JPH031396A - Data writing and erasing method for semiconductor memory device - Google Patents

Data writing and erasing method for semiconductor memory device

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JPH031396A
JPH031396A JP1135061A JP13506189A JPH031396A JP H031396 A JPH031396 A JP H031396A JP 1135061 A JP1135061 A JP 1135061A JP 13506189 A JP13506189 A JP 13506189A JP H031396 A JPH031396 A JP H031396A
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JP
Japan
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potential
data
erasing
drain
source
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Application number
JP1135061A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ono
隆 小野
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To increase reloadable time without increasing the number of manufacture processes or the size of a cell by separating a current path for writing and erasing into a source area and a drain area. CONSTITUTION:A source area 23 and a drain area 22, in which the concentration of impurity is almost equal, are formed in a substrate and a floating gate 25 and a control gate 27 are formed through insulating films 24 and 26 on the substrate. When data are written, an electric charge is injected to the floating gate 27 near the drain area 22 and the data are erased, the electric charge is neutralized in the floating gate 27 near the source area 23. Then, each current path is separated for the time of writing and the time of erasing and the insulating films 24 and 26 under the floating gate 27 are suppressed to be degraded. Thus, since the concentration of the impurity is almost equal in the source area 23 and drain area 22, the number of the manufacture processes can be decreased and the size of the cell can be reduced. Then, the reloadable time can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野〉 本発明は、半導体記憶装置のデータ書込み及び消去方法
、特に電気的に消去可能なEPROM(Electri
cally  Programable Read 0
nly Memory)のデータ書込み及び消去方法に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for writing and erasing data in a semiconductor memory device, and in particular to an electrically erasable EPROM (Electric Memory Device).
Cally Programmable Read 0
The present invention relates to a data writing and erasing method for nly Memory.

(従来の技術) 従来、フローティンゲートを有するEPROMは、デー
タの書込みを電気的に行えるが、消去は紫外線を約10
分間、パッケージのガラス窓を通して照射することによ
り行っている。ところが、この種のEPROMは、紫外
線照射器が必要になること、紫外線は失明等の危険があ
ること、ガラス窓付きのパッケージは通常の窓なしパッ
ケージに比べてコスト高であること等の欠点があるため
、電気的に消去可能なEPROM (これは通常、全ビ
ット−括消去であり、フラッシュEEPROM等と呼ば
れる。)が米国特許節4,698,787号明細書く文
献1)、及び特開昭63−249゜375号公報(文献
2)等で提案されている。
(Prior art) Conventionally, data can be written to an EPROM having a floating gate electrically, but data can be erased using ultraviolet rays for about 100 ms.
This is done by irradiating through the glass window of the package for 1 minute. However, this type of EPROM has drawbacks such as the need for an ultraviolet irradiator, the risk of blindness due to ultraviolet rays, and the cost of a package with a glass window compared to a regular package without a window. Therefore, electrically erasable EPROMs (usually all bits are erased at once and are called flash EEPROMs, etc.) are disclosed in U.S. Pat. This method has been proposed in Publication No. 63-249°375 (Document 2).

第2図は、前記文献1に記載された従来のEPROMセ
ルの概略の断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the conventional EPROM cell described in Document 1.

このEPROMは、p型のシリコン基板(Si基板)1
を有し、そのSi基板1の主表面内にはn+拡散層から
なるドレイン領域2と、n+拡散層及びn−拡散層から
なるDDD (Doub 1eDifused  Dr
ain;二重拡散ドレイン)構造のソース領域3とが形
成されている。さらに、Si基板1上には、絶縁膜4を
介してフローティングゲート5が形成され、そのフロー
ティングゲート5の上に眉間絶縁膜6を介してコントロ
ールゲート7が形成されている。
This EPROM consists of a p-type silicon substrate (Si substrate) 1
In the main surface of the Si substrate 1, there is a drain region 2 made of an n+ diffusion layer, and a DDD (Double Diffused Dr.
ain (double diffused drain) structure is formed. Furthermore, a floating gate 5 is formed on the Si substrate 1 with an insulating film 4 interposed therebetween, and a control gate 7 is formed on the floating gate 5 with an inter-glabellar insulating film 6 interposed therebetween.

このEPROMでは、高いコントロールゲート電位VG
をコントロールゲート7に印加すると共に、高いドレイ
ン電位VDをドレイン領域2に印加し、そのドレイン領
域2とソース領域3間に飽和チャネル電流を流すことに
より、メモリセルの閾値電圧VTが上昇してデータの書
込みが行われる。
In this EPROM, the high control gate potential VG
is applied to the control gate 7, a high drain potential VD is applied to the drain region 2, and a saturated channel current is caused to flow between the drain region 2 and the source region 3, thereby increasing the threshold voltage VT of the memory cell and transmitting data. is written.

データの消去の場合、ドレイン領域2と非対称のソース
領域3に、高いソース電位VSを印加し、そのソース領
域3とフローティングゲート5とのオーバラップ部分に
おける絶縁膜4aを流れるファウラ・ノードハイム・ト
ンネル電流で、データの消去を行う。即ち、ソース領域
3をDDDm造にして、そのソース領域3とSi基板1
との間の電界を弱めることにより、アバランシェ電流の
発生を抑え、ファウラ・ノードハイム・トンネル電流で
データの消去を行うようにしている。
In the case of erasing data, a high source potential VS is applied to the source region 3 asymmetric to the drain region 2, and a Fowler-Nordheim tunnel flows through the insulating film 4a in the overlapped portion of the source region 3 and the floating gate 5. Data is erased using electric current. That is, the source region 3 is made of DDD m structure, and the source region 3 and the Si substrate 1 are
By weakening the electric field between the two, the generation of avalanche current is suppressed, and data is erased using Fowler-Nordheim tunneling current.

