JPH04206095A - 不揮発性半導体記憶装置の消去方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の消去方法

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JPH04206095A
JPH04206095A JP2337448A JP33744890A JPH04206095A JP H04206095 A JPH04206095 A JP H04206095A JP 2337448 A JP2337448 A JP 2337448A JP 33744890 A JP33744890 A JP 33744890A JP H04206095 A JPH04206095 A JP H04206095A
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erasing
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は不揮発性半導体記憶装置の特に電気的に一括
消去可能なフラッシュEEFROMの消去方法に関する
ものである。
〔従来の技術〕
第3図は、IEEE Journal of 5oli
d−5tateCircuits、Vol、23.No
、5,0ctober 1988年の1157−116
3頁に示された従来のフラッジ、EEFROMのブロッ
ク図を示す。メモリプレイ(1)の周辺にYゲート(2
)、ソース線スイッチ(3)、Xデコーダ(4)、Yデ
コーダ(5)が設けられている。Xデコーダ(4)Yデ
コーダ(5)にはアドレスレジスタ(6)が接続され、
外部から入力されたアドレス信号が入力される。
メモリアレイ(1]にはYゲート(2)を介して入力デ
ータレジスタ (書き込み回路)+7Lセンスアンプ(
8)が接続されている。入力データレジスタ(7)セン
スアンプ(8)は入出力バッファ(9)に接続されてい
る。
また、プログラム電圧発生回路α〔、ベリファイ電圧発
生口1s(11)が設けられており、外部から供給され
たVce、Vppとは異なる電圧を発生し、Yゲ−ト1
2) Xデコーダ(4)等に供給される。外部から入力
されたデータにより動作モードの設定を行うコマンドレ
ジスタ(12)、コマンドレジスタ(13)カRけられ
ている。さらに、入力信号バッファ(14)が設けられ
ており、外部からの制御信号WE、CE。
■が接続されている。
第4図は第3図のメモリセルの断面図を示す。
メモリセルは半導体基板(15)に形成されたフローテ
ィングゲート(16)、コントロールゲート(17)及
びソース拡散領域(18)、ドレイン拡散領域(19)
から構成されている。フローティングゲー) (16)
、半導体基板(15)間の酸化膜厚は薄<  (100
ス位)、トンネル現象を利用したフローティングゲート
(16)への電子の移動を可能としている。
メモリセルの動作は次のようになる。プログラム時には
ドレイン(19)に6.5v 程度のプログラム電圧が
、コントロールゲー) (17)にV pp (12v
 )が印加され、ソース(18)は接地される。このた
めメモリセルはオンして電流が流れる。この時、ドレイ
ン(19)近傍でアバランシェ降伏が生じ、電子・正孔
対が発生する。この正孔対は半導体基板(15)を通し
接地電位に流れ、電子はチャネル方向に流れて・ノース
(18)に流れ込む。しかし、一部の電子はフローティ
ングゲート(16)・ドレイン(19)間の電界に加速
されてフローティングゲー) (16)に注入される。
こうして1.メモリセルのしきい値を上げる。これを情
報″0″の記憶と定義する。一方、消去はドレイン(1
9)をオープン、コントロールゲ−l−(17)を接地
し、ソース(18)にVPPを印加して行われる。ソー
ス(18)、フローティングゲート(16)間の電界の
ためトンネル現象が生し、フローティングゲー) (1
6)中の電子の引き抜きが起こる。
こうして、メモリセルのしきい値は下がる。これを情報
“1”の記憶と定義する。
第5図は第3図のメモリアレイの書き込み回路の回路図
を示す。メモリセルはそのドレイン(19)がビット線
