JPH04130778A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage device

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Publication number
JPH04130778A
JPH04130778A JP2252480A JP25248090A JPH04130778A JP H04130778 A JPH04130778 A JP H04130778A JP 2252480 A JP2252480 A JP 2252480A JP 25248090 A JP25248090 A JP 25248090A JP H04130778 A JPH04130778 A JP H04130778A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drain
oxide film
floating gate
gate
writing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2252480A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Terada
寺田 康
Yoshikazu Miyawaki
宮脇 好和
Takeshi Nakayama
武志 中山
Shinichi Kobayashi
真一 小林
Masanori Hayashigoe
正紀 林越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2252480A priority Critical patent/JPH04130778A/en
Publication of JPH04130778A publication Critical patent/JPH04130778A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce problems of a leakage in a drain and a disturbance in the drain at the time of writing and to perform the stable writing by a method wherein a step is provided on an oxide film between a floating gate and a substrate. CONSTITUTION:A step is provided on an oxide film between a floating gate 2 of a memory transistor and a substrate. All operations of erase, writing and readout are identical with those in a conventional constitution. However, a capacity between the gate 2 and a drain 3 is reduced by making thick the film thickness of the oxide film between the gate 2 and the drain 3 and a leakage in the drain is reduced. Moreover, even if a potential difference between the potentials of the gate 2 and the drain 3 is the same as that in the conventional constitution, an electric field which is induced by the oxide film is considerably relaxed. As a result, a problem of a disturbance in the drain is also reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明に、電気的に書き込み消去可能な不揮発性半導
体記憶装置フラッシュEEPROMのメモリセル構造に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a memory cell structure of a flash EEPROM, a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図はフラッシュEEPROMのメモリセルの断面図
であり、第3図は従来のフラッシュEEPROMのブロ
ック図である。メモリセルにコントロールゲート(1)
フローティングゲート(21の2層のゲートからなるメ
モリトランジスタから構成されている。
FIG. 2 is a sectional view of a memory cell of a flash EEPROM, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional flash EEPROM. Control gate (1) in memory cell
It consists of a memory transistor consisting of two layers of floating gates (21).

メモリアレイi51 [第2図に示したメモリセルが行
方向1列方向に配列されたものであり、メモリセルのド
レイン(3)がビット線(6)に、コントロールゲート
111がワード線(7)に、ソース+41がソース?f
iA(Iηに接続されている。フローティングゲートi
2jと基板間の酸化膜膜厚1100Aa度である。ワー
ド線aロウデコーダ(9)の出力である。ビット線t4
 Yケート(8)に接続される。ソース線αカニソース
線スイッチ(11)に接続される。Yゲート(8)ニコ
ラムデコーダ(lO)により制御されビットM(6)と
センスアンプリ3書き込み回路Ozの接続を制御する。
Memory array i51 [Memory cells shown in FIG. 2 are arranged in rows and columns, and the drains (3) of the memory cells are connected to the bit lines (6), and the control gates 111 are connected to the word lines (7). So, source +41 is source? f
iA (connected to Iη. Floating gate i
The oxide film thickness between 2j and the substrate was 1100Aa degrees. This is the output of the word line a row decoder (9). bit line t4
Connected to Y-gate (8). The source line α is connected to the crab sauce line switch (11). The Y gate (8) is controlled by the Nicolumn decoder (lO) and controls the connection between the bit M (6) and the sense amplifier 3 write circuit Oz.

ロウデコーダ(9)。Row decoder (9).

コラムデコーダ(lot ldアドレスバッフ丁(15
1の出力を受け1本のワード線、1組のYゲートヲ選択
する。
Column decoder (lot ld address buffer (15)
1 output, one word line and one set of Y gates are selected.

メモリアレイ(5)への書き込みデータや、メモリアレ
イ(5)からの読み出しデータは入出力バツ7ア帥を介
して入出力される。制御回路(+4)H外部から印加さ
れた制御信号に応じて、各回路ブロックの動作の制#を
行なう。
Data written to the memory array (5) and data read from the memory array (5) are input and output via the input/output gate 7. Control circuit (+4) H controls the operation of each circuit block according to a control signal applied from outside.