第3図は、前記文献2に記載された従来のEPROMセ
ルの概略の断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a conventional EPROM cell described in Document 2.

こ(7)EPROMは、p型のSi基板11を有し、そ
のSi基板11の主表面内にはn+拡散層からなる同一
構造のドレイン領域12及びソース領域13が形成され
、さらにそのSi基板11上に、ゲート酸化膜14、フ
ローティングゲート15、シリコン酸化膜16及びコン
トロールゲート17が順に積層状態に形成されている。
This (7) EPROM has a p-type Si substrate 11, and a drain region 12 and a source region 13 of the same structure made of an n+ diffusion layer are formed in the main surface of the Si substrate 11, and further, A gate oxide film 14, a floating gate 15, a silicon oxide film 16, and a control gate 17 are formed in this order on 11 in a laminated state.

このEPROMでデータを書込む場合、例えばコントロ
ールゲート電位VG=13V、ソース電位VS二基板電
位VB=OVにしておき、ドレイン電位VD=8Vのパ
ルスをドレイン領域12に0.1m5ec印加する。こ
れにより、メモリセルの閾値電圧VTが1.8■から約
6Vに上昇し、データの書込みが行われる。
When writing data in this EPROM, for example, the control gate potential VG is set to 13 V, the source potential VS and the substrate potential VB are set to OV, and a pulse of drain potential VD = 8 V is applied to the drain region 12 for 0.1 m5ec. As a result, the threshold voltage VT of the memory cell increases from 1.8V to approximately 6V, and data is written.

データの消去の場合、ドレイン領域12に高電位を印加
し、アバランシェ電流を積極的に利用してデータの消去
を行う。即ち、スイッチ18を閉じ、スイッチ19を開
いておき、このメモリセルにコントロールゲート電位V
G=基板電位VB=Ov、ソース電位VS=2Vを印加
する。次に、スイッチ19を閉じて、ドレイン電位VD
=14■のパルスをドレイン領域12に加える。これに
より、メモリセルの閾値電圧VTが例えば6,6■から
2.0■になり、データの消去が行われる。
When erasing data, a high potential is applied to the drain region 12, and avalanche current is actively used to erase data. That is, the switch 18 is closed, the switch 19 is kept open, and the control gate potential V is applied to this memory cell.
Apply G=substrate potential VB=Ov and source potential VS=2V. Next, the switch 19 is closed and the drain potential VD
A pulse of =14■ is applied to the drain region 12. As a result, the threshold voltage VT of the memory cell changes from, for example, 6.6■ to 2.0■, and data is erased.

第3図のメモリセルにおいて、前記の方法で書込み及び
消去を繰返した場合のそのメモリセルの閾値電圧VTの
変化を第4図に示す。
FIG. 4 shows changes in the threshold voltage VT of the memory cell shown in FIG. 3 when writing and erasing are repeated in the above-described method.

第4図は書込み消去の繰返し回数に対する閾値電圧の特
性図である。この図においてVToは紫外線照射後の初
期量値電圧であり、メモリセルに対する書込み時間は1
回当り011m5ec、消去時間は1回当り100m5
ecである。この図から明らかなように、書込み消去の
繰返し回数が増えるに従って、書込み後の閾値電圧と消
去後の閾値電圧との差(所謂閾値ウィンドウ)が狭くな
っていく。
FIG. 4 is a characteristic diagram of the threshold voltage with respect to the number of repetitions of writing and erasing. In this figure, VTo is the initial value voltage after UV irradiation, and the writing time for the memory cell is 1
011m5ec per time, erasing time is 100m5 per time
It is ec. As is clear from this figure, as the number of repetitions of writing and erasing increases, the difference between the threshold voltage after writing and the threshold voltage after erasing (so-called threshold window) becomes narrower.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記のデータ書込み及び消去方法では、
次のような課題があった。
(Problem to be solved by the invention) However, in the above data writing and erasing method,
The following issues were encountered.

(1) 第2図の方法では、ソース領域3をDDD構造
にし、そのソース領域とSi基板1との間の電界を弱め
ることによってアバランシェ電流の発生を抑え、ファウ
ラ・ノートハイム・トンネル電流でデータの消去を行う
ので、データの書込み及び消去の繰返しによる絶縁膜4
aの劣化が少ない。そのため、1000回以上の書込み
及び消去が期待できる。しかし、ソース領域3側のみが
DDD構造となっているため、そのDDD構造を製作す
るために、ホトリソグラフィ工程及びイオン注入工程等
が増え、製造工程数の増大によってコスト高になるとい
う欠点があった。
(1) In the method shown in Fig. 2, the source region 3 is made into a DDD structure and the electric field between the source region 3 and the Si substrate 1 is weakened to suppress the generation of avalanche current. , the insulating film 4 is erased by repeating data writing and erasing.
There is little deterioration of a. Therefore, writing and erasing can be expected over 1000 times. However, since only the source region 3 side has a DDD structure, the photolithography process, ion implantation process, etc. are increased in order to fabricate the DDD structure, which has the disadvantage of increasing the cost due to the increase in the number of manufacturing processes. Ta.

