JP2009158513A - Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009158513A JP2009158513A JP2007331533A JP2007331533A JP2009158513A JP 2009158513 A JP2009158513 A JP 2009158513A JP 2007331533 A JP2007331533 A JP 2007331533A JP 2007331533 A JP2007331533 A JP 2007331533A JP 2009158513 A JP2009158513 A JP 2009158513A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- voltage
- channel region
- gate
- type well
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 163
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 claims description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 8
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 8
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 4
- LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N ac1ldcw0 Chemical compound Cl.C1CN(C)CCN1C1=C(F)C=C2C(=O)C(C(O)=O)=CN3CCSC1=C32 LPQOADBMXVRBNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ビットまたはバイト単位の書き換えを可能にした不揮発性半導体記憶装置に関するものである。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device that can be rewritten in units of bits or bytes.
近年、あらゆる機器にマイコン等のLSIが組み込まれるようになり、これに伴いこれら多くのLSIそれぞれに小〜中容量のデータを不揮発に記憶させておきたいと言う要求が高まってきている。このような目的のためには、中程度の容量でよいので小さな単位(バイト〜数バイト程度)でのデータの書き換えが可能な不揮発性メモリが要求される。 In recent years, LSIs such as microcomputers have been incorporated into various devices, and along with this, there has been an increasing demand to store small to medium-capacity data in each of these many LSIs in a nonvolatile manner. For this purpose, since a medium capacity is sufficient, a non-volatile memory capable of rewriting data in a small unit (about bytes to several bytes) is required.
従来より、このような用途に用いられていた記憶素子としてEEPROMがある。しかしEEPROMは、セルサイズが大きいうえに動作電圧も高いのでスケーラビリティに劣り、現在でも1Mビット程度の容量しか実現していない。すなわち、(1)動作電圧に20V程度の電圧が必要であるため、選択トランジスタ、メモリセルトランジスタのチャネル長を短くすることができずスケーリング困難、(2)トンネル領域(ドレイン領域とオーバーラップする薄い酸化膜領域)を形成する必要があるため、記憶トランジスタが大型化する、(3)構造が複雑でありセル面積のスケーリングが困難というような問題点があった。 Conventionally, there is an EEPROM as a memory element used for such a purpose. However, since the EEPROM has a large cell size and a high operating voltage, it is inferior in scalability, and even at present, only a capacity of about 1 Mbit is realized. That is, (1) Since a voltage of about 20 V is required for the operating voltage, the channel lengths of the selection transistor and the memory cell transistor cannot be shortened, and scaling is difficult, and (2) the tunnel region (thin overlapping the drain region) Therefore, there is a problem that the memory transistor is enlarged, and (3) the structure is complicated and the cell area is difficult to scale.
一方、NAND型に代表されるフラッシュメモリが、大容量且つ低価格で現在広く普及している。しかし、フラッシュメモリは、書込み単位がバイト〜ページ(1kバイト程度)、消去単位はページ(1kバイト程度)〜ブロック(64kバイト程度)であり、上記の組み込み用途で要求される書き換え単位を満足するものではなかった。 On the other hand, flash memories typified by NAND type are now widely used with large capacity and low price. However, the flash memory has a write unit of bytes to pages (about 1 kbytes) and an erase unit of pages (about 1 kbytes) to blocks (about 64 kbytes), which satisfies the rewrite unit required for the above-mentioned embedded use. It was not a thing.
従来、pFLASH(登録商標)(特許文献1参照)およびNeoFlash(登録商標)(特許文献2参照)のようなメモリが提案されている。 Conventionally, memories such as pFLASH (registered trademark) (see Patent Document 1) and NeoFlash (registered trademark) (see Patent Document 2) have been proposed.
上に述べたpFLASH(登録商標)、NeoFlash(登録商標)は、ともに2つのトランジスタで構成されたメモリセルからなるメモリデバイスであるが、Pチャネルトランジスタで構成されているため、Nチャネルトランジスタで構成されていた従来のEEPROMに比べて動作電圧が比較的低く、セル面積も比較的小さくなっている。 The above-described pFLASH (registered trademark) and NeoFlash (registered trademark) are memory devices composed of memory cells composed of two transistors. However, since they are composed of P channel transistors, they are composed of N channel transistors. Compared with the conventional EEPROM, the operating voltage is relatively low and the cell area is also relatively small.
しかし、いずれのメモリデバイスもバイト単位の書き換えは不可能であり、メモリセルのゲート長のスケーラビリティもNOR型フラッシュメモリと同程度の100nm程度が限界であった。 However, any of the memory devices cannot be rewritten in units of bytes, and the limit of the scalability of the gate length of the memory cell is about 100 nm, which is the same as that of the NOR flash memory.
pFLASH(登録商標)(特許文献1参照)は、書き込みにBTBTホットエレクトロン注入を用い、書き込み時の消費電流を小さくしているが、このためにドレインに高電圧(電源電圧よりも絶対値の大きい負の電圧)を印加することが必要であり、選択トランジスタはこの電圧のオン/オフのために長いゲート長が必要になり、記憶トランジスタはパンチスルーを防止するために長いゲート長が必要になるためスケーリングが困難である。 pFLASH (registered trademark) (see Patent Document 1) uses BTBT hot electron injection for writing to reduce current consumption during writing. For this reason, a high voltage (a larger absolute value than the power supply voltage) is applied to the drain. A negative voltage) is required, the select transistor requires a long gate length to turn this voltage on and off, and the storage transistor requires a long gate length to prevent punch-through. Therefore, scaling is difficult.
また、NeoFlash(登録商標)(特許文献2参照)は、書き込みにチャネルホットエレクトロン注入を用いているために書き込み時の消費電流が大きい。また、チャネルホットエレクトロンを発生させるためにドレインに負の高電圧を印加する必要があるため、pFLASH(登録商標)と同様に選択トランジスタ、メモリトランジスタ共にゲート長のスケーリングが困難である。 Further, NeoFlash (registered trademark) (see Patent Document 2) uses a channel hot electron injection for writing, and thus consumes a large amount of current during writing. Further, since it is necessary to apply a negative high voltage to the drain in order to generate channel hot electrons, it is difficult to scale the gate length of both the select transistor and the memory transistor as in the case of pFLASH (registered trademark).
この発明は、スケーラビリティが高く、ビットまたはバイト単位の書き換えが可能な不揮発性半導体記憶装置、および、この不揮発性半導体記憶装置に適した不揮発性半導体記憶素子、不揮発性半導体記憶素子のデータ書き込み方法、不揮発性半導体記憶装置のデータ書き換え方法を提供することを目的とする。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device that is highly scalable and can be rewritten in units of bits or bytes, a nonvolatile semiconductor memory element suitable for the nonvolatile semiconductor memory device, and a data writing method for the nonvolatile semiconductor memory element, An object of the present invention is to provide a data rewriting method for a nonvolatile semiconductor memory device.
請求項1の発明は、半導体基板に形成されたn型ウエルと、前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、を有する不揮発性半導体記憶素子であって、前記第1のゲート絶縁膜の厚さが、標準電源電圧(Vcc)用のトランジスタのゲート絶縁膜の厚さ、または、外部入出力(I/O)用のトランジスタのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする。
The invention according to
請求項2の発明は、半導体基板に形成されたn型ウエルと、前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、を有する不揮発性半導体記憶素子であって、前記第1のゲート絶縁膜の厚さと前記トンネル絶縁膜の厚さが同じであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an n-type well formed in a semiconductor substrate, and a first p + region, a second p + region, and a third p + region formed at predetermined intervals on the surface of the n-type well. And a first channel region between the first and second p + regions of the n-type well, and a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the second channel region, The second channel region is defined between the second and third p + regions of the n-type well, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, and a second gate insulating film formed above the second channel region. And a second gate electrode, wherein the thickness of the first gate insulating film and the thickness of the tunnel insulating film are the same.
請求項3の発明は、請求項1、2の発明において、前記第2のp+領域と前記第3のp+領域の前記第2のチャネル領域との境界付近の構造が異なることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the structure near the boundary between the second p + region and the second channel region of the third p + region is different.
