JPH0447596A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device

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Publication number
JPH0447596A
JPH0447596A JP2158362A JP15836290A JPH0447596A JP H0447596 A JPH0447596 A JP H0447596A JP 2158362 A JP2158362 A JP 2158362A JP 15836290 A JP15836290 A JP 15836290A JP H0447596 A JPH0447596 A JP H0447596A
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JP
Japan
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data
floating gate
source
memory
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2158362A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Terada
寺田 康
Takeshi Nakayama
武志 中山
Masanori Hayashigoe
正紀 林越
Yoshikazu Miyawaki
宮脇 好和
Shinichi Kobayashi
真一 小林
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
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Publication of JPH0447596A publication Critical patent/JPH0447596A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce the danger of over deletion by applying high pressure applied from the outside at the time of data deletion to the source of a memory transistor and also applying the same degree of high pressure to a drain. CONSTITUTION:A bit line high pressure switch 400 is provided between a memory array 1 and a source line switch 150, and a boosting circuit 500 is provided between the bit line high pressure switch 400 and a switch circuit 600. High pressure Vpp outputted from the switch circuit 600 at the time of data deletion is applied not only to the source line switch 150 but also to the boosting circuit 500. Therefore, since the high pressure is applied not only to a source 230 but also to a drain 220 at the time of data deletion, the electric potential of a floating gate 210 becomes higher than the conventional one. Thus, the strength of an electric field over between the floating gate and the secure 230 is alleviated so that the energy consumption at the time of data deletion can be reduced and the danger of over deletion can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は不揮発性半導体記憶装置に関し、特に、電気的
に書込みおよび消去可能な不揮発性半導体記憶装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased.

[従来の技術] 半導体記憶装置は、DRAM (ダイナミックランダム
アクセスメモリ)やSRAM(スタティック型ランダム
アクセスメモリ)等の揮発性メモリと、不揮発性メモリ
とがある。揮発性メモリの記憶データは、電源が切られ
るとすべて消える。しかし、不揮発性メモリの記憶デー
タは、電源が切れても消えない。このような不揮発性半
導体記憶装置として代表的なものにPROM (p r
 o g rammable  read  only
  mem。
[Prior Art] Semiconductor storage devices include volatile memories such as DRAM (dynamic random access memory) and SRAM (static random access memory), and nonvolatile memories. All data stored in volatile memory disappears when the power is turned off. However, data stored in nonvolatile memory does not disappear even when the power is turned off. A typical non-volatile semiconductor memory device is PROM (pr
o g rammable read only
Mem.

ry)がある。FROMは、ユーザ側で情報を書込める
半導体記憶装置である。このFROMには、書込んだ情
報を電気的消去して何度でも情報を書換えることができ
るEEPROM (e 1 e c t ricall
y  erasable  and  pro g r
 amma b 1 e  ROM)がある。すべての
メモリセルの記憶データを一括して消去することができ
るEEPROMは、フラッシュEEPROMと呼ばれる
ry). FROM is a semiconductor memory device into which information can be written by the user. This FROM is an EEPROM (EEPROM) that can electrically erase written information and rewrite the information as many times as needed.
y erasable and pro g r
amma b 1 e ROM). An EEPROM in which data stored in all memory cells can be erased at once is called a flash EEPROM.

第3図は、従来のフラッシュEEPROMの基本構成を
示す概略ブロック図である。第3図を参照して、フラッ
シュEEFROMは、メモリアレイ1.ローデコーダ6
0.Yゲート70.およびコラムデコーダ80を含む。
FIG. 3 is a schematic block diagram showing the basic configuration of a conventional flash EEPROM. Referring to FIG. 3, the flash EEFROM includes memory array 1. Low decoder 6
0. Y gate 70. and a column decoder 80.

メモリアレイ1は、行方向2列方向にマトリクス状に配
列された複数のメモリセルMCを含む。
The memory array 1 includes a plurality of memory cells MC arranged in a matrix in the row and two column directions.

各メモリセルMCは、メモリアレイ1において、対応す
るビット線30およびワード線50に接続される。各メ
モリセルMCには、フローティングゲートに電荷を蓄え
ることができるFAMOS(floating gat
e  avalanche  ingection  
MOS))ランジスタが用いられる。
Each memory cell MC is connected to a corresponding bit line 30 and word line 50 in memory array 1. Each memory cell MC has a FAMOS (floating gate) that can store charges in its floating gate.
e avalanche injection
MOS)) transistors are used.

第4図は、FAMOS)ランジスタ構造を示す断面図で
ある。第4図を参照して、FAMOS)ランジスタは、
コントロールゲート200と、フローティングゲート2
10と、P型基板240上に形成されたN型領域220
および230と、絶縁層250とを含む。フローティン
グゲート210は、P型基板240上に、N型領域22
0とN型領域230とにまたがるように、絶縁層250
を介して形成される。コントロールゲート200は、フ
ローティングゲート210上に絶縁層250を介して形
成される。コントロールゲート200およびフローティ
ングゲート210は、いずれもポリシリコンによって形
成される。絶縁層250は、5i02などの酸化膜によ
って形成される。
FIG. 4 is a sectional view showing a FAMOS transistor structure. Referring to FIG. 4, the FAMOS) transistor is
Control gate 200 and floating gate 2
10 and an N-type region 220 formed on a P-type substrate 240.
and 230, and an insulating layer 250. The floating gate 210 has an N-type region 22 on a P-type substrate 240.
0 and N-type region 230, insulating layer 250
formed through. Control gate 200 is formed on floating gate 210 with insulating layer 250 interposed therebetween. Control gate 200 and floating gate 210 are both formed of polysilicon. The insulating layer 250 is formed of an oxide film such as 5i02.

P型基板240とフローティングゲート210との間の
酸化膜250の厚さは通常100A程度であり非常に薄
い。コントロールゲート200は、第3図において対応
するワード線50に接続される。2つのN型領域の内の
一方220は、このMOSトランジスタのドレインとし
て第3図における対応するビット線30に接続される。
The thickness of the oxide film 250 between the P-type substrate 240 and the floating gate 210 is usually about 100 Å, which is very thin. Control gate 200 is connected to the corresponding word line 50 in FIG. One of the two N-type regions 220 is connected to the corresponding bit line 30 in FIG. 3 as the drain of this MOS transistor.

もう一方のN型領域230は、このMOS)ランジスタ
のソースとして第3FI!Jにおけるすべてのメモリセ
ルMCに共通のソース線28に接続される。P型基板2
40は接地される。
The other N type region 230 serves as the source of this MOS transistor. It is connected to a source line 28 common to all memory cells MC in J. P-type substrate 2
40 is grounded.

データ書込時には、コントロールゲート200およびド
レイン220に各々ワード線50およびビット線30を
介して12Vの高圧パルスが印加され、一方、ソース2
30がソース線28を介して接地される。ドレイン22
0に高圧パルスが印加され、かつ、ソース230が接地
されることによって、ドレイン220とP型基板240
との界面付近でアバランシェ崩壊が生じる。これによっ
て、ドレイン220近傍の空乏層において、高いエネル
ギーを持つ自由電子(ホットエレクトロン)Oおよび、
この電子に対応したホール■が発生する。ホール■は接
地されたP型基板240へ流れる。一方、コントロール
ゲート200にも高圧パルスが印加されているため、発
生したホットエレクトロンOは、コントロールゲート2
00からの電界によって加速されフローティングゲート
210とP型基板240との間の薄い酸化膜250を透
過してフローティングゲート210に注入される。
During data writing, a high voltage pulse of 12V is applied to the control gate 200 and the drain 220 via the word line 50 and the bit line 30, respectively, while the source 2
30 is grounded via source line 28. drain 22
By applying a high voltage pulse to 0 and grounding the source 230, the drain 220 and the P-type substrate 240
Avalanche collapse occurs near the interface. As a result, in the depletion layer near the drain 220, free electrons (hot electrons) O with high energy and
A hole (■) corresponding to this electron is generated. The hole ■ flows to the grounded P-type substrate 240. On the other hand, since a high voltage pulse is also applied to the control gate 200, the generated hot electrons O are transferred to the control gate 200.
00, and is injected into the floating gate 210 through the thin oxide film 250 between the floating gate 210 and the P-type substrate 240.

フローティングゲート210に注入された電荷は、フロ
ーティングゲート210が酸化膜250によって電気的
に絶縁されているため、逃げることができない。したが
って、フローティングゲート210に一端注入された電
子は、電源が切られた後もフローティングゲートに21
0から長期間流出せず蓄積される。フローティングゲー
ト210に電子が蓄積されている状態がデータ“0”に
対応し、フローティングゲート210に電子が蓄積され
ていない状態がデータ“1″に対応する。
The charges injected into the floating gate 210 cannot escape because the floating gate 210 is electrically insulated by the oxide film 250. Therefore, the electrons once injected into the floating gate 210 remain in the floating gate 210 even after the power is turned off.
From 0, it does not flow out for a long time and accumulates. A state in which electrons are accumulated in the floating gate 210 corresponds to data "0", and a state in which no electrons are accumulated in the floating gate 210 corresponds to data "1".

したがって、メモリセルMCの記憶データは電源が切ら
れた後も保持される。さて、フローティングゲート21
0に電子が蓄積されると、蓄積された電子からの電界に
よってソース230・ドレイン220間(すなわち、チ
ャネル領域)の極性が正方向にシフトする。このため、
チャネル領域に負極性の反転層が生じにくくなる。した
がって、フローティングゲート210に電子が蓄積され
ると、このMoSトランジスタにチャネルを生じさせる
のに要するゲート電圧(このトランジスタのしきい値電
圧)がフローティングゲート210に電子が蓄積されて
いない場合よりも高くなる。つまり、コントロールゲー
ト200に、フローティングゲート210に電子が蓄積
されていない場合よりも高い電圧を与えないとチャネル
領域に反転層は生じない。
Therefore, the data stored in memory cell MC is retained even after the power is turned off. Now, floating gate 21
When electrons are accumulated at zero, the polarity between the source 230 and the drain 220 (that is, the channel region) shifts in the positive direction due to the electric field from the accumulated electrons. For this reason,
A negative polarity inversion layer is less likely to form in the channel region. Therefore, when electrons are accumulated in the floating gate 210, the gate voltage required to generate a channel in this MoS transistor (threshold voltage of this transistor) is higher than when electrons are not accumulated in the floating gate 210. Become. In other words, an inversion layer is not generated in the channel region unless a higher voltage is applied to the control gate 200 than when no electrons are stored in the floating gate 210.

