한 것이다. FAST형 메모리셀은 스위치 MOS를 갖지 않는 1소정형 메모리셀이므로 소거의 고전압을 소스선에 인가하면 이 소스선에 접속된 메모리셀은 모두 동시에 소거되고 만다. 소스선을 미코드해도 소스선 단위로의 블록 소거가 가능하게 되는 것에 불과하다.The third problem is that in principle, it is impossible to perform the erase operation in units of bit lines. Since the FAST type memory cell is a single predetermined memory cell having no switch MOS, when a high voltage of erasing is applied to the source line, all of the memory cells connected to the source line are erased at the same time. Even if the source line is uncoded, block erasing in units of the source line can be performed.

또, 제20도에는 상기 FAST형 메모리셀의 단면 구조의 개략적인 것이 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 이 기억소자는 EPROM의 FAMOS 형 기억 소자와 마찬가지로 1소자/비트의 부유 게이트형 전계효과 트랜지스터 구조를 갖고 있어 고집적성이 우수하다.20 is a schematic diagram of the cross-sectional structure of the FAST memory cell. As described above, this memory element has a structure of 1 element / bit floating gate type field effect transistor similar to the EPROM FAMOS type memory element, and is excellent in high integration.

상술한 바와 같이 라이트는 EPROM과 마찬가지로 드레인(1) 전합 근방에서 발생시킨 열 캐리어를 부유 게이트(2)로 주입하는 것에 의해 실행한다. 라이트에 의해 메모리셀의 제어 게이트(4)에서 본 임계값은 높게 된다. 한편, 소거는 제어 게이트(4)를 접지하여 소스(3)에 고전압을 인가하는 것에 의해 부유 게이트(2)와 소스(3) 사이에 고전계를 발생시켜 얇은 산화막(5)를 통과한 터널 현상을 이용해서 부유 게이트(2)에 축적된 전자를 소스(3)으로 추출하는 것에 의해 실행한다. 소거에 의해 제어 게이트(4)에서 본 임계값은 낮게 된다. 리드는 드레인(1)에 약한 라이트가 좀처럼 일어나지 않게 1V 정도의 저전압을 인가하고, 제어 게이트(4)에 5V 정도를 인가하여 흐르는 채널 전류의 대소를 정보의 0과 1에 대응시킨다. 또한, 도면에서 (6)은 p형 실리콘 기판, (7)은 n형 확산층, (8)은 저농도의 n형 확산층, (9)는 p형 확산층이다.As described above, the writing is performed by injecting the heat carrier generated near the drain 1 into the floating gate 2 as in the EPROM. By the write, the threshold seen from the control gate 4 of the memory cell becomes high. On the other hand, erasing is a tunnel phenomenon in which the high voltage is generated between the floating gate 2 and the source 3 by passing the thin oxide film 5 by grounding the control gate 4 and applying a high voltage to the source 3. Is carried out by extracting the electrons accumulated in the floating gate 2 into the source 3 using. By the erase, the threshold seen by the control gate 4 becomes low. The lead applies a low voltage of about 1V to the drain 1 so that a weak light rarely occurs, and applies a voltage of about 5V to the control gate 4 so that the magnitude of the channel current flowing corresponds to 0 and 1 of the information. In the figure, (6) is a p-type silicon substrate, (7) is an n-type diffusion layer, (8) is a low concentration n-type diffusion layer, and (9) is a p-type diffusion layer.

또, 상술한 바와 같이 전자의 터널에 의해서 소거 동작을 실행하는 기억 소자에서는 소기 전압을 인가하는 영역(여기서는 소스영역)과 부유 게이트 전극 사이의 정전 용량 결합을 어떻게 작게 억제하는 가가 셀의 미세화와 소거의 저전압화를 양립시키기 위한 포인트로 된다. FAST 형 기억소자에서는 부유 게이트 전극밀의 게이트 산화막을 전면적으로 박막화함(터널 산화막으로 함)과 동시에 부유 게이트 전극과 소스 영역의 중첩부분을 등 영역의 확산과 둘러치는 것에 의해서 자기 정합적으로 형성하는 것에 의해 전자의 터널 영역을 국한까지 미세화하여 상기 용량 결합의 저감을 도모하고 있다.In addition, as described above, in the memory element which performs the erase operation by the electron tunnel, how to suppress the capacitance coupling between the region to which the scavenging voltage is applied (here, the source region) and the floating gate electrode can be miniaturized and erased. It becomes a point to make the voltage reduction of a compatible. In the FAST type memory device, the gate oxide film of the floating gate electrode mill is thinned entirely (as a tunnel oxide film), and the self-alignment is formed by spreading and surrounding the overlapping portion of the floating gate electrode and the source region with the back region. As a result, the tunnel area of the electrons can be refined to a limit, thereby reducing the capacitive coupling.

상기 종래의 FAST 형 기억소자를 사용한 프래시 EEPROM 에서는 전기적 일괄 소거 동작에 의해서 실현된 1 상태임계값 전압(임계갑 전압 저레벨)의 제어성 확보가 중요한 과제로 된다. 이것은 소거 후 임계값 전압이 지나치게 높아도, 지나치게 낮아도 후에 계속되는 리드 동작에서 불량으로 되기 때문이다.In the flash EEPROM using the conventional FAST type memory device, securing controllability of the one-state threshold voltage (threshold voltage low level) realized by the electrical batch erase operation is an important problem. This is because even if the threshold voltage is too high or too low after erasing, it becomes defective in subsequent read operations.

소거후 임계값 전압이 지나치게 높은 경우는 1 리드에 필요한 전류가 부족하므로 리드 전원 전압 하한값 또는 리드 속도의 저하가 일어난다. 즉, 당연한 것이지만 소거 동작이 부족해서는 안된다.If the threshold voltage is too high after erasing, the current required for one read is insufficient, so that the lower limit of the read power supply voltage or the read speed occurs. That is to say, it should be obvious that the erase operation should not be insufficient.

한편, 소거후 임계값 전압이 낮아 디플리트 상태로 되면 리드시에 워드선이 선택되지 않는 기억 소자에도 전류가 흐르게 되므로 본래는 전류가 흐르지 않는 0 상태의 리드가 불가능하게 된다. FAST 형 기억소자는 선택 트랜지스터를 갖지 않으므로 지나친 소거를 실행할 수도 없게 된다.On the other hand, when the threshold voltage becomes low after erasing, the current flows to the memory element in which the word line is not selected at the time of read, so that the read in the zero state where the current does not flow is impossible. Since the FAST type memory device does not have a selection transistor, it is impossible to perform excessive erase.

이 결과 FAST 형 기억소자를 사용한 플레시 EEPROM에 있어서, 공통 소스선에 소거 전압을 인가하여 다수의 기억소자를 동시에 일괄해서 소거하기 위해서는 각각의 기억소자의 소거 특성에 불안정한 것이 없고, 또는 적어도 그 불안정이 작게 억제되어 있는 것이 중요한 전제조건으로 된다.As a result, in a flash EEPROM using a FAST type memory device, in order to simultaneously erase a plurality of memory devices by applying an erase voltage to a common source line, there is nothing unstable in the erase characteristics of each memory device, or at least the instability is not. Small suppression is an important precondition.

그러나 현실은 소자 구조의 불안정, 또는 터널 산화막 특성의 불안정 등 여러 가지 요인의 영향에 의해 LSI 레벨로 일괄 소거 동작을 실행하면 소거 특성간에 큰 불안정이 나타나고 있어 이것을 어떻게 구사해 가는 가가 설계상의 큰 문제로 되어 있다.However, the reality is that when the batch erase operation is performed at the LSI level due to various factors such as the instability of the device structure or the instability of the tunnel oxide film characteristics, there is a great instability between the erase characteristics. It is.

본 발명의 첫째 목적은 높은 신뢰성의 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.It is a first object of the present invention to provide a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device.

본 발명의 둘째 목적은 소형의 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a small nonvolatile semiconductor memory device.

본 발명의 셋째 목적은 소거 동작에 전용의 외부 전원을 필요로 하지 않는 상기 FAST 형 메모리셀을 사용한 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.It is a third object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory cell that does not require a dedicated external power supply for an erase operation.

본 발명의 넷째 목적은 상기 FAST 형 메모리셀을 사용한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 프로그램 디스터브에 좀처럼 영향받지 않고, 또한 블록 단위에서의 전기적 소거를 실현하는 것이 용이한 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory cell, which is hardly affected by program disturb and which is easy to realize electrical erase in block units. .

본 발명의 다섯째 목적은 상기 FAST 형 메모리를 사용한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 소거 동작을 비트 단위로 실행할 수 있는 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.A fifth object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory, which can perform an erase operation in units of bits.

본 발명의 여섯째 목적은 리드 동작, 라이트 동작에 사용되는 단일 전원(예를 들면, 5V 전원)으로 소거 동작도 실행할 수 있는 상기 FAST 형 메모리셀을 사용한 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.A sixth object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory cell that can also perform an erase operation with a single power supply (for example, a 5V power supply) used for read operation and write operation.

본 발명의 일곱째 목적은 상기 FAST 형 기억 소자를 사용한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 일괄 소거 동작을 실행하는 기억소자의 소거 특성간에 큰 불안정이 있어도 소기 후의 임계값 전압의 불안정을 충분히 작게 억제할 수 있는 불휘발성 반도체 기억장치를 제공하는 것이다.A seventh object of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory element, which is capable of suppressing the instability of the threshold voltage after scavenging sufficiently small even if there is a large instability between the erase characteristics of the memory element that performs the batch erase operation. A nonvolatile semiconductor memory device is provided.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면으로 명확하게 될 것이다.The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

본 출원에서 개시되는 발명 중 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.Brief descriptions of representative ones of the inventions disclosed in the present application are as follows.

즉, 부유 게이트와 제어 게이트로 되는 2층 게이트 구조의 MOSFET에 의해서 구성되는 전기적 소거형의 불휘발성 메모리셀을 마련한 불휘발성 반도체 기억장치에 상기 MOSFET의 제어 게이트에 부의 전압을 인가하기 위한 부전압 발생 회로와 상기 MOSFET의 드레인 전극에 저전압을 인가하기 위한 저전압 발생 회로가 마련된다. 이것에 의해 상술한 첫째 및 둘째 목적을 달성할 수 있다. 즉, 부유 게이트에서의 전자의 방출시 제어 게이트에 인가하는 전압의 전위가 종래의 GND 전위보다 하강하게 된다. 따라서 제어 게이트에 인가하는 전압의 전위가 하강하는 분 만큼 드레인 전극에 인가하는 전압의 전위를 종래보다 하강하게 해도 부유 게이트와 드레인 전극 사이에는 전자 방출에 필요한 전위차를 확보할 수가 있다. 즉, 부유 게이트에서의 전자 방출시 드레인 전극에 인가하는 전압을 종래보다 강압할 수 있으므로, EEPROM의 메모리셀의 저하를 방지할 수 있게 된다.That is, a negative voltage is generated for applying a negative voltage to the control gate of the MOSFET in a nonvolatile semiconductor memory device having an electrically erasable nonvolatile memory cell constituted by a MOSFET having a two-layer gate structure including floating gate and control gate. A low voltage generation circuit is provided for applying a low voltage to the circuit and the drain electrode of the MOSFET. This makes it possible to achieve the first and second objects described above. In other words, the potential of the voltage applied to the control gate when the electrons are emitted from the floating gate is lowered than the conventional GND potential. Therefore, even if the potential of the voltage applied to the drain electrode is lowered as much as the potential of the voltage applied to the control gate is lowered than before, the potential difference necessary for electron emission can be secured between the floating gate and the drain electrode. That is, since the voltage applied to the drain electrode at the time of electron emission from the floating gate can be stepped down, the degradation of the memory cell of the EEPROM can be prevented.

또, 드레인 전극에 인가하는 전압을 종래보다 강압하는 것에 의해 EEPROM의 메모리셀을 고내압 구조로 할 필요가 없게 되므로 메모리셀을 미세화할 수 있어 불휘발성 반도체 기억장치를 소형화할 수 있게 된다.In addition, since the voltage applied to the drain electrode is lowered than before, the memory cell of the EEPROM does not need to have a high withstand voltage structure, and thus the memory cell can be made smaller and the nonvolatile semiconductor memory device can be miniaturized.

또, 상술한 셋째 및 여섯째 목적을 달성하기 위해서 FAST형 메모리셀을 사용한 불휘발성 반도체 기억장치에서 일괄소거 동작을 실행할 때 각 메모리셀의 소스영역(또는 드레인 영역)에 인가되는 전압이 상기 불휘발성 반도체 기억장치의 Vcc 전원(칩 밖에서 공급되며, 통상은 리드 동작에 사용되는 전원, 이하 동일)에서 공급되도록 함과 동시에 각 메모리셀의 제어 게이트 전극에는 상기 Vcc 전원과는 반대 극성의 소거 전압을 인가하며, 또한 그 소거 전압을 상기 불휘발성 반도체 기억장치내의 전압 변환 회로(승압회로)에서 공급하도록 구성한다. 또한, 상기 반대극성의 소거 전압의 값은 메모리셀의 구조 정수 및 특성에 의해서 정해지는 값이지만, 예를 들면 Vcc∼2Vcc 정도의 값이다.In addition, in order to achieve the above-mentioned third and sixth objects, the voltage applied to the source region (or drain region) of each memory cell when the batch erasing operation is performed in the nonvolatile semiconductor memory device using the FAST type memory cell is performed. It is supplied from the Vcc power supply of the memory device (usually supplied from outside the chip, which is usually used for read operation, hereinafter same), and at the same time, an erase voltage having a polarity opposite to that of the Vcc power supply is applied to the control gate electrode of each memory cell. And the erase voltage is supplied by a voltage conversion circuit (step-up circuit) in the nonvolatile semiconductor memory device. The value of the erase voltage of the opposite polarity is a value determined by the structural constant and characteristics of the memory cell, but is, for example, about Vcc to 2Vcc.

다음에 상기 넷째 목적은 상기 셋째, 여섯째 목적을 달성하는 수단을 사용함과 동시에 같은 워드선에 접속된 메모리셀은 동일 블록에 속하도록 워드선 방향으로 블록 분할을 실행하는 것에 의해서 실현된다.The fourth object is then realized by using a means for achieving the third and sixth objects and simultaneously performing block division in the word line direction so that memory cells connected to the same word line belong to the same block.

다음에 상기 다섯째 목적은 상기 셋째, 여섯째 목적을 달성하는 수단에 있어서 소거 전압을 인가하는 소스선(또는 데이터선)과 워드선을 디코드하고, 선택된 1쌍의 소스선(또는 데이터선)과 워드선의 교차점에 있는 메모리셀에서만 소거동작이 실행되도록 하는 것에 의해서 실행된다.The fifth object is then decoded from the source line (or data line) and the word line to which the erase voltage is applied in the means for achieving the third and sixth objects, and the selected pair of source line (or data line) and the word line. It is executed by causing the erase operation to be executed only in the memory cells at the intersections.

다음에 상기 셋째 내지 여섯째 목적을 달성하는 수단에 대응한 메모리 어레이의 동작이 대표적인 예의 회로도 및 각부의 동작 전압을 제5도 내지 제7도에 도시한다.Next, a circuit diagram of an example of the operation of the memory array corresponding to the means for achieving the third to sixth objects and the operating voltages of the respective parts are shown in FIGS.

이 예에서 메모리 어레이 M-ARRAY는 3행3열로 배치된 FAST형 메모리셀(n 채널) M1∼M9로 형성되고, 워드선 W1∼W3, 데이터선 D1∼D3, 공통 소스선 CS를 거쳐서 동작을 실행한다.In this example, the memory array M-ARRAY is formed of FAST type memory cells (n-channels) M1 to M9 arranged in three rows and three columns, and is operated through word lines W1 to W3, data lines D1 to D3, and a common source line CS. Run

먼저 제5도는 메모리 어레이 M-ARRAY 전체를 한 뭉치로서 일괄해서 소거 동작을 실행하는 경우를 나타낸다.First, FIG. 5 shows a case where the erase operation is collectively executed as a whole of the memory array M-ARRAY.

이 경우에는 모든 워드선 W1∼W3에 부의 소거전압 -7V를 인가함과 동시에 공통 소스선 CS에 정의 소거전압+5V를 인가한다. 공통 소스선 CS의+5V는 장치 외부의 Vcc 전원에서, 그리고 워드선의 -7V는 장치 내부의 전압 변환 회로에서 공급한다. 이때 기판 및 데이터선은 접지 전위로 한다. 또한, 라이트, 리드 동작은 종래의 2전원 방식의 칩 일괄 소거형 플래시 EEPROM과 마찬가지로 데이터선과 워드선을 디코드하여 교차점의 메모리셀을 선택해서 실행한다.In this case, a negative erase voltage of -7V is applied to all word lines W1 to W3, and a positive erase voltage of + 5V is applied to the common source line CS. + 5V of the common source line CS is supplied from the Vcc power supply outside the device, and -7V of the word line is supplied from the voltage conversion circuit inside the device. At this time, the substrate and the data line are at the ground potential. In addition, the write and read operations are performed by decoding the data lines and word lines by selecting the memory cells at the intersection points as in the conventional two power supply type chip erase type flash EEPROM.

다음에 제6도는 도면에서 점선으로 둘러싼 바와 같이 같은 워드선에 접속된 메모리셀군 MB1, MB2, MB3를 각각 한 뭉치의 메모리 블럭으로서 취급하여 소거 동작을 실행하는 경우를 나타낸다. 즉, 동일 워드선에 접속된 메모리셀군을 선택적으로 소거하는 것이다.Next, FIG. 6 shows a case where the erase operation is performed by treating the memory cell groups MB1, MB2, and MB3 connected to the same word line as a batch of memory blocks, as shown by dotted lines in the figure. In other words, the group of memory cells connected to the same word line is selectively erased.

이 경우에는 부의 소거 전압 -7V를 인가하는 워드선을 디코드하는 것에 의해 소거를 실험하는 메모리 블록을 선택한다. 그 이외는 제5도의 경우와 마찬가지이다.In this case, the memory block to be erased is selected by decoding the word line to which the negative erase voltage of -7V is applied. Other than that is the same as that of FIG.

다음에 제7도는 메모리 어레이 M-ARRAY 중의 임의의 1비트를 선택해서 소거 동작을 실행하는 경우를 나타낸다.Next, Fig. 7 shows a case where an erase operation is performed by selecting any one bit in the memory array M-ARRAY.

이 경우에는 부의 소거 전압 -7V를 인가하는 워드선을 디코드함과 동시에 정의 소거 전압 5V는 데이터선에서 인가하며, 또한 이것을 디코드하는 것에 의해 선택된 워드선과 데이터선의 교차점에 있는 메모리셀에서 선택적으로 소거가 실행된다. 이때 기판 및 공통 소스선은 접지전위로 한다.In this case, the word line applying the negative erase voltage of -7V is decoded and the positive erase voltage of 5V is applied from the data line, and the erase operation is selectively performed in the memory cell at the intersection of the selected word line and the data line by decoding the word line. Is executed. At this time, the substrate and the common source line are the ground potential.

또한, 라이튼느 공통 소스선 및 선택 워드선에 라이트 전압을 인가함과 동시에 선택 데이터선을 접지하는 것에 의해서 실행한다. 교차점에 있는 메모리셀에서 소스영역측으로부터 열전자 주입이 일어나서 라이트 동작이 실현된다. 이때 비선택 데이터선은 1개 마다 분리해서 개방 상태로 하고, 비선택 워드선은 접지 전위로 한다. 또, 리드 동작은 종래의 2전원 방식의 칩 일괄 소거형 플레시 EEPROM과 마찬가지로 데이터선과 워드선을 디코드하여 교차점의 메모리셀을 선택해서 실행한다.Also, the write is executed by applying a write voltage to the common source line and the select word line and grounding the select data line. Hot electron injection takes place from the source region side in the memory cell at the intersection, so that the write operation is realized. At this time, the unselected data lines are separated from each other in an open state, and the unselected word lines are set to the ground potential. The read operation is performed by decoding the data lines and word lines by selecting the memory cells at the crossing points, similarly to the conventional two-power chip erasure type flash EEPROM.

상술한 수단에 의해 소기의 목적이 실현된다.By the means described above, the desired purpose is realized.

먼저 각 메모리셀의 소스영역, 또는 트레인 영역에 Vcc 전원을 인가하고, 제어 게이트 전극에 Vcc 전원과는 반대 극성의 소거 전압을 인가하도록 구성하며, 또한 상기 소거 전압을 기억장치 내에 마련한 전압 변환 회로에서 공급하도록 구성한 것으로 작용은 다음과 같다.First, a Vcc power source is applied to a source region or a train region of each memory cell, and an erase voltage having a polarity opposite to that of the Vcc power source is applied to a control gate electrode. It is configured to supply and the operation is as follows.

