KR980012566A - Method of erasing nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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KR980012566A
KR980012566A KR1019960030425A KR19960030425A KR980012566A KR 980012566 A KR980012566 A KR 980012566A KR 1019960030425 A KR1019960030425 A KR 1019960030425A KR 19960030425 A KR19960030425 A KR 19960030425A KR 980012566 A KR980012566 A KR 980012566A
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박종민
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김광호
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Abstract

본 발명은 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거할 경우 제어 게이트에 양의 전압을 인가하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 관한 것으로서, 메모리 셀의 소오스 영역과 상기 반도체 기판 사이의 전압차를 +5볼트 이하로 줄일 수 있을 뿐아니라, 아울러 밴드간 터널링(tenneling)으로 인한 핫 홀(hot hole)의 발생을 억제하여 불휘발성 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 플래쉬 메모리 셀의 프로그램, 독출 및 소거동작시 제어 게이트에 0 볼트 이상의 양의 전압만 인가하여 상기 제어 게이트에 전압을 인가하기 위한 회로의 구성을 간단히 할 수 있다. 이로서, 불휘발성 반도체 메모리 장치의 고집적화를 실현할 수 있다.The present invention relates to a method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device in which a positive voltage is applied to a control gate when data stored in a memory cell is erased, wherein the voltage difference between the source region of the memory cell and the semiconductor substrate is +5 volts The reliability of the nonvolatile semiconductor memory device can be improved by suppressing the occurrence of hot holes due to tenneling between the bands. It is possible to simplify the configuration of the circuit for applying a positive voltage of at least 0 volts to the control gate to apply the voltage to the control gate during programming, reading and erasing operations of the flash memory cell. Thus, high integration of the nonvolatile semiconductor memory device can be realized.

Description

불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법Method of erasing nonvolatile semiconductor memory device

도 1에는 종래 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a cross-sectional view showing a memory cell structure of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

도 1을 참조하면, 메모리 셀은, p형 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)에 채널(12)을 사이에 두고 N형 불순물의 소오스 및 드레인 영역(14, 16)이 형성되어 있고; 상기 채널(12) 상부에 산화막(17), 플로팅 게이트(18), ONO막(19), 그리고 제어 게이트(20)가 순차적으로 상기 소오스 및 드레인 영역(14, 16)의 상부에 일부분 걸쳐 형성되어 있되; 상기 반도체 기판(10), 소오스(14), 드레인(16), 그리고 제어 게이트(20)에 각각 외부로부터 소정 전압이 인가되는 전원 단자(Vb, Vs, Vd, Vg, 1, 2, 3, 4)가 연결되어 있다1, a memory cell includes a p-type semiconductor substrate 10 and source and drain regions 14 and 16 of an n-type impurity are formed in the semiconductor substrate 10 with a channel 12 therebetween Have; An oxide film 17, a floating gate 18, an ONO film 19, and a control gate 20 are sequentially formed on the channel 12 to partially over the source and drain regions 14 and 16 He said; Vb, Vs, Vd, Vg, 1, 2, 3, 4 (hereinafter, referred to as "Vg") to which a predetermined voltage is externally applied to the semiconductor substrate 10, the source 14, the drain 16 and the control gate 20, ) Is connected

통상적인 불허발성 반도체 메모리 장치, 즉 플래쉬 메모리의 동작에 의하면 드레인 영역(16)과 인접한 채널 영역(12)에서 플로팅 게이트(floating gate, 18)로 찻 일렉트론 인젝션(hot electron injection)이 발생함으로서 플래쉬 메모리 셀은 프로그램된다 즉, 채널(12) 상부의 산화막(17)과 ONO막(19) 사이에 형성된 플로팅 게이트(18)에 전자들이 축적되는 것을 의미한다. 상기 인젝션 방법은 먼저, 상기 반도체 기판(10)과 상기 소오스 영역(14)의 각 전원 단자(1, 2)를 통해 0 볼트의 전압이 인가된다. 그리고, 상기 제어 게이트(20)에는 약 +12볼트의 고전압을 인가하고, 상기 드레인 영역(16)에는 핫 일렉트론을 발생시키기 위해 약 6 - 7 볼트의 양의 전압을 인가함으로서 플로팅 게이트(18)에 전자들이 주입된다. 상기 프로그램 방댑으로 음의 전하가 플로팅 게이트(18)에 축적되게 된다. 이로서, 플로팅 게이트(18)의 음의 전위는 일련의 독출 동작이 이루어지는 동안 상기 메모리 셀의 문덕 전압(threshold voltage)을 소정 레벨 높이는 역할을 한다. 메모리 셀에 저장된 데이터를 독출하는 동작은 상기 메모리 셀의 드레인 영역(16)에 약 1 - 2 볼트의 양의 전압을 인가한다. 그리고, 제어 게이트(20)에 소정 전압 또는 전원 전압을 인가하고 소오스 영역(14)의 전원 단자를 통해 0 볼트를 인가함으로서 이루어진다.The operation of the conventional unsolicited semiconductor memory device, that is, the flash memory, causes hot electron injection in the floating gate 18 in the channel region 12 adjacent to the drain region 16, The cell is programmed meaning that electrons are accumulated in the floating gate 18 formed between the oxide film 17 and the ONO film 19 on the channel 12. [ In the injection method, a voltage of 0 V is applied to the semiconductor substrate 10 through the power terminals 1 and 2 of the source region 14. A high voltage of about +12 volts is applied to the control gate 20 and a positive voltage of about 6 to 7 volts is applied to the drain region 16 to generate hot electrons, Electrons are injected. Negative charges are accumulated in the floating gate 18 by the program gate. Thus, the negative potential of the floating gate 18 serves to raise the threshold voltage of the memory cell to a predetermined level during a series of read operations. The reading of the data stored in the memory cell applies a positive voltage of about 1-2 volts to the drain region 16 of the memory cell. Then, a predetermined voltage or a power source voltage is applied to the control gate 20 and 0 volts is applied through the power source terminal of the source region 14.

