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JPH11233653A - Deletion method for nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Deletion method for nonvolatile semiconductor storage device

Info

Publication number
JPH11233653A
JPH11233653A JP10031278A JP3127898A JPH11233653A JP H11233653 A JPH11233653 A JP H11233653A JP 10031278 A JP10031278 A JP 10031278A JP 3127898 A JP3127898 A JP 3127898A JP H11233653 A JPH11233653 A JP H11233653A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity diffusion
diffusion region
erasing
gate
source
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.)
Pending
Application number
JP10031278A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Teramoto
茂樹 寺本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP10031278A priority Critical patent/JPH11233653A/en
Publication of JPH11233653A publication Critical patent/JPH11233653A/en
Pending legal-status Critical Current

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce threshold distribution after deletion, without deteriorating a gate insulating film, i.e., while maintaining the data holding characteristics at a high level, in an SAH deletion technique. SOLUTION: Source and drain impurity diffused regions are formed to be at a distance from each other on a semiconductor substrate or the like, and a gate insulating film and a floating gate are laminated on a semiconductor region interposed between both the impurity diffused regions. The withstanding voltage at least on the floating gate side end of the source impurity diffused region is small enough to cause an avalanche breakdown before tunneling occurs at the gate insulating film. This deletion method causes the threshold of a memory transistor to self-focus to a predetermined deleted state by a first-stage deletion, in which hot holes from hot carriers produced by the avalanche breakdown of the source impurity diffused region are charged into the floating gate and by a second-stage weak writing operation in which hot electrons are charged into the floating gate (as CHE or avalanche hot electrons).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフラッシュ
EEPROM等において、アバランシェブレークダウン
により発生させたホットホールを浮遊ゲートに注入して
しきい値を変化させる方式の不揮発性半導体記憶装置の
消去方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device in which a threshold value is changed by injecting hot holes generated by avalanche breakdown into a floating gate in a flash EEPROM or the like. .

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、一括消去型のEEPROM(フラ
ッシュメモリ)をマイクロコンピュータ(マイコン)等
に搭載させたEmbedded Flash型デバイスの要求が高ま
り、開発が盛んに行われている。これは、従来のOTP
(One Time Programmable ROM) マイコンではプログラム
を開発後にROMライタ(ROM Writer)でプログラムを書
き込みボードに組み込んでいたのに対し、Embedded Fla
shマイコンでは、ボードに組み込んだ後に電気的にデー
タの書き込み・消去が可能であり、ボードに組み込んだ
状態でプログラム開発ができることから、メモリ搭載マ
イコン等の開発においてTAT(Turn Around Time)を短
縮できるという優位性があるためである。
2. Description of the Related Art At present, there is an increasing demand for an Embedded Flash type device in which a batch erasing type EEPROM (flash memory) is mounted on a microcomputer (microcomputer) or the like, and development is being actively carried out. This is the traditional OTP
(One Time Programmable ROM) In the microcomputer, after the program was developed, the program was embedded in the writing board with the ROM writer (ROM Writer), whereas the Embedded Flame
With sh microcomputers, data can be written and erased electrically after being mounted on the board, and programs can be developed while mounted on the board, so TAT (Turn Around Time) can be reduced in the development of microcomputers with memory. This is because there is an advantage.

【0003】その結果として、マイコンでは、その開発
から量産に移行する際、プログラム開発時と生産初期は
OTPマイコン、量産時はマスクROMマイコンという
形態から、プログラム開発時と生産初期はFlash マイコ
ン、量産時はマスクROMマイコンという形態が採用さ
れるようになってきた。さらに最近では、マイコンの世
代交代のサイクルが短くなってきていることによって、
量産用のマスクROM版に移行する余裕がなくなりつつ
あり、上述の形態から更にプログラム開発時、生産初期
および量産時全てをFlash マイコンで行うことの要求も
高まってきている。
As a result, when migrating from development to mass production, the microcomputer is changed from an OTP microcomputer at the time of program development and at the beginning of production to a mask ROM microcomputer at the time of mass production. At times, the form of a mask ROM microcomputer has been adopted. More recently, the cycle of changing the generation of microcomputers has become shorter,
There is no room to shift to a mask ROM version for mass production, and there is an increasing demand from the above-mentioned embodiment to perform all of the program development, initial production and mass production with a Flash microcomputer.