즉, FAST 형 메모리셀을 사용한 불휘발성 반도체 기억장치에서 일괄 소거 동작을 실행할 때 큰 리크 전류(예를 들면, 1M 비트에서 수 10㎃)가 흐르는 소스영역은 Vcc 전원으로 직접 구동한다. 이때 소거 속도의 저하를 방지하는 데는 제어 게이트 전극에 Vcc 전압과는 반대 극성의 소거 전압을 인가할 필요가 있지만 동 전극에는 소거에 직접 기여하는 미소한 터널전류(예를 들면, 1Mb에서 10㎂ 정도) 밖에 흐르지 않으므로 상기 불휘발성 반도체 기억장치내에 마련한 전압 변환 회로(승압 회로)에서 구동할 수가 있다. 이와 같이 해서 소거 속도를 희생하는 일없이 Vcc 단일 전원에 의한 칩 일괄 소거 동작을 실현할 수 있게 된다.That is, when performing a batch erase operation in a nonvolatile semiconductor memory device using a FAST type memory cell, a source region through which a large leak current (for example, 1 M bits to several 10 mA) flows is directly driven by a Vcc power supply. At this time, in order to prevent the decrease of the erase speed, it is necessary to apply the erase voltage of the opposite polarity to the Vcc voltage to the control gate electrode, but to the same electrode, a minute tunnel current (for example, about 10 mA at 1 Mb) that directly contributes to the erase. ), It can be driven by a voltage conversion circuit (step-up circuit) provided in the nonvolatile semiconductor memory device. In this way, the chip batch erase operation by the Vcc single power supply can be realized without sacrificing the erase speed.

다음에 상기 구성에 부가해서 같은 워드선에 접속된 메모리셀은 동일 블록에 속하도록 워드선 방향으로 블록 분할을 실행하도록 구성한 것으로 작용은 다음과 같다.Next, in addition to the above configuration, memory cells connected to the same word line are configured to execute block division in the word line direction so as to belong to the same block.

즉, 메모리셀의 소스영역에 인가하는 소거 전압을 종래의 Vpp 전압(예를 들면 12V 정도)에서 Vcc전압(예를 들면, 5V 정도)까지 저감하고 있으므로 제8도에 도시한 바와 같이 밴드간 터널에서 발생한 정공이 소스와 기판 사이의 전기로 열정공으로 되어서 게이트 산화막 중에 주입, 포획되는 현상을 현저하게 억제할 수가 있다. 또, 동일 워드선에 접속된 메모리셀은 반드시 종합해서 리라이트되므로 각각의 셀이 경험하는 프로그램 디스터브 시간은 동일 워드선상의 다른 메모리셀의 라이트를 실행하는데 필요한 시간의 함을 고려하면 되고, 리라이트 회수에 의존해서 디스터브 시간이 증가하는 현상은 해결된다. 이와 같이 해서 프로그램 디스터브 내성에 뛰어나고, 블록 단위에서의 전기 소거가 가능한 불휘발성 반도체 기억장치가 실현된다.That is, since the erase voltage applied to the source region of the memory cell is reduced from the conventional Vpp voltage (for example, about 12V) to the Vcc voltage (for example, about 5V), the inter-band tunnel as shown in FIG. The hole generated in the hole becomes an electric passion hole between the source and the substrate, and the phenomenon of being injected and trapped in the gate oxide film can be significantly suppressed. In addition, since the memory cells connected to the same word line are always rewritten, the program disturb time experienced by each cell should be considered in consideration of the time required for writing the other memory cells on the same word line. Depending on the number of times, the increase in the disturb time is solved. In this manner, a nonvolatile semiconductor memory device excellent in program disturb resistance and capable of electric erasing on a block-by-block basis is realized.

다음에 소거 전압을 인가하는 소스선 또는 데이터선과 워드선을 디코드하고, 선택된 1쌍의 소스선 또는 데이터선가 워드선의 교차점에 있는 메모리셀에서만 소거 동작을 실행하도록 구성한 것에 있어서는 서로 다른 극성의 소거 전압이 인가되는 소스선 또는 데이터선과 워드선을 각각 리코드하는 것에 의해 교차점에 있는 메모리셀에서 선택적으로 소거 동작을 실행할 수가 있다. 이때 소거를 지배하는 전자의 터널 현상이 산화막의 전개 강도에 강하게 의존하므로 데이터선, 워드선 중 어느 한쪽만이 선택되는 반선택 메모리셀에서는 실질적으로 소거가 일어나지 않도록 할 수가 있다.Next, when the source line or data line to which the erase voltage is applied and the word line are decoded, and the erase operation is performed only in the memory cell where the selected pair of source or data lines are at the intersections of the word lines, the erase voltages having different polarities are different. By erasing the applied source line or data line and word line respectively, the erase operation can be selectively performed in the memory cells at the intersections. At this time, since the tunneling phenomenon of electrons which dominates the era strongly depends on the development strength of the oxide film, the erasure can be substantially prevented in the half-selected memory cell in which only one of the data line and the word line is selected.

상기 일곱째 목적은 일괄 소거 동작의 실질적인 종점을 각 기억소자 각각의 소거 속도에 따라서 각 기억소자마다, 또는 몇 개인가의 기억소자를 종합한 것마다 개별로 제어하는 것에 의해 실현된다. 구체적으로는 제26도에 도시한 바와 같이 다음에 기술하는 수단을 조합하는 것에 의해 실현된다.The seventh object is realized by individually controlling the actual end point of the batch erase operation for each memory element or for a combination of several memory elements in accordance with the erase speed of each memory element. Specifically, as shown in FIG. 26, it is realized by combining the following means.

첫째, 메모리 어레이 M-ARRAY가 이상의 블록(제26도에서는 MB1∼MB4)으로 분할되어 있고, 각 블록은 적어도 1개의 기억소자로 되어 각 블록마다 독립으로 전기적 소거를 실행하는 수단(도면에서는 ED1∼ED4)을 갖는다.First, the memory array M-ARRAY is divided into the above blocks (MB1 to MB4 in FIG. 26), and each block is at least one memory element, and means for independently performing electric erasing for each block (ED1 to FIG. ED4).

둘째, 전기적 소거에 앞서 각 블록마다 블록내의 모든 기억소자의 임계값 전압이 낮아 소거할 필요가 없는가, 또는 1개라도 임계값 전압이 높은 소자가 있는가를 판정하는 수단(도면에서는 리드장치 SA)을 마련한다.Second, prior to the electrical erasing, each block is provided with means for determining whether the threshold voltage of all the memory elements in the block is low so that it is not necessary to erase or if there is any element having a high threshold voltage (lead device SA in the drawing). do.

셋째, 블록내의 모든 기억소자의 임계값 전압이 낮아 소거할 필요가 없을 때에는 일괄 소거의 소거동작을 실행하지 않도록 소거 전압의 인가를 저지하는 수단을 마련한다. 즉, MD1∼MD4에 SA의 출력을 받아서 소거 전압을 인가하는가 아닌가를 판정하는 기능을 마련한다.Third, when the threshold voltages of all the memory elements in the block are low and need not be erased, a means for preventing the application of the erase voltage is provided so as not to perform the erase operation of the batch erase. That is, a function of determining whether or not the erase voltage is applied to the MD1 to the MD4 is applied.

최후에 대상으로 되는 모든 기억소자에 대해서 필요 충분한 소거 동작이 실행된 시점에서 일괄소거는 종료한다. 이것은 장치 내부에서 판정해도 되고, 외부의 제어장치에서 판정해도 된다.Finally, the batch erasing ends when the necessary erase operation is performed for all the memory elements targeted. This may be determined inside the apparatus or may be determined by an external control apparatus.

제26도에서는 메모리 어레이(M-ARRAY)에 리드장치 SA가 1개인 경우를 도시했지만 일반적으로는 8비트 단위 또는 16비트 단위에서의 리드, 라이트가 실행되도록 메모리 어레이와 리드장치 SA는 합계 8조 또는 16조 마련되도록 구성된다. 8조의 경우에는 제27도에 도시한 바와 같은 구성으로 한다.FIG. 26 illustrates a case where one read device SA is included in a memory array (M-ARRAY). However, in general, the memory array and the read device SA total 8 sets so that reads and writes can be performed in units of 8 bits or 16 bits. Or 16 sets. In the case of Article 8, it is set as the structure shown in FIG.

또, 제26도에서는 메모리 어레이 M-ARRAY 전체를 소거하는 것을 가상하고 있었지만 이중의 일부만을 소거하는 부분 수거라도 좋다. 즉, 블록 MB1, MB2를 동시에 소거할 때는 MB1, MB2가 그것을 구성하는 블록으로 된다.Incidentally, in Fig. 26, the erasing of the entire memory array M-ARRAY is simulated, but a partial collection of only a part of them may be removed. That is, when the blocks MB1 and MB2 are erased at the same time, the blocks MB1 and MB2 constitute the blocks.

이것에 의해 칩으로서의 일괄 소거 동작은 대상으로 되는 모든 기억소자 중에서 소거가 가장 늦은 것이 종료할 때까지 계속 되지만 각각의 소기 블록에 주목하면 필요한 레벨까지 소거가 진행된 기억소자에 대해서는 그 이상 실질적인 소거가 실행되는 일은 없다. 그 결과 일괄 소거의 대상으로 되는 기억소자의 소거 특성간에 불안정한 일이 있어서도 소거 종료 후의 임계값 전압을 정밀도있게 바라는 값으로 맞출 수 있게 된다.As a result, the batch erase operation as a chip is continued until the end of the last erased among all the memory elements to be processed is completed. However, if each erased block is noticed, the actual erase operation is further performed for the memory elements that have been erased to the required level. There is nothing to be done. As a result, even if there is an unstable relationship between the erase characteristics of the memory elements to be subjected to the batch erase, the threshold voltage after the end of erase can be adjusted to the desired value with precision.

이하 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated with an Example.

제1도는 본 발명의 1실시예인 EEPROM의 메모리 셀의 단면 및 회로 접속 상태를 도시적으로 도시한 설명도, 제2도는 이 EEPROM의 메모리셀 어레이를 도시한 반도체 기판의 평면도, 제3도는 부유 게이트에서 전자를 방출할 때의 회로 접속 상태를 도시한 설명도, 제4도는 부유 게이트에 전자를 주입할 때의 회로 접속 상태를 도시한 설명도이다.1 is an explanatory view showing a cross section and a circuit connection state of a memory cell of an EEPROM according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a semiconductor substrate showing a memory cell array of this EEPROM, and FIG. 3 is a floating gate. 4 is an explanatory view showing a circuit connection state when electrons are injected into the floating gate.

본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치는 FLOTOX 형의 EEPROM이다.The nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment is a FLOTOX type EEPROM.

이하 본 실시예의 EEPROM의 메모리셀 어레이의 평면 구성을 제2도에 따라 설명한다. 또한, 제2도에서는 설명을 간단히 하기 위해 필드 절연막 이외의 절연막의 도시는 생략한다.Hereinafter, the planar configuration of the memory cell array of the EEPROM of the present embodiment will be described with reference to FIG. In addition, in FIG. 2, illustration of insulating films other than a field insulating film is abbreviate | omitted in order to simplify description.

예를 들면, p형의 실리콘(Si) 단결정으로 되는 반도체 기판(이하 기판이라 한다) (1)에는 예를 들면 n+형 확산층으로 되는 소스영역(2)와 드레인 영역(3)이 EEPROM의 메모리셀 Qm마다 대향하도록 배치되어 있다.For example, a semiconductor substrate (hereinafter referred to as a substrate) 1, which is a p-type silicon (Si) single crystal, has a source region 2 and a drain region 3, for example, an n + type diffusion layer. It is arrange | positioned facing every cell Qm.

트레인 영역(3)은 SiO2등으로 되는 섬형상의 필드 절연막(4)를 거쳐서 EEP ROM의 메모리셀 Qm 마다 불리되어 있다.The train region 3 is disadvantaged for each memory cell Qm of the EEP ROM via an island-like field insulating film 4 made of SiO 2 or the like.

각 EEPROM의 메모리셀 Qm의 소스영역(2)와 드레인 영역(3) 사이에는 하층부터 순서로 부유 게이트(5)와 제어 게이트(6)이 형성되어 있고, 이들 2개의 게이트와 소스영역(2) 및 드레인 영역(3)에 의해서 2층 게이트 구조의 MOSFET가 구성되어 있다.Between the source region 2 and the drain region 3 of the memory cell Qm of each EEPROM, a floating gate 5 and a control gate 6 are formed in descending order, and these two gates and the source region 2 are formed. And the drain region 3 constitute a MOSFET having a two-layer gate structure.

부유 게이트(5)는 전자를 유지하기 위한 게이트로서, 예를 들면 플리 실리콘(다결정 Si)층으로 되는 각 메모리셀 Qm에 1개씩 형성되어 있다.The floating gate 5 is a gate for holding electrons, and is formed in each of the memory cells Qm serving as a polysilicon (polycrystalline Si) layer, for example.

또, 제어 게이트(6)은 부유 게이트(5)에서 전자를 방출하거나 부유 게이트(5)에 전자를 주입하는 제어용의 게이트로서, 예를 들면 부유 게이트(5)와 마찬가지로 폴리 실리콘 층으로 되고, 도면의 좌우 방향에 배치된 각 메모리셀 Qm에 공유되어 워드선 WL을 겹하고 있다. 그리고 1개의 워드선 WL에 접속된 모든 메모리셀 Qm은 그들의 소스 영역(2)가 공유되어 있다.The control gate 6 is a control gate that emits electrons from the floating gate 5 or injects electrons into the floating gate 5, for example, a polysilicon layer similar to the floating gate 5. Is shared by the memory cells Qm arranged in the left and right directions of the word lines WL. And all of the memory cells Qm connected to one word line WL have their source region 2 shared.

워드선 WL을 겸한 제어 게이트(6)의 상층에는 워드선 WL이 연장하는 방향에 대해서 직교하는 방향으로 연장하는 데이터선 DL이 형성되어 있다. 데이터선 DL은 예를 들면 알루미늄(Al) 층으로 되고, 접속구멍부(7)을 거쳐서 각 드레인 영역(3)에 전기적으로 접속되어 있다. 그리고 데이터선 DL이 연장하는 방향에 따라 나란히 선 2개의 메모리셀 Qm은 그들의 드레인 영역(3)이 공유되어 있고, 이 드레인 영역(3)을 중심으로 해서 서로 경면 대상으로 되도록 배치되어 있다In the upper layer of the control gate 6 which also serves as the word line WL, a data line DL extending in a direction perpendicular to the direction in which the word line WL extends is formed. The data line DL is, for example, an aluminum (Al) layer and is electrically connected to the respective drain regions 3 via the connection hole 7. The two memory cells Qm lined side by side along the direction in which the data line DL extends are arranged such that their drain regions 3 are shared and are mirrored with respect to the drain region 3.

제1도는 제2도의 I-I 선의 메모리셀의 단면도 및 기판에 형성된 각 회로와 메모리셀의 각 전극의 접속 상태를 도식적으로 도시한 설명도이다.FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a cross-sectional view of the memory cell along the line I-I of FIG. 2 and a connection state between each circuit formed in the substrate and each electrode of the memory cell.

기판(1) 위에는 SiO2등으로 되는 게이트 절연막(8)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(8)에서 드레인 영역(3)의 위쪽에는 절연막의 두께가 다른 부분마다 얇은 터널 영역(Sa)가 형성되어 있다.On the substrate 1, a gate insulating film 8 made of SiO 2 or the like is formed. In the gate insulating film 8, a thin tunnel region Sa is formed at each portion of the gate insulating film 8 that is different in thickness from the insulating film.

게이트 절연막(8)의 윗면에는 상기한 부유 게이트(5)가 형성되어 있다. 그리고 부유 게이트(5)에서의 전자의 방출이나 부유 게이트(5)로의 전자의 주입은 게이트 절연막(8)의 터널 영역(8a)를 거쳐서 실행되도록 되어 있다.The floating gate 5 described above is formed on the upper surface of the gate insulating film 8. The emission of electrons from the floating gate 5 and the injection of electrons into the floating gate 5 are performed through the tunnel region 8a of the gate insulating film 8.

부유 게이트(5)의 윗면에는 SiO2등으로 되는 절연막(9)가 형성되어 있으며, 또 윗면에는 상기한 제어 게이트(6)이 형성되어 있다.An insulating film 9 made of SiO 2 or the like is formed on the upper surface of the floating gate 5, and the control gate 6 described above is formed on the upper surface.

한편, 본 실시예에서는 기판(1)에서 메모리셀 어레이가 형성된 영역을 제외한 소자 형성 영역에 부전압 발생 회로(10), 고전압 발생 회로(11), 저전압 발생 회로(12), GND 전원 전압 회로(13) 및 전환회로(114)가 형성되어 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the negative voltage generating circuit 10, the high voltage generating circuit 11, the low voltage generating circuit 12, and the GND power supply voltage circuit are formed in the element formation region except for the region where the memory cell array is formed on the substrate 1. 13) and switching circuit 114 are formed.

부전압 발생 회로(10)은 부유 게이트(5)에서 전자를 방출할 때 제어 게이트(6)에 부의 전압을 인가하기 위한 회로이다.The negative voltage generating circuit 10 is a circuit for applying a negative voltage to the control gate 6 when emitting the electrons from the floating gate 5.

고전압 발생회로(11)은 부유 게이트(5)에 전자를 주입할 때 제어 게이트(6)에 고전압을 인가하기 위한 회로이다.The high voltage generation circuit 11 is a circuit for applying a high voltage to the control gate 6 when injecting electrons into the floating gate 5.

또, 저전압 발생 회로(12)는 부유 게이트(5)에서 전자를 방출할 때 드레인 전극(3a)에 저전압을 인가하기 위한 회로이다.The low voltage generation circuit 12 is a circuit for applying a low voltage to the drain electrode 3a when electrons are emitted from the floating gate 5.

또한, 고전압 발생 회로(11) 및 저전압 발생 회로(12)를 1개의 회로로서 구성하여 저전압, 고전압을 적절하게 출력할 수 있게 해도 좋다.In addition, the high voltage generating circuit 11 and the low voltage generating circuit 12 may be configured as one circuit so that the low voltage and the high voltage can be output properly.

GND 전원 전압 회로(13)는 각 전극으로의 GND 전위(회로의 접지전위)의 공급 및 부유 게이트(5)에 전자를 주입할 때 드레인 전극(3a)에 GND 전압을 인가하기 위한 회로이다.The GND power supply voltage circuit 13 is a circuit for applying the GND voltage to the drain electrode 3a when supplying the GND potential (ground potential of the circuit) to each electrode and injecting electrons into the floating gate 5.

전환회로(14)는 전자의 주입 및 방출에 따라서 각 회로(10)∼(13)과 드레인 전극(3a) 및 제어 게이트(6)과의 접속 상태를 전환하기 위한 회로이다.The switching circuit 14 is a circuit for switching the connection state between each of the circuits 10 to 13, the drain electrode 3a, and the control gate 6 in accordance with the injection and release of electrons.

다음에 이와 같은 EEPROM에서의 데이터의 소거 방법 및 라이트 방법을 제3도 및 제4도에 따라 설명한다.Next, the data erasing method and the writing method in the EEPROM will be described with reference to FIG. 3 and FIG.

또한, 본 실시예에서는 예를 들면 부유 게이트에서의 전자의 방출을 데이터의 소거로 하고, 부유 게이트로의 전자의 주입을 데이터의 라이트로 한다.In the present embodiment, for example, the emission of electrons from the floating gate is erased of data, and the injection of electrons into the floating gate is written of data.

먼저, 데이터를 소거하는 (부유 게이트에서 전자를 방출하는)데는 제3도에 도시한 바와 같이 부전압 발생회로(10)의 출력단자를 전환회로(14)를 거쳐서 제어 게이트(6)에 전기적으로 접속하며, 또한 저전압 발생 회로(12)의 출력 단자를 전환회로(14)를 거쳐서 트레인 전극(3A)에 전기적으로 접속한다.First, in order to erase data (emitting electrons from the floating gate), as shown in FIG. 3, the output terminal of the negative voltage generating circuit 10 is electrically connected to the control gate 6 via the switching circuit 14. The output terminal of the low voltage generation circuit 12 is electrically connected to the train electrode 3A via the switching circuit 14.

그리고, 예를 들면 데이터 소거에 제어 게이트(6)과 드레인 전극(3A) 사이에 15V 정도의 전위차를 필요로 하면 부전압 발생회로(10)에서 제어 게이트(6)에 예를 들면 -8V 정도의 부의 전압을 인가하며, 또한 저전압 발생회로(12)에서 드레인 전극(3a)에 예를 들면 7V 정도의 정의 저전압을 인가한다.For example, if a potential difference of about 15V is required between the control gate 6 and the drain electrode 3A for data erasing, the negative voltage generating circuit 10 may control the control gate 6 by, for example, about -8V. A negative voltage is applied, and a positive low voltage of, for example, about 7V is applied to the drain electrode 3a in the low voltage generation circuit 12.

