JP3937677B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and write control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発性半導体記憶装置及びその書きこみ制御方法に関するものであり、さらに詳しくはデータの消去を行うことなく電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置及びその書きこみ制御方法に関する。
【0002】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
従来のフラッシュEEPROM等においては、データの書きこみは記憶用トランジスタのドレインからソースに電流を流したときに発生するホットエレクトロンをフローティングゲートに注入することで行われる。またデータの消去はトンネル現象を利用して記憶用トランジスタのドレインからフローティングゲートに蓄えられている電子を引き抜くことで行われる。
【0003】
従ってデータの換え時には一旦消去を行ってから書きこみを行う必要があったため、データの書きこみに時間がかかり手続きの煩雑さが伴っていた。
【0004】
また消去、書きこみ時にはドレインに高電圧を印加する必要があったのでメモリセルの微細化や細分化を行うことが困難であった。
【0005】
本発明は以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消去操作を必要とせずにRAMのような使い勝手で書きこみ可能な不揮発性半導体記憶装置及びその書きこみ制御方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、コントロールゲート及びトンネル電流の発生する条件の異なる第1の絶縁膜と第2の絶縁膜に挟まれた電荷蓄積層を含むゲート領域、第1の拡散領域、第2の拡散領域を有し、コントロールゲートが第m(1≦m≦M)のワードラインに、第1の拡散領域、第2の拡散領域がそれぞれ第n−1、第n(1≦n≦N)のビットラインに接続されたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、前記メモリセルに第1の値を書きこむ場合には、電荷蓄積層から第1の絶縁膜を介してトンネル電流が流出するように、前記第n−1、第nのビットラインに同じ値の電圧VB1を、第mのワードラインに電圧VW1を印加し、前記メモリセルに第2の値を書きこむ場合には、第1の絶縁膜を介して電荷蓄積層にトンネル電流が流入するように、前記第n−1、第nのビットラインに同じ値の電圧VB2を、第mのワードラインに電圧VW2を印加するように制御する書きこみ制御回路と、を含むことを特徴とする。
【0007】
ここにおいて、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とは例えば組成が同じで膜厚が異なることによりトンネル電流の発生する電位差に関する条件の異なる場合でもよいし、例えば組成が異なることによりトンネル電流の発生する条件が異なる場合でもよい。
【0008】
また第1の絶縁膜はコントロールゲートと電荷蓄積層の間の絶縁膜でも良いし、基盤と電荷蓄積層の間の膜としても良い。
【0009】
また電荷蓄積層は例えばフローティングゲートとして形成してもよいし、電子のトラップ順位を用いた電荷蓄積層として形成してもよい。
【0010】
前記メモリセルに第1の値を書きこむ場合には、VB1及びVW1により第1の絶縁膜を介してコントロールゲートに向け電子が注入される(コントロールゲートから電流が流出する)向きに電界及び電位差を発生させるように電圧を印加する。
【0011】
また前記メモリセルに第2の値を書きこむ場合には、VB2及びVW2により第1の絶縁膜を介してコントロールゲートから電子が抜き取られる(コントロールゲートに電流が流入する)向きに電界及び電位差を発生させるように電圧を印加する。
【0012】
このように本発明によれば第1の絶縁膜にのみトンネル電流を発生させ、電界方向を変えることにより電子の移動方向を変更して、電荷蓄積層に対して電子を注入したり、電化蓄積層から電荷を抜き取ったりすることが出来る。
【0013】
従って消去なしに直接書きこみを行うことが可能であり、不揮発性メモリをRAMとして使用することが出来る。
【0014】
また本発明では、各メモリセルの第1の拡散領域及び第2の拡散領域を隣り合うビットラインに接続することで、1ワードラインで制御可能なメモリセル数Nよりも少なくとも1の多いビットラインを設けるという簡単な構成でよい。個のように本発明によれば少ない配線で、不揮発性メモリのRAMとして使用を実現することが出来る。
【0015】
またワードライン及びビットラインに本発明の制御方法で電圧の印加を行うことで、トンネル電流の発生する条件の異なる第1の絶縁膜と第2の絶縁膜に挟まれた電荷蓄積層を用いるという簡単な構成で不揮発性メモリのRAMとして使用を実現することが出来る。
【0016】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、ゲート領域に生じる電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域に生じる電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有しており、前記書きこみ制御回路は、メモリセルに書きこみを行う場合には、ゲート領域に生じる電位差がV2になり、第1の値を書きこむ場合と第2の値を書きこむ場合とで第1の絶縁膜に生じる電界の向きが逆になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御し、前記メモリセルに書きこみを行わない場合には、ゲート領域に生じる電位差がV1になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御することを特徴とする。
【0017】
本発明によれば制御回路で第1の絶縁膜と第2の絶縁膜のトンネル電流に発生する条件の内容に応じた電圧を前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに印加する制御を行うため、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜のトンネル電流に発生する条件が異なっても制御内容を変更するだけで対応することが出来る。
【0018】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の前記書きこみ制御回路は、第2の絶縁膜にはトンネル電流が発生しない範囲で前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御することを特徴とする。
【0019】
本発明によれば制御回路で第2の絶縁膜のトンネル電流に発生する条件の内容が応じた電圧を前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するよう制御を行うため、第2の絶縁膜のトンネル電流に発生する条件が異なっても制御内容を変更するだけで対応することが出来る。
【0020】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、前記ゲート領域に生じる電位差がVでは第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域に生じる電位差が2Vである場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有しており、前記書きこみ制御回路は、メモリセルに第1の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインに0を印加するとともに前記第mのワードラインに2Vを印加して、メモリセルに第2の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインにVを印加するとともに前記第mのワードラインに−Vを印加するよう構成されていることを特徴とする。
【0021】
−V、2VはVを1単位とした場合の電圧を意味しており、1単位の基準は任意に定めることが出来、例えば電源電圧を1単位としても良い。
【0022】
本発明によれば第1の拡散領域および第2の拡散領域に印加する電圧は、コントロールゲートにかける電圧の2分の1、または0でよい。このように第1の拡散領域および第2の拡散領域に高電圧を印可しなくてもよいためメモリセルの微細化を行うことが可能となる。
【0023】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の前記書きこみ制御回路は、書きこみ時に、前記第mのワードラインに対して少なくとも−Vと2Vの2種類の電圧を1サイクルで印加することを特徴とする。
【0024】
これにより2種類の異なる値を同時に複数書きこむ場合でも1サイクルで書きこむことが出来る。
【0025】
本発明は、コントロールゲート及びトンネル電流の発生する条件の異なる第1の絶縁膜と第2の絶縁膜に挟まれた電荷蓄積層を含むゲート領域、第1の拡散領域、第2の拡散領域を有し、コントロールゲートが第m(1≦m≦M)のワードラインに、第1の拡散領域、第2の拡散領域がそれぞれ第n−1、第n(1≦n≦N)のビットラインに接続されたメモリセルを複数有するメモリセルアレイを含む不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法であって、前記メモリセルに第1の値を書きこむ場合には、電荷蓄積層から第1の絶縁膜を介してトンネル電流が流出するように、前記第n−1、第nのビットラインに同じ値の電圧VB1を、第mのワードラインに電圧VW1を印加し、前記メモリセルに第2の値を書きこむ場合には、第1の絶縁膜を介して電荷蓄積層にトンネル電流が流入するように、前記第n−1、第nのビットラインに同じ値の電圧VB2を、第mのワードラインに電圧VW2を印加するように制御することを特徴とする。