도면에 도시되어 있지 않았지만, 상기 메모리 셀의 각 소오스 영역(14)이 공통 소오스 라인(common sortie line, CSL)에 의해 연결되어 있기 때문에 플래쉬 메모리 셀 어레이의 모든 메모리 셀들은 동시에 소거된다. 상기 메모리 셀의 공통 소오스 라인(CSL)에 약 12 볼트의 양의 고전압을 인가하고, 제어 게이트(20) 및 반도체 기판(10)에 0 볼트를 인가함으로서 메모리 셀들의 플로팅 게이트(18)에 축적된 음의 전하가 동시에 소거된다. 이때, 상기 드레인 영역(16)은 소거의 효과를 높이기 위해 고 임피던스 상태(high impedence state) 즉, 플로팅 상태(floating state)로 유지된다. 상기한 바와같은 소거 방법에 의해 제어 게이트(20)와 소오스 영역(14) 사이에는 강한 전계가 형성된다. 이로 인해, Fowler-Nordheim 터널링(F-N tenneling)이 발생하여 플로팅 게이트(18)내에 축적된 음의 전하들이 소오스 영역(14)으로 방출된다. 통상적으로, 상기 F-N 터널링은 6 - 7 MV/㎝외 전계가 산화막(17) 사이에 인가되었을 때 발생하게 된다. 상기 플로팅 게이트(18)와 상기 소오스 영역(14) 사이에 형성된 산화막(17)이 약 100Å 이하로 얇게 형성되어 있기 때문에 F-N 터널링이 가능하다. 도 2에는 통상적인 플래쉬 메모리 셀에 대한 프로그램, 독출 및 소거 동작시 각 전원 단자(1, 2, 3, 4)에 인가되는 전압이 도시되어 있다Although not shown in the figure, all the memory cells of the flash memory cell array are simultaneously erased because each source region 14 of the memory cell is connected by a common source line (CSL). The high voltage of about 12 volts is applied to the common source line CSL of the memory cell and the zero voltage is applied to the control gate 20 and the semiconductor substrate 10, Negative charges are simultaneously erased. At this time, the drain region 16 is maintained in a high impedance state, that is, a floating state, in order to enhance the erase effect. A strong electric field is formed between the control gate 20 and the source region 14 by the above-described erase method. As a result, Fowler-Nordheim tunneling (F-N tenneling) occurs and negative charges accumulated in the floating gate 18 are discharged to the source region 14. Typically, the F-N tunneling occurs when an electric field of 6 - 7 MV / cm is applied between the oxide films 17. Since the oxide film 17 formed between the floating gate 18 and the source region 14 is thinly formed to a thickness of about 100 angstroms or less, F-N tunneling is possible. 2 shows the voltages applied to the power supply terminals 1, 2, 3 and 4 in the program, read and erase operations for a typical flash memory cell

그러나, 상술한 바와같은 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 의하면 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.However, the above-described method of erasing the nonvolatile semiconductor memory device has the following problems.

첫째로, 프로그램, 독출 및 소거 동작이 수행되는 동안 여러 가지의 전압(+6 - +9 볼트, +5 볼트, +12 볼트)이 소오스 및 트레인 영역(14, 16)에 인가된다. 따라서, 상기한 메모리 셀을 구비한 반도체 메모리 장치를 동작시키기 위해서 두가지 종류 이상의 전압이 필요하다. 플래쉬 메모리를 사용하는 사용자들은 +5 볼트 전압만으로 상기 반도체 메모리 장치를 동작시키기 원한다. 상기 플래쉬 메모리의 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거시키기 위해, 상기 소오스 영역(14)에 +12 볼트의 고전압이 인가된다. 이때, 상기 소오스 영역(14)에서 반도체 기판(10)으로 메모리 셀당 약 수십 nA 이상의 누설 전류(leakage current)가 흐르게 된다. 512kbit 이상의 메모리 셀들에 저장된 데이터를 소거할 경우, 약 20 - 3O㎃의 누설 전류가 흐르게 된다. 따라서, 반도체 장치 내부의 챠지 펌프(charge pump) 회로를 이용하여 상기 누설 전류를 공급하는데 어려움이 따른다. 그러므로, 상기 메모리 셀의 소거 동작시 소오스 영역(14)에 인가되는 +12 볼트의 고전압은 외부로부터 인가되야 하는 문제점이 생긴다.First, various voltages (+6 - +9 volts, +5 volts, +12 volts) are applied to the source and train regions 14 and 16 while the program, read and erase operations are performed. Therefore, in order to operate the semiconductor memory device having the memory cell, two or more kinds of voltages are required. Users using flash memory want to operate the semiconductor memory device with only +5 volts voltage. A high voltage of +12 volts is applied to the source region 14 in order to erase the data stored in the memory cell of the flash memory. At this time, a leakage current of about several tens nA or more per memory cell flows from the source region 14 to the semiconductor substrate 10. When data stored in memory cells of 512 kbit or more are erased, a leakage current of about 20-300 mA flows. Therefore, it is difficult to supply the leakage current by using a charge pump circuit in the semiconductor device. Therefore, a high voltage of +12 volts applied to the source region 14 in the erase operation of the memory cell must be applied from the outside.

