KR20010006135A - Electrically erasable nonvolatile memory - Google Patents

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KR20010006135A
KR20010006135A KR1019997009213A KR19997009213A KR20010006135A KR 20010006135 A KR20010006135 A KR 20010006135A KR 1019997009213 A KR1019997009213 A KR 1019997009213A KR 19997009213 A KR19997009213 A KR 19997009213A KR 20010006135 A KR20010006135 A KR 20010006135A
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Abstract

고도의 스케일화된 비휘발성 메모리셀은 3 중웰안에 형성된 셀을 포함한다. 제어게이트는 음의 바이어스된다. 소거시, 특별한 전압 영역내의 P-웰 및 드레인(또는 소스)를 양의 바이어스함으로써, 홀 트랩핑으로 인한 열화 및 GIDL 전류가 감소되어, 고도의 스케일화된 기술이 얻어진다.Highly scaled nonvolatile memory cells include cells formed in triple wells. The control gate is negative biased. In erasing, by positively biasing the P-well and drain (or source) in a particular voltage region, degradation and GIDL current due to hole trapping are reduced, resulting in a highly scaled technique.

Description

전기적 소거가능 비휘발성 메모리{ELECTRICALLY ERASABLE NONVOLATILE MEMORY}ELECTRICALLY ERASABLE NONVOLATILE MEMORY

비휘발성 메모리셀은 메모리에 전력이 끊긴후라도 기록된 정보를 유지하는 이점이 있다. 여러가지 다른 형태의 비휘발성 메모리는 소거가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적 소거가능 및 프로그램 가능 판독 전용 메모리 (EEPROM), 및 플래시 EEPROM 메모리를 포함한다. EPROM은 부동게이트 상에 채널 열전자 주입에 의해 전기적으로 프로그램이 가능할 뿐만아니라 노광을 통해 소거가능하다. 전형적인 EEPROM은 광소거가능 대신에 전자터널링에의해 프로그램 및 소거되는 것을 제외하면 동일한 프로그램 기능을 가진다. 따라서, 정보가 이들 메모리에 저장되고, 전력이 꺼졌을 때도 유지되며, 필요한 경우, 적절한 기술을 사용하면, 재프로그램을 위한 소거가 가능하다. 플래시 EEPROM은 소거된 블록이 되어, 전형적으로 보통의 EEPROM보다 더 나은 판독 액세스 시간을 갖게 한다.Nonvolatile memory cells have the advantage of retaining the recorded information even after power is lost to the memory. Various other types of nonvolatile memory include erasable programmable read only memory (EPROM), electrically erasable and programmable read only memory (EEPROM), and flash EEPROM memory. The EPROM is not only electrically programmable by channel hot electron injection on the floating gate, but also erasable through exposure. A typical EEPROM has the same program functionality except that it is programmed and erased by electronic tunneling instead of optically erasable. Thus, the information is stored in these memories, maintained even when the power is turned off, and if necessary, erasing for reprogramming is possible with appropriate techniques. Flash EEPROMs become erased blocks, typically having better read access times than normal EEPROMs.

현재, 플래시 메모리는 상당한 인기를 얻는다. 예를 들면, 플래시 메모리는 빠른 업데이트가 필요한 코드를 저장하기에 바람직한 마이크로컨트롤러, 모뎀 및 스마트(SMART) 카드 등에 온-칩 메모리를 제공하도록 종종 사용된다.At present, flash memory has gained considerable popularity. For example, flash memory is often used to provide on-chip memory to microcontrollers, modems and SMART cards, etc., which are desirable for storing code that requires fast updating.

플래시 메모리 및 EEPROM이 밀접한 관련이 있는 반면, 셀의 크기가 작을수록 더 경제적으로 만들수 있기 때문에, 많은 점에서 플래시 메모리가 바람직하다. 그러나 플래시 메모리 및 EEPROM은 흔히 매우 유사한 셀 속성을 가진다.While flash memory and EEPROM are closely related, flash memory is desirable in many respects because smaller cells make them more economical. However, flash memory and EEPROM often have very similar cell attributes.

비휘발성 메모리가 소거될 때, 한 동작에서 하나 이상의 셀이 소거된다. 제어전극 및 기판이 그라운드되는 동안, 높은 양의 전위가 셀 소스 및/또는 드레인에 인가된다. 결과로, 파울러-노르트하임 터널링에의해 부동게이트 상에 음의 전하가 소스 및/또는 드레인 영역으로 인입된다. 부동게이트 전극, 및 소스 및/또는 드레인 영역사이의 유전체가 매우 얇은 경우에 이 기술이 효과적이다.When the nonvolatile memory is erased, one or more cells are erased in one operation. While the control electrode and the substrate are grounded, a high amount of potential is applied to the cell source and / or drain. As a result, negative charges enter the source and / or drain regions on the floating gate by Fowler-Nordheim tunneling. This technique is effective when the floating gate electrode and the dielectric between the source and / or drain regions are very thin.

