JP4068194B2 - MOS transistor and method for controlling potential of MOS transistor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,MOSトランジスタおよびMOSトランジスタの電位制御方法にかかり,特に複数の不純物拡散領域を有するMOSトランジスタおよびその不純物拡散領域の電位制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年,半導体装置,例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリにおける電源電圧は,5V単一から3V単一へ,さらに3V以下へと低電圧化が図られている。このような電源電圧の低電圧化に伴い,フラッシュメモリへのデータ書き込みやデータ消去は,FNトンネル電流(Fowlor−Nordheim Tunneling Current)を利用した方法が有望になってきている。
【0003】
このFNトンネル電流によれば,データ書き込み時やデータ消去時の消費電流を極めて小さくできるために,データ書き込み/消去に必要な高電圧をチップ内部で発生させることが可能となる。
【0004】
ところで,メモリセルを構成するトランジスタにおいて,データの書き込み/消去の際に高電圧が印加されるソース−ドレイン間の電気的負担を緩和する目的などから,最近は2重ウェル構造が採用されたフラッシュメモリが主流となっている。
【0005】
ここで,2重ウェル構造を有する従来のフラッシュメモリ101の概略構成を図5に示す。このフラッシュメモリ101は,P型基板103の内側にN型の不純物を拡散させたNウェル105が形成され,さらに,そのNウェル105の内側にP型の不純物を拡散させたPウェル107が形成されている。そして,Pウェル107,その内側に形成された2つのN+領域109,111,コントロールゲート113,およびフローティングゲート115によってメモリセル117が構成されている。なお,P型基板103は,接地電位Vssに接続され,Nウェル105は,電源電位Vccに接続されている。
【0006】
そして,例えば,メモリセル117のデータを消去するためには,図5に示すようにコントロールゲート113を所定のゲート電位VGに制御するとともに,Pウェル107,N+領域109,111を所定のサブストレート電位−VSに制御する必要がある。一般的に,フラッシュメモリなどの不揮発性メモリにおいてデータの書き込み/消去を行う場合,ゲート電位VGおよびサブストレート電位−VSとしては,±6Vから±20V程度が必要とされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,上述のような電源の低電圧化に伴い,メモリセルのデータの書き込み/消去に必要な高電圧を発生するための電圧発生回路のブースト効率が低下し,所定の電圧を短時間で発生させることが困難となっている。
【0008】
さらに,図5に示すような2重ウェル構造を有するフラッシュメモリ101の場合,Nウェル105とPウェル107との接合部には容量成分が自然的に発生する。特に,最近の大容量の不揮発性メモリにおけるその容量成分の静電容量は,数十μFに達する場合もある。そして,Pウェル107および2つのN+領域109,111が所定のサブストレート電位−VSに到達するまでの所要時間の大半は,この容量成分の充電のために費やされていた。
【0009】
すなわち,フラッシュメモリ101のように2重ウェル構造を有する不揮発性メモリにおいて,電源の低電圧化に伴うブースト効率の低下,およびNウェル105とPウェル107の接合部に発生する容量成分は,データ書き込み/消去を高速化する際の障害となっていた。
【0010】
本発明は,上記のような課題に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,一の不純物拡散領域と他の不純物拡散領域の接合部に例えば数十μFの静電容量を有する容量成分が発生し,かつ,電源が例えば3V程度の低電圧である場合でも,一の不純物拡散領域の電位を短時間で所望の値に制御することが可能な,新規かつ改良されたMOSトランジスタおよびMOSトランジスタの電位制御方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために,請求項1によれば,半導体基板の内側にN型の不純物を拡散させて形成されたNウェルと,Nウェル内側にP型の不純物を拡散させて形成されたPウェルと,からなる二重ウェル構造に形成され,Pウェルの内側に形成された2つのN+領域と,コントロールゲートと,フローティングゲートとを備え,Pウェルを所望の電位に制御することによって書き込み/消去動作が行われるMOSトランジスタが提供される。そして,かかるMOSトランジスタは,Pウェルの電位を制御することが可能であり,かつ,Pウェルを電気的フローティング状態とすることが可能な第1の電位制御回路と,Nウェルの電位を制御することが可能な第2の電位制御回路とを備え,書き込み/消去動作を行う際に,第1の電位制御回路によって,初期電位にあるPウェルを電気的フローティング状態とした後に,第2の電位制御回路がNウェルを一の電位から他の電位に制御することを特徴としている。かかる構成によれば,Pウェルを電気的フローティング状態にしつつ,Nウェルの電位を変化させることが可能となる。そして,PウェルとNウェルの接合部には容量成分が発生していることから,Nウェルの電位を変化させることによってPウェルの電位が変化することとなる。例えば,Nウェルの電位を変化させることによって,Pウェルの電位を最終的に必要としている電位に近づけ,それを基準にPウェルの電位を制御すれば,Pウェルの電位を所望の値に制御するための所要時間は短縮されることとなる。