記憶データが消去される場合には、ソース230にソー
ス線28を介して高圧が印加され、一方、コントロール
ゲート200はワード線50を介して接地される。これ
によって、フローティングゲート210とソース230
との間に、ソース230を高電位側とした高電界が印加
される。この結果、フローティングゲート210とソー
ス230とを絶縁する酸化膜250にトンネル現象が生
じ、フローティングゲート210とソース230との間
に流れる電流(トンネル電流)が生じる。すなわち、フ
ローティングゲート210からソース230に酸化膜2
50を介して電子が流出する。これによって、フローテ
ィングゲート210に蓄積された電子が除去され、この
MOS)ランジスタのしきい値電圧は低下する。第3図
に示されるように、ソース線28は各メモリセルMCの
ソースに共通に接続されるため、第3図においてメモリ
アレイ1内のすべてのメモリセルMCの記憶データは一
括して消去される。
When stored data is erased, a high voltage is applied to the source 230 via the source line 28, while the control gate 200 is grounded via the word line 50. This allows floating gate 210 and source 230 to
A high electric field is applied with the source 230 on the high potential side. As a result, a tunnel phenomenon occurs in the oxide film 250 that insulates the floating gate 210 and the source 230, and a current (tunnel current) flows between the floating gate 210 and the source 230. That is, an oxide film 2 is formed from the floating gate 210 to the source 230.
Electrons flow out through 50. As a result, the electrons accumulated in the floating gate 210 are removed, and the threshold voltage of this MOS transistor is lowered. As shown in FIG. 3, since the source line 28 is commonly connected to the source of each memory cell MC, the data stored in all memory cells MC in the memory array 1 in FIG. 3 is erased all at once. Ru.

データ読出時には、コントロールゲート200およびド
レイン220にそれぞれ、対応するワード線50および
ビット線30を介して電源電圧(通常、5V)および比
較的近い電圧が印加され、一方、ソース230がソース
線28を介して接地される。フローティングゲート21
0に電子が蓄積されていなければ(記憶データが“1”
であれば)、このMOSトランジスタのしきい値電圧は
低いのでコントロールゲート200に印加された電源電
圧によってソース230・ドレイン220間にチャネル
が生じる。しかし、フローティングゲート210に電子
が蓄積されていれば(記憶データが0”であれば)、こ
のMOS)ランジスタのしきい値電圧は高いので、コン
トロールゲート200に電源電圧が印加されてもソース
230・ドレイン220間にチャネルは生じない。した
がって、記憶データが“1″であるメモリセルを構成す
るMOS)ランジスタは、データ読出時に○N状態とな
り対応するビット線30からソース線28に電流が流れ
る。しかし、記憶データが“0”であるメモリセルを構
成するMoSトランジスタは、データ続出時においても
OFF状態であるので、対応するビット線30からソー
ス線28に流れる電流は生じない。そこで、データ読8
時にはデータを読出されるべきメモリセルに対応するビ
ット線に電流が流れるか否かがセンスアンプによって検
出される。この検出の結果に基づいて、記憶データが“
1”および0′″のうちのいずれであるかが判定される
When reading data, a power supply voltage (usually 5V) and a relatively similar voltage are applied to the control gate 200 and the drain 220 via the corresponding word line 50 and bit line 30, respectively, while the source 230 is connected to the source line 28. grounded through. floating gate 21
If no electrons are stored in 0 (memory data is “1”)
Since the threshold voltage of this MOS transistor is low, a channel is generated between the source 230 and the drain 220 by the power supply voltage applied to the control gate 200. However, if electrons are accumulated in the floating gate 210 (if the stored data is 0''), the threshold voltage of this MOS transistor is high, so even if the power supply voltage is applied to the control gate 200, the source 230 - No channel is generated between the drains 220. Therefore, the MOS transistors constituting the memory cells whose stored data is "1" are in the N state when data is read, and a current flows from the corresponding bit line 30 to the source line 28. However, since the MoS transistors constituting the memory cells in which the stored data is "0" are in the OFF state even when data continues to flow, no current flows from the corresponding bit line 30 to the source line 28. Reading 8
Sometimes, a sense amplifier detects whether a current flows through a bit line corresponding to a memory cell from which data is to be read. Based on the results of this detection, the stored data is
It is determined whether it is 1'' or 0''.

ただし、データ続出時にビット線30に与えられる電位
が高過ぎると、フローティングゲート210とドレイン
220との間の酸化膜250に高電界がかかるため、フ
ローティングゲート210に蓄積されていた電子がドレ
イン220側に抜けてしまう。そのため、ビット線30
に与えられる電位は1〜2v程度である。したがって、
データ読出時に記憶データが“1”であるメモリセルに
流れる電流は小さい。そこで、この電流を検知するため
に電流センスアンプが用いられる。
However, if the potential applied to the bit line 30 is too high when data is continuously generated, a high electric field is applied to the oxide film 250 between the floating gate 210 and the drain 220, so that the electrons accumulated in the floating gate 210 are transferred to the drain 220 side. It goes through. Therefore, bit line 30
The potential applied to is about 1 to 2V. therefore,
When reading data, a small current flows through a memory cell whose stored data is "1". Therefore, a current sense amplifier is used to detect this current.

再度第3図を参照して、アドレス入力端子AO〜AKに
外部から与えられるアドレス信号を受ける。アドレス信
号は、メモリアレイ1内のメモリセルMCのうちのいず
れに対してデータ続出またはデータ書込を行なうかを指
示する信号である。
Referring again to FIG. 3, address input terminals AO to AK receive address signals applied from the outside. The address signal is a signal instructing which of the memory cells MC in memory array 1 data is to be successively written or data is to be written.

アドレスバッファ100は、与えられたアドレス信号を
バッファリングしてローデコーダ60およびコラムデコ
ーダ80に与える。
Address buffer 100 buffers the applied address signal and provides it to row decoder 60 and column decoder 80.

人出力バッファ110は、入力データおよびaカデータ
を受ける入出力端子I / Oo = I / ONに
接続される。人出力バッファ110は、入出力端子l1
0o−IloNに外部より与えられる書込データを書込
回路90に与える。さらに、人出カバッファ110は、
センスアンプ120から出力されるデータを続出データ
として入8力端子I/ Oo ”= I / Osに導
出する。
The human output buffer 110 is connected to an input/output terminal I/Oo=I/ON for receiving input data and a-capacity data. The human output buffer 110 has an input/output terminal l1
Write data externally applied to 0o-IloN is applied to the write circuit 90. Furthermore, the crowd buffer 110 is
The data output from the sense amplifier 120 is led out to the 8 input terminals I/Oo''=I/Os as successive data.

書込回路90は、人出カバッファ110から与えられる
書込データに応じた電圧をYゲート70に与える。セン
スアンプ120は、Yゲート70の出力を検知してその
検知結果に応じてデータ“0”または“1”に対応する
信号電圧を読出データとして入出力バッフ7110に与
える。
Write circuit 90 applies a voltage to Y gate 70 according to write data applied from output buffer 110 . The sense amplifier 120 detects the output of the Y gate 70 and supplies a signal voltage corresponding to data "0" or "1" to the input/output buffer 7110 as read data according to the detection result.

ローデコーダ60は、アドレスバッファ100からのア
ドレス信号に応答して、メモリアレイ1内のワード線5
0のうちのいずれか1本を選択する。コラムデコーダ8
0は、アドレスバッファ100からのアドレス信号に応
答して、メモリアレイ1内のビット線30のうちのいず
れか1本を選択する。
Row decoder 60 responds to address signals from address buffer 100 to
Select one of 0. Column decoder 8
0 selects any one of the bit lines 30 in the memory array 1 in response to an address signal from the address buffer 100.

制御回路140は、Yゲート70.コラムデコーダ80
.書込回路90.アドレスバッファ100、人出力バッ
ファ110.およびセンスアンプ120をこれらが各モ
ードに応じた動作を行なうように制御する。
The control circuit 140 includes Y gates 70 . column decoder 80
.. Write circuit 90. Address buffer 100, human output buffer 110. and sense amplifier 120 so that they operate according to each mode.

端子TPPには外部からの高圧vPPが与えられる。端
子Tccには外部から通常レベルの電源電圧Vccが与
えられる。スイッチ回路600は、端子TppおよびT
ccにそれぞれ与えられる高圧VPPおよび電源電圧V
。Cのうちのいずれか一方を選択的に所定の回路部に出
力する。
A high voltage vPP is applied to the terminal TPP from the outside. A normal level power supply voltage Vcc is externally applied to the terminal Tcc. The switch circuit 600 has terminals Tpp and T
High voltage VPP and power supply voltage V given to cc respectively
. Either one of C is selectively output to a predetermined circuit section.

スイッチ回路600は、制御回路140によって制御さ
れて、データ書込時には端子T’ppからの高圧VP、
をローデコーダ60に与える。さらに、スイッチ回路6
00は、制御回路140によって制御されて、データ読
出時に電源電圧VCCをローデコーダ60与える。さら
に、スイッチ回路600は、制御回路140によって制
御されて、データ消去時に高圧VPPをソース線スイッ
チ150に与える。
The switch circuit 600 is controlled by the control circuit 140 and receives high voltage VP from the terminal T'pp during data writing.
is given to the row decoder 60. Furthermore, the switch circuit 6
00 is controlled by control circuit 140 to apply power supply voltage VCC to row decoder 60 during data reading. Furthermore, the switch circuit 600 is controlled by the control circuit 140 to apply high voltage VPP to the source line switch 150 during data erasing.