(24)に、コントロールゲート(17)がワードil
l (251に接続されている。ワード線(25)はX
デコーダ(4)に接続されており、ビット線(24)は
Yデコーダ(5)の出゛力がゲートに入力されるYゲー
トトランジスタ(2)を介してI 709 (27)に
接続される。1.10線(27)にはセンスアンプ(8
)書き込み回路(7)が接続され、ソース線(28)は
ソース線スイッチ(3)に接続されている。
次に動作について説明する。
第5図中の点線で囲んだメモリセルに書き込みを行う場
合について説明する。外部から入力されたデータに応じ
て書き込み回路(7)が活性化され、I10線(27)
にプログラム電圧が供給される。同時に、アドレス信号
によりYデコーダ(5)Xデコーダ(4)を通じてYゲ
ート(26)ワードi@ (25)が選択されてVPP
が印加される。ソースil!(2g)はプログラム時に
はソース線スイッチ(3)により接地されている。こう
して、図中の1個のセルのみに電流が流れ、ホットエレ
クトロンが発生しそのしきい値電圧が高くなる。
消去は次のように行われる。まず、Xデコーダ(4)Y
デコーダ(5)が非活性化され、すべてのメモリセルが
非選択にされる。即ち、各メモリセルのコントロールゲ
ート(17)が接地され、ドレイン(19)はオープン
にされる一方、ソース線(28)にはソース線スイッチ
(3)により高電圧が供給される。こうして、トンネル
現象によりメモリセルのしきい値は低い方にシフトする
。ソース線(28)は共通であるので、消去は全メモリ
セル一括して行われる。
次に読み出し動作について説明する。書き込みと同様に
第5図中の点線で囲まれたメモリセルの読み出しについ
て説明する。まず、アドレス信号がYデコーダ(5)X
デコーダ(4)によってデコードされ、選択されたYゲ
ート(26)とワード線(25)が“H″となる。この
時、ソース線(28)はソース線スイッチ(3)によっ
て接地される。こうして、メモリセルが書き込まれてそ
のしきい値が高ければ、メモリセルのコントロールゲー
) (17)にワード線(25)によってH″が与えら
れてもメモリセルはオンせず、ビットII (24)か
らソース! (28)に電流は流れない。一方、メモリ
セルが消去されている時には、逆にメモリセルはオンす
るため、ビット線線(24)からソース線(28)に電
流が流れる。メモリセルを介して電流が流れるか否かを
センスアンプ(8)で検出して、読み出しデータ“1″
 “0″を得る。
さて、EEPROMでは消去は紫外線照射によってなさ
れるため、フローティングゲートが電気的に中性になる
と、それ以上にはフローティングゲートから電子は引き
抜かれず、メモリトランジスタのしきい値はIV程度す
下にはならない。−方、トンネル現象を利用した電子の
引き抜きでは、フローティングゲートから電子が過剰に
引き抜かれ、フローティングゲートが正に帯電してしま
うということが起こり得る。この現象を過消去(もしく
は過剰消去)と呼ぶ。メモリトランジスタのしきい値が
負になってしまうため、その後の読み出し・書き込みに
支障をきたす。すなわち、読み出し時に非選択でワード
線のレベルが“L”であす、メモリトランジスタのコン
トロールゲートに印加されるレベルがL″であっても、
メモリトランジスタを介してビット線から電流が流れて
しまうので、同一ビット線上の読み出しを行なおうとす
るメモリセルが、書き込み状態でしきい値が高くとも“
1″を読み出してしまう。また、書き込み時においても
過消去されたメモリセルを介してリーク電流が流れるた
め、書き込み特性が劣化しさらには書き込み不能になっ
てしまう。このため、消去後に読み出しを行って消去が
正しく行われたかをチエツクしく消去ベリファイとよぶ
)、消去されないビットがある場合には再度消去を行う
方法を取って、メモリセルに余分な消去パルスが印加さ
れるのを防ぐ方法が取られている。第6図はこのような
ベリファイ動作を含んだ消去及びプログラムのフローチ
ャート、第7図はそれらをそれぞれタイミング波形図に
した場合を示す。これらの図及び第3図を用いて、消去
及びプログラムの各工程について説明する。従来のフラ
ッシュEEPROMでは消去及びプログラムのモード設