次に、動作について説明する。メモリアレイ(5に記憶
されたデータの消去げ一括して行なわれる。
Next, the operation will be explained. Erasing of data stored in the memory array (5) is performed all at once.

全てのメモリーセルのソース+41にソース線スイッチ
(Ill Kより高圧が印加され、コントロールゲート
fi+に接地される。フローティングゲート(21とソ
ース(4)間の酸化膜に高電界が印加されるのでトンネ
ル電流が流れ、フローティングゲート(21に蓄積され
た電子が除去される。これにより、コントロールゲート
l)からみ友メモリトランジスタのしきい値に低くなる
。すなわち、EPROM において、紫外線消去した状
態と同じになる。書き込みにEPROMと同様に行なわ
れ、メモリトランジスタのドレイン(31コントロール
ゲー) Illに高圧パルスが印加されソース+41が
接地される。ドレイン(3)近傍でアバランシェ崩壊に
より発生した電子がフローティングゲート(21に注入
されコントロールゲート(If カラみたメモリトラン
ジスタのしきい値に高くなる。
A higher voltage than the source line switch (Ill K is applied to the source +41 of all memory cells and grounded to the control gate fi+.A high electric field is applied to the oxide film between the floating gate (21) and the source (4), so the tunnel A current flows and the electrons accumulated in the floating gate (21) are removed.This lowers the threshold value of the memory transistor seen from the control gate (1).In other words, the state is the same as that of the EPROM after being erased by ultraviolet light. Writing is performed in the same way as in EPROM, and a high voltage pulse is applied to the drain (31 control gate) Ill of the memory transistor, and the source +41 is grounded.Electrons generated by avalanche collapse near the drain (3) are transferred to the floating gate (21 The control gate (If) is injected into the control gate (If) and becomes high to the threshold value of the memory transistor.

消去、書き込みに必要な高電圧に外部力)ら供給される
。これに、書き込み時にビットMK流れる電流がIco
A〜5mA icなる之めチャージポンプ等の高圧発生
回路でに電流の供給能力が不足だ力)らである。
The high voltage required for erasing and writing is supplied from an external power source. In addition, the current flowing through bit MK during writing is Ico
A~5mA IC means that the current supply capacity is insufficient in high voltage generation circuits such as charge pumps.

読み出しに、選択され几メモリセルを介して電流が流れ
るか否かをセンスすることにより行なわれる。この時、
ビット線に高い電位を与えるとフローティングゲート(
21とドレイン(31間の酸化膜に高い電界がかかりフ
ローティングゲート(2(に蓄積されてい友電子が抜け
てしまうという問題が生ずる。そのため、ドレイン(3
)の電位に1〜2■に抑えなければならない。ドレイン
(3)を位を抑えつつメモリセルに流れる電流をセンス
するのに、電流センスアンプが用いられている。
Reading is performed by sensing whether current flows through the selected memory cell. At this time,
When a high potential is applied to the bit line, a floating gate (
A problem arises in that a high electric field is applied to the oxide film between 21 and the drain (31), causing friendly electrons accumulated in the floating gate (2) to escape.
) must be kept at a potential of 1 to 2 cm. A current sense amplifier is used to sense the current flowing through the memory cell while suppressing the drain (3) voltage.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

