JPH09246404A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH09246404A
JPH09246404A JP4623196A JP4623196A JPH09246404A JP H09246404 A JPH09246404 A JP H09246404A JP 4623196 A JP4623196 A JP 4623196A JP 4623196 A JP4623196 A JP 4623196A JP H09246404 A JPH09246404 A JP H09246404A
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JP
Japan
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drain
gate
memory cell
gate length
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Withdrawn
Application number
JP4623196A
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English (en)
Inventor
Kiyohiko Sakakibara
清彦 榊原
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フローティングゲートへの注入効率を低下さ
せることなくゲート長を短縮化したDINOR型フラッ
シュメモリを提供する。 【解決手段】 ドレイン耐圧−ゲート長特性における臨
界ゲート長よりも短いゲート長を使用し、関係式Ids
Rleak <Idsread/Nbit/Mを満たすように設定
する。Idsreadはデータ読出時に選択メモリセルMC
22のソース−ドレイン間に流れる読出電流を示し、I
dsRleak はデータ読出時に非選択メモリセルMC2
1,MC23〜MC25のソース−ドレイン間に流れる
読出リーク電流を示し、NbitはメモリセルMC11
〜MC15またはMC21〜MC25の数を示し、Mは
予め定められた1以上のマージンファクタを示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は不揮発性半導体記
憶装置に関し、さらに詳しくは、DINOR(divided
bit line NOR)型のフラッシュメモリに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、不揮発性半導体記憶装置の一種で
あるフラッシュメモリは、ダイナミックランダムアクセ
スメモリ(DRAM)よりも安価に製造できるため、次
世代を狙うメモリデバイスとして期待されている。
【0003】このフラッシュメモリの電源を単一化する
ために既に、nチャネルメモリセルを用いてそのn型ド
レイン領域とフローティングゲートの重なり領域にてF
N電流をフローティングゲートに注入することによりデ
ータの書込を行なうDINOR型のフラッシュメモリが
「IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, VOL.29, No.
4, APRIL 1994 」の第454頁〜第460頁に開示され
ている。
【0004】これに対し、本出願人は特願平7−148
969号において、メモリセルの微細化を可能にしかつ
パンチスルー現象を起きにくくするために、pチャネル
メモリセルを用いたDINOR型のフラッシュメモリを
提案している。なお、この先願は本願の出願時において
未だ出願公開されていないが、本願発明は上記先願に係
るpチャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッ
シュメモリの改良を主な目的とするため、以下に、pチ
ャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッシュメ
モリについて簡単に説明する。
【0005】図8は、DINOR型のフラッシュメモリ
におけるpチャネルメモリセルの構造を示す断面図であ
る。図8を参照して、このメモリセル80は、n型ウェ
ル81と、ウェル81の表面に形成されたp+ 型ソース
82およびドレイン83と、ウェル81上に形成された
トンネル酸化膜84と、トンネル酸化膜84上に形成さ
れたフローティングゲート85と、フローティングゲー