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記第2のp+領域の前記第2のチャネル領域付近の不純物濃度が前記第3のp+領域の前記第2のチャネル領域付近の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。
請求項3に記載の不揮発性半導体記憶素子。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the impurity concentration in the vicinity of the second channel region of the second p + region is greater than the impurity concentration in the vicinity of the second channel region of the third p + region. It is also characterized by high.
The nonvolatile semiconductor memory element according to
請求項5の発明は、請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子をX(行)Y(列)のマトリックスに配列し、各行ごとに設けられたワード線と、各列ごとに設けられたビット線とを有するメモリセルアレイと、各ワード線の電圧を制御するXデコーダと、各ビット線の電圧を制御するとともに、各ビット線に現れるセンス電圧を検出するYデコーダと、全てのビット線に現れたセンス電圧をバッファするとともに、全てのビット線に印加する書き込み電圧をバッファするページバッファと、前記Xデコーダ、Yデコーダを制御して各メモリセルに対するデータの書き込み、消去、読み出しを行う制御部と、を備えた不揮発性半導体記憶装置であって、前記制御部は、1本のワード線に接続されたメモリセルのデータを前記ページバッファに読み出したのち、これらのメモリセルのデータを消去し、さらに、前記読み出したデータのうち1または複数のデータを書き換えたのち、書き換えられたページバッファの内容を前記1本のワード線に接続された各メモリセルに書き戻すよう制御することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, the nonvolatile semiconductor memory elements according to any one of the first to second aspects are arranged in a matrix of X (rows) Y (columns), and word lines provided for each row; A memory cell array having a bit line provided for each column, an X decoder for controlling the voltage of each word line, and a Y decoder for controlling the voltage of each bit line and detecting a sense voltage appearing on each bit line And buffer the sense voltage appearing on all the bit lines, and buffer the write voltage applied to all the bit lines, and control the X decoder and Y decoder to write data to each memory cell, A nonvolatile semiconductor memory device including a controller that performs erasing and reading, wherein the controller stores data in memory cells connected to one word line After reading to the page buffer, the data in these memory cells are erased, and after rewriting one or more of the read data, the contents of the rewritten page buffer are transferred to the one word line. Control is performed to write back to each memory cell connected to the.
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記ページバッファが、標準電源電圧(Vcc)用のトランジスタまたは外部入出力(I/O)用のトランジスタと同じ構造に形成されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the page buffer is formed in the same structure as a standard power supply voltage (Vcc) transistor or an external input / output (I / O) transistor. Features.
請求項7の発明である不揮発性半導体記憶装置のデータ書き換え方法は、記憶トランジスタと選択トランジスタからなるメモリセルをX(行)Y(列)のマトリックスに配列し、各行ごとに設けられたワード線と、各列ごとに設けられたビット線とを有するメモリセルアレイと、各ワード線の電圧を制御するXデコーダと、各ビット線の電圧を制御するとともに、各ビット線に現れるセンス電圧を検出するYデコーダと、全てのビット線に現れたセンス電圧をバッファするとともに全てのビット線に印加する書き込み電圧をバッファするページバッファとを備えた不揮発性半導体記憶装置に、1本のワード線に接続されたメモリセルのデータを前記ページバッファに読み出す手順、これらのメモリセルのデータを消去する手順、前記ページバッファに読み出したデータのうち1または複数のデータを書き換える手順、書き換えたページバッファの内容を前記1本のワード線に接続された各メモリセルに書き戻す手順、を実行させることを制御とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a data rewriting method for a nonvolatile semiconductor memory device, in which memory cells each comprising a memory transistor and a selection transistor are arranged in a matrix of X (row) Y (column), and word lines provided for each row A memory cell array having a bit line provided for each column; an X decoder for controlling the voltage of each word line; and controlling the voltage of each bit line and detecting a sense voltage appearing on each bit line A nonvolatile semiconductor memory device having a Y decoder and a page buffer for buffering a sense voltage appearing on all bit lines and buffering a write voltage applied to all bit lines is connected to one word line. The procedure for reading the data of the memory cells read into the page buffer, the procedure for erasing the data of these memory cells, the page buffer Procedure for rewriting one or more data among the read data to the file, the procedure written back to the memory cell the contents of the rewritten page buffers connected to said one word line, and controls that cause the execution.
請求項8の発明である不揮発性半導体記憶素子のデータ書き込み方法は、半導体基板に形成されたn型ウエルと、前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、を有する不揮発性半導体記憶素子にビットデータを書き込む方法であって、前記n型ウエルに電源電圧(Vcc)よりも高電圧の正の書込みバックゲート電圧Vwell(p)を印加し、前記第1のゲート電極に前記第1のチャネル領域を導通状態にする負の電圧Vsg(p)を印加し、前記第2のゲート電極に電源電圧よりも高電圧の正の電圧Vcg(p)を印加し、第1、第2のp+領域を接地電位にすることにより、第2のp+領域と第2のゲート電極が接する領域の近傍でバンド間トンネリングにより発生した電子によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンを前記電荷蓄積層に注入してデータの書き込みを行なうことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a data writing method for a nonvolatile semiconductor memory element comprising: an n-type well formed on a semiconductor substrate; and a first p + region formed at a predetermined interval on the n-type well surface; A first channel region is defined between the second p + region and the third p + region and the first and second p + regions of the n-type well, and the first channel region is formed above the first channel region. A tunnel insulating film formed above the first channel region, with the second channel region defined between the gate insulating film and the first gate electrode of the n-type well and the second and third p + regions of the n-type well A method for writing bit data to a nonvolatile semiconductor memory element having a charge storage layer, a second gate insulating film, and a second gate electrode, wherein the n-type well has a voltage higher than a power supply voltage (Vcc). Positive write back A gate voltage Vwell (p) is applied, a negative voltage Vsg (p) that makes the first channel region conductive is applied to the first gate electrode, and a power voltage is applied to the second gate electrode. By applying a high positive voltage Vcg (p) and setting the first and second p + regions to the ground potential, band-to-band tunneling is performed in the vicinity of the region where the second p + region and the second gate electrode are in contact with each other. Hot electrons are generated by the electrons generated by the above-described method, and the hot electrons are injected into the charge storage layer to write data.
請求項9の発明は、半導体基板に形成されたn型ウエルと、前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、を有する不揮発性半導体記憶装素子あって、前記第2のp+領域と前記第3のp+領域の前記第2のチャネル領域との境界付近の構造が異なることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is an n-type well formed in a semiconductor substrate, and a first p + region, a second p + region, and a third p + region formed on the surface of the n-type well at a predetermined interval. And a first channel region between the first and second p + regions of the n-type well, and a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the second channel region, The second channel region is defined between the second and third p + regions of the n-type well, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, and a second gate insulating film formed above the second channel region. And a second gate electrode, wherein a structure near a boundary between the second p + region and the second p + region of the third p + region is different. And
請求項10の発明は、請求項9の発明において、前記第2のp+領域の前記第2のチャネル領域付近の不純物濃度が前記第3のp+領域の前記第2のチャネル領域付近の不純物濃度よりも高いことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect, the impurity concentration in the vicinity of the second channel region of the second p + region is greater than the impurity concentration in the vicinity of the second channel region of the third p + region. It is also characterized by high.
請求項11の発明は、X(行)Y(列)のマトリクス状に配列された請求項1または請求項2に記載の複数の不揮発性半導体記憶素子(以下メモリセルと呼ぶ)と、前記マトリクスの各行毎に設けられ、同じ行のメモリセルの第2のゲート電極に接続されるワード線と、を有するn型ウェルブロック、および、Y方向に形成されたゲート電圧供給線と、前記各ワード線毎に設けられ、各ワード線を前記ゲート電圧供給線に対して開閉するトランスファゲートと、を有するp型ウェルブロック、を対応づけたペアをX方向に複数配列したメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイの各行ごとに設けられ、同じ行のトランスファゲートのゲート電極に接続されるワード線選択線と、前記メモリセルアレイの各行ごとに設けられ、同じ行のメモリセルの前記第1のゲート電極に接続されるメモリセル選択線と、前記メモリセルアレイの各列ごとに設けられ、同じ行のメモリセルの前記第1のp+領域に接続されるビット線と、前記メモリセルアレイの各メモリセルの前記第3のp+領域に接続されるソース線と、を備えたことを特徴とする。
The invention of
請求項12の発明は、請求項11の発明において、各n型ウェルブロックに、データの書込単位の列数(1バイト)ずつの前記メモリセルが配列されていることを特徴とする。 A twelfth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of the eleventh aspect, each n-type well block has the number of columns (1 byte) of data write units arranged therein.