둘째로, 소오스 영역(14)과 반도체 기판(10) 사이에 +12 볼트의 역방향 고전압이 인가된다는 점이다. 1987년 10월 Mukherjee에 의해 창안된 더블-디퓨즈드 구조(dubble-diffused architecture, 특허 공고 번호 : 4698787에 상세히 게시되어 있단.)는 P-N 접합(juntion)의 역방향 고전압에 의해 생기는 브레이크다운 (breakdown)을 방지하기 위한 것이다. 하지만,상기 더블-디퓨즈드 구조는 싱글-디퓨즈드 구조(single-diffused architecture)에 비해 상대적으로 많은 면적이 필요하게 된다. 이로서, 불휘발성 반도체 장치의 고집적화를 실현하는데 어려움이 따른다Second, a high voltage of +12 volts in the reverse direction is applied between the source region 14 and the semiconductor substrate 10. A dubble-diffused architecture (as disclosed in detail in patent publication number 4698787), invented by Mukherjee in October 1987, provides a breakdown caused by the reverse high voltage of the PN junction . However, the double-diffused structure requires a relatively large area compared to a single-diffused architecture. As a result, there is a difficulty in realizing high integration of the nonvolatile semiconductor device

셋째로, 높은 고전압이 인가되는 소오스 영역(14)에서 에러랜치 효과 (avalanche effect) 또는 밴드-투-밴트 선도(band-to-band conduvtion) 메카니즘 (mechanism)에 의해 생기는 높은 에너지의 핫 홀(hot hole)이 발생하게 된다. 상기 소오스 영역(14)에서 발생된 상기 핫 홀은 채널(12)과 플로팅 게이트(18) 사이에 형성되어 있는 산화막(17)에 포획된다. 상기 핫 홀 발생 현상은 1988년 11월에 chi clang에 의해 IEEE Electron Device Letters에 발표된 "Drainholes Avalanche and Hole-Trapping Induced Gate Leakage in Thin-Oxide MOS Devices"에 상세히 게재되어 있다. 일련의 프로그램, 독출 및 소거 동작에 의해 상기 산화막(17)에 포획된 핫 홀 즉, 정공들(holes)이 플로팅 게이트(18)로 이동하여 상기 플로팅 게이트(18)에 축적된 음의 전하를 중성화시켜 메모리 셀의 문턱 전압을 음의 영역으로 이동시키는 간섭을 일으킨다. 이를 게이트 간섭(gate disturb) 현상 또는 차지 손실(charge loss) 현상이라 한다. 상기 메모리 셀의 소오스 영역(14)에서 생긴 상기 핫 홀이 상기 산화막(17)내에 포획되면, 복수개의 메모리 셀에 저장된 데이터를 동시에 소거할 경우 동시에 소거되지 않는 결과를 초래하게 된다. 또한, 상기 핫 홀은 플로팅 게이트(18) 내의 음의 전하를 중성화 시킴으로서 플로팅 게이트(18)의 챠지 리텐션 타임(chrage retention time)을 감소시키게 된다. 상기 핫 홀을 포획하고 있는 산화막(17)을 가지는 메모리 셀은 인접 메모리 셀의 프로그램 동작시 상기 산화막(17)에 정공이 포획되어 있지 않은 메모리 셀에 비해 쉽게 간섭을 받게 된다. 따라서, 상기한 내용에 의하면, 상기 플로팅 게이트(18)와 상기 반도체 기판(10) 사이의 상기 산화막(17) 내에 포획된 정공들은 소거된 셀(erased cell)의 프로그램 특성과 플로팅 게이트(18) 내의 파지 리텐션 특성을 열화시키게 된다Third, a high-energy hot hole (hot), which is caused by an avalanche effect or a band-to-band conduction mechanism in the source region 14 to which a high high voltage is applied, hole. The hot holes generated in the source region 14 are trapped in the oxide film 17 formed between the channel 12 and the floating gate 18. The hot hole generation phenomenon is described in detail in " Drainholes Avalanche and Hole-Trapping Induced Gate Leakage in Thin-Oxide MOS Devices "issued to IEEE Electron Device Letters, chi clang, Hot holes or holes trapped in the oxide film 17 move to the floating gate 18 by a series of program, read and erase operations to neutralize the negative charges accumulated in the floating gate 18 Thereby causing interference that moves the threshold voltage of the memory cell to the negative region. This is called a gate disturb phenomenon or a charge loss phenomenon. If the hot holes formed in the source region 14 of the memory cell are trapped in the oxide film 17, the data stored in the plurality of memory cells can not be erased simultaneously. In addition, the hot holes reduce the charge retention time of the floating gate 18 by neutralizing negative charges in the floating gate 18. The memory cell having the oxide film 17 capturing the hot hole is easily interfered with compared to the memory cell in which holes are not trapped in the oxide film 17 during the program operation of the adjacent memory cell. Therefore, the holes trapped in the oxide film 17 between the floating gate 18 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected to the programming characteristics of the erased cell and the floating gate 18, Thereby deteriorating the grip retention characteristic

