JPH04359476A - 不揮発性半導体メモリの書き換え方法 - Google Patents

不揮発性半導体メモリの書き換え方法

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JPH04359476A
JPH04359476A JP3159948A JP15994891A JPH04359476A JP H04359476 A JPH04359476 A JP H04359476A JP 3159948 A JP3159948 A JP 3159948A JP 15994891 A JP15994891 A JP 15994891A JP H04359476 A JPH04359476 A JP H04359476A
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JP
Japan
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gate
diffusion layer
drain diffusion
voltage
current
Prior art date
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Pending
Application number
JP3159948A
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English (en)
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

(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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気的にデータ書き
換えが可能な不揮発性半導体メモリの書き換え方法に係
り、特にデータの消去方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電気的にデータ書き換え可能なR
OM(Read Only Memory)として各種
の所謂フラッシュE2 PROM(Electrica
l Erasable and Programabl
e ROM)メモリーセルが提案されている。中でも、
「IEDM  1989P603〜606」に開示され
るようなサイドウォール型フラッシュE2PROMセル
は、外部5v単一電源でデータの書き込み、消去ができ
るメモリーセルとして有望な方式である。
【0003】上記サイドウォール型フラッシュE2 P
ROMについて以下詳細に説明を加える。図1に上記サ
イドウォール型フラッシュE2PROMセルの断面図を
示す。この図に示すように、Si単結晶基板11上に膜
厚50〜150Å程度のゲート酸化膜12を介して多結
晶シリコンより成るフローティングゲート13を配し、
さらに絶縁膜14を介して容量結合するところの例えば
多結晶シリコンよりなるコントロールゲート15を前記
フローティングゲート13の上方に配する。そして、同
じく例えば多結晶シリコンよりなるサイドウォール型セ
レクトゲート18を絶縁膜16を介した前記Si単結晶
基板11上に、かつ、絶縁膜17を介した前記フローテ
ィングゲート13及び前記コントロールゲート15の側
方の一方にのみ配置する。そして前記フローティングゲ
ート13及び前記コントロールゲート15の側下方で、
前記サイドウォール型セレクトゲート18の存在しない
側の前記Si単結晶基板11の表面にドレイン拡散層1
9を、また前記サイドウォール型セレクトゲート18の
存在する側の前記Si単結晶基板11の表面にソース拡
散層20を配置する。
【0004】以上のような構造のサイドウォール型フラ
ッシュE2 PROMの電気的動作を、NMOSの場合
について以下説明する。
【表1】 上記表1に示すように、書き込み時は、例えば前記ドレ
イン拡散層19にドレインバイアスVD を5V 、前
記コントロールゲート15にゲートバイアスVCGを1
7V 、前記サイドウォール型セレクトゲート18にセ
レクトゲートバイアスVsel を1.5V 、前記ソ
ース拡散層20にソースバイアスVS を0V 印加で
ある。基板電位は0vである。このような印加電圧下で
は、前記サイドウォール型セレクトゲート18の下部の
前記Si単結晶基板11の表面は弱反転状態となり、一
方前記フローティングゲート13下部の前記Si単結晶
基板11の表面は強反転状態となり、前記弱反転部と前
記強反転部の境界付近でアバランシェ現象が起こり、発
生したホットエレクトロン21が前記フローティングゲ
ート13へ注入され、データの書き込みを終了する。
【0005】データの消去は、例えば前記VD として
14V 、前記VCGとして0V 、前記Vsel と
して0V を印加し、前記VS はオープン状態とする
。このような印加電圧下では、前記フローティングゲー
ト13と前記ドレイン拡散層19の間に、前記ゲート酸
化膜12を通るファウラー・ノルドハイムトンネル電流
22が流れ、前記フローティングゲート13中に貯えら
れた電子を引き抜き、データの消去が行なわれる。
【0006】そして読み出しは、例えば前記VD とし
て1V 、前記VCGとして0V 、前記Vsel と
して5V 、前記VS として0V を印加する。する
と、前記フローティングゲート13中の電子の蓄積状態
によって前記読み出し時のソース・ドレイン間電流が変
化するので、データの“1”または“0”を判断できる
【0007】なお、前記書き込み時VCGや前記消去時
VD は5V 以上の高電圧だが、前記書き込み時VC