ト85上に形成された層間絶縁膜86と、層間絶縁膜8
6上に形成されたコントロールゲート87とを備える。
このような構成のメモリセルは一般にスタックゲート型
と呼ばれる。
【0006】上記メモリセル80へのデータ書込時に
は、正電位がコントロールゲート87に与えられ、負電
位がドレイン83に与えられ、ウェル81が接地され、
ソース82が開放(オープン)状態にされる。これによ
りドレイン83内のフローティングゲート85とのオー
バーラップ領域において、バンド−バンド間トンネル現
象(以下BTBTと称す)によって電子−正孔対(エレ
クトロン−ホールペア)88,89が生成される。この
うち電子88は基板表面と平行な電界によって加速さ
れ、高いエネルギを持つホットエレクトロンとなる。し
たがって、このホットエレクトロンがフローティングゲ
ート85に注入されることにより、このメモリセル80
にデータが書込まれることとなる。
【0007】図9は、上記メモリセル80におけるフロ
ーティングゲート85がコントロールゲート87と接続
されかつゲート電位Vgとして6Vが与えられた場合に
おけるドレイン電流Id−ドレイン電位Vd特性および
ゲート電流Ig−ドレイン電位Vd特性を示す。図10
は、図9に示されたドレイン電流Idに対するゲート電
流Igの割合である注入効率Ig/Idを示す。この図
10から明らかなように、Vd=−6V近傍に、10-2
程度の高い注入効率が得られている。ここで、Vd=0
V〜−6Vにおける注入効率の増加は、BTBTによる
電子−正孔対の増加が原因である。また、Vd=−6V
〜−7Vにおける注入効率の低下は、ドレイン83内の
ウェル81との接合付近で起きるアバランシェ降伏が原
因である。アバランシェ降伏はインパクトイオン化によ
る電子の急増現象であるから、このとき図9に示される
ようにゲート電流Igはほとんど増加しないにもかかわ
らずドレイン電流Idが増加するために、注入効率Ig
/Idが図10に示されるように低下するものである。
【0008】一般に、図11に示されるように、ウェル
81内のチャネル下にはn+ 型パンチスルーストッパ1
10が形成される。ゲート長の短縮化に伴って増加する
パンチスルー電流を抑えるためである。上述したBTB
Tによる電子−正孔対はフローティングゲート85の下
にもぐり込んだドレイン83中のBTBT発生領域11
1内で生成される。他方、上述したインパクトイオン化
によるアバランシェ電流は、パンチスルーストッパ11
0がドレイン83と接触する付近のインパクトイオン化
発生領域112で主に生成される。
【0009】DINOR型のフラッシュメモリは単一の
外部電源(たとえば3.3V)で動作するため、データ
書込時またはデータ消去時のドレイン電位Vdなどはそ
の外部電源をチャージポンプ回路によってチップ内部で
降圧することにより生成される。一般にチャージポンプ
回路は電流供給能力をほとんど有しないため、データの
書込動作または消去動作に伴う負荷電流は極力抑えなけ
ればならない。負荷電流が抑えられない場合、チャージ
ポンプ回路の面積や段数を増やすことになるので、チッ
プ面積の増大、ひいては製造コストの増大を招くことに
なる。上述したアバランシェ降伏によるドレイン電流I
dの急増はチャージポンプ回路の負荷電流を増大させる
ことになるため、このアバランシェ降伏によるドレイン
電流Idの増加は極力抑えなければならない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、メモリセル
の微細化や高集積化はそのゲート長を短くすることによ
って行なわれる。しかしながら、ゲート長の短縮化に伴
ってソース/ドレイン間でのパンチスルー電流が増加す
るという問題がある。
【0011】このようなパンチスルー電流の増加を抑え
るための手法の1つとして、パンチスルーストッパ11
0の濃度を濃く設定するという手法がある。図12に示
されるようなp- 型の埋込拡散層120を有するメモリ
セルにおいては、ソース/ドレイン間におけるウェル8
1中の深いところに電位の谷が形成される。図12に
は、等電位線121の分布が示される。上述したパンチ
スルーは電位の谷に流れるリーク122によるものであ
る。
【0012】ウェル81およびパンチスルーストッパ1
10の濃度が一定である場合、ゲート長が短縮されるに
従って上記のようなソース/ドレイン間での電位の広が
りは大きくなる傾向にある。したがって、このようなゲ
ート長の短縮化に伴う電位の拡大を抑えるためには、ウ
ェル81やパンチスルーストッパ110の濃度を高く設
定する必要がある。