산화물에서의 열홀 가둠 및 신뢰성 문제점를 야기하는, 소스 및/또는 드레인 영역과 기판 접합 사이의 역방향 전압 항복현상의 가능성을 만든다는 점을 포함하여 종래의 소거기술에 많은 이점이 발생한다. Chi Chang 등이 쓴, IEEE Electron device Letters, Vol.9, 1988, pp.588-90의 "Drain Avalanche and Hole Trapping Induced Gate Leakage in Thin Oxide MOS Devices". 이것을 극복하기위해, 일부 설계자들은 소위 이중 확산된 접합을 사용하여, 접합 기판 항복전압을 강화해왔다. 그러나, 이중 확산된 접합은, (1) 추가의 셀 크기가 요구되어 전위 셀 밀도를 감소된다는 점,(2) 드레인 누설이 유도된 게이트(GIDL) 전류를 가진다는 점을 포함하는 어느정도의 불리함을 가진다. 다른 전위 해결책은 제어게이트 위에 비교적 높은 음전위를 사용하여 소스에 적은 전압을 인가하는 것이다. Sameer S. Haddad 등의 미특허번호 5077691, "Flash EEPROM Array with Negative Gate Voltage Erase Operation". 이것은 번갈아 소스를 따라 기판 접합으로 필드를 감소시킨다.Many advantages arise with conventional erase techniques, including the possibility of reverse voltage breakdown between the source and / or drain regions and the substrate junction, causing hot hole trapping and reliability problems in the oxide. "Drain Avalanche and Hole Trapping Induced Gate Leakage in Thin Oxide MOS Devices" by IEEE Chang, et al., IEEE Electron device Letters, Vol. 9, 1988, pp. 588-90. To overcome this, some designers have used a so-called double diffused junction to enhance the junction substrate breakdown voltage. However, double diffused junctions have some disadvantages, including (1) additional cell size is required to reduce potential cell density, and (2) drain leakage has induced gate (GIDL) current. Has Another potential solution is to apply a small voltage to the source using a relatively high negative potential above the control gate. US Patent No. 5077691, "Flash EEPROM Array with Negative Gate Voltage Erase Operation" by Sameer S. Haddad et al. This alternately reduces the field with substrate bonding along the source.

그러나, 채널길이가 작을수록, 홀 가둠은 채널길이에 영향을 받는다. 이러한 효과는 "fundamental limitation to the scaling of flash memory cells"에 가능하게 설명된다. Jian Chen 등이 쓴, IEDM 1995-331, 13.6.1-13.6.4 "Short Channel Enhanced Degradation During Discharge of Flash EEPROM Memory Cell". 이 글은 방전이 가해지는 동안, 실리콘-대-실리콘 이산화물 계면을 통하여 밴드-대-밴드 터널링이동으로부터 생성된 홀은 강한 측면전기장에 의해 가속되어, 활발한 열홀이 되도록 하는 충분한 에너지를 얻는다고 설명한다. 이 글은, 음의 게이트 전압이 활발한 열홀을 잡아당겨 표면으로 투하되고, 묶여져서, 계면 상태를 만든다고 설명한다. 채널 길이가 감소함에 따라, 측면 필드는 증가하고 이 효과를 심화시킨다.However, the smaller the channel length, the more hole confinement is affected by the channel length. This effect is possibly explained in "fundamental limitation to the scaling of flash memory cells". IEDM 1995-331, 13.6.1-13.6.4, "Short Channel Enhanced Degradation During Discharge of Flash EEPROM Memory Cell", by Jian Chen et al. This article explains that during discharge, the holes created from band-to-band tunneling movement through the silicon-to-silicon dioxide interface are accelerated by the strong lateral electric field, obtaining sufficient energy to make the active heat holes. This article explains that a negative gate voltage pulls active column holes, drops them to the surface, and binds them to create an interface state. As the channel length decreases, the side field increases and exacerbates this effect.