以上のように、従来の7ラツシユEEPROM r H
、フローティングゲートと基板間酸化膜膜厚が100A
と薄く形成されているのでドレインとフローティングゲ
ート間の容量がEFROMに比べて大きい。EPROM
ではこの膜厚azsoA以上である。この之め、書き込
み時に非選択セルにおいてフローティングゲートの電位
が容量結合により上昇するので、リ一り電流が流れてし
まう。この現象をドレインリークと呼んでいるか、この
リーク量がEFROMに比べて多くなる。このドレイン
リークに消去状態のメモリセル、すなわち、し赤い値の
低い状態のメモリセルにおいて起こる。一方、曹き込み
状態でし逢い厘が高いメモリセルにおいては、ドレイン
とフローティングゲート間の電位差が大きくなり酸化#
に誘起される電界が強くなる。このため、酸化膜中を電
子がトンネルしフローティングゲートに蓄積されている
電子がドレインに抜けてしまうということが起こる。こ
れをドレインデイスターブと呼んでいるが、これに関し
ても酸化膜が薄い分フラッシュEEFROMの方がEP
ROMに比べて厳しい。
As mentioned above, the conventional 7-latency EEPROM r H
, the oxide film thickness between the floating gate and the substrate is 100A.
Since it is formed thinly, the capacitance between the drain and the floating gate is larger than that of an EFROM. EPROM
In this case, the film thickness is equal to or larger than this film thickness azsoA. Therefore, during writing, the potential of the floating gate of the unselected cell increases due to capacitive coupling, so that a current flows again. This phenomenon is called drain leak, and the amount of this leak is larger than that of EFROM. This drain leakage occurs in memory cells in an erased state, ie, memory cells in a low red state. On the other hand, in a memory cell with high resistance in the saturated state, the potential difference between the drain and the floating gate becomes large and oxidation occurs.
The electric field induced in becomes stronger. For this reason, electrons tunnel through the oxide film and electrons stored in the floating gate escape to the drain. This is called drain disturb, and since the oxide film is thinner, flash EEFROM has a better EP.
It's tougher than ROM.

ドレインデイスターブについてもう少し具体的に説明す
る。
Let me explain drain starve in more detail.

第4図にメモリトランジスタの等価回路を示す。FIG. 4 shows an equivalent circuit of a memory transistor.

コントロールゲートとフローティングゲート間の容量t
ccy、フローティングゲートとドレイン間容量kcn
、7o−ティングゲートと基板間の容量をCc、フロー
ティングゲートとソース間の容量をC1,フローティン
グゲートに蓄積されている電荷量をQFOとし、コント
ロールゲートに印加される電位’c Va *ドレイン
、チャネル、ソースの電位を各々Vn + Vc * 
Vsとすると、フローティングゲート電位VFGに で表わされるo  CCForhr、 m CCF +
 Co + Cc + Cs )カップリングレシオe
Kcで表わし Kc  = Ccy / Ctoy+uとする。ti、
コントロールゲートからみたしきい値シフト量に ΔV?11−− Qyo / CCF となる。
Capacitance t between control gate and floating gate
ccy, floating gate to drain capacitance kcn
, 7o- The capacitance between the floating gate and the substrate is Cc, the capacitance between the floating gate and the source is C1, the amount of charge stored in the floating gate is QFO, and the potential applied to the control gate 'c Va *Drain, channel , source potential as Vn + Vc *
Vs, the floating gate potential VFG is expressed as o CCForhr, m CCF +
Co + Cc + Cs) Coupling ratio e
Expressed by Kc, let Kc=Ccy/Ctoy+u. Ti,
ΔV in the threshold shift amount seen from the control gate? 11--Qyo/CCF.

書き込み時n Va −Vc −Vs m OVである
のでフローティングゲートとドレイン間の電位差框(1
−Co/Cテoyaz)Vo  + Kc ΔV? m
  (MV/crn )となる。フローティングゲート
と基板間の酸化膜膜厚i 100A、書き込み状態のメ
モリセルのし永い頃シフト量△V?!I f 5V 、
カップリングレシオKcヲ0.6 + CD 7t?o
th* f O,lとすると、ドレイン’i[q VD
が7■ならば酸化膜にに9.3MV/crnの電界が誘
起される。このような強い電界が酸化膜に印加さnると
かなりのトンネル電流が流れてしまう。
During writing, n Va -Vc -Vs m OV, so the potential difference between the floating gate and the drain (1
-Co/Cteoyaz)Vo + Kc ΔV? m
(MV/crn). Oxide film thickness between floating gate and substrate i 100A, long shift amount △V of memory cell in write state? ! If 5V,
Coupling ratio Kcwo 0.6 + CD 7t? o
th* f O,l, drain'i[q VD
If is 7■, an electric field of 9.3 MV/crn will be induced in the oxide film. If such a strong electric field is applied to the oxide film, a considerable tunnel current will flow.