データ書込時において、Yゲート70は、コラムデコー
ダ80によって選択されたビット線に、書込回路90か
ら与えられる電圧を与える。具体的には、書込データが
“O”であれば、Yゲート70は選択されたビット線に
高圧vPPを印加する。書込データが1”であれば、Y
ゲート70は、選択されたビット線の電位を接地電位に
保持する。データ書込時において、ローデコーダ60は
、選択したワード線にスイッチ回路600からの高圧v
ppを印加する。一方、データ書込時において、ソース
線スイッチ150は、ソース線28に接地電位を与える
。したがって、書込データが“0”であれば、ローデコ
ーダ60によって選択されたワード線とコラムデコーダ
80によって選択されたビット線との交点に位置するメ
モリトランジスタ(選択されたメモリトランジスタ)の
フローティングゲート210にのみ、アバランシェ崩壊
によって生じた電子が注入される。しかし、書込データ
が“1”であれば、選択されたメモリトランジスタにお
いて、コントロールゲート200が昇圧されないためフ
ローティングゲート210に電子は注入されない。デー
タ続出時において、ローデコーダ60は、選択したワー
ド線に前記高圧Vppよりも低いスイッチ回路600か
らの電源電圧Vc、を印加する。データ書込時において
、Yゲート70は、コラムデコーダ8oによって選択さ
れたビット線に1〜2■の低い電圧を印加する。一方、
データ続出時において、ソース線スイッチ150はデー
タ書込時と同様に、ソース線28に接地電位を与える。
During data writing, Y gate 70 applies a voltage applied from write circuit 90 to the bit line selected by column decoder 80 . Specifically, if the write data is "O", the Y gate 70 applies high voltage vPP to the selected bit line. If the write data is 1”, Y
Gate 70 holds the potential of the selected bit line at ground potential. When writing data, the row decoder 60 applies a high voltage v from the switch circuit 600 to the selected word line.
Apply pp. On the other hand, during data writing, the source line switch 150 applies the ground potential to the source line 28. Therefore, if the write data is "0", the floating gate of the memory transistor (selected memory transistor) located at the intersection of the word line selected by the row decoder 60 and the bit line selected by the column decoder 80 Electrons generated by avalanche collapse are injected only into 210. However, if the write data is "1", no electrons are injected into the floating gate 210 of the selected memory transistor because the control gate 200 is not boosted. When data continues to be output, the row decoder 60 applies the power supply voltage Vc from the switch circuit 600, which is lower than the high voltage Vpp, to the selected word line. During data writing, Y gate 70 applies a low voltage of 1 to 2 cm to the bit line selected by column decoder 8o. on the other hand,
When data is continuously written, the source line switch 150 applies the ground potential to the source line 28, similarly to when writing data.

したがって、選択されたメモリトランジスタの記憶デー
タが“0″であれば、選択されたビット線からソース線
28に選択されたメモリセルのドレイン220.チャネ
ル領域、およびソース230を介して電流が流れる。
Therefore, if the stored data of the selected memory transistor is "0", the selected bit line is connected to the source line 28 to the drain 220 . Current flows through the channel region and source 230.

選択されたメモリトランジスタの記憶データが“1″で
あれば、選択されたメモリトランジスタは5v程度のゲ
ート電圧によってON状態とならないため、選択された
ビット線に電流は流れない。
If the stored data of the selected memory transistor is "1", the selected memory transistor is not turned on by the gate voltage of about 5V, so no current flows through the selected bit line.

さて、Yゲート70は、選択されたビット線に電源電圧
を印加するとともに、選択されたビット線のみをセンス
アンプ120に電気的に接続する。
Now, the Y gate 70 applies a power supply voltage to the selected bit line and electrically connects only the selected bit line to the sense amplifier 120.

これによって、センスアンプ120は、選択されたビッ
ト線に流れる電流の有無を検知することができる。
This allows the sense amplifier 120 to detect the presence or absence of current flowing through the selected bit line.

データ消去時には、Yゲート70は、メモリアレイ1内
のすべてのビット線30を低電位(接地電位)に保つ。
When erasing data, Y gate 70 keeps all bit lines 30 in memory array 1 at a low potential (ground potential).

データ消去時において、ローデコーダ60は、メモリア
レイ1内のすべてのワード線50に接地電位を与える。
When erasing data, row decoder 60 applies a ground potential to all word lines 50 in memory array 1 .

データ消去時において、ソース線スイッチ150は、ソ
ース線28にスイッチ回路600からの高圧VPPをパ
ルス信号に変換して印加する。したがって、データ消去
時には、メモリアレイ1内のすべてのメモリセルMCの
各々において、トンネル現象が生じ、記憶データが“0
”であるメモリトランジスタのフローティングゲート2
10に蓄積されていた電子がフローティングゲート21
0から除去される。したがって、データ消去終了時にお
いて、メモリアレイ1内のすべてのメモリセルMCの記
憶データは“1″となる。
When erasing data, the source line switch 150 converts the high voltage VPP from the switch circuit 600 into a pulse signal and applies it to the source line 28 . Therefore, when erasing data, a tunnel phenomenon occurs in each of all memory cells MC in the memory array 1, and the stored data becomes "0".
” Floating gate 2 of the memory transistor
The electrons stored in the floating gate 21
removed from 0. Therefore, at the end of data erasing, the stored data in all memory cells MC in memory array 1 becomes "1".

なお、以下の説明において、電源電位および接地電位が
各々、論理レベル″H′″および“L″に対応するもの
とする。
In the following description, it is assumed that the power supply potential and the ground potential correspond to logic levels "H'" and "L", respectively.

このように、EEFROMでは、データ消去時にメモリ
トランジスタのコントロールゲート200とソース23
0との間に高電圧を印加することによって、フローティ
ングゲート210とソース230との間でのエネルギバ
ンドの曲がりを、フローティングゲート210からソー
ス230に電子がトンネルするように強制することによ
って、データ消去が行われる。このため、フローティン
グゲート210から引抜かれる電子の量は、ソース線2
8に印加される高圧の大きさや高圧を印加する時間(高
圧パルスのパルス幅)や、フローティングゲート210
とソース230との間に存在する酸化膜250の厚さお
よび、フローティングゲート210とコントロールゲー
ト200との間に存在する酸化膜250の厚さ等によっ
て異なる。
In this way, in EEFROM, when erasing data, the control gate 200 and source 23 of the memory transistor are
Data erasure is achieved by applying a high voltage between the floating gate 210 and the source 230, forcing electrons to tunnel from the floating gate 210 to the source 230. will be held. Therefore, the amount of electrons extracted from the floating gate 210 is
The magnitude of the high voltage applied to the floating gate 8, the time for applying the high voltage (pulse width of the high voltage pulse), and the floating gate 210.
The thickness of the oxide film 250 between the floating gate 210 and the control gate 200 varies depending on the thickness of the oxide film 250 between the floating gate 210 and the control gate 200, and the like.

一方、メモリアレイ1を構成するメモリトランジスタに
は製造上のばらつきが生じる。このばらつきによって、
酸化膜250の厚さやコントロールゲート200および
フローティングゲート210の形状、チャネル領域の長
さなどが、すべてのメモリトランジスタにおいて完全に
一致しない。
On the other hand, manufacturing variations occur in the memory transistors constituting the memory array 1. Due to this variation,
The thickness of the oxide film 250, the shapes of the control gate 200 and floating gate 210, the length of the channel region, etc. are not completely the same in all memory transistors.

このようなメモリトランジスタ間の製造上のばらつきや
、さらには実際の回路構成上の原因など種々の要因によ
って、前述のような一括消去でメモリアレイ1内のすべ
てのメモリセルMCの記憶データを同時に“0”にする
ことは実際には困難である。つまり、記憶データが′0
”であるメモリトランジスタのうちのいくつかにおいて
は、−括消去時に与えられた高圧によってフローティン
グゲート210から蓄積された電子のみが完全に除去さ
れるが、あるものにおいては、−括消去時に与えられた
高圧パルスによってフローティングゲート210からデ
ータ書込時に蓄積された以上の量の電子が引抜かれる。
Due to various factors such as manufacturing variations between memory transistors and actual circuit configurations, it is not possible to erase data stored in all memory cells MC in memory array 1 at the same time using the above-mentioned batch erase. It is actually difficult to set it to "0". In other words, the stored data is '0'
In some of the memory transistors, only the accumulated electrons are completely removed from the floating gate 210 by the high voltage applied during bulk erase; The high voltage pulse causes more electrons than those accumulated during data writing to be extracted from the floating gate 210.

後者の場合のように、フローティングゲートから電子が
過剰に引抜かれる現象は過消去もしくは過剰消去と呼ば
れる。
The phenomenon in which electrons are excessively extracted from the floating gate, as in the latter case, is called overerasure or overerasure.

過消去が生じると、フローティングゲート210が正に
帯電してしまうため、ソース230・ドレイン220間
に負極性の反転層が生じる。これは、コントロールゲー
ト200に07以上のどのような電位が付与されてもこ
のメモリトランジスタはON状態にあることを意味する
。この結果、データ読出時には非選択状態であるにもか
かわらず、このメモリトランジスタに対応するビット線
に電流が流れる。このため、過消去されたメモリトラン
ジスタと同じビット線に接続されるメモリセルが選択さ
れると、選択されたメモリトランジスタの記憶データが
“0”である場合にも読出データが“1”となる。また
、データ書込時においては、過消去されたメモリセルま
たは過消去されたメモリセルと同一のビット線に接続さ
れるメモリセルにデータ“0”を書込もうとすると、選
択されたメモリセルにおいてアバランシェ崩壊により発
生した電子が、過消去されたメモリセルのチャネル電流
としてビット線にリークする。このため、選択されたメ
モリセルのフローティングゲート210に電子が十分に
注入されない。したがって、過消去されたメモリセルが
存在すると、データ書込時の書込特性が劣化し、さらに
は書込不能となる。このように、過消去は、メモリトラ
ンジスタのしきい値の極性を負に反転させて、その後の
データ続出およびデータ書込に支障を来す。
When over-erasing occurs, the floating gate 210 becomes positively charged, so that a negative polarity inversion layer is generated between the source 230 and the drain 220. This means that this memory transistor is in the ON state no matter what potential above 07 is applied to the control gate 200. As a result, current flows through the bit line corresponding to this memory transistor even though it is in a non-selected state during data reading. Therefore, when a memory cell connected to the same bit line as the over-erased memory transistor is selected, the read data becomes "1" even if the stored data of the selected memory transistor is "0". . In addition, when writing data, if an attempt is made to write data "0" to an over-erased memory cell or a memory cell connected to the same bit line as the over-erased memory cell, the selected memory cell Electrons generated by avalanche collapse leak to the bit line as a channel current of the overerased memory cell. Therefore, sufficient electrons are not injected into the floating gate 210 of the selected memory cell. Therefore, if there is an overerased memory cell, the write characteristics during data writing will deteriorate, and furthermore, it will become impossible to write. In this manner, over-erasing inverts the polarity of the threshold voltage of the memory transistor to negative, thereby causing problems in subsequent data succession and data writing.