상기 소거 방법의 문제점을 개선하기 위해 Advanced Micro Devices사에서는 1991년 12월 31일 특허 공고된 "Flash EEPROM Array with Negative Gate Voltage Erase Operation", 특허 공고 번호 : 5077691에 상세히 게재된 네거티브 전압(negative voltage)을 이용한 소거 이슬에 관해 소개하였다. 도 3에는 음의 전압을 이용한 플래쉬 메모리 셀의 소거 동작시 각 전원 단자에 인가되는 전압이 도시되어 있다. 플래쉬 메모리 셀들중 선택된 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거하기 위해 각 메모리 셀의 제어 게이트(20)에는 약 12 - 17 볼트의 음의 전압을 인가하초, 반도체 기판(10)에는 0 볼트의 접지 전압온 인가한다. 그리고, 소오스 영역(14)에는 약 0.55 볼트의 양의 전압을 인가하고, 드레인 영역(16)은 고 임피던스 상태로 유지한다. 상기한 바와같은 전압 인가 방법에 의해 선택된 베모리 셀은 상기 제어 게이트(20)와 상기 소오스 영역(14) 사이에 강한 전계가 형성된다. 이로서, F-N 터널링에 의해 플로팅 게이트(18) 내에 축적된 음의 전하가 소오스 영역(14)으로 방출된다 또한, 상기 소오스 영역(14)과 상기 반도체 기판(10) 사이에는 +5 볼트 이하의 역방향 전압만이 인가되어 상기 소오스 영역(14)에서 상기 반도체 기판(10)으로 흐르는 누설 전류를 감소시킬 수 있다. 상기 소오스 영역(14)과 상기 반도체 기판(10) 사이의 낮은 역방향 전압은 외부로부터 인가되는 전원 전압과 동일하거나 그 이하의 전압이 되어 전원 전압과 동일 전압에 의해 소거 동작이 가능해진다.In order to solve the above-mentioned problem of the erase method, a negative voltage, which is disclosed in detail in the "Flash EEPROM Array with Negative Gate Voltage Erase Operation ", Patent Publication No. 5077691 published on Dec. 31, Was introduced. FIG. 3 shows the voltages applied to the respective power terminals in the erase operation of the flash memory cell using the negative voltage. A negative voltage of about 12-17 volts is applied to the control gate 20 of each memory cell to erase the data stored in the selected memory cell among the flash memory cells, do. Then, a positive voltage of about 0.55 volts is applied to the source region 14, and the drain region 16 is maintained in a high impedance state. A strong electric field is formed between the control gate 20 and the source region 14 by the voltage application method as described above. As a result, negative charges accumulated in the floating gate 18 are discharged to the source region 14 by the FN tunneling. Further, a reverse voltage of +5 volts or less between the source region 14 and the semiconductor substrate 10 The leakage current flowing from the source region 14 to the semiconductor substrate 10 can be reduced. The low reverse voltage between the source region 14 and the semiconductor substrate 10 becomes equal to or lower than the power source voltage applied from the outside and the erase operation can be performed by the same voltage as the power source voltage.

또한, 소거 동작시에는 소오스 영역(14)과 반도체 기판(10)간의 높은 전압차(약 +12 볼트)로 인해 소오스 영역(14)이 더블-디퓨즈드 구조로 되어 있으나, 상기 소오스 영역(14)과 상기 반도체 기판(10)간의 낮은 전압차에 의해 상기 소오스 영역(14)을 싱글-디퓨즈드 구조로 구현할 수 있다. 또한, 상기 소오스 영역(14)을 싱글-디퓨즈드 구조로 구현할 수 있기 때문에, 불휘발성 반도체 메모리 장치의 고집적화를 실현할 수 있다. 그리고, 상기 소오스 영역(14)과 상기 반도체 기판(10)간의 감소된 전압은 "avalanche effect mechanism"에 의한 핫 홀의 발생을 감소시키게 되어 플래쉬 메모리의 신뢰성을 크게 개선시킬 수 있다 그리고, 제어 게이트(20)에는 프로그램 동작시 +12 볼트, 소거 동작시 -12 볼트 정도의 전압이 요구되는데 이의 전압은 많은 전류 소모가 발생되지 않음으로 적은 용량을 가진 챠지 펌프에 의해서도 구현이 가능하다.In the erase operation, the source region 14 has a double-diffused structure due to a high voltage difference (about +12 volts) between the source region 14 and the semiconductor substrate 10, The source region 14 can be realized as a single-diffused structure by a low voltage difference between the semiconductor substrate 10 and the semiconductor substrate 10. In addition, since the source region 14 can be realized in a single-diffused structure, high integration of the nonvolatile semiconductor memory device can be realized. The reduced voltage between the source region 14 and the semiconductor substrate 10 reduces the occurrence of hot holes due to the "avalanche effect mechanism ", thereby greatly improving the reliability of the flash memory. ) Requires +12 volts for program operation and -12 volts for erase operation. This voltage can be implemented by a charge pump having a small capacity because a large current consumption is not generated.