請求項13の発明は、請求項11または請求項12に記載の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルに記憶されているデータを消去する方法であって、
1本のゲート電圧供給線に負の高電圧を印加するとともに、1本のワード線選択線に前記ゲート電圧供給線に印加された電圧よりも高い電圧を印加することにより、前記1本のゲート電圧供給線が属するp型ウェルブロックに対応するn型ウェルブロックの、前記1本のワード線に接続されているメモリセルのみの記憶内容を消去することを特徴とする。
The invention of claim 13 is a method of erasing data stored in a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device according to
By applying a negative high voltage to one gate voltage supply line and applying a voltage higher than the voltage applied to the gate voltage supply line to one word line selection line, the one gate line The stored contents of only the memory cells connected to the one word line in the n-type well block corresponding to the p-type well block to which the voltage supply line belongs are erased.
この発明によれば、記憶トランジスタ(第2のチャネル領域のトランジスタ)、選択トランジスタ(第1のチャネル領域のトランジスタ)ともにスケーラビリティを大幅に向上させることができる。 According to the present invention, both the storage transistor (the transistor in the second channel region) and the selection transistor (the transistor in the first channel region) can greatly improve the scalability.
また、この発明によれば、高速且つ多ビットの同時書き込みが可能であるため、書き換え単位がワード線1本分であっても、ワード線1本分を読み出して必要なビットのみ書き換えて書き戻すことができ、外部から見ればビット単位の書き換えをエミュレートすることができる。 Further, according to the present invention, simultaneous writing of multiple bits can be performed at high speed. Therefore, even if the rewrite unit is one word line, one word line is read and only necessary bits are rewritten and written back. It is possible to emulate rewriting in bit units from the outside.
図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
図1はこの発明の実施形態であるメモリセルの断面図である。このメモリセルは、記憶トランジスタと選択トランジスタを有するEEPROM型のメモリセルである。同図(A)がフローティングゲート型EEPROM、同図(B)がMONOS型EEPROMの実施形態を示している。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a memory cell according to an embodiment of the present invention. This memory cell is an EEPROM type memory cell having a storage transistor and a selection transistor. FIG. 4A shows an embodiment of a floating gate type EEPROM, and FIG. 4B shows an embodiment of a MONOS type EEPROM.
図1(A)において、従来より一般的なフローティングゲート型のEEPROMと異なる点は、トランジスタがPチャネルMOSトランジスタである点、および、選択トランジスタの絶縁膜厚が、周辺回路等に用いられているVccトランジスタ、I/Oトランジスタの膜厚になっている点である。すなわち、従来のEEPROMのトランジスタは、たとえば20Vの電圧(ドレイン・ソース間電圧Vds)をオン/オフできる高耐圧トランジスタで構成されていたが、この実施形態のトランジスタは、ロジックLSIで一般的に用いられるトランジスタと同じ耐圧になっている点である。 In FIG. 1A, the difference from a conventional floating gate type EEPROM is that the transistor is a P-channel MOS transistor, and the insulating film thickness of the selection transistor is used in a peripheral circuit or the like. The film thickness is that of the Vcc transistor and I / O transistor. That is, the conventional EEPROM transistor is composed of a high breakdown voltage transistor capable of turning on / off a voltage of 20 V (drain-source voltage Vds), for example, but the transistor of this embodiment is generally used in a logic LSI. The withstand voltage is the same as that of the transistor used.
図1(A)において、P型基板100の表面付近にN型ウェル101が形成されている。このN型ウェル101の内部にメモリセル1が形成される。メモリセル1は、記憶トランジスタ10と選択トランジスタ11からなる。記憶トランジスタ10は、フローティングゲート型のトランジスタであり、ソースとなるP+領域104とドレインとなる(且つ選択トランジスタ11のソースとなる)P+領域103との間のチャネル領域110の上方に形成されたトンネル酸化膜111、フローティングゲート112、ゲート絶縁膜113、コントロールゲート114からなる。ゲート絶縁膜113は、フローティングゲート112とコントロールゲート114との静電容量を大きくするため、窒化膜等の誘電体膜を酸化膜でサンドイッチした構造になっている。
In FIG. 1A, an N-
選択トランジスタ11は、ドレインとなるP+領域102とソースとなるP+型領域103との間のチャネル領域116の上方にゲート絶縁膜117およびセレクトゲート118が形成されたものである。ここで、選択トランジスタ11と記憶トランジスタ10の形成プロセスの共通化を図るため、選択トランジスタ11のセレクトゲート118は、記憶トランジスタ10のゲート絶縁膜113に孔を開け、コントロールゲート114のポリシリコン層をフローティングゲート112まで貫通させた構造になっている。
In the
ここで、選択トランジスタのドレインとなるP+領域102のチャネル領域116側、および、記憶トランジスタのソースとなるP+領域104のチャネル領域110側には、LDD領域であるP−領域105、106がそれぞれ設けられている。このP−領域105、106は、後述の書き込み時にNウェル101に高いバックゲート電圧が印加されたときに望まれないBTBT(バンド間トンネリング)が生じないようにするためのものである。
Here, P−
記憶トランジスタ10のコントロールゲート114は、このメモリチップをアレイ状に配列して構成されるメモリアレイのワード線の一部として形成される。記憶トランジスタ10のソース(P+領域)104は、メモリアレイのソース線に接続される。選択トランジスタ11のドレイン(P+領域)102は、メモリアレイのビット線に接続される。選択トランジスタ11のセレクトゲート118は、メモリアレイの選択線の一部として形成される。
The
図1(B)において、同図(A)と同一構成の部分には同一番号を付す。P型基板100の表面付近にN型ウェル101が形成されている。このN型ウェル101の内部にメモリセル1が形成される。メモリセル1は、記憶トランジスタ10と選択トランジスタ11からなる。記憶トランジスタ10は、MONOS型のトランジスタであり、ソースとなるP+領域104とドレインとなる(且つ選択トランジスタ11のソースとなる)P+領域103との間のチャネル領域110の上方に形成されたトンネル酸化膜111、電荷蓄積層112′、ゲート絶縁膜113′、コントロールゲート114からなる。電荷蓄積層112′には、窒化膜等の不導体電荷蓄積膜、ナノクリスタル層等を適用することができる。
In FIG. 1 (B), the same number is attached | subjected to the part of the same structure as the figure (A). An N-
選択トランジスタ11は、ドレインとなるP+領域102とソースとなるP+型領域103との間のチャネル領域116の上方にゲート絶縁膜117およびセレクトゲート118が形成されたものである。
In the
記憶トランジスタ10のコントロールゲート114は、このメモリチップをアレイ状に配列して構成されるメモリアレイのワード線の一部として形成される。記憶トランジスタ10のソース(P+領域)104は、メモリアレイのソース線に接続される。選択トランジスタ11のドレイン(P+領域)102は、メモリアレイのビット線に接続される。選択トランジスタ11のセレクトゲート118は、メモリアレイの選択線の一部として形成される。
The
図2は図1に示したメモリセルをX,Yのマトリクスアレイ状に配列して構成したメモリセルアレイの平面図構造である。メモリセル1は、Y方向に2個のトランジスタ(VccまたはI/Oトランジスタと記憶トランジスタ)を並べた構造になっている。このうち、−Y方向(図面下側)のトランジスタが記憶トランジスタ10であり、+Y方向(図面上側)のトランジスタが選択トランジスタ11である。記憶トランジスタ10の上方にワード線CGがX方向に形成され、選択トランジスタ11の上方に選択線SGがX方向に形成されている。また、ワード線CGの下方にソース線SL、選択線SGのさらに上方にビット線BLが形成されている。ビット線BLは各カラム毎にY方向に形成されている。ソース線は、メモリアレイの全メモリセルに共通に形成されている。ビット線BLとメモリセル1の選択トランジスタ11のドレイン102とはコンタクトプラグで接続される。ソース線SLとメモリセル1の記憶トランジスタ10のソース104とが接続されている。
FIG. 2 is a plan view of a memory cell array configured by arranging the memory cells shown in FIG. 1 in an X and Y matrix array. The
図3〜図11を参照してメモリセル1の書き込み、消去、読み出しの動作を説明する。図3(A)は、書き込み、消去、読み出しの動作条件の対比図である。図4,図5は、書き込み時の電圧印加条件およびパルスシーケンスを示す図である。図6,図7は、消去時(第1形態)の電圧印加条件およびパルスシーケンスを示す図である。図8,図9は、消去時(第2形態)の電圧印加条件およびパルスシーケンスを示す図である。図10,図11は、読み出し時の電圧印加条件およびパルスシーケンスを示す図である。
The write, erase, and read operations of the
まず、図3(A)、図4、図5を参照して、このメモリセルにデータを書き込む場合、すなわち、記憶トランジスタをプログラム(書き込み)する場合の動作について説明する。 First, with reference to FIG. 3A, FIG. 4, and FIG. 5, an operation when data is written to the memory cell, that is, when a memory transistor is programmed (written) will be described.
