JPH05235368A - データ消去方法 - Google Patents

データ消去方法

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JPH05235368A
JPH05235368A JP4031186A JP3118692A JPH05235368A JP H05235368 A JPH05235368 A JP H05235368A JP 4031186 A JP4031186 A JP 4031186A JP 3118692 A JP3118692 A JP 3118692A JP H05235368 A JPH05235368 A JP H05235368A
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JP
Japan
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gate electrode
floating gate
voltage
diffusion layer
electrons
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Withdrawn
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JP4031186A
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English (en)
Inventor
Kenichi Koyama
健一 小山
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/34Determination of programming status, e.g. threshold voltage, overprogramming or underprogramming, retention
    • G11C16/3404Convergence or correction of memory cell threshold voltages; Repair or recovery of overerased or overprogrammed cells
    • G11C16/3409Circuits or methods to recover overerased nonvolatile memory cells detected during erase verification, usually by means of a "soft" programming step
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    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits

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  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】大容量の不揮発性記憶装置のデータ消去におい
て、消去後しきい値電圧をそろえる処理を行なうこと
で、しきい値電圧のばらつきを低減する。 【構成】まず、制御ゲート電極に負電圧を印加して、浮
遊ゲート電極内に蓄積された電子を排除することで、不
揮発性半導体装置のしきい値電圧を低下させたのち、次
に制御ゲート電極に正電圧を印加してFN電流で浮遊ゲ
ート電極へ電子を注入することで、浮遊ゲート電極の電
圧を低下させる。浮遊ゲート電圧低下は注入電子量低下
にフィードバックされるので、最終的に浮遊ゲート電圧
は一定値に収束し、結果としてしきい値電圧のばらつき
を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はデータ消去方法に関し、
特に浮遊ゲート電極を有する不揮発性半導体記憶装置の
データ消去方法に関する。
【0002】
【従来の技術】浮遊ゲート電極を有する不揮発性半導体
記憶装置の構造は、図5の断面模式図の通りである。す
なわち、p型シリコン基板1上に、シリコン熱酸化技
術,CVD法による薄膜形成技術,フォトリソグラフィ
ー技術および薄膜のドライエッチング技術により形成し
たトンネル酸化膜2、多結晶シリコンの浮遊ゲート電極
3、層間絶縁膜4および多結晶シリコンの制御ゲート電
極5からなる多結晶シリコン2層ゲートと、燐またはひ
素のイオン注入技術等を用い形成したソース拡散層7,
ドレイン拡散層6からなる。この不揮発性記憶装置で
は、トンネル酸化膜2を介して電子を浮遊ゲート電極3
に蓄積し、制御ゲート電極5からみたMOSFETのし
きい値を高くすることでデータを書き込み、また、トン
ネル酸化膜2を介して電子を浮遊ゲート電極3から排除
し、前述のしきい値を低くすることでデータを消去する
という、メモリ機能を有する。
【0003】このような不揮発性記憶装置においては、
データ消去後のしきい値電圧は数Vの範囲でばらつくこ
とが知られている。このばらつきを抑制する方法として
は、従来、ドレイン・アバランシェ現象に起因する浮遊
ゲート電極3へのホット・キャリア注入を利用する方法
がある(山田誠司、テクニカル ダイジェスト オブ1
991 インターナショナル エレクトロン デバイス