그러나, 상술한 바와같은 음의 전압을 사용하는 소거 방법에 의하면, 소거 동작시 제어 게이트(20)에 인가되는 -12 볼트를 발생시키는 회로와, 발생된 음의 전압을 제어 게이트(20)에 인가하는 부분의 회로를 구현해야 하는 어려움이 생긴다. 도 4에 도시된 AMD사에서 상기 음의 전압을 제어 게이트에 인가하기 위해 사용한 회로도(특허 공고 번호:5077691에 상세히 게재되어 있다)가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 회로도에 의하면, 소거 동작시 PMOS 트랜지스터(02)를 컷-오프(cut-off)시키기 위해 상기 PMOS 트랜지스터(Q2)의 게이트에 -2 볼트를 인가하여야 한다. 그리고, PMOS 트랜지스터들(Q1, Q2, Q4)은 각 소오스 및 드레인 영역(-13 볼트)과 반도체 기판(+5 볼트) 사이에 생기는 +18 볼트 이상의 역방향 전압을 견딜 수 있는 구조로 만들어져야 한다. 통상적으로 +18 볼트 이상의 역방향 고전압을 견디기 위해서는 소오스 및 드레인 영역(14, 16)을 더블-디퓨즈드 구조로 만들어야 한다. 따라서, 상기 제어 게이트(20)에 특정 전압을 인가하는 회로의 구성에 있어서, 한개의 메모리 셀 크기에 도 4와 같이 구성되어야 하기 때문에 더블-디퓨즈드 구조를 사용하는 경우 불휘발성 반도체 메모리 장치의 고집적화를 실현하기 어려운 문제점이 생긴다.However, according to the erase method using the negative voltage as described above, a circuit for generating -12 volts to be applied to the control gate 20 in the erase operation and a circuit for generating the generated negative voltage to the control gate 20 It is difficult to implement the circuit of the part to be processed. A circuit diagram (detailed in Patent Publication No. 5077691) used for applying the negative voltage to the control gate in the AMD company shown in Fig. 4 is shown. According to the circuit diagram shown in Fig. 4, -2 volts must be applied to the gate of the PMOS transistor Q2 to cut off the PMOS transistor 02 in the erase operation. The PMOS transistors Q1, Q2 and Q4 must be constructed so as to withstand a reverse voltage of +18 volts or more between the source and drain regions (-13 volts) and the semiconductor substrate (+5 volts). In order to withstand a high reverse voltage of +18 volts or more, the source and drain regions 14 and 16 must have a double-diffused structure. Therefore, in the configuration of a circuit for applying a specific voltage to the control gate 20, the size of one memory cell must be configured as shown in FIG. 4. Therefore, when the double-diffused structure is used, Which is difficult to realize.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거할 경우 제어 게이트에 양의 전압을 인가하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법을 제공하는데 있다.Therefore, an object of the present invention is to provide a method of erasing a non-volatile semiconductor memory device which applies a positive voltage to a control gate when erasing data stored in a memory cell.

제1도는 종래 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 구조를 보여주는 단면도;FIG. 1 is a cross-sectional view showing a memory cell structure of a conventional nonvolatile semiconductor memory device; FIG.

제2도는 도 1의 동작 모드별 인가되는 전압을 보여주는 도면;FIG. 2 is a view showing a voltage applied to each operation mode of FIG. 1; FIG.

제3도는 종래 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 구조 및 소거 동작시 인가되는 전압을 보여주는 단면도;FIG. 3 is a cross-sectional view showing a memory cell structure of a conventional nonvolatile semiconductor memory device and a voltage applied in an erase operation; FIG.

제4도는 음의 전압을 공급하기 위한 회로를 보여주는 회로도;4 is a circuit diagram showing a circuit for supplying a negative voltage;

제5도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 구조 및 소거 동작시 인가되는 전압을 보여주는 단면도,FIG. 5 is a cross-sectional view showing a memory cell structure of a non-volatile semiconductor memory device according to a preferred embodiment of the present invention and a voltage applied in an erase operation,