このメモリセルの書き込み動作の特徴は、BTBT(バンド間トンネリング)によるホットエレクトロン(BBHE)により、記憶トランジスタをプログラムしている点である。BBHEを用いたプログラムは、チャネルホットエレクトロン(CHE)を用いたプログラムに比して1000倍程度書き込み効率が高く、1000倍のメモリセルの同時書き込み(高速書き込み)が可能になる。またさらに、このメモリセルの書き込み動作の特徴は、書き込み時にN型ウェル101にバックゲート電圧(例えば8V)を印加することにより、小さいVds(記憶トランジスタのドレイン・ソース間電圧)でドレイン付近にBBHEを発生させている点である。これにより、記憶トランジスタのチャネル長を短くしてスケーリング効率を高くすることができるとともに、ビット線を駆動する駆動トランジスタを高速のVccトランジスタ(またはI/Oトランジスタ)で構成することができるため、さらなる高速書き込みが可能になる。 A feature of the write operation of this memory cell is that the storage transistor is programmed by hot electrons (BBHE) by BTBT (band-to-band tunneling). A program using BBHE has a writing efficiency about 1000 times higher than that using a channel hot electron (CHE), and simultaneous writing (high-speed writing) of memory cells 1000 times is possible. Still further, the memory cell has a write operation characterized by applying a back gate voltage (for example, 8 V) to the N-type well 101 at the time of writing, so that a small Vds (the drain-source voltage of the storage transistor) can bring BBHE near the drain. It is a point that is generated. As a result, the channel length of the storage transistor can be shortened to increase the scaling efficiency, and the drive transistor for driving the bit line can be configured with a high-speed Vcc transistor (or I / O transistor). High speed writing becomes possible.
イニシャル状態では、ビット線BL、選択ゲートSG、コントロールゲートCG、ソース線SLが全てVcc(またはI/O電圧:以下、図3〜図11の説明において同じ)である。 In the initial state, the bit line BL, the selection gate SG, the control gate CG, and the source line SL are all at Vcc (or I / O voltage: hereinafter the same in the description of FIGS. 3 to 11).
(1)予め非選択セルの選択ゲートをVsg(p)(たとえば−3V)にして非選択セルの選択トランジスタをオンしておき、NウェルにVwell(p)(たとえば8V)のバックゲート電圧を印加する。このバックゲート電圧の印加で選択セルにおいてBBHEが発生しやすくなる。非選択セルは選択トランジスタがオンしているため、記憶トランジスタのドレイン(選択トランジスタのソース)はVccに保たれ、Nウェルとのカップリングで電圧が上昇することがない。
非選択セルの選択ゲート電圧は、Nウェルの電圧がVwell(p)に安定したのちVccに戻す。
(1) The selection gate of the non-selected cell is set to Vsg (p) (for example, -3V) in advance, and the selection transistor of the non-selected cell is turned on in advance, and the back gate voltage of Vwell (p) (for example, 8V) is applied to the N well. Apply. By applying this back gate voltage, BBHE is likely to occur in the selected cell. Since the selection transistor is turned on in the non-selected cell, the drain of the storage transistor (source of the selection transistor) is kept at Vcc, and the voltage does not increase due to coupling with the N well.
The selection gate voltage of the non-selected cell returns to Vcc after the voltage of the N well is stabilized at Vwell (p).
(2)次に、選択セルのビット線を0Vにし、選択ゲートをVsg(p)(たとえば−3V)まで低下させて選択トランジスタ11をオンさせるとともに、コントロールゲートCGの電圧をVcg (p)(たとえば8V)まで上昇させる。これにより、記憶トランジスタ10のドレイン(P+領域)103が0Vになり、Nウェルとの電位差によってドレイン近傍にBBHEが発生する。このBBHEがコントロールゲートCGの電圧によって吸引され、電荷蓄積層(フローティングゲートを含む)に注入される。
(2) Next, the bit line of the selected cell is set to 0 V, the selection gate is lowered to Vsg (p) (for example, −3 V) to turn on the
(3)こののち、選択セルのビット線、選択ゲート、コントロールゲートをVccにもどし、Nウェルの電圧をVccにもどすことで書き込みが終了する。 (3) Thereafter, the bit line, the selection gate, and the control gate of the selected cell are returned to Vcc, and the voltage of the N well is returned to Vcc to complete the writing.
なお、(2)の動作時に、選択セルとワード線を共有する非選択セルに対する影響を軽減するために非選択セルのビット線にインヒビット電圧Vubl(p)(Vcc、Vioの2倍程度)を印加してもよい。 In the operation (2), an inhibit voltage Vubl (p) (about twice that of Vcc and Vio) is applied to the bit line of the non-selected cell in order to reduce the influence on the non-selected cell sharing the word line with the selected cell. You may apply.
また、上記(1)の動作では、NウェルにVwell(p)のバックゲート電圧を印加するまえに、予め非選択セルの選択ゲートをVsg(p)にして非選択セルの選択トランジスタをオンしているが、これに代えて、図5に点線で示すように、非選択セルのコントロールゲートをVucg(p) (たとえば−3V)まで低下させることによって選択トランジスタをオンするようにしてもよい。 In the above operation (1), before the back gate voltage of Vwell (p) is applied to the N well, the selection gate of the non-selected cell is turned on in advance by setting the selection gate of the non-selected cell to Vsg (p). However, instead of this, the selection transistor may be turned on by lowering the control gate of the non-selected cell to Vucg (p) (for example, −3 V) as indicated by a dotted line in FIG.
図3(A)、図6、図7を参照して、メモリセルのデータを消去する動作(第1形態)を説明する。この消去動作はFN(Fowler-Nordheim) トンネル電流による電荷の引き抜き動作である。 With reference to FIG. 3A, FIG. 6, and FIG. 7, an operation (first mode) for erasing data in a memory cell will be described. This erasing operation is a charge extracting operation by an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current.
イニシャル状態では、ビット線BL、選択ゲートSG、コントロールゲートCG、ソース線SLが全てVccであり、全てのメモリセルの選択トランジスタはオフしている。 In the initial state, the bit line BL, the selection gate SG, the control gate CG, and the source line SL are all Vcc, and the selection transistors of all the memory cells are turned off.
この状態で、選択セル(選択行)のコントロールゲートに消去電圧Vcg(e1)(たとえば−20V)を印加する。これにより、電荷蓄積層から基板に向けて電荷が引き抜かれ、記憶トランジスタがイレーズされる。 In this state, erase voltage Vcg (e1) (for example, −20 V) is applied to the control gate of the selected cell (selected row). As a result, charges are extracted from the charge storage layer toward the substrate, and the memory transistor is erased.