その上、ソース領域3がDDD構造のため、そのソース
領域3が横方向にも拡がる。ドレイン領域2とソース領
域3との間のチャネル長は、メモリセルの特性を決定す
る要因であり、一定のチャネル長を得ようとすれば、D
DD構造によって横方向に拡がった分だけ、メモリセル
のゲート長を長くしなければならず、それによって例え
ば1メモリセル当り0.3μm程度セルサイスが大きく
なるという欠点があった。
Moreover, since the source region 3 has a DDD structure, the source region 3 also expands in the lateral direction. The channel length between the drain region 2 and source region 3 is a factor that determines the characteristics of the memory cell, and if you want to obtain a constant channel length, D
The gate length of the memory cell must be increased by the amount of lateral expansion due to the DD structure, which has the drawback of increasing the cell size by, for example, about 0.3 μm per memory cell.

(2) 第3図の方法では、アバランシェ電流を積極的
に利用してデータの消去を行うので、ドレイン領域12
とソース領域13とを同一構造にできる。そのため第2
図のDDD構造のような特殊な構造を採用する必要がな
いので、前記(1)の製造工程数の増加及びセルサイズ
の増大という欠点を除去できる。
(2) In the method shown in FIG. 3, since data is erased by actively utilizing avalanche current, the drain region 12
and the source region 13 can have the same structure. Therefore, the second
Since there is no need to employ a special structure such as the DDD structure shown in the figure, the disadvantages of the increase in the number of manufacturing steps and the increase in cell size described in (1) can be eliminated.

しかし、データ書込み時は、ドレイン領域12の近傍で
、フローティングゲート15への負電荷注入が起こり、
消去時には同じくドレイン領域12の近傍で、フローテ
ィングゲート15中の負電荷の中和が起こる。このよう
に、書込み消去時の電流パスがいずれもドレイン領域1
2の近傍で生じるため、そのドレイン領域12の近傍の
ゲート酸化膜14が劣化しやすくなる。従って、データ
の続出し回路の構成にもよるが、第4図に示すように、
書換え可能回数が数千回〜数百回程度と、少ないという
欠点があった。
However, during data writing, negative charge is injected into the floating gate 15 near the drain region 12.
During erasing, the negative charges in the floating gate 15 are similarly neutralized near the drain region 12. In this way, the current paths during programming and erasing are all connected to the drain region 1.
2, the gate oxide film 14 near the drain region 12 is likely to deteriorate. Therefore, depending on the configuration of the data successive output circuit, as shown in FIG.
The drawback is that the number of times it can be rewritten is limited to several thousand to several hundred times.

以上のように、従来のデータ書込み及び消去方法では、
製造工程数が少なく、セルサイズも小さく、しかも書換
え回数の多いデータ書込み方法及び消去方法を得ること
が困難であった。
As mentioned above, in the conventional data writing and erasing method,
It has been difficult to obtain a data writing and erasing method that requires a small number of manufacturing steps, a small cell size, and a large number of rewrites.

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、製造工
程数が少なく、セルサイズが小さく、かつ書換え回数の
多いデータの書込み及び消去方法を得ることが困難であ
る点について解決した、半導体記憶装置のデータ書込み
及び消去方法を提供するものである。
The present invention solves the problems of the prior art in that it is difficult to obtain a method for writing and erasing data with a small number of manufacturing steps, a small cell size, and a large number of rewrites. The present invention provides a method for writing and erasing data.

く課題を解決す為ための手段) 前記課題を解決するなめに、第1の発明は、不純物濃度
のほぼ等しいソース領域及びドレイン領域が基板内に形
成され、その基板上に絶縁膜を介してフローティングゲ
ートとコントロールゲートが形成されたMOS型トラン
ジスタを、記憶単位とする半導体記憶装置のデータ書込
み及び消去方法において、次のような手段を講じたもの
である。
Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the first invention provides a method in which a source region and a drain region having substantially equal impurity concentrations are formed in a substrate, and a source region and a drain region having substantially equal impurity concentrations are formed on the substrate through an insulating film. The following measures are taken in a data writing and erasing method for a semiconductor memory device in which a MOS transistor in which a floating gate and a control gate are formed is used as a memory unit.

即ち、前記ドレイン領域に印加するドレイン電位の絶対
値を、前記ソース領域に印加するソース電位の絶対値よ
りも大きな値に設定してデータの書込みを行ない、前記
ドレイン領域と前記基板との間における逆方向電流を阻
止しうる電位状態に、前記ドレイン領域を設定すると共
に、前記ソース領域と前記ドレイン領域間におけるチャ
ネル形成を阻止しうる所定の電位を、前記コントロール
ゲートに印加し、前記ドレイン電位の絶対値よりも大き
な絶対値の前記ソース電位を、前記ソース領域に印加し
てデータの消去を行うようにしたものである。
That is, data is written by setting the absolute value of the drain potential applied to the drain region to a larger value than the absolute value of the source potential applied to the source region, and The drain region is set to a potential state that can prevent reverse current, and a predetermined potential that can prevent channel formation between the source region and the drain region is applied to the control gate, and the drain potential is changed. Data is erased by applying the source potential having an absolute value larger than the absolute value to the source region.