이글은, 채널길이를 증가시킴으로써 문제를 피할 수 있다고 제안한다. 이 해결책은, 더 작은 크기와 더 작은 비용을 위해 디바이스 스케일이 더욱더 작은 크기로 흐르는 오랜기간의 산업 조류를 거스르는 것이며, 이러한 해결책은 바람직하지 못하다. 소스노드로부터 셀을 방전시키는 동안, 드레인으로 양의 바이어스를 인가한다는 문제에 대한 다른 해결책을 Chen등이 제시한다. 이 글에서 논의된 결과는 어느정도 문제를 향상시킨다고 하였지만, 일부 열화가 남겨져 나타나고, 심지어는 이러한 접근이 사용될 때에도 나타난다.This article suggests that the problem can be avoided by increasing the channel length. This solution is to counter long-term industrial trends where device scale flows into ever smaller sizes for smaller size and smaller cost, which is undesirable. Chen et al. Present another solution to the problem of applying a positive bias to the drain while discharging the cell from the source node. Although the results discussed in this article have improved the problem to some extent, some deterioration remains, even when this approach is used.

P-웰 및 N-웰에 인가된 5V의 전압, 및 제어게이트에 인가되는 큰 음의 전압으로 채널소거를 사용함으로써, 소스영역 근처에 열홀 생성이 감소하여 신뢰성 및 게이트 외란 허용치를 향상시킬수 있다는 것을 또한 제안되고 있다. T. Jinbo 등이 쓴, 1992 IEEE Journal of Solid-state Circuit, Vol27, No.11 November 1992 1547-1554의 "A 5-V-Only 16Mb Flash Memory with Sector Erase Mode"를 볼 것. 이것은, 드레인 소거경우보다 약 1/3이 더 높은 음의 게이트 전압을 요구한다(Haddad 등의 특허 5077691). Hsing-jen Wan 등의, Proc. of IEEE VLSI Technology Symposium (Japan) May 1993, p. 81-2에 있는 "Suppressing Flash EEPROM Erase Leakage with Negative Gate Bias and LDD Erase Junction"을 볼 것.By using channel erasing with a voltage of 5V applied to the P-well and N-well, and a large negative voltage applied to the control gate, it is possible to reduce heat hole generation near the source region, improving reliability and gate disturbance tolerance. It is also proposed. See "A 5-V-Only 16Mb Flash Memory with Sector Erase Mode" by T. Jinbo et al., 1992 IEEE Journal of Solid-state Circuit, Vol27, No.11 November 1992 1547-1554. This requires a negative gate voltage that is about one third higher than in the drain erase case (Haddad et al. 5077691). Hsing-jen Wan et al., Proc. of IEEE VLSI Technology Symposium (Japan) May 1993, p. See “Suppressing Flash EEPROM Erase Leakage with Negative Gate Bias and LDD Erase Junction” on 81-2.

본 발명의 발명자는 이들의 접근은 충분히 만족스러운 접근이 아니며, 효과적이고 스케일화된 소거 메커니즘이 계속적으로 필요하다고 생각한다. 따라서, EEPROM 소거 사이클과 연결하여 음의 제어게이트 전위의 사용으로 많은 이점이 생기지만, 해당 기술에서 다양한 결점이 이들 이점을 추구하지 못하도록 하게 한다.The inventors of the present invention believe that their approach is not sufficiently satisfactory and that there is a continuing need for an effective and scaled erase mechanism. Thus, the use of negative control gate potentials in conjunction with the EEPROM erase cycle yields a number of advantages, but does not allow the various drawbacks in the art to pursue these advantages.

본 발명은 일반적으로 비휘발성 메모리, 특히, 전기적 소거가능 비휘발성 메모리에 관한 것이다.The present invention generally relates to nonvolatile memories, in particular electrically erasable nonvolatile memories.

도 1은 제 1 실시예에 대한 셀 배치의 구조설명도,1 is a structural explanatory diagram of a cell arrangement for the first embodiment;

도 2는 제 2 실시예에 대한 셀 배치의 구조설명도.Fig. 2 is a structural explanatory diagram of the cell arrangement for the second embodiment.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명의 제 1 태양에 의해서, 비휘발성 메모리 셀이 P-타입 영역내에 형성된다. 메모리 셀은, P-타입 영역내에 형성된 소스 및 드레인로서 동작하는 한 쌍의 도핑영역, 및 부동게이트와 제어게이트를 갖는 트랜지스터를 포함한다. 부동 게이트는 부동게이트에서 도핑영역 중의 하나로의 전자 터널링에의해 소거가능하다. P-타입 영역 및 도핑영역 중의 하나는 양의 전위에의해 독립적으로 바이어스된다. 도핑영역 바이어스와 P-타입 영역 전위사이의 차이는 0보다 크고 Vcc보다 작다. 제어 게이트는 음으로 바이어스된다.By the first aspect of the present invention, a nonvolatile memory cell is formed in a P-type region. The memory cell includes a pair of doped regions acting as source and drain formed in the P-type region, and a transistor having a floating gate and a control gate. The floating gate is erasable by electron tunneling from the floating gate to one of the doped regions. One of the P-type region and the doped region is independently biased by positive potential. The difference between the doped region bias and the P-type region potential is greater than zero and less than Vcc. The control gate is negatively biased.