【0013】しかしながら、ゲート長の短縮化に伴って
パンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、ドレ
イン耐圧BVdsの低下を招くことになる。ここで、パ
ンチスルーストッパ110の濃度を高くするとドレイン
耐圧BVdsが低下する原因は、パンチスルーストッパ
110の濃度が高いほどパンチスルーストッパ110と
ドレイン83またはソース82との間での空乏層の幅が
狭くなり、この領域での電界が大きくなることである。
【0014】図2は、ドレイン耐圧BVdsとゲート長
Lとの関係を表わす特性図である。このドレイン耐圧−
ゲート長特性は、たとえばコントロールゲート87、ウ
ェル81およびソース82を接地し、ドレイン83に与
える電位を上げていった場合に観測されるドレイン電流
Idがあるしきい値(たとえば1μA以上になったと
き)のドレイン電位を異なるゲート長Lごとに求めるこ
とによって得られるものである。ゲート長Lが比較的長
い領域でのフラットな特性は図11に示されたインパク
トイオン化発生領域112で起きるアバランシェ降伏に
よって決定されるものである。また、ゲート長Lの短縮
化に伴うドレイン耐圧BVdsの低下特性はソース82
−ドレイン83間で起きるパンチスルーによって決定さ
れるものである。ドレイン耐圧−ゲート長特性におい
て、ゲート長Lの短縮化に伴いドレイン耐圧BVdsが
低下し始めるときのゲート長を以下では臨界ゲート長L
min(Lmin1 またはLmin2 )という。図2か
ら明らかなように、パンチスルーストッパ110の濃度
を高くすると臨界ゲート長Lminは短くなる。すなわ
ち、パンチスルーストッパ110の濃度が比較的高い場
合における臨界ゲート長Lmin2 は、パンチスルース
トッパ110の濃度が比較的低い場合における臨界ゲー
ト長Lmin1 よりも短い。
【0015】フラッシュメモリのメモリセルでは、デー
タの書込時や消去時においてドレイン耐圧BVds付近
のバイアスが印加される。したがって、臨界ゲート長L
minよりも短いゲート長Luseを用いたメモリセル
では、図13に示されるようにドレイン電圧Vdをドレ
イン耐圧BVds付近に設定すると、サブスレッショル
ドによるリーク電流が増大することになる。すなわち、
本来はカットオフされるべきVg(ゲート電位)=0V
のときにも微小なリーク電流がソース−ドレイン間で流
れることになる。
【0016】このため、臨界ゲート長Lminよりも短
いゲート長Luseが用いられることはなく、一般には
臨界ゲート長Lminのマージンを考慮して臨界ゲート
長Lminよりも長いゲート長Luseが用いられる。
【0017】上述したように臨界ゲート長Lminを決
定する要因はソース/ドレイン間での電位の広がりであ
るから、ゲート長を短くするためにはソース/ドレイン
間での電位の広がりを抑えるためにパンチスルーストッ
パ110の濃度を高くする必要がある。すなわち、パン
チスルーストッパ110の濃度を高くすると臨界ゲート
長Lminが短くなるから、メモリセルに使用するゲー
ト長Luseを短くすることができる。
【0018】しかしながら、ゲート長Lを短縮化するた
めにパンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、
図11に示されたインパクトイオン化発生領域112に
おけるインパクトイオン化(I.I.)電流が増加し、
アバランシェ降伏によって決定されるドレイン耐圧BV
dsが低下する。このドレイン耐圧BVdsの低下は図
10に示された注入効率Ig/Idの低下を引き起こ
す。すなわち、図10ではVd=−6V〜−7Vにおい
て注入効率が低下しているが、ゲート長の短縮化に伴い
パンチスルーストッパ110の濃度を高くすると、この
注入効率の低下領域がドレイン電圧Vdの絶対値が小さ
くなる側(図10上では左側)へシフトする。このよう
な注入効率の低下はチャージポンプ回路の負荷を増大さ
せ、ひいてはチップサイズの増大へと繋がる。
【0019】上述したようにゲート長の短縮化のために
パンチスルーストッパ110の濃度を低くすることはで
きないが、インパクトイオン化による注入効率の低下を
抑える手法として、一般的なメモリセルではソース82
およびドレイン83の濃度を低くするLDD(Lightly
Doped Drain )と呼ばれる手法がある。しかしながら、
pチャネルメモリセルを用いたDINOR型のフラッシ
ュメモリではこの手法を用いることができない。これ
は、BTBTによって十分な電流が発生するためには図