そこで、このような過消去を防ぐために、現在次のよう
な方法が用いられている。すなわち、データ消去のため
にソース線28に印加する高圧パルスの(以下、消去パ
ルスと呼ぶ)のパルス幅を短くシ、このパルス幅の短い
消去パルスをソース線28に一回印加するごとにメモリ
アレイ1内のすべてのメモリセルの記憶データを読出し
てメモリアレイ内のすべてのメモリセルMCの記憶デー
タがすべて“1”となったか否かを確認する。そして、
記憶データが“1”でないメモリセルが1つでもあれば
、再度前記短いパルス幅の消去パルスをソース線28に
印加する。消去パルスがソース線28に印加されること
によってメモリセルの記憶データが“1″になったか否
か、すなわち、メモリセルの記憶データが完全に消去さ
れたか否かを確認することを消去ベリファイという。こ
のような消去ベリファイと消去パルスのソース線28へ
の印加とが、メモリアレイ1内のすべてのメモリセルM
Cに対するデータ消去が完了するまで繰返される。この
ような方法で過消去を防ぐフラッシュEEPROMは、
例えば、rlssecダイジェスト・オブ・テクニカル
ペーパーズ(1990)Jのpp、60−61および「
電子情報通信学会技術研究報告 1990年5月21日
」のpp、73−77に示される。
Therefore, in order to prevent such over-erasing, the following method is currently used. That is, the pulse width of the high-voltage pulse (hereinafter referred to as an erase pulse) applied to the source line 28 for erasing data is shortened, and each time an erase pulse with a short pulse width is applied to the source line 28, the memory is The storage data of all the memory cells in the array 1 are read out to check whether the storage data of all the memory cells MC in the memory array are all "1". and,
If there is even one memory cell whose stored data is not "1", the erase pulse with the short pulse width is applied to the source line 28 again. The process of confirming whether the data stored in the memory cell has become "1" by applying the erase pulse to the source line 28, that is, whether the data stored in the memory cell has been completely erased, is called erase verification. . Such erase verify and application of the erase pulse to the source line 28 erases all memory cells M in the memory array 1.
This process is repeated until data erasure for C is completed. Flash EEPROMs that prevent over-erasing in this way are
For example, rlssec Digest of Technical Papers (1990) J, pp. 60-61 and “
IEICE Technical Research Report May 21, 1990, pp. 73-77.

[発明が解決しようとする課題] データ消去が行なわれる前にはメモリセルトランジスタ
のフローティングゲートに電子が注入されている。した
がって、データ消去時にはメモリセルトランジスタのフ
ローティングゲート電位が負側にシフトしている。この
ため、第4図を参照して、データ消去時にソース230
に印加される電圧が12V程度であっても、実際にはフ
ローティングゲート210およびソース230間の酸化
膜250には非常に大きな電界が誘起される。したがっ
て、データ消去のための高圧v、Pを10m5ec程度
の短いパルス幅のパルス信号としてソース230に印加
しても、フローティングゲート210から電子が過剰に
引き抜かれる(過消去)場合がある。次に、この現象に
ついてもう少し具体的に説明する。
[Problems to be Solved by the Invention] Before data erasure is performed, electrons are injected into the floating gate of the memory cell transistor. Therefore, during data erasing, the floating gate potential of the memory cell transistor is shifted to the negative side. For this reason, referring to FIG. 4, when erasing data, the source 230
Even if the voltage applied to the floating gate 210 is about 12 V, a very large electric field is actually induced in the oxide film 250 between the floating gate 210 and the source 230. Therefore, even if high voltages v and P for erasing data are applied to the source 230 as a pulse signal with a short pulse width of about 10 m5 ec, electrons may be excessively extracted from the floating gate 210 (overerasing). Next, this phenomenon will be explained in more detail.

第5図は、コントロールゲート200.フローティング
ゲート210.ドレイン220.ソース230、および
基板240間の容量結合関係を示す、メモリトランジス
タの等価回路図である。図において、コンデンサCCF
 I  CD I  Cc g およびCsはそれぞれ
、コントロールゲート200およびフローティングゲー
ト210間の容量、フローティングゲート210および
ドレイン220間の容量、フローティングゲート210
および基板240間の容量、フローティングゲート21
0およびソース230間の容量を表わす。したがって、
ノードNl、N2.N3.N4.N5は各々、コントロ
ールゲート200.フローティングゲート210、ソー
ス230.基板240.およびドレイン220に対応す
る。ここで、フローティングゲート210に蓄積されて
いる電荷量をQFGで表わし、コントロールゲート20
0に印加される電位をvGで表わし、ドレイン220の
電位をVoで表わし、ソース230の電位をvsで表わ
し、ドレイン220・ソース230間のチャネル領域(
基板240のドレイン220およびソー;ζ230間に
対応する部分)の電位をvoで表わすと、フローティン
グゲート210の電位(ノードN2の電位)Vycは次
式で表わされる。
FIG. 5 shows the control gate 200. Floating gate 210. Drain 220. 3 is an equivalent circuit diagram of a memory transistor showing a capacitive coupling relationship between a source 230 and a substrate 240. FIG. In the figure, capacitor CCF
I CD I Cc g and Cs are the capacitance between the control gate 200 and the floating gate 210, the capacitance between the floating gate 210 and the drain 220, and the floating gate 210, respectively.
and the capacitance between the substrate 240 and the floating gate 21
0 and source 230. therefore,
Nodes Nl, N2. N3. N4. N5 are control gates 200 . floating gate 210, source 230. Substrate 240. and drain 220. Here, the amount of charge accumulated in the floating gate 210 is expressed as QFG, and the amount of charge accumulated in the control gate 210 is expressed as QFG.
The potential applied to the drain 220 is expressed as vG, the potential of the drain 220 is expressed as Vo, the potential of the source 230 is expressed as vs, and the channel region between the drain 220 and the source 230 (
When the potential of the drain 220 of the substrate 240 and the portion corresponding to the source ζ230 is expressed by vo, the potential of the floating gate 210 (the potential of the node N2) Vyc is expressed by the following equation.

なお、上式において、Cc p +  CD I  C
c + およびC9はそれぞれ、第5図におけるコンデ
ンサCapの容量値、コンデンサCDの容量値、コンデ
ンサC0の容量値、およびコンデンサC8の容量値を表
わす。また、CToTALはこれらの容量の合計、すな
わち、Cc p +cD+Cc +csを表わす。一方
、カップリングレシオkcは、コントロールゲート20
0およびフローティングゲート210間の容量Ccpの
、コントロールゲー)200.  フローティングゲー
ト210.ドレイン220.ソース230.および基板
240間の総容量CTOTALに対する比として次式で
定義される。
In addition, in the above formula, Cc p + CD I C
c + and C9 represent the capacitance value of capacitor Cap, capacitor CD, capacitor C0, and capacitor C8 in FIG. 5, respectively. Further, CToTAL represents the sum of these capacitances, that is, Cc p +cD+Cc +cs. On the other hand, the coupling ratio kc is the control gate 20
0 and the floating gate 210 (control gate) 200. Floating gate 210. Drain 220. Source 230. It is defined as the ratio to the total capacitance CTOTAL between the substrates 240 and the substrate 240 by the following equation.

kc =COF /CT OT A L ’・・(2)
また、コントロールゲート200から見たこのメモリト
ランジスタのしきい値の、フローティングゲート210
に電子が蓄積されたことによる変化量ΔVTHは次式で
表わされる。
kc=COF/CTOTAL'...(2)
Also, the threshold value of the floating gate 210 of this memory transistor as seen from the control gate 200 is
The amount of change ΔVTH due to the accumulation of electrons is expressed by the following equation.

ΔVt M =  QF c / Cc F −(3)
データ消去時にはコントロールゲー)200゜ドレイン
220.および基板240が接地され、かつ、ソース2
30に高圧VPPが印加されるので、上式(1)におい
てvG=VC=VD=0■。
ΔVt M = QF c / Cc F − (3)
When erasing data, control game) 200° drain 220. and the substrate 240 is grounded, and the source 2
Since high voltage VPP is applied to 30, vG=VC=VD=0■ in the above equation (1).

Vs=Vppである。したがって、フローティングゲー
トの電位VFGは、上式(1)〜(3)によってカップ
リングレシオk。およびしきい値変化量ΔvTHを用い
て次式のように表わされる。
Vs=Vpp. Therefore, the potential VFG of the floating gate has a coupling ratio k according to the above equations (1) to (3). It is expressed as in the following equation using the amount of change in threshold value ΔvTH.

VFG=C8VPP/CTOTAL  kcΔVT)I
・・・(4) よって、フローティングゲート210とソース230と
の間の電位差は次式で表わされる。
VFG=C8VPP/CTOTAL kcΔVT)I
(4) Therefore, the potential difference between the floating gate 210 and the source 230 is expressed by the following equation.

(I  C5/CT OT A L ) Vp p +
kcΔVTM・・・(5) フローティングゲート210およびソース230間に誘
起される電界の大きさはフローティングゲート210お
よびソース230間の電位差に比例し、フローティング
ゲート210およびソース230間の酸化膜250の厚
さに反比例する。したがって、この電界の大きさは、フ
ローティングゲート210および基板240間の酸化膜
の厚さが100人、しきい値変化量ΔvTHが5■、カ
ップリングレシオに0が0.6、C8/CTOTALの
値が0.1、高圧Vppが12Vであれば、13.8M
V/cmとなる。つまり、データ消去時にフローティン
グゲート210とソース230との値の酸化膜には13
.8MV/cmの非常に強い電界が誘起される。この強
い電界によってトンネル現象が生じフローティングゲー
ト210から電子が引抜かれる。
(I C5/CT OT A L ) Vp p +
kcΔVTM (5) The magnitude of the electric field induced between the floating gate 210 and the source 230 is proportional to the potential difference between the floating gate 210 and the source 230, and is proportional to the thickness of the oxide film 250 between the floating gate 210 and the source 230. is inversely proportional to. Therefore, the magnitude of this electric field is as follows: the thickness of the oxide film between the floating gate 210 and the substrate 240 is 100 mm, the amount of threshold change ΔvTH is 5 mm, the coupling ratio is 0 and 0.6, and the C8/CTOTAL is If the value is 0.1 and high voltage Vpp is 12V, 13.8M
V/cm. In other words, when erasing data, the oxide film of the value of the floating gate 210 and the source 230 has 13
.. A very strong electric field of 8 MV/cm is induced. This strong electric field causes a tunneling phenomenon and electrons are extracted from the floating gate 210.

一般にフローティングゲート210に蓄積された電子を
ソース230に引抜くためのトンネル現象を生じさせる
には、フローティングゲート210およびソース230
間の酸化膜250にIOMV / c m以上の電界を
誘起させればよい。しかしながら、現在、半導体装置を
駆動する外部電源で、5vの次に高い電圧を8カするも
のは12Vの電源である。
Generally, in order to cause a tunneling phenomenon to extract electrons accumulated in the floating gate 210 to the source 230, the floating gate 210 and the source 230 must be connected to each other.
An electric field of IOMV/cm or more may be induced in the oxide film 250 between the two. However, currently, the external power supply for driving semiconductor devices that operates at the next highest voltage after 5V is a 12V power supply.