【0004】しかしながら、Flash マイコンは電気的に
書き込みと消去を行うことから、昇圧回路が組み込まれ
ており、そのぶんチップ面積が大きい。また、書き込み
・消去時に高電圧を使用するために周辺ロジックで使用
されるトランジスタとは別に高耐圧トランジスタを形成
する必要がありプロセスコストが高く、このため通常の
マスクROMと比較してチップコストが高いといった不
利益がある。よって、上述したFlash マイコンを量産時
にも用いるという要求に応えるためには、Flash マイコ
ンのチップコストを出来るだけマスクROMに近づける
必要がある。
However, since the Flash microcomputer electrically performs writing and erasing, a booster circuit is incorporated, and the chip area is correspondingly large. In addition, since high voltage is used at the time of writing / erasing, it is necessary to form a high-voltage transistor separately from a transistor used in peripheral logic, and the process cost is high. Therefore, the chip cost is higher than that of a normal mask ROM. There is a disadvantage such as high. Therefore, in order to meet the demand for using the above-mentioned Flash microcomputer also in mass production, it is necessary to make the chip cost of the Flash microcomputer as close as possible to the mask ROM.

【0005】このコスト削減を目的として、フラッシュ
メモリ部においてデータ記憶を担う、メモリトランジス
タの書き込み・消去で必要とされる電圧は、全て外部電
源によってまかなうことで昇圧回路を削除し、さらに、
メモリトランジスタの書き込みはCHE(Channel Hot E
lectron)注入方式、消去はSAH(Source AvalancheHot
Hole) 注入方式としたFlash マイコンが提案されてい
る。
For the purpose of cost reduction, the voltage required for writing and erasing the memory transistor, which is responsible for data storage in the flash memory section, is all supplied by an external power supply, thereby eliminating the booster circuit.
Memory transistor writing is CHE (Channel Hot E
lectron) injection method, erasing is SAH (Source Avalanche Hot)
Hole) A flash microcomputer using the injection method has been proposed.

【0006】図10は、このメモリトランジスタにおい
て、CHE注入による書き込み方式を説明するための概
念図、図11はSAH注入による消去方式を説明するた
めの概念図である。図10及び図11において、符号S
とDは、それぞれ半導体基板又はウェル等(以下、単に
基板という)の半導体領域に、例えばn型不純物が高濃
度に導入されて形成されたソース不純物拡散領域とドレ
イン不純物拡散領域を示す。また、符号FGとCGは、
それぞれソース不純物拡散領域Sとドレイン不純物拡散
領域D間の半導体領域上に、当該半導体領域との間およ
びゲート間に絶縁膜を介在させて積層されたフローティ
ングゲートとコントロールゲートを示す。
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a writing method by CHE injection in this memory transistor, and FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining an erasing method by SAH injection. In FIG. 10 and FIG.
Symbols D and D respectively indicate a source impurity diffusion region and a drain impurity diffusion region formed by introducing, for example, an n-type impurity at a high concentration in a semiconductor region such as a semiconductor substrate or a well (hereinafter simply referred to as a substrate). The symbols FG and CG are
A floating gate and a control gate are shown stacked on a semiconductor region between a source impurity diffusion region S and a drain impurity diffusion region D with an insulating film interposed between the semiconductor region and the gate.