図3(A)、図8、図9を参照して、メモリセルのデータを消去する動作(第2形態)を説明する。この消去動作も第1形態と同様のFNトンネル電流による電荷の引き抜き動作であるが、メモリセル(メモリセルアレイ)全体を10V程度バイアスすることにより、コントロールゲートに印加する消去電圧を−10V程度に低下(絶対値)させている。これにより、コントロールゲートを駆動するトランジスタに耐圧の低い高速なものを用いることを可能にしている。 With reference to FIGS. 3A, 8, and 9, an operation of erasing data in the memory cell (second embodiment) will be described. This erasing operation is a charge extracting operation by the FN tunnel current as in the first embodiment. However, by biasing the entire memory cell (memory cell array) by about 10 V, the erasing voltage applied to the control gate is reduced to about -10 V. (Absolute value). This makes it possible to use a high-speed transistor with a low breakdown voltage as a transistor for driving the control gate.
選択セル(行)のコントロールゲートを除く全ての電圧、すなわち、Nウェル、ソース線、選択セルのビット線、選択セルの選択ゲート、非選択セルのビット線、非選択セルの選択ゲート、非選択セルのコントロールゲートに、それぞれ、Vwell(E2)、Vsl(E2),Vbl(E2),Vsg(E2),Vbl(E2),Vsg(E2),Vucg(E2)の電圧を印加する。これらの電圧はほぼ同じ電圧でよく、たとえば10Vとする。なお、Nウェルは静電容量が大きく電圧の遷移に時間が掛かるため、図9に示すように他の電圧よりも若干早く印加を開始すればよい。そして、同時に選択セルのコントロールゲートをVcg(E2)(たとえば−10V)まで低下させる。すなわち、バイアス電圧と選択セルのコントロールゲート電圧の和がFNを生じる電圧になっていればよい。これにより、電荷蓄積層から基板に向けて電荷が引き抜かれ、記憶トランジスタがイレーズされる。 All voltages except the control gate of the selected cell (row), that is, N well, source line, bit line of selected cell, selected gate of selected cell, bit line of unselected cell, selected gate of unselected cell, unselected The voltages of Vwell (E2), Vsl (E2), Vbl (E2), Vsg (E2), Vbl (E2), Vsg (E2), and Vucg (E2) are applied to the control gates of the cells, respectively. These voltages may be substantially the same voltage, for example, 10V. Since the N-well has a large capacitance and takes a long time for voltage transition, application may be started slightly earlier than other voltages as shown in FIG. At the same time, the control gate of the selected cell is lowered to Vcg (E2) (for example, −10V). That is, the sum of the bias voltage and the control gate voltage of the selected cell may be a voltage that generates FN. As a result, charges are extracted from the charge storage layer toward the substrate, and the memory transistor is erased.
図3(A)、図10、図11を参照して、メモリセルのデータを読み出す動作を説明する。選択セルのビット線のVcc電圧の印加を解除するとともに、選択ゲートを0Vに低下させて選択トランジスタをオンさせる。そして、記憶トランジスタのコントロールゲートを所定の電圧まで低下させる。どこまでこの低下させる電圧値Vcg(R)は、記憶トランジスタの仕様によって、すなわち、プログラム時のしきい値電圧を何Vに設定するかによって決定される。プログラム時に記憶トランジスタがデプレッションする場合には、選択トランジスタをオンするのみ(コントロールゲートの電圧はそのまま)で読み出しを行うことができる。これにより、ビット線には記憶トランジスタのオン/オフに応じた電流が流れ、これを読み出し回路(センスアンプ)で検出することにより読み出しが行われる。 With reference to FIG. 3A, FIG. 10, and FIG. 11, the operation of reading data in the memory cell will be described. The application of the Vcc voltage to the bit line of the selected cell is canceled and the selection gate is lowered to 0 V to turn on the selection transistor. Then, the control gate of the storage transistor is lowered to a predetermined voltage. The voltage value Vcg (R) to be lowered is determined by the specification of the storage transistor, that is, by how many V the threshold voltage at the time of programming is set. When the storage transistor is depleted at the time of programming, reading can be performed only by turning on the selection transistor (the control gate voltage remains unchanged). As a result, a current corresponding to on / off of the storage transistor flows through the bit line, and reading is performed by detecting this with a reading circuit (sense amplifier).
上に説明した書き込み時、消去時、読み出し時に各部に種々の電圧を印加するが、その電圧の大小関係式を図3(B)に示しておく。なお、この式において“=”は同じ電源回路から供給される等の実質的に等しいことを意味するものであり、厳密に同電圧であることを意味するものではない。 Various voltages are applied to each part at the time of writing, erasing, and reading as described above. FIG. 3B shows a magnitude relational expression of the voltages. In this equation, “=” means that they are substantially equal, such as being supplied from the same power supply circuit, and does not mean that they are strictly the same voltage.
図12は、上述のメモリセルをX(行),Y(列)のマトリクスに配列したメモリセルアレイを備えたメモリデバイスの構成例を示す図である。また、図13は、このメモリデバイスに組み込まれるページバッファの1セル分の回路ブロック図である。ページバッファは、このセンスアンプ、書込バッファを全てのビット線に対応する個数(たとえば1024個)備えている。 FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a memory device including a memory cell array in which the above-described memory cells are arranged in a matrix of X (row) and Y (column). FIG. 13 is a circuit block diagram for one cell of a page buffer incorporated in the memory device. The page buffer includes the number (for example, 1024) of sense amplifiers and write buffers corresponding to all the bit lines.
メモリセルアレイ20は、たとえば、X(行)方向に1024×Y(列)方向に1024の上記メモリセルが配列されている。各行ごとにワード線および選択線が設けられ、各列ごとにビット線が設けられている。各ワード線、各選択線はXデコーダ21によって駆動される。また、各ビット線はYデコーダ22によって駆動される。Yデコーダ22とメモリセルアレイとの間にはページバッファ23が接続されている。ページバッファ23は、ワード線1本分のメモリセル(この例の場合1024個)のデータをバッファする。ページバッファ23は、メモリセルから読み出されたデータをバッファするとともに、メモリセルに書き込むデータをバッファする。
In the
Xデコーダ21、Yデコーダ22、ページバッファ23の動作は、コントローラ30によって制御される。コントローラは、外部からの指示に応じて所定のメモリセルへのデータの書き込み、消去、および、所定のメモリセルからのデータの読み出しを制御する。
The operations of the
このメモリデバイスにおいて、特徴的な動作は、1ビット書き換えのエミュレート動作である。 In this memory device, a characteristic operation is a 1-bit rewrite emulation operation.
このメモリデバイスは、ワード線1本分のデータをバッファするページバッファ23を備えているとともに、BBHE書き込みにより、ワード線1本分のデータの高速同時書き込みが可能であり、且つ、各メモリセルに選択トランジスタを備えたことにより、ワード線を共有するメモリセルの単位でデータの消去が可能である。そこで、コントローラ30に以下の制御をさせることにより、1ビット単位のデータ書き換えをエミュレートすることができる。
This memory device has a
(1)1本のワード線に接続されたメモリセルのデータを全てページバッファ23に読み出す。
(2)このワード線に接続されたメモリセルのデータを消去する。
(3)ページバッファに読み出したデータのうち、外部から書き換えを要求された1または複数のデータを書き換える。
(4)この書き換えられたページバッファの内容を前記1本のワード線に接続された元のメモリセルに書き戻す。
なお、上記(2)と(3)の動作は逆の順序であってもよい。
(1) All the data of the memory cells connected to one word line are read out to the
(2) Erase the data in the memory cells connected to this word line.
(3) Of the data read to the page buffer, rewrite one or more data requested to be rewritten from the outside.
(4) The contents of the rewritten page buffer are written back to the original memory cell connected to the one word line.
The operations (2) and (3) may be performed in the reverse order.