본 발명의 제 2 태양에 의해서, 제어게이트, 부동게이트, 채널, 및 N-웰내에 번갈아 형성된 P-웰 내에 형성된 드레인 및 소스로서 동작하는 한 쌍의 도핑영역을 가지는 메모리 셀을 소거하는 방법은 제어게이트를 음의 바이어스하는 단계를 포함한다. 도핑영역 바이어스에서 P-웰 바이어스를 뺀 것이 0보다 크고 Vcc보다 작게 되기 위해서, P-웰, 및 도핑영역 중의 하나가 음의 바이어스된다.According to a second aspect of the present invention, a method for erasing a memory cell having a control gate, a floating gate, a channel, and a pair of doped regions operating as drains and sources formed in alternating P-wells in the N-well is controlled. Negative biasing the gate. To subtract the P-well bias from the doped region bias is greater than zero and less than Vcc, one of the P-well and the doped region is negatively biased.

도면을 참조하여, 수개의 도면 전반에 걸쳐, 같은 참조 특징은 같은 부분을 위해 사용되었고, 도 1에 도시된 메모리 셀(10)은 제어게이트(12) 및 부동게이트(14)를 포함한다. 이 구조는 반도체 층(30)위에 유리하게 구현되며, 반도체 층은 이 위에 놓여진 전기적으로 절연된 부동게이트(14)를 갖는다. 그러나, 특별한 셀 구조가 중요한 것은 아니고, 본 발명은 예를 들면, 스플릿 게이트 및 스택게이트 셀 구조를 포함하여 다양한 메모리 셀구조를 사용하여 구현하였다.Referring to the drawings, throughout the several drawings, like reference features have been used for the same parts, and the memory cell 10 shown in FIG. 1 includes a control gate 12 and a floating gate 14. This structure is advantageously implemented on the semiconductor layer 30, which has an electrically insulated floating gate 14 placed thereon. However, no special cell structure is important, and the present invention has been implemented using various memory cell structures, including, for example, split gate and stack gate cell structures.

P-타입 반도체인 기판(30)은 높게 도핑된 소스 영역(16)및 높게 도핑된 드레인 영역(18)을 포함한다. 영역(16,18)은 또한 가볍게 도핑된 드레인(LDD) 확장(도시 생략)을 포함한다. 드레인 바이어스 전위(24), 기판 바이어스 전위(26), 소스 전위(20), 및 게이트 바이어스 전위(36)은 셀의 실행을 최대로 하도록 만들어진다.The substrate 30, which is a P-type semiconductor, includes a highly doped source region 16 and a highly doped drain region 18. Regions 16 and 18 also include lightly doped drain (LDD) extensions (not shown). Drain bias potential 24, substrate bias potential 26, source potential 20, and gate bias potential 36 are made to maximize the performance of the cell.

셀(10)은 임의의 종래기술을 사용하여 판독 및 프로그램가능하다. 도 1에 설명된 바이어스 전위는 화살표"e"로 지시된 바와 같이, 주로 부동게이트(14)에서 드레인(18)으로의 전자의 파울러-노르트하임 터널링을 구현하기 위한 것이다.Cell 10 is readable and programmable using any conventional technique. The bias potential described in FIG. 1 is primarily for implementing Fowler-Nordheim tunneling of electrons from the floating gate 14 to the drain 18, as indicated by arrow " e ".

소거동안에, 예를 들면, 플로트된 소스(20)과 함께, 제어 게이트(12)는 -7에서 -14V까지의 또는 P-웰 전위와 동일한 전위에서 음의 전압을 받는다. -11V 아래의 제어게이트 바이어스를 유지함으로써, 셀 형성의 공정은 표준 로직 공정과 더욱 호환가능하게 만들어진다.During erase, for example, with the floated source 20, the control gate 12 receives a negative voltage from -7 to -14V or at the same potential as the P-well potential. By keeping the control gate bias below -11V, the process of cell formation is made more compatible with standard logic processes.