【0026】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法は、ゲート領域に生じる電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域に生じる電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有している場合に、メモリセルに書きこみを行う場合には、ゲート領域に生じる電位差がV2になり、第1の値を書きこむ場合と第2の値を書きこむ場合とで第1の絶縁膜に生じる電界の向きが逆になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御し、前記メモリセルに書きこみを行わない場合には、ゲート領域に生じる電位差がV1になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインにに印加する電圧を制御することを特徴とする。
【0027】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法は、第2の絶縁膜にはトンネル電流が発生しない範囲で前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御することを特徴とする。
【0028】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法は、前記ゲート領域に生じる電位差がVでは第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域に生じる電位差が2Vである場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有している場合に、メモリセルに第1の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインに0を印加するとともに前記第mのワードラインに2Vを印加して、メモリセルに第2の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインにVを印加するとともに前記第mのワードラインに−Vを印加するよう構成されていることを特徴とする。
【0029】
本発明の不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法は、書きこみ時に、前記第mのワードラインに対して少なくとも−Vと2Vの2種類の電圧を1サイクルで印加することを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0031】
図1は、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の構成の一例を説明するための図である。
【0032】
半導体記憶装置10は、複数の不揮発性メモリセルが行列状に配置されたメモリセルアレイ(不揮発性メモリ)20と制御回路120を含む。制御回路120は、センスアンプ30、コラムデコーダ40、アドレスバッファ50、ワードライン制御60、ワードデコーダー70、読み出しアンプ・書きこみバッファ80、データ入出力バッファ90、コマンド制御100を含み、書きこみ制御回路として機能する。
【0033】
コマンド制御100は外部(CPU等)からメモリ制御コマンドを受け、読み出しアンプ・書きこみバッファ80、ワードライン制御60に向け、制御信号を出力する。
【0034】
アドレスバッファ50は外部(CPU等)から受信したアクセスアドレスが格納される。
【0035】
コラムデコーダー40は、前記アクセスアドレスによりアクセス対象メモリセルが接続されたビットラインを特定する。
【0036】
ワードデコーダー70は、前記アクセスアドレスによりアクセス対象メモリセルが接続されたワードラインを特定する。
【0037】
データ入出力バッファ90は、書きこみ要求時には外部(CPU等)から書きこみデータを受けて保持し、読みだし要求時はメモリセルアレイ20から読み出したデータを保持し外部に出力する。
【0038】
読み出しアンプ・書きこみバッファ80は、コマンド制御100から入力コマンドを受け、書きこみ要求時にはデータ入出力バッファ90から受けた書きこみデータが第1の値であるか第2の値であるかに基づき、書きこみ対象メモリセルが接続されたビットラインに印加する電圧をセンスアンプ30に指示する処理を行う。読み出し時にはセンスアンプ30から受けた信号に基づき読み出し値を第1の値か第2の値のいずれかに特定しデータ入出力バッファ90に向け出力する。
【0039】
センスアンプ30は増幅回路であり、読み出し要求時には読み出し対象メモリセルが接続されたビットラインをプリチャージし、当該メモリセルから検出した電流を増幅する処理を行う。また書きこみ要求時には、書きこみ対象メモリセルが接続された隣り合う2つビットラインに、読み出しアンプ・書きこみバッファ80により指示された電圧を印加する処理を行う。
【0040】
ワードライン制御60は、書きこみ要求時には書きこみ対象メモリセルが接続されたワードラインに0v→2Vcc→−Vccと変化する電圧を1サイクルで印加する処理を行う。ここでVccは電源電圧を意味する。また読み出し要求時には読み出し対象メモリセルが接続されたワードラインを活性化する処理を行う。
【0041】
図2(A)(B)は本実施の形態のメモリセルの構成について説明するための断面構造図である。
【0042】
図2(A)は、電荷蓄積層をフローティングゲートを用いて形成した場合のメモリセルをあらわしている。
【0043】
同図に示すように本実施の形態のメモリセルは、P型シリコン基盤250上にnチャネルMOSFETが形成されており、n型の第1の拡散領域230及びn型の第2の拡散領域240が、それぞれソース及びドレインとして形成されている。
【0044】
そして第2の絶縁膜228上にフローティングゲート226、第1の絶縁膜224、コントロールゲート222が設けられている。なお、第2の絶縁膜228、フローティングゲート226、第1の絶縁膜224、コントロールゲート222の部分をゲート領域220という。
【0045】
フローティングゲート226は電気的に浮遊した状態に在るポリシリコン等で構成されており、シリコン酸化膜(SiO2)である第1の絶縁膜224と第2の絶縁膜228で囲まれている。
【0046】
ここにおいて、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とはトンネル電流の発生する条件が異なっている。すなわちゲート領域220の電位差Vでは第1の絶縁膜224及び第2の絶縁膜228のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域220の電位差が2Vになると第1の絶縁膜224にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜228にはトンネル電流が流れない構成を有している。
【0047】
例えば第1の絶縁膜224の膜厚を第2の絶縁膜228より薄くすることにより上記条件を満たすよう構成することができる。
【0048】
またここでV、2VはVを1単位とした場合の電圧を意味しており、1単位の基準は任意に定めることが出来る。例えば電源電圧(Vcc)をVとしても良い。
【0049】
図2(B)は、電荷蓄積層をシリコン窒化膜(Si3N4)等のトラップ順位を用いた電荷蓄積層として形成した場合のメモリセルをあらわしている。第1の拡散領域230、第2の拡散領域240、ゲート領域220の構成は図2(A)の場合と同様である。
【0050】
本実施の形態のメモリセルの電荷蓄積層は、図2(A)に示すようにフローティングゲート226を用いても良いし、図2(B)に示すようにトラップ順位を用いた電荷蓄積層276を用いても良い。
【0051】
図3はメモリセルとビットライン及びワードラインとの接続関係について説明するための図である。
【0052】
同図に示すように1ワードラインに接続されたメモリセルTrmnはN個である。ここにおいてビットラインはBL1〜BLNのN本とダミーのビットラインBL0を有している。
【0053】
このように本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、1ワードラインで制御可能な記憶素子数Nよりも少なくとも1以上の多いビットラインを有していることを特徴とする。
【0054】
例えばメモリセルTrmnは、コントロールゲートが第m(1≦m≦M)のワードラインに、第1の拡散領域(ソース)、第2の拡散領域(ドレイン)がそれぞれ第n−1、第n(1≦n≦N)のビットラインに接続されている。
【0055】
図4は本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のデータ書きこみ制御方法について説明するためのフローチャート図である。
【0056】
本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、アクセスアドレスをアドレスバッファ(図1の50参照)に、アクセス要求コマンドをコマンド制御部100(図1の100参照)に受け、書きこみ要求である場合には書きこみデータをデータ入出力バッファ(図1の90参照)に受ける。
【0057】
本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置は、アクセス要求信号(アクセスアドレス、アクセスコマンド、データ)等を受信すると、それが書きこみ要求であるか否か判断する(ステップS10、S20)。
【0058】
書き込み要求である場合には、アクセスアドレスをコラムデコーダー、ワードレコーダーでデコードして、制御対象となるワードラインWLm、ビットラインBLnを特定する(ステップS20、S30)。