Gを印加するのに必要な電流は容量充電分の微小な量で
あり、昇圧回路により5V からチップ内部で発生され
ることが容易である。また前記消去時VD を印加する
のに必要な電流は、前記ファウラー・ノルドハイムトン
ネル電流22と後述する前記ドレイン拡散層19と前記
Si単結晶基板11との間の基板電流の合計であり、前
記基板電流は、他の前記容量充電電流や前記ファウラー
・ノルドハイムトンネル電流に比較するとかなり多いが
、大規模大面積な昇圧回路を採用すれば印加可能な量で
あり、外部5V 単一動作が可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた方法では、データの消去時に前記ファウラー・ノル
ドハイムトンネル電流以外に、前記ドレイン拡散層19
と前記Si単結晶基板11との間に所謂バンド−バンド
間トンネル電流に起因した前述の基板電流が流れる。そ
の結果、図2に示すように1セル当り10−7A程度の
基板電流が流れ、1Mbitのセルを同時に消去する場
合100mA以上の電流量となる。この基板電流は、前
記ドレイン拡散層19の濃度プロファイルを最適化する
ことによりある程度低減できるが、1セル当り10−8
A以下にすることは困難である。以上の大きな基板電流
を前述の昇圧回路により供給しようとすると、例えば1
00mA供給する場合、昇圧回路が占有する面積は10
mm2 程度と非常に大きなものになってしまうという
欠点があった。また、この大きな基板電流の一部が前記
ゲート酸化膜12にトラップされて書き込み消去繰り返
し数(以下W/Eサイクルと略す)が100〜1000
回程度しか保証できないという欠点があった。
【0009】なお、ファウラー・ノルドハイムトンネル
電流と基板電流の量は、フローティングゲート13に直
接電圧VFGを印加するようにしてそれぞれの電流を測
定した。
【0010】この発明は上記の点に鑑みなされたもので
、データ消去時の基板電流を低減することによって昇圧
回路の面積を縮小し、かつ、W/Eサイクルも1万回以
上を保証できるようにした不揮発性半導体メモリの書き
換え方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明では、データ消
去時、コントロールゲートに、ドレイン拡散層に印加さ
れる電圧と逆極性の電圧を印加する。
【0012】
【作用】データ消去時、コントロールゲートに、ドレイ
ン拡散層に印加される電圧と逆極性の電圧を印加するよ
うにすると、ドレイン拡散層の電圧を従来より下げて、
コントロールゲートとドレイン拡散層間に消去に必要な
電位差を確保することができる。そして、ドレイン拡散
層の電圧を下げられれば、ドレイン拡散層と基板間の電
位差が従来より小さくなるため、基板電流が従来より低
減される。
【0013】
【実施例】以下この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。この発明の一実施例におけるサイドウォール型
フラッシュE2 PROMセルの構造は、図1に示した
従来法によるものと同じである。そこで、サイドウォー
ル型フラッシュE2 PROMセルの構造については説
明を省略することとする。この発明の一実施例では、図
1のセルに対する電圧印加方法を下記表2のようにする
【表2】
【0014】すなわち、データの書き込み時は、従来法
と同じく例えば図1のドレイン拡散層19にVD とし
て5V 、コントロールゲート15にVCGとして17
V 、サイドウォール型セレクトゲート18にVsel
 として1.5V 、ソース拡散層20にVS として
0V 、基板電位として0V を印加し、前記サイドウ
ォール型セレクトゲート18下部のSi単結晶基板11
表面を弱反転状態にするとともに、フローティングゲー
ト13下部の前記Si単結晶基板11上表面を強反転状
態にし、前記弱反転した領域と前記強反転した領域の境
界部でアバランシェ現象を発生させ、発生した電子21
を前記フローティングゲート13へ注入せしめることで
書き込み動作を達成させる。
【0015】次にデータの消去時は、表2に示すように
例えば前記ドレイン拡散層19にVD として5V 、
前記コントロールゲート15にVCGとして負の電圧−
9V を印加し、さらに前記サイドウォール型セレクト
ゲート18にVsel として負の電圧−9V を印加
し、ソース拡散層20はオープンとする。この時、前記
コントロールゲート15と前記ドレイン拡散層19との
電位差は、5V +9V =14V であり、従来法で
の電位差と同じであるので、前記フローティングゲート
13と前記ドレイン拡散層19の間にゲート酸化膜12
を通ってファウラー・ノルドハイムトンネル電流22が
流れ、前記フローティングゲート13中に貯えられた電
子を引き抜き、消去が達成される。ここで、前記コント
ロールゲート15と前記ドレイン拡散層19との電位差
を本実施例では14V としているが、この電位差は前
記ゲート酸化膜12の膜厚が約140Åの場合であり、
前記ゲート酸化膜厚が薄くなれば前記電位差を小さくす
ることが可能である。
【0016】以上述べた消去動作時に流れる基板電流の
量について、前記フローティングゲート13に直接電圧
VFGを印加して測定を行なった結果が図3である。前
記フローティングゲート13には、前記VFGとして−
6V を印加しているが、これは、前記VCGが−9V
 の場合に容量結合より予想される前記フローティング
ゲートの電位である。
【0017】図3に示すように、VD が5V の時、
ファウラー・ノルドハイムトンネル電流は従来法のVD
 が14V の時と同程度の電流すなわち約5×10−
11 〔A〕流れており、消去動作は同様に起こること
がわかるが、一方基板電流は前記VD が5V の時、