また、第2の発明では、前記第1の発明において、デー
タ消去時のソース電位の絶対値を、データ書込み時のド
レイン電位の絶対値よりも大きく設定するようにしてい
る。
In a second invention, in the first invention, the absolute value of the source potential during data erasing is set to be larger than the absolute value of the drain potential during data writing.

(作用) 第1の発明によれば、以上のように半導体記憶装置のデ
ータ書込み及び消去方法を構成したので、ドレイン電位
の絶対値をソース電位の絶対値よりも大きな値に設定し
てデータの書込みを行うと、ドレイン領域とソース領域
との間に大電流が流れ、そのとき衝突電離より発生した
ホット電子の一部がコントロールゲート方向の電界に沿
ってそのコントロールゲートに到達する。この時、コン
トロールゲートは絶縁膜で囲まれ、電気的にフローティ
ングな状態なので、前記ホット電子はそのフローティン
グゲート内に蓄えられ、メモリセルの閾値電圧が高くな
ってデータの書込みが行える。
(Function) According to the first invention, since the data writing and erasing method for a semiconductor memory device is configured as described above, the absolute value of the drain potential is set to a larger value than the absolute value of the source potential, and data is written. When writing, a large current flows between the drain region and the source region, and some of the hot electrons generated by impact ionization reach the control gate along the electric field in the direction of the control gate. At this time, since the control gate is surrounded by an insulating film and is in an electrically floating state, the hot electrons are stored in the floating gate, and the threshold voltage of the memory cell increases, allowing data to be written.

データの消去時において、ドレイン領域と基板との間に
おける逆方向電流を阻止しうる電位状態にそのドレイン
領域を設定すると、ドレイン領域から基板への電流の流
れが阻止される。ソース領域とドレイン領域間における
チャネル形成を阻止しうる所定の電位をコントロールゲ
ートに印加すると、ソース領域とドレイン領域間におけ
るチャネル電流の流れが阻止される。ドレイン電位より
も大きなソース電位をソース領域に印加すると、アバラ
ンシェ電流が生じるが、ブレークダウンに至らない状態
で、ソース領域からドレイン領域へ電流が流れ、フロー
ティングゲートに蓄積された電荷が除去され、メモリセ
ルの閾値電圧が低下してデータの消去が行われる。
When erasing data, if the drain region is set to a potential state that can prevent reverse current between the drain region and the substrate, current flow from the drain region to the substrate is blocked. When a predetermined potential that can prevent channel formation between the source region and the drain region is applied to the control gate, the flow of channel current between the source region and the drain region is prevented. When a source potential higher than the drain potential is applied to the source region, an avalanche current is generated, but the current flows from the source region to the drain region without reaching breakdown, and the charge accumulated in the floating gate is removed and the memory The threshold voltage of the cell is lowered and data is erased.

このようにして、データ書込み時は、ドレイン領域の近
傍でフローティングゲートへの電荷の注入が起こり、デ
ータの消去時には、ソース領域の近傍でフローティング
ゲート中の電荷の中和が起こり、書込み時と消去時での
各電流パスが分離され、フローティングゲート下の絶縁
膜の劣化が抑制され、データの書換え回数が向上する。
In this way, when writing data, charge is injected into the floating gate near the drain region, and when erasing data, charge is neutralized in the floating gate near the source region. Each current path is separated at the time, deterioration of the insulating film under the floating gate is suppressed, and the number of data rewrites is increased.

その上、ソース領域とドレイン領域は、不純物濃度がほ
ぼ等しいので、製造工程数の減少及びセルサイズの縮小
化が図れる。
Furthermore, since the source region and the drain region have substantially the same impurity concentration, the number of manufacturing steps and the cell size can be reduced.

第2の発明において、データ消去時において、ソース電
位をドレイン電位よりも大きく設定すると、目的とする
メモリセルのみのデータの消去が的確に行え、それによ
って他のメモリセルのデータの消去を阻止する働きがあ
る。
In the second invention, when erasing data, if the source potential is set higher than the drain potential, data of only the target memory cell can be accurately erased, thereby preventing erasure of data of other memory cells. There is work.

従って、前記課題を解決できるのである。Therefore, the above problem can be solved.

(実施例) 第1図(a>、(b)、(c)は、本発明の一実施例を
示すもので、Nチャネル型MOSトランジスタで構成さ
れるEPROMセルの概略の断面図である。
(Embodiment) FIGS. 1(a), (b), and (c) show an embodiment of the present invention, and are schematic cross-sectional views of an EPROM cell constituted by an N-channel MOS transistor.

このEPROMセルは、例えばP型のSi基板21上に
多数、配列形成されるもので、そのSi基板21の主表
面内には、深さXJが約0.25μmのドレイン領域2
2とソース領域23が同時に形成されている。このドレ
イン領域22及びソース領域23は、同一不純物濃度か
らなるN+拡散層で形成されている。ドレイン領域22
及びソース領域23上には、例えば膜厚300人のシリ
コン酸化膜(SiO2膜)からなるゲート絶縁膜24が
形成され、さらにその上に膜厚3000人のポリシリコ
ン膜(多結晶シリコン膜)等のフローティングゲート2
5、絶縁膜26、及び膜厚3000人のポリシリコン膜
等のコントロールゲート27が順に積層状態に、セルフ
ァライン技術等を用いて形成されている。
A large number of these EPROM cells are formed in an array on, for example, a P-type Si substrate 21, and a drain region 2 with a depth XJ of about 0.25 μm is formed in the main surface of the Si substrate 21.
2 and source region 23 are formed at the same time. The drain region 22 and source region 23 are formed of N+ diffusion layers having the same impurity concentration. drain region 22
On the source region 23, a gate insulating film 24 made of, for example, a silicon oxide film (SiO2 film) with a thickness of 3000 μm is formed, and further thereon, a polysilicon film (polycrystalline silicon film) etc. with a thickness of 3000 μm is formed. floating gate 2
5. An insulating film 26 and a control gate 27 made of a polysilicon film or the like having a thickness of 3000 are sequentially formed in a stacked state using a self-line technique or the like.