【0059】
書きこみ値が第1の値である場合にはビットラインBLn、BLn-1の両方に同じ電圧Vccを印加する(ステップS40、S50)。
【0060】
また書きこみ値が第2の値である場合にはビットラインBLn、BLn-1の両方に同じ電圧0を印加する(ステップS40、S60)。
【0061】
そしてワードラインに0v→2Vcc→−Vccと変化する電圧を1サイクルで印加する(ステップS70)。
【0062】
図5は、本実施の形態において書きこみ時に書きこみ対象メモリセルが接続されたワードラインに印加する電圧を示した図である。同図に示すようにワードラインに0v→2Vcc→−Vccと変化する電圧を1サイクル310で印加するのは、1サイクルで第1の値、第2の値の両方を同時に書きこみ可能にするためである。
【0063】
次にステップS50、S60、S70において、電荷蓄積層から電荷を抜き取ったり、電荷蓄積層に電荷を注入したりする様子について説明する。
【0064】
図6(A)(B)(C)は、電荷蓄積層に電子を注入する場合について説明するための図である。すなわちメモリセルに第1の値(0)を書きこむ場合である。
【0065】
図6(A)(B)(C)のメモリセル210は、図2(A)のメモリセル210と同じ構成を有しているものとする。第1の絶縁膜224にはゲート領域220に6ボルトの電位差が発生するとトンネル電流が流れるものとする。
【0066】
メモリセル210のコントロールゲート222はワードラインWLmに接続され、ソースである第1の拡散領域230(n+)はビットラインBLn-1に接続され、ドレインである第2の拡散領域240(n+)はビットラインBLnに接続されている。
【0067】
本実施の形態では電荷蓄積層に電子を注入する場合にソースとドレインに3V印加し、ゲートに1サイクルで6v→−3vと変化する電圧を印加する。
【0068】
図6(A)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに3v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに電圧をかける前(通常状態の0v)の状態を表している。
【0069】
同図に示すようにソース(S)とドレイン(D)に3v印加され、ゲート(G)は0vで、バルク(B)も0vである。このため、バルクとゲート領域220間に電位差はない。またソース(S)、ドレイン(D)とゲート領域220間の電位差は3vであるため、第1の絶縁膜224にトンネル電流は流れない。
【0070】
図6(B)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに3v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに6vを印加した状態を表している。
【0071】
同図に示すようにソース(S)とドレイン(D)に3v印加され、ゲート(G)は6vであるため、導通してチャネル410が形成される。ソース(S)とドレイン(D)が3vであるためチャネル410も3vとなり、ゲート領域220、ソース(S)、ドレイン(D)、チャネル410間の電位差は3vである。
【0072】
このためゲート領域に生じる電位差は3vであり、第1の絶縁膜224にトンネル電流は流れない。
【0073】
図6(C)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに3v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに−3vを印加した状態を表している。
【0074】
同図に示すようにソース(S)とドレイン(D)に3v印加され、ゲート(G)は−3vであるため導通しない。しかし420ではゲート領域220とソース(S)間の電位差が6vとなり、430ではゲート領域220とドレイン(D)の電位差が6vとなる。
【0075】
このため、ゲート領域220の420と430の部分は電位差が6vとなり、第1の絶縁膜224にフローティングゲート226からコンロロールゲート222へトンネル電流が流れる。これによりフローティングゲート226に電子が注入されることになる。このためフローティングゲートは−になり、この状態を第1の値(0)が書きこまれた状態であるとする。
【0076】
その後ゲートを0vにして通常状態にする。この一連の動作でフローティングゲートに電子を注入してメモリセルに第1の値(0)を書きこむことが出来る。
【0077】
図7(A)(B)(C)は、電荷蓄積層から電子を抜き取る場合について説明するための図である。すなわちメモリセルに第2の値(1)を書きこむ場合である。
【0078】
図7(A)(B)(C)のメモリセル210は、図2(A)のメモリセル210と同じ構成を有しているものとする。第1の絶縁膜224にはゲート領域220に6ボルトの電位差が発生するとトンネル電流が流れるものとする。
【0079】
メモリセル210のコントロールゲート222はワードラインWLmに接続され、ソースである第1の拡散領域230(n+)はビットラインBLn-1に接続され、ドレインである第2の拡散領域240(n+)はビットラインBLnに接続されている。
【0080】
本実施の形態では電荷蓄積層から電子を抜き取る場合にソースとドレインに0V印加し、ゲートに1サイクルで6v→−3vと変化する電圧を印加する。
【0081】
図7(A)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに0v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに電圧をかける前(通常状態の0v)の状態を表している。
【0082】
同図に示すようにソース(S)とドレイン(D)に0v印加され、ゲート(G)は0vで、バルク(B)も0vである。このため、バルク、ソース(S)、ドレイン(D)とゲート領域220間に電位差はないので、第1の絶縁膜224にトンネル電流は流れない。
【0083】
図7(B)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに0v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに6vを印加した状態を表している。
【0084】
同図に示すようにソース(S)とドレイン(D)に0v印加され、ゲート(G)は6vであるため、導通してチャネル410が形成される。ソース(S)とドレイン(D)が0vであるためチャネル410も0vとなり、ゲート領域220、ソース(S)、ドレイン(D)、チャネル410間の電位差は6vである。
【0085】
このためゲート領域に生じる電位差は6vであり、第1の絶縁膜224にコントロールゲート222からフローティングゲート226にトンネル電流が流れる。これによりフローティングゲート226から電子が抜き取られることになる。このためフローティングゲートは+になり、この状態を第2の値(1)が書きこまれた状態であるとする。
【0086】
図7(C)では、メモリセルTrmnのソース(S)とドレイン(D)が接続されたビットラインBLn-1、BLnに0v印加して、メモリセルTrmnのゲート(G)が接続されたワードラインに−3vを印加した状態を表している。
【0087】
同図に示すようにソース(S)、ドレイン(D)、バルク(B)ともに0vであるため、ゲート領域220に生じる電位差は3vとなり、第1の絶縁膜224にトンネル電流は流れない。
【0088】
その後ゲートを0vにして通常状態にする。この一連の動作でフローティングゲートから電子を抜き取り、メモリセルに第2の値(1)を書きこむことが出来る。
【0089】
次にメモリセルからデータを読みだす場合について説明する。
【0090】
読み出し対象メモリセルの第2の拡散領域(D)に接続されたビットラインBLnをプリチャージし、読み出し対象メモリセルが接続されたワードラインを選択してプラスの電圧を印加する。
【0091】
このときメモリセルに格納されているデータが第1の値(0)である場合にはフローティングゲートに電子が蓄積されてマイナス状態であるためしきい値電圧が上がりコントロールゲートに印加するプラス電圧が打ち消されONしない。このためビット線に電流が流れないので、センスアンプにより電流が検出できない場合には、第1の値(0)が格納されていると判断する。
【0092】
またメモリセルに格納されているデータが第2の値(1)である場合にはフローティングゲートに電子が蓄積されていないので中性であり、しきい値電圧は変化しない。従ってコントロールゲートに印加するプラス電圧によりONしてビット線に電流が流れる。このためセンスアンプにより電流が検出された場合には、第2の値(1)が格納されていると判断する。
【0093】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0094】
本実施の形態では、コントロールゲートとフローティングゲートに挟まれた第1の絶縁膜にトンネル電流が流れる場合を例にとり説明したがこれに限られない。例えば第2の絶縁膜にトンネル電流が流れるような構成を有する場合でもよい。
【0095】
また本実施の形態では1サイクルで2種類の電圧を印加する場合を例にとり説明したがこれに限られない。例えば1つのメモリセルに値を書きこむ場合には、その書きこみ値に応じた1種類の電圧を印加するようにしてもよい。
【0096】
また本実施の形態では図1のような構成を有する不揮発性半導体記憶装置を例にとり説明したがこれに限られない。例えば図1のような構成の不揮発性半導体記憶装置を複数個有するような構成でもよい。このようにすると複数個の不揮発性半導体記憶装置に、1サイクルで異なる値を書きこむことが出来る。
【0097】
また本実施の形態ではnチャネル型MOSトランジスタを用いてメモリセルを構成した場合を例にとり説明したがこれに限られない。
【0098】