이와 같이 하면 제어 게이트(6)과 드레인 전극(3a) 사이에는 부유 게이트(5)에서 전자를 방출하기 위해 필요한 전위차(|-8|+7=15V)가 확보되므로 부유 게이트(5)에 유지되어 있던 전자는 터널 영역(8a)를 거쳐서 드레인 영역(3)측으로 방출하여 데이터의 소거가 실행된다.In this case, since the potential difference (| -8 | + 7 = 15V) necessary for emitting electrons from the floating gate 5 is secured between the control gate 6 and the drain electrode 3a, the floating gate 5 is maintained. Existing electrons are released to the drain region 3 via the tunnel region 8a, and data is erased.

즉, 본 실시예의 EEPROM에서는 데이터를 소거(부유 게이트(5)에서 전자를 방출)할 때에 제어 게이트(6)에 부의 전압을 인가하는 것에 의해 드레인 전극(3A)에 인가하는 전압을 종래보다, 예를 들면 8∼13V 하강할 수가 있게 된다.That is, in the EEPROM of the present embodiment, a voltage applied to the drain electrode 3A by applying a negative voltage to the control gate 6 when erasing data (emission of electrons from the floating gate 5) is more than conventional. For example, 8 to 13 volts can be lowered.

또, 데이터를 라이트(전자를 주입)하는 데는 제4도에 도시한 바와 같이 고전압 발생 회로(11)의 출력 단자를 전환회로(14)를 거쳐서 제어 게이트(6)과 전기적으로 접속하며, 또한 GND 전원전압 회로(13)의 출력 단자를 전환 회로(14)를 거쳐서 드레인 전극(3a)와 전기적으로 접속한다. 그리고 고전압 발생 회로(11)에서 제어 게이트(6)에, 예를 들면 15∼20V의 고전압을 인가하며, 또한 GND 전원 전압회로(13)에서 드레인 전극(3a)에 GND 전압(0V)을 인가하여 전자를 드레인 영역(3)에서 터널영역(8a)를 거쳐서 부유 게이트(5)에 주입해서 데이터를 라이트한다.In addition, in order to write data (injecting electrons), as shown in FIG. 4, the output terminal of the high voltage generating circuit 11 is electrically connected to the control gate 6 via the switching circuit 14, and further, GND. The output terminal of the power supply voltage circuit 13 is electrically connected to the drain electrode 3a via the switching circuit 14. In the high voltage generating circuit 11, a high voltage of 15 to 20 V is applied to the control gate 6, and a GND voltage (0 V) is applied to the drain electrode 3a in the GND power supply voltage circuit 13. Electrons are injected from the drain region 3 through the tunnel region 8a to the floating gate 5 to write data.

이와 같이 본 실시예에 의하면 기판(1)에서 메모리셀 Qm이 형성된 영역을 제외한 소자 형성 영역에 부전압 발생 회로(10)을 형성하여 데이터를 소거(부유 게이터(5)에서 전자를 방출)할 때 부전압 발생 회로(10)에서 발생시킨 부의 전압을 제어 게이트(6)에 인가하는 것에 의해 이때의 제어 게이트(6)에 인가하는 전압의 전위가 종래보다 하강하므로 드레인 전극(3a)에 인가하는 전압의 전위를 종래보다 하강하게 해도 부유 게이트(5)와 드레인 전극(3a) 사이에 전자의 방출에 필요한 전위차를 확보할 수가 있다.As described above, according to the present exemplary embodiment, when the negative voltage generation circuit 10 is formed in the element formation region other than the region where the memory cell Qm is formed in the substrate 1, data is erased (emission of electrons from the floating gate 5). By applying the negative voltage generated by the negative voltage generating circuit 10 to the control gate 6, the potential of the voltage applied to the control gate 6 at this time is lower than that of the conventional one, and thus the voltage applied to the drain electrode 3a. Even if the potential of is lowered than before, the potential difference required for the emission of electrons between the floating gate 5 and the drain electrode 3a can be ensured.

따라서, 데이터 소거(부유 게이트(5)에서의 전자의 방출) 시 드레인 영역(3)을 형성하는 n+확산층이나 n+/p 접합 부분에 인가되는 전압을 종래보다 크게 하강할 수 있으므로 EEPROM의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, the voltage applied to the n + diffusion layer or the n + / p junction portion forming the drain region 3 during data erasing (emission of electrons from the floating gate 5) can be lowered than before, so that the reliability of the EEPROM can be reduced. It will be possible to improve.

또, 드레인 영역(3)에 인가되는 전압을 종래보다 크게 하강할 수 있으므로 메모리셀 Qm을 고내압 구조로 할 필요가 없게 된다. 이 때문에 메모리셀 Qm을 미세화할 수 있어 EEPROM을 소형화할 수 있게 된다.In addition, since the voltage applied to the drain region 3 can be lowered than before, the memory cell Qm does not need to have a high breakdown voltage structure. As a result, the memory cell Qm can be miniaturized and the EEPROM can be miniaturized.

상기 실시예에서는 부유 게이트로의 전자의 주입시 제어 게이트에 고전압을 인가한 경우에 대해서 설명했지만 이것에 한정된 것은 아니고, 예를 들면 부유 게이트로의 전자의 주입시 부전압 발생 회로에서 부전압을 드레인 전극에 인가하고, 저전압 발생회로에서 저전압을 제어 게이트에 인가해도 좋다. 이 경우 고전압 발생 회로를 필요로 하지 않는다.In the above embodiment, the case where a high voltage is applied to the control gate when electrons are injected into the floating gate has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, the negative voltage is drained by the negative voltage generation circuit when electrons are injected into the floating gate. The low voltage may be applied to the control gate in the low voltage generation circuit. In this case, no high voltage generation circuit is required.

본 발명의 다른 실시예를 제9도 내지 제10도를 사용해서 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described using FIGS. 9 to 10.

제9도는 본 실시예에 의한 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도, 제10도는 본 실시예에서 사용하는 FAST 형 메모리셀의 4비트분의 평면도, 제11도는 제10도의 평면도의 A-A' 부의 단면도(2비트분), 제12도는 제10도의 평면도의 B-B' 부의 단면도(2비트분), 제13도는 소거 전압인가 회로 ED의 회로 구성도, 제14도는 소거 동작에서 제어 게이트부의 전압을 인가하는 부전압인가 회로 NEG의 회로 구성도, 제15도는 본 실시예에서의 프로그램 디스터브 내성향상의 효과를 도시한 특성도, 제16도는 또 하나의 부전압인가 회로 XDCRN의 회로 구성도, 제17도는 상기 XDCRN에 의해 인가된 부전압을 리세트하는 워드선 리세트 회로의 구성도, 제18도는 상기 XDCRN을 실현하기 위한 다중 웰 구조의 단면도이다.FIG. 9 is an internal block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, FIG. 10 is a plan view showing four bits of the FAST type memory cell used in this embodiment, and FIG. 11 is a sectional view taken along the line AA ′ of the plan view of FIG. (2 bits), FIG. 12 is a sectional view (2 bits) of the BB 'portion of the plan view of FIG. 10, FIG. 13 is a circuit configuration diagram of an erase voltage application circuit ED, and FIG. Circuit diagram of the negative voltage application circuit NEG, FIG. 15 is a characteristic diagram showing the effect of improving program disturb resistance in the present embodiment, FIG. 16 is a circuit configuration diagram of another negative voltage application circuit XDCRN, and FIG. Fig. 18 is a cross sectional view of a multi-well structure for realizing the XDCRN, in which the word line reset circuit resets the negative voltage applied by the XDCRN.

본 실시예의 회로 소자는, 특히 제한되지 않지만 공지된 CMOS(상보형 MOS) 집적 회로의 제조 기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판 위에 형성된다. 또, 특히 제한되지 않지만 집적 회로는 단결정 p형 실리콘으로 되는 반도체 기판 위에 형성된다.The circuit element of this embodiment is not particularly limited, but is formed on a semiconductor substrate such as one single crystal silicon by a known manufacturing technique of a CMOS (complementary MOS) integrated circuit. In addition, although not particularly limited, an integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single crystal p-type silicon.

n채녈 MOSFET는 상기와 같은 반도체 기판 표면에 형성된 소스 영역, 드레인 영역 및 상기 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 상에 얇은 게이트 절연막을 거쳐서 형성된 폴리 실리콘과 같은 게이트 절연막을 거쳐서 형성된 폴리 실리콘과 같은 게이트 전극으로 구성된다.The n-channel MOSFET is a gate electrode such as polysilicon formed through a gate insulating film such as polysilicon formed through a thin gate insulating film on a source region, a drain region and a channel between the source region and the drain region formed on the surface of the semiconductor substrate as described above. It consists of.

또, p채널 MOSFET는 사익 반도체 기판 표면에 형성된 n형 웰 영역에 형성된다. 이것에 의해서 반도체 기판은 그 위에 형성된 여러 개의 n 채널 MOSFET의 공통의 기판 게이트를 구성하고, 회로의 접지 전위가 공급된다. 또, P채널 MOSFET의 공통의 기판 게이트, 즉 n형 웰 영역은 전원전압 Vcc에 접속된다.The p-channel MOSFET is formed in an n-type well region formed on the surface of the wing semiconductor substrate. As a result, the semiconductor substrate constitutes a common substrate gate of several n-channel MOSFETs formed thereon, and the ground potential of the circuit is supplied. The common substrate gate of the P-channel MOSFET, that is, the n-type well region, is connected to the power supply voltage Vcc.

또한, 집적 회로는 단결정 n형 실리콘으로 되는 반도체 기판 위에 형성해도 된다. 이 경우 n 채널 MOSFET는 p형 웰 영역에 형성된다.The integrated circuit may be formed on a semiconductor substrate made of single crystal n-type silicon. In this case, the n-channel MOSFET is formed in the p-type well region.

본 실시예의 메모리셀은 특히 제한되지 않지만 p형 반도체 기판 위에 형성된다. 제10도는 그 4비트분의 평면 구조, 제11도는 A-A' 부의 단면 구조, 제12도는 B-B'부의 단면 구조를 도시한 것이다.The memory cell of this embodiment is not particularly limited but is formed on the p-type semiconductor substrate. Fig. 10 shows the planar structure for 4 bits, Fig. 11 shows the cross-sectional structure of the A-A 'portion, and Fig. 12 shows the cross-sectional structure of the B-B' portion.

제10도 내지 제12도에서 (21)은 p형 반도체 기판, (22)는 p형 반도체 기판의 주면측에 형성된 얇은 게이트 산화막(터널 산화막), (23)은 부유 게이트 전극, (24)는 제1의 층간 산화막, (25)는 제어 게이트 전극, (26)은 n+형 반도체 영역(드레인 영역), (27)은 P+형 반도체 영역(드레인 실드층), (28)은 n+형 반도체 영역(소스 영역의 일부), (29)는 n형 반도체 영역(소스 영역의 일부), (30)은 제2의 층간 절연막, (31)은 접속 구멍, (32)는 알루미늄의 데이터선, (33)은 LOCOS 법에 의한 소자 분리용의 필드 산화막, (34)는 p+형 반도체 영역으로 되는 기생 채널 방지용의 채널 스토퍼, (35)는 LOCOS 법에 의한 소자 분리영역과 활성 영역의 경계선이다.In Figs. 10 to 12, reference numeral 21 denotes a p-type semiconductor substrate, 22 denotes a thin gate oxide film (tunnel oxide film) formed on the main surface side of the p-type semiconductor substrate, 23 denotes a floating gate electrode, and 24 denotes a The first interlayer oxide film, 25 is a control gate electrode, 26 is an n + type semiconductor region (drain region), 27 is a P + type semiconductor region (drain shield layer), and 28 is an n + type The semiconductor region (part of the source region), 29 is an n-type semiconductor region (part of the source region), 30 is a second interlayer insulating film, 31 is a connection hole, 32 is an aluminum data line, Denoted at 33 is a field oxide film for device isolation by the LOCOS method, 34 is a channel stopper for preventing parasitic channels from forming a p + type semiconductor region, and 35 is a boundary line between the device isolation region and the active region by the LOCOS method. .

상기 게이트 산화막(22)는 반도체 기판(21)의 표면을 열산화하는 것에 의해 형성된 산화 실리콘막으로 되고, 그 막 두께는 10㎚ 정도이다.The gate oxide film 22 is a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate 21, and the film thickness thereof is about 10 nm.

또, 제1의 층간 절연막(24)는 다결정 실리콘막으로 되는 부유 게이트 전극(23)의 포면을 열산화하는 것에 의해 형성된 산화 실리콘막으로 되고, 그 막 두께는 20㎚ 정도이다.The first interlayer insulating film 24 is a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the surface of the floating gate electrode 23 to be a polycrystalline silicon film, and the film thickness thereof is about 20 nm.

제어 게이트 전극(25)는 부유 게이트 전극(23)과 마찬가지로 다결정 실리콘막으로 되고, 제1의 층간 산화막의 표면에 피착되어서 부유 게이트 전극(23)의 전위를 정진용량 결합에 의해서 제어하는 작용을 한다. 이 제어 게이트 전극(25) 및 부유 게이트 전극(23)의 채널 방향의 끝부분은 한 번의 패터닝 공정으로 동시에 가공되어 있고, 그 게이트 길이는 0. 7㎛이다. 또, 제어 게이트 전극(25)는 워드선 WL과 일체로 되어 있고, 소자 분리 영역(33) 위에 연장하고 있다.The control gate electrode 25 becomes a polycrystalline silicon film similarly to the floating gate electrode 23, and is deposited on the surface of the first interlayer oxide film to control the potential of the floating gate electrode 23 by means of a positive capacitance coupling. . The end portions of the control gate electrode 25 and the floating gate electrode 23 in the channel direction are simultaneously processed in one patterning process, and the gate length thereof is 0.7 µm. The control gate electrode 25 is integrated with the word line WL and extends over the element isolation region 33.

또, n+형 반도체 영역(26)으로 구성되는 드레인 영역은 접속 구멍(31)을 거쳐서 알루미늄으로 되는 데이터선(32)에 접속되어 있다. 이 n+형 반도체 영역(26)의 접합길이는 접속구멍(31)의 바로 아래부분을 제외하고 0. 1㎛ 정도이고, 접속구멍(31) 아래의 접합 깊이는 그 이외의 부분보다 깊고, 0. 2㎛ 정도이다.The drain region composed of the n + type semiconductor region 26 is connected to a data line 32 made of aluminum via a connection hole 31. The junction length of the n + type semiconductor region 26 is about 0.01 μm except for the portion directly below the connection hole 31, and the junction depth below the connection hole 31 is deeper than other portions, and 2 μm or so.

또, 상기 드레인 영역을 둘러싸도록 p+형 반도체 영역(드레인 실드 영역)(27)이 형성되어 있고, 열평형 상태에서의 임계값 전압 설정, 라이트 동작에서의 채널 열전자 주입 효율 향상 및 소거동작시의 펀치 스루방지를 실현하고 있다. 이 p+형 반도체 영역(27)의 불순물 농도는 n+형 반도체영역(26)과의 접합면에서 5×107/㎤ 정도이고 그 깊이는 반도체 기판(21)의 표면에서 0. 25㎛ 정도이다.In addition, a p + type semiconductor region (drain shield region) 27 is formed to surround the drain region, and the threshold voltage is set in the thermal equilibrium state, the channel hot electron injection efficiency is improved in the write operation, and the erase operation is performed. Punch through prevention is achieved. The impurity concentration of the p + -type semiconductor region 27 is about 5 x 10 7 / cm 3 at the junction surface with the n + -type semiconductor region 26, and the depth is about 0.25 μm at the surface of the semiconductor substrate 21. to be.

소스 영역은 비소(As)를 불순물로 하는 n+형 반도체 영역(28)과 인(P)를 불순물로 하는 n형 반도체 영역(29)로 되고, 워드선 WL이 연장하고 있는 방향으로 연장해서 후술하는 소스선 SL을 구성하고 있다. 이 n+형 반도체영역(28)의 접합 깊이는 0. 2㎛ 정도이다. 또, n형 반도체 영역(29)는 n+형 반도체 영역(28)과 p형 반도체 기판(21) 사이에 개재하도록 형성되어 있고, 그 완만한 경사 프로파일에 의해서 소스와 반도체 기판 사이의 접합내압을 높이는 작용을 하고 있다. 이 n형 반도체 영역(29)의 불순물 농도는 n+반도체 영역(28)과의 경계면에서 1×1019/㎤ 정도, 그 접합깊이는 0. 35㎛ 정도이고, 이 대의 접합내압은 15V를 넘는다.The source region is an n + type semiconductor region 28 containing arsenic (As) as an impurity and an n type semiconductor region 29 containing phosphorus (P) as an impurity, and extends in a direction in which the word line WL extends. The source line SL is formed. The junction depth of this n + type semiconductor region 28 is about 0.2 μm. In addition, the n-type semiconductor region 29 is formed so as to be interposed between the n + -type semiconductor region 28 and the p-type semiconductor substrate 21, and the junction breakdown between the source and the semiconductor substrate is controlled by the gentle inclination profile. The height is working. The impurity concentration of the n-type semiconductor region 29 is about 1 × 10 19 / cm 3 at the interface with n + semiconductor region 28, and the junction depth is about 0.35 μm, and the junction breakdown voltage of this band exceeds 15V. .

또 제2의 층간산화막(30)은 인규산유리(PSG) 막으로 되고, p형 반도체기판(21)의 주면상을 덮고 있다. 그리고, 드레인영역 위의 제2의 층간산화막(30) 및 게이트 산화막(22)를 부분적으로 제거해서 접속구멍(31)이 형성되어 있다.The second interlayer oxide film 30 is made of a phosphate silica (PSG) film and covers the main surface of the p-type semiconductor substrate 21. The connection hole 31 is formed by partially removing the second interlayer oxide film 30 and the gate oxide film 22 on the drain region.

또한 제11도 및 제12도에서는 생략하고 있지만 알루미늄의 데이터선(32) 위에는 CVD 법에 의해 형성된 PSG 막 및 그 위의 질화실리콘 막으로 되는 보호막이 마련되어 있다.11 and 12, a protective film made of a PSG film formed by the CVD method and a silicon nitride film thereon is provided on the data line 32 of aluminum.

다음에 제9도를 사용해서 상기 FAST 형 메모리셀을 매트릭스형으로 배치한 메모리 어레이와 주변회로로써는 본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록과 그 동작을 설명한다.Next, an internal block and operation of the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment will be described with reference to FIG. 9 as a memory array and peripheral circuits in which the FAST memory cells are arranged in a matrix.

메모리 어레이 M-ARRAY는 대표로써 예시적으로 4행 4열로 배치된 FAST 형 메모리셀로 되고, 메모리셀 M1∼M16과 워드선 W1∼W4 및 데이터선 D1∼D4에 의해서 구성되어 있다. 이 실시예에서는 전체로서 1개의 메모리 블록을 구성하고 있다.The memory array M-ARRAY is, for example, a FAST type memory cell arranged in four rows and four columns, and is composed of memory cells M1 to M16, word lines W1 to W4, and data lines D1 to D4. In this embodiment, one memory block is constituted as a whole.

상기 메모리 어레이에서 같은 행에 배치도니 메모리셀의 제어 게이트는 각각 대응하는 워드선과 접속되고, 같은 열에 배치된 메모리셀의 드레인은 각각 대응하는 데이터선에 접속되어 있다. 또 메모리셀의 소스는 일괄해서 공통 소스선 CS에 결합되어 있다.In the memory array, the control gates of the memory cells are connected to the corresponding word lines, and the drains of the memory cells arranged in the same column are connected to the corresponding data lines, respectively. The sources of the memory cells are collectively coupled to the common source line CS.

또한 특히 제한되지 않지만 8비트 또는 16비트 단위로 라이트, 리드를 실행하기 위해 상기 메모리 어레이는 합계 8조 또는 10조 마련되도록 구성된다.In addition, although not particularly limited, the memory array is configured to provide eight or ten sets in total in order to perform write and read operations in units of 8 bits or 16 bits.

상기 메모리 어레이를 구성하는 각 데이터선 D1∼D4는 어드레스 디코더 YDCR을 거쳐서 공통 데이터선 CD에 접속된다. 공통 데이터선 CD에 외부 입출력단자 I/O에서 입력되는 라이트 신호를 받는 라이트용 데이터 입력회로 DIB의 출력단자가 라이트시에 ON으로 되는 MOSFET Q5를 거쳐서 접속된다.Each data line D1 to D4 constituting the memory array is connected to a common data line CD via an address decoder YDCR. The output terminal of the write data input circuit DIB, which receives the write signal input from the external input / output terminal I / O, is connected to the common data line CD via the MOSFET Q5 which is turned ON at the time of writing.