【0012】
そして,請求項2に記載のように,第2の電位制御回路によって制御されるNウェルの電位を電源電位以下とすることにより,その電位制御を高速に行うことができ,結果的にPウェルの電位制御時間を短縮化することが可能となる。
【0014】
そして,請求項3に記載のように,第1の電位制御回路を,クロック信号に従ってPウェルの電位を変化させることが可能なチャージポンプ回路と,Pウェルの電位を所定の基準電位に固定することが可能な基準電位調整部と,基準電位調整部を制御するレベルシフト回路とから構成することが可能である。かかる構成によれば,Pウェルの電位制御を効率よく行えるとともに,電気的フローティング状態を容易に創出することが可能である。
【0015】
また,請求項4に記載のように,第2の電位制御回路を,Nウェルを一の電位または他の電位のいずれかとすることが可能な電位選択部と,電位選択部を制御するレベルシフト回路とから構成するようにしてもよい。かかる構成によれば,Nウェルを通して電気的フローティング状態にあるPウェルの電位を,一の電位と他の電位の差分変動させることが可能となる。
【0016】
そして,請求項5によれば,半導体基板の内側にN型の不純物を拡散させて形成されたNウェルと,Nウェル内側にP型の不純物を拡散させて形成されたPウェルと,からなる二重ウェル構造に形成され,Pウェルの内側に形成された2つのN+領域と,コントロールゲートと,フローティングゲートとを備え,Pウェルを所望の電位に制御することによって書き込み/消去動作が行われるMOSトランジスタにおけるPウェルを所望の電位に制御するMOSトランジスタの電位制御方法が提供される。そして,かかる半導体装置の電位制御方法は,初期電位にあるPウェルを電気的フローティング状態とする第1の工程と,Nウェルを一の電位から他の電位に制御する第2の工程と,Pウェルを所望の電位に制御する第3の工程とからなることを特徴としている。かかる電位制御方法によれば,第1,2の工程において,Pウェルに対してNウェルの電位変動を反映させることが可能となる。したがって,その後の第3の工程におけるPウェルの電位を所望の値に制御するための所要時間が短縮される。
【0017】
さらに,請求項6に記載のように,請求項5の半導体装置の電位制御方法における第3の工程の後,Pウェルを電気的フローティング状態とする第4の工程と,Nウェルを他の電位から一の電位に制御する第5の工程と,Pウェルを初期電位に制御する第6の工程を実施するようにしてもよい。かかる電位制御方法によれば,第4,5の工程において,Pウェルに対してNウェルの電位変動を反映させることが可能となる。したがって,その後の第6の工程におけるPウェルの電位を初期値に制御するための所要時間が短縮される。
【0018】
そして,請求項7に記載のように,一の電位および他の電位は,電源電位以下とすることにより,Nウェルの電位制御を高速に行うことができ,結果的にPウェルの電位制御時間を短縮化することが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかるMOSトランジスタおよびMOSトランジスタの電位制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,以下の説明において,略同一の機能および構成を有する構成要素については,同一符号を付することにより,重複説明を省略することにする。
【0021】
本発明の実施の形態にかかるMOSトランジスタとしてのフラッシュメモリ1の概略構成を図1に示す。このフラッシュメモリ1は,P型基板3の内側にN型の不純物を拡散させた第2の不純物拡散領域としてのNウェル5が形成され,さらにそのNウェル5の内側にP型の不純物を拡散させた第1の不純物拡散領域としてのPウェル7が形成されている。そして,Pウェル7,その内側に形成された2つのN+領域9,11,コントロールゲート13,およびフローティングゲート15によってメモリセル17が構成されている。なお,P型基板3は接地電位Vssに接続されている。
【0022】
そして,Pウェル7,N+領域9,11には,第1の電位制御回路としての電圧発生回路21が接続され,Nウェル5には,第2の電位制御回路としてのウェル電位制御回路61が接続されている。
【0023】
ここで,第1の電位制御回路としての電圧発生回路21の構成を説明する。この電圧発生回路21は,図2に示すように,チャージポンプ回路23,基準電位調整部としてのNMOSトランジスタ25,レベルシフト回路27,およびNANDゲート29によって構成されている。さらに,チャージポンプ回路23は,5つのPMOSトランジスタ31,32,33,34,35,4つのキャパシタ36,37,38,39,およびインバータ40から構成されている。一方,レベルシフト回路27は,2つのPMOSトランジスタ41,42,2つのNMOSトランジスタ43,44,およびインバータ45から構成されている。なお,チャージポンプ回路23に属する4つのキャパシタ36,37,38,39は,それぞれ,ドレインとソースを共通化したPMOSトランジスタで形成することが可能である。
【0024】