【0007】CHE注入による書き込み方式では、図1
0に示すように、通常ワード線を兼用したコントロール
ゲートCGに例えば10V、通常ビット線に接続される
ドレイン不純物拡散領域Dに例えば6V程度の電圧を印
加し、基板と、通常ソース線に接続されるソース不純物
拡散領域Sとに0Vで保持する。これにより、チャネル
形成後に、当該チャネル内で電界加速されたキャリア
(電子)によってドレイン端においてホットエレクトロ
ンを発生させ、このホットエレクトロンをゲート絶縁膜
障壁を越えてフローティングゲートFGに注入させるこ
とによって、メモリトランジスタのしきい値(一般に
は、ゲート閾値電圧Vth)を上昇させて書き込みを行
う。また、SAH注入による消去方式では、図11に示
すように、コントロールゲート(ワード線)に例えば
2.5V、ソースに例えば10V程度の電圧をそれぞれ
印加し、このときドレイン(ビット線)をオープン、基
板を0V保持とすることで、ソース端でアバランシェブ
レークダウンを起こさせて、これにより発生したホット
ホールをゲート絶縁膜障壁を越えてフローティングゲー
トFGに注入させることによって、メモリトランジスタ
のVthを充分に低下させて消去状態に移行させる。
In the writing method by CHE injection, FIG.
As shown in FIG. 0, a voltage of, for example, about 10 V is applied to the control gate CG that also serves as the normal word line, and a voltage of, for example, about 6 V is applied to the drain impurity diffusion region D connected to the normal bit line. And the source impurity diffusion region S at 0 V. As a result, after the channel is formed, hot electrons are generated at the drain end by carriers (electrons) accelerated by an electric field in the channel, and the hot electrons are injected into the floating gate FG over the gate insulating film barrier, thereby forming the memory. Writing is performed by increasing the threshold value of the transistor (generally, the gate threshold voltage Vth). In the erasing method using SAH injection, as shown in FIG. 11, a voltage of, for example, about 2.5 V is applied to the control gate (word line) and a voltage of, for example, about 10 V is applied to the source, and at this time, the drain (bit line) is opened. By holding the substrate at 0 V, avalanche breakdown occurs at the source end, and hot holes generated by the avalanche breakdown are injected into the floating gate FG beyond the gate insulating film barrier, thereby sufficiently increasing the Vth of the memory transistor. Lower to shift to the erased state.

【0008】この方式では、上記の如き書き込み・消去
時の注入方式が採用され、書き込み,消去ともに使用電
源電圧を最大で10V程度と低くできる。
In this method, the above-described injection method at the time of writing / erasing is adopted, and the power supply voltage used for writing and erasing can be as low as about 10 V at the maximum.

【0009】図12は、周辺回路の基本構成例として、
例えば10V程度の電源電圧Vppを用いたインバータ
を示す回路図である。このインバータでは、PMOS側
を2つのpMOSトランジスタMp1,Mp2の直列接
続、NMOS側も同様に2つのnMOSトランジスタM
n1,Mn2の直列接続として、これら4つのトランジ
スタを電源電圧Vppと接地電位との間に直列接続させ
ている。入力端子Tinは最も接地電位に近いnMOSト
ランジスタMn2のゲートに設け、他の3トランジスタ
のゲートを共通接続して、この共通接続点を抵抗の分圧
によりVpp/2等の電位で保持している。このような
構成では、入力端子Tinに例えば3〜5V程度のVdd
の振幅で入力電圧を印加すると、その反転信号を振幅V
ppで出力端子Tout から取り出すことができる。しか
も、各MOSトランジスタのソースとドレイン間には平
均でVpp/2程度の電圧が印加され、またゲートと、
ソース又はドレイン間も最大でもVpp/2程度の電圧
しかかからないことから、ロジック部と同じ構成の通常
の耐圧を有するトランジスタで構成できる。
FIG. 12 shows a basic configuration example of a peripheral circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an inverter using a power supply voltage Vpp of about 10 V, for example. In this inverter, the PMOS side is connected in series with two pMOS transistors Mp1 and Mp2, and the NMOS side is similarly connected to two nMOS transistors Mp1 and Mp2.
As a series connection of n1 and Mn2, these four transistors are connected in series between the power supply voltage Vpp and the ground potential. The input terminal Tin is provided at the gate of the nMOS transistor Mn2 closest to the ground potential. The gates of the other three transistors are commonly connected, and this common connection point is held at a potential such as Vpp / 2 by dividing the resistance. . In such a configuration, for example, Vdd of about 3 to 5 V is applied to the input terminal Tin.
When an input voltage is applied with an amplitude of
pp can be extracted from the output terminal Tout. In addition, a voltage of about Vpp / 2 is applied between the source and the drain of each MOS transistor on average, and the gate and the
Since a voltage of only about Vpp / 2 is applied between the source and the drain at the maximum, a transistor having the same structure as the logic unit and having a normal breakdown voltage can be used.