또, 이 공통 데이터선 CD에는 센스 앰프 SA가 접속된다. 센스 앰프 SA의 출력단자는 데이터 출력버퍼 DOB를 거쳐서 I/O 단자에 접속된다.The sense amplifier SA is connected to this common data line CD. The output terminal of the sense amplifier SA is connected to the I / O terminal via the data output buffer DOB.

또한, 다른 메모리 어레이에 대해서도 마찬가지로 어드레스 디코더, 공통 데이터선, 센스 앰프 및 데이터 입출력회로가 마련되고, I/O 단자에 접속된다.Similarly, for other memory arrays, an address decoder, a common data line, a sense amplifier, and a data input / output circuit are provided and connected to the I / O terminal.

또, 상기 메모리 어레이를 구성하는 각 워드선 W1∼W4는 리드 및 라이트 동작에서 워드선을 선택하는 어드레스 디코더 XDCR에 프랜지스터 Q1∼Q4를 거쳐서 접속됨과 동시에 소거시에 부의 전압을 인가하는 부전압인가 회로 NEG에 접속되어 있다.Further, each word line W1 to W4 constituting the memory array is connected to an address decoder XDCR that selects a word line in read and write operations via the transistors Q1 to Q4 and applies a negative voltage at the time of erasing. It is connected to the circuit NEG.

트랜지스터 Q1∼Q4는 디플레션형의 p형 NOSFET로서 소거시에 워드선에 걸리는 부의 전압을 어드레스 디코더 회로에 인가되는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 동시에 리드 및 라이트 동작시에는 이들의 트랜지스터에서의 전압 강하, 속도 저하를 방지하기 위해 디플레션형으로 하고 있다.The transistors Q1 to Q4 are deflation type p-type NOSFETs and serve to prevent the negative voltage applied to the word line from being erased to the address decoder circuit. At the same time, the read and write operations are made deflation type in order to prevent the voltage drop and the speed drop in the transistors.

또, 공통 소스선 CS는 소거전압 인가회로 ED에 접속되어 있다. 이 소거전압 인가회로 ED는 소거시에 정의 전압(여기서는 외부전원 전압인 Vcc)을 인가하는 한편, 리드 및 라이트 동작시에는 공통 소스선 CS를 회로의 접지 전위 0V에 접속한다.The common source line CS is connected to the erase voltage application circuit ED. The erase voltage application circuit ED applies a positive voltage (Vcc, which is an external power supply voltage in this case) at the time of erasure, and connects the common source line CS to the ground potential 0V of the circuit during read and write operations.

먼저 리드 동작에서는 어드레스 디코더회로 XDCR, YDCR 이 활성화되어 1개의 워드선, 1개의 데이터선의 선택된다. 어드레스 디코더회로 XDCR, YDCR 에는 그 동작전압으로서 저전압 Vcc가 공급된다. 메모리셀은 미리 라이트된 데이터에 따라서 워드선의 선택 레벨에 대하여 높은 임계값이던가 낮은 임계값을 갖는 것이다. 각 어드레스 디코더 XDCR, YDCR에 의해서 선택된 메모리셀의 임계값이 높은 경우, 워드선이 선택 레벨로 되어 있음에도 불구하고 메모리셀은 OFF 상태로 멈춘다. 한편, 선택된 메모리셀의 임계값이 낮은 경우는 워드선 선택레벨에 의해서 메모리셀은 ON 상태로 된다. 메모리셀의 임계값에 대응해서 공통 데이터선에 흐르는 전류의 유무는 스위치 MOSPET Q6을 거쳐서 접속된 센스앰프 SA에서 검출, 증폭되고, 리드모드로 활성화되는 데이터 출력버퍼 DOB를 통해서 외부단자 I/O에서 출력된다.First, in the read operation, the address decoder circuits XDCR and YDCR are activated to select one word line and one data line. The low voltage Vcc is supplied as the operating voltage to the address decoder circuits XDCR and YDCR. The memory cell has a high threshold value or a low threshold value for the selection level of the word line according to the pre-written data. When the threshold value of the memory cell selected by each of the address decoders XDCR and YDCR is high, the memory cell stops in the OFF state even though the word line is at the selection level. On the other hand, when the threshold value of the selected memory cell is low, the memory cell is turned ON by the word line selection level. The presence or absence of a current flowing in the common data line corresponding to the threshold value of the memory cell is detected at the sense amplifier SA connected via the switch MOSPET Q6, and is detected at the external terminal I / O through the data output buffer DOB activated in read mode. Is output.

다음에 라이트 동작에서는 리드와 마찬가지로 어드레스 디코더 회로 XDCR, YDCR이 활성화되어 1개의 워드선, 1개의 데이터선이 선택된다.In the write operation, the address decoder circuits XDCR and YDCR are activated in the same manner as the read operation, and one word line and one data line are selected.

어드레스 디코더 회로 XDCR, YDCR에는 그 동작전압으로서 고전압 Vpp가 공급되고, 데이터 입력회로 DIB에는 저전압 Vcc가 각각 공급된다. 이때 MOSFET Q6은 OFF로 되어 데이터 출력버퍼 DOB, 센스앰프 SA는 비활성화된다. 또, 선택된 워드선은 그 전압이 상기 고전압 Vpp로 된다. 마찬가지로 선택된 데이터선은 MOSFET Q5, DIB를 거쳐서 상기 저전압 Vcc에 접속된다. 이것에 의해 그 교차점에 있는 메모리셀에서는 부유게이트에 열전자가 주입되어 라이트가 실행된다. 라이트된 상태의 메모리셀은 그 부유 게이트에 전자가 축적되어 제어 게이트에서 본 임계값 전압이 높게 된다. 본 실시예의 기억장치에서는 메모리셀의 게이트 길이가 0. 7㎛로 미세화되어 있는 것과 제11도에 도시한 p+형 반도체영역(드레인 실드 영역)(27)의 도입 효과에 의해서 열전자 주입효율이 높으므로 데이터선 구동용 전압으로서 상기 저전압 Vcc 전압을 사용할 수가 있다. 상기 Vcc 전압을 기억장치 외부의 Vcc 전원에서 공급함과 동시에 흐르는 전류가 작은 워드선에 Vpp 전압에 관해서는 장치 내부의 승압회로를 사용해서 상기 Vcc 전압에서 발생시키는 것에 의해 Vcc 단일전원에 의한 라이트 동작이 가능하게 되어 있다.The high voltage Vpp is supplied to the address decoder circuits XDCR and YDCR as its operating voltage, and the low voltage Vcc is supplied to the data input circuit DIB, respectively. MOSFET Q6 is then turned OFF, which disables the data output buffer DOB and sense amplifier SA. The selected word line has its voltage at the high voltage Vpp. Similarly, the selected data line is connected to the low voltage Vcc via MOSFETs Q5 and DIB. As a result, hot electrons are injected into the floating gate in the memory cell at the intersection thereof to perform writing. In the memory cell in the written state, electrons are accumulated in the floating gate, and the threshold voltage seen from the control gate becomes high. In the memory device of this embodiment, the hot electron injection efficiency is high due to the miniaturization of the gate length of the memory cell to 0.7 mu m and the introduction effect of the p + type semiconductor region (drain shield region) 27 shown in FIG. Therefore, the low voltage Vcc voltage can be used as the data line driving voltage. When the Vcc voltage is supplied from the Vcc power supply external to the storage device, and the Vpp voltage is generated at the Vcc voltage using the boost circuit in the device, the word line having a small current flowing through the Vcc single power supply can be written. It is possible.

상기한 리드 및 라이트 동작을 정상적으로 실행하기 위해서는 메모리셀이 디프레션 상태로서는 안된다. 디프레션 상태의 셀이 있으면 거기에서 의도하지 않은 리크전류가 흐르게 되므로 바라는 메모리셀을 선택할 수가 없게 된다. 이것은 후술하는 소거 동작에서 제어성이 중요한 것을 의미하고 있다.In order to perform the above read and write operations normally, the memory cell should not be in the depressed state. If there is a cell in the depressed state, an undesired leakage current flows there, and thus the desired memory cell cannot be selected. This means that controllability is important in the erasing operation described later.

다음에 본 실시예의 특징인 소거동작에 대해서 설명한다.Next, an erase operation which is a feature of the present embodiment will be described.

본 실시예의 소거동작은 메모리셀의 제어 게이트에 부의 전압, 소스에 정의 전압(여기서는 외부전원 전압인 Vcc)을 인가해서 이 정·부전압의 전위 차에 의해서 부유 게이트에 유지되어 있는 전자를 Fowler Nordheim 터널 방출에 의해서 소스 영역에 추출하는 방식으로 실행된다. 소거전압 인가회로 ED, 부전압 인가회로 NEG에는 그 동작전압으로서 전원전압 Vcc가 공급된다.In the erase operation of this embodiment, a negative voltage is applied to a control gate of a memory cell and a positive voltage (here, Vcc, which is an external power supply voltage) is applied to a control gate of a memory cell, and electrons held at the floating gate are caused by the potential difference between the positive and negative voltages. This is done by extracting to the source region by tunnel release. The erase voltage applying circuit ED and the negative voltage applying circuit NEG are supplied with a power supply voltage Vcc as its operating voltage.

소거전압 인가회로 ED는 제13도에 도시한 바와 같이 소거펄스

Figure kpo00002
를 입력으로 하는 인버터 회로로서 공통소스선 CS에는 상기 전원전압 Vcc가 인가된다.The erase voltage applying circuit ED has an erase pulse as shown in FIG.
Figure kpo00002
The power supply voltage Vcc is applied to the common source line CS as an inverter circuit having the input as.

또, 워드선 W1·W4에는 부전압 인가회로 NEG에서 부의 소거전압이 인가된다.In addition, a negative erase voltage is applied to the word lines W1 and W4 by the negative voltage applying circuit NEG.

또, 제14도는 부전압 인가회로 NEG의 회로구성을 도시하고 있다. 이 회로는 소위 치지펌프회로이다.14 shows the circuit configuration of the negative voltage application circuit NEG. This circuit is a so-called ground pump circuit.

제14도에서 소거신호

Figure kpo00003
가 저레벨로 되면 지연회로 D3에서 결정된 시간이 경과한 후 신호
Figure kpo00004
가 저레벨로 되고, 디코더 분리신호 SET가 고레벨로 된다. 이것에 의해 어드레스 디코더회로 XDCR은 워드선에서 전기적으로 분리된다. 다음에 발진기 OSC2가 발진을 개시하여 상보적 펄스 신호 PU1과 PU2가 발생하고, 이것을 이용해서 차지펌프의 원리에 의해서 부전압 Vppn을 발생시킨다. 이것을 또 PU1을 사용해서 마찬가지로 차지펌프에 따라서 워드선 W1∼W4에 인가한다. 소거신호
Figure kpo00005
가 고레벨로 되면 펄스신호 PU1과 PU2는 정지하지만 신호
Figure kpo00006
가 고레벨로 되기까지의 기간은 부적합 리세트 신호 PRST와 ERST가 부전위의 절점(joint)을 0V 또는 정의 전압으로 하여 소거를 정지한다.Cancel signal in FIG.
Figure kpo00003
Becomes low level, the signal after the time determined by delay circuit D3 has elapsed.
Figure kpo00004
Becomes low level, and decoder separate signal SET becomes high level. As a result, the address decoder circuit XDCR is electrically separated from the word line. The oscillator OSC2 starts oscillation, and the complementary pulse signals PU1 and PU2 are generated, and the negative voltage Vppn is generated using the charge pump principle using this. This is again applied to the word lines W1 to W4 in accordance with the charge pump using PU1. Cancel signal
Figure kpo00005
Is high, pulse signals PU1 and PU2 stop but signal
Figure kpo00006
In the period until the high level is reached, the reset signals PRST and ERST stop the erasure with the joint of the negative potential as 0 V or a positive voltage.

소거동작시에 워드선에 흐르는 전류는 작으므로 상술한 바와 같이 장치 내부의 부전압 인가회로 NEG에 의해 소거에 필요한 부전압을 외부의 전원전압(외부 단자를 거쳐서 칩 외부에서 공급되는 전원전압) Vcc에서 발생시켜 이것을 워드선에 공급할 수가 있다. 한편, 다량의 리크전류가 흐르는 공통 소스선 CS에 인가하는 저전압 Vcc에는 외부에서 부여되는 전원전압 Vcc을 사용한다. 이렇게 하는 것에 의해 메모리 어레이 전체를 종합해서 소거하는 전기적 일괄 소거동작을 Vcc 단일전원(전원전압 Vcc와 회로의 접지 전위 Vss)으로 실행할 수 있다.Since the current flowing through the word line during the erase operation is small, as described above, the negative voltage required for erasing by the negative voltage applying circuit NEG in the device is externally supplied to the external power supply voltage (power supply voltage supplied from the outside of the chip via the external terminal). Can be generated and supplied to the word line. On the other hand, an external power supply voltage Vcc is used for the low voltage Vcc applied to the common source line CS through which a large amount of leakage current flows. In this way, the electrical collective erase operation for collectively erasing the entire memory array can be performed with a single Vcc power supply (power supply voltage Vcc and ground potential Vss of the circuit).

또한, 소거동작시의 데이터선 D1∼D4는 어드레스 디코더 YDCR에서 접지전위 Vss(0V)로 하강시켜도 좋고, 또는 개방상태로 해도 좋다. 이것은 제어 게이트에 큰 부전압을 인가해서 소거를 실행하는 본 발명의 소거방식에서는 소거가 진행해도 메모리셀의 소스에서 드레인으로 흐르는 기생적인 채널 전류를 고려할 필요가 없기 때문이다. 또, 제어 게이트를 접지한 종래의 소거 방식에서 문제로 되는 채널 전류 기인의 기생효과에 대해서는 일본국 특허출원 소화 62-141486호에 기재되어 있다.The data lines D1 to D4 during the erasing operation may be lowered to the ground potential Vss (0 V) by the address decoder YDCR or may be in an open state. This is because the parasitic channel current flowing from the source to the drain of the memory cell does not need to be considered in the erasing method of the present invention in which the erasing is performed by applying a large negative voltage to the control gate. In addition, the parasitic effect caused by the channel current which is a problem in the conventional erasing method in which the control gate is grounded is described in Japanese Patent Application No. 62-141486.

다음에 제15도는 프로그램 디스터브 수명이 리라이트 사이클에 의해서 저하하는 상황을 종래 기술과 본 실시예를 비교한 특성도이다.Next, FIG. 15 is a characteristic diagram comparing the prior art and the present embodiment in a situation where the program disturb life is reduced by the rewrite cycle.

소스에 고전압 Vpp를 인가해서 소거를 실행하는 종래 기술에서는 104의 리라이트 후의 프로그램 디스터브 수명은 리라이트 전의 초기 특성에 비해서 3∼4 자리수로 저하하고 있다. 이것에 대해서 소스전압을 Vcc까지 내려서 소거할 수 있는 본 발명에서는 수명저하하는 반자리수 정도로서, 리라이트의 영향을 거의 문제가 없는 레벨까지 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.In the prior art in which erase is performed by applying high voltage Vpp to the source, the program disturb life after rewriting of 10 4 is reduced to 3 to 4 digits compared to the initial characteristic before rewriting. On the other hand, in the present invention where the source voltage can be lowered to Vcc and erased, it can be seen that the decrease in life is about half a digit, so that the influence of rewrite can be suppressed to a level with almost no problem.

또한 프로그램 디스터브 수명은 워드선 반선택상태에 놓여진 메모리셀의 임계값 전압이 0. 1V 상승하기까지의 시간으로 정의하고 있다.The program disturb life is defined as the time until the threshold voltage of the memory cell in the word line half-selected state rises by 0.1V.

다음에 상기 실시예에서는 행 디코더 회로 XDCR과 부전압 인가회로 NEG를 각각의 회로로 구성하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니다. 예를 들면 제16도에 도시한 바와 같이 1개의 회로 XCDRN을 사용해서 구성해도 된다. 이 회로는 행디코더회로 XDCR과 같이 행어드레스 버퍼회로와 워드선 사이에 마련되다. 이 경우 소거시에는 최종단 인버터회로 INV1과 그 전단의 인버터회로 INV2의 n형 MOSFET의 소스를 부전압전원 Vppn에 접속한다. 또, 리드, 라이트시에는 접지전위 Vss로 한다. 단, 소거종료시의 리세트는 앞서의 경우와 마찬가지로 할 필요가 있다. 이를 위한 리세트 회로를 제17도에 도시한다. 또한 상기 회로 XDCRN은 행 디코더 회로와 일체로 되어 있고, 행 어드레스 버퍼 회로의 출력 a0,

Figure kpo00007
, a1,
Figure kpo00008
를 받아서 임의의 워드선 1개의 선택적으로 소거전압을 인가한다. 이 결과 소거동작은 각각의 워드선에 접속된 메모리셀 군을 메모리 블록으로서 워드선 단위로 실행된다.Next, in the above embodiment, the row decoder circuit XDCR and the negative voltage application circuit NEG are constituted by respective circuits, but the present invention is not limited thereto. For example, you may comprise using one circuit XCDRN, as shown in FIG. This circuit is provided between the row address buffer circuit and the word line like the row decoder circuit XDCR. In this case, at the time of erasing, the source of the n-type MOSFET of the inverter circuit INV1 of the last stage and the inverter circuit INV2 of the preceding stage is connected to the negative voltage power supply Vppn. In addition, the ground potential Vss is set at the time of lead and write. However, the reset at the end of erasing must be performed in the same manner as in the previous case. A reset circuit for this purpose is shown in FIG. The circuit XDCRN is integrated with the row decoder circuit, and the outputs a0,
Figure kpo00007
, a1,
Figure kpo00008
The erase voltage is selectively applied to one word line. As a result, the erasing operation is performed in units of word lines as a memory block with a group of memory cells connected to each word line.

여기서 FAST형 메모리셀은 통상 p형 기판 위에 형성되고, 기판 전위는 접지전위로 된다. 따라서, 상기 회로 XDCRN을 실현하기 위해서는 제18도에 도시한 바와 같이 최종단 인버터회로 INV1과 그 전단의 인버터회로 INV2의 n형 MOSFET를 n형 웰 내에 마련된 p형 웰 내에 형성하여 이 p형 웰을 부전압전원 Vppn에 접속하면 된다. 물론 n형 기판을 사용하는 경우에는 통상의 회로와 마찬가지로 p형 웰을 형성하여 이 p형 웰을 부전압 전원 Vpp에 접속하면 된다. 제18도에서 (101)은 p형 반도체기판, (102)는 n형 웰 영역, (103)은 상기 n형 웰 영역(102) 내에 마련되고, p형 반도체기판(101)과는 분리된 p형 웰 영역, (104)는 p형 반도체기판(101)을 접지전위 Vss에 접속하기 위한 p+형 반도체 영역, (105)는 n형 웰 영역(102)를 접지전위 Vss에 접속하기 위한 n+형 반도체영역, (106)은 p형 웰 영역(103)을 소거동작시에는 부전원전압 Vppn에 접속하고, 라이트, 리드동작시에는 접지전위 Vss에 접속하기 위한 p+형 반도체 영역, (107), (108)은 p형 웰 영역(103) 내에 형성된 MOS 트랜지스터의 소스, 드레인 영역을 구성하는 n+형 반도체 영역, (109)는 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 산화막, (110)은 상기 MOS 트랜지스터의 게이트 전극이다.Here, the FAST type memory cell is usually formed on the p type substrate, and the substrate potential becomes the ground potential. Therefore, in order to realize the circuit XDCRN, as shown in FIG. 18, the n-type MOSFET of the final inverter circuit INV1 and the inverter circuit INV2 at the front end thereof is formed in the p-type well provided in the n-type well to form this p-type well. This can be connected to the negative voltage power supply Vppn. Of course, in the case of using an n-type substrate, a p-type well may be formed in the same manner as a normal circuit, and the p-type well may be connected to the negative voltage power supply Vpp. In FIG. 18, reference numeral 101 denotes a p-type semiconductor substrate, 102 denotes an n-type well region, 103 denotes an n-type well region 102 and p is separated from the p-type semiconductor substrate 101. type well region, 104 is a p + type semiconductor region for connecting the p-type semiconductor substrate 101 to the ground potential Vss, 105 for connecting the n-type well region 102 to the ground potential Vss n + Type semiconductor region 106 is a p + type semiconductor region for connecting the p type well region 103 to the negative power supply voltage Vppn during the erase operation and to the ground potential Vss during the write and read operations. , 108 is an n + type semiconductor region constituting a source and a drain region of a MOS transistor formed in the p-type well region 103, 109 is a gate oxide film of the MOS transistor, and 110 is a gate of the MOS transistor Electrode.