また本実施の形態ではゲート領域220の電位差Vでは第1の絶縁膜224及び第2の絶縁膜228のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域220の電位差が2Vになると第1の絶縁膜224にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜228にはトンネル電流が流れない構成を有している場合を例にとり説明したがこれに限られない。ゲート領域220の電位差V1では第1の絶縁膜224及び第2の絶縁膜228のいずれにもトンネル電流が流れず、当該ゲート領域220の電位差がV2(V1<V2)になると第1の絶縁膜224にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜228にはトンネル電流が流れない構成を有している任意の場合に適用できる。
【0099】
また本実施の形態では、電源電圧Vccを1単位として、ビットラインに0またはVccを印加し、ワードラインに0v→Vcc→2Vccと変化する電圧を印加する場合を例にとり説明したがこれに限られない。
【0100】
基準となる電圧や、ビットライン、ワードに印加する電圧は、第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜にトンネル電流の発生する条件によって定められる所与の値をとることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の構成の一例を説明するための図である。
【図2】図2(A)(B)は本実施の形態のメモリセルの構成について説明するための断面構造図である。
【図3】メモリセルとビットライン及びワードラインとの接続関係について説明するための図である。
【図4】本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置のデータ書きこみ制御方法について説明するためのフローチャート図である。
【図5】本実施の形態において書きこみ時に書きこみ対象メモリセルが接続されたワードラインに印加する電圧を示した図である。
【図6】図6(A)(B)(C)は、電荷蓄積層に電子を注入する場合について説明するための図である。
【図7】図7(A)(B)(C)は、電荷蓄積層から電子を抜き取る場合について説明するための図である。
【符号の説明】
10 半導体記憶装置
20 メモリセルアレイ
30 センスアンプ
40 コラムデコーダ
50 アドレスバッファ
60 ワードライン制御
70 ワードデコーダー
80 読み出しアンプ・書きこみバッファ
90 データ入出力バッファ
120 制御回路
210 メモリセル
220 ゲート領域
222 コントロールゲート
224 第1の絶縁膜
226 フローティングゲート
228 第2の絶縁膜
230 第1の拡散領域
240 第2の拡散領域
250 p型シリコン基盤
260 メモリセル
270 ゲート領域
272 コントロールゲート
274 第1の絶縁膜
276 フローティングゲート
278 第2の絶縁膜
280 第1の拡散領域
290 第2の拡散領域
300 p型シリコン基盤
410 チャネル
440 トンネル電流[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device and a writing control method thereof, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically rewritten without erasing data and a writing control method thereof.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
In a conventional flash EEPROM or the like, data is written by injecting hot electrons generated when a current is passed from the drain to the source of the memory transistor into the floating gate. Data is erased by extracting electrons stored in the floating gate from the drain of the memory transistor using the tunnel phenomenon.
[0003]
Therefore, when data is changed, it is necessary to erase the data once and then write it, so that it takes time to write the data and the procedure is complicated.
[0004]
Further, since it was necessary to apply a high voltage to the drain during erasing and writing, it was difficult to make the memory cells finer or finer.
[0005]
The present invention has been made in view of the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device such as a RAM that can be written with ease of use without requiring an erasing operation, and the same. It is to provide a writing control method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes a control gate and a gate region including a charge storage layer sandwiched between a first insulating film and a second insulating film having different conditions for generating a tunnel current, a first diffusion region, A second diffusion region, the control gate is on the m-th (1 ≦ m ≦ M) word line, the first diffusion region and the second diffusion region are n−1 and n (1 ≦ n), respectively. ≦ N) When a memory cell array having a plurality of memory cells connected to a bit line and writing a first value into the memory cell, a tunnel current flows out from the charge storage layer through the first insulating film. When the voltage VB1 having the same value is applied to the (n-1) th and nth bit lines, the voltage VW1 is applied to the mth word line, and the second value is written to the memory cell, To the charge storage layer through the first insulating film A write control circuit that controls to apply the same voltage VB2 to the (n-1) th and nth bit lines and the voltage VW2 to the mth word line so that a channel current flows. It is characterized by that.
[0007]
Here, the first insulating film and the second insulating film may have different conditions relating to a potential difference in which a tunnel current is generated due to, for example, the same composition and different film thicknesses. It may be the case where the conditions for generating are different.
[0008]
The first insulating film may be an insulating film between the control gate and the charge storage layer, or may be a film between the base and the charge storage layer.
[0009]
The charge storage layer may be formed as a floating gate, for example, or may be formed as a charge storage layer using an electron trap order.