【0010】このインバータ構成で例示される如く、電
源電圧が10V程度で済むことによってフラッシュメモ
リ部の周辺回路をごく簡単な基本回路で構成できる。こ
のため、メモリ部の周辺回路部分で高耐圧トランジスタ
を別途形成する必要がなく、この方式のFlash マイコン
では、メモリ部以外のロジック部で使用されている通常
の耐圧を有したトランジスタを使ってメモリ部の周辺回
路(例えば、デコーダ, センスアンプ等)が構成されて
おり、チップコスト削減を目的としてメモリ周辺回路と
ロジック部のプロセスの共通化が図り易い利点がある。
As exemplified by this inverter configuration, the peripheral circuit of the flash memory unit can be composed of a very simple basic circuit because the power supply voltage is only required to be about 10 V. For this reason, it is not necessary to separately form a high-voltage transistor in the peripheral circuit portion of the memory section. With this type of Flash microcomputer, the memory using the normal-voltage transistor used in the logic section other than the memory section is used. A peripheral circuit (for example, a decoder, a sense amplifier, etc.) of the memory section is configured, and there is an advantage that the processes of the memory peripheral circuit and the logic section can be easily shared for the purpose of reducing the chip cost.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したホッ
トホールを注入する消去方式では、ホールのゲート酸化
膜中でのトラップが起こるため、書き込みと消去を何度
も繰り返しているうちにゲート絶縁膜の劣化が進み、当
該メモリトランジスタのデータ保持特性が悪くなるとい
った欠点がある。
However, in the above-described erasing method in which hot holes are injected, holes are trapped in the gate oxide film. Has the disadvantage that the data retention characteristic of the memory transistor deteriorates.

【0012】もともと、このSAH消去方式において、
図13で消去過程を模式的に示すように、初期段階で
は、ソース端のアバランシェブレークダウンによって生
じたホットホールとホットエレクトロンのうち、基板に
逃げるホットホールの一部が未だ比較的に低い電位のフ
ローティングゲートFGに注入される。これにより、注
入電流値|Ifg|が最初大きく、FG電位が上がるに
つれて小さくなっていく。また、FG電位が上がると、
その電位に引きつけられて今までソースに逃げていたホ
ットエレクトロンの一部がフローティングゲートFG中
に注入されるようになる。エレクトロン注入は電位を下
げる方向に働くので、最終的には、Ifg=0となると
ころでホットホール注入とホットエレクトロン注入が釣
り合い、このときフローティングゲートFGの電位が自
己収束することとなる。
Originally, in this SAH erasing method,
As shown schematically in FIG. 13, in the initial stage, among the hot holes and the hot electrons generated by the avalanche breakdown at the source end, some of the hot holes that escape to the substrate still have a relatively low potential. It is injected into the floating gate FG. As a result, the injection current value | Ifg | is initially large and decreases as the FG potential increases. Also, when the FG potential increases,
Some of the hot electrons that have been attracted to that potential and have escaped to the source until now are injected into the floating gate FG. Since the electron injection works in the direction of lowering the potential, the injection of hot holes and the injection of hot electrons are eventually balanced where Ifg = 0, and at this time, the potential of the floating gate FG is self-converging.