また、図14〜図16は、メモリデバイスの他の実施形態を示す図である。これらの実施形態は、図12のメモリデバイスとページバッファの接続形態が異なっている。図14の実施形態では、Yデコーダ22から見てページバッファ23がメモリセルアレイ20の反対側になるように配置されている。また、図15の実施形態では、メモリセルアレイ20から見てページバッファ23がYデコーダの反対側になるように配置されている。また、図16の実施形態では、Yデコーダ22(22A,22B)およびページバッファ23(23A,23B)をメモリセルアレイ20のY側(上)、−Y側(下)の両側に設け、上側のYデコーダ22A、ページバッファ23Aには奇数番のビット線のデコードおよびバッファを行わせ、下側のYデコーダ22B、ページバッファ23Bには偶数番のビット線のデコードおよびバッファを行わせるようにしている。Yデコーダ22、ページバッファ23の回路は、メモリセルに比べて大きいため、このように上下に分割することにより、スペース的に余裕ができ、メモリセル(メモリセルアレイ)のスケーリング効率をより活かすことができる。
≪メモリセルアレイの他の実施形態≫
以上の実施形態は、各行ごと1本のワード線を設けたメモリセルアレイの例を示した。すなわち、XY方向にマトリクス状に複数のメモリセルを配列したメモリセルアレイに、各行ごとにワード線および選択線を配置するとともに、メモリセルアレイ全体に共通のソース線を配した構成であった。
14 to 16 are diagrams showing another embodiment of the memory device. In these embodiments, the connection form of the memory device of FIG. 12 and the page buffer is different. In the embodiment of FIG. 14, the
<< Other Embodiments of Memory Cell Array >>
The above embodiment has shown an example of a memory cell array in which one word line is provided for each row. That is, in the memory cell array in which a plurality of memory cells are arranged in a matrix in the XY direction, a word line and a selection line are arranged for each row, and a common source line is arranged for the entire memory cell array.
以下に説明する第2の実施形態のメモリセルアレイは、メモリセルアレイを行(X)方向に1バイトずつに分割し、ワード線を分割した1バイト毎に別々に設けた構成になっている。ここで、1バイトとは、データの読み書きの単位(たとえばデータバス幅)の意であり、8ビットに限定されるものではない。
このような構成にすることにより、書き換え(読み出し→消去→書き込み)を1バイト単位で行うことができる。
The memory cell array according to the second embodiment to be described below has a configuration in which the memory cell array is divided into one byte at a time in the row (X) direction and is provided separately for each byte obtained by dividing the word line. Here, 1 byte means a data read / write unit (for example, data bus width), and is not limited to 8 bits.
With such a configuration, rewriting (reading → erasing → writing) can be performed in units of 1 byte.
図17〜図20は、第2の実施形態のメモリセルアレイの構成を示す平面図であり、且つ、図17は書き込み時の電圧印加条件を示し、図18は消去時(第1形態)の電圧印加条件を示し、図19は消去時(第2形態)の電圧印加条件を示し、図20は読み出し時の電圧印加条件を示している。 17 to 20 are plan views showing the configuration of the memory cell array according to the second embodiment. FIG. 17 shows voltage application conditions at the time of writing. FIG. 18 shows voltages at the time of erasing (first form). FIG. 19 shows voltage application conditions during erasing (second form), and FIG. 20 shows voltage application conditions during reading.
図17〜図20において、メモリセルアレイ100を構成する各メモリセル101は、図1、図2に示したものと同様である。各メモリセルが配置されるNウェル102は、1バイト(同図では4ビット:4列)単位のバイトブロック(n型ウェルブロック)102−nに分割され、分割された各Nウェルの間にPウェル(p型ウェルブロック)103−nが形成されている。メモリセル選択線SGは、複数のバイトブロックを横切ってメモリセルアレイの行方向全体にわたって各行毎に形成されている。一方ワード線CGは、各バイトブロック単位で各行毎に設けられている。バイト単位の各ワード線CGは、トランスファゲートTrを介してゲート電圧供給線MGに接続されている。トランスファゲートTrは、バイト単位の各ワード線CGごとにPウェル103内に形成される。同一のPウェル103−n内に形成され、列(Y)方向に配列されているトランスファゲートTrは、同一のゲート電圧供給線MGに接続されている。また、複数のバイトブロック102−nにわたって同じ行に配列されているトランスファゲートTrのゲートは、メモリセルアレイ100の行方向全体にわたって設けられているワード線選択線WLSGに接続されている。
17-20, each
以上の構成のメモリセルアレイにおいて、図3〜図11に示した第1実施形態の書き込み電圧、消去電圧、読み出し電圧のうち、ワード線(コントロールゲート)に印加されるべき電圧が書き換え (読み出し、消去または書き込み)を行いたいバイトが存在するバイトブロックのゲート電圧供給線MGに印加される。各ビット線、ソース線、各Nウェル、各選択線(選択ゲート)に印加される電圧は第1実施形態と同様である。 In the memory cell array configured as described above, the voltage to be applied to the word line (control gate) among the write voltage, erase voltage, and read voltage of the first embodiment shown in FIGS. (Or write) is applied to the gate voltage supply line MG of the byte block in which the byte to be written exists. The voltages applied to each bit line, source line, each N well, and each selection line (selection gate) are the same as those in the first embodiment.
また、この実施形態では、書き換えを行いたいバイトのワード線CGのみに電圧を印加してバイト単位の書き換えを行うために、ワード線選択線WLSGおよび各Pウェルに以下のような電圧を印加する。 In this embodiment, the following voltages are applied to the word line selection line WLSG and each P well in order to rewrite in units of bytes by applying a voltage only to the word line CG of the byte to be rewritten. .
図17に示す書き込み時においては、書き込みバイト110のワード線CGに電圧を印加するトランスファゲートTrのゲート電圧をゲート電圧供給線MGに印加される電圧と同電圧にして、トランスファゲートTrをオンする。ここでは、ゲート電圧供給線MGに10Vが印加されているため、書き込みバイトのトランスファゲートTrのゲートにも10Vを印加する。すなわち選択されたワード線選択線WLSGに10Vを印加する。他の(非選択の)ゲート電圧供給線MGは0Vであり、他の(非選択の)ワード線選択線WLSGは0Vである。Pウェルは全て0Vである。
At the time of writing shown in FIG. 17, the gate voltage of the transfer gate Tr that applies a voltage to the word line CG of the
図18に示す第1形態の消去時においては、消去バイト111のワード線(コントロールゲート)に電圧を印加するゲート電圧供給線MGに−20Vを印加するとともに、このゲート電圧供給線MGに対応するPウェル103−1にも−20Vを印加する。そして、選択されたワード線選択線WLSGを0Vにして消去バイトのトランスファゲートTrをオンし、非選択のワード線選択線WLSGには−20Vを印加して非選択のトランスファゲートをオフする。なお、非選択のゲート電圧供給線MGおよび非選択のPウェル103−nは0Vである。
At the time of erasing in the first form shown in FIG. 18, −20 V is applied to the gate voltage supply line MG for applying a voltage to the word line (control gate) of the erase
図19に示す第2形態の消去時においては、消去バイト111のワード線(コントロールゲート)に電圧を印加するゲート電圧供給線MGに−10Vを印加するとともに、このゲート電圧供給線MGに対応するPウェル103−1にも−10Vを印加する。そして、選択されたワード線選択線WLSGを0Vにして消去バイトのトランスファゲートTrをオンし、非選択のワード線選択線WLSGには−10Vを印加して非選択のトランスファゲートをオフする。この消去動作では、図8、図9に示したように、消去バイトが配置されているNウェル102−1のみ10Vが印加される。なお、非選択のゲート電圧供給線MGおよび非選択のPウェル103−nは0Vであり、非選択のNウェル102−nには1.8V程度の電圧(VccまたはIO電圧)が印加される。
At the time of erasing in the second mode shown in FIG. 19, -10V is applied to the gate voltage supply line MG for applying a voltage to the word line (control gate) of the erase
図20に示す読み出し時においては、選択されたゲート電圧供給線MGに所定の電圧(−2V/0V/1.8V)が印加される。どのような電圧が印加されるかは、メモリセルの記憶トランジスタの仕様によって決定される。読み出しバイトのトランスファゲートは、選択されたワード線選択線WLSGに3Vが印加されることによりオンされる。他の非選択のワード線選択線WLSGには、ゲート電圧に応じて−2V〜0V程度の電圧が印加される。また、読み出しバイト112のトランスファゲートが配置されるPウェル103−1も同様に、ゲート電圧に応じて−2V〜0V程度の電圧が印加される。他の非選択のPウェル103の電圧は0Vである。
At the time of reading shown in FIG. 20, a predetermined voltage (−2V / 0V / 1.8V) is applied to the selected gate voltage supply line MG. What voltage is applied is determined by the specification of the memory transistor of the memory cell. The transfer gate of the read byte is turned on when 3 V is applied to the selected word line selection line WLSG. A voltage of about −2 V to 0 V is applied to the other non-selected word line selection lines WLSG according to the gate voltage. Similarly, a voltage of about −2 V to 0 V is applied to the P well 103-1 in which the transfer gate of the
なお、トランスファゲートTrが形成されるPウェル103−1〜nは、共通に形成され、同じ電位に制御されてもよい。 Note that the P wells 103-1 to 103-n in which the transfer gate Tr is formed may be formed in common and controlled to the same potential.