そして,NANDゲート29の一方の入力にはクロック信号CLKが入力され,他方の入力には,第1の活性化信号EN1が入力されように構成されている。また,第1の活性化信号EN1は,レベルシフト回路27に属するインバータ45およびPMOSトランジスタ42のゲートにも入力されるようになっている。
【0025】
次に,チャージポンプ回路23の回路構成を説明する。5つのPMOSトランジスタ31,32,33,34,35のそれぞれのゲートは,それぞれのソースと共通化されている。そして,PMOSトランジスタ31のソースは,接地電位Vssに接続されており,一方,ドレインは,PMOSトランジスタ32のソースおよびキャパシタ36の一端に接続されている。同様に,PMOSトランジスタ32のドレインは,PMOSトランジスタ33のソースおよびキャパシタ37の一端に接続され,PMOSトランジスタ33のドレインは,PMOSトランジスタ34のソースおよびキャパシタ38の一端に接続され,PMOSトランジスタ34のドレインは,PMOSトランジスタ35のソースおよびキャパシタ39の一端に接続されている。そして,PMOSトランジスタ35のドレインは,出力ノードN1に接続されている。
【0026】
また,NANDゲート29の出力は,インバータ40の入力に接続されるとともにキャパシタ36,38の他端に接続されており,インバータ40の出力は,キャパシタ37,39の他端に接続されている。
【0027】
次に,レベルシフト回路27の回路構成を説明する。PMOSトランジスタ41,42のソースは,電源電位Vccに接続されている。そして,PMOSトランジスタ41のドレインは,NMOSトランジスタ43のドレインおよびNMOSトランジスタ44のゲートに接続されている。また,PMOSトランジスタ42のドレインは,NMOSトランジスタ44のドレイン,NMOSトランジスタ43のゲート,およびノードNaに接続されている。さらに,このノードNaは,基準電位調整部としてのNMOSトランジスタ25のゲートに接続されている。
【0028】
また,NMOSトランジスタ43,44のそれぞれのソース,サブストレートゲート,および基準電位調整部としてのNMOSトランジスタ25のサブストレートゲートは,全て共通化され出力ノードN1に接続されている。なお,NMOSトランジスタ25のソースは,基準電位としての接地電位Vssに接続されている。なお,出力ノードN1からは,Pウェル7に対して出力OUT1が出力されるように構成されている。
【0029】
次に,図3を参照しながら第2の電位制御回路としてのウェル電位制御回路61の構成を説明する。このウェル電位制御回路61は,電位選択部63およびレベルシフト回路65から構成されている。さらに,電位選択部63は,PMOSトランジスタ67およびNMOSトランジスタ68から構成され,レベルシフト回路65は,2つのPMOSトランジスタ69,70,2つのNMOSトランジスタ71,72,およびインバータ73から構成されている。
【0030】
そして,レベルシフト回路65に属するNMOSトランジスタ71のゲートおよびインバータ73の入力には,第2の活性化信号EN2が入力されるように構成されている。さらに,NMOSトランジスタ72のゲートには,インバータ73の出力が接続されており,第2の活性化信号EN2の論理反転信号が入力されるように構成されている。なお,レベルシフト回路65に属する2つのNMOSトランジスタ71,72のソースおよび電位選択部63に属するNMOSトランジスタ68のソースは,接地電位Vssに共通接続されている。
【0031】
また,NMOSトランジスタ71のドレインは,PMOSトランジスタ69のドレインおよびPMOSトランジスタ70のゲートに接続されている。一方,NMOSトランジスタ72のドレインはPMOSトランジスタ70のドレイン,PMOSトランジスタ69のゲート,およびノードNbに接続されている。また,このノードNbは,電位選択部63に属するPMOSトランジスタ67のゲートおよびNMOSトランジスタ68のゲートに接続されている。
【0032】
そして,レベルシフト回路65に属する2つのPMOSトランジスタ69,70および電位選択部63に属するPMOSトランジスタ67のすべてのソースおよびサブストレート端子は,所定のウェル電位VNWに接続されている。そして,電位選択部63に属するPMOSトランジスタ67のドレインとNMOSトランジスタ68のドレインは,出力ノードN2に共通接続されている。なお,出力ノードN2からは,Nウェル5に対して出力OUT2が出力されるように構成されている。
【0033】
以上のような構成を有する本発明の実施の形態にかかるMOSトランジスタとしてのフラッシュメモリ1の動作を図4を参照しつつ説明する。
【0034】
このフラッシュメモリ1において,例えば,メモリセル17のデータを消去する場合,コントロールゲート13を所定のゲート電位VGに制御するとともに,電圧発生回路21の出力OUT1によってPウェル7,N+領域9,11を所定のサブストレート電位−VSに制御する必要がある。
【0035】
ここで,第1の電位制御回路としての電圧発生回路21の動作を開始する。まず第1の活性化信号EN1を接地電位Vss(以下,「Lレベル」という。)から電源電位Vcc(以下,「Hレベル」という。)とする。このように第1の活性化信号EN1がHレベルに変化することによって,レベルシフト回路27に属するPMOSトランジスタ41はオンする。ところで,第1の活性化信号EN1がLレベルからHレベルに変化した瞬間のノードNaは,まだ初期状態のHレベルにあるために,NMOSトランジスタ43もオンしており,この時のNMOSトランジスタ44のゲートは,HレベルとLレベルの中間付近で釣り合おうとする。ところが,その直後PMOSトランジスタ42がオフするためNMOSトランジスタ44は,弱くオンし始める。これによって,ノードNaは,徐々にHレベルからLレベルに変化し,NMOSトランジスタ43がオフし始めるため,より一層,ノードNaはLレベルに近づく。そして,最終的にPMOSトランジスタ41およびNMOSトランジスタ44は完全にオンし,PMOSトランジスタ42およびNMOSトランジスタ43は完全にオフし,ノードNaはLレベルとなる。