【0013】一般に、メモリアレイを構成するメモリセ
ルは、そのトランジスタが形成された基板特性等の材料
やプロセス上のバラツキを反映して、程度の差こそあれ
必ず消去が速いビットと遅いビットが存在する。つま
り、図14に示すように、フローティングゲートFGの
電位収束の速度にメモリアレイ内でバラツキがあるの
で、メモリアレイ内或いは消去単位ブロック内の全ビッ
トを、例えば0.6程度のVth分布に収束させるのも可
能であるが、そのためには、かなり時間がかかってしま
う。この1回の消去におけるホットホール注入時間が長
くなることは、これにより消去サイクルが長くなること
もあるが、それ以上に、前述したゲート絶縁膜のホール
注入ストレスによるトラップ生成でデータ保持特性が劣
化するという大きな不利益を伴う。
In general, memory cells constituting a memory array always have a bit that can be erased quickly and a bit that has a small amount of data, depending on the variation in materials and processes such as characteristics of the substrate on which the transistor is formed. I do. That is, as shown in FIG. 14, since the speed of the potential convergence of the floating gate FG varies within the memory array, all bits in the memory array or in the erase unit block are converged to a Vth distribution of, for example, about 0.6. It is possible to do this, but that takes a considerable amount of time. The prolonged hot hole injection time in one erase operation may increase the erase cycle. However, the data retention characteristic is further deteriorated due to the trap generation due to the hole injection stress of the gate insulating film described above. With the great disadvantage of doing so.

【0014】現行のFlash マイコンでは、データ保持特
性の劣化によってメガビット(Mb)中に数ビットの不
良が発生し、これはチップ全体が不良となる致命欠陥で
ある。したがって、この不良発生を回避するために、消
去時のVth分布を実力的には0.6V程度まで収束でき
るにもかかわらず、この分布幅を実際のデバイスでは2
V程度にしたところで妥協して使っている。
In the current Flash microcomputer, several bits of defects occur in megabits (Mb) due to deterioration of data retention characteristics, and this is a fatal defect in which the entire chip becomes defective. Therefore, in order to avoid the occurrence of this failure, the Vth distribution at the time of erasing can be converged to about 0.6 V in actuality, but this distribution width is set to 2 in an actual device.
We compromise and use it when it is about V.

【0015】しかし、このデータ保持特性上の制限を受
けて分布を狭くできないことによって、ゲート閾値電圧
Vthの分布が大きい状態では読み出し時のゲート電圧を
下げることができず、これは動作電圧の低電圧化、多値
化に不利な制約となる。また、図15に示すように、消
去状態のVth分布がばらついていると、2V程度と比較
的に大きなVth分布では、Vth分布を狭くできるときと
比較して書き込みの狙い目のVthを高く設定する必要が
あり、これら書き込みとの消去の状態を同じ読み出しゲ
ート電圧を印加して読み出すと、一方のバラツキ端部に
あたるセルの読み出しでは読み出し電流が減ってしま
い、一般的な電流センス形のセンスアンプを用いたとき
に高速読み出しができないといった弊害が生じてしま
う。つまり、この遅い読み出しセルを考慮してセンスア
ンプ能力設計、読み出しサイクル設定をしなけらばなら
ないこととなる。
However, since the distribution cannot be narrowed due to the restriction on the data holding characteristic, the gate voltage at the time of reading cannot be reduced in a state where the distribution of the gate threshold voltage Vth is large, which is a problem that the operating voltage is low. This is a disadvantageous restriction for increasing the voltage and multi-value. As shown in FIG. 15, when the Vth distribution in the erased state varies, the target Vth of writing is set higher in a relatively large Vth distribution of about 2 V than when the Vth distribution can be narrowed. When the same read gate voltage is applied to read the erased state and the erased state, the read current decreases when reading the cell at one end of the variation, and a general current sense type sense amplifier is used. When such a method is used, there is a problem that high-speed reading cannot be performed. That is, the sense amplifier capacity design and read cycle setting must be performed in consideration of the slow read cell.