11に示されたBTBT発生領域111の濃度が1019
cm-3程度は必要だからである。もしも一般のメモリセ
ルと同様にソース82およびドレイン83の濃度を低く
すると、BTBTによって発生する電流が低下し、その
結果、注入効率が低下することになる。
【0020】図14および図15は、上述したゲート長
の縮小化に伴う注入効率の低下の概要を示す。図14に
示されるように、ゲート長の縮小化という目的を達成す
るためには、臨界ゲート長Lminを確保するという必
要性は避けることができないと考えられていた。臨界ゲ
ート長Lminを確保するための1つの手法として、パ
ンチスルーストッパ110の濃度を高くするという技法
が考えられるが、図15に示されるようにインパクトイ
オン化によるリーク電流が増加し、その結果、BTBT
によって誘起されたホットエレクトロンの注入効率が低
下することになる。また、臨界ゲート長Lminを確保
するためのもう1つの手法としてソース82およびドレ
イン83をLDD構造とする手法が考えられるが、BT
BTによって充分な量の電子が生成されなくなり、その
結果、ホットエレクトロンの注入効率はやはり低下する
ことになる。
【0021】以上のように、pチャネルメモリセルを用
いてDINOR型のフラッシュメモリではゲート長を短
縮化するためにはBTBTによって誘起されたホットエ
レクトロンの注入効率の低下を避けることができないと
いう問題があった。
【0022】この発明の目的は、ゲート長を短くしてフ
ラッシュメモリのさらなる高集積化を図ることである。
【0023】この発明のもう1つの目的は、BTBTに
よって誘起されたホットエレクトロンの注入効率を低下
させることなくゲート長を短くすることである。
【0024】
【課題を解決するための手段】この発明に従った不揮発
性半導体記憶装置は、複数のスタックゲート型メモリセ
ルと、複数のワード線と、メインビット線と、サブビッ
ト線と、セレクトゲートと、ソース線とを含む。複数の
ワード線は複数のスタックゲート型メモリセルに対応し
て設けられ、各ワード線は対応するスタックゲート型メ
モリセルのコントロールゲートと接続される。サブビッ
ト線は複数のスタックゲート型メモリセルのドレインと
共通に接続される。セレクトゲートはメインビット線と
サブビット線との間に接続される。ソース線は複数のス
タックゲート型メモリセルのソースと共通に接続され
る。スタックゲート型メモリセルのゲート長は臨界ゲー
ト長よりも短く設定される。ここで、臨界ゲート長と
は、ドレイン耐圧とゲート長との関係を表わすドレイン
耐圧−ゲート長特性においてゲート長の短縮化に伴いド
レイン耐圧が低下し始めるときのゲート長をいう。ま
た、ワード線によって選択されたスタックゲート型メモ
リセルからのデータ読出時にそのソース/ドレイン間に
流れる読出電流をIdsreadとし、データ読出時にワー
ド線によって選択されずかつデータがプログラムされた
状態にあるスタックゲート型メモリセルのソース−ドレ
イン間に流れる読出リーク電流をIdsRleak とし、ス
タックゲート型メモリセルの数をNbitとし、さらに
予め定められた1以上のマージンファクタをMとする
と、この不揮発性半導体記憶装置は関係式 IdsRleak <Idsread/Nbit/M を満たすように設定される。
【0025】上記不揮発性半導体記憶装置において、マ
ージンファクタは好ましくはほぼ10に設定される。
【0026】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、スタックゲート型メモリセルへのデータ書込時
にソース線を開放状態にする開放手段を含む。
【0027】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、スタックゲート型メモリセルへのデータ書込時
に所定電位をソース線に印加する第1のバックゲート印
加手段を含む。
【0028】上記不揮発性半導体記憶装置は好ましくは
さらに、データ読出時に所定電位をソース線に印加する
第2のバックゲート印加手段を含む。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同
一または相当部分を示す。
【0030】[実施の形態1]図1は、この発明の実施
の形態1によるDINOR型のフラッシュメモリにおけ
るメモリセルアレイの一部構成を示す回路図である。図
1を参照して、DINOR型のフラッシュメモリは、複
数のスタックゲート型メモリセルMC11〜MC15,