【0036】
ところで,出力ノードN1に接続されているPMOSトランジスタ35に注目すると,初期状態において,NMOSトランジスタ25がオンしているために,出力ノードN1は電源電位Vssである。したがって,PMOSトランジスタ35のゲートおよびソースの電位は,低くとも−|Vtp|(Vtpは,PMOSトランジスタ35のしきい値電圧である。)であり,このためPMOSトランジスタ35はオフ状態を保持する。その後,上述のように,ノードNaがLレベルとなり,NMOSトランジスタ25がオフした時,出力ノードN1,すなわちPウェル7は,いずれの電位にも固定されていない電気的フローティング状態となる。
【0037】
以上のように,Pウェル7を電気的フローティング状態としたところで,第2の電位制御回路としてのウェル電位制御回路61の動作を開始させる。まず,第2の活性化信号EN2をLレベルからHレベルとする。この第2の活性化信号EN2の変化にともないウェル電位制御回路61のノードNbは,レベルシフト回路65によって接地電位Vssから所定のウェル電位VNWに変化し,出力ノードN2,すなわちNウェル5は,初期値であるウェル電位VNWから接地電位Vssに復帰する。
【0038】
この時,上述のようにPウェル7は,電気的フローティング状態とされているために,Nウェル5とPウェル7との間に形成される接合容量によってNウェル5の電位変化がそのままPウェル7の電位変化を促すこととなる。すなわち,Nウェル5がウェル電位VNWから接地電位Vssに変化することによって,Pウェル7は,初期状態の接地電位Vssからウェル電位VNW分低下し,中間電位−VNWとなる。なお,ウェル電位VNWの値は,電源電位Vcc以下に限定することで,フラッシュメモリ1の書き込み/消去動作が行われていない,いわゆる待機状態でもNウェル5をウェル電位VNWに保持することが可能となり,書き込み/消去の動作を開始する際にウェル電位VNWを上昇させるための時間が不要となる。
【0039】
次に,クロック信号CLKを発振させると,そのクロック信号CLKの周期で電圧発生回路21に属するチャージポンプ回路23は,出力ノードN1の電位を徐々に低下させる,いわゆるポンプ動作を開始する。したがって,それまで電気的フローティング状態であったPウェル7は,その状態が解除され,最終的に所望のサブストレート電位−VSとされる。そして,この時点でメモリセル17のデータの消去が行われることとなる。
【0040】
以上のようなメモリセル17のデータの消去動作終了後,クロック信号CKLの発振を停止させることによって,チャージポンプ回路23のポンプ動作が終了する。この時点で,Pウェル7は,再び電気的フローティング状態とされる。次に,第2の活性化信号EN2をHレベルからLレベルに変化させることによって,ウェル電位制御回路61におけるレベルシフト回路65の出力が接続されるノードNbは,ウェル電位VNWから接地電位Vssに戻ることとなる。これにともない,Nウェル5は,接地電位Vssから初期値であるウェル電位VNWに復帰する。そして,このNウェル5の電位変動は,Nウェル5とPウェル7の間の容量成分によってPウェル7の電位変動を促し,Pウェル7は,サブストレート電位−VSからウェル電位VNW分上昇した中間電位−VS+VNWとされる。
【0041】
その後,第1の活性化EN1をHレベルからLレベルに戻すことによって,電圧発生回路21におけるノードNaは,電源電位Vccに復帰する。これによって,NMOSトランジスタ25はオンし,出力ノードN1,すなわちPウェル7は,初期値である接地電位Vssにリセットされることとなる。
【0042】
以上のように,本発明の実施の形態にかかるフラッシュメモリ1によれば,Pウェル7の電位を所望のサブストレート電位−VSに制御する際に,このPウェル7を電気的フローティング状態とした上でNウェル5の電位をウェル電位VNW分低下させることにより,予めPウェル7の電位をウェル電位VNW分低下させるようになっているために,初期値である接地電位Vssから所望のサブストレート電位−VSまでポンプ動作によって徐々に低下させていた従来に比べて飛躍的な時間の短縮化が図れる。また,同様に,Pウェル7を所望のサブストレート電位−VSから初期値である接地電位Vssへ復帰させる所要時間も最小限に抑えられている。したがって,メモリセル17のデータの書き込み/消去動作の高速化が実現される。
【0043】
ところで,ウェル電位VNWの具体的な値については,例えば電源電位Vccが5Vであって,所望のサブストレート電位−VSを−2Vとした場合,ウェル電位VNWを5Vとしてしまうと,Nウェル5の電位変動によってPウェル7は,所望のサブストレート電位−VS(=−2V)以下の−5Vまで低下してしまう。したがって,この場合は,ウェル電位VNWを2V以下に設定するのが好ましい。その他,所望のサブストレート電位が,例えば,−7Vである場合は,ウェル電位VNWを電源電位Vccである5Vとすることで最も効率よく,かつ短時間で,Pウェル7をサブストレート電位−VS(=−7)に制御することが可能となる。
【0044】