【0016】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、SAH消去方式においてゲート絶縁膜を劣化させる
ことなく、即ちデータ保持特性を高いレベルで維持した
まま消去後のしきい値分布の縮小を図ることができる不
揮発性半導体記憶装置の消去方法を提供することを目的
とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has been made to reduce the threshold distribution after erasing without deteriorating the gate insulating film in the SAH erasing method, that is, while maintaining the data retention characteristics at a high level. It is an object of the present invention to provide a method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device that can be achieved.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明の不揮
発性半導体記憶装置の消去方法では、半導体基板又は基
板に支持された半導体層に、ソース不純物拡散領域およ
びドレイン不純物拡散領域が互いに離間して形成され、
当該両不純物領域に挟まれた半導体領域上に、ゲート絶
縁膜,浮遊ゲート,ゲート間絶縁膜および制御ゲートが
順に積層され、前記ソース不純物拡散領域の少なくとも
浮遊ゲート側端の耐圧が、前記ゲート絶縁膜においてト
ンネリングが起こる前にアバランシェブレークダウンを
起こすほど小さいメモリトランジスタを有する不揮発性
半導体記憶装置の消去方法であって、前記ソース不純物
拡散領域のアバランシェブレークダウンにより生じたホ
ットキャリアのうち、ホットホールを前記浮遊ゲートに
注入する第1段階の消去と、ホットエレクトロンを前記
浮遊ゲートに注入する第2段階の弱い書き込みとによっ
て前記メモリトランジスタのしきい値を所定の消去状態
に自己収束させる。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and achieve the above object, a method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention employs a semiconductor substrate or a semiconductor device supported by the substrate. A source impurity diffusion region and a drain impurity diffusion region are formed apart from each other in the layer,
A gate insulating film, a floating gate, an inter-gate insulating film, and a control gate are sequentially stacked on the semiconductor region interposed between the impurity regions, and the withstand voltage of at least the floating gate side end of the source impurity diffusion region is reduced by the gate insulating film. A method for erasing a non-volatile semiconductor memory device having a memory transistor small enough to cause avalanche breakdown before tunneling occurs in a film, wherein hot holes generated by avalanche breakdown of the source impurity diffusion region are removed. The threshold of the memory transistor is self-converged to a predetermined erased state by a first-stage erasure injecting the floating gate and a second stage of weak writing injecting hot electrons into the floating gate.

【0018】前記第2段階の弱い書き込みは、CHE注
入、或いはSAH注入の何れの方式でもよい。すなわ
ち、前者のCHE注入の場合、前記ソース不純物拡散領
域とドレイン不純物拡散領域間に形成されたチャネル内
で、エレクトロンを電界加速させることによってドレイ
ン不純物拡散領域端部付近でチャネルホットエレクトロ
ンを発生させ、当該チャネルホットエレクトロンをドレ
イン不純物拡散領域側から前記浮遊ゲートに注入する。
また、後者のSAH注入の場合、アバランシェブレーク
ダウンにより生じたホットキャリアのうち、ホットホッ
トエレクトロンを前記浮遊ゲートに注入する。
The weak writing in the second stage may be either CHE injection or SAH injection. That is, in the case of the former CHE injection, in a channel formed between the source impurity diffusion region and the drain impurity diffusion region, electron hot field acceleration is performed to generate channel hot electrons near the end of the drain impurity diffusion region, The channel hot electrons are injected into the floating gate from the side of the drain impurity diffusion region.
In the case of the latter SAH injection, of the hot carriers generated by avalanche breakdown, hot hot electrons are injected into the floating gate.