본 발명의 따른 실시예를 제19도에 따라 설명한다.An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

제19도는 본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치에서 사용하는 FAST형 메모리셀의 2비트분의 단면도(상기 제10도의 A-A'부)로서 상기 실시예의 제11도에 해당하는 것이다.FIG. 19 is a sectional view of two bits of the FAST type memory cell used in the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment (part A-A 'in FIG. 10), which corresponds to FIG.

여기서 사용되고 있는 메모리셀은 소스 영역에 p를 불순물로 하는 n형 반도체 영역(29)가 없는 것을 제외하면 상기 실시예의 제11도의 메모리셀과 동일한 구조이다. 상기 n형 반도체 영역을 없앤 것에 의해 소스영역과 부유 게이트 사이의 정전용량이 소거 동작시 대강 60%로 저감되어 소거의 거듭되는 저전압와 또는 고속화가 실현되다. 한편, 소스와 기판 사이의 접합 내압은 12V 정도까지 저하하지만 소스에 인가하는 전압을 Vcc로 내려서 소거가 되는 본 실시예에서는 아무런 문제도 되지 않는다.The memory cell used here has the same structure as the memory cell of FIG. 11 of the above embodiment except that the n-type semiconductor region 29 containing p as an impurity is not present in the source region. By eliminating the n-type semiconductor region, the capacitance between the source region and the floating gate is reduced to approximately 60% during the erasing operation, thereby realizing low voltage and / or high speed of erasing. On the other hand, the junction breakdown voltage between the source and the substrate drops to about 12V, but there is no problem in this embodiment in which the voltage applied to the source is lowered to Vcc to be erased.

이상 기술한 메모리셀의 소스 구조의 차이를 제외하면 본 실시예의 기억장치는 제3도 내지 제18도의 실시예와 동일하고, 마찬가지로 동작한다.Except for the difference in the source structure of the memory cell described above, the memory device of this embodiment is the same as the embodiment of FIGS. 3 to 18, and operates similarly.

본 발명의 다른 실시예를 제20도 내지 제22도에 따라 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 20 to 22.

제20도는 본 실시예에 의해 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도로서, 상기 실시예의 제9도에 해당하는 것이다. 여기서 메모리셀로서는 상기 제3로의 실시예 또는 제19도의 실시예와 같은 FAST형 메모리셀을 사용한다.20 is an internal block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, which corresponds to FIG. 9 of the embodiment. As the memory cell, a FAST type memory cell similar to the third embodiment or the embodiment of FIG. 19 is used.

본 실시예에 의한 불휘발성 반도체 기억장치의 동작은 상기 제3도의 실시예 또는 제19도의 실시예와 본질적으로 같은 것이지만, 소거 동작이 메모리 어레이 M-ARRAY를 워드선 방향으로 분할한 메모리 블록을 단위로 해서 실행되는 점이 다르다. 여기서는 메모리 어레이가 워드선 W1, W2에 접속된 메모리셀군 M1∼M8로 되는 메모리 블록 MB1과 워드선 W3, W4에 접속된 메모리셀군 M9∼M16으로 되는 메모리 블록 MB2의 2개의 블록으로 분할되어 있다.The operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is essentially the same as that of the embodiment of FIG. 3 or 19. However, the erase operation is a unit of a memory block in which the memory array M-ARRAY is divided in the word line direction. This is different. Here, the memory array is divided into two blocks of the memory block MB1 which is the memory cell groups M1 to M8 connected to the word lines W1 and W2 and the memory block MB2 which is the memory cell group M9 to M16 connected to the word lines W3 and W4.

제21도는 부전압 인가회로 NEG의 회로구성을 도시하고 있다. 상기 실시예의 제14도와는 메모리 블록을 선택하기 위한 디코드 기능이 내장되어 있는 점이 다르다. 즉, 제21도의 부전압 인가회로 NEG에서는 소거동작을 실행하는 메모리 블록에 대응한 워드선에만 부전압 Vppn이 인가되고, 비선택 워드선에는 접지전압 0V가 인가된다.21 shows the circuit configuration of the negative voltage application circuit NEG. This embodiment differs from the fourteenth embodiment in that a decode function for selecting a memory block is built in. That is, in the negative voltage applying circuit NEG of FIG. 21, the negative voltage Vppn is applied only to the word line corresponding to the memory block which performs the erase operation, and the ground voltage 0V is applied to the unselected word line.

상기 메모리 블록은 선택하는 데 본 실시예에서는 제22도에 도시한 바와 같이 어드레스 버퍼회로 ADB의 행 선택용 외부입력의 하나인 A1을 사용하고 있다. 또 어드레스 버퍼회로 ADB 중 A0 입력 및 행디코더 XDCR을 소거전압 인가시에도 메모리 블록의 선택이 실행되도록 되어 있다. 즉, a0,

Figure kpo00009
모두 저레벨로 되고, A1 어드레스 입력에 의해서 결정되는 2개의 워드선 출력 WI1과 WI2 또는 WI3과 WI4가 고레벨로 된다. 이 WI1∼WI4는 부전압 인가회로 NEG에 공급된다. 그러나 트랜지스터 Q1∼Q4의 작용에 의해 소거시에는 디코더 회로의 출력이 워드선 W1∼W4에는 인가되지 않는다.The memory block is selected. In this embodiment, as shown in FIG. 22, A1, which is one of the row input external inputs of the address buffer circuit ADB, is used. The memory block is selected even when the A0 input and the row decoder XDCR in the address buffer circuit ADB are erased. That is, a0,
Figure kpo00009
Both are at the low level, and the two word line outputs WI1 and WI2 or WI3 and WI4 determined by the A1 address input are at the high level. These WI1 to WI4 are supplied to the negative voltage application circuit NEG. However, due to the action of the transistors Q1 to Q4, the output of the decoder circuit is not applied to the word lines W1 to W4 during erasing.

또한, 비선택 메모리 블록내의 메모리셀은 공통 소스선을 거쳐서 소스영역에만 정의 전압(여기서는 외부 전원전압인 Vcc)이 인가되는 소거 반 선택상태로 되지만, 이것이 수반하는 디스 터브 현상은 선택 워드선에 인가하는 부전압 Vppn과 게이트/층간 산화막 두께의 적절한 설정에 의해 해결할 수가 있다.In addition, the memory cells in the non-selected memory block enter an erase half-selected state in which a positive voltage (in this case, an external power supply voltage Vcc) is applied only to the source region via a common source line. However, the distress phenomenon accompanying this is applied to the selected word line. This can be solved by appropriate setting of the negative voltage Vppn and the gate / interlayer oxide film thickness.

본 발명의 다른 실시예를 제23도 내지 제25도에 따라 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 23 to 25.

제23도는 본 실시예에 의한 불휘발성 반도체 기억장치의 내부 블록도로서, 상기 실시예의 제9도, 또는 상기 실시예의 제20도에 해당하는 것이다. 제24도는 부전압 인가 회로 NEG의 회로 구성도로서, 상기 실시예의 제14도, 제21도에 해당하는 것이다. 제25도는 본 실시예의 불휘발성 반도체 기억장치에서 사용하는 FAST형 메모리셀의 2비트 분의 단면도(제10도의 A-A' 부)로서, 상기 실시예의 제11도, 제19도에 해당하는 것이다.FIG. 23 is an internal block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment, which corresponds to FIG. 9 of the embodiment or FIG. 20 of the embodiment. 24 is a circuit configuration diagram of the negative voltage applying circuit NEG, which corresponds to FIGS. 14 and 21 of the embodiment. FIG. 25 is a cross-sectional view (part A-A 'in FIG. 10) of a FAST type memory cell used in the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment, which corresponds to FIGS. 11 and 19 of the embodiment.

본 실시예는 상기 제9도 내지 제22도의 실시예와 본질적으로 동작상의 차이는 없지만, 전기적 소거를 실행할 때 Vcc 전압이 소스선이 아니라 데이터선에 인가됨과 동시에 이 데이터선 및 부의 소거전압을 인가하는 워드선이 각각 디코드되는 점이 다르다. 이것에 의해 1쌍의 선택 데이터선과 선택 워드선의 교차점에 있는 메모리셀 1비트가 선택적으로 소거된다. 이하 제9도 내지 제22도의 실시예와의 차이점만을 기술한다.Although the present embodiment is not substantially different in operation from the embodiments of FIGS. 9 to 22, when the VCC voltage is applied to the data line instead of the source line, the data line and the negative erase voltage are applied at the same time. The word lines to be decoded are different. This selectively erases one bit of the memory cell at the intersection of the pair of selection data lines and the selection word line. Only differences from the embodiments of FIGS. 9 to 22 are described below.

제23도에 도시한 바와 같이 본 실시예에서는 소거시에 소거신호 EP가 고레벨로 되면 MOS 트랜지스터 Q7이 ON 상태로 되고, 이 Q7을 거쳐서 정의 전압(여기서는 외부전원전압인 Vcc)이 공통 데이터선 CD에 인가된다. 이때 MOS 트랜지스터 Q51은 라이트 신호

Figure kpo00010
가 고레벨에 있으므로 OFF 상태로 된다. 또 MOS 트랜지스터 Q52도 마찬가지로 OFF로 되고, 공통 소스선 CS는 개방상태로 된다. 소거동작은 제어 게이트의 부전압과 드레인의 상기 정전압과의 전위 차로 실행되고, 부유 게이트의 전자는 소스가 아니라 드레인 영역으로 추출된다. 상기 정전압을 인가하는 데이터선은 열 어드레스 디코더 YDCR에 의해서 선택된다. 한편 제24도에 도시한 바와 같이 부전압 인가회로 NEG는 행선택용 외부입력 신호 A0, A1로 형성된 신호 WI1∼WI4를 사용해서 임의의 워드선을 선택하는 디코드 기능을 내장하고 있다. 이렇게 해서 1쌍의 데이터선가 워드선이 선택되어 그 교차점에 있는 메모리셀이 선택적으로 소거된다.As shown in FIG. 23, in the present embodiment, when the erasing signal EP becomes high at the time of erasing, the MOS transistor Q7 is turned on, and through this Q7, the positive voltage (here, the external power supply voltage Vcc) has a common data line CD. Is applied to. At this time, the MOS transistor Q51 is a write signal.
Figure kpo00010
Is OFF because it is at a high level. The MOS transistor Q52 is similarly turned off, and the common source line CS is turned open. The erase operation is performed at a potential difference between the negative voltage of the control gate and the constant voltage of the drain, and the electrons of the floating gate are extracted to the drain region rather than the source. The data line to which the constant voltage is applied is selected by the column address decoder YDCR. On the other hand, as shown in Fig. 24, the negative voltage application circuit NEG has a built-in decoding function for selecting an arbitrary word line using the signals WI1 to WI4 formed of the row selection external input signals A0 and A1. In this way, the word line is selected for the pair of data lines, and the memory cells at the intersection thereof are selectively erased.

열전자 주입을 사용한 라이트 동작은 반대로 소스 영역측에서 실행된다. 제23도에 도시한 바와 같이 라이트시에는 라이트 신호

Figure kpo00011
가 저레벨로 되므로 외부 입력신호 I/O 에 따라서 MOS 트랜지스터 Q51, Q52가 ON, OFF된다. 외부 입력신호 I/O가 저레벨(0 상태)일 때 MOS 트랜지스터 Q51, Q52는 모두 ON 상태로 되어 공통 소스선 CS는 라이트 Vcc 전압에 접속되고, 공통 데이터선 CD는 접지전위 Vss에 접속된다. 이때 열 어드레스 디코더 YDCR에 의해서 선택 데이터선은 공통 데이터선 CD(접지전위)에 접속되는 한편, 비선택 데이터선은 개방상태로 된다. 또, 워드선에 관해서는 행 어드레스 디코더 XDCR에 의해서 선택 워드선에는 Vpp 전압이 인가되는 한편, 비선택 워드선은 접지전위로 유지된다. 어떻게 해서 선택 데이터선과 선택 워드선의 교차점에 있는 메모리셀에서 열전자 라이트가 실행된다.The write operation using hot electron injection is inversely performed on the source region side. As shown in FIG. 23, the write signal at the time of writing
Figure kpo00011
Becomes low level, the MOS transistors Q51 and Q52 are turned on and off in accordance with the external input signal I / O. When the external input signal I / O is at a low level (0 state), both the MOS transistors Q51 and Q52 are turned on so that the common source line CS is connected to the write Vcc voltage, and the common data line CD is connected to the ground potential Vss. At this time, the selected data line is connected to the common data line CD (ground potential) by the column address decoder YDCR, while the unselected data line is left open. As for the word line, the Vpp voltage is applied to the selected word line by the row address decoder XDCR, while the unselected word line is held at ground potential. In this way, the thermoelectron write is executed in the memory cell at the intersection of the selection data line and the selection word line.

또한 본 실시예에서는 스위치 MOS 트랜지스터 Q51, Q52의 양쪽의 게이트에 외부 입력신호 I/O와

Figure kpo00012
의 NOR 출력이 들어 있지만 어느 한쪽은 단지
Figure kpo00013
의 반전 신호가 입력되는 구성이라도 좋다.In this embodiment, the gates of both of the switch MOS transistors Q51 and Q52 are connected to the external input signal I / O.
Figure kpo00012
Contains the NOR output, but either side is just
Figure kpo00013
The inverted signal may be input.

다음에 제25도는 본 실시예에서 사용하고 있는 FAST 형 메모리셀의 2비트분의 단면도이다. 동일 도면에서 (51)은 p형 반도체기판, (52)는 p형 반도체기판의 주면측에 형성된 얇은 게이트 산화막(터널 산화막), (53)은 부유 게이트 전극(54)는 제1의 층간 산화막, (55)는 제어 게이트 전극, (56)는 n+형 반도체 영역(드레인 영역의 일부), (57)은 n형 반도체영역(드레인 영역의 일부), (58)은 n+형 반도체영역(소스 영역), (59)는 p+형 반도체영역(소스 실드층), (60)은 제2의 층간 산화막, (61)은 접속구멍, (62)는 알루미늄의 데이터선이다.Next, Fig. 25 is a sectional view of two bits of the FAST type memory cell used in this embodiment. In the same figure, reference numeral 51 denotes a p-type semiconductor substrate, 52 denotes a thin gate oxide film (tunnel oxide film) formed on the main surface side of the p-type semiconductor substrate, 53 denotes a floating gate electrode 54, a first interlayer oxide film, Reference numeral 55 is a control gate electrode, 56 is an n + type semiconductor region (part of the drain region), 57 is an n type semiconductor region (part of the drain region), and 58 is an n + type semiconductor region (source Region), 59 are p + type semiconductor regions (source shield layers), 60 are second interlayer oxide films, 61 are connection holes, and 62 are aluminum data lines.

이 실시예에서는 라이트를 소스측, 소거를 드레인측에서 실행하므로 소스접합이 n+/p+의 전개집중형, 드레인이 n+/n/p의 전계완화형으로 되어 있는 점이 상기 제9도 내지 제22도의 실시예의 경우와 다른 점이다.In this embodiment, since writing is performed on the source side and erasing on the drain side, the source junction is an expanded concentration type of n + / p + and the drain is an electric field relaxation type of n + / n / p. This is different from the case of the embodiment of FIG.

본 발명의 다른 실시예를 제29도 내지 제36도에 따라 설명한다. 본 실시예에 는 메모리셀로서 제28도에 도시한 것을 가정하고 있다. 즉, 소거는 게이트를 접지하고, 소스에 고전압을 인가해서 실행한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 29-36. In this embodiment, it is assumed that the memory cell shown in Fig. 28 is shown. That is, the erasing is performed by grounding the gate and applying a high voltage to the source.

도면의 각 회로소자는 특히 제한되지 않지만 공지된 CMOS 집적회로의 제조기술에 의해 1개의 단결정 실리콘과 같은 반도체 기판 위에 형성되어 있다.Each circuit element in the figure is not particularly limited, but is formed on a semiconductor substrate such as one single crystal silicon by a known technique for manufacturing a CMOS integrated circuit.

특히 제한되지 않지만, 집적회로는 단결정 p형 실리콘으로 되는 반도체 기판위에 형성된다. n 채널 MOSFET는 이와 같은 반도체 기판 표면에 형성된 소스 영역, 드레인 영역 및 소스 영역과 드레인 영역 사이의 반도체 기판 위에 얇은 두께의 게이트 절연막을 거쳐서 형성된 폴리실리콘으로 되는 게이트 전극으로 구성된다.Although not particularly limited, an integrated circuit is formed on a semiconductor substrate made of single crystal p-type silicon. The n-channel MOSFET is composed of a source region, a drain region formed on the surface of the semiconductor substrate, and a gate electrode made of polysilicon formed through a thin gate insulating film on the semiconductor substrate between the source region and the drain region.

p채널 MOSFET는 상기 반도체 기판 표면에 형성된 n형 웰 영영에 형성된다. 이것에 의해서 반도체 기판은 그 위에 형성된 여러 개의 N채널 MOSFET의 공통의 기판 게이트를 구성하고, 회로의 접지전위가 공급된다. P채널 MOSFET의 공통의 기판 게이트, 즉 n형 웰 영역을 전원 전압 Vcc에 접속된다. 또는 고전압 회로이면 외부에서 부여되는 고전압 Vpp, 내부발생 고전압 등에 접속된다. 또는 집적회로는 단결정 n형 실리콘으로 되는 반도체기판 위에 형성해도 된다. 이 경우 n 채널 MOSFET는 p형 웰 영역에 형성된다.P-channel MOSFETs are formed in n-type well regions formed on the surface of the semiconductor substrate. As a result, the semiconductor substrate constitutes a common substrate gate of several N-channel MOSFETs formed thereon, and the ground potential of the circuit is supplied. The common substrate gate of the P-channel MOSFET, that is, the n-type well region, is connected to the power supply voltage Vcc. Alternatively, in the case of a high voltage circuit, it is connected to the external high voltage Vpp, the internally generated high voltage, or the like. Alternatively, the integrated circuit may be formed on a semiconductor substrate made of single crystal n-type silicon. In this case, the n-channel MOSFET is formed in the p-type well region.

특히 제안되지 않지만, 이 실시예의 EEPROM은 외부 단자에서 공급되는 어드레스 신호 AX, 묘를 QKESSM 어드레스 버퍼 ADB를 통해서 형성된 상보 어드레스 신호가 어드레스 디코더 XDCR, YDCR에 공급된다. 특히 제한되지 않지만, 상기 어드레스 버퍼 XADB, YADB는 내부 칩 선택신호

Figure kpo00014
에 의해 활성화되고, 외부단자에서의 어드레스 신호 AX, AY를 입력하여 외부 단자에서 공급된 어드레스신호와 동일상의 내부 어드레스 신호와 역상의 어드레스 신호로 되는 상보 어드레스 신호를 형성한다.Although not particularly proposed, in the EEPROM of this embodiment, the complementary address signals formed by the address signal AX and the drawing via the QKESSM address buffer ADB are supplied to the address decoders XDCR and YDCR. Although not particularly limited, the address buffers XADB and YADB are internal chip select signals.
Figure kpo00014
Is activated by inputting the address signals AX and AY from the external terminals to form a complementary address signal which becomes an internal address signal in the same phase as the address signal supplied from the external terminal and an address signal in the reverse phase.

행 어드레스 디코더 XDCR은 어드레스 디코더 활성화 신호 DE에 의해 활성화 되어 어드레스 버퍼 XADB의 상보 어드레스 신호에 따른 메모리 어레이 M-ARRAY의 워드선 W의 선택신호를 형성한다.The row address decoder XDCR is activated by the address decoder activation signal DE to form the selection signal of the word line W of the memory array M-ARRAY according to the complementary address signal of the address buffer XADB.

열 어드레스 디코더 YDCR은 어드레스 디코더 활성화 신호 DE에 의해 활성화되어 어드레스 버퍼 ADB의 상보 어드레스 신호에 따른 메모리 어레이 M-ARRAY의 데이터선 D1-∼D4의 선택신호를 형성한다.The column address decoder YDCR is activated by the address decoder activation signal DE to form selection signals of the data lines D1-D4 of the memory array M-ARRAY according to the complementary address signals of the address buffer ADB.

상기 메모리 어레이 M-ARRAY는 대포로서 예시적으로 2개의 메모리 블록 MB1, MB2가 도시되어 있다. 메모리 블록 MB1은 기억소자(메모리셀) M1∼M8과 워드선 W1∼W4 및 데이터선 D1, D2에 의해 메모리 블록 MB2는 기억소자 M9∼M16과 워드선 W1∼W4 및 데이터선 D3, D4에 의해 각각 구성되어 있다.The memory array M-ARRAY is shown as an example of two memory blocks MB1 and MB2 as cannons. The memory block MB1 is formed by the memory elements M1 to M8, the word lines W1 to W4, and the data lines D1 and D2. The memory block MB2 is formed by the memory elements M9 to M16, the word lines W1 to W4 and the data lines D3 and D4. Each is composed.