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0045】
例えば,第1の電位制御回路としての電圧発生回路21および第2の電位制御回路としてのウェル電位制御回路61は,図2,3に示す回路構成に限られるものではない。また,メモリセル17も図1に示す構成に限定されない。
【0046】
また,本発明の実施の形態において半導体装置として,フラッシュメモリ1を用いて説明したが,本発明はこれに限らず,例えばEEPROMやDRAMなどにも適応可能である。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明のMOSトランジスタおよびMOSトランジスタの電位制御方法によれば,Pウェルの電位を所望の値に制御する際,このPウェルに接しているNウェルの電位を制御することによって,前記Pウェルの電位制御を補助することが可能となるために,Pウェルを所望の電位に制御するために要する時間が短縮化される。したがって,本発明を例えば,不揮発性メモリ等に適用すれば,メモリセルへのデータの書き込み動作や,メモリセルのデータ消去動作の高速化が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるフラッシュメモリの構成を示す断面図である。
【図2】図1のフラッシュメモリに用いられる電圧発生回路の構成を示す回路図である。
【図3】図1のフラッシュメモリに用いられるウェル電位制御回路の構成を示す回路図である。
【図4】図1のフラッシュメモリの動作を示すタイミングチャート図である。
【図5】従来のフラッシュメモリの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 フラッシュメモリ
3 P型基板
5 Nウェル
7 Pウェル
17 メモリセル
21 電圧発生回路
23 チャージポンプ回路
25 NMOSトランジスタ
27 レベルシフト回路
61 ウェル電位発生回路
63 電位選択部
65 レベルシフト回路
VNW ウェル電位
−VS サブストレート電位
Vcc 電源電位
Vss 接地電位[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a MOS transistor and a MOS transistor potential control method, and more particularly to a MOS transistor having a plurality of impurity diffusion regions and a potential control method for the impurity diffusion regions.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the power supply voltage in a semiconductor device, for example, a non-volatile memory such as a flash memory, has been reduced from 5 V single to 3 V single and further to 3 V or less. As the power supply voltage is lowered, a method using FN tunnel current (Fowler-Nordheim Tunneling Current) has become promising for data writing and data erasing to the flash memory.
[0003]
According to this FN tunnel current, current consumption during data writing or data erasing can be made extremely small, so that a high voltage necessary for data writing / erasing can be generated inside the chip.
[0004]
By the way, in a transistor constituting a memory cell, a flash having recently adopted a double well structure for the purpose of alleviating an electrical load between a source and a drain to which a high voltage is applied at the time of data writing / erasing. Memory has become mainstream.
[0005]
Here, FIG. 5 shows a schematic configuration of a conventional flash memory 101 having a double well structure. In the flash memory 101, an N well 105 in which N type impurities are diffused is formed inside a
[0006]