MC21〜MC25と、複数のワード線WL1〜WL5
と、メインビット線MBLと、サブビット線SBL1,
SBL2と、セレクトゲート11,12と、ソース線S
Lとを含む。複数のワード線WL1〜WL5は、複数の
スタックゲート型メモリセルMC11〜MC15または
MC21〜MC25に対応して設けられる。ワード線W
L1〜WL5の各々は、対応するスタックゲート型メモ
リセルのコントロールゲートと接続される。たとえばワ
ード線WL1はスタックゲート型メモリセルMC11お
よびMC21のコントロールゲートと共通に接続され
る。サブビット線SBL1はスタックゲート型メモリセ
ルMC11〜MC15のドレインと共通に接続される。
サブビット線SBL2はスタックゲート型メモリセルM
C21〜MC25のドレインと共通に接続される。セレ
クトゲート11はメインビット線MBLとサブビット線
SBL1との間に接続される。セレクトゲート12はメ
インビット線MBLとサブビット線SBL2との間に接
続される。ソース線SLはスタックゲート型メモリセル
MC11〜MC15,MC21〜MC25のソースと共
通に接続される。図示はされていないが、DINOR型
のフラッシュメモリのメモリセルアレイには図1に示さ
れるような構成が複数設けられる。
【0031】このフラッシュメモリはさらに、書込イネ
ーブル信号PROGに応答してソース線SLを開放状態
にするとともに、読出イネーブル信号READに応答し
てソース線SLに0Vの電位を印加するソース制御回路
13を備える。書込イネーブル信号PROGはメモリセ
ルMC11〜MC15,MC21〜MC25へのデータ
書込時に活性化され、読出イネーブル信号READはメ
モリセルMC11〜MC15,MC21〜MC25から
のデータ読出時に活性化される。
【0032】図2は、ドレイン耐圧BVdsとゲート長
Lとの関係を表わす特性図である。上述したようにパン
チスルーストッパの濃度を高くすると短い臨界ゲート長
Lminを確保することはできるが、BTBTによって
誘起されたホットエレクトロンの注入効率が低下する。
そのため、この実施の形態1ではパンチスルーストッパ
の濃度は高く設定されない。
【0033】また、1つのサブビット線SBL1または
SBL2と共通に接続されるメモリセルMC11〜MC
15またはMC21〜MC25には、データ書込時に書
込ドレイン電位Vdprogが与えられ、データの読出時に
読出ドレイン電位Vdreadが与えられる。一般に、書込
ドレイン電位の絶対値|Vdprog|の方が読出ドレイン
電位の絶対値|Vdread|よりも大きい。したがって、
ドレイン耐圧BVdsは書込ドレイン電位|Vdprog
よりも大きくなければならない。
【0034】また、この実施の形態1では、メモリセル
MC11〜MC15,MC21〜MC25のゲート長と
して、臨界ゲート長Lmin1 よりも短いゲート長が使
用される。ここで、図2に示されたドレイン耐圧−ゲー
ト長特性では、ゲート長を短くしていくとドレイン耐圧
BVdsが低下し始めるが、このドレイン耐圧BVds
が低下し始めるときのゲート長が臨界ゲート長Lmin
1 である。
【0035】図3は、ドレイン電流(−Id)とゲート
電位(−Vg)との関係を表わす特性図である。この特
性図には、臨界ゲート長よりも長いゲート長を使用(L
use>Lmin)した従来の特性曲線と、臨界ゲート
長よりも短いゲート長を使用(Luse<Lmin)し
た実施の形態1の特性曲線とが表わされている。また、
この特性図には、データ読出時においてデータがプログ
ラムされている状態にあるメモリセルのフローティング
ゲートの電位と、データ読出時においてデータがイレー
スされた状態にあるメモリセルのフローティングゲート
の電位とが示されている。ここで、フローティングゲー
トの電位Vfgは次の式(1)で表わされる。
【0036】 Vfg=−αcg(Vcg+ΔVth)+αd Vd …(1) ここで、ΔVthは、メモリセルの通常のしきい電圧を
Vthとし、フローティングゲートに電荷が全くない場
合におけるメモリセルのしきい電圧をVth UVとする
と、次の式(2)で表わされる。
【0037】 ΔVth=Vth−Vth UV …(2) また、αcgはコントロールゲートとフローティングゲー
トとの間の結合容量の値を示し、αd はドレインとフロ
ーティングゲートとの間の結合容量の値を示す。
【0038】図3に示された臨界ゲート長よりも長いゲ
ート長を使用した場合(Luse>Lmin)の特性曲
線から明らかなように、この場合のデータ読出時(Vd
=Vread)においては、選択メモリセル中にAで示