상기 메모리 블록에서 같은 행에 배치된 기억소자의 게이트는 각각 대응하는 워드선에 접속되고, 같은 열에 배치된 기억소자의 드레인은 각각 대응하는 데이터선에 접속되어 있다. 상기 기억소자의 소스는 소스선 CS1, CS2에 결합된다. 이 실시예에서 상기 소스선 CS1, CS2에는 소거 제어회로 ED1, ED2가 마련된다.In the memory block, the gates of the memory elements arranged in the same row are respectively connected to the corresponding word lines, and the drains of the memory elements arranged in the same column are each connected to the corresponding data lines. The source of the memory element is coupled to source lines CS1 and CS2. In this embodiment, erase control circuits ED1 and ED2 are provided in the source lines CS1 and CS2.

특히 제한되지 않지만, 앞서 기술한 바와 같이 8비트 또는 16비트 단위에서의 라이트, 리드를 실행하기 위해 상기 메모리 어레이는 합계 8조 또는 16조 마련되도록 구성된다.Although not particularly limited, as described above, the memory array is configured such that eight or sixteen sets of memory arrays are provided in order to execute write and read operations in units of eight or sixteen bits.

상기 1개의 메모리 어레이 M-ARRAY를 구성하는 각 데이터 선 D1∼D4는 상기 어드레스 디코더 YDCR에 의해 구성된 선택신호를 받는 열선택 스위치 MOSFET Q1∼Q4를 거쳐서 공통 데이터선 CD에 접속된다. 공통 데이터선 CD에는 외부단자 I/O에서 입력되는 라이트 신호를 받은 라이트용 데이터 입력버퍼 DIB의 출력단자가 라이트시 ON으로 되는 MOSFET Q5를 거쳐서 접속된다. 마찬가지로 다른 메모리 어레이에 대해서도 상기와 마찬가지의 열선택 스위치 MOSFET가 마련되고 그것에 대응한 어드레스 디코더에 의해 선택신호가 형성된다.Each data line D1 to D4 constituting the one memory array M-ARRAY is connected to a common data line CD via column select switches MOSFETs Q1 to Q4 that receive a selection signal configured by the address decoder YDCR. The common data line CD is connected to the output terminal of the write data input buffer DIB, which receives the write signal input from the external terminal I / O, through the MOSFET Q5, which is turned ON at the time of writing. Similarly, the same column selection switch MOSFETs are provided for the other memory arrays, and the selection signal is formed by the address decoder corresponding thereto.

상기 메모리 어레이 M-ARRAY에 대응해서 마련되는 공통 데이터선 CD에는 스위치 MOSFET Q6을 거쳐서 센스앰프 SA에 결합된다.The common data line CD provided corresponding to the memory array M-ARRAY is coupled to the sense amplifier SA via the switch MOSFET Q6.

제30도에 센스앰프 SA의 회로를 도시하지만, 상기 공통데이타선 CD는 리드제어신호 re에 의해 ON 상태로 되는 MOSFET Q6을 거쳐서 그 소스가 접속되는 n 채널형 MOSFET Q7의 소스에 접속된다. 이 n 채널형 MOSFET Q7의 드레인과 전원전압단자 Vcc 사이에는 그 게이트에 회로의 접지전위가 인가된 p 채널형의 부하 MOSFET Q8이 마련되어 있다. 상기 부하 MOSFET Q8은 리드동작을 위해서 공통 데이터선 CD에 프리차지 전류를 흐르게 하는 동작을 실행한다.Although the circuit of the sense amplifier SA is shown in FIG. 30, the common data line CD is connected to the source of the n-channel MOSFET Q7 to which the source is connected via the MOSFET Q6 which is turned ON by the read control signal re. A p-channel load MOSFET Q8 is provided between the drain of the n-channel MOSFET Q7 and the power supply voltage terminal Vcc at which the ground potential of the circuit is applied to the gate thereof. The load MOSFET Q8 performs an operation of flowing a precharge current through the common data line CD for a read operation.

상기 MOSFET Q7의 강도를 높게 하기 위해 데이터선의 전위를 대략 일정한 낮은 전압으로 유지하여 리드 중의 약한 라이트를 방지하기 위해 스위치 MOSFET Q6을 거쳐서 공통 데이터선 CD의 전위는 n 채널형의 구동 MOSFET Q9와 P채널 형의 부하 MOSFET Q10으로 되는 반전증폭회로의 입력인 구동 MOSFET Q9의 게이트에 공급된다.To increase the strength of the MOSFET Q7, the potential of the common data line CD is passed through the switch MOSFET Q6 to maintain the potential of the data line at a substantially constant low voltage to prevent weak writes in the reads. Is supplied to the gate of the drive MOSFET Q9 which is the input of the inverted amplifier circuit which becomes the load MOSFET Q10 of the type.

이 반전증폭회로의 출력전압은 상기 MOSFET Q7의 게이트에 공급된다. 또, 센스앰프의 비동작 기간에서의 무모한 전류 소비를 방지하기 위해 상기 MOSFET Q7의 게이트와 회로의 접지전위점 사이에서 n 채널형 MOSFET Q11이 마련된다. 이 MOSFET Q11과 상기 p형 MOSFET Q10의 게이트에는 공통으로 센스앰프의 동작 타이밍신호

Figure kpo00015
가 공듭된다.The output voltage of this inverting amplifier circuit is supplied to the gate of the MOSFET Q7. In addition, an n-channel MOSFET Q11 is provided between the gate of the MOSFET Q7 and the ground potential of the circuit to prevent reckless current consumption in the non-operation period of the sense amplifier. The operating timing signal of the sense amplifier is common to the MOSFET Q11 and the gate of the p-type MOSFET Q10.
Figure kpo00015
Is knotted.

타이밍제어회로 CNTR은 특히 제한되지 않지만, 외부 단지

Figure kpo00016
및 VPP에 공급되는 칩 이네이블 신호, 출력이네이블신호, 라이트 이네이블신호, 소거이내이블신호 및 라이트/소거용 고전압에 따라서 내부 제어신호
Figure kpo00017
,
Figure kpo00018
등의 타이밍 신호 및 어드레스 디코더 등에 선택적으로 공급하는 리드용 저전압 Vcc/라이트용 고전압 Vpp 등을 발생한다. 예를 들면, 제31도와 같은 각 모드와 외부신호의 관계를 가정하면, 이것을 실현하기 위한 타이밍제어회로 CNTR로서는 제32도에 도시한 것을 예로서 고려할 수 있다.The timing control circuit CNTR is not particularly limited, but the external complex
Figure kpo00016
And an internal control signal according to a chip enable signal, an output enable signal, a write enable signal, an erase enable signal, and a write / erase high voltage supplied to the VPP.
Figure kpo00017
,
Figure kpo00018
And a low voltage Vcc for read and a high voltage Vpp for write, which are selectively supplied to a timing signal such as an address decoder and the like. For example, assuming a relationship between each mode as shown in FIG. 31 and an external signal, the timing control circuit CNTR for realizing this can be considered as an example shown in FIG.

리드오드에서는 상기 내부신호

Figure kpo00019
는 저레벨, DE, re가 고레벨,
Figure kpo00020
가 저레벨로 된다. 어드레스 디코더 회로 XDCR, YDCR이 활성화되어 1개의 워드선, 1개의 데이터선이 선택된다. 어드레스 디코더 회로 XDCR, YDCR, 데이터 입력회로 DIB에는 그 동작전압으로서 저전압 Vcc가 공급된다. MOSFET Q10은 ON상태로, MOSFET Q11은 OFF 상태로 된다.The lead signal has the internal signal
Figure kpo00019
Is low level, DE, re is high level,
Figure kpo00020
Becomes low level. The address decoder circuits XDCR and YDCR are activated to select one word line and one data line. The low voltage Vcc is supplied to the address decoder circuits XDCR, YDCR and the data input circuit DIB as its operating voltage. MOSFET Q10 is turned ON and MOSFET Q11 is turned OFF.

메모리셀은 미리 라이트된 데이터에 따라서 워드선의 선택 레벨에 대하여 높은 임계값이던가 낮은 임계값을 갖는 것이다. 각 어드레스 디코더 XDCR, YDCR에 의해 선택된 메모리셀의 임계값이 높고, 워드선이 선택 레벨로 되어 있음에도 불구하고, OFF 상태로 되어 있는 경우 공통 데이터선 CD는 MOSFET Q8과 Q7에서의 전류공급에 의해 비교적 높은 고레벨로 된다. 한편, 선택된 메모리셀이 워드선 선택레벨에 의해 ON 상태로 되어 있는 경우 공통 데이터선 CD는 비교적 낮은 저레벨로 된다.The memory cell has a high threshold value or a low threshold value for the selection level of the word line according to the pre-written data. When the threshold value of the memory cells selected by the respective address decoders XDCR and YDCR is high and the word line is at the selected level, the common data line CD is relatively turned off by the current supply from the MOSFETs Q8 and Q7 when the word line is in the OFF state. It becomes high high level. On the other hand, when the selected memory cell is turned ON by the word line selection level, the common data line CD is at a relatively low low level.

이 경우 공통 데이터선 CDml 고레벨은 이것을 받는 반전증폭회로에 의해 형성된 비교적 낮은 저레벨의 출력전압이 MOSFET Q7의 게이트에 공급되는 것에 의해서 비교적 낮은 전위로 제한된다. 한편, 공통 데이터선 CD의 저레벨은 이것은 받는 반전 증폭회로에 의해 형성된 비교적 높은 고레벨의 출력전압이 MOSFET Q7의 게이트에 공급되는 것에 의해서 비교적 높은 전위로 제한된다.In this case, the common data line CDml high level is limited to a relatively low potential by supplying a relatively low low level output voltage formed by the inverting amplifier circuit which receives it to the gate of the MOSFET Q7. On the other hand, the low level of the common data line CD is limited to a relatively high potential by supplying a relatively high high level output voltage formed by the receiving inverting amplifier circuit to the gate of the MOSFET Q7.

또한, 상기 증폭요의 MOSFET Q7은 게이트 접지형 소스 입력의 증폭동작을 실행하여 그 출력신호를 CMOS 인버터회로 INV1로 전달한다. 그리고 이 출력신호는 인버터 IVN2에서 파형정형된다. 신호 SO는 메모리의 임계값이 높은 경우 고레벨로 되고, 낮은 경우 저레벨로 된다. 대응한 데이터 출력 버퍼 DOB에 의해서 특히 제한되지 않지만 증폭되어서 상기 외부단자 I/O에서 송출된다. 이 데이터 출력버퍼 DOB는 데이터 출력버퍼 제어신호 D0,

Figure kpo00021
에 의해 제어된다. D0가 리드모드, 라이트 후의 검증모드에서는 고레벨로 되고, 데이터출력버퍼 DOB를 활성화하여 I/O 단자로 데이터를 송출한다. 다른 메모리 블록에 대응한 공통 데이터선과 외부 단자 사이에도 상기와 마찬가지의 샌스앰프 및 데이터 출력 버퍼로 되는 리드 회로가 각각 마련된다.In addition, the MOSFET Q7 of the amplification yaw performs the amplification operation of the gate ground type source input and transfers the output signal to the CMOS inverter circuit INV1. This output signal is then waveform shaped at inverter IVN2. The signal SO goes high when the threshold of the memory is high, and goes low when it is low. Although not particularly limited by the corresponding data output buffer DOB, it is amplified and sent out from the external terminal I / O. This data output buffer DOB is a data output buffer control signal D0,
Figure kpo00021
Controlled by D0 is at high level in the read mode and the verify mode after writing, and the data output buffer DOB is activated to send data to the I / O terminal. A read circuit serving as the above-described sand amplifier and data output buffer is also provided between the common data line corresponding to the other memory block and the external terminal.

라이트 모드에서 상기 내부신호

Figure kpo00022
는 저레벨 DE, wr,
Figure kpo00023
는 고레벨로 되고, re, D0는 저레벨로 된다. 어드레스 디코더회로 XDCR, YDCR이 활성화되어 1개의 워드선, 1개의 데이터선에 선택된다. 어드레스 디코더회로 XDCR, YDCR, 데이터 입력회로 DIB에는 그 동작전압으로서 고전압 Vpp가 공급된다. MOSFET Q6은 OFF로 되고, 데이터 출력버퍼 DOB, 센스 앰프는 비활성화된다. 라이트가 실행되는 워드선은 그 전압이 상기 고전압 Vpp로 된다. 부유 게이트에 전자를 주입해야 할 기억소자가 접속된 데이터선은 MOSFET Q5, DIB를 거쳐서 고전압 Vpp에 접합된다. 이것에 의해 기억소자에 라이트가 실행된다. 타이트된 상태의 기억소자는 그 부유 게이트에 전자가 축적되고, 임계값 전압은 높게 되어 워드선을 선택해도 드레인 전류는 흐르지 않는다. 전자의 주입이 실행되지 않는 경우에 임계값 전압은 낮게 워드선을 선택하면 전류가 흐른다. 다른 메모리 블록에 대응한 공통 데이터선과 외부 단자 사이에도 상기와 마찬가지의 입력단 회로 및 데이터 입력버퍼로 되는 라이트 회로가 각각 마련된다.The internal signal in the write mode
Figure kpo00022
Low-level DE, wr,
Figure kpo00023
Becomes high level, and re and D0 become low level. The address decoder circuits XDCR and YDCR are activated and selected for one word line and one data line. The high voltage Vpp is supplied to the address decoder circuits XDCR, YDCR, and data input circuit DIB as its operating voltage. MOSFET Q6 is turned off, and the data output buffer DOB and sense amplifiers are disabled. The word line on which the write is executed has its voltage at the high voltage Vpp. The data line to which the memory element to inject electrons into the floating gate is connected to the high voltage Vpp via the MOSFETs Q5 and DIB. This writes to the memory device. In the memory device in the tight state, electrons are accumulated in the floating gate, and the threshold voltage becomes high so that the drain current does not flow even when the word line is selected. When the injection of electrons is not carried out, selecting a word line with a low threshold voltage causes current to flow. The same input terminal circuit and write circuit as the data input buffer are provided between the common data line and the external terminal corresponding to the other memory block, respectively.

라이트 후의 검증 모드에서는 고전압이 Vpp 단자에 인가되어 있는 이외는 리드모드와 같은 상태로 된다. 어드레스 디코더 회로 XDCR, YDCR, 데이터 입력회로, DIB에는 그 동작전압으로서 고전압 Vpp에서 Vcc로 전환되어서 공급된다. 사용자는 라이트 되었는가 아닌가의 확인을 실행한다.In the verify mode after the write, the read mode is in the same state as the read mode except that the high voltage is applied to the Vpp terminal. The address decoder circuits XDCR, YDCR, data input circuit, and DIB are supplied by being switched from high voltage Vpp to Vcc as their operating voltages. The user performs a check to see if it has been written.

라이트/소거 역제모드에서는 각 디코더가 활성화되어 있지만, 라이트/소거용의 고전압이 각 디코더에는 공급되지 않는다.In the write / erase inverse mode, each decoder is active, but the high voltage for write / erase is not supplied to each decoder.

소거모드에서 관해서 제33도∼제36도에 따라 실행한다. 제33도는 제29도에 도시한 소거제어회로 ECNTR을, 제34도는 제29도 중의 소거전압 인가회로 ED를, 제35도는 어드레스 버퍼회로 ADB와 디코더회로 XDCR, YDCR을, 제36도는 소거모드의 타이밍도를 각각 도시한 것이다. 소거로드에서는 제어신호 DE, wr, re, D0가 저레벨 SC가 고레벨로 된다.Execution is performed in accordance with FIGS. 33 to 36 in the erase mode. FIG. 33 shows the erase control circuit ECNTR shown in FIG. 29, FIG. 34 shows the erase voltage applying circuit ED in FIG. 29, FIG. 35 shows the address buffer circuit ADB and decoder circuits XDCR and YDCR, and FIG. Each timing diagram is shown. In the erase load, the control signals DE, wr, re, and D0 become the low level SC to the high level.

Figure kpo00024
가 고레벨에서 저레벨로 변화하면 소거모드의 개시로 된다. 먼저 지연회로 D1에 의해 결정된 시간만 리세트 펄스 RST가 고레벨로 되어 소거전압 인가회로 ED를 미세트한다. 다음에 폴리플롭회로 FF가 세트되어 소거하고자 하는 블록의 리드를 실행한다. 이 사이 소거전 리드 모드신호 EV가 저레벨로 되고, 발진기 OSC1이 발전을 개시하여 내부 어드레스를 발생한다. 2진 카운터 C에 의해 순차로 분주된 신호 A0I, A1I, A2I가 어드레스 버퍼 ADB에 공급되고, 이것으로 EE1이 고레벨임으로 어드레스 버퍼 ADB는 A3을 제외하고 외부에서의 입력을 받지 않는다. 어드레스 신호 A3은 외부에서 부여되고, 내부 블록 MB1 또는 MB2의 선택에 사용된다.
Figure kpo00024
Is changed from the high level to the low level, the erasing mode starts. First, only the time determined by the delay circuit D1 resets the reset pulse RST to a high level to finely erase the erase voltage application circuit ED. Next, the polyflop circuit FF is set to read the block to be erased. During this period, the read mode signal EV before erasing is at a low level, and the oscillator OSC1 starts generating power to generate an internal address. The signals A0I, A1I, and A2I sequentially divided by the binary counter C are supplied to the address buffer ADB. As a result, EE1 is at a high level so that the address buffer ADB does not receive external input except for A3. The address signal A3 is externally given and used for the selection of the internal block MB1 or MB2.

내부 어드레스에 의해 선택된 메모리의 리드가 실행되면 그 결과가 소거진압 인가회로 ED로 귀환된다. 제34도에 도시한 바와 같이 메모리 블록 MB1에 관해서는 열선택신호 Y1, Y2 중 어느 하나가 고레벨의 기간에서 발진펄스 OS가 저레벨일 때에 센스앰프 SA의 출력 SO가 고레벨, 즉 메모리셀의 임계값 전압이 높다고 판정되면 플립플롭이 세트되고, 다음에 기술하는 소거기간에 소거펄스

Figure kpo00025
가 저레벨로 되어도 공통 소스선 CS1에는 고전압이 인가되지 않는다. 메모리블럭내의 모든 메모리셀에 대해서 리드가 완료하면 리드 완료신호 ER이 고레벨로 되고, 플립플롭 FF을 리세트하여 EV를 저레벨로 한다. 다음에 소거기간으로 되고, 지연회로 D2에서 결정된 기간의 시간이 경과한 후 소거펄스 EP가 저레벨로 되어 전워드선을 저레벨로 하고, 소거가 충분하지 않은 메모리의 소스에 고전압이 인가된다.When the read of the memory selected by the internal address is executed, the result is returned to the erase suppression application circuit ED. As shown in FIG. 34, for the memory block MB1, the output SO of the sense amplifier SA is at a high level when one of the column selection signals Y1 and Y2 is at a low level in the period of high level, that is, the threshold of the memory cell. If it is determined that the voltage is high, the flip-flop is set, and the erase pulse is erased in the erase period described next.
Figure kpo00025
The high voltage is not applied to the common source line CS1 even when is set to the low level. When the read is completed for all the memory cells in the memory block, the read completion signal ER becomes high level, and the flip-flop FF is reset to make the EV low level. Next, the erase period is set, and after the time period determined by the delay circuit D2 has elapsed, the erase pulse EP becomes low level, and the entire word line is made low, and a high voltage is applied to the source of the memory which is not sufficiently erased.

제29도에 도시한 경우에는 메모리 블록에 1개의 소거 전압인가 회로 ED가 1개밖에 없으므로 8조 또는 16조가 있는 각 I/O (메모리 어레이)마다 최적화가 실행된다. 또, 칩 전체를 소거할 때는 더욱 메모리 블록 MB1, MB2마다 최적화가 실행된다.In the case shown in FIG. 29, since there is only one erase voltage application circuit ED in the memory block, optimization is performed for each I / O (memory array) having 8 or 16 sets. Further, when the entire chip is erased, optimization is further performed for each of the memory blocks MB1 and MB2.

상기 리드에서는 동작전원전압 마진을 확보하기 위해서 센스앰프 SA, 디코더회로 XDCR, YDCR에 통상의 리드 전압(예를 들면 5V)보다 낮은 전압 Vev, 예를 들면 3. 5V가 공급된다. 이것은 기억장치 내부에서 발생시키는 것이 바람지하지만 외부에서 부여해도 된다.In the lead, a voltage Vev, for example, 3.5 V, which is lower than a normal read voltage (for example, 5 V) is supplied to the sense amplifier SA, the decoder circuits XDCR, and YDCR in order to secure an operating power supply voltage margin. This is preferably generated inside the memory, but may be provided externally.