드레인 확산(18) 및 기판(30)은 Vcc에 가까운 또는 더 높은 양의 전위로 바이어스된다. Vcc는 사용되는 특정기술로 결정된다. 예를들면, 현 기술로는 5.0 내지 2.5V가 될 수 있다. 이것은, N+확산(18)및 기판(30) 사이의 접합을 가로지르는 전기장을 감소시킨다. 감소된 GIDL 전류 및 측면 전기장은 부동게이트(14)아래의 게이트 산화물에 가두어진 열홀의 가속을 방해한다. 드레인(18)은 드레인 누설이 유도된 게이트(GIDL)가 어느정도 문제가 되므로 기판(30)보다 더 높은 전압으로 바이어스되지 않는게 바람직하다. 현재 기술에 있어서, 이것은, 드레인(18) 바이어스는 약 1 내지 2 V이상으로써, 기판(30)보다 보다 높지 않은 것이 유리함을 의미한다. S.Parke, 등의; IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.39, p.1694-1703, 1992 에 있는 "Design for Suppression of Gate-induced Drain Leakage in LDD MOSFETs using a Quasi-two-Dimentional Analytical Model,"을 볼 것. 추가로, 드레인(18) 바이어스가 기판(30)바이어스를 현저하게 초과하면, 측면 접합 필드 가속에의해 열홀 가둠이 발생한다. 일반적으로, 드레인(18) 바이어스에서 기판(30)바이어스를 뺀 것은 0보다 크고 Vcc보다 작은 것이 바람직하다.Drain diffusion 18 and substrate 30 are biased to a positive potential near or higher than Vcc. Vcc is determined by the specific technology used. For example, the current technology may be 5.0 to 2.5V. This reduces the electric field across the junction between N + diffusion 18 and the substrate 30. The reduced GIDL current and side electric field prevent the acceleration of the hot holes trapped in the gate oxide under the floating gate 14. The drain 18 is preferably not biased to a higher voltage than the substrate 30 because the gate GIDL where the drain leakage is induced is somewhat problematic. In the present art, this means that the drain 18 bias is advantageously at least about 1 to 2 V, not higher than the substrate 30. S. Parke, et al .; See "Design for Suppression of Gate-induced Drain Leakage in LDD MOSFETs using a Quasi-two-Dimentional Analytical Model," in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 39, p. 1694-1703, 1992. In addition, when the drain 18 bias significantly exceeds the substrate 30 bias, hot hole confinement occurs due to lateral junction field acceleration. In general, it is preferred that the drain 18 bias minus the substrate 30 bias is greater than zero and less than Vcc.

기판(30)에 음의 전압을 인가하는 능력은 도 2에 도시된 바와 같이, N-웰(32)에 내장된 P-웰(30)을 사용함으로써 용이해진다. P-웰/N-웰 순방향 바이어스를 피하기 위해서는 P-웰 전압(26)은 N-웰 전압(28) 이하인 것이 바람직하다. 따라서, P-웰(30), N-웰(32), 및 드레인(18)에 Vcc 이상의 양의 전압을 인가하여, 드레인(18) 전압이 Vcc이상이 될 때 GIDL에의해 유도된 열홀 가둠을 제거할 수 있다. 소스 전위(20)는 플로트되도록 될 수 있다. 드레인 바이어스에서 P-웰 바이어스를 뺀 것이 0 보다 크고 Vcc보다 작은 것이 바람직하다.The ability to apply a negative voltage to the substrate 30 is facilitated by using the P-well 30 embedded in the N-well 32, as shown in FIG. P-well voltage 26 is preferably equal to or less than N-well voltage 28 to avoid P-well / N-well forward bias. Therefore, by applying a positive voltage of Vcc or more to the P-well 30, the N-well 32, and the drain 18, the heat hole confinement induced by the GIDL when the drain 18 voltage becomes Vcc or more. Can be removed. Source potential 20 may be allowed to float. It is desirable that the drain bias minus the P-well bias is greater than zero and less than Vcc.

커패시터(33)를 가로지르는 전압은 반대편의 부동게이트(14)의 전위, 및 확산(18) 및 P-웰(30) 전위 사이의 차이이다. 이 차이가 8 내지 10 V를 초과할 때, 충분한 터널링전류가 생성되고, 터널링 산화물(42)의 두께에 의존하여 수 밀리초에 내지 수 초의 시간 프레임에서 음의 전위에서 부동게이트(14)가 소거될 수 있다.The voltage across the capacitor 33 is the difference between the potential of the opposite floating gate 14 and the potential of the diffusion 18 and the P-well 30. When this difference exceeds 8 to 10 V, sufficient tunneling current is generated and the floating gate 14 is erased at a negative potential in a time frame of several milliseconds to several seconds depending on the thickness of the tunneling oxide 42. Can be.

전자는 드레인 영역(18)으로 터널링된다(드레인 소거). 터널링 전류는 부동게이트 (14)에서 드레인(18)까지의 전압에 영향을 받는다. 그러나, 드레인(18)에 대해 설명된 형식으로 소스(16)를 바이어스함으로써, 소스 소거 메커니즘은 드레인 소거 메커니즘 대신 제공된다. 소스 소거 동안, 드레인 전위는 플로트되도록 된다.The electrons are tunneled to the drain region 18 (drain erase). The tunneling current is affected by the voltage from the floating gate 14 to the drain 18. However, by biasing the source 16 in the format described for drain 18, a source erase mechanism is provided instead of the drain erase mechanism. During source erase, the drain potential is allowed to float.