For example, in order to erase the data in the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as the power supply voltage is lowered as described above, the boost efficiency of the voltage generation circuit for generating a high voltage necessary for writing / erasing data in the memory cell is reduced, and a predetermined voltage is generated in a short time. It has become difficult to make.
[0008]
Furthermore, in the case of the flash memory 101 having a double well structure as shown in FIG. 5, a capacitance component naturally occurs at the junction between the N well 105 and the
[0009]
That is, in a non-volatile memory having a double well structure, such as the flash memory 101, the boost efficiency is reduced due to the lower power supply voltage, and the capacitance component generated at the junction between the
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a capacitor having a capacitance of, for example, several tens of μF at the junction between one impurity diffusion region and another impurity diffusion region. A new and improved MOS transistor capable of controlling the potential of one impurity diffusion region to a desired value in a short time even when a component is generated and the power source is a low voltage of about 3 V, for example. An object is to provide a method for controlling the potential of a MOS transistor .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, according to
[0012]
Then, as described in
[0014]
According to a third aspect of the present invention, the first potential control circuit includes a charge pump circuit capable of changing the potential of the P well in accordance with the clock signal, and the potential of the P well is fixed to a predetermined reference potential. And a level shift circuit that controls the reference potential adjustment unit. According to this configuration, it is possible to efficiently control the potential of the P well and easily create an electrical floating state.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the second potential control circuit includes a potential selection unit capable of setting the N well to either one potential or another potential, and a level shift for controlling the potential selection unit. You may make it comprise from a circuit. According to such a configuration, the potential of the P well in the electrically floating state through the N well can be changed by a difference between one potential and another potential.