[0010]
When the first value is written into the memory cell, the electric field and potential difference are such that electrons are injected into the control gate through the first insulating film by VB1 and VW1 (current flows out from the control gate). A voltage is applied so as to generate
[0011]
When the second value is written in the memory cell, the electric field and the potential difference are set in such a direction that electrons are extracted from the control gate by VB2 and VW2 through the first insulating film (current flows into the control gate). Apply voltage to generate.
[0012]
As described above, according to the present invention, a tunnel current is generated only in the first insulating film, the direction of movement of electrons is changed by changing the direction of the electric field, and electrons are injected into the charge storage layer, or charged and accumulated. The charge can be extracted from the layer.
[0013]
Therefore, direct writing can be performed without erasing, and a nonvolatile memory can be used as a RAM.
[0014]
In the present invention, the bit line having at least one more than the number N of memory cells that can be controlled by one word line is obtained by connecting the first diffusion region and the second diffusion region of each memory cell to adjacent bit lines. A simple configuration of providing As described above, according to the present invention, it is possible to realize use as a RAM of a nonvolatile memory with a small number of wirings.
[0015]
Further, by applying a voltage to the word line and the bit line by the control method of the present invention, the charge storage layer sandwiched between the first insulating film and the second insulating film having different conditions for generating the tunnel current is used. Use as a RAM of a nonvolatile memory can be realized with a simple configuration.
[0016]
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, when the potential difference generated in the gate region is V1, tunnel current does not flow through either the first insulating film or the second insulating film, and the potential difference generated in the gate region is V2 (V1 < V2), the tunnel current flows only through the first insulating film and the tunnel current does not flow through the second insulating film, and the write control circuit writes data to the memory cell. When performing, the potential difference generated in the gate region becomes V2, and the direction of the electric field generated in the first insulating film is reversed between the case where the first value is written and the case where the second value is written. When the voltages applied to the (n-1) th and nth bit lines and the mth word line are controlled and the memory cell is not written, the potential difference generated in the gate region becomes V1. N-1 and nth bi Trine, and controlling the voltage applied to the word line of the m.
[0017]
According to the present invention, the voltage corresponding to the condition generated in the tunnel current of the first insulating film and the second insulating film in the control circuit is set to the n−1th, nth bit line, and mth word line. Therefore, even if the conditions generated in the tunnel currents of the first insulating film and the second insulating film are different, it is possible to cope with this by simply changing the control contents.
[0018]
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the write control circuit applies a voltage to the n−1th, nth bit line, and mth word line within a range in which no tunnel current is generated in the second insulating film. It controls to apply.
[0019]
According to the present invention, the control circuit applies a voltage according to the content of the condition generated in the tunnel current of the second insulating film to the n−1th, nth bit line, and mth word line. Since the control is performed, even if the conditions generated in the tunnel current of the second insulating film are different, it is possible to cope with it by changing the control contents.
[0020]
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, when the potential difference generated in the gate region is V, tunnel current does not flow in either the first insulating film or the second insulating film, and the potential difference generated in the gate region is 2V. In this case, the tunnel current flows only in the first insulating film and the tunnel current does not flow in the second insulating film, and the write control circuit writes the first value in the memory cell. In this case, when 0 is applied to the (n−1) -th and n-th bit lines and 2V is applied to the m-th word line, the second value is written into the memory cell. It is configured to apply V to the (n−1) th and nth bit lines and to apply −V to the mth word line.
[0021]
−V and 2V mean voltages when V is one unit, and the standard of one unit can be arbitrarily determined. For example, the power supply voltage may be one unit.
[0022]
According to the present invention, the voltage applied to the first diffusion region and the second diffusion region may be one half or zero of the voltage applied to the control gate. As described above, since it is not necessary to apply a high voltage to the first diffusion region and the second diffusion region, the memory cell can be miniaturized.
[0023]
The write control circuit of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention applies at least two voltages of −V and 2V to the mth word line in one cycle at the time of writing. .
[0024]
As a result, even when two or more different types of values are written simultaneously, it can be written in one cycle.
[0025]
According to the present invention, a gate region including a charge storage layer sandwiched between a control gate and a first insulating film and a second insulating film having different conditions for generating a tunnel current, a first diffusion region, and a second diffusion region are provided. And the control gate is the mth (1 ≦ m ≦ M) word line, the first diffusion region and the second diffusion region are the (n−1) th and nth (1 ≦ n ≦ N) bit lines, respectively. A write control method for a non-volatile semiconductor memory device including a memory cell array having a plurality of memory cells connected to the memory cell, wherein a first value is written from the charge storage layer when the first value is written to the memory cell. A voltage VB1 having the same value is applied to the (n-1) th and nth bit lines and a voltage VW1 is applied to the mth word line so that a tunnel current flows out through the film, and a second voltage is applied to the memory cell. When writing a value, the first Control is performed so that a voltage VB2 of the same value is applied to the (n−1) th and nth bit lines and a voltage VW2 is applied to the mth word line so that a tunnel current flows into the charge storage layer through the edge film. It is characterized by doing.
[0026]
According to the write control method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, when the potential difference generated in the gate region is V1, no tunnel current flows in either the first insulating film or the second insulating film, and the potential difference generated in the gate region. Is V2 (V1 <V2), the tunnel current flows only in the first insulating film and the tunnel current does not flow in the second insulating film. When performing, the potential difference generated in the gate region becomes V2, and the direction of the electric field generated in the first insulating film is reversed between the case where the first value is written and the case where the second value is written. When the voltages applied to the (n-1) th and nth bit lines and the mth word line are controlled and the memory cell is not written, the potential difference generated in the gate region becomes V1. N-1 and nth bi Trine, and controlling the voltage applied to the word line of the m.
[0027]
According to the write control method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, a voltage is applied to the n−1th, nth bit lines, and the mth word line within a range in which no tunnel current is generated in the second insulating film. It controls to do.
[0028]
According to the write control method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, when the potential difference generated in the gate region is V, a tunnel current does not flow in either the first insulating film or the second insulating film, and the gate region is generated in the gate region. When the potential difference is 2 V, a tunnel current flows only in the first insulating film and a tunnel current does not flow in the second insulating film, and the first value is written in the memory cell. In this case, when 0 is applied to the (n−1) -th and n-th bit lines and 2V is applied to the m-th word line, the second value is written into the memory cell. It is configured to apply V to the (n−1) th and nth bit lines and to apply −V to the mth word line.
[0029]
The write control method for a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is characterized in that at the time of writing, at least two voltages of −V and 2V are applied to the mth word line in one cycle.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment.
[0032]
The semiconductor memory device 10 includes a memory cell array (nonvolatile memory) 20 in which a plurality of nonvolatile memory cells are arranged in a matrix and a
[0033]
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The data input /
[0038]
The read amplifier /
[0039]
The
[0040]
When a write request is made, the
[0041]
2A and 2B are cross-sectional structure diagrams for describing the structure of the memory cell of this embodiment.