一方、フラッシュEEFROMにおいてデータ書込時に
ビット線に流れる電流の総量は1mA〜5mA程度であ
るため、チップ内部でデータ書込のための高圧を発生さ
せることは困難である。つまり、チップ内部で高圧を発
生させる場合、複数のコンデンサを時間順次に充電する
ことによって高圧を導出するチャージポンプ等の高圧発
生回路が用いられる。しかし、このような高圧発生回路
にはデータ書込に必要な電流1mA〜5mAを供給する
ことができない。たとえば、チャージポンプが供給する
ことができる電流の大きさIは、用いられるコンデンサ
の容量値Cとコンデンサの充電周波数fとの積で求めら
れる。容量値Cが10pFであり、充電周波数fが10
MHzであっても、チャージポンプの供給電流Iは10
0μAと非常に小さい。このため、データ消去およびデ
ータ書込に必要な高電圧は外部電源から供給される必要
がある。
On the other hand, in a flash EEFROM, the total amount of current flowing through the bit line during data writing is about 1 mA to 5 mA, so it is difficult to generate a high voltage for data writing inside the chip. That is, when generating high voltage inside a chip, a high voltage generating circuit such as a charge pump is used that derives high voltage by sequentially charging a plurality of capacitors over time. However, such a high voltage generating circuit cannot supply a current of 1 mA to 5 mA required for data writing. For example, the magnitude of current I that can be supplied by a charge pump is determined by the product of the capacitance value C of the capacitor used and the charging frequency f of the capacitor. The capacitance value C is 10 pF, and the charging frequency f is 10 pF.
Even at MHz, the charge pump supply current I is 10
Very small at 0μA. Therefore, the high voltage required for data erasing and data writing needs to be supplied from an external power supply.

これらの理由により、現在データ消去には、12vの高
電圧が用いられている。この結果、データ消去時にフロ
ーティングゲート210およびソース230間の酸化膜
250に前述したような必要以上に強い電界(13,8
MV/cm)が生じ、過消去の危険性が大きくなる。
For these reasons, a high voltage of 12V is currently used to erase data. As a result, during data erasing, an unnecessarily strong electric field (13, 8
MV/cm), which increases the risk of over-erasing.

さらに、NチャンネルMOSトランジスタにおいてゲー
ト電圧が0■であるとき、ゲートとドレイン拡散領域と
の重なり領域にバンド間トンネリングという現象が生じ
る。この現象はソース電位が高い場合にゲートとソース
拡散領域との重なり領域においても生じる。バンド間ト
ンネリングは、ゲート電圧が0■であるためにN型のド
レイン拡散領域およびソース拡散領域の表面が深いデプ
リケーション状態となることによって生じる。これらN
型拡散領域の表面が深いデプリケーション状態となると
、ゲート下の酸化膜と基板との境界部分におけるエネル
ギバンドの曲りが急峻になる。
Furthermore, when the gate voltage is 0 in an N-channel MOS transistor, a phenomenon called band-to-band tunneling occurs in the overlapping region of the gate and drain diffusion regions. This phenomenon also occurs in the overlapping region of the gate and source diffusion region when the source potential is high. Band-to-band tunneling occurs because the surfaces of the N-type drain and source diffusion regions are in a deep depletion state because the gate voltage is 0. These N
When the surface of the type diffusion region enters a deep depletion state, the curve of the energy band at the boundary between the oxide film under the gate and the substrate becomes steep.

このため、N型拡散領域において価電子体の電子が伝導
帯にトンネルする。このとき生じたホールは接地された
基板に流れ、一方、伝導帯にトンネルした電子はN型拡
散領域に集まる。基板にホールが流れ込むことによって
生じる電流はこのNチャンネルMO3)ランジスタのリ
ーク電流となる。
Therefore, electrons of the valence body tunnel into the conduction band in the N-type diffusion region. Holes generated at this time flow to the grounded substrate, while electrons tunneled into the conduction band gather in the N-type diffusion region. The current generated by holes flowing into the substrate becomes a leakage current of this N-channel MO3) transistor.

データ消去時にはメモリトランジスタのソース230に
高圧が印加されコントロールゲート200が接地される
ので、このようなバンド間トンネリング現象が生じる。
When erasing data, a high voltage is applied to the source 230 of the memory transistor and the control gate 200 is grounded, so that this interband tunneling phenomenon occurs.

再度第4図を参照して、データ消去時には基板240と
酸化膜250との間の境界面のソース230近傍部分2
60においてバンド間トンネリング現象が生じることが
知られている。基板240は接地されるので、この現象
によって生じたホールは基板240側にリーク電流とし
て流れ、伝導帯にトンネルした電子はフローティングゲ
ート210から引抜かれた電子とともにソース230側
に流れる。このようなフラッシュEEFROMにおける
バンド間トンネリング現象については、J。
Referring again to FIG. 4, when erasing data, the portion 2 near the source 230 of the interface between the substrate 240 and the oxide film 250 is
It is known that interband tunneling phenomenon occurs in 60. Since the substrate 240 is grounded, holes generated by this phenomenon flow as a leakage current toward the substrate 240, and electrons tunneled into the conduction band flow toward the source 230 together with the electrons extracted from the floating gate 210. Regarding the phenomenon of interband tunneling in such flash EEFROM, see J.

Chen、  et  al、、  “Subbrea
kdown   drain   leakage  
 current   in  MOSFET、  “
IEEE  Electron   Device  
 1ett、、v。
Chen, et al., “Subbrea
kdown drain leakage
current in MOSFET, “
IEEE Electron Device
1ett,,v.

1、EDL−8,pp、515−517.1987、お
よび、H,Kume  et  al、、  “AFR
ASH−ERASE  EEPROM  CELL  
WITHAN  ASYMMETRIC5UOURCE
   AND   DRAIN   5TRUCTUR
E″ IEEE  Tech、Dig、ofIEDM1
987. 25. 8.  pp、  560−563
などに述べられている。このような文献によれば、バン
ド間トンネリング現象によって生じるリーク電流はソー
ス230の電位がIOV’程度である場合に1つのメモ
リトランジスタにつき1O−8A程度である。したがっ
て、IMbitのフラッシュEEPROMの場合、10
vの高圧パルスをソース230に印加してデータ消去を
行なうと、データ消去時に生じるリーク電流は10mA
となる。このようなリーク電流は、消費電力の増加によ
るチップの発熱や電源電圧の低下など種々の問題を発生
させる。一般にこのようなリーク電流の許容範囲は数1
0mA以下である。しかしながら、近年の半導体装置の
大容量化に伴い、フラッシュEEPROMのメモリトラ
ンジスタの数も増大しつつあり、フラッシュEEPRO
Mの容量も現在16Mbit程度まで太き(なりつつあ
る。
1, EDL-8, pp. 515-517.1987, and H. Kume et al., “AFR
ASH-ERASE EEPROM CELL
WITHAN ASYMMETRIC5UOURCE
AND DRAIN 5TRUCTUR
E″ IEEE Tech, Dig, of IEDM1
987. 25. 8. pp, 560-563
etc. is stated. According to these documents, the leakage current caused by the interband tunneling phenomenon is about 10-8 A per memory transistor when the potential of the source 230 is about IOV'. Therefore, for IMbit flash EEPROM, 10
When data is erased by applying a high voltage pulse of v to the source 230, the leakage current generated during data erasing is 10 mA.
becomes. Such leakage current causes various problems such as chip heat generation due to increased power consumption and a drop in power supply voltage. Generally, the allowable range of such leakage current is as follows:
It is 0mA or less. However, as the capacity of semiconductor devices has increased in recent years, the number of memory transistors in flash EEPROMs has also been increasing.
The capacity of M is currently increasing to around 16Mbit.

たとえば16MbitのフラッシュEEPROMの場合
、10vの高圧パルスによってデータ消去が行なわれる
と、データ消去時のリーク電流は10mAX16、すな
わち、160mAと許容範囲を大きく越える。実際には
データ消去のためにソース230に印加される電圧は1
2Vであるから、実際のリーク電流の大きさはこの値よ
りもさらに大きい。このような現状から、データ消去時
に生じるリーク電流はできるだけ低減される必要がある
For example, in the case of a 16 Mbit flash EEPROM, when data is erased using a high voltage pulse of 10 V, the leakage current during data erasing is 10 mAX16, that is, 160 mA, which greatly exceeds the allowable range. In reality, the voltage applied to the source 230 for data erasing is 1
Since it is 2V, the actual magnitude of the leakage current is even larger than this value. Given this current situation, it is necessary to reduce leakage current that occurs during data erasing as much as possible.

また、従来の改良されたフラッシュEEPROMは、過
消去を防ぐために、短いパルス幅の消去パルスをメモリ
アレイに印加した後、消去ベリファイを行なうというサ
イクルを繰返す。このため、消去ベリファイ動作によっ
てデータが完全に消去されていないメモリセルが検出さ
れると、メモリアレイ内のすべてのメモリセルに再度消
去パルスが印加される。したがって、メモリアレイに再
度印加された消去パルスは、まだデータを完全に消去さ
れていないメモリトランジスタにおいて、データ書込時
にフローティングゲートに蓄積された電子を除去するよ
うに働くが、既にデータを完全に消去されたメモリトラ
ンジスタにおいては、もともとフローティングゲートに
存在した電子をフローティングゲートから引抜くように
働く。この結果、データを消去されにくいメモリセルに
対するデータ消去が完了したときには、データを消去さ
れやすいメモリセルにおいて過消去が生じる。
Further, in order to prevent over-erasing, the conventional improved flash EEPROM repeats a cycle of applying an erase pulse with a short pulse width to the memory array and then performing erase verify. Therefore, when a memory cell whose data has not been completely erased is detected by the erase verify operation, an erase pulse is applied again to all memory cells in the memory array. Therefore, the erase pulse applied again to the memory array works to remove the electrons accumulated in the floating gate during data writing in the memory transistors whose data has not yet been completely erased, but the erase pulse which has already completely erased the data In the erased memory transistor, the electrons that were originally present in the floating gate are pulled out from the floating gate. As a result, when data erasing for memory cells from which data is difficult to erase is completed, over-erasing occurs in memory cells from which data is easily erased.