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, the semiconductor device includes an N well formed by diffusing N-type impurities inside the semiconductor substrate, and a P well formed by diffusing P-type impurities inside the N well. A double well structure is provided, which includes two N + regions formed inside the P well, a control gate, and a floating gate, and a write / erase operation is performed by controlling the P well to a desired potential. A potential control method for a MOS transistor for controlling a P-well in a MOS transistor to a desired potential is provided. The potential control method of such a semiconductor device includes a first step of the P-well in the initial potential and electrically floating state, a second step of controlling the N-well from one potential to another potential, P And a third step of controlling the well to a desired potential. According to such a potential control method, the potential fluctuation of the N well can be reflected to the P well in the first and second steps. Therefore, the time required for controlling the potential of the P well in the third process thereafter to a desired value is shortened.
[0017]
Furthermore, as described in claim 6 , after the third step in the potential control method of the semiconductor device according to
[0018]
Further, as described in claim 7 , by setting the one potential and the other potential to be equal to or lower than the power supply potential, the potential control of the N well can be performed at high speed, resulting in the potential control time of the P well. Can be shortened.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a MOS transistor and a potential control method for the MOS transistor according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
[0022]
A
[0023]
Here, the configuration of the
[0024]
The clock signal CLK is input to one input of the
[0025]
Next, the circuit configuration of the
[0026]
The output of the
[0027]
Next, the circuit configuration of the
[0028]
The sources, substrate gates of the
[0029]
Next, the configuration of the well
[0030]
The second activation signal EN2 is input to the gate of the
[0031]
The drain of the
[0032]
All the source and substrate terminals of the two
[0033]
The operation of the
[0034]
In the
[0035]
Here, the operation of the
[0036]
By the way, when paying attention to the PMOS transistor 35 connected to the output node N1, since the
[0037]
As described above, when the P well 7 is brought into an electrically floating state, the operation of the well
[0038]
At this time, as described above, since the P well 7 is in an electrically floating state, the potential change of the N well 5 remains unchanged by the junction capacitance formed between the N well 5 and the P well 7. 7 changes in potential. That is, when the N well 5 changes from the well potential VNW to the ground potential Vss, the P well 7 is lowered from the ground potential Vss in the initial state by the well potential VNW and becomes the intermediate potential −VNW. Note that the value of the well potential VNW is limited to the power supply potential Vcc or less, so that the N well 5 can be held at the well potential VNW even in a so-called standby state where the write / erase operation of the
[0039]
Next, when the clock signal CLK is oscillated, the
[0040]
After completion of the data erasing operation of the
[0041]
Thereafter, by returning the first activation EN1 from the H level to the L level, the node Na in the
[0042]
As described above, according to the
[0043]
By the way, as for the specific value of the well potential VNW, for example, when the power supply potential Vcc is 5V and the desired substrate potential −VS is −2V, the well potential VNW is 5V. Due to the potential fluctuation, the P-well 7 is lowered to −5V which is lower than the desired substrate potential −VS (= −2V). Therefore, in this case, it is preferable to set the well potential VNW to 2 V or less. In addition, when the desired substrate potential is, for example, −7V, the well potential VNW is set to the power supply potential Vcc of 5V, which is the most efficient and in a short time. It becomes possible to control to (= -7).
[0044]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this example. It will be obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
[0045]
For example, the
[0046]
In the embodiment of the present invention, the
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the MOS transistor and the MOS transistor potential control method of the present invention, when the potential of the P well is controlled to a desired value, the potential of the N well in contact with the P well is controlled. Accordingly, in order to be able to assist the potential control of the P-well, the time required for controlling the P-well to a desired potential is shortened. Therefore, if the present invention is applied to, for example, a non-volatile memory or the like, it is possible to speed up the data write operation to the memory cell and the data erase operation of the memory cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a flash memory according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage generation circuit used in the flash memory of FIG. 1. FIG.
3 is a circuit diagram showing a configuration of a well potential control circuit used in the flash memory of FIG. 1. FIG.