される読出電流がドレイン電流として流れ、非選択メモ
リセル中にA′で示される読出リーク電流がドレイン電
流として流れる。A′で示される読出リーク電流はAで
示される読出電流に比べて十分に小さいものである。な
お、この場合におけるデータ書込時(Vd=Vpro
g)の特性曲線はデータ読出時(Vd=Vread)の
特性曲線にほとんど等しいものである。
【0039】これに対し、この実施の形態1では上述し
たように臨界ゲート長Lminよりも短いゲート長Lu
seが使用されているため、メモリセル中に流れるサブ
スレッショルド電流が増加する。したがって、臨界ゲー
ト長よりも短いゲート長を使用した場合(Luse<L
min)におけるデータ読出時(Vd=Vread)の
特性曲線から明らかなように、Bで示される選択メモリ
セル中に流れるリード電流Idsreadに比べて、B′で
示される非選択メモリセル中に流れる読出リーク電流I
dsRleak が無視できないほどに増加する恐れがある。
【0040】なお、臨界ゲート長よりも短いゲート長を
使用した場合(Luse<Lmin)におけるデータ書
込時(Vd=Vprog)には、データ読出時(Vd=
Vread)に比べて比較的大量のリーク電流が流れ
る。このリーク電流は、チャネル電流ではなく基板(ウ
ェル)内部に流れるパンチスルー電流である。他方、臨
界ゲート長よりも短いゲート長を使用した場合(Lus
e<Lmin)におけるデータ読出時(Vd=Vrea
d)には、ドレイン電位Vdがデータ書込時に比べ低い
ため、ドレインからの空乏層の延びが抑えられ、その結
果、ソース−ドレイン間にはゲート電位によって制御可
能なチャネル電流が流れる。
【0041】このフラッシュメモリのデータ書込時に
は、図4に示されるように、図1中のソース制御回路1
3によってソース線SLが開放状態にされ、メインビッ
ト線MBLにドレイン電位Vdとしてたとえば−6Vが
与えられ、選択ワード線WL2にコントロールゲート電
位としてたとえば+8Vが与えられ、非選択ワード線W
L1,WL3〜WL5にコントロールゲート電位として
たとえば0Vがそれぞれ与えられる。ここでは、L(論
理ロウ)レベルのセレクト信号SG1がセレクトゲート
11に与えられ、H(論理ハイ)レベルのセレクト信号
SG2がセレクトゲート12に与えられているので、メ
インビット線MBLの電位(−6V)はサブビット線S
BL2だけに与えられ、サブビット線SBL1には与え
られない。したがって、サブビット線SBL2に接続さ
れたメモリセルMC21〜MC25だけが書込可能な状
態にある。但し、ここではワード線WL2には+8Vが
与えられ、他のワード線WL1,WL3〜WL5には0
Vが与えられているので、メモリセルMC22のみが選
択され、他のメモリセルMC21,MC23〜MC25
は選択されない。
【0042】したがって、選択メモリセルMC22だけ
にデータが書込まれるが、この実施の形態1では特にパ
ンチスルーストッパの濃度を高くしていないため、BT
BTによって誘起されたホットエレクトロンの注入効率
が低下することはない。しかしながら、ゲート長Lus
eを臨界ゲート長Lminよりも短くしているため、非
選択メモリセルMC21,MC23〜MC25中にパン
チスルーによる比較的大きな書込リーク電流Ids1
Pleak ,Ids3Pleak 〜Ids5Pleak が流れる。し
かしながら、この実施の形態1ではソース線SLが開放
状態にされているため、ソース線SLの電位は、たとえ
ば0V→−0.5Vというように低下する。そのため、
非選択メモリセルMC21,MC23〜MC25のソー
ス電位が低下し、その結果、バックゲート効果によりソ
ース−ドレイン間のリーク電流はカットオフされる。し
たがって、これらの書込リーク電流Ids1Pleak ,I
ds3Pleak 〜Ids5Pleak は書込動作の初期に一時
的に流れるだけである。したがって、この実施の形態1
のようにゲート長Luseを臨界ゲート長Lminより
も短くしても、上記書込リーク電流が問題となることは
ない。
【0043】他方、このフラッシュメモリのデータ読出
時においては、図5に示されるように、図1中のソース
制御回路13によってソース線SLにソース電位として
たとえば0Vが与えられ、メインビット線MBLにドレ
イン電位としてたとえば−1Vが与えられる。ここでも
図4と同様に、メインビット線MBLの電位(−1V)
がサブビット線SBL2だけに与えられ、メモリセルM
C21〜MC25だけが読出可能な状態となっている。