【0019】また、アバランシェブレークダウンを生じ
させる上で好ましい構成としては、少なくとも前記ソー
ス不純物拡散領域のドレイン対向端部に設けられ、前記
ソース不純物拡散領域と異なり前記半導体基板又は半導
体層と同じ導電型を有し、当該半導体基板又は半導体層
より高い濃度の低耐圧領域を設け、その低耐圧領域でア
バランシェブレークダウンを発生させるとよい。
A preferred configuration for causing avalanche breakdown is provided at least at the drain-facing end of the source impurity diffusion region and, unlike the source impurity diffusion region, has the same conductivity type as the semiconductor substrate or semiconductor layer. And a low breakdown voltage region having a higher concentration than the semiconductor substrate or the semiconductor layer may be provided, and avalanche breakdown may be generated in the low breakdown voltage region.

【0020】このような不揮発性半導体記憶装置の消去
方法では、第1段階で短い時間で一挙に低い電圧値まで
しきい値を低下させ、第2段階で弱い書き込み調整をし
て、所望の消去状態のしきい値が得られる浮遊ゲートの
電位を比較的小さな分布幅で自己収束させる。この方法
では、ゲート絶縁膜中をホールが通過する時間が短くて
すむ。
According to such an erasing method for a nonvolatile semiconductor memory device, the threshold value is reduced to a low voltage value at once in a short time in a first step, and a weak write adjustment is performed in a second step to obtain a desired erase. The potential of the floating gate from which the threshold value of the state is obtained is self-converged with a relatively small distribution width. In this method, the time required for holes to pass through the gate insulating film can be reduced.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る不揮発性半導
体記憶装置の消去方法の実施形態を、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図1は、本発明の消去方法が好適に
実施可能な不揮発性半導体記憶装置内のメモリトランジ
スタの概略構成を示す断面図である。図1において、符
号1はメモリトランジスタ、2はp型シリコンウェーハ
又はp型ウェル等の半導体領域(以下、単に基板とい
う)、4と6はn型不純物が高濃度に導入されたソース
不純物拡散領域とドレイン不純物拡散領域、8は例えば
熱酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜、10は例えば
ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 膜等からなるゲート間絶
縁膜、FGはn型不純物を導入して導電化されたポリシ
リコン(doped Poly-Si) からなるフローティングゲー
ト、CGはdoped Poly-Si 又はポリサイドからなりワー
ド線を兼用するコントロールゲートを示す。これらの構
成は、一般的なFG型メモリトランジスタと同様であ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a memory transistor in a nonvolatile semiconductor memory device in which the erasing method of the present invention can be suitably performed. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a memory transistor, 2 denotes a semiconductor region (hereinafter simply referred to as a substrate) such as a p-type silicon wafer or a p-type well, and 4 and 6 denote source impurity diffusion regions in which n-type impurities are introduced at a high concentration. And a drain impurity diffusion region, 8 is a gate insulating film made of, for example, thermal silicon oxide, 10 is an inter-gate insulating film made of, for example, an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film, etc., and FG is made conductive by introducing n-type impurities. A floating gate made of doped polysilicon (doped Poly-Si), and CG shows a control gate made of doped Poly-Si or polycide and also serving as a word line. These configurations are the same as those of a general FG type memory transistor.