셀(10,10a)은 이중 폴리, 단일 금속 CMOS공정과 같은 종래 공정기술을 사용하여 형성된다. 예시적인 파라미터는 1.8V의 Vcc전위로 0.35μm 이하의 최소배선폭을 고려하여 이안에 진술되어 있다. 더 작은 최소배선폭 및 전압을 낮추는 기술이 허용됨에 따라서, 이안의 파라미터도 따라서 스케일화 된다.Cells 10 and 10a are formed using conventional process techniques such as dual poly, single metal CMOS processes. Exemplary parameters are stated in this text, considering a minimum wiring width of 0.35 μm or less with a Vcc potential of 1.8 V. As smaller minimum wiring widths and lower voltage techniques are allowed, the parameters of the dual eye are scaled accordingly.

개시 기판재료는 전형적으로 P-타입 (100)실리콘이며, 예를 들면, 10-20Ωcm범위에 저항을 갖는다. P-웰(30)은 소위 3중 웰 공정으로 N-웰안(32)에 내장된다. P-웰(30)은 평균 도핑 농도로(예를 들면, 1×1016내지 5×10163제곱 센티미터당 원자) 전형적인 웰 깊이(예를 들면, 2 내지 4 μm)를 가진다. 3중 웰은 N-웰(32)을 P-웰(30)이 역도핑됨으로써 형성된다.The starting substrate material is typically P-type (100) silicon, for example having a resistance in the range of 10-20 Ωcm. P-well 30 is embedded in N-well 32 in a so-called triple well process. P-well 30 has a typical well depth (eg, 2-4 μm) at an average doping concentration (eg, atoms per 1 × 10 16 to 5 × 10 16 3 square centimeters). Triple wells are formed by back doping the N-well 32 with the P-well 30.

N-웰(32)은 예를 들면, 4 내지 8 μm의 전형적인 웰 깊이를 가진다. 도핑농도는 4×1015내지 1×10163제곱 센티미터당 원자이다. 3중 웰은 N-웰(32)을 P-웰(30)이 역도핑됨으로써 형성된다.N-well 32 has a typical well depth of, for example, 4-8 μm. Doping concentrations are atoms per 4 × 10 15 to 1 × 10 16 3 square centimeters. Triple wells are formed by back doping the N-well 32 with the P-well 30.

3중웰안에 소자의 형성은 다음과 같다. N-웰의 주입이 예를 들면, 전형적으로 약 160에서 100KeV까지의 에너지로 단위주입량이 1×1013제곱 센티미터당 원자의 인(P31)을 가지고 행해진다. N-웰의 주입은 전형적으로 1125 내지 1150℃에서 6 내지 12시간인 고온 단계를 사용하여 추구된다. 다음, N-웰(32)은 P-웰주입으로 역도핑된다. P-웰주입에 대한 전형적인 주입량은 30KeV 내지 180KeV의 에너지로 붕소(B11)와 같은 종을 사용한 1.5×1013내지 2.5×1013제곱 센티미터당 원자일 수 있다. 다음, N-웰(32) 및 P-웰(30)은 전형적으로 6 내지 10시간동안 1125 내지 1150℃에서 추구된다. 이것은 바람직한 도핑농도와 깊이의 웰이 설정되게 한다.The device formation in the triple well is as follows. Injection of the N-well is done, for example, with phosphorus (P31) of atoms per 1 × 10 13 square centimeters, typically with energy from about 160 to 100 KeV. Injection of the N-well is typically pursued using a high temperature step which is 6-12 hours at 1125-1150 [deg.] C. Next, the N-well 32 is back doped with P-well injection. Typical dosages for P-well injections may be atoms per 1.5 × 10 13 to 2.5 × 10 13 square centimeters using species such as boron (B11) with energy between 30 KeV and 180 KeV. Next, the N-well 32 and the P-well 30 are typically sought at 1125 to 1150 ° C. for 6 to 10 hours. This allows the well of the desired doping concentration and depth to be set.