본 발명의 효과를 제43도에 도시한다. 종축은 소거후의 장치내의 임계값 전압의 불안정을, 횡측은 1개의 메모리 블록내의 기억소자수를 나타낸다. 여기서는 장치 내에 메모리 어레이 M-ARRAY가 8조 존재하고, 8비트 단위의 라이트, 리드를 실행하는 것을 대상으로 하였다. 메모리 블록내의 기억소자가 작을수록 효과가 큰 것은 물론이지만 주변회로가 복잡하게 된다. 임계값 전압 불안정의 억압효과도 주변회로의 복잡성의 균형으로 메모리 블록의 크기를 결정하면 된다.The effect of the present invention is shown in FIG. The vertical axis represents the instability of the threshold voltage in the device after erasing, and the horizontal axis represents the number of memory elements in one memory block. In this example, eight sets of memory arrays M-ARRAY exist in the apparatus, and the write and read operations are performed in units of 8 bits. The smaller the memory element in the memory block, the greater the effect, but the more complicated the peripheral circuitry. The suppression effect of threshold voltage instability can also be determined by balancing the complexity of the peripheral circuitry to determine the size of the memory block.

본 실시예서만 소거전의 리드를 메모리 블록내의 모든 기억소자에 대해서 실행하는 경우를 기술했지만, 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니다. 8조의 리드/라이트 단위로 구성되어 있는 경우에는 모든 리드/라이트 단위내에서 임계값 전압이 높은 메모리셀이 검출된 시점에서 리드를 중단하여 소거동작으로 이행해도 된다. 이것에 의해 소거전의 리드 시간을 단축할 수 있다.Although only the present embodiment has described the case where the read before erasing is performed for all the memory elements in the memory block, the present invention is not limited to this. In the case of the eight sets of read / write units, the read may be stopped when the memory cell having a high threshold voltage is detected in all the read / write units, and the operation may be performed. This can shorten the read time before erasing.

본 실시예에서는 라이트/소거를 외부로부터의 고전압 Vpp를 사용해서 실행하는 경우를 대상으로 했지만 본 발명은 이것에 한정된 것은 아니다. 라이트/소거시에 흐른 전류가 작으면 장치 내부에서 Vcc에서 바라는 고전압을 발생시켜 이것을 라이트/소거에 사용해도 된다. 또, 이 내부 승압전원을 외부 고전압 Vpp와 병용해도 상관없다.In the present embodiment, the write / erase is performed using the high voltage Vpp from the outside, but the present invention is not limited thereto. If the current flowing during write / erase is small, the device may generate the high voltage desired by Vcc inside the device and use it for write / erase. Moreover, you may use this internal boosting power supply together with external high voltage Vpp.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정된 것이 아님은 물론이다. 통상의 라이트/리드등의 제어를 실행하는 회로 부분이나 소거를 제어하는 회로 부분의 구성은 상기 원리를 실험하는 것이라면 어떠한 것이라도 상관없다.In addition, of course, this invention is not limited to the said Example. The configuration of the circuit portion for controlling the normal write / read or the like or the circuit portion for controlling the erasure may be any of the above experiments.

본 발명의 다른 실시예를 제37도 내지 제39도에 따라 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 37 to 39.

제37도는 본 실시예에 의한 불휘발성 기억장치의 내부 블록도로서, 상기 실시예의 제29도에 해당하는 것이다. 여기서 메모리셀로서는 소거시에 게이트에 부의 전압을 인가하고 소스에 정의 정압(여기서는 외부 전원인 Vcc)을 인가하여 게이트와 소스 사이의 고전계에 의해 부유 게이트 중의 전자를 소스로 추출하는 방식의 메모리를 사용하고 있다.37 is an internal block diagram of the nonvolatile memory device according to the present embodiment, which corresponds to FIG. 29 of the embodiment. The memory cell is a memory of a method in which a negative voltage is applied to a gate during erasing and a positive positive voltage (in this case, an external power supply, Vcc) is applied to a source to extract electrons in the floating gate as a source by a high field between the gate and the source. I use it.

이 소거동작을 제외하면 본 실시예는 상기 제29도의 실시예와 본질적인 동작상의 차는 없으므로 상기 실시예와의 차이점만을 기술한다.Except for this erasing operation, this embodiment describes only the difference from the above embodiment since there is no substantial difference in operation from the embodiment of FIG.

트랜지스터 Q12∼Q15는 디플레션형의 PMOSFET로서, 소거시에 워드선에 걸리는 부의 전압이 디코더회로에 인가되는 것을 방지하는 역할을 하고 있다. 동시에 리드/라이트 동작시에는 이 트랜지스터에서의 전압 하강, 속도저하를 방지하기 위해 디플레션형으로 하고 있다.The transistors Q12 to Q15 are deflation type PMOSFETs and serve to prevent the negative voltage applied to the word line during erasing from being applied to the decoder circuit. At the same time, the read / write operation is made deflation type in order to prevent the voltage drop and the speed drop in the transistor.

소거전압 인가회로 ED1, ED2는 제38도에 도시한 바와 같이 최종단을 제외하면 제34도와 동일하고, 제34도에서는 공통 소스선 CS1에 Vpp를 인가하도록 하고 있었지만 이 경우에는 Vcc를 인가한다.The erase voltage application circuits ED1 and ED2 are the same as in FIG. 34 except for the final stage as shown in FIG. 38. In FIG. 34, Vpp is applied to the common source line CS1. In this case, Vcc is applied.

제39도는 부전압 인가회로 NEG의 회로를 도시하고 있다. 소위 차지펌프 회로이다. 소거신호

Figure kpo00026
가 저레벨로 되면 지연회로 D3에서 결정된 시간이 경과한 후 신호
Figure kpo00027
가 저레벨로 되고, 디코더분리신호 SET가 고레벨로 된다. 이것에 의해 행 디코더회로 XDCR은 워드선에서 전기적으로 분리된다. 다음에 발진기 OSC2가 발진을 개시하여 상보적 펄스신호 PU1가 Pu2가 발생하고, 이것에 의해 차지펌프의 원리에 따라 부전압 Vppn이 발생한다. 이것을 또 펄스 PU1을 사용해서 마찬가지로 차지펌프의 원리에 따라 워드선에 부전압을 인가한다. 소거신호
Figure kpo00028
가 고레벨로 되면 펄스 PU1과 PU2는 정지되지만 신호
Figure kpo00029
가 고레벨로 되기까지의 기간 부전압 리세트신호 PRST와 ERST가 부전위의 정점을 0V 내지 정의 전압으로 하여 소거를 정지한다.39 shows a circuit of the negative voltage application circuit NEG. So-called charge pump circuit. Cancel signal
Figure kpo00026
Becomes low level, the signal after the time determined by delay circuit D3 has elapsed.
Figure kpo00027
Becomes low level, and decoder separation signal SET becomes high level. As a result, the row decoder circuit XDCR is electrically separated from the word line. The oscillator OSC2 starts oscillation, and the complementary pulse signal PU1 generates Pu2, which generates a negative voltage Vppn according to the principle of the charge pump. Again, the pulse PU1 is used to apply a negative voltage to the word line in accordance with the principle of the charge pump. Cancel signal
Figure kpo00028
Becomes high level, pulses PU1 and PU2 stop but signal
Figure kpo00029
Period until the high level is reached The negative voltage reset signals PRST and ERST stop erasing by setting the peak of the negative potential to 0 V or a positive voltage.

본 실시예에서의 소거모드 중의 동작은 상기 제29도의 실시예인 경우와 마찬가지로 실행된다. 제29도의 실시예에서는 소스에 고전압을 인가해서 소거하고 있던 것이 소스에 Vcc를, 게이트에 부전압을 인가하는 점이 다르다.The operation in the erase mode in this embodiment is executed as in the case of the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 29, the high voltage is applied to the source to erase the Vcc and the negative voltage to the gate.

본 발명의 다른 실시예를 제40도 내지 제42도에 따라 설명한다.Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 40 to 42.

제40도는 본 실시예에 의한 불휘발성 기억장치의 내부 블록도로서, 상기 실시예의 제29도, 제37도에 해당하는 것이다. 여기서 메모리셀로서는 상기 제37도 내재 제39도의 실시예와 마찬가지로 소거시 게이트에 부전압을 인가하고, 소스에 정의 전압(여기서는 외부 전원인 Vcc)을 인가하여 게이트와 소스 사이의 고전계에 의해 부유 게이트 중의 전자를 소스로 추출하는 방식의 메모리를 사용하고 있다.40 is an internal block diagram of the nonvolatile memory device according to the present embodiment, which corresponds to FIGS. 29 and 37 of the embodiment. Here, as the memory cell of FIG. 37, the intrinsic 39 of FIG. 37, a negative voltage is applied to the gate during erasing, and a positive voltage (here, Vcc, which is an external power source) is applied to the source to float by a high electric field between the gate and the source. A memory is used to extract electrons in the gate as a source.

제37도 내지 제39도의 실시예와 본질적인 동작상의 차는 없지만 메모리 블록이 소스 뿐만 아니라 소스와 워드선에 의해 결정되고 있는 점이 다르다. 이하 상기 제29도 내재 제39도의 실시예와의 차이점만을 기술한다.Although there is no substantial difference in operation from the embodiment of Figs. 37 to 39, the memory block is determined not only by the source but also by the source and the word line. Hereinafter, only the differences from the embodiment of FIG. 29 and the intrinsic FIG. 39 will be described.

제41도는 부전압 인가회로 NEG의 회로를 도시한 것으로서, 제39도와는 메모리 블록을 선택하기 위한 디코드 기능이 내장되어 있는 점이 다르다.FIG. 41 shows a circuit of the negative voltage application circuit NEG, which differs from FIG. 39 in that a decode function for selecting a memory block is incorporated.

또, 어드레스 버퍼회로는 제42도에 도시한 바와 같이 외부입력 A1, A3의 블록의 선택에 사용되는 점이 다르다. 또, 워드 방향의 메모리 블록의 선택, 즉 메모리블럭 MB1과 MB3, MB2와 MB4의 선택을 실행하기 위해서 어드레스 버퍼 ADB 중 A0 입력부, 행디코더 XDCR은 소거전압 인가시에도 메모리 블록의 선택이 실행되도록 되어 있다. 즉, a0,

Figure kpo00030
모두 저레벨로 되고, A1 어드레스 입력에 따라 결정되는 2개의 위드 출력 W11과 W12, 또는 W13과 W14가 고레벨로 된다. 이 출력 W11∼W14는 부전압 인가회로 NEG에 공급된다. 그러나 트랜지스터 Q12∼Q!15의 작용에 의해 소거시에는 디코더 회로의 출력에 워드선 W1∼W4에는 인가되지 않는다.The address buffer circuit differs in that it is used for selecting blocks of the external inputs A1 and A3 as shown in FIG. In addition, in order to perform the selection of the memory block in the word direction, that is, the selection of the memory blocks MB1 and MB3, MB2 and MB4, the A0 input unit and the row decoder XDCR in the address buffer ADB are selected to perform the memory block even when the erase voltage is applied. have. That is, a0,
Figure kpo00030
Both are at the low level, and the two withdrawal outputs W11 and W12 or W13 and W14 determined according to the A1 address input are at the high level. These outputs W11 to W14 are supplied to the negative voltage application circuit NEG. However, due to the action of the transistors Q12 to Q! 15, it is not applied to the word lines W1 to W4 to the output of the decoder circuit during erasing.

본 실시예에서의 소거모드 중의 동작은 상기 제37도 내지 제39도의 실시예의 경우와 같이 실행된다. 단, 상기 제37도의 실시예에 대해서 제33도 중의 2진 카운터 BC가 일단 필요없게 된다.The operation in the erase mode in this embodiment is executed as in the case of the embodiment of Figs. However, for the embodiment of FIG. 37, the binary counter BC in FIG. 33 is not necessary once.

본 명세서에 개시되어 있는 대표적인 발명은 다음에 열거한다.Representative inventions disclosed herein are listed below.

(1) 부유 게이트와 제어 게이트로 되는 2층 게이트 구조의 MOSFET에 의해서 구성된 전기적 소거형의 불휘발성 메모리셀을 마련한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 상기 MOSFET의 제어 게이트에 부의 전압을 인가하기 위한 부전압 발생회로와 상기 MOSFET의 드레인 전극에 저전압을 인가하기 위한 저전압 발생회로를 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(1) A nonvolatile semiconductor memory device comprising an electrically erasable nonvolatile memory cell composed of a MOSFET having a two-layer gate structure including a floating gate and a control gate, wherein a negative voltage is applied to apply a negative voltage to a control gate of the MOSFET. A nonvolatile semiconductor memory device comprising a generation circuit and a low voltage generation circuit for applying a low voltage to the drain electrode of the MOSFET.

(2) 반도체 기판 표면에 마련된 막 두께가 실질적으로 일정한 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 마련된 부유 게이트 전극, 상기 부유 게이트 전극 위에 층간 절연막을 거쳐서 형성된 제어 게이트 전극, 반도체 기판내에 서로 분리해서 마련되며, 또한 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 부유 게이트 전극과 중첩 부분을 갖는 소스 영역과 드레인 영역 및 상기 소스 영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 마련한 MOSFET의 1소자를 메모리셀로 하고, 이 메모리 소자를 여러 개의 매트릭스형으로 배치한 메모리 어레이를 마련한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 상기 부유 게이트 전극에 유지된 전하를 외부로 제거하는 전기적 소거동작을 실행일 때 적어도 상기 소거동작의 대상으로 되는 메모리셀의 소스 영역 또는 드레인 영역 중 어느 한쪽이 이 영역을 반도체 기판에 대해서 역 바이어스하는 극성의 제1의 전압을 인가하는 수단, 상기 메모리셀의 제어 게이트 전극에 상기 제1의 전압과는 극성이 다른 제2의 전압을 인가하는 수단 및 상기 제2의 전압을 공급하는 전압변환회로를 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(2) a gate insulating film having a substantially constant film thickness provided on the surface of the semiconductor substrate, a floating gate electrode provided on the gate insulating film, a control gate electrode formed on the floating gate electrode via an interlayer insulating film, and provided separately from each other in the semiconductor substrate, The memory cell includes one element of a MOSFET having a source region and a drain region having an overlapping portion with the floating gate electrode, and a channel region between the source region and the drain region with the gate insulating layer interposed therebetween. A nonvolatile semiconductor memory device having a memory array arranged in a matrix form, the nonvolatile semiconductor memory device comprising: at least a source region of a memory cell to be subjected to at least one erase operation when an electrical erase operation for removing charges held in the floating gate electrode to the outside is performed; Either one of the drain regions Means for applying a first voltage having a polarity reversely biasing the semiconductor substrate, a means for applying a second voltage having a polarity different from the first voltage to the control gate electrode of the memory cell, and the second A nonvolatile semiconductor memory device characterized by providing a voltage conversion circuit for supplying a voltage of.

(3) 반도체 기판 표면에 마련된 막 두께가 실질적으로 일정한 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 마련된 부유 게이트 전극, 상기 부유 게이트 전극 위에 층간 절연막을 거쳐서 형성된 제어 게이트 전극, 반도체 기판 내에 서로 분리해서 마련되며, 또한 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 부유 게이트 전극가 중첩부분을 갖는 소스영역과 레인영역 및 상기 소스영역과 드레인 영역 사이의 채널 영역을 마련한 MISFET의 1소자를 메모리셀로 하고, 이 메모리 소자를 여러 개 매트릭스형으로 배치한 메모리 어레이를 마련한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 상기 부유 게이트 전극에 유지된 전하를 외부로 제거하는 전기적 소거동작을 실행할 때 적어도 상기 소거 동작의 대상으로 하는 메모리셀의 소스영역 또는 드레인 영역 중 어느 한쪽에 이 영역을 반도체 기판에 대해서 역 바이어스 하는 극성의 제1의 전압을 인가하는 수단과 상기 메모리셀의 제어 게이트 전극에 상기 제1의 전압과는극성이 다른 제2의 전압을 인가하는 수단을 마련하고, 상기 메모리 어레이내의 제어 게이트 전극이 전기적으로 공통 접속된 메모리셀은 동시에 전기적 소거동작을 실행하는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(3) a gate insulating film having a substantially constant film thickness provided on the surface of the semiconductor substrate, a floating gate electrode provided on the gate insulating film, a control gate electrode formed on the floating gate electrode via an interlayer insulating film, and provided separately from each other in the semiconductor substrate, The memory cell includes one element of a MISFET having a source region, a lane region, and a channel region between the source region and the drain region having the overlapping portion of the floating gate electrode with the gate insulating layer interposed therebetween. A nonvolatile semiconductor memory device having a memory array arranged in a form, wherein at least a source region or a drain region of a memory cell to be subjected to the erase operation when an electrical erase operation for removing charges held in the floating gate electrode to the outside is performed. Either of these areas Means for applying a first voltage having a reverse polarity with respect to the semiconductor substrate and a second voltage having a polarity different from that of the first voltage to a control gate electrode of the memory cell; A memory cell in which the control gate electrodes in the array are electrically connected in common is a nonvolatile semiconductor memory device characterized in that it performs an electrical erase operation at the same time.

(4) 상기 (3)에 있어서, 상기 전기적 소거동작을 실행할 때, 상기 메모리 어레이를 분할하고, 그 각각의 분할단위 내에서는 메모리셀군의 제어 게이트 전극을 공통화하여 그것에 상기 제2의 전압을 인가하는 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(4) In the above (3), when the electrical erase operation is executed, the memory array is divided, and in each division unit, the control gate electrode of the memory cell group is shared to apply the second voltage thereto. A nonvolatile semiconductor memory device comprising means.

(5) 반도체 기판 표면에 마련된 막 두께가 실질적으로 일정한 게이트 절연막, 상기 게이트 절연막 위에 마련된 부유 게이트 전극, 상기 부유 게이트 전극 위에 층간 절연막을 거쳐서 형성된 제어 게이트 전극, 반도체 기판 내에 서로 분리하여 마련되며, 또한 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 부유 게이트 전극과 중첩부분을 갖는 소스 영역과 드레인 영역 및 상기 소스영역 또 사이의 채녈 영역을 마련한 MISFET의 1소자를 메모리셀로 하고, 이 메모리 소자를 여러 개 매트릭스형으로 배치한 메모리 어레이를 마련한 불휘발성 반도체 기억장치로서, 상기 부유 게이트 전극에 유지된 전하를 외부로 제거하는 전기적 소거동작을 실행할 때 적어도 상기 소거동작의 대상으로 되는 메모리셀의 소스 영역 또는 드레이영역 중 어느 한쪽에 이 영역을 반도체 기판에 대해서 역바이어스 하는 극성의 제1의 전압을 인가하는 수단과 상기 메모리셀의 제어 게이트 전극에 상기 제1의 전압과는 극성이 다른 제2의 전압을 인가하는 수단을 마련하며, 또한 상기 메모리 어레이의 동일한 열에 배치된 메모리셀군의 소스 영역 또는 드레인 영역 중 어느 한쪽을 전기적으로 공통화하는 데이터선군 및 동일한 행에 배치된 메모리셀군의 제어 게이트 전극을 전기적으로 공통화하는 워드선군 중에서 각각 적어도 1개의 데이터선 및 워드선을 선택하고, 그들에 상기 제1의 전압 및 제2의 전압을 인가하는 수단을 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(5) a gate insulating film having a substantially constant film thickness provided on the surface of the semiconductor substrate, a floating gate electrode provided on the gate insulating film, a control gate electrode formed on the floating gate electrode via an interlayer insulating film, and provided separately from each other in the semiconductor substrate, and The memory cell includes one element of a MISFET having a source region and a drain region having an overlapping portion with the floating gate electrode interposed therebetween with the gate insulating film interposed therebetween, and a channel region therebetween. A nonvolatile semiconductor memory device having a memory array disposed thereon, wherein at least one of a source region or a drain region of a memory cell which is an object of the erase operation when performing an electrical erase operation for externally removing charges held in the floating gate electrode. The semiconductor on either side Means for applying a first voltage of reverse polarity to the plate and a second voltage having a polarity different from the first voltage to the control gate electrode of the memory cell; At least one data line each from among a data line group electrically commoning one of a source region or a drain region of a memory cell group arranged in the same column of the array and a word line group electrically commoning a control gate electrode of the memory cell group arranged in the same row And means for selecting a word line and applying the first voltage and the second voltage to them.

(6) 상기 (3), (4) 또는 (5)에 있어서, 상기 제2의 전압을 공급하는 전압변환회로를 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(6) The nonvolatile semiconductor memory device according to (3), (4) or (5), wherein a voltage conversion circuit for supplying the second voltage is provided.