ミーテング:Technical Digest o
f 1991 InternationalElect
ron Devices Meeting,pp307
−310)。
【0004】この方法で用いる現象の概略を図6を用い
て説明する。図6は、浮遊ゲート電極3が正に帯電した
時のゲート電流と浮遊ゲート電圧の関係図である。ソー
ス−ドレイン間電圧VDSと浮遊ゲート電圧Vfgの関係が
DS〉Vfgの場合、ソース−ドレイン間電流に起因した
ホット・キャリアが浮遊ゲート電極3へ注入される。ホ
ット・キャリアの種類は、浮遊ゲート電圧で決まり、低
電圧側から、ドレイン・アバランシェ現象に起因するホ
ット・ホール,同現象に起因するホット・エレクトロ
ン,およびチャネル・ホット・エレクトロンである。こ
こで重要なのは、浮遊ゲート電圧が図中に示したVfg *
になった場合、浮遊ゲート電極3にはホット・キャリア
が注入されなくなり、かつその前後の電圧ではキャリア
電荷の正負が変わることである。この結果、例えば、浮
遊ゲート電圧がVfg * 以上で、かつVDS〉Vfgの関係が
満たされた場合、ホット・エレクトロンが浮遊ゲート電
極3に注入され、この注入が浮遊ゲートの電圧を下げ、
さらに浮遊ゲート電圧の低下はホット・エレクトロン注
入量を減少させるというフィードバック機構が浮遊ゲー
ト電圧とホット・エレクトロン注入量との間に形成さ
れ、最終的に浮遊ゲート電圧は、Vfg * に収束する。
【0005】実際にデータ消去する際の各電極への電圧
印加のタイミング・ダイアグラムを図4に示す。まずド
レイン拡散層6を0Vに設定し、制御ゲート電極5に−
13V、ソース拡散層7に5Vのパルスを0.1秒印加
し、FNトンネル電流により浮遊ゲート電極3に蓄積し
ていた電子を排除し、さらにいわゆる過剰消去して、正
孔を蓄積し浮遊ゲート電極3をVfg * =2.0V以上に
帯電させる。次に、制御ゲート電極5を0Vに設定し、
ソース拡散層7に5.0Vのパルスを0.5秒を印加す
る。この処置により、前述の浮遊ゲート電圧とホット・
エレクトロン注入量との間のフィードバック機構が働
き、浮遊ゲート電圧は2.0Vに収束する。この結果、
データ消去後の制御ゲート電極5からみたしきい値電圧
も一定値に収束し、ばらつきの抑制ができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のデータ消去方法においては、消去時にドレイン
・アバランシェ現象を用いるため、ソース拡散層7およ
びドレイン拡散層6がダメージを受け、その結果拡散層
と基板間の接合耐圧が低下する。
【0007】また、消去後のしきい値電圧をそろえる際
には、浮遊ゲート電極3へ流れ込む電子に加え、ドレイ
ン・アバランシェ現象を発生させるためのソース−ドレ
イン間電流が必要であるため、消去しきい値電圧をそろ
える処置を行うことで、より多くの電力が消費されてし
まう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のデータ消去で
は、浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の2層構造ゲー
トを有した不揮発性半導体記憶装置に対し、上記制御ゲ
ート電極に負電圧を印加して上記浮遊ゲート電極内に蓄
積された電子を排除することで上記不揮発性半導体記憶
装置のしきい値電圧を低下させたのち、上記制御ゲート
電極に正電圧を印加して上記しきい値電圧をそろえるこ
とを特徴とする。
【0009】
【実施例】以下、本発明について実施例を図面を用いて
説明する。本実施例においては、半導体膜としてシリコ
ン膜、絶縁膜としてシリコン酸化膜、半導体基板として
シリコン基板を用いている。
【0010】図1は本発明の一実施例の、データ消去時
の各電極への電圧印加のタイミング・ダイアグラムであ
る。以下、データ消去時の処置経過にしたがって説明す
る。
【0011】まずドレイン拡散層6を0Vに設定し、制
御ゲート電極5に−14V、ソース拡散層7に5Vのパ
ルスを印加し、FNトンネル電流により浮遊ゲート電極
3に蓄積していた電子を排除し、さらにいわゆる過剰消
去して、正孔を蓄積して浮遊ゲート電極3を正に帯電さ
せる。
【0012】次に、ソース拡散層7,ドレイン拡散層6
および基板1を0Vに設定し、制御ゲート電極5に+1
4Vのパルスを0.5秒を印加する。この処置による制
御ゲート電極5,浮遊ゲート電極3,基板1の各電極の
エネルギー・バンドの変化を図3のエネルギー・バンド
・ダイアグラムに示す。まず、パルス印加直後では図3
(A)の様に浮遊ゲート電極3には正孔が蓄積している
ので、浮遊ゲート電極3のエネルギー・バンドは、制御
ゲート電極5−基板1間に印加された14Vを容量分割
することで決まる準位からずれている。この状態で、浮
遊ゲート電極3と基板1間には、トンネル酸化膜2を介
してFNトネンル電流が発生し、浮遊ゲート電極3に電
子が注入される。この結果、浮遊ゲート電圧は低下し、
さらに浮遊ゲート電圧の低下はFNトンネル電流すなわ
ち注入電子量を減少させるというフィードバッグ機構が
浮遊ゲート電極3への電子注入量と浮遊ゲート電圧との
間に形成される。このフィードバック機構により、最終
的には浮遊ゲート電極3のエネルギー・バンドは、図3
(B)に示すように、浮遊ゲート電極3へ電子が注入さ
れなくなった状態に落ち着く。この結果、浮遊ゲート電
圧は一定値に収束し、制御ゲート電極5からみたしきい