メモリアレイを構成するメモリセル間での、データ消去
のされやすさのばらつきが大きいほど、データを完全に
消去するのに必要な消去パルスの印加回数がメモリアレ
イ1を構成するメモリセル間で大きくばらつく。消去ベ
リファイによって検出されたメモリセルのデータを完全
に消去すべく再印加される消去パルスは、検出されたメ
モリセルよりもデータ消去されにくいメモリセルに対し
ては完全なデータ消去を行なうことができない場合があ
る。この場合には、次の消去ベリファイによってこのデ
ータ消去されにくいメモリセルが検8された時点で、メ
モリアレイ内のすべてのメモリセルに再度消去パルスが
印加される。したがって、メモリアレイを構成するメモ
リセル間で、データ消去のされやすさのばらつきが大き
いほど、最もデータ消去されにくいメモリセルに対する
データ消去が完了するまで(メモリアレイ内のすべての
メモリセルのデータが完全に消去されるまで)の、メモ
リアレイへの消去パルスの印加回数が増える。このため
、消去動作完了時に多くのメモリセルに過消去が生じる
可能性が高い。
The greater the variation in the ease with which data can be erased between the memory cells that make up the memory array, the greater the number of erase pulse applications required to completely erase data among the memory cells that make up the memory array 1. It varies. The erase pulse that is re-applied to completely erase the data in the memory cell detected by erase verify cannot completely erase the data on the memory cell whose data is more difficult to erase than the detected memory cell. There are cases. In this case, when this memory cell whose data is difficult to erase is detected in the next erase verify, the erase pulse is applied again to all the memory cells in the memory array. Therefore, the greater the dispersion in ease of data erasure among the memory cells that make up the memory array, the more data will be erased from the memory cell that is least likely to be erased (the data in all memory cells in the memory array will be erased). The number of times an erase pulse is applied to the memory array (until it is completely erased) increases. Therefore, there is a high possibility that many memory cells will be over-erased when the erase operation is completed.

1つのメモリアレイを構成するメモリセル間における、
データ消去のされやすさのばらつきは前述したように、
製造上および回路構成上の種々の要因によるものである
。このようなばらつきは、1つのメモリアレイを構成す
るメモリセルの数の増大に伴って大きくなる。したがっ
て、近年の、半導体記憶装置の大容量化すなわちビット
数の増大は上述のような問題をより顕著にする。
Between memory cells configuring one memory array,
As mentioned above, there are variations in the ease with which data can be erased.
This is due to various manufacturing and circuit configuration factors. Such variations increase as the number of memory cells forming one memory array increases. Therefore, the recent increase in the capacity of semiconductor memory devices, that is, the increase in the number of bits, makes the above-mentioned problems more pronounced.

それゆえに本発明の目的は、上記のような問題点を解決
し、データ消去時における消費電力が少なく、かつ、過
消去が生じる危険性が少ない不揮発性半導体記憶装置を
提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a nonvolatile semiconductor memory device that consumes less power when erasing data and has less risk of over-erasing.

[課題を解決するための手段] 上記のような目的を達成するために本発明に係る不揮発
性半導体記憶装置は、フローティングゲートと第1およ
び第2の不純物拡散領域とを含む電界効果半導体素子に
よって構成される複数のメモリセルを備え、かつ、アバ
ランシェ崩壊によって第1の不純物拡散領域近傍からフ
ローティングゲートに電荷を注入することによってデー
タが書込まれ、トンネル現象によってフローティングゲ
ートから、注入された電荷を第2の不純物拡散領域に除
去することによってデータ消去が行われる不揮発性半導
体記憶装置であって、データ消去時に電界効果半導体素
子の各々に第1および第2の不純物拡散領域に高電圧を
印加する手段を備える。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above objects, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention uses a field effect semiconductor element including a floating gate and first and second impurity diffusion regions. Data is written by injecting charges into the floating gate from near the first impurity diffusion region by avalanche collapse, and the injected charges are transferred from the floating gate by a tunneling phenomenon. A nonvolatile semiconductor memory device in which data is erased by removing impurities into a second diffusion region, wherein a high voltage is applied to each of the first and second impurity diffusion regions of a field effect semiconductor element when erasing data. Have the means.

[作用] 本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は上記のように構
成されるため、データ消去時に第2の不純物拡散領域だ
けでなく第1の不純物拡散領域にも高電圧が印加される
。このため、データ消去時における第1の不純物拡散領
域の電位が高く設定されるので、フローティングゲート
の電位が従来よりも高くなる。この結果、データ消去時
におけるフローティングゲートおよび第2の不純物拡散
領域間の電位差が従来よりも小さくなるので、フローテ
ィングゲートおよび第2の不純物拡散領域間にかかる電
界の強さが従来よりも緩和される。
[Operation] Since the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is configured as described above, a high voltage is applied not only to the second impurity diffusion region but also to the first impurity diffusion region when erasing data. Therefore, since the potential of the first impurity diffusion region is set high during data erasing, the potential of the floating gate is higher than that of the prior art. As a result, the potential difference between the floating gate and the second impurity diffusion region during data erasing becomes smaller than before, so the strength of the electric field applied between the floating gate and the second impurity diffusion region is reduced compared to before. .

[実施例] 第1図は本発明の一実施例のフラッシュEEPROMの
主要部分の構成を示す概略ブロック図である。
[Embodiment] FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the main parts of a flash EEPROM according to an embodiment of the present invention.

第1図を参照して、このフラッシュEEPROMは、第
3図に示される従来のそれと異なり、メモリアレイ1と
ソース線スイッチ150との間に設けられるビット線高
圧スイッチ400と、ビット線高圧スイッチ400とス
イッチ回路600との間に設けられる昇圧回路500と
をさらに含む。
Referring to FIG. 1, this flash EEPROM, unlike the conventional one shown in FIG. 3, includes a bit line high voltage switch 400 provided between memory array 1 and source line switch 150; and a booster circuit 500 provided between the switch circuit 600 and the switch circuit 600 .

ビット線高圧スイッチ400および昇圧回路500を除
(他の機能ブロックの構成および動作は第3図に示され
る従来のフラッシュEEPROMにおけるそれと同様で
ある。ただし、本実施例では、スイッチ回路600から
データ消去時に出力される高圧v、Pはソース線スイッ
チ150だけでなく昇圧回路500にも与えられる。
Except for the bit line high voltage switch 400 and the booster circuit 500 (the configuration and operation of the other functional blocks are similar to those in the conventional flash EEPROM shown in FIG. The high voltages v and P output at the same time are applied not only to the source line switch 150 but also to the booster circuit 500.

以下、第2図を参照しながら、本実施例の特徴である、
このフラッシュEEFROMのデータ消去時における回
路動作を中心に説明する。第2図は、メモリアレイ1が
3行3列のマトリクス状に配列された9個のメモリトラ
ンジスタを含む場合を例にとって、メモリアレイ1およ
びYゲート70ならびにビット線高圧スイッチ400の
内部構成ならびにこれらと周辺回路との間の接続関係を
示す回路図である。
Hereinafter, with reference to FIG. 2, the features of this embodiment are as follows.
The circuit operation during data erasing of this flash EEFROM will be mainly explained. FIG. 2 shows the internal configurations of the memory array 1, the Y gate 70, and the bit line high voltage switch 400, as well as the internal configurations of the memory array 1, the Y gate 70, and the bit line high voltage switch 400, taking as an example the case where the memory array 1 includes nine memory transistors arranged in a matrix of 3 rows and 3 columns. FIG. 3 is a circuit diagram showing a connection relationship between the device and peripheral circuits.

まず、動作の説明に先立ってメモリアレイ1゜Yゲート
70.およびビット線高圧スイッチ400の内部構成に
ついて説明する。
First, before explaining the operation, the memory array 1°Y gate 70. And the internal configuration of bit line high voltage switch 400 will be explained.

第2図を参照して、メモリアレイ1は、ローデコーダ6
0に接続されるワード線WL1〜WL3と、Yゲート7
0に接続されるビット線BLI〜BL3と、ワード線W
LI〜WL3とビット線BL1〜BL3との交点の各々
に対応して設けられるメモリトランジスタMCを含む。
Referring to FIG. 2, memory array 1 includes row decoder 6
Word lines WL1 to WL3 connected to 0 and Y gate 7
Bit lines BLI to BL3 connected to 0 and word line W
It includes memory transistors MC provided corresponding to each of the intersections of LI to WL3 and bit lines BL1 to BL3.

メモリトランジスタMCは、第4図に示される構造を有
する。
Memory transistor MC has a structure shown in FIG.

すべてのメモリトランジスタMCのソースは、ソース線
スイッチ150に接続されるソース線28に共通に接続
される。Yゲート70は、書込回路90およびセンスア
ンプ120に接続される■10線27と、I10線27
とビット線BLI〜BL3の各々との間にトランスファ
ゲートとして設けられるNチャネルMOSトランジスタ
TR1〜TR3とを含む。トランジスタTRI〜TR3
のゲートは互いに異なる接続線Y1〜Y3を介してコラ
ムデコーダ80に接続される。このように、接続線Y1
〜Y3は、ビット線BLI〜BL3と1対1に対応する
ように設けられる。
The sources of all memory transistors MC are commonly connected to a source line 28 that is connected to a source line switch 150. The Y gate 70 is connected to the ■10 line 27, which is connected to the write circuit 90 and the sense amplifier 120, and the I10 line 27.
and N-channel MOS transistors TR1-TR3 provided as transfer gates between each of bit lines BLI-BL3. Transistors TRI~TR3
The gates of are connected to the column decoder 80 via mutually different connection lines Y1 to Y3. In this way, the connection line Y1
~Y3 are provided in one-to-one correspondence with bit lines BLI~BL3.

ローデコーダ60は、与えられたアドレス信号に応答し
て、メモリアレイ1内のワード線WLI〜WL3のうち
のいずれか1本に、選択的に高圧VPPを出力する。コ
ラムデコーダ80は、与えられたアドレス信号に応答し
て、Yゲート70内の接続線Y1〜Y3のうちのいずれ
か1本にのみ選択的に“H”レベルの電圧を印加する。
Row decoder 60 selectively outputs high voltage VPP to any one of word lines WLI to WL3 in memory array 1 in response to an applied address signal. Column decoder 80 selectively applies an "H" level voltage to only one of connection lines Y1 to Y3 in Y gate 70 in response to an applied address signal.