4 is a timing chart showing the operation of the flash memory of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional flash memory.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記Nウェル内側にP型の不純物を拡散させて形成されたPウェルと,
からなる二重ウェル構造に形成され,
前記Pウェルの内側に形成された2つのN+領域と,コントロールゲートと,フローティングゲートとを備え,
前記Pウェルを所望の電位に制御することによって書き込み/消去動作が行われるMOSトランジスタにおいて,
前記Pウェルの電位を制御することが可能であり,かつ,前記Pウェルを電気的フローティング状態とすることが可能な第1の電位制御回路と;
前記Nウェルの電位を制御することが可能な第2の電位制御回路と;
を備え,
前記書き込み/消去動作を行う際に,前記第1の電位制御回路によって,初期電位にある前記Pウェルを電気的フローティング状態とした後に,前記第2の電位制御回路が前記Nウェルを一の電位から他の電位に制御することを特徴とする,MOSトランジスタ。An N-well formed by diffusing N-type impurities inside the semiconductor substrate;
A P-well formed by diffusing P-type impurities inside the N-well;
Formed into a double well structure consisting of
Two N + regions formed inside the P-well, a control gate, and a floating gate;
In a MOS transistor in which a write / erase operation is performed by controlling the P well to a desired potential,
A first potential control circuit capable of controlling the potential of the P-well and allowing the P-well to be in an electrically floating state;
A second potential control circuit capable of controlling the potential of the N well;
With
When performing the write / erase operation, the second potential control circuit sets the N well to one potential after the P potential at the initial potential is brought into an electrically floating state by the first potential control circuit. A MOS transistor characterized by being controlled to a different potential from
クロック信号に従って前記Pウェルの電位を変化させることが可能なチャージポンプ回路と;
前記Pウェルの電位を所定の基準電位に固定することが可能な基準電位調整部と;
前記基準電位調整部を制御するレベルシフト回路と;
から構成されることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のMOSトランジスタ。The first potential control circuit includes:
A charge pump circuit capable of changing the potential of the P-well according to a clock signal;
A reference potential adjusting unit capable of fixing the potential of the P well to a predetermined reference potential;
A level shift circuit for controlling the reference potential adjustment unit;
The MOS transistor according to claim 1, comprising:
前記Nウェルを一の電位または他の電位のいずれかとすることが可能な電位選択部と;
前記電位選択部を制御するレベルシフト回路と;
から構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のMOSトランジスタ。The second potential control circuit is:
A potential selection section capable of setting the N well to one potential or another potential;
A level shift circuit for controlling the potential selection unit;
The MOS transistor according to claim 1, comprising:
前記Nウェル内側にP型の不純物を拡散させて形成されたPウェルと,
からなる二重ウェル構造に形成され,
前記Pウェルの内側に形成された2つのN+領域と,コントロールゲートと,フローティングゲートとを備え,
前記Pウェルを所望の電位に制御することによって書き込み/消去動作が行われるMOSトランジスタの電位制御方法であって,
初期電位にある前記Pウェルを電気的フローティング状態とする第1の工程と;
前記Nウェルを一の電位から他の電位に制御する第2の工程と;
前記Pウェルを前記所望の電位に制御する第3の工程と:
からなることを特徴とする,MOSトランジスタの電位制御方法。An N-well formed by diffusing N-type impurities inside the semiconductor substrate;
A P-well formed by diffusing P-type impurities inside the N-well;
Formed into a double well structure consisting of
Two N + regions formed inside the P-well, a control gate, and a floating gate;
A potential control method for a MOS transistor in which a write / erase operation is performed by controlling the P-well to a desired potential,
A first step of bringing the P-well at an initial potential into an electrically floating state;
A second step of controlling the N well from one potential to another;
A third step of controlling the P-well to the desired potential;
A potential control method for a MOS transistor, comprising:
前記Nウェルを前記他の電位から前記一の電位に制御する第5の工程と;
前記Pウェルを前記初期電位に制御する第6の工程と:
からなることを特徴とする,請求項5に記載のMOSトランジスタの電位制御方法。A fourth step of bringing the P-well into an electrically floating state after the third step;
A fifth step of controlling the N well from the other potential to the one potential;
A sixth step of controlling the P-well to the initial potential;
6. The method for controlling a potential of a MOS transistor according to claim 5, comprising:
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