値電圧も一定値に収束し、しきい値電圧のばらつきを抑
制できる。
【0013】図2は本発明の他の実施例の、データ消去
時の各電極への電圧印加のタイミング・ダイアグラムで
ある。以下、データ消去時の処置経過にしたがって説明
する。
【0014】まず、ドレイン拡散層6を0Vに設定し、
制御ゲート電極5に−14V、ソース拡散層7に5Vの
パルスを印加し、FNトンネル電流により浮遊ゲート電
極3に蓄積していた電子を排除し、さらにいわゆる過剰
消去して、正孔を蓄積して浮遊ゲート電極3に正に帯電
させる。
【0015】次に、ソース拡散層7,ドレイン拡散層6
を0Vに設定し、制御ゲート電極5に+9V,基板1に
−5Vのパルスを0.5秒を印加する。この処置による
制御ゲート電極5,浮遊ゲート電極3,基板1の各電極
のエネルギー・バンドの変化を図3のエネルギー・バン
ド・ダイアグラムに示す。まず、パルス印加直後では図
3(A)の様に浮遊ゲート電極3には正孔が蓄積してい
るので、浮遊ゲート電極3のエネルギー・バンドは、制
御ゲート電極5−基板1間に印加された14Vを容量分
割することで決まる準位からずれている。この状態で、
浮遊ゲート電極3と基板1間には、トンネル酸化膜2を
介してFNトンネル電流が発生し、浮遊ゲート電極3に
電子が注入される。この結果、浮遊ゲート電圧は低下
し、さらに浮遊ゲート電圧の低下はFNトンネル電流、
すなわち、注入電子量を減少させるというフィードバッ
ク機構が浮遊ゲート電極3への電子注入量と浮遊ゲート
電圧との間に形成される。このフィードバック機構によ
り、最終的には浮遊ゲート電極3のエネルギー・バンド
は、図3(B)に示すように、浮遊ゲート電極3へ電子
が注入されなくなった状態に落ち着く。この結果、浮遊
ゲート電圧は一定値に収束し、制御ゲート電極5からみ
たしきい値電圧も一定値に収束し、しきい値電圧のばら
つきを抑制できる。
【0016】以上、本発明の実施例を説明し、半導体膜
としてシリコン膜、絶縁膜としてシリコン酸化膜、半導
体基板としてシリコン基板、配線材料としてアルミニウ
ムを用いたが、他の種類の半導体膜、他の種類の絶縁
膜、他の種類の半導体基板、他の種類の配線材料を用い
ても良い。また、各電極に印加した電圧値も、データの
消去、およびそれに続くFN電流による消去後しきい値
電圧のばらつきの抑制が行われれば、他の電圧値を用い
ても良い。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
ータの消去後に続くFN電流を用いた浮遊ゲート電極3
への電子注入量と浮遊ゲート電圧との間に形成されるフ
ィードバック機構を利用することで、消去後しきい値電
圧のばらつきを抑制できる。しきい値電圧を一定値にそ
ろえる際には、FN電流のみを用いるため、従来問題で
あった、各拡散層と基板間の接合耐圧の低下は生じな
い。
【0018】また、消去後しきい値電圧をそろえる際に
発生する電流は、浮遊ゲート電極3へ流れ込む電子のみ
なので消費電力を低減できる。
【0019】さらに、消去後しきい値電圧をそろえる際
に基板1に正電圧を印加した場合、制御ゲート電極5に
印加すべき電圧をより低く設定できるので、不揮発性記
憶装置に必要な外部電源の低電圧化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の各電極への電圧印加のタイ
ミング・ダイアグラムである。
【図2】本発明の他の実施例の各電極への電圧印加のタ
イミング・ダイアグラムである。
【図3】消去後しきい値電圧をそろえる処置を行った場
合の制御ゲート,浮遊ゲート,基板の各電極のエネルギ
ー・バンドの変化を示すエネルギー・バンド・ダイアグ
ラムである。
【図4】従来例のタイミング・ダイアグラムである。
【図5】不揮発性半導体記憶装置の断面模式図である。
【図6】従来例におけるゲート電流と浮遊ゲート電圧の
関係図である。
【符号の説明】 1 p型シリコン基板 2 トンネル酸化膜 3 浮遊ゲート電極 4 層間絶縁膜 5 制御ゲート電極 6 ドレイン拡散層 7 ソース拡散層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浮遊ゲート電極及び制御ゲート電極の2
    層構造ゲートを有した不揮発性半導体記憶装置に対し、
    前記制御ゲート電極に負電圧を印加して、前記浮遊ゲー
    ト電極内に蓄積された電子を排除することで前記不揮発
    性半導体記憶装置のしきい値電圧を低下させたのち、前
    記制御ゲート電極に正電圧を印加して前記しきい値電圧
    をそろえることを特徴とするデータ消去方法。
JP4031186A 1992-02-19 1992-02-19 データ消去方法 Withdrawn JPH05235368A (ja)

Priority Applications (2)

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JP4031186A JPH05235368A (ja) 1992-02-19 1992-02-19 データ消去方法
US08/019,899 US5327385A (en) 1992-02-19 1993-02-19 Method of erasure for a non-volatile semiconductor memory device

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