[0042]
FIG. 2A shows a memory cell in the case where the charge storage layer is formed using a floating gate.
[0043]
As shown in the figure, in the memory cell of this embodiment, an n-channel MOSFET is formed on a P-
[0044]
A floating
[0045]
The floating
[0046]
Here, the conditions for generating a tunnel current are different between the first insulating film and the second insulating film. That is, in the potential difference V of the
[0047]
For example, the first insulating
[0048]
Here, V and 2V mean voltages when V is one unit, and the standard of one unit can be arbitrarily determined. For example, the power supply voltage (V cc ) May be V.
[0049]
In FIG. 2B, the charge storage layer is formed of a silicon nitride film (Si Three N Four A memory cell when formed as a charge storage layer using a trap order such as) is shown. The structure of the
[0050]
The charge storage layer of the memory cell of this embodiment mode is as shown in FIG. Ni A
[0051]
FIG. 3 is a diagram for explaining a connection relationship between a memory cell, a bit line, and a word line.
[0052]
As shown in the figure, memory cells Tr connected to one word line mn Is N. Here the bit line is BL 1 ~ BL N N dummy bit lines BL 0 have.
[0053]
As described above, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present embodiment is characterized by having at least one more bit line than the number N of memory elements that can be controlled by one word line.
[0054]
For example, the memory cell Tr mn The control gate is connected to the mth (1 ≦ m ≦ M) word line, the first diffusion region (source) and the second diffusion region (drain) are n−1th and nth (1 ≦ n ≦ M), respectively. N) bit line.
[0055]
FIG. 4 is a flowchart for explaining the data write control method of the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment.
[0056]
The nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment receives an access address in the address buffer (see 50 in FIG. 1) and an access request command in the command control unit 100 (see 100 in FIG. 1), and is a write request. The write data is received by the data input / output buffer (see 90 in FIG. 1).
[0057]
When the nonvolatile semiconductor memory device of this embodiment receives an access request signal (access address, access command, data) or the like, it determines whether or not it is a write request (steps S10 and S20).
[0058]
If it is a write request, the access address is decoded by a column decoder or word recorder, and the word line WL to be controlled is decoded. m , Bit line BL n Is specified (steps S20 and S30).
[0059]
If the write value is the first value, the bit line BL n , BL n-1 Same voltage V for both cc Is applied (steps S40 and S50).
[0060]
If the write value is the second value, the bit line BL n , BL n-1 The same voltage 0 is applied to both of them (steps S40 and S60).
[0061]
And 0v → 2 V cc → − V cc A voltage that changes is applied in one cycle (step S70).
[0062]
FIG. 5 is a diagram showing a voltage applied to a word line to which a write target memory cell is connected during writing in the present embodiment. As shown in the figure, 0v → 2 V cc → − V cc The reason why the changing voltage is applied in one cycle 310 is to enable simultaneous writing of both the first value and the second value in one cycle.
[0063]
Next, how the charge is extracted from the charge storage layer or injected into the charge storage layer in steps S50, S60, and S70 will be described.
[0064]
6A, 6B, and 6C are diagrams for explaining the case where electrons are injected into the charge storage layer. That is, the first value (0) is written in the memory cell.
[0065]
The memory cell 210 in FIGS. 6A, 6B, and 6C has the same structure as the memory cell 210 in FIG. It is assumed that a tunnel current flows in the first insulating
[0066]
The
[0067]
In this embodiment, when electrons are injected into the charge storage layer, 3 V is applied to the source and drain, and a voltage that changes from 6 v to −3 v in one cycle is applied to the gate.
[0068]
In FIG. 6A, the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 ,
[0069]
As shown in the figure, 3v is applied to the source (S) and the drain (D), the gate (G) is 0v, and the bulk (B) is also 0v. For this reason, there is no potential difference between the bulk and the
[0070]
In FIG. 6B, the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 ,
[0071]
As shown in the figure, 3v is applied to the source (S) and drain (D), and the gate (G) is 6v. Since the source (S) and the drain (D) are 3v, the channel 410 is also 3v, and the potential difference among the
[0072]
Therefore, the potential difference generated in the gate region is 3 v, and no tunnel current flows through the first insulating
[0073]
In FIG. 6C, the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 ,
[0074]
As shown in the figure, 3v is applied to the source (S) and drain (D), and the gate (G) is -3v, so it is not conductive. However, in 420, the potential difference between the
[0075]
Therefore, the potential difference between the
[0076]
After that, the gate is set to 0v to return to the normal state. With this series of operations, the first value (0) can be written into the memory cell by injecting electrons into the floating gate.
[0077]
7A, 7B, and 7C are diagrams for explaining the case where electrons are extracted from the charge storage layer. That is, the second value (1) is written in the memory cell.
[0078]
The memory cell 210 in FIGS. 7A, 7B, and 7C has the same structure as the memory cell 210 in FIG. It is assumed that a tunnel current flows in the first insulating
[0079]
The
[0080]
In this embodiment, when electrons are extracted from the charge storage layer, 0 V is applied to the source and drain, and a voltage that changes from 6 v to −3 v in one cycle is applied to the gate.
[0081]
Figure 7 In (A), the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 , BL n 0v is applied to the memory cell Tr mn This represents a state before a voltage is applied to the word line to which the gate (G) is connected (0 v in the normal state).
[0082]
As shown in the figure, 0 v is applied to the source (S) and drain (D), the gate (G) is 0 v, and the bulk (B) is also 0 v. Therefore, there is no potential difference between the bulk, source (S), drain (D), and
[0083]
In FIG. 7B, the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 , BL n 0v is applied to the
[0084]
As shown in the figure, 0 v is applied to the source (S) and the drain (D), and the gate (G) is 6 v, so that the channel 410 is formed by conduction. Since the source (S) and the drain (D) are 0v, the channel 410 is also 0v, and the potential difference among the
[0085]
Therefore, the potential difference generated in the gate region is 6 v, and a tunnel current flows from the
[0086]
In FIG. 7C, the memory cell Tr mn Bit line BL to which the source (S) and drain (D) are connected n-1 , BL n 0v is applied to the memory cell Tr mn -3v is applied to the word line to which the gate (G) is connected.
[0087]
As shown in the figure, since the source (S), drain (D), and bulk (B) are 0 v, the potential difference generated in the
[0088]
After that, the gate is set to 0v to return to the normal state. With this series of operations, electrons can be extracted from the floating gate and the second value (1) can be written into the memory cell.
[0089]
Next, a case where data is read from the memory cell will be described.
[0090]
Bit line BL connected to the second diffusion region (D) of the memory cell to be read n Is precharged, the word line connected to the memory cell to be read is selected, and a positive voltage is applied.