フローティングゲート25とコントロールゲート27間
の絶縁膜26は、例えば膜厚400人のSiO□膜で形
成されている。なお、この絶縁膜26は、5iCh膜に
代えて、例えば5i02膜とシリコン窒化膜(SiN)
の積層膜で形成してもよい。このように、絶縁膜26を
積層膜で形成すると、その積層膜中のSiN膜はSiO
2膜に比べて誘電率が高いので、コントロールゲート2
5とフローティングゲート27間の容量を増やすことが
できるという利点がある。
The insulating film 26 between the floating gate 25 and the control gate 27 is formed of, for example, a SiO□ film with a thickness of 400 mm. Note that this insulating film 26 is made of, for example, a 5i02 film and a silicon nitride film (SiN) instead of the 5iCh film.
It may be formed of a laminated film of. In this way, when the insulating film 26 is formed as a laminated film, the SiN film in the laminated film is SiO
The control gate 2 has a higher dielectric constant than the control gate 2.
5 and the floating gate 27 can be increased.

このEPROMセルは、例えば実効ゲート長が0.8μ
m(ゲート長1.2μm)、紫外線消去した場合のその
紫外線照射後の初期量値電圧VT。が1,8■という特
性を有している。
For example, this EPROM cell has an effective gate length of 0.8μ.
m (gate length 1.2 μm), initial quantity value voltage VT after ultraviolet irradiation when ultraviolet rays are erased. has a characteristic of 1.8■.

このようなEPROMセルに対してデータの書込み及び
消去を行うために、例えば基板電位VBが接地電位に保
持され、ソース領域23に所定のソース電位■Sを印加
するためにそのソース領域にスイッチ28を介して電源
E1が接続されると共に、ドレイン領域22に所定のド
レイン電位VDを印加するためにそのドレイン領域22
にスイッチ29を介して電源E2が接続されている。ま
た、コントロールゲート27には、所定のコントロール
ゲート電位VGが印加される。
In order to write and erase data in such an EPROM cell, for example, the substrate potential VB is held at the ground potential, and a switch 28 is applied to the source region 23 in order to apply a predetermined source potential S to the source region 23. A power source E1 is connected to the drain region 22 through the drain region 22 in order to apply a predetermined drain potential VD to the drain region 22.
A power supply E2 is connected to the switch 29 via a switch 29. Further, a predetermined control gate potential VG is applied to the control gate 27.

次に、第1図(a)、(b)、(c)、第5図及び第6
図を参照しつつEPROMセルのデータ書込み方法(1
)及びデータ消去方法(2〉について説明する。なお、
第5図は、第1図の消去時間に対する閾値電圧VTの特
性図であり、その図の中のVT、は紫外線照射後の初期
量値電圧、■Taは書込み直後の閾値電圧である。また
、第6図は、第1図における書込み消去の繰返し回数に
対する閾値電圧VTの特性図である。
Next, Figures 1 (a), (b), (c), Figures 5 and 6
How to write data to an EPROM cell (1) with reference to the diagram
) and data deletion method (2) will be explained.
FIG. 5 is a characteristic diagram of the threshold voltage VT with respect to the erasing time in FIG. 1, in which VT is the initial amount voltage after irradiation with ultraviolet rays, and ■Ta is the threshold voltage immediately after writing. Further, FIG. 6 is a characteristic diagram of the threshold voltage VT with respect to the number of repetitions of programming and erasing in FIG. 1.

(1) データ書込み方法 EPROMセルにデータを書込む場合、第1図(a)に
示すように、コントロールゲート27にコントロールゲ
ート電位VG=13Vを印加し、さらに基板電位VBを
OVにすると共に、スイッチ28を開いてソース領域2
3のソース電位VS−〇■にしておく。
(1) Data writing method When writing data to an EPROM cell, as shown in FIG. 1(a), a control gate potential VG=13V is applied to the control gate 27, and the substrate potential VB is set to OV, and Open switch 28 to switch to source area 2
The source potential of 3 is set to VS-〇■.

この状態で、スイッチ29を閉じて、ドレイン電位VD
=8Vのパルスを0.1m5ec、ドレイン領域22に
印加する。すると、ドレイン領域22とソース領域23
の間に大電流が流れ、その時、衝突電離により発生した
ホット電子の一部がフローティングゲート25方向の電
界に沿ってそのフローティングゲート25に到達する。
In this state, the switch 29 is closed and the drain potential VD
A pulse of =8V is applied to the drain region 22 for 0.1 m5ec. Then, the drain region 22 and the source region 23
During this period, a large current flows, and at that time, some of the hot electrons generated by impact ionization reach the floating gate 25 along the electric field in the direction of the floating gate 25.