1セル当り1×10−9A以下と、従来法の場合の1×
10−7Aに比べ2桁も低くなっている。これは、前記
ドレイン拡散層19と前記Si単結晶基板11との電位
差が従来より小さいためである。そして、この発明の一
実施例の前記基板電流で1Mbitのセルを同時に消去
する場合の電流は約1mAとなり、これは、昇圧回路を
大面積としなくても容易に供給できる電流量であり、必
要な前記昇圧回路の面積も1mm2 以下の小さなもの
とすることが可能である。
【0018】なお、VCG及びVsel に負の電圧を
印加するが、この負の電圧も必要な電流量が容量充電分
のみと少ないのでチップ内部で発生させることが容易で
あり、外部的には5V 単一動作が可能である。また、
上記実施例では、Vsel を前記VCGと同じ−9V
 として説明したが、必ずしも同じ電圧である必要はな
い。ただし、前記Vsel を前記VCGと同じ負の値
とした方が、正または0V の場合に比べて前記フロー
ティングゲート13の電位VFGが低くなって消去動作
を速くする、もしくは前記コントロールゲート15と前
記ドレイン拡散層19に印加する電位差を小さくできる
という意味で好適である。
【0019】次に読み出しは、従来法と同じく例えば前
記VD に1V 、前記VCGに0V 、前記Vsel
 に5V 、前記VS に0V を印加して、前記サイ
ドウォール型フラッシュE2 PROMセルに流れる電
流量によってデータの“1”もしくは“0”を判断する
【0020】そして、以上のような書き込み、消去動作
を繰り返すと、この発明の一実施例では前記基板電流が
減ってゲート酸化膜12の劣化も小さくなるので、図4
に示すようにW/Eサイクルも従来の100〜1000
回に比べ1万回を保証することが可能となる。図4では
、書き込みと消去を繰り返して、消去後のスレッショー
ルド電圧VT が−4V 以上となった時点を動作不良
として最大繰り返し数を算出する。
【0021】なお、上記一実施例はNMOSのサイドウ
ォール型フラッシュE2 PROMセルについて述べた
が、PMOSの場合でも印加電圧の極性を変えることに
より同様に実施できる。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したようにこの発明によ
れば、データ消去時にコントロールゲートに、ドレイン
拡散層と逆極性の電圧を印加するようにしたので、消去
時の前記ドレイン拡散層の電圧値を下げることができ、
その結果基板電流が減少するので、大規模・大面積の昇
圧回路が不要になるとともに、ゲート酸化膜の劣化も抑
えられ、書き込み消去繰り返し数1万回以上を保証する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】サイドウォール型フラッシュE2 PROMセ
ルの断面図である。
【図2】従来法による消去時電流の特性図である。
【図3】本発明の一実施例による消去時電流の特性図で
ある。
【図4】従来法と本発明の一実施例とによる書き込み消
去繰り返し数を示す特性図である。
【符号の説明】
11  Si単結晶基板 12  ゲート酸化膜 13  フローティングゲート 14,16,17  絶縁膜 15  コントロールゲート 18  セレクトゲート 19  ドレイン拡散層 20  ソース拡散層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  フローティングゲートとコントロール
    ゲートを有し、かつその一側方に絶縁膜を介してセレク
    トゲートを有し、さらにドレイン拡散層およびソース拡
    散層を有する不揮発性半導体メモリの書き換え方法にお
    いて、データ消去時、前記コントロールゲートに、前記
    ドレイン拡散層に印加される電圧と逆極性の電圧を印加
    することを特徴とする不揮発性半導体メモリの書き換え
    方法。
JP3159948A 1991-06-05 1991-06-05 不揮発性半導体メモリの書き換え方法 Pending JPH04359476A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07249701A (ja) * 1994-03-11 1995-09-26 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置の動作方法
KR19990088517A (ko) * 1998-05-22 1999-12-27 마 유에 예일 비휘발성메모리셀구조및비휘발성메모리셀을작동시키는방법
EP1020925A3 (en) * 1995-09-11 2000-09-20 Matsushita Electronics Corporation Semiconductor storage device and method of driving the same
WO2001067517A1 (en) 2000-03-08 2001-09-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device and method of manufacturing the same.
JP2007511076A (ja) * 2003-11-07 2007-04-26 サンディスク コーポレイション ゲートによるジャンクションリーク電流を使用してフラッシュメモリをプログラミングする技術
JP2008310950A (ja) * 2008-07-07 2008-12-25 Renesas Technology Corp 半導体処理装置及びicカード

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