[0091]
At this time, if the data stored in the memory cell is the first value (0), electrons are accumulated in the floating gate and are in a negative state, so the threshold voltage rises and the positive voltage applied to the control gate is Canceled and not turned ON. For this reason, since no current flows through the bit line, if the current cannot be detected by the sense amplifier, it is determined that the first value (0) is stored.
[0092]
Further, when the data stored in the memory cell is the second value (1), since the electrons are not accumulated in the floating gate, it is neutral and the threshold voltage does not change. Therefore, it is turned on by a positive voltage applied to the control gate and current flows through the bit line. Therefore, when the current is detected by the sense amplifier, it is determined that the second value (1) is stored.
[0093]
In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
[0094]
In this embodiment, the case where a tunnel current flows through the first insulating film sandwiched between the control gate and the floating gate has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the second insulating film may have a configuration in which a tunnel current flows.
[0095]
In this embodiment, the case where two types of voltages are applied in one cycle has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, when a value is written in one memory cell, one type of voltage corresponding to the written value may be applied.
[0096]
In this embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device having the configuration shown in FIG. 1 is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, a configuration having a plurality of nonvolatile semiconductor memory devices configured as shown in FIG. In this way, different values can be written in a plurality of nonvolatile semiconductor memory devices in one cycle.
[0097]
In this embodiment, the case where a memory cell is configured using an n-channel MOS transistor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this.
[0098]
In this embodiment mode, no tunnel current flows through either the first insulating
[0099]
In the present embodiment, the power supply voltage V cc 0 or Vcc is applied to the bit line, and 0v → V is applied to the word line. cc → 2V cc However, the present invention is not limited to this example.
[0100]
The reference voltage and the voltage applied to the bit line and the word can take a given value determined by the conditions under which a tunnel current is generated in the first insulating film and the second insulating film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional structure diagrams for explaining a structure of a memory cell of this embodiment mode;
FIG. 3 is a diagram for explaining a connection relationship between a memory cell and a bit line and a word line;
FIG. 4 is a flowchart for explaining a data write control method of the nonvolatile semiconductor memory device according to the embodiment;
FIG. 5 is a diagram showing a voltage applied to a word line to which a write target memory cell is connected at the time of writing in the present embodiment.
6A, 6B, and 6C are diagrams for explaining a case where electrons are injected into a charge storage layer.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are diagrams for explaining a case where electrons are extracted from a charge storage layer. FIGS.
[Explanation of symbols]
10 Semiconductor memory device
20 Memory cell array
30 sense amplifiers
40 column decoder
50 address buffer
60 Word line control
70 word decoder
80 Read amplifier / write buffer
90 Data input / output buffer
120 control circuit
210 memory cells
220 Gate area
222 Control gate
224 First insulating film
226 floating gate
228 Second insulating film
230 First diffusion region
240 Second diffusion region
250 p-type silicon substrate
260 memory cells
270 gate region
272 Control gate
274 First insulating film
276 floating gate
278 Second insulating film
280 First diffusion region
290 Second diffusion region
300 p-type silicon substrate
410 channels
440 Tunnel current
Claims (10)
前記メモリセルに、0又は1のいずれかの論理値である第1の値を書きこむ場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域が電荷蓄積層から第1の絶縁膜を介してトンネル電流を流出させる方向に前記所定の電位差を有するように、前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加し、
前記メモリセルに、前記第1の値と異なる0又は1のいずれかの論理値である第2の値を書きこむ場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域が第1の絶縁膜を介して電荷蓄積層にトンネル電流を流入させる方向に前記所定の電位差を有するように、前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御する書きこみ制御回路と、
を含むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。A control gate and a gate region including a charge storage layer sandwiched between a first insulating film and a second insulating film having different conditions for generating a tunnel current, a first diffusion region, and a second diffusion region; When the gate, the first diffusion region, and the second diffusion region have a predetermined potential difference, the first insulating film has a plurality of memory cells through which a tunnel current flows, and the control gate has an mth (m is 1 ≦ m The first diffusion region and the second diffusion region of the memory cell connected to the word line of ≦ M odd number are the n−1th and nth (n is an odd number of 1 ≦ n ≦ N) bit line, respectively. And the control gate is connected to the mth (m is an even number of 1 ≦ m ≦ M) word line, the first diffusion region and the second diffusion region of the memory cell are respectively the (n-1) th and (n-1) th. n (where n is an even number of 1 ≦ n ≦ N) To the first diffusion region and the second diffusion region of each memory cell, the first diffusion region or the second diffusion region of all other memory cells whose control gates are connected to the same word line. A memory cell array configured to be connected to a bit line different from any of the bit lines connected to the diffusion region of
In the case where a first value that is a logical value of 0 or 1 is written in the memory cell, the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region are separated from the charge storage layer by the first insulation. A voltage is applied to the n−1th and nth bit lines and the mth word line so as to have the predetermined potential difference in the direction of flowing a tunnel current through the film;
When writing a second value that is a logical value of 0 or 1 different from the first value to the memory cell, the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region are the first one. A voltage is applied to the (n−1) th and nth bit lines and the mth word line so as to have the predetermined potential difference in a direction in which a tunnel current flows into the charge storage layer through one insulating film. A writing control circuit for controlling
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記メモリセルは、
コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有しており、
前記書きこみ制御回路は、
前記メモリセルに書きこみを行う場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2になり、前記第1の値を書きこむ場合と前記第2の値を書きこむ場合とで第1の絶縁膜に生じる電界の向きが逆になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御し、
前記メモリセルに書きこみを行わない場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。In claim 1,
The memory cell is
When the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V1, tunnel current does not flow through either the first insulating film or the second insulating film, and the control gate, the first diffusion region, When the potential difference of the second diffusion region is V2 (V1 <V2), the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film,
The write control circuit is
When writing to the memory cell, the potential difference between the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region is V2, and when writing the first value and writing the second value. Controlling the voltage applied to the n−1th and nth bit lines and the mth word line so that the direction of the electric field generated in the first insulating film is reversed in
When writing to the memory cell is not performed, the n−1th and nth bit lines and the mth bit line are set so that the potential difference between the control gate and the first and second diffusion regions is V1. A nonvolatile semiconductor memory device, wherein a voltage applied to a word line is controlled.
前記メモリセルは、
コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有しており、
前記書きこみ制御回路は、
コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2以下となるように、第2の絶縁膜にはトンネル電流が発生しない範囲で前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。In any one of Claims 1 thru | or 2.
The memory cell is
When the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V1, tunnel current does not flow through either the first insulating film or the second insulating film, and the control gate, the first diffusion region, When the potential difference of the second diffusion region is V2 (V1 <V2), the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film,
The write control circuit is
In order that the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V2 or less, the n−1th, nth bit lines, A non-volatile semiconductor memory device that controls to apply a voltage to an m-th word line.