웰 형성후에, 표준 로직 필드 공정을 사용하여 필드 절연물 및 필드 산화물을 형성한다. 필드 산화물 두께 및 필드 도핑은 셀 프로그램 요구를 충족시키기위해 미소하게 적용된다. 이러한 후, 메모리 셀 주입이 실행된다. 예를 들면, 30 내지 50KeV에서 단위 주입량 1.0 내지 3.5×1013제곱센티미터당 원자로 행한 B(11)주입은 희생산화물을 통해 완료된다. 다음, 게이트가 형성된다. 예를들면, 85 내지 100 옹스트롬 드라이 산화물이 웨이퍼에 걸쳐서 성장된다. 드라이 산화물은 예를 들면, 975 내지 1050℃ 어닐링에 의해서 부분 산소상태 900℃에서 성장된다.After well formation, standard insulators and field oxides are formed using standard logic field processes. Field oxide thickness and field doping are applied minutely to meet cell program requirements. After this, memory cell injection is performed. For example, injection of B (11) performed at atoms per unit injection amount of 1.0 to 3.5 × 10 13 square centimeters at 30 to 50 KeV is completed through the sacrificial oxide. Next, a gate is formed. For example, 85-100 angstrom dry oxides are grown across the wafer. The dry oxide is grown at 900 ° C in partial oxygen by, for example, 975 to 1050 ° C annealing.

다음 부동게이트(14)가 폴리실리콘, 실리사이드 또는 금속으로 형성된다. 만약 폴리실리콘이 사용된다면, 1600옹스트롬 두께 및 870 내지 1000℃에서 도핑된 POCL(3)일 수 있다. 내부폴리 유전체는 산화물-질화물-산화물 샌드위치(ONO)로 형성되며, 60 내지 80 옹스트롬인 하부 산화물을 갖고, 질화물층은 90 내지 180 옹스트롬의 두께를 가지며, 상부 산화물은 30 내지 40 옹스트롬이다. 다음, 제어게이트 (12)에 대한 폴리실리콘(폴리 2)이 성막되고, 바람직하다면, 실리사이드화된다. 표준 자기-정렬(self-align)된 게이트 에칭 기술을 사용하여, 게이트가 패턴화되어 정의된다.The floating gate 14 is then formed of polysilicon, silicide or metal. If polysilicon is used, it may be POCL 3 doped at 1600 angstroms thickness and 870 to 1000 ° C. The interpoly dielectric is formed of an oxide-nitride-oxide sandwich (ONO), has a bottom oxide that is 60 to 80 angstroms, the nitride layer has a thickness of 90 to 180 angstroms, and the top oxide is 30 to 40 angstroms. Next, polysilicon (poly 2) to the control gate 12 is deposited and, if desired, silicided. Using standard self-aligned gate etching techniques, the gates are patterned and defined.

이들 커패시터 및 트랜지스터의 구조의 완료와 함께, 접점과 상호접속층에 대한 모든 다음 공정은 표준 로직 후단 공정을 따른다.With the completion of the structure of these capacitors and transistors, all subsequent processes for the contacts and interconnect layers follow a standard logic post-process.

본 발명은 .35μm최소배선폭 이하이고, 3.3V 이하의 Vcc인 기술을 갖는 것이 특히 바람직하다. 이 크기에서, GIDL은 신뢰도에 불리한 효과를 주는 홀 가둠 문제를 만들고, 전력 공급에 불리한 효과를 주는 드레인 누설원인을 만든다. 따라서, 가장 작은 최소배선폭에 도달하여 GIDL을 최소화하는 조건이 바람직하다. 이것은 P-웰 및 드레인 바이어스 전압을 동일하게 함으로써, 이룰 수 있다. 그러나, 이것은 소거 전류를 불리하게 한다. P-웰 전압 및 드레인 전압이 다른 전압이도록 가능하게 만듦으로써, GIDL 누설 전류가 허용될 수 있으나, 터널링 소거에 대한 P-웰 전위를 향상시킬수 있다. 따라서, P-웰 전위는 가장 좋은 GIDL 및 소거 조건을 달성하기위해, 작은 음의 제어게이트 전압을 허용하도록 선택될 수 있다. 제어게이트 전위가 더 낮게 만들어질수록, 기술은 표준로직 공정에 더 호환가능해진다.It is particularly preferable that the present invention has a technology of Vcc of less than .35 µm minimum wiring width and of 3.3 V or less. At this size, GIDL creates a hole trapping problem that has an adverse effect on reliability, and a drain leakage source that has an adverse effect on power supply. Therefore, it is desirable to have a condition that reaches the smallest minimum wiring width and minimizes GIDL. This can be achieved by equalizing the P-well and drain bias voltages. However, this disadvantages the erase current. By making the P-well voltage and drain voltage possible to be different voltages, GIDL leakage current can be tolerated, but can improve the P-well potential for tunneling cancellation. Thus, the P-well potential can be chosen to allow a small negative control gate voltage to achieve the best GIDL and erase conditions. The lower the control gate potential is made, the more compatible the technology is in standard logic processes.