(7) 상기 (2), (3), (4), (5) 또는 (6)에 있어서, 상기 소스 영역과 드레인 영역 중 상기 제1의 전압을 인가하는 영역과 반도체 기판 사이의 접합 내압이 다른 영역과 반도체 기판 사이의 접합 내압보다 높은 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(7) In the above (2), (3), (4), (5) or (6), the junction breakdown voltage between the semiconductor substrate and the region to which the first voltage is applied is applied among the source region and the drain region. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by being higher than the breakdown voltage between another region and a semiconductor substrate.

(8) 상기 (2), (3), (4), (5) 또는 (6)에 있어서, 상기 제1의 전압을 인가하는 영역이 1종류의 불순물로 되는 확산층에 의해서 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(8) The said (2), (3), (4), (5) or (6) WHEREIN: The area | region where the said 1st voltage is applied is formed by the diffusion layer which becomes one kind of impurity, It is characterized by the above-mentioned. It is a nonvolatile semiconductor memory device.

(9) 상기 (8)에 있어서, 상기 1종류의 불순물이 비소인 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(9) The nonvolatile semiconductor memory device according to (8), wherein the one kind of impurity is arsenic.

(10) 1개 이상의 전기적으로 소거 가능하게 된 불휘발성 기억소자로 되는 메모리셀을 갖고 이루어지는 메모리 블록이 여러개 매트릭스로 배치되어서 형성되는 메모리 어레이, 각 메모리 블록마다 전기적 소거를 실행하는 수단 및 외부에서의 소거 동작의 지시에 따라서 1개의 이상의 메모리 블록의 동시 소거동작을 실행하기 전에 대응하는 각 메모리 블록내의 메모리셀의 리드 동작을 실행하고, 그 리드 정보에 따라 이 메모리 블록의 소거동작의 계속, 정지의 제어를 실행하는 소거 제어 회로를 마련한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(10) A memory array formed by arranging memory blocks having memory cells of at least one electrically erasable nonvolatile memory device in a matrix, means for performing electrical erasure for each memory block, and externally According to the instruction of the erase operation, before the simultaneous erase operation of one or more memory blocks is executed, the read operation of the memory cells in the corresponding memory blocks is executed, and the erase operation of the memory block is continued or stopped according to the read information. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by providing an erase control circuit for executing control.

(11) 상기 (10)에 있어서, 상기 메모리셀은 부유 게이트와 제어 게이트의 2층 게이트 구조를 갖는 MOSFET로서, 부유 게이트에 축적된 정보전하를 터널현상을 이용해서 소스, 드레인 또는 웰로 추출하는 것에 의해서 전기적 소거가 실행되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치.(11) The memory cell according to (10), wherein the memory cell is a MOSFET having a two-layer gate structure of floating gate and control gate, and extracts information charge accumulated in the floating gate into a source, a drain, or a well using a tunnel phenomenon. Nonvolatile semiconductor storage device, characterized in that electrical erasing is performed.

(12) 상기 (10)에 있어서, 상기 메모리셀은 부유게이트와 제어 게이트의 2층 게이트 구조를 갖는 MOSFET로서, 이 메모리 블록내에서의 소스 또는 드레인이 공통화되어 있으며, 게이트를 접지전위로 하고, 공통화된 소스 또는 드레인에 전압을 인가하여 부유 게이트에 축적된 정보 전하를 터널 현상을 이용해서 소스, 드레인 또는 웰로 추출하는 것에 의해 전기적 소거가 실행되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(12) The memory cell according to (10), wherein the memory cell has a two-layer gate structure of floating gate and control gate, and a source or a drain is common in this memory block, and the gate is made a ground potential. A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that electrical erasing is performed by applying a voltage to a common source or drain and extracting information charge accumulated in the floating gate into a source, a drain, or a well using a tunnel phenomenon.

(13) 상기 (10)에 있어서, 상기 메모리셀은 부유 게이트와 제어 게이트의 2층 게이트 구조를 갖는 MOSFET로서, 이 메모리 블록 내에서는 소스 또는 드레인이 공통화되어 있으며, 게이트에 부의 전압을 인가하고, 공통화된 소스 또는 드레인에 전압을 인가하여 부유 게이트에 축적된 정보전하를 터널현상을 이용해서 소스, 드레인 또는 웰로 추출하는 것에 의해서 전기적 소거가 실행되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(13) In (10), the memory cell is a MOSFET having a double-layer gate structure of floating gate and control gate, in which a source or a drain is common, and a negative voltage is applied to the gate. A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that electrical erasing is performed by applying a voltage to a common source or drain and extracting information charges accumulated in the floating gate into a source, a drain, or a well using a tunnel phenomenon.

(14) 상기 (10)에 있어서, 상기 메모리셀은 부유 게이트와 제어 게이트의 2층 게이트 구조를 갖는 MOSFET로서, 이 메모리 블록 내에서는 소스 또는 드레인이 공통화되어 있음과 동시에 이 메모리 블록에 속하는 메모리셀의 게이트에 접속되는 워드선에만 부의 전압을 인가하는 수단을 갖고, 이 워드선에 부의 전압을 인가하고, 공통화된 소스, 드레인에 전압을 인가하여 부유 게이트에 축적된 정보전하를 터널현상을 이용해서 소스, 드레인 또는 웰로 추출하는 것에 의해서 전기적 소거가 실행되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(14) The memory cell according to (10), wherein the memory cell is a MOSFET having a two-layer gate structure of floating gate and control gate, in which a source or a drain is common and a memory cell belonging to this memory block. Means for applying a negative voltage only to a word line connected to a gate of the gate, applying a negative voltage to the word line, applying a voltage to a common source and drain, and using the tunnel phenomenon to store information charges accumulated in the floating gate. A nonvolatile semiconductor memory device characterized in that electrical erasing is performed by extraction into a source, a drain, or a well.

(15) 상기 (10), (11), (12), (13) 또는 (14)에 있어서, 상기 소거 제어회로는 메모리셀을 선택하기 위한 어드레스 발생회로를 포함한 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(15) The nonvolatile semiconductor memory according to (10), (11), (12), (13) or (14), wherein the erase control circuit includes an address generating circuit for selecting a memory cell. Device.

(16) 상기 (10)∼(14) 또는 (15)에 있어서, 상기 소거의 계속, 정지의 제어를 위한 메모리셀의 리드 동작은 제어게이트에 전달되는 워드선의 선택전위, 센스앰프의 급전전압을 비교적 낮은 전위로 설정해서 실행되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 기억장치이다.(16) The above-mentioned (10) to (14) or (15), wherein the read operation of the memory cell for controlling the continuation and stop of the erase is performed by selecting the word line selection potential and the power supply voltage of the sense amplifier transmitted to the control gate. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by being set at a relatively low potential.

본 출원에서 개시된 발명 중 대표적인 것에 의해 얻을 수 있는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.The effect obtained by the representative of the invention disclosed in this application is briefly described as follows.

즉, 부유 게이트와 제어 게이트로 되는 2층 게이트 구조의 MOSFET에 의해서 구성된 메모리셀을 반도체 기판에 마련하는 반도체 집적회로 장치로서, 상기 반도체 기판에 상기 부유 게이트에서의 전하의 방출시 상기 제어 게이트에 부의 전압을 인가하기 위한 부전압 발생회로를 형성하며, 또한 상기 부유 게이트에서의 전하의 방출시 상기 MOSFET의 드레인 전극에 저전압을 인가하기 위한 저전압 발생회로를 형성하는 것에 의해 부유 게이트에서의 전자의 방출시 제어 게이트에 인가하는 전압의 전위가 종래의 GND 전위보다 하강하게 된다. 따라서, 제어 게이트에 인가하는 전압의 전위가 하강한만틈 드레인전극에 인가하는 전압의 전위가 종래보다 하강해도 부유 게이트와 드레인 전극 사이에는 전자의 방출에 필요한 전위차를 확보할 수가 있다. 즉, 부유 게이트에서의 전자의 방출시 드레인 전극에 인가하는 전압을 종래보다 하강하게 할 수가 있으므로 반도체집적회로 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.That is, a semiconductor integrated circuit device for providing a memory cell constituted by a MOSFET having a two-layer gate structure, which is a floating gate and a control gate, on a semiconductor substrate. Forming a negative voltage generating circuit for applying a voltage, and forming a low voltage generating circuit for applying a low voltage to the drain electrode of the MOSFET at the time of discharge of charge at the floating gate. The potential of the voltage applied to the control gate is lower than the conventional GND potential. Therefore, even when the potential of the voltage applied to the control gate is lowered than before, the potential difference required for the emission of electrons can be ensured between the floating gate and the drain electrode. That is, since the voltage applied to the drain electrode when the electrons are emitted from the floating gate can be lowered than before, the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

또, 드레인 전극에 인가하는 전압을 종래보다 하강하게 할 수 있으므로, 메모리셀을 고내압 구조로 할 필요가 없게 된다. 이 때문에 메모리셀을 미세화할 수 있어 반도체 집적회로 장치를 소형화할 수 있게 된다.In addition, since the voltage applied to the drain electrode can be lowered than before, the memory cell does not need to have a high withstand voltage structure. As a result, the memory cell can be miniaturized and the semiconductor integrated circuit device can be miniaturized.

또한, Vcc 단위 전원에 의한 전기적 소거가 가능하며, 또한 리라이트 신뢰성과 집적도가 우수한 불휘발성 반도체 기억장치를 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.In addition, an effect can be obtained that a nonvolatile semiconductor memory device capable of electrical erasing by a Vcc unit power supply and having excellent rewrite reliability and integration degree can be realized.

그리고. 소거동작시의 소비전류가 작으며, 또한 신뢰성이 우수하고, 전기적 리라이트가 가능한 불휘발성 메모리셀을 실현할 수가 있다.And. It is possible to realize a nonvolatile memory cell which has a small current consumption during the erasing operation, excellent reliability, and which can be electrically rewritten.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.As mentioned above, although the invention made by this inventor was demonstrated concretely according to the said Example, this invention is not limited to the said Example, Of course, a various change is possible in the range which does not deviate from the summary.

Claims (15)

정보를 임계값전압의 값으로써, 기억하는 여러 개의 메모리셀을 포함하고, 상기 여러 개의 메모리셀의 각각은 각각 반도체 기판 내에 형성된 제1반도체 영역 및 제2반도체 영역, 상기 제1반도체 영역 및 상기 제2반도체 영역 사이의 적어도 채널 형성영역을 덮는 제1절연막, 상기 제1절연막상에 형성되어 상기 제1반도체 영역 및 상기 제2반도체 영역상으로 연장하는 부유 게이트, 상기 부유 게이트 전극상에 형성된 제2절 연막 및 상기 제2절연막상에 형성됨과 동시에 여러 개의 워드선의 1개에 결합되는 제어게이트를 갖고, 상기 여러 개의 메모리셀의 각각은 제어 게이트로의 부전압의 인가에 응답해서 그 임계값 전압이 제1값에서 제2값으로 변화하는 불휘발성 기억장치.And a plurality of memory cells for storing information as values of threshold voltages, each of the plurality of memory cells each having a first semiconductor region and a second semiconductor region, the first semiconductor region, and the first semiconductor region formed in a semiconductor substrate. A first insulating film covering at least a channel forming region between the two semiconductor regions, a floating gate formed on the first insulating film and extending onto the first semiconductor region and the second semiconductor region, and a second formed on the floating gate electrode And a control gate formed on the insulating film and the second insulating film and coupled to one of a plurality of word lines, each of the plurality of memory cells having a threshold voltage in response to the application of a negative voltage to the control gate. A nonvolatile memory device which changes from a first value to a second value. 제1항에 있어서, 상기 부전압의 발생하는 부전압발생회로를 포함하는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device according to claim 1, further comprising a negative voltage generating circuit for generating the negative voltage. 제2항에 있어서, 상기 부전압의 인가에 응답해서 상기 부유 게이트 중의 전자가 상기 제1절연막을 거치는 터널 효과에 의해서 상기 부유 게이트에서 방출되는 것에 의해 상기 여러 개의 메모리셀의 각각의 임계값 전압이 변화시켜지는 불휘발성 기억장치.The threshold voltage of each of the plurality of memory cells is reduced by electrons in the floating gate being emitted from the floating gate by a tunnel effect passing through the first insulating layer in response to the application of the negative voltage. Nonvolatile memory changed. 제3항에 있어서, 상기 부전압 발생회로는 정전압의 외부공급 전압에서 상기 부전압을 발생하는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device of claim 3, wherein the negative voltage generation circuit generates the negative voltage at an external supply voltage of a constant voltage. 제4항에 있어서, 메모리셀의 상기 제2값은 디프레션 상태가 아닌 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device according to claim 4, wherein the second value of the memory cell is not in a depression state. 제1항에 있어서, 상기 여러 개의 메모리셀은 여러 개의 블록으로 분할되고, 각각의 블록은 적어도 1개의 워드선과 여러 개의 데이터선을 또 포함하는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device of claim 1, wherein the plurality of memory cells are divided into a plurality of blocks, and each block further includes at least one word line and a plurality of data lines. 제6항에 있어서, 상기 부전압의 인가에 응답해서 상기 부유 게이트 중의 전자가 상기 제1절연막을 거치는 터널효과에 의해서 상기 부유 게이트에서 방출되는 것에 의해 상기 여러 개의 메모리셀의 각각의 임계값 전압이 변화시켜지는 불휘발성 기억장치.The threshold voltage of each of the plurality of memory cells is reduced by electrons in the floating gate being emitted from the floating gate by a tunnel effect passing through the first insulating layer in response to the application of the negative voltage. Nonvolatile memory changed. 제7항에 있어서, 상기 부전압 발생회로는 정전압의 외부공급전압에서 상기 부전압을 발생하는 불휘발성 기억장치.8. The nonvolatile memory device according to claim 7, wherein the negative voltage generation circuit generates the negative voltage at an external supply voltage of a constant voltage. 제8항에 있어서, 상기 제2값은 디플레션 상태가 아닌 불휘발성 기억장치.10. The nonvolatile memory as in claim 8, wherein the second value is not in a deflation state. 정보를 임계값 전압의 값으로써 기억하는 여러 개의 메모리셀을 포함하는 여러 개의 블록, 상기 여러 개의 블록, 상기 여러 개의 메모리 블럭내의 메모리셀을 엑세스하기 위한 액세스 유닛, 전압인가회로 및 검증유닛을 구비하고, 상기 여러 개의 메모리 블록의 각각은 적어도 1개의 워드선과 여러 개의 데이터선을 또 포함하고, 상기 여러 개의 메모리셀의 각각은 반도체 기판 내에 형성된 제1반도체 영역 및 상기 여러개의 데이터선의 1개에 결합되는 제2반도체 영역, 상기 제1반도체 영역 및 상기 제2반도체영역 사이의 적어도 채널형성영역을 덮는 제1절연막, 상기 제1절연막상에 형성되어 상기 제1반도체영역 및 상기 제2반도체 영역상으로 연장하는 부유 게이트, 상기 부유 게이트상에 형성된 제2절연막 및 상기 제2절연막 상에 형성됨과 동시에 상기 적어도 1개의 워드선에 결합되는 제어 게이트를 갖고, 상기 여러 개의 메모리셀의 각각은 제어 게이트에 소정의 전압을 인가하는 임계값 전압 변화동작에 의해 그 임계값 전압이 제1값에서 제2값으로 변화하고, 상기 엑세스 유닛은 상기 여러 개의 블록 중 적어도 1개의 블록을 선택하는 선택부 및 상기 여러 개의 블록 중 적어도 1개의 블록의 상기 적어도 1개의 워드선을 포함하는 그룹과 상기 여러 개의 데이터선을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 한 쪽의 그룹의 선을 순차로 선택하기 위한 카운터를 포함하고, 상기 전압인가회로는 상기 임계값 전압변화 동작에 있어서 상기 적어도 1개의 블록 내의 적어도 1개의 메모리셀의 임계값을 변화시키도록 상기 선택부에 의해서 선택된 상기 적어도 1개의 블록내의 적어도 1개의 워드선에 결합되는 적어도 1개의 메모리셀에 상기 소정의 전압을 인가하고, 상기 선택부에 의해서 선택된 상기 적어도 1개의 블록내에 포함되는 여러 개의 메모리셀에 대해서 상기 임계값전압 변화동작이 실행된 후 상기 검증유닛은 상기 선택부에 의해서 선택된 상기 적어도 1개의 블록내에 포함되는 상기 임계값전압 변화동작 후의 상기 여러 개의 메모리셀의 임계값을 확인하고, 상기 임계값 전압 변화동작 후, 상기 적어도 1개의 블록내의 적어도 1개의 메모리셀의 임계값 전압은 제2값의 허용최고값도다 높은 것이 상기 검증유닛의 확인결과에 의해서 표시되는 경우에 해당블럭에 대한 상기 확인결과에 선택적으로 응답해서 상기 선택부에 의해서 선택된 상기 적어도 1개의 블록내에 포함하는 여러 개의 메모리셀에 대해서 재차 전압인가회로는 임계값 전압 변화동작을 위한 상기 소정의 전압을 인가하고 상기 적어도 1개의 블록내에 포함되는 여러 개의 메모리셀의 임계값 전압은 제2값의 허용최저값보다 높고 허용최고값보다 낮은 값으로 되는 불휘발성 기억장치.And a plurality of blocks including a plurality of memory cells for storing information as a value of a threshold voltage, the plurality of blocks, an access unit for accessing the memory cells in the plurality of memory blocks, a voltage applying circuit and a verification unit. Each of the plurality of memory blocks further includes at least one word line and several data lines, each of the plurality of memory cells being coupled to one of the plurality of data lines and a first semiconductor region formed in a semiconductor substrate. A first insulating film covering at least a channel forming region between the second semiconductor region, the first semiconductor region and the second semiconductor region, formed on the first insulating film and extending over the first semiconductor region and the second semiconductor region The floating gate, the second insulating film formed on the floating gate, and the second insulating film; At least one control gate is coupled to one word line, and each of the plurality of memory cells has its threshold voltage changed from a first value to a second value by a threshold voltage change operation of applying a predetermined voltage to the control gate. And the access unit includes a selector for selecting at least one block of the plurality of blocks and a group including the at least one word line of at least one block of the plurality of blocks and the plurality of data lines. And a counter for sequentially selecting at least one group of lines selected from the group, wherein the voltage application circuit is configured to set the threshold value of at least one memory cell in the at least one block in the threshold voltage change operation. At least one coupled to at least one word line in the at least one block selected by the selector to change After applying the predetermined voltage to the memory cell and executing the threshold voltage change operation on a plurality of memory cells included in the at least one block selected by the selecting unit, the verification unit is configured by the selecting unit. Confirm the threshold values of the plurality of memory cells after the threshold voltage change operation included in the selected at least one block, and after the threshold voltage change operation, the threshold values of at least one memory cell in the at least one block The voltage is included in the at least one block selected by the selection unit selectively in response to the verification result for the block when the voltage is higher than the allowable maximum value of the second value, as indicated by the verification result of the verification unit. The voltage application circuit is again used for the threshold voltage change operation for several memory cells. Applying a positive voltage to said at least the non-volatile memory device as the threshold voltage is higher than the allowable minimum value lower than the allowable maximum value of the second value, the value of the number of memory cells included in one block. 제10항에 있어서, 상기 임계값 전압 변화동작에 응답해서 상기 부유 게이트 중의 전자가 제1절연막을 거치는 터널 효과에 의해서 상기 부유 게이트에서 방출되는 것에 의해 상기 여러 개의 메모리셀의 각각의 임계값 전압이 변화시켜지는 불휘발성 기억장치.11. The method of claim 10, wherein in response to the threshold voltage change operation, electrons in the floating gate are discharged from the floating gate by a tunnel effect passing through a first insulating film, whereby each of the threshold voltages of the plurality of memory cells is increased. Nonvolatile memory changed. 제11항에 있어서, 상기 소정의 전압은 상기 외부공급전압보다 큰 절대값을 갖는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device of claim 11, wherein the predetermined voltage has an absolute value greater than the external supply voltage. 제12항에 있어서, 상기 전압인가 회로는 정의 외부공급전압에서 부극성의 상기 소정의 전압을 발생하는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device according to claim 12, wherein the voltage application circuit generates the predetermined voltage of negative polarity at a positive external supply voltage. 제13항에 있어서, 상기 여러 개의 블록의 각각은 1개의 워드선을 포함하는 불휘발성 기억장치.The nonvolatile memory device according to claim 13, wherein each of the plurality of blocks includes one word line. 제14항에 있어서, 메모리셀의 상기 제2값은 디플레션 상태가 아닌 불휘발성 기억장치.15. The nonvolatile memory as in claim 14, wherein the second value of the memory cell is not in a deflation state.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20220005932A1 (en) * 2018-11-13 2022-01-06 Khalifa University of Science and Technology Non-volatile memory systems based on single nanoparticles for compact and high data storage electronic devices

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US20220005932A1 (en) * 2018-11-13 2022-01-06 Khalifa University of Science and Technology Non-volatile memory systems based on single nanoparticles for compact and high data storage electronic devices

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