前記メモリセルは、
前記コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がVでは第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差が2Vである場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有しており、
前記書きこみ制御回路は、
メモリセルに前記第1の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインに0を印加するとともに前記第mのワードラインに2Vを印加して、
メモリセルに前記第2の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインにVを印加するとともに前記第mのワードラインに−Vを印加するよう構成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。In any one of Claims 1 thru | or 3,
The memory cell is
When the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V, tunnel current does not flow in either the first insulating film or the second insulating film, and the control gate and the first diffusion region When the potential difference between the second diffusion region and the second diffusion region is 2 V, the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film.
The write control circuit is
When writing the first value to the memory cell, 0 is applied to the n−1th and nth bit lines and 2V is applied to the mth word line,
When the second value is written in the memory cell, V is applied to the n−1th and nth bit lines and −V is applied to the mth word line. A non-volatile semiconductor memory device.
前記書きこみ制御回路は、
前記第n−1、第nのビットラインに0又はVを印加した状態を保持する1サイクルの書きこみ時に、前記第mのワードラインに対して少なくとも−Vと2Vの2種類の電圧を印加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。In claim 4,
The write control circuit is
At least two voltages of -V and 2V are applied to the m-th word line at the time of writing in one cycle in which 0 or V is applied to the n-1 and n-th bit lines. A non-volatile semiconductor memory device.
前記メモリセルに、0又は1のいずれかの論理値である第1の値を書きこむ場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域が電荷蓄積層から第1の絶縁膜を介してトンネル電流を流出させる方向に前記所定の電位差を有するように、前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加し、
前記メモリセルに、前記第1の値と異なる0又は1のいずれかの論理値である第2の値を書きこむ場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域が第1の絶縁膜を介して電荷蓄積層にトンネル電流を流入させる方向に前記所定の電位差を有するように、前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法。A control gate and a gate region including a charge storage layer sandwiched between a first insulating film and a second insulating film having different conditions for generating a tunnel current, a first diffusion region, and a second diffusion region; When the gate, the first diffusion region, and the second diffusion region have a predetermined potential difference, the first insulating film has a plurality of memory cells through which a tunnel current flows, and the control gate has an mth (m is 1 ≦ m The first diffusion region and the second diffusion region of the memory cell connected to the word line of ≦ M odd number are the n−1th and nth (n is an odd number of 1 ≦ n ≦ N) bit line, respectively. And the control gate is connected to the mth (m is an even number of 1 ≦ m ≦ M) word line, the first diffusion region and the second diffusion region of the memory cell are respectively the (n-1) th and (n-1) th. n (where n is an even number of 1 ≦ n ≦ N) To the first diffusion region and the second diffusion region of each memory cell, the first diffusion region or the second diffusion region of all other memory cells whose control gates are connected to the same word line. A write control method for a nonvolatile semiconductor memory device including a memory cell array configured to be connected to a bit line different from any of the bit lines connected to the diffusion region of
In the case where a first value that is a logical value of 0 or 1 is written in the memory cell, the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region are separated from the charge storage layer by the first insulation. A voltage is applied to the n−1th and nth bit lines and the mth word line so as to have the predetermined potential difference in the direction of flowing a tunnel current through the film;
When writing a second value that is a logical value of 0 or 1 different from the first value to the memory cell, the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region are the first one. A voltage is applied to the (n−1) th and nth bit lines and the mth word line so as to have the predetermined potential difference in a direction in which a tunnel current flows into the charge storage layer through one insulating film. A write control method for a nonvolatile semiconductor memory device, characterized by:
前記メモリセルが、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有している場合に、
前記メモリセルに書きこみを行う場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2になり、前記第1の値を書きこむ場合と前記第2の値を書きこむ場合とで第1の絶縁膜に生じる電界の向きが逆になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御し、
前記メモリセルに書きこみを行わない場合には、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1になるように前記第n−1及び第nのビットライン、第mのワードラインに印加する電圧を制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法。In claim 6,
In the memory cell, when the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V1, no tunnel current flows through either the first insulating film or the second insulating film, When the potential difference between the first diffusion region and the second diffusion region is V2 (V1 <V2), the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film. If you are
When writing to the memory cell, the potential difference between the control gate, the first diffusion region, and the second diffusion region is V2, and when writing the first value and writing the second value. Controlling the voltage applied to the n−1th and nth bit lines and the mth word line so that the direction of the electric field generated in the first insulating film is reversed in
When writing to the memory cell is not performed, the n−1th and nth bit lines and the mth bit line are set so that the potential difference between the control gate and the first and second diffusion regions is V1. A write control method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein a voltage applied to a word line is controlled.
前記メモリセルが、コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV1では第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2(V1<V2)である場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有している場合に、
コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がV2以下となるように、第2の絶縁膜にはトンネル電流が発生しない範囲で前記第n−1、第nのビットライン、第mのワードラインに電圧を印加するように制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法。In any of claims 6 to 7,
In the memory cell, when the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V1, no tunnel current flows through either the first insulating film or the second insulating film, When the potential difference between the first diffusion region and the second diffusion region is V2 (V1 <V2), the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film. If you are
In order that the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V2 or less, the n−1th, nth bit lines, A write control method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein control is performed so that a voltage is applied to an m-th word line.
前記メモリセルが、前記コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差がVでは第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜のいずれにもトンネル電流が流れず、当該コントロールゲートと第1の拡散領域及び第2の拡散領域の電位差が2Vである場合には第1の絶縁膜にのみトンネル電流が流れ第2の絶縁膜にはトンネル電流が流れない構成を有している場合に
メモリセルに前記第1の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインに0を印加するとともに前記第mのワードラインに2Vを印加して、
メモリセルに前記第2の値を書きこむ場合には、前記第n−1、第nのビットラインにVを印加するとともに前記第mのワードラインに−Vを印加するよう構成されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法。In any of claims 6 to 8,
In the memory cell, when the potential difference between the control gate and the first diffusion region and the second diffusion region is V, no tunnel current flows in either the first insulating film or the second insulating film, and the control gate When the potential difference between the first diffusion region and the second diffusion region is 2V, the tunnel current flows only in the first insulating film, and the tunnel current does not flow in the second insulating film. When the first value is written in the memory cell, 0 is applied to the n−1th and nth bit lines and 2V is applied to the mth word line,
When the second value is written in the memory cell, V is applied to the n−1th and nth bit lines and −V is applied to the mth word line. A write control method for a nonvolatile semiconductor memory device.
前記第n−1、第nのビットラインに0又はVを印加した状態を保持する1サイクルの書きこみ時に、前記第mのワードラインに対して少なくとも−Vと2Vの2種類の電圧を印加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の書きこみ制御方法。In claim 9,
At least two voltages of -V and 2V are applied to the m-th word line at the time of writing in one cycle in which 0 or V is applied to the n-1 and n-th bit lines. A writing control method for a nonvolatile semiconductor memory device.
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