図21は、図17〜図20に示したメモリセルアレイを備えたメモリデバイスの構成例を示す図である。メモリセルアレイ30のY側周辺には、ビット線を制御するセンスアンプ・書込ドライバ回路31およびゲート電圧供給線を制御するMGドライバ32が設けられている。これらの回路は、書込/読出の単位(1バイト)に対応する数設けられ、書込/読出が行われるビット線、MG線にアサインされる。また、X側周辺には選択線SGを制御するSGドライバ33およびワード線選択線WLSGを制御するWLSGドライバ34が設けられている。各ドライバ31〜34の動作は制御回路・電源回路35によって制御される。
以上の構成および電圧印加条件により、バイト単位の書き込み、消去、読み出しが可能になる。
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration example of a memory device including the memory cell array illustrated in FIGS. A sense amplifier /
With the above configuration and voltage application conditions, writing, erasing, and reading can be performed in byte units.
1…メモリセル
10…記憶トランジスタ
11…選択トランジスタ
20…メモリセルアレイ
21…Yデコーダ
22…Xデコーダ
23…ページバッファ
30…コントローラ
30…メモリセルアレイ
31…センスアンプ・書込ドライバ回路
32…MGドライバ32
33…SGドライバ33
34…WLSGドライバ
35…制御回路・電源回路
DESCRIPTION OF
33 ...
34 ...
Claims (13)
前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、
前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、
前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、
を有する不揮発性半導体記憶素子であって、
前記第1のゲート絶縁膜の厚さが、標準電源電圧(Vcc)用のトランジスタのゲート絶縁膜の厚さ、または、外部入出力(I/O)用のトランジスタのゲート絶縁膜の厚さと同じであることを特徴とする不揮発性半導体記憶素子。 An n-type well formed in a semiconductor substrate;
A first p + region, a second p + region, and a third p + region formed on the n-type well surface at a predetermined interval;
The first channel region is defined between the first and second p + regions of the n-type well, and a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the first channel region,
A second channel region is defined between the second and third p + regions of the n-type well, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, a second gate insulating film, and a second channel region formed above the second channel region A second gate electrode;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
The thickness of the first gate insulating film is the same as the thickness of the gate insulating film of the transistor for standard power supply voltage (Vcc) or the thickness of the gate insulating film of the transistor for external input / output (I / O). A non-volatile semiconductor memory element characterized by the above.
前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、
前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、
前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、
を有する不揮発性半導体記憶素子であって、
前記第1のゲート絶縁膜の厚さと前記トンネル絶縁膜の厚さが同じであることを特徴とする不揮発性半導体記憶素子。 An n-type well formed in a semiconductor substrate;
A first p + region, a second p + region, and a third p + region formed on the n-type well surface at a predetermined interval;
The first channel region is defined between the first and second p + regions of the n-type well, and a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the second channel region;
A second channel region is defined between the second and third p + regions of the n-type well, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, a second gate insulating film, and a second channel region formed above the second channel region A second gate electrode;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
The nonvolatile semiconductor memory element, wherein the thickness of the first gate insulating film and the thickness of the tunnel insulating film are the same.
各ワード線の電圧を制御するXデコーダと、
各ビット線の電圧を制御するとともに、各ビット線に現れるセンス電圧を検出するYデコーダと、
全てのビット線に現れたセンス電圧をバッファするとともに、全てのビット線に印加する書き込み電圧をバッファするページバッファと、
前記Xデコーダ、Yデコーダを制御して各メモリセルに対するデータの書き込み、消去、読み出しを行う制御部と、
を備えた不揮発性半導体記憶装置であって、
前記制御部は、1本のワード線に接続されたメモリセルのデータを前記ページバッファに読み出したのち、これらのメモリセルのデータを消去し、さらに、前記読み出したデータのうち1または複数のデータを書き換えたのち、書き換えられたページバッファの内容を前記1本のワード線に接続された各メモリセルに書き戻すよう制御する不揮発性半導体記憶装置。 The nonvolatile semiconductor memory elements according to claim 1 are arranged in a matrix of X (rows) Y (columns), word lines provided for each row, and provided for each column. A memory cell array having bit lines;
An X decoder for controlling the voltage of each word line;
A Y decoder for controlling the voltage of each bit line and detecting a sense voltage appearing on each bit line;
A page buffer that buffers the sense voltage appearing on all bit lines and buffers the write voltage applied to all bit lines;
A controller that controls the X decoder and the Y decoder to write, erase, and read data from and to each memory cell;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
The controller reads data of memory cells connected to one word line to the page buffer, erases data of these memory cells, and further, one or more data among the read data A nonvolatile semiconductor memory device that controls to rewrite the contents of the rewritten page buffer to each memory cell connected to the one word line.
1本のワード線に接続されたメモリセルのデータを前記ページバッファに読み出す手順、
これらのメモリセルのデータを消去する手順、
前記ページバッファに読み出したデータのうち1または複数のデータを書き換える手順、
書き換えたページバッファの内容を前記1本のワード線に接続された各メモリセルに書き戻す手順、
を実行させることを制御とする不揮発性半導体記憶装置のデータ書き換え方法。 A memory cell array having memory cells made up of memory transistors and select transistors arranged in a matrix of X (rows) Y (columns), word lines provided for each row, and bit lines provided for each column; An X decoder that controls the voltage of each word line, a voltage of each bit line, a Y decoder that detects a sense voltage appearing on each bit line, and a buffer that senses the voltage appearing on all bit lines A nonvolatile semiconductor memory device including a page buffer that buffers a write voltage applied to the bit line of
A procedure for reading data of memory cells connected to one word line to the page buffer;
Procedures to erase the data in these memory cells,
A procedure for rewriting one or more of the data read to the page buffer;
A procedure for writing back the contents of the rewritten page buffer to each memory cell connected to the one word line;
A method for rewriting data in a non-volatile semiconductor memory device, wherein control is performed to execute.
前記n型ウエルに電源電圧(Vcc)よりも高電圧の正の書込みバックゲート電圧Vwell(p)を印加し、前記第1のゲート電極に前記第1のチャネル領域を導通状態にする負の電圧Vsg(p)を印加し、前記第2のゲート電極に電源電圧よりも高電圧の正の電圧Vcg(p)を印加し、第1、第2のp+領域を接地電位にすることにより、第2のp+領域と第2のゲート電極が接する領域の近傍でバンド間トンネリングにより発生した電子によるホットエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンを前記電荷蓄積層に注入してデータの書き込みを行なうことを特徴とする不揮発性半導体記憶素子のデータ書き込み方法。 An n-type well formed in a semiconductor substrate, a first p + region, a second p + region, and a third p + region formed at a predetermined interval on the surface of the n-type well, and the n-type well A first channel region is defined between the first and second p + regions, a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the first channel region, and the n-type well A second channel region is defined between the second and third p + regions, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, a second gate insulating film, and a second gate electrode formed above the first channel region A method of writing bit data in a nonvolatile semiconductor memory element having
A negative voltage that applies a positive write back gate voltage Vwell (p) higher than a power supply voltage (Vcc) to the n-type well and makes the first channel region conductive to the first gate electrode. By applying Vsg (p), applying a positive voltage Vcg (p) higher than the power supply voltage to the second gate electrode, and setting the first and second p + regions to the ground potential, Hot electrons are generated by electrons generated by interband tunneling in the vicinity of a region where the second p + region and the second gate electrode are in contact with each other, and data is written by injecting the hot electrons into the charge storage layer. A method for writing data in a nonvolatile semiconductor memory element.