この際、フローティングゲート25はゲート絶縁膜24
及び絶縁plA26で包囲され、電気的にフローティン
グな状態なので、前記のホット電子はそのフローティン
グゲート25内に蓄積される。これにより、セルの閾値
電圧VTは例えば約1.8Vから約6■に上昇し、読出
し時に電流がほとんど流れなくなって、データが書込ま
れたことになる。
At this time, the floating gate 25 is connected to the gate insulating film 24.
Since it is surrounded by an insulating PLA 26 and is in an electrically floating state, the hot electrons are accumulated in its floating gate 25. As a result, the threshold voltage VT of the cell increases from, for example, about 1.8V to about 6V, almost no current flows during reading, and data has been written.

(2〉 データ消去方法 書込まれたデータを消去する場合、第1図(b)に示す
ように、スイッチ28を開くと共にスイッチ2つを閉じ
、コントロールゲート電位VG=基板電位VB=OVを
コントロールゲート27に印加すると共にSi基板21
をOVにし、さらにドレイン電位VD=2Vをドレイン
領域22に印加する。これにより、ドレイン領域22と
Si基板21間が逆バイアスされ、ドレイン領域22か
らSi基板21側への電流の流れが阻止される。
(2> Data erasing method When erasing the written data, as shown in FIG. 1(b), open the switch 28 and close the two switches to control the control gate potential VG = substrate potential VB = OV. While applying voltage to the gate 27, the Si substrate 21
is set to OV, and a drain potential VD=2V is further applied to the drain region 22. As a result, a reverse bias is applied between the drain region 22 and the Si substrate 21, and current flow from the drain region 22 to the Si substrate 21 side is blocked.

次に、第1図(C)に示すように、第1図(b)の状態
からスイッチ28を閉じてソース電位VS=14Vのパ
ルスをソース領域23に印加する。
Next, as shown in FIG. 1(C), the switch 28 is closed from the state shown in FIG. 1(b), and a pulse of source potential VS=14V is applied to the source region 23.

ここで、コントロールゲート電位VGはOVであるため
、ドレイン領域22とソース領域23間においてチャネ
ル電流の発生が抑制される。また、ソース電位VS=1
4Vの印加により、ソース領域23とSi基板21間が
逆バイアスされ、アバランシェ電流が生じるが、ブレー
クダウンに至らない状態となるため、ソース領域23か
らSi基板21方向へ200μA以下のソース電流が流
れる。これにより、フローティングゲート25に蓄積さ
れた電荷が除去され、データの消去が行われる。
Here, since the control gate potential VG is OV, generation of channel current between the drain region 22 and the source region 23 is suppressed. Also, source potential VS=1
By applying 4V, the source region 23 and the Si substrate 21 are reverse biased, and an avalanche current is generated, but breakdown does not occur, so a source current of 200 μA or less flows from the source region 23 toward the Si substrate 21. . As a result, the charges accumulated in the floating gate 25 are removed, and data is erased.

第1図(b)、(c)における電圧印加条件でのパルス
印加時間と閾値電圧の関係が、第5図に示されている。
The relationship between the pulse application time and the threshold voltage under the voltage application conditions shown in FIGS. 1(b) and 1(c) is shown in FIG.

この第5図に示されるように、書込み直後の閾値電圧V
T=6.6VであったEPROMセルが、50ms e
 c印加後は、閾値電圧VT=2.OVとほぼ書込み以
前の閾値電圧に戻っており、かつそこで消去は飽和しよ
うとしているのが分かる。ここで、第1図(b)、(c
H;:おけるデータ消去時のバイアス条件では、ソース
領域23からSi基板21間にアバランシェ電流が流れ
るが、その電流は200μA以下、例えば100μA程
度と非常に少ない。これはドレイン電位VDが2■と高
く、ソース領域23・ドレイン領域22間にチャネル電
流が流れないなめである。仮に、ドレイン電位VDを0
■にすると、データの消去は可能であるが、ブレークダ
ウンが発生し、ソース電流が過大となって配線の溶断や
、EPROMセルの熱破壊を引き起こす可能性がある。
As shown in FIG. 5, the threshold voltage V immediately after writing
An EPROM cell with T = 6.6V has a voltage of 50ms e
After applying c, the threshold voltage VT=2. It can be seen that the voltage has returned to OV, which is approximately the threshold voltage before writing, and that erasing is about to be saturated there. Here, Fig. 1 (b), (c
Under the bias conditions for erasing data at H;:, an avalanche current flows between the source region 23 and the Si substrate 21, but the current is very small, 200 μA or less, for example, about 100 μA. This is because the drain potential VD is as high as 2■ and no channel current flows between the source region 23 and the drain region 22. Suppose the drain potential VD is set to 0.
If it is set to (2), data can be erased, but breakdown occurs and the source current becomes excessive, which may lead to melting of the wiring or thermal destruction of the EPROM cell.

従って、ドレイン電位VDはブレークダウン電流がソー
ス領域23・ドレイン領域22間に流れない程度にセル
にバイアスされる必要がある。
Therefore, the drain potential VD needs to be biased toward the cell to such an extent that breakdown current does not flow between the source region 23 and the drain region 22.