但し、ワード線WL2にはコントロールゲート電位とし
てたとえば−3Vが与えられ、他のワード線WL1,W
L3〜WL5にはコントロールゲート電位としてたとえ
ば0Vがそれぞれ与えられているので、メモリセルMC
22だけが選択され、他のメモリセルMC21,MC2
3〜MC25は選択されていない。
【0044】したがって、選択メモリセルMC22中に
は読出電流Ids2readが流れ、他のメモリセルMC2
1,MC23〜MC25中には読出リーク電流Ids1
Rlea k ,Ids3Rleak 〜Ids5Rleak が流れる。し
かしながら、データ読出時にはソース線SLが0Vに固
定されているので、上述したデータ書込時のようにこれ
らの読出リーク電流Ids1Rleak ,Ids3Rleak
Ids5Rleak がカットオフされることはない。
【0045】そこで、この実施の形態1では次の式
(3)を満たすように設定されている。
【0046】
【数1】 すなわち、データ読出時に非選択メモリセル中に流れる
読出リーク電流IdsiRleak の総和が選択メモリセル
中に流れる読出電流Idsreadよりも十分に小さくなる
よう設定されている。なお、データがプログラムされて
いる状態にある非選択メモリセル中に流れる読出リーク
電流の方がデータがイレースされている状態にある非選
択メモリセル中に流れる読出リーク電流よりも大きいの
で、読出リーク電流の総和が最大となる最悪の場合を考
慮して、ここでの読出リーク電流IdsiRleak はプロ
グラム状態の非選択メモリセル中に流れるものである。
【0047】一般に、選択メモリセルからのデータ読出
時にソース−ドレイン間に流れる読出電流をIdsread
とし、データ読出時にプログラム状態の非選択メモリセ
ルのソース−ドレイン間に流れる読出リーク電流をId
Rleak とし、1つのサブビット線に接続されたメモリ
セルの数をNbitとし、さらにマージンファクタをM
とすると、このフラッシュメモリは上記式(3)を変形
した次の関係式(4)を満たすように設定される。
【0048】 IdsRleak <Idsread/Nbit/M …(4) ここで、マージンファクタMは1以上の予め定められた
値であり、好ましくは10である。
【0049】一般にデータ読出時のドレイン電位(たと
えば−1V)はデータ書込時のドレイン電位(−6V)
よりも低い(絶対値が小さい)ので、読出リーク電流は
書込リーク電流よりも小さい。したがって、上記関係式
(4)を満たすように設定することは十分に可能であ
る。
【0050】以上のようにこの実施の形態1によれば、
ゲート長を臨界ゲート長よりも短くしているため、フラ
ッシュメモリの集積度をさらに高めることができる。ま
た、上記関係式(4)を満たすように設定されているた
め、ゲート長を臨界ゲート長よりも短くしているにも拘
らずデータ読出時に非選択メモリセル中に流れるパンチ
スルーによる読出リーク電流は十分に抑えられ、安定し
た読出動作を行なうことができる。また、データ書込時
に非選択メモリセル中に流れるパンチスルーによる書込
リーク電流はバックゲート効果によってカットオフされ
るため、安定した書込動作も行なうことができる。さら
に、特にパンチスルーストッパの濃度を高くしていない
ため、BTBTによって誘起されたホットエレクトロン
の注入効率が低下することもない。
【0051】[実施の形態2]図6は、この発明の実施
の形態2によるフラッシュメモリの一部構成を示す回路
図である。図6を参照して、このフラッシュメモリは上
記実施の形態1と異なり、書込イネーブル信号PROG
に応答して所定の電位(たとえば−0.5V)をソース
線SLに印加するバックゲート印加回路60を備える。
【0052】このようなフラッシュメモリにおいては、
データ書込時に所定の電位(たとえば−0.5V)がソ
ース線SLに与えられるので、メモリセルMC21〜M
C25のバックゲート(ウェル)に実質的に負の電位が
与えられたこととなる。そのため、バックゲート効果に
よってデータ書込時に非選択メモリセル中に流れるパン
チスルーによる書込リーク電流を低減することができ
る。
【0053】[実施の形態3]図7は、この発明の実施
の形態3によるフラッシュメモリの一部構成を示す回路
図である。図7を参照して、このフラッシュメモリは上
記実施の形態1と異なり、読出イネーブル信号READ
に応答して所定の電位(たとえば−0.5V)をソース
線SLに印加するバックゲート印加回路70を備える。
このとき、ソース−ドレイン間の電圧を上記実施の形態
1と同様に1Vとするためにドレイン電位として−1.