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

10 : 반도체 기판 12 : 채널10: semiconductor substrate 12: channel

14 : 소오스 영역 16 : 드레인 영역14: source region 16: drain region

18 : 플로팅 게이트 20 : 제어 게이트18: floating gate 20: control gate

상술한 바와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일특징에 의하면, P형 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 채널을 사이에 두고 N형 불순물의 소오스 및 드레인 영역이 형성되어 있고; 상기 채널 상부에 산화막, 플로팅 게이트, ONO막, 그리고 제어 게이트가 순차적으로 상기 소오스 및 드래인 영역의 상부에 일부분 걸쳐 형성되어 있되; 상기 반도체 기판, 소오스, 드레인, 그리고 제어 게이트에 각각 외부로부터 소정 전압이 인가되는 전원 단자가 연결된 복수개의 메모리 셀을 구비한 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 있어서, 상기 반도체 기판의 전원 단자를 통해 제 1 고전압이 인가되고, 상기 재어 게이트의 전원 단자를 통해 접지 전압이 인가되며; 상기 소오스의 전원 단자를 통해 제 2 고전압이 인가된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a P-type semiconductor substrate; source and drain regions of N-type impurities are formed in the semiconductor substrate with a channel therebetween; An oxide film, a floating gate, an ONO film, and a control gate are sequentially formed on the channel in an upper portion of the source and drain regions; A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of memory cells connected to a power source terminal to which a predetermined voltage is externally applied to each of a semiconductor substrate, a source, a drain, and a control gate, A first high voltage is applied, and a ground voltage is applied through a power supply terminal of the gate gate; And the second high voltage is applied through the power supply terminal of the source.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반도체 기판에 인가되는 제 1 고전압은 약 +12 - +l6 볼트의 범위에서 인가되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the method, the first high voltage applied to the semiconductor substrate is applied in a range of about +12 - +16 volts.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소오스 영역에 인가되는 제 2 고전압은 약 +13 - +l7 볼트의 범위에서 인가되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the method, the second high voltage applied to the source region is applied in a range of about +13 - +17 volts.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 드레인 영역은 고임피던스 상태로 유지됨을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the method, the drain region is maintained in a high impedance state.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소오스 및 상기 드레인 영역은 싱글-디퓨즈드 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the method, the source and the drain regions are formed in a single-diffused structure.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 소오스 영역은 인접한 셀들과 확산층에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the method, the source region is connected to adjacent cells by a diffusion layer.

이와같은 방법에 의해서, 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거하기 위해 제어 게이트에 인가되는 전압을 양의 전압으로 인가하여 소거할 수 있는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법을 구현할 수 있다.With this method, it is possible to implement a method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device which can erase data stored in a memory cell by applying a voltage applied to the control gate at a positive voltage.

이하 본 발명에 따른 참조도면 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 신규한 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법은, P형 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)에 채널(12)을 사이에 두고 N형 불순물의 소오스 및 드레인 영역(14, 16)이 형성되어 있고; 상기 채널(12) 상부에 산화막(17), 플로팅 게이트(18), ONO막(19), 그리고 제어 게이트(20)가 순차적으로 상기 소오스 및 드레인 영역(14, 16)의 상부에 일부분 걸쳐 형성되어 있되; 상기 반도체 기판(10), 소오스(14), 드레인(16), 그리고 제어 게이트(20)에 자각 외부로 부터 소정 전압이 인가되는 전원 단자(1, 2, 3, 4)가 연결된 복수개의 메모리 셀 구비한 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 있어서, 상기 반도체 기판(10)의 전원 단자(1)를 통해 제 1 고전압이 인가되고, 상기 제어 게이트(20)의 전원 단자(4)를 통해 접지 전압이 인가되며; 상기 소오스 영역(14)의 전원 단자(2)를 통해 제 2 고전압이 인가된다. 여기서, 상기 반도체 기판(10)에 인가되는 제 1 고전압은 약 +12 - +l6 볼트의 범위에서 인가된다. 그리고, 상기 소오스 영역(14)에 인가되는 제 2 고선압은 약 +13 - +l7 볼트의 범위에서 인가된다.Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention with reference to FIG. 5, a method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a P-type semiconductor substrate 10, a source of N-type impurities with a channel 12 sandwiched between the semiconductor substrate 10 and the channel 12, And drain regions (14, 16) are formed; An oxide film 17, a floating gate 18, an ONO film 19, and a control gate 20 are sequentially formed on the channel 12 to partially over the source and drain regions 14 and 16 He said; A plurality of memory cells (1, 2, 3, 4) to which power terminals (1, 2, 3, 4) to which a predetermined voltage is applied are applied to the semiconductor substrate (10), the source (14), the drain Wherein a first high voltage is applied through a power supply terminal (1) of the semiconductor substrate (10) and a ground voltage is applied through a power supply terminal (4) of the control gate (20) Lt; / RTI > And the second high voltage is applied through the power supply terminal 2 of the source region 14. Here, the first high voltage applied to the semiconductor substrate 10 is applied in a range of about +12 - +16 volts. The second high voltage applied to the source region 14 is applied in a range of about +13 - +17 volts.