복수의 파라미터 및 레벨은 앞 명세서에 제공되었고, 당업자는 파라미터와 레벨이 단지 예시적인 목적에 불과하다는 것을 인식할 것이다. 이것은 첨부된 청구항은 모든 변경과 수정이 본 발명의 범주안에 든다는 것을 의미한다.A plurality of parameters and levels have been provided in the foregoing specification, and those skilled in the art will recognize that the parameters and levels are for illustrative purposes only. This means that the appended claims are within the scope of the invention and all changes and modifications.

Claims (15)

P-타입 영역에 형성된 비휘발성 메모리 셀에 있어서,In a nonvolatile memory cell formed in a P-type region, 부동게이트, 제어게이트, 및 상기 P-타입 영역에 형성된 소스 및 드레인으로서 동작하는 한 쌍의 도핑영역을 갖는 트랜지스터; 및A transistor having a floating gate, a control gate, and a pair of doped regions operating as a source and a drain formed in said P-type region; And 제어게이트 상에 음의 바이어스를 하여서, 상기 도핑영역 바이어스와 P-타입 영역 바이어스의 차이가 0보다 크고 Vcc보다 작도록 하기위해, 상기 P-타입 영역, 및 상기 도핑영역중의 하나에 양의 바이어스하여서, 상기 부동게이트에서 상기 도핑영역중의 하나로 전자가 터널링함으로써 소거가능한 상기 부동게이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀.A positive bias is applied to one of the P-type region and the doped region to apply a negative bias on a control gate so that the difference between the doped region bias and the P-type region bias is greater than zero and less than Vcc. Wherein the floating gate is erasable by electrons tunneling from the floating gate to one of the doped regions. 제 1 항에 있어서, 상기 N-웰이 양의 바이어스되는 것을 특징으로 하는 셀.The cell of claim 1, wherein the N-well is positively biased. 제 1 항에 있어서, 상기 P-타입 영역 및 상기 도핑영역이 Vcc 이상으로 바이어스되지만, N-웰 바이어스 이하인 것을 특징으로 하는 셀.The cell of claim 1, wherein the P-type region and the doped region are biased above Vcc but below N-well bias. 제 1 항에 있어서, 상기 P-타입 영역은 N-웰에 내장된 P-웰인 것을 특징으로 하는 셀.The cell of claim 1, wherein the P-type region is a P-well embedded in an N-well. 제 1 항에 있어서, 상기 드레인은 바이어스된 도핑영역인 것을 특징으로 하는 셀.The cell of claim 1, wherein the drain is a biased doped region. 제어게이트, 부동게이트, 채널, 및 N-웰에 번갈아 형성된 P-웰에 형성된 드레인 및 소스로서 동작하는 한 쌍의 도핑영역을 갖는 메모리 셀을 소거하는 방법에 있어서,A method for erasing a memory cell having a control gate, a floating gate, a channel, and a pair of doped regions acting as drains and sources formed in P-wells alternately formed in N-wells, 상기 제어게이트를 음의 바이어스하는 단계;Negative biasing the control gate; 상기 P-웰을 양의 바이어스하는 단계; 및Positive biasing the P-well; And 상기 도핑영역 바이어스에서 P-웰 바이어스를 뺀 것이 0보다 크고 Vcc보다 작도록, 상기 도핑영역중의 하나에 양의 바이어스하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.And positively biasing one of the doped regions so that subtracting the P-well bias from the doped region bias is greater than zero and less than Vcc. 제 6 항에 있어서, 전자가 상기 도핑영역으로 방전되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including causing electrons to discharge into the doped region. 제 6 항에 있어서, 상기 N-웰을 양의 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including positive biasing the N-well. 제 6 항에 있어서, 약 Vcc 이상으로 도핑영역을 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including biasing the doped region at least about Vcc. 제 6 항에 있어서, 약 Vcc 이상으로 P-웰을 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including biasing the P-well above about Vcc. 제 6 항에 있어서, 약 Vcc 이상으로 N-웰을 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including biasing the N-well above about Vcc. 제 6 항에 있어서, -11V보다 작은 음의 전위로 제어게이트를 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including biasing the control gate to a negative potential of less than -11V. 제 6 항에 있어서, 도핑영역과 P-웰 바이어스 사이의 전위차가 약 1 내지 2V가 되도록 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including making the potential difference between the doped region and the P-well bias about 1 to 2V. 제 6 항에 있어서, 상기 드레인이 바이어스된 도핑영역인 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 wherein the drain is a biased doped region. 제 6 항에 있어서, P-웰 바이어스 전위 이하인 전위로 도핑영역과 P-웰을 바이어스하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6 including biasing the doped region and the P-well to a potential that is less than or equal to the P-well bias potential.
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