5Vを与えるのが望ましい。
【0054】このようなフラッシュメモリにおいては、
上記実施の形態2と同様にバックゲート効果によってパ
ンチスルーによる読出リーク電流を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
【図2】 フラッシュメモリのメモリセルにおけるドレ
イン耐圧BVds−ゲート長特性を表わす図である。
【図3】 フラッシュメモリのメモリセルにおけるドレ
イン電流−ゲート電位特性を表わす図である。
【図4】 図1に示されたフラッシュメモリのデータ書
込時の動作を示す回路図である。
【図5】 図1に示されたフラッシュメモリのデータ読
出時の動作を示す回路図である。
【図6】 この発明の実施の形態2によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
【図7】 この発明の実施の形態3によるDINOR型
フラッシュメモリにおけるメモリセルアレイの一部構成
を示す回路図である。
【図8】 DINOR型フラッシュメモリにおけるpチ
ャネルスタックゲート型メモリセルの構造を示す断面図
である。
【図9】 図8に示されたメモリセルにおけるドレイン
電流−ドレイン電位およびゲート電流−ドレイン電位特
性を示す図である。
【図10】 図9に示されたドレイン電流に対するゲー
ト電流の割合である注入効率とドレイン電位との関係を
示す図である。
【図11】 パンチスルーストッパを有するpチャネル
スタックゲート型メモリセルの構造を示す断面図であ
る。
【図12】 pチャネルスタックゲート型メモリセルに
流れるパンチスルー電流を説明するための断面図であ
る。
【図13】 スタックゲート型メモリセルにおけるドレ
イン電流−ゲート電位特性を表わす図である。
【図14】 ゲート長の縮小化に伴う課題を説明するた
めの図である。
【図15】 図14と同様の課題を説明するための注入
効率とドレイン電位との関係を表わす図である。
【符号の説明】 MC11〜MC15,MC21〜MC25 スタックゲ
ート型メモリセル、WL1〜WL5 ワード線、MBL
メインビット線、SBL1,SBL2 サブビット
線、11,12 セレクトゲート、SL ソース線、臨
界ゲート長 Lmin1 ,Lmin2 、Ids
Rleak ,Ids3Rleak 〜Ids5Rleak 読出リー
ク電流、Ids2read 読出電流、60,70 バック
ゲート印加回路。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のスタックゲート型メモリセル、 前記スタックゲート型メモリセルに対応して設けられ、
    各々が対応するスタックゲート型メモリセルのコントロ
    ールゲートと接続された複数のワード線、 メインビット線、 前記複数のスタックゲート型メモリセルのドレインと共
    通に接続されたサブビット線、 前記メインビット線と前記サブビット線との間に接続さ
    れたセレクトゲート、および前記複数のスタックゲート
    型メモリセルのソースと共通に接続されたソース線を含
    み、 前記スタックゲート型メモリセルのゲート長は、ドレイ
    ン耐圧とゲート長との関係を表わすドレイン耐圧−ゲー
    ト長特性においてゲート長の短縮化に伴いドレイン耐圧
    が低下し始めるときの臨界ゲート長よりも短く、かつ関
    係式 IdsRleak <Idsread/Nbit/M (式中のIdsreadは前記ワード線によって選択された
    スタックゲート型メモリセルからのデータ読出時にその
    ソース−ドレイン間に流れる読出電流を示し、Ids
    Rleak は前記データ読出時に前記ワード線によって選択
    されずかつデータがプログラムされた状態にあるスタッ
    クゲート型メモリセルのソース−ドレイン間に流れる読
    出リーク電流を示し、Nbitは前記スタックゲート型
    メモリセルの数を示し、Mは予め定められた1以上のマ
    ージンファクタを示す)を満たすように設定される、不
    揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記マージンファクタはほぼ10に設定
    される、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記スタックゲート型メモリセルへのデ
    ータ書込時に前記ソース線を開放状態にする開放手段を
    さらに含む、請求項1または請求項2に記載の不揮発性
    半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記スタックゲート型メモリセルへのデ
    ータ書込時に所定電位を前記ソース線に印加する第1の
    バックゲート印加手段をさらに含む、請求項1または請
    求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記データ読出時に所定電位を前記ソー
    ス線に印加する第2のバックゲート印加手段をさらに含
    む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の不揮
    発性半導体記憶装置。
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