이러한 소거 방법에 의하면, 메모리. 셀의 소오스 영역(14)과 상기 반도체 기판(10) 사이의 전압차를 +5 볼트 이하로 줄일 수 있을 뿐아니라, 아울러, 밴드간 터널링으로 인한 핫 홀의 발생을 억제하여 불휘발성 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 플래쉬 메모리 셀의 프로그램, 독출 및 소거 동작시 제어 게이트에 0 볼트 이상의 양의 전압만 인가하여 상기 제어 게이트(20)에 전압을 인가하기 위한 회로의 구성을 간단히 할 수 있다. 이로서, 불휘발성 반도체 메모리 장치의 고집적화를 실현할 수 있다.According to this erase method, the memory. Not only the voltage difference between the source region 14 of the cell and the semiconductor substrate 10 can be reduced to +5 volts, but also the occurrence of hot holes due to interband tunneling is suppressed to improve the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device Can be improved. It is possible to simplify the structure of the circuit for applying a voltage to the control gate 20 only by applying a positive voltage of at least 0 volts to the control gate during programming, reading and erasing operations of the flash memory cell. Thus, high integration of the nonvolatile semiconductor memory device can be realized.

도 5에 있어서, 도 1 내지 도 4에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 가지는 구성요소에 대해서 동일한 참조 번호를 병기한다.In Fig. 5, the same reference numerals are used for components having the same functions as the components shown in Figs. 1 to 4. Fig.

도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불휘발성 반도체 메모리 장치의 메모리 셀 구조 및 소거 동작시 인가되는 전압을 보여주는 단면도가 도시되어 있다.FIG. 5 shows a memory cell structure of a nonvolatile semiconductor memory device according to a preferred embodiment of the present invention and a cross-sectional view illustrating a voltage applied during an erase operation.

도 5를 참조하면, P형 반도체 기판(10)과. 상기 반도체 기판(10)에 채널(12)을 사이에 두고 N형 분순물의 소오스 및 드레인 영역(14, 16)이 형성되어 있고; 상기 채널(12) 상부에 산화막(17), 플로팅 게이트(18), ONO막(19), 그리고 제어 게이트(20)가 순차적으로 상기 소오스 및 드레인 영역(14, 16)의 상부에 일부분 걸쳐 형성되어 있되; 상기 반도체 기판(10), 소오스(14), 드레인(16), 그리고 제어 게이트(20)에 각각 외부로부터 소정 전압이 인가되는 전원 단자(1, 2, 3, 4)가 연결된 복수개의 메모리 셀을 구비한 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 있어서, 상기 반도체 기판(10)의 전원 단자(1)를 통해 제 1 고전압이 인가되고, 상기 제어 게이트(20)의 전원 단자(4)를 동해 접지 전압이 인가되며, 상기 소오스 영역(14)의 전원 단자(2)를 통해 제 2 고전압이 인가된다. 여기서, 상기 반도체 기판(10)에 인가되는 제 1 고전압은 약 +12 - +16 볼트의 범위에서, 그리고, 상기 소오스 영역(14)에 인가되는 제 2 고전압은 약 +13 - +l7 볼트의 범위에서 인가된다. 그리고, 상기 드레인 영역(16)은 고임피던스 상태로 유지된다. 상기 소오스 및 상기 드레인 영역(14, 16)은 싱글-디퓨즈드(single-diffused) 구조로 그리고, 상기 소오스 영역(14)은 인접한 매모리 셀들과 확산층에 의해 연결되어 있다.Referring to FIG. 5, the P-type semiconductor substrate 10 and the P- Source and drain regions 14 and 16 of an N-type impurity are formed in the semiconductor substrate 10 with a channel 12 therebetween; An oxide film 17, a floating gate 18, an ONO film 19, and a control gate 20 are sequentially formed on the channel 12 to partially over the source and drain regions 14 and 16 He said; A plurality of memory cells connected to the power source terminals 1, 2, 3 and 4 to which a predetermined voltage is externally applied are connected to the semiconductor substrate 10, the source 14, the drain 16 and the control gate 20, Wherein a first high voltage is applied through the power supply terminal (1) of the semiconductor substrate (10) and the power supply terminal (4) of the control gate (20) And the second high voltage is applied through the power supply terminal 2 of the source region 14. [ Here, the first high voltage applied to the semiconductor substrate 10 is about +12 - +16 volts, and the second high voltage applied to the source region 14 is about +13 - +17 volts Lt; / RTI > Then, the drain region 16 is maintained in a high impedance state. The source and drain regions 14 and 16 are of a single-diffused structure and the source region 14 is connected to neighboring memory cells by a diffusion layer.