これによって、トランスファゲートTRI〜TR3のう
ち、選択された接続線に対応して設けられたもののみが
ON状態となり、ビット線BLI〜BL3のうち選択さ
れた接続線に対応するもののみがI10線27に電気的
に接続される。
As a result, among the transfer gates TRI to TR3, only those provided corresponding to the selected connection line are turned on, and only those corresponding to the selected connection line among the bit lines BLI to BL3 are connected to the I10 line. It is electrically connected to 27.

書込回路90は、制御回路140によって制御されて、
データ書込時に、I10線27に高圧VPPを印加する
。一方、I10線27はコラムデコーダ80によって選
択されたビット線2にのみ電気的に接続される。したが
って、I10線27に印加された高圧VPPは、前記選
択されたビット線(BLI〜BL3のいずれか)にのみ
印加される。ソース線スイッチ150は、ソース線28
に接地電位を与える。
The write circuit 90 is controlled by the control circuit 140, and
When writing data, high voltage VPP is applied to the I10 line 27. On the other hand, the I10 line 27 is electrically connected only to the bit line 2 selected by the column decoder 80. Therefore, the high voltage VPP applied to the I10 line 27 is applied only to the selected bit line (one of BLI to BL3). The source line switch 150 connects the source line 28
Apply ground potential to

このような回路動作の結果、データ書込時には、メモリ
アレイ1内のメモリトランジスタMCのうち、外部から
のアドレス信号に対応する1つのメモリトランジスタに
おいてのみ、アバランシェ崩壊によって生じた電子がフ
ローティングゲートに注入される。
As a result of this circuit operation, during data writing, electrons generated by avalanche collapse are injected into the floating gate of only one memory transistor corresponding to an external address signal among the memory transistors MC in the memory array 1. be done.

ローデコーダ60は制御回路140によって制御されて
、データ読出時に、メモリアレイ1内のワード線WL1
〜WL3のうちアドレスバッファ100から与えられる
アドレス信号に対応するワード線1本にのみ、スイッチ
回路600がら与えられる電源電圧5vを供給し、かつ
、他のワード線の電位を“L”レベルに保持する。これ
によって、メモリアレイ1において、選択されたワード
線に接続されるすべてのメモリトランジスタのコントロ
ールゲートに5vが印加される。コラムデコーダ80は
制御回路140によって制御されて、Yゲート70内の
接続線Y1〜Y3のうちアドレスバッファ100から与
えられるアドレス信号に対応するもののみに“H”レベ
ルの電圧を印加し、かつ他の接続線の電位を“L”レベ
ルに保持する。
The row decoder 60 is controlled by the control circuit 140 to read the word line WL1 in the memory array 1 during data reading.
- Supply the power supply voltage of 5V from the switch circuit 600 to only one word line of WL3 that corresponds to the address signal from the address buffer 100, and keep the potentials of the other word lines at "L" level. do. As a result, in the memory array 1, 5V is applied to the control gates of all memory transistors connected to the selected word line. The column decoder 80 is controlled by the control circuit 140 to apply an "H" level voltage only to the connection lines Y1 to Y3 in the Y gate 70 that correspond to the address signal applied from the address buffer 100, and to The potential of the connecting line is held at the "L" level.

これによって、Yゲート70において、トランスファゲ
ートTRI〜TR3のうち選択された接続線に対応して
設けられたもののみがON状態となる。この結果、ビッ
ト線BLI〜BL3のうち、選択されたビット線のみが
I10線27に電気的に接続される。また、ソース線ス
イッチ150は、スイッチ回路600から高圧Vppが
与えられないときにはソース線28を接地する。したが
って、消去ベリファイ時においてはメモリアレイ1内の
選択されたメモリトランジスタのコントロールゲートお
よびソースにそれぞれ5V、およびOVが印加され、選
択されたメモリトランジスタに接続されるビット線に流
れる電流のみが検知可能となる。
As a result, in the Y gate 70, only one of the transfer gates TRI to TR3 provided corresponding to the selected connection line is turned on. As a result, only the selected bit line among the bit lines BLI to BL3 is electrically connected to the I10 line 27. Further, the source line switch 150 grounds the source line 28 when the high voltage Vpp is not applied from the switch circuit 600. Therefore, during erase verification, 5V and OV are applied to the control gate and source of the selected memory transistor in memory array 1, respectively, and only the current flowing to the bit line connected to the selected memory transistor can be detected. becomes.

選択されたメモリトランジスタのフローティングゲート
に電子が蓄積されていなければ、すなわち選択されたメ
モリトランジスタのしきい値電圧が所定値よりも低けれ
ば、ローデコーダ60から与えられる5Vの電圧によっ
て、選択されたメモリトランジスタは導通する。よって
、I10線27から、選択されたトランスファゲートお
よび選択されたビット線を介してソース線28に電流が
流れる。前記所定値は、データが書込まれていないメモ
リトランジスタの平均的なしきい値電圧に設定される。
If electrons are not accumulated in the floating gate of the selected memory transistor, that is, if the threshold voltage of the selected memory transistor is lower than a predetermined value, the selected memory transistor is The memory transistor becomes conductive. Therefore, current flows from the I10 line 27 to the source line 28 via the selected transfer gate and the selected bit line. The predetermined value is set to an average threshold voltage of memory transistors to which no data is written.

したがって、選択されたメモリトランジスタのフローテ
ィングゲートに、電子が蓄積されていなければ、選択さ
れたビット線に電流が流れる。しかし、選択されたメモ
リトランジスタのフローティングゲートに電子が蓄積さ
れていれば、選択されたメモリトランジスタのしきい値
は前記所定値まで下がらない。このため、選択されたメ
モリトランジスタは、ローデコーダ60から与えられる
5Vのゲート電圧によって導通せず、選択されたビット
線に電流は流れない。
Therefore, if no electrons are stored in the floating gate of the selected memory transistor, current flows through the selected bit line. However, if electrons are accumulated in the floating gate of the selected memory transistor, the threshold value of the selected memory transistor will not fall to the predetermined value. Therefore, the selected memory transistor is not rendered conductive by the 5V gate voltage applied from the row decoder 60, and no current flows through the selected bit line.

ビット線高圧スイッチ400は、ビット線BL1〜BL
3にそれぞれ対応して設けられるNチャンネルMOSト
ランジスタGSWI〜GSW3を含む。トランジスタG
SW1〜GSW3は各々、対応するビット線BLI〜B
L3にドレインを接続される。トランジスタGSWI〜
GSW3のソースはソース線28に共通に接続される。
The bit line high voltage switch 400 connects bit lines BL1 to BL.
3 and N-channel MOS transistors GSWI to GSW3, respectively. transistor G
SW1 to GSW3 are the corresponding bit lines BLI to BLI, respectively.
The drain is connected to L3. Transistor GSWI~
The sources of GSW3 are commonly connected to source line 28.

トランジスタGSWI〜GSW3のゲートには昇圧回路
500の出力電圧ER8が共通に与えられる。
The output voltage ER8 of the booster circuit 500 is commonly applied to the gates of the transistors GSWI to GSW3.

昇圧回路500は、データ消去時にスイッチ回路600
から与えられる高圧Vp p  (12V)を所定のレ
ベル、たとえば、13V〜14V程度に昇圧してビット
線高圧スイッチ400に与える。
The boost circuit 500 switches the switch circuit 600 when erasing data.
The high voltage Vp p (12V) applied from the bit line high voltage switch 400 is boosted to a predetermined level, for example, about 13V to 14V.

ビット線高圧スイッチは、昇圧回路500によって昇圧
された電圧ER8に応答して、メモリアレイ1内のすべ
てのビット線30に高圧V1.にほぼ等しい大きさの電
圧を印加する。
The bit line high voltage switch applies high voltage V1 . Apply a voltage approximately equal to .

データ消去時には、昇圧回路500から高圧Vppより
も若干高い電圧vPP十αが出力される。
When erasing data, the booster circuit 500 outputs a voltage vPP10a that is slightly higher than the high voltage Vpp.

これによって、ビット線高圧スイッチ400においてト
ランジスタGSWI〜GSW3の各々のゲート電位がV
PP+αに固定される。一方、ソース線28にはソース
線スイッチ150から高圧VPPが与えられる。このた
め、トランジスタGSW1〜GSW3の各々のソースに
ソース線28を介して高圧VPPが印加される。したが
って、トランジスタGSWI〜GSW3は各々導通状態
となり、対応するビット線BLI〜BL3にゲート電位
VPP+αよりもそのしきい値電圧分低い電圧を与える
。昇圧回路500のaカミ圧ER3は、昇圧分αがトラ
ンジスタGSWI〜GSW3のしきい値電圧にほぼ等し
い値となるように設定される。昇圧回路500の出力電
圧ER3がこのように設定されることによって、データ
消去時にビット線BLI〜BL3に印加される電圧はソ
ース線28に印加される高圧Vppとほぼ等しくなる。
As a result, the gate potential of each of the transistors GSWI to GSW3 in the bit line high voltage switch 400 is set to V.
It is fixed at PP+α. On the other hand, high voltage VPP is applied to the source line 28 from the source line switch 150. Therefore, high voltage VPP is applied to the sources of each of transistors GSW1 to GSW3 via source line 28. Therefore, transistors GSWI-GSW3 each become conductive, and apply a voltage lower than gate potential VPP+α by the threshold voltage to corresponding bit lines BLI-BL3. The a voltage ER3 of the booster circuit 500 is set so that the boost amount α has a value approximately equal to the threshold voltages of the transistors GSWI to GSW3. By setting the output voltage ER3 of the booster circuit 500 in this manner, the voltages applied to the bit lines BLI to BL3 during data erasing become approximately equal to the high voltage Vpp applied to the source line 28.

一方、ローデコーダ60はワード線WLI〜WL3にす
べて“L”レベルの電位を与える。さらに、コラムデコ
ーダ80は接続線Y1〜Y3に“L”のレベルの電位を
与えてトランスファゲートTR1〜TR3をすべて非導
通状態にする。したがって、本実施例ではデータ消去時
にメモリアレイ1内のすべてのメモリトランジスタMC
のドレインおよびソースに高圧VPPが印加される。そ
して、これらのメモリトランジスタMCのコントロール
ゲートは従来どおり接地される。
On the other hand, row decoder 60 applies an "L" level potential to all word lines WLI to WL3. Further, the column decoder 80 applies a potential at the "L" level to the connection lines Y1-Y3 to make all the transfer gates TR1-TR3 non-conductive. Therefore, in this embodiment, all memory transistors MC in memory array 1 are
A high voltage VPP is applied to the drain and source of. The control gates of these memory transistors MC are grounded as before.