前記n型ウエル表面に所定の間隔を開けて形成された第1のp+領域、第2のp+領域および第3のp+領域と、
前記n型ウェルの前記第1、第2のp+領域間を第1のチャネル領域とし、この第1のチャネル領域の上方に形成された第1のゲート絶縁膜および第1のゲート電極と、
前記n型ウェルの前記第2、第3のp+領域間を第2のチャネル領域とし、この第2のチャネル領域の上方に形成されたトンネル絶縁膜、電荷蓄積層、第2のゲート絶縁膜および第2のゲート電極と、
を有する不揮発性半導体記憶装素子あって、
前記第2のp+領域と前記第3のp+領域の前記第2のチャネル領域との境界付近の構造が異なることを特徴とする不揮発性半導体記憶素子。 An n-type well formed in a semiconductor substrate;
A first p + region, a second p + region, and a third p + region formed on the n-type well surface at a predetermined interval;
The first channel region is defined between the first and second p + regions of the n-type well, and a first gate insulating film and a first gate electrode formed above the first channel region,
A second channel region is defined between the second and third p + regions of the n-type well, and a tunnel insulating film, a charge storage layer, a second gate insulating film, and a second channel region formed above the second channel region A second gate electrode;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
A non-volatile semiconductor memory element, wherein a structure in the vicinity of a boundary between the second p + region and the third channel region of the third p + region is different.
前記メモリセルアレイの各行ごとに設けられ、同じ行のトランスファゲートのゲート電極に接続されるワード線選択線と、
前記メモリセルアレイの各行ごとに設けられ、同じ行のメモリセルの前記第1のゲート電極に接続されるメモリセル選択線と、
前記メモリセルアレイの各列ごとに設けられ、同じ行のメモリセルの前記第1のp+領域に接続されるビット線と、
前記メモリセルアレイの各メモリセルの前記第3のp+領域に接続されるソース線と、
を備えた不揮発性半導体記憶装置。 A plurality of nonvolatile semiconductor memory elements (hereinafter referred to as memory cells) according to claim 1 or 2 arranged in a matrix of X (row) Y (column), and provided for each row of the matrix, An n-type well block having a word line connected to the second gate electrode of the memory cells in the same row, a gate voltage supply line formed in the Y direction, and provided for each of the word lines, A memory cell array in which a plurality of p-type well blocks each having a transfer gate for opening and closing a word line with respect to the gate voltage supply line are arranged in the X direction;
A word line selection line provided for each row of the memory cell array and connected to the gate electrode of the transfer gate of the same row;
A memory cell selection line provided for each row of the memory cell array and connected to the first gate electrode of the memory cells in the same row;
A bit line provided for each column of the memory cell array and connected to the first p + region of memory cells in the same row;
A source line connected to the third p + region of each memory cell of the memory cell array;
A non-volatile semiconductor memory device.
1本のゲート電圧供給線に負の高電圧を印加するとともに、1本のワード線選択線に前記ゲート電圧供給線に印加された電圧よりも高い電圧を印加することにより、
前記1本のゲート電圧供給線が属するp型ウェルブロックに対応するn型ウェルブロックの、前記1本のワード線に接続されているメモリセルのみの記憶内容を消去する不揮発性半導体記憶装置のデータ消去方法。 A method for erasing data stored in a memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11 or 12,
By applying a negative high voltage to one gate voltage supply line and applying a voltage higher than the voltage applied to the gate voltage supply line to one word line selection line,
Data of a nonvolatile semiconductor memory device for erasing the memory contents of only the memory cells connected to the one word line in the n-type well block corresponding to the p-type well block to which the one gate voltage supply line belongs Erasing method.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007331533A JP2009158513A (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device |
US12/343,552 US8339862B2 (en) | 2007-12-25 | 2008-12-24 | Nonvolatile semiconductor memory device |
US13/715,469 US8897077B2 (en) | 2007-12-25 | 2012-12-14 | Nonvolatile semiconductor memory device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007331533A JP2009158513A (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009158513A true JP2009158513A (en) | 2009-07-16 |
Family
ID=40962253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007331533A Withdrawn JP2009158513A (en) | 2007-12-25 | 2007-12-25 | Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009158513A (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH098153A (en) * | 1995-06-15 | 1997-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Nonvolatile semiconductor memory device |
JP2000149581A (en) * | 1998-09-10 | 2000-05-30 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor memory |
JP2001506063A (en) * | 1997-10-09 | 2001-05-08 | プログラマブル・マイクロエレクトロニクス・コーポレイション | Nonvolatile PMOS 2-transistor memory cell and array |
JP2001229680A (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-24 | Toshiba Corp | Non-volatile semiconductor memory |
JP2007142450A (en) * | 2000-03-22 | 2007-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method of nonvolatile semiconductor storage |
JP2007219152A (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Fujitsu Ltd | Resist cover film forming material, method for forming resist pattern, semiconductor device and its manufacturing method |
-
2007
- 2007-12-25 JP JP2007331533A patent/JP2009158513A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH098153A (en) * | 1995-06-15 | 1997-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Nonvolatile semiconductor memory device |
JP2001506063A (en) * | 1997-10-09 | 2001-05-08 | プログラマブル・マイクロエレクトロニクス・コーポレイション | Nonvolatile PMOS 2-transistor memory cell and array |
JP2000149581A (en) * | 1998-09-10 | 2000-05-30 | Toshiba Corp | Nonvolatile semiconductor memory |
JP2001229680A (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-24 | Toshiba Corp | Non-volatile semiconductor memory |
JP2007142450A (en) * | 2000-03-22 | 2007-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Manufacturing method of nonvolatile semiconductor storage |
JP2007219152A (en) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Fujitsu Ltd | Resist cover film forming material, method for forming resist pattern, semiconductor device and its manufacturing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8339862B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device | |
KR100292361B1 (en) | How to Write Data in Semiconductor Nonvolatile Memory | |
US7525841B2 (en) | Programming method for NAND flash | |
US8050096B2 (en) | Programming method to reduce gate coupling interference for non-volatile memory | |
US7450418B2 (en) | Non-volatile memory and operating method thereof | |
US9183934B2 (en) | Split block semiconductor memory device | |
US20070045711A1 (en) | High performance multi-level non-volatile memory | |
US20100259992A1 (en) | Methods and apparatus for programming a memory cell using one or more blocking memory cells | |
JP2005175070A (en) | Semiconductor device | |
US7177192B2 (en) | Method of operating a flash memory device | |
JPH11177071A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device | |
US8462553B2 (en) | Cell array for highly-scalable, byte-alterable, two-transistor FLOTOX EEPROM non-volatile memory | |
US9064586B2 (en) | Non-volatile semiconductor storage device having controller configured to perform preliminary erase operation | |
US8223541B2 (en) | Non-volatile semiconductor memory, and the method thereof | |
CN109935264B (en) | Memory unit erasing method and device and memory | |
JP6882054B2 (en) | Non-volatile semiconductor storage device | |
KR101458792B1 (en) | Flash memory device | |
US20060215477A1 (en) | Semiconductor device and method of controlling said semiconductor device | |
US7405972B1 (en) | Non-volatile memory array | |
JP5483826B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and writing method thereof | |
US20100124128A1 (en) | Nand flash memory | |
KR20010072189A (en) | Semiconductor device with a non-volatile memory | |
JP2009158513A (en) | Nonvolatile semiconductor storage element, nonvolatile semiconductor storage device, data writing method of nonvolatile semiconductor storage element, and data rewriting method of nonvolatile semiconductor storage device | |
JP4785150B2 (en) | NAND flash memory that prevents disturbance | |
JP2001189086A (en) | Erasing method of flash memory element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20100916 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130226 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20130425 |