상기 메모리 셀에 저장된 데이터를 소거할 경우, 도 5에 도시된 바와같이, 각 전원 단자(1, 2, 3, 4)에 다음과 같이 전압이 인가된다. 제어 게이트(20)에는 0 볼트의 전압이 인가되고, 소오스 영역(14)의 전원 단자를 통해 +13 - +l7 볼트의 전압이 인가된다. 그리고, 반도체 기판(10)에는 +12 - +l6 볼트의 전압이 인가되며, 드레인 영역(16)은 고 임피던스 상태 즉, 플로팅 상태로 유지된다 상기 각 전원 단자를 통해 인가되는 전압에 의해 선택된 메모리 셀은 음의 전하가 축적되어 있는 소오스 영역(14)에서 제어 게이트(20) 방향으로 강한 전계가 형성된다. 이 전계에 의해, 프로그램 동작시 핫 일렉트론 인젝션으로 축적된 음의 전하가 소오스 영역(14)으로 방출되어 메모리 셀의 문턱 전압(threshold voltage)을 감소시키며 프로그램된 셀(programmed cell)의 데이터가 소거 된다When data stored in the memory cell is erased, as shown in FIG. 5, voltages are applied to the power supply terminals 1, 2, 3 and 4 as follows. A voltage of 0 volts is applied to the control gate 20 and a voltage of +13 - + l7 volts is applied through the power source terminal of the source region 14. [ A voltage of +12 - +16 volts is applied to the semiconductor substrate 10 and a drain region 16 is maintained in a high impedance state, that is, a floating state. A strong electric field is formed in the direction of the control gate 20 in the source region 14 where negative charges are accumulated. By this electric field, the negative charge accumulated in the hot electron injection during the program operation is discharged to the source region 14 to reduce the threshold voltage of the memory cell and erase the data of the programmed cell

상술한 바와같이, 메모리 셀의 소오스 영역과 반도체 기판 사이의 전압차를 +5 볼트 이하로 줄일 수 있을 뿐 아니라, 아울러, 밴드간 터널링으로 인한 핫 홀의 발생을 억제하여 불휘발성 반도체 메모리 장치의 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 플래쉬 메모리 셀의 프로그램, 독출 소거 동작시 제어 게이트에 0 볼트 이상의 양의 전압만 인가하여 상기 제어 게이트에 전압을 인가하기 위한 회로의 구성을 간단히 할 수 있다. 이로서, 불휘발성 반도테 메모리 장치의 고집적화를 실현할 수 있다.As described above, not only the voltage difference between the source region of the memory cell and the semiconductor substrate can be reduced to +5 volts, but also the occurrence of hot holes due to interband tunneling is suppressed to improve the reliability of the nonvolatile semiconductor memory device Can be improved. It is possible to simplify the structure of the circuit for applying a positive voltage of at least 0 volts to the control gate and applying the voltage to the control gate in the program / read erase operation of the flash memory cell. Thus, high integration of the nonvolatile semiconductor memory device can be realized.

Claims (6)

P형 반도체 기판(10)과, 상기 반도체 기판(10)에 채널(12)을 사이에 두고 N형 불순물의 소오스 및 드레인 영역(14, 16)이 형성되어 있고, 상기 채널(12) 상부에 산화막(17), 플로팅 게이트(18), ONO막(19), 그리고 제어 게이트(20)가 순차적으로 상기 소오스 및 드레인 영역(14, 16)의 상부에 일부분 걸쳐 형성되어 있되; 상기 반도체 기판(10), 소오스(14), 드레인(16), 그리고 제어 게이트(20)에 각각 외부로부터 소정 전압이 인가되는 전원 단자(1, 2, 3, 4)가 연결된 복수개의 메모리 셀을 구비한 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법에 있어서, 상기 반도체 기판(10)의 전원 단자(1)를 통해 제 1 고전압이 인가되고, 상기 제어 게이트(20)의 전원 단자(4)를 통해 접지 전압이 인가되며; 상기 소오스 영역(14)의 전원 단자(2)를 통해 제 2 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.Source and drain regions 14 and 16 of an N-type impurity are formed in the semiconductor substrate 10 with a channel 12 interposed therebetween. A floating gate 18, an ONO film 19, and a control gate 20 are sequentially formed on an upper portion of the source and drain regions 14 and 16; A plurality of memory cells connected to the power source terminals 1, 2, 3 and 4 to which a predetermined voltage is externally applied are connected to the semiconductor substrate 10, the source 14, the drain 16 and the control gate 20, Wherein a first high voltage is applied through a power supply terminal (1) of the semiconductor substrate (10) and a ground voltage is applied through a power supply terminal (4) of the control gate (20) Lt; / RTI > And a second high voltage is applied through the power supply terminal (2) of the source region (14). 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판(10)에 인가되는 제 1 고전압은 약 +12 - +l6 볼트의 범위에서 인가되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.The method of claim 1, wherein the first high voltage applied to the semiconductor substrate (10) is applied in a range of about +12 - +16 volts. 제1항에 있어서, 상기 소오스 영역(14)에 인가되는 제 2 고전압은 약 +13 - +17 볼트의 범위에서 인가되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.The method of claim 1, wherein the second high voltage applied to the source region (14) is applied in a range of about +13 - + 17 volts. 제1항에 있어서, 상기 드레인 영역(16)은 소거 동작시 고임퍼던스 상태로 유지됨을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.2. The method of claim 1, wherein the drain region (16) is maintained in a high impedance state during an erase operation. 제1항에 있어서, 상기 소오스 및 상기 드레인 영역(14, 16)은 싱글-디퓨즈드(single-diffused) 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.The method of claim 1, wherein the source and drain regions (14, 16) are formed in a single-diffused structure. 제1항에 있어서, 상기 소오스 영역(14)은 인접한 셀들과 확산층에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치의 소거 방법.2. The method according to claim 1, wherein the source region (14) is connected to adjacent cells by a diffusion layer. ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.※ Note: It is disclosed by the contents of the first application.
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