データ消去時におけるメモリトランジスタMCのフロー
ティングゲート電位VFGは先に示した式(1)で表わ
される。従来、データ消去時におけるメモリトランジス
タMCのドレイン電位VDはOVであった。しかし、本
実施例ではVD=V、Pであるから、メモリトランジス
タMCのフローティングゲート電位■Foは従来よりも
高くなり次式で表わされる。
The floating gate potential VFG of the memory transistor MC during data erasing is expressed by the equation (1) shown above. Conventionally, the drain potential VD of the memory transistor MC during data erasing was OV. However, in this embodiment, since VD=V, P, the floating gate potential (Fo) of the memory transistor MC is higher than that of the conventional one and is expressed by the following equation.

[Vp  p   (Co  +Cs  )  +QF
  a  コ / CT  OTAL・・・(6) したがって、メモリトランジスタMCのフローティング
ゲートおよびソース間の電位差V5−V、0はデータ消
去時において従来よりも小さくなる。メモリトランジス
タMCのフローティングゲートおよびソース間の電位差
■、−■F6は、式(2)、  (3)、  (6)に
よって次式で表わされる。
[Vp (Co +Cs) +QF
a /CT OTAL (6) Therefore, the potential difference V5-V,0 between the floating gate and the source of the memory transistor MC becomes smaller than that in the conventional case during data erasing. The potential difference (1), -2 (F6) between the floating gate and the source of the memory transistor MC is expressed by the following equation using equations (2), (3), and (6).

VPP[1(、CD+C8)/CTOTALコ+kc 
ΔvTH・・・ (7) 一方、メモリトランジスタのフローティングゲートおよ
びソース間の酸化膜にかかる電界の強さは、フローティ
ングゲートおよびソース間の電位差VS  VFGに比
例し、フローティングゲートおよびソース間の酸化膜の
厚さに反比例する。したがって、フローティングゲート
およびソース間の電位差が従来よりも小さくなることに
よって、フローティングゲートおよびソース間の酸化膜
にかかる電界の強さは従来よりも緩和される。具体的に
は、メモリトランジスタMCの構造を従来のままに保持
した状態でメモリトランジスタMCのドレインに高圧1
2Vを印加すると、メモリトランジスタMCのフローテ
ィングゲートおよびソース間の酸化膜にかかる電界の強
さはIOMV/cm程度に緩和される。つまり、メモリ
トランジスタMCのフローティングゲートおよびソース
間に印加される電界の強さが、データ消去のためのトン
ネル現象を生じさせ得る最も小さい値に緩和される。し
たがって、本実施例によれば、メモリアレイ1内のメモ
リトランジスタMCに過消去が生じる危険性が大幅に低
減される。
VPP [1 (, CD+C8)/CTOTAL co+kc
ΔvTH... (7) On the other hand, the strength of the electric field applied to the oxide film between the floating gate and the source of the memory transistor is proportional to the potential difference VS VFG between the floating gate and the source. Inversely proportional to thickness. Therefore, since the potential difference between the floating gate and the source is smaller than before, the strength of the electric field applied to the oxide film between the floating gate and the source is more relaxed than before. Specifically, a high voltage 1 is applied to the drain of the memory transistor MC while maintaining the structure of the memory transistor MC as before.
When 2V is applied, the strength of the electric field applied to the oxide film between the floating gate and source of memory transistor MC is relaxed to about IOMV/cm. That is, the strength of the electric field applied between the floating gate and source of memory transistor MC is relaxed to the smallest value that can cause a tunneling phenomenon for erasing data. Therefore, according to this embodiment, the risk of over-erasing occurring in the memory transistors MC in the memory array 1 is significantly reduced.

本実施例では、データ消去時にメモリアレイ1内のすべ
てのビット線の電位がソース線28と同電位■2.に設
定されたが、データ消去時にメモリトランジスタMCの
ドレインに印加される電圧は必ずしもメモリトランジス
タMCのソースに印加される電圧VPPと同一でなくて
もよい。すなわち、データ消去時において、ビット線高
圧スイッチ400のトランジスタGSWI〜GSW3の
ゲートに外部からの高圧VPPが直接与えられたり、外
部からの高圧■、Pよりも低い電圧が与えられてもよい
。このような場合、メモリトランジスタMCのドレイン
には上記実施例の場合よりも低いレベルの高圧が印加さ
れるが、メモリトランジスタMCのフローティングゲー
ト電位VFOはやはり従来よりも高(なるので上記実施
例の場合とほぼ同様の効果が得られる。
In this embodiment, when erasing data, the potential of all bit lines in the memory array 1 is the same as that of the source line 28. However, the voltage applied to the drain of the memory transistor MC during data erasing does not necessarily have to be the same as the voltage VPP applied to the source of the memory transistor MC. That is, when erasing data, an external high voltage VPP may be directly applied to the gates of transistors GSWI to GSW3 of the bit line high voltage switch 400, or a voltage lower than the external high voltages 1 and 2 may be applied. In such a case, a high voltage at a lower level than in the above embodiment is applied to the drain of the memory transistor MC, but the floating gate potential VFO of the memory transistor MC is still higher than the conventional one (because it becomes higher than that in the above embodiment). Almost the same effect can be obtained.

なお、データ消去時においてメモリアレイ1内のすべで
のビット線の電位レベルを高くする方法は上記実施例に
おける方法に限定されない。たとえば、第2図において
トランジスタGSWI〜GSW3を除去し、データ消去
時において、コラムデコーダ80の出力電圧がすべて昇
圧され、かつ書込回路90からI10線27に高圧が印
加されてもよい。この方法によれば、データ消去時にト
ランスフアゲ−)TRI〜TR3がすべて導通状態とな
るので、書込回路90からI10線27に印加された高
圧はメモリアレイ1内のすべてのビット線BLI〜BL
3に与えられる。
Note that the method of raising the potential level of all bit lines in memory array 1 during data erasing is not limited to the method in the above embodiment. For example, in FIG. 2, transistors GSWI to GSW3 may be removed, all output voltages of column decoder 80 may be boosted, and high voltage may be applied from write circuit 90 to I10 line 27 during data erasing. According to this method, transfer gates TRI to TR3 are all rendered conductive during data erasing, so the high voltage applied from the write circuit 90 to the I10 line 27 is applied to all bit lines BLI to BL in the memory array 1.
given to 3.

[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、データ消去時に外部か
ら与えられた高圧がメモリトランジスタのソースに印加
されるとともに、メモリトランジスタのドレインにも前
記外部からの高圧と同程度のレベルの高圧が印加される
。このため、メモリトランジスタのフローティングゲー
トおよびソース間にかかる電界の強さが従来よりも緩和
される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when erasing data, an externally applied high voltage is applied to the source of the memory transistor, and at the same time, the same level of externally applied high voltage is applied to the drain of the memory transistor. A high pressure of a level of is applied. Therefore, the strength of the electric field applied between the floating gate and the source of the memory transistor is reduced compared to the prior art.

この結果、データ消去時に過消去が生じる危険性が大幅
に低減され、安定なデータ消去を実現することが可能と
なる。
As a result, the risk of over-erasing occurring during data erasing is greatly reduced, making it possible to realize stable data erasing.

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

第1図は本発明の〜実施例のフラッシュEEPROMの
主要部分の構成を示す概略ブロック図、第2図は第1図
におけるメモリアレイ、Yゲート。 およびビット線高圧スイッチの内部構成の一具体例を示
す回路図、第3図は従来のフラッシュEFPROMの主
要部分の構成を示す概略ブロック図、第4図は従来およ
び実施例におけるメモリトランジスタの構造を示す断面
図、第5図はメモリトランジスタ内の容量総合関係を示
す等価回路図である。 図において、1はメモリアレイ、7oはYゲート、60
はローデコーダ、8oはコラムデコーダ、90は書込回
路、120はセンスアンプ、150はソース線スイッチ
、400はビット線高圧スイッチ、500は昇圧回路で
ある。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 Tpp、Tcc  婢J MC〆七゛)亡1し 30 ビー!トキ1 28  °ノース千弯3 507−ド揉 夷27 )5図 c 手 続 補 正 書く自発) 平成3年9月5日 事件の表示 平成2年特許願第158362号 発明の名称 補正をする者 事件との関係 住所 名称 代表者 不揮発性半導体記憶装置
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the main parts of a flash EEPROM according to embodiments of the present invention, and FIG. 2 shows a memory array and a Y gate in FIG. 1. 3 is a schematic block diagram showing the structure of the main parts of a conventional flash EFPROM, and FIG. 4 shows the structure of a memory transistor in the conventional and embodiments. The cross-sectional view shown in FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing the overall capacitance relationship within the memory transistor. In the figure, 1 is a memory array, 7o is a Y gate, 60
8o is a row decoder, 8o is a column decoder, 90 is a write circuit, 120 is a sense amplifier, 150 is a source line switch, 400 is a bit line high voltage switch, and 500 is a booster circuit. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Tpp, Tcc 婢J MC〆7゛)Death 1 and 30 Bee! Toki 1 28 ° North Chibori 3 507-Do 揉夷 27 ) Figure 5 c Voluntary amendment to the procedure) Display of the September 5, 1991 case 1990 Patent Application No. 158362 Person amending the name of the invention Case and Related Address Name Representative Non-volatile semiconductor memory device

Claims (1)

【特許請求の範囲】 複数のメモリセルを備え、 前記メモリセルの各々は、フローティングゲートと、第
1および第2の不純物拡散領域とを有する電界効果半導
体素子を含み、 アバランシェ崩壊によって、前記第1の不純物拡散領域
近傍から前記フローティングゲートに電荷を注入するこ
とによってデータ書込が行なわれ、かつ、トンネル現象
によって、前記フローティングゲートから前記注入され
た電荷を前記第2の不純物拡散領域に除去することによ
ってデータ消去が行なわれ、 データ消去時に、前記電界効果半導体素子の各々の前記
第1および第2の不純物拡散領域に高電圧を印加する手
段をさらに備えた、不揮発性半導体記憶装置。
Claims: A plurality of memory cells are provided, each of the memory cells includes a field effect semiconductor element having a floating gate, and first and second impurity diffusion regions; Data writing is performed by injecting charges into the floating gate from near the impurity diffusion region, and the injected charges are removed from the floating gate to the second impurity diffusion region by tunneling. A nonvolatile semiconductor memory device in which data is erased by: further comprising means for applying a high voltage to the first and second impurity diffusion regions of each of the field effect semiconductor elements during data erasing.
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