以上述べたデータの書込み及び消去方法により、1つの
EPROMセルに対して電気的書込み及び消去を繰り返
した時の闇値電圧特性が第6図に示されている。この第
6図において、書込み時間は1回当りO,1m5ec、
消去時間は1回当り100m5ecである。この図から
明らかなように、繰返し回数が1000回(書込み50
0回十消去500回)でも、書込み後の閾値電圧VTと
消去後の閾値電圧VTとの差は約3.5Vであり、従来
の第4図に比べて各段に改善されている。
FIG. 6 shows the dark value voltage characteristics when electrical writing and erasing are repeated for one EPROM cell using the data writing and erasing method described above. In this Figure 6, the writing time is O, 1m5ec per time,
The erasing time is 100 m5ec per time. As is clear from this figure, the number of repetitions is 1000 (writing 50
Even after 0 times and 500 times of erasing), the difference between the threshold voltage VT after writing and the threshold voltage VT after erasing is about 3.5 V, which is much improved compared to the conventional example shown in FIG.

本実施例の利点をまとめれば次のようになる。The advantages of this embodiment can be summarized as follows.

(a>  データの書込み時においてドレイン領域22
に高電位を印加し、データの消去時においてソース領域
23に高電位を印加して、アバランシェ電流による電流
を阻止するようにしたので、製造工程数を増加し及びセ
ルサイズを大きくすること無しに、書換え可能回数を従
来の数千回〜数百回程度の状態から、千回程度あるいは
それ以上に向上させることができる。
(a> When writing data, the drain region 22
A high potential is applied to the source region 23 during data erasing to block current caused by avalanche current, so there is no need to increase the number of manufacturing steps or increase the cell size. The number of rewrites possible can be increased from the conventional several thousand to several hundred times to approximately one thousand times or more.

これは次のような理由による。即ち、書込み時において
ドレイン領域22の近傍でフローティングゲート25へ
の負電荷の注入が起こり、消去時にはソース領域23の
近傍でフローティングゲート25中の負電荷の中和が起
こるように、書込み及び消去での電流パスを分離したの
で、従来の第3図のように、書込み及び消去時の電流パ
スがいづれもドレイン領域12の近傍である場合に比べ
て、第1図のゲート絶縁膜24に対する劣化が極めて少
なくなり、それによって書換え回数が著しく向上した訳
である。
This is due to the following reasons. That is, during writing and erasing, negative charges are injected into the floating gate 25 near the drain region 22 during writing, and during erasing, negative charges in the floating gate 25 occur near the source region 23. Since the current paths in FIG. This has resulted in a significant increase in the number of rewrites.

(b)  データ消去時のソース電位VSを、データ書
込み時のドレイン電位よりも大きくしたので、他のEP
ROMセルの記憶データの消去が防止でき、それによっ
て的確なデータの書込みが行える。
(b) Since the source potential VS during data erasing is made larger than the drain potential during data writing, other EP
Erasing of data stored in a ROM cell can be prevented, thereby allowing accurate data writing.

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。
Note that the present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications are possible. Examples of such modifications include the following.

(i)  第1図(b)、(c)の消去時において、ス
イッチ29を開いてドレイン領域22をフローティング
状態にすることにより、そのドレイン領域22側に存在
する浮遊容量等に蓄積された電荷を利用して、ソース領
域23・ドレイン領域22間の電流を阻止することも可
能である。この場合、ドレイン領域22に印加する電源
E2が不要となり、データの消去操作がより簡単になる
(i) At the time of erasing in FIGS. 1(b) and 1(c), by opening the switch 29 and making the drain region 22 a floating state, charges accumulated in the stray capacitance etc. existing on the side of the drain region 22 are generated. It is also possible to block the current between the source region 23 and the drain region 22 by utilizing this. In this case, the power supply E2 applied to the drain region 22 becomes unnecessary, and the data erasing operation becomes easier.

また、データの消去時において、上記実施例ではコント
ロールゲート電位VGをOVにしているが、その電位V
GをOv以下にしても、上記実施例とほぼ同様のデータ
の消去が行える。
Furthermore, when erasing data, the control gate potential VG is set to OV in the above embodiment;
Even if G is set to Ov or less, data can be erased almost in the same way as in the above embodiment.

(ii)  上記実施例ではNチャネル型MOSトラン
ジスタからなるEPROMセルについて説明したが、P
チャネル型MOSトランジスタからなるEPROMにつ
いても同様に適用可能である。即ち、第1図においてS
i基板21をN型にすると共に、その基板内に形成され
るドレイン領域22及びソース領域23をp+拡散層等
で形成し、さらに電源El、E2の極性を反転すること
により、第1図とほぼ同様の操作によって上記実施例と
ほぼ同様のデータの書込み及び消去を行うことが可能で
ある。
(ii) In the above embodiment, an EPROM cell consisting of an N-channel MOS transistor was explained.
The present invention is also applicable to EPROMs including channel-type MOS transistors. That is, in FIG.
By making the i-substrate 21 N-type, forming the drain region 22 and source region 23 formed in the substrate with a p+ diffusion layer, and reversing the polarity of the power supplies El and E2, the structure shown in FIG. It is possible to write and erase data in substantially the same manner as in the above embodiment by performing substantially the same operations.

(rir)  si基板21は他の材料の基板でもよく
、さらにEPROMセルの断面構造は第1図の構造以外
のものに変形してもよい。
(rir) The Si substrate 21 may be made of another material, and the cross-sectional structure of the EPROM cell may be modified to a structure other than that shown in FIG.