定は入力データの組合せで行なわれる。つまりWTの立
上がり時の入力データによりモード設定がなされる。
まず、プログラムの場合について説明する。初めに、V
ec、Vppが立上げられ(ステップSl)、続いてW
Eが立下げられる。この後WEの立上がりで、入力デー
タ(40H)がコマンドレジスタ(12)にラッチされ
る(ステップS2)。その後、入力データがコマンドデ
コーダ(13)でデコードされ、動作モードがプログラ
ムモードとなる。続いてWEが再度立下げられ、アドレ
スレジスタ(6)に外部からのアドレスがラッチされ、
WEの立上がりでデータが書き込み回路(7)にラッチ
される。(ステップ33)。次に、プログラムパルスが
プログラム電圧発生回路(10)により発生され、Xデ
コーダ(4)Yデコーダ(5)に印加される。こうして
前述したように、プログラムが行われる(ステップ54
)。
次にWEを立下げて、続<WTの立上がりで、入力デー
タ (COH)がコマンドレジスタ(12)にラッチさ
れ、動作モードがプログラムベリファイモードとなる(
ステップS5)。この時、消去・プログラムベリファイ
電圧発生回路(11)により、チップ内部でプログラム
ベリファイ電圧(〜7.OV)が発生され、Xデコーダ
(4)Yデコーダ(5)に印加される。メモリセルのコ
ントロールゲート(17)に与えられる電圧が通常の読
み出し時(5v)より高いため、書き込み不十分なメモ
リセルはオンし易くなり、書き込み不良がより確実に発
見できるようになる。次に、読み出しを行ない(ステッ
プS7)、書き込みデータの確認を行なう(ステップS
8)。この時、書き込み不十分であれば、さらに書き込
みを繰り返す。書き込みがなされていれば、動作モード
を読み出しモードに設定して(ステップ39)プログラ
ムを終了する。
次に消去の場合について説明する。初めに、V ec、
 V ppカ立上ケラレ、(ステップ510)、続いて
前述のプログラムフローを用いて全ビットに“0″の書
き込みを行なう(ステップ511)。
これは消去されたメモリセルをさらに消去すると、メモ
リセルが過消去されるためである。次にWEを立下げて
、続くWTの立上がりで消去コマンド(20H)を入力
する(ステップ512)。続いて、WTを再度立下げて
、統(WEの立上がりで消去コマンド(20H)を入力
する(ステップ813)。この時チップ内部で消去パル
スが発生され、続(WEの立下がりまでソース線スイッ
チ(3)を通じて、メモリセルのソース(1g)にVP
Pが印加される。(ステップ514)。この立下がりで
アドレスもラッチされる。続<WEの立上がりで消去ベ
リファイコマンド(AOH)がラッチされて、動作モー
ドが消去ベリファイモードとなる(ステップ515)。
この時、消去・プログラムベリファイ電圧発生回路(1
1)により、消去ベリファイ電圧(〜3.2V )が発
生され、Xデコーダ(4)Xデコーダ(5)に印加され
る。メモリセルのコントロールゲ−) (17)に与え
られる電圧が、通常の読み出し時(5v)より低いため
、消去不十分なメモリセルはオンしにくくなり、消去不
良がより確実に発見できるようになる。次に、読み出し
を行ない(ステップ316)、消去データの確認を行う
。この時、消去不十分であれば、さらに消去を繰す返す
消去がなされていれば、アドレスをインクリメントシ(
ステップ517)、次のアドレスの消去データのベリフ
ァイを行なう。ベリファイしたアドレスがラストアドレ
スならば(ステップ518)、動作モードを読み出しモ
ードに設定して(ステップ519)消去を終了する。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のフラッシュEEFROMの消去方法は以上のよう
に構成されていたので、一括消去する前に全ビットに“
′0”の書き込みを行なうので、すでに書き込まれた状
態のビットと消去状態のビットで、一括消去前のメモリ
セルのVTHがばらついてしまいさらに、その結果、一
括消去後のメモリセルのVTHもばらついてしまうとい
う問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、一括消去前のメモリセルのVTHのばらつき
を抑え、さらに一括消去後のメモリセルのVT)Iも抑
えることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係るフラッシュEEPROMの消去方法は、
記憶情報を読み出し、その反転情報を書き込んだ後に一
括消去するようにしたものである。
〔作用〕
この発明におけるフラッシュEEFROMの消去方法は
、記憶情報の反転情報を書き込むことにより、消去状態
のビットのみに″o″の書き込みを行ない、すでに書き
込まれた状態のビットと消去状態のビットで、一括消去
前のメモリセルのVT)lのばらつきを抑える。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図(a)はこの発明の一実施例である記憶情報を読み出
し、その反転情報を書き込むフローチャート、第1図(
b)はこの発明の一実施例である消去のフローチャート
、第2図は第1図(a)のタイミング波形図である。
第1図および第2図を用いて消去方法について説明する
。初めに、V ee、 V ppが立上げられる(ステ
ップ510)。次に、WEを立下げて、続<WEの立上
がりで読み出しコマンド(OOH)を入力しくステップ
520)、読み出しを行なう(ステップ521)。次に
WEを立下げて、続くWEの立上がりで、プログラムコ
マンド(40H)を入力する(ステップS2)。次にW
丁の立下がりでアドレスを、立上がりで読み出し情報の
反転情報を入力する(ステップS3)。プログラムベリ
ファイ (ステップ36)でプログラムがなされていれ
ばアドレスをインクリメントし、次のアドレスの読み出
し及びプログラムを行なう。ベリファイしたアドレスが
ラストアドレスならば、動作モードを読み出しモードに
設定してプログラムを終了し、消去を行なう (ステッ
プS12以降)。
なお、上記実施例では一括消去の場合について説明した
が、セクター消去の機能を持つフラッジ:LEEPRO
Mに対しても同様の消去方法を適用することができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、記憶情報の反転情報を
書き込むことにより、消去状態のビットのみに“0”の
書き込みを行なうようにしたので、すでに書き込まれた
状態のビットと消去状態のビットで、一括消去前のメモ
リセルのVTHのばらつきを抑えることができ、各ビッ
トの消去時間が均一になり、消去時間が長いビットを消
している内に、消去時間が短いビットが過消去になりに
くくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の一実施例である不揮発性半導
体記憶装置の記憶情報を読み出しその反転情報を書き込
む場合のフローチャート用、第1図(b)はこの発明の
一実施例である同じく消去の場合のフローチャート図、 第2図は第1図(a)のタイミング波形図、第3図は従
来例のフラッシュEEPROMのブロック図、 第4図は第3図のメモリセルの断面図、第5図は第3図
のメモリアレイの書き込み回路の回路図、 第6図(a ) (b )は第3図のベリファイ動作を
含むプログラム時(a)および消去時(b)のフローチ
ャート・ 第7図(a ) (b )は第6図(a ) (b )
のタイミング斡 波費図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  少なくとも行及び列方向にアレイ状に配置され、電気
    的に情報の書き込み・消去が可能な不揮発性メモリトラ
    ンジスタを含む複数個のメモリセルと、外部から入力さ
    れたアドレス信号をデコードし、行及び列方向の選択を
    行うXデコーダ及びYデコーダと、メモリセルに記憶さ
    れた情報が“1”であるか“0”であるかを判定するセ
    ンスアンプを備えた電気的に情報の書き込み・一括消去
    が可能な不揮発性半導体記憶装置において、記憶情報を
    読み出し、その反転情報を書き込んだ後に一括消去する
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
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