〔課題全解決するための手段〕[Means to solve all problems]

この発明に係わるフラッシュEEFROMに、トランジ
スタのフローティングゲートと基板間酸化膜VC段差を
設はドレイン側の酸化膜膜厚を厚くしtものである。
In the flash EEFROM according to the present invention, a step between the floating gate of the transistor and the oxide film VC between the substrate is provided by increasing the thickness of the oxide film on the drain side.

〔作用〕[Effect]

この発明におけるフラッシュgEPROM iメモリト
ランジスタのフローティングゲートと基板間の酸化膜に
設けるとともにドレイン側の酸化膜の膜厚を厚<Lfこ
とにより、書き込み時のドレインリーク及びドレインデ
イスターブの問題全低減するO 〔発明の実施例〕 第1図に発明の実施例を示す。メモリトランジスタのフ
ローティングゲート(2・と基板間の酸化膜に段差が設
けられている。消去・書き込み・読み出しの全ての動作
に従来例と同一である。しかしながら、フローテ・イン
グゲート(21とドレイン(3)間の酸化膜@4を厚く
し念ことKよジ、フローティングゲート(21とドレイ
ン(3)間装置が低減されドレインリークが減少する。
By providing the oxide film between the floating gate and the substrate of the flash gEPROM i memory transistor in this invention and making the thickness of the oxide film on the drain side less than Lf, the problems of drain leakage and drain disturb during writing can be completely reduced. [Embodiments of the Invention] FIG. 1 shows embodiments of the invention. A step is provided in the oxide film between the floating gate (21) and the substrate of the memory transistor. All operations of erasing, writing, and reading are the same as in the conventional example. However, the floating gate (21) and the drain ( 3) By thickening the oxide film @4 between the floating gate (21) and the drain (3), the device size between the floating gate (21) and the drain (3) is reduced and drain leakage is reduced.

才たフローティングゲート(2(とドレイン(31間の
電位差が従来例と同一でも酸化膜に誘起され6電界ぼか
なジ緩和されるのでドレインデイスターブの問題も軽減
される。
Even if the potential difference between the floating gate (2) and the drain (31) is the same as in the conventional example, the problem of drain disturb is also alleviated because the blurring of the electric field induced in the oxide film is relaxed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明しでよればフローティングゲー
トと基板間の酸化膜に段差を設けたので、書未込み時ド
レインリーク、ドレインデイスターブの問題が低減され
安定な書き込みが行なえるという効果がある。
As described above, according to the present invention, since a step is provided in the oxide film between the floating gate and the substrate, the problems of drain leakage and drain disturb during non-writing are reduced, and stable writing is possible. be.

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

第1図に発明の実施例のメモリセルの断面図、第2図に
従来例のメモリセルの断面図、第3図μフラッシュEE
PROMのブロック図、第4図に第2図の等1面回路図
を示す。 図において、tlll”Xコントロールゲート、f2!
14フローティングゲート、(31jdドレイン、[4
1;4ソースである。 なお、区中、同一符号は同一、又に相当部分をホす。
Fig. 1 is a cross-sectional view of a memory cell according to an embodiment of the invention, Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional memory cell, and Fig. 3 is a μ-flash EE.
A block diagram of the PROM is shown in FIG. 4, which is a one-page circuit diagram similar to that in FIG. 2. In the figure, tllll''X control gate, f2!
14 floating gate, (31jd drain, [4
1:4 sauce. In addition, the same reference numerals refer to the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] フローティングゲートを有するメモリトランジスタが行
方向列方向にアレイ配置され、メモリセルのドレインが
ビット線にゲートがワード線に接続され、ソースがソー
ス線に接続された構成であつて、フローティングゲート
と基板間の酸化膜に段差をつけたことを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。
Memory transistors each having a floating gate are arranged in an array in the row and column directions, the drain of each memory cell is connected to a bit line, the gate is connected to a word line, and the source is connected to a source line. A nonvolatile semiconductor memory device characterized by having a stepped oxide film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5877054A (en) * 1995-06-29 1999-03-02 Sharp Kabushiki Kaisha Method of making nonvolatile semiconductor memory
US5962889A (en) * 1995-07-31 1999-10-05 Sharp Kabushiki Kaisha Nonvolatile semiconductor memory with a floating gate that has a bottom surface that is smaller than the upper surface
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