(iv)  第1図において、ドレイン領域22とソー
ス領域23は相互に互換性があり、他の回路に接続され
て初めてソース側とドレイン側を特定できるため、それ
らを考慮して上記のデータ書込み及び消去方法の操作手
順を適宜選定すればよい。
(iv) In FIG. 1, the drain region 22 and the source region 23 are mutually compatible, and the source side and drain side can only be identified when they are connected to another circuit, so the above data writing takes these into consideration. and the operating procedure of the erasing method may be selected as appropriate.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、第1の発明によれば、デー
タ書込み時とデータ消去時とにおいて、高い電位を与え
る側をソース領域側とドレイン領域側とに分けることに
より、即ち書込みと消去での電流パスをソース領域とド
レイン領域とに分離したので、フローティングゲート下
の絶縁膜の劣化を著しく減少できる。これにより、製造
工程数やセルサイズを増大すること無しに、書換え可能
回数を著しく向上させることができる。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the first invention, by dividing the side to which a high potential is applied into the source region side and the drain region side during data writing and data erasing, That is, since the current paths for writing and erasing are separated into the source region and the drain region, deterioration of the insulating film under the floating gate can be significantly reduced. As a result, the number of rewrites can be significantly increased without increasing the number of manufacturing steps or cell size.

また、第2の発明では、データ消去時のソース電位の絶
対値を、データ書込み時のドレイン電位の絶対値よりも
大きくしたので、他のメモリセルのデータの消去を防止
して、所望のメモリセルに対する的確なデータの書込み
が行なえる。
Furthermore, in the second invention, since the absolute value of the source potential during data erasing is made larger than the absolute value of the drain potential during data writing, erasing of data in other memory cells is prevented and the desired memory Accurate data can be written to cells.

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

第1図(a>、(b)、(c)は本発明の実施例を示す
EPROMセルの概略の断面図、第2図及び第3図は従
来のEPROMセルの概略の断面図、第4図は第3図の
書込み消去の繰返し回数対閾値電圧特性図、第5図は第
1図の消去時間対閾値電圧特性図、第6図は第1図の書
込み消去の繰返し回数対閾値電圧特性図である。 21・・・・・・Si基板、22・・・・・・ドレイン
領域、23・・・・・・ソース領域、24・・・・・・
ゲート絶縁膜、25・・・・・・コントロールゲート、
26・・・・・・絶縁膜、27・・・・・コントロール
ゲート、28.29・・・・・・スイッチ、VB・・・
・・・基板電位、VD・・・・・・ドレイン電位、VG
・・・・・・コントロールゲート電位、VS・・・・・
・ソース電位。
1(a>, (b), and (c) are schematic sectional views of an EPROM cell showing an embodiment of the present invention; FIGS. 2 and 3 are schematic sectional views of a conventional EPROM cell; The figure shows the number of write/erase repetitions vs. threshold voltage characteristic in Figure 3, Figure 5 shows the erase time vs. threshold voltage characteristic in Figure 1, and Figure 6 shows the number of write/erase repetitions vs. threshold voltage characteristic in Figure 1. 21... Si substrate, 22... Drain region, 23... Source region, 24...
Gate insulating film, 25... Control gate,
26... Insulating film, 27... Control gate, 28.29... Switch, VB...
...Substrate potential, VD...Drain potential, VG
...Control gate potential, VS...
・Source potential.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)不純物濃度のほぼ等しいソース領域及びドレイン領
域が基板内に形成され、その基板上に絶縁膜を介してフ
ローティングゲートとコントロールゲートが形成された
MOS型トランジスタを、記憶単位とする半導体記憶装
置のデータ書込み及び消去方法において、 前記ドレイン領域に印加するドレイン電位の絶対値を、
前記ソース領域に印加するソース電位の絶対値よりも大
きな値に設定してデータの書込みを行ない、 前記ドレイン領域と前記基板との間における逆方向電流
を阻止しうる電位状態に、前記ドレイン領域を設定する
と共に、前記ソース領域と前記ドレイン領域間における
チャネル形成を阻止しうる所定の電位を、前記コントロ
ールゲートに印加し、前記ドレイン電位の絶対値よりも
大きな絶対値の前記ソース電位を、前記ソース領域に印
加してデータの消去を行う ことを特徴とする半導体記憶装置のデータ書込み及び消
去方法。 2)データ消去時のソース電位の絶対値を、データ書込
み時のドレイン電位の絶対値よりも大きく設定する請求
項1記載の半導体記憶装置のデータ書込み及び消去方法
[Claims] 1) A MOS transistor in which a source region and a drain region having substantially equal impurity concentrations are formed in a substrate, and a floating gate and a control gate are formed on the substrate through an insulating film, is used as a memory unit. In a data writing and erasing method for a semiconductor memory device, the absolute value of the drain potential applied to the drain region is
Data is written by setting the source potential to a value larger than the absolute value of the source potential applied to the source region, and the drain region is brought into a potential state that can prevent reverse current between the drain region and the substrate. At the same time, a predetermined potential that can prevent channel formation between the source region and the drain region is applied to the control gate, and the source potential having an absolute value larger than the absolute value of the drain potential is applied to the source potential. A data writing and erasing method for a semiconductor memory device, characterized in that data is erased by applying voltage to a region. 2) The data writing and erasing method for a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the absolute value of the source potential during data erasing is set larger than the absolute value of the drain potential during data writing.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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