【0022】本実施形態のメモリトランジスタ1では、
本発明における“低耐圧領域”として、少なくともソー
ス側にp- ポケット領域が設けられている。本例では、
ソース不純物拡散領域4のドレイン対向端部に接してp
- ポケット領域4aが、またドレイン不純物拡散領域6
のソース対向端部に接してp- ポケット領域6aが設け
られている。これらのp型不純物領域4a,6aは、そ
の濃度が基板2の濃度より高く設定され、この部分で基
板2との耐圧が小さく設定されてる。したがって、本例
のメモリトランジスタ1は、そのソース不純物拡散領域
4又はドレイン不純物拡散領域6と基板2間の印加電圧
に応じて、このp- ポケット領域4a,6aでアバラン
シェブレークダウンが起き易い構成となっている。
In the memory transistor 1 of the present embodiment,
As the “low breakdown voltage region” in the present invention, a p pocket region is provided at least on the source side. In this example,
In contact with the drain-facing end of the source impurity diffusion region 4, p
- pocket region 4a is, the drain diffusion region 6
P - pocket region 6a is provided in contact with the source-facing end. The concentration of these p-type impurity regions 4a and 6a is set to be higher than the concentration of the substrate 2, and the withstand voltage with the substrate 2 is set to be small at this portion. Therefore, the memory transistor 1 of this example has a configuration in which avalanche breakdown easily occurs in the p pocket regions 4 a and 6 a in accordance with the applied voltage between the source impurity diffusion region 4 or the drain impurity diffusion region 6 and the substrate 2. Has become.

【0023】第1実施形態 本実施形態は、第1段階の急速消去をSAH注入で行
い、第2段階の弱い書き込みをCHE注入で行う場合で
ある。図2と図3は、第1段階のSAH注入の概念図と
特性変化図、図4と図6は第2段階のCHE注入の概念
図と特性変化図、図5は本実施形態の消去方法によるコ
ントロールゲート電位の自己収束の過程を説明する図で
ある。以下、具体的なバイアス電圧設定例を示して、本
実施形態の消去方法について説明する。なお、ここで示
すバイアス電圧値は、あくまでも具体例に過ぎず、本発
明はこれに限定されない。
First Embodiment In the present embodiment, the first-stage rapid erase is performed by SAH injection, and the second-stage weak writing is performed by CHE injection. 2 and 3 are a conceptual diagram and a characteristic change diagram of the first-stage SAH injection, FIGS. 4 and 6 are a conceptual diagram and a characteristic change diagram of the second-stage CHE injection, and FIG. 5 is an erasing method according to the present embodiment. FIG. 4 is a diagram for explaining a process of self-convergence of a control gate potential due to the following. Hereinafter, the erasing method of this embodiment will be described with reference to a specific example of setting a bias voltage. Note that the bias voltage values shown here are only specific examples, and the present invention is not limited to these.

【0024】本実施形態では、コントロールゲート電圧
Vg及び基板電圧Vsub を接地電位(0V)、ドレイン
端子をオープンの状態で、ソース電圧Vsを例えば10
V程度に設定する。先の図1に示すp- ポケット領域4
aの濃度は、このソース電圧Vsと基板電位(0V)差
で基板2とソース間がアバランシェブレークダウンする
ような濃度設定となっている。アバランシェブレークダ
ウンにより発生したキャリアのうち、基板2およびコン
トロールゲートCGが接地されているので、まず基板に
逃げるホットホール(SAH)の一部が、ゲート絶縁膜
障壁を越えてフローティングゲートFGに注入される。
この時のソースとゲート間印加電圧が10Vと比較的に
高いので、図3に示すように、SAH注入は従来よりも
急速に行われ、最も遅いビットが自己収束させたい所望
のしきい値(ゲート閾値電圧Vtho )を充分に下回った
ところで、当該第1段階の消去は終了する。
In this embodiment, the control gate voltage Vg and the substrate voltage Vsub are set to the ground potential (0 V), the drain terminal is opened, and the source voltage Vs is set to, for example, 10 V.
Set to about V. P - pocket region 4 shown in FIG.
The concentration of a is set such that avalanche breakdown occurs between the substrate 2 and the source due to the difference between the source voltage Vs and the substrate potential (0 V). Since the substrate 2 and the control gate CG of the carriers generated by the avalanche breakdown are grounded, a part of the hot hole (SAH) escaping to the substrate is first injected into the floating gate FG through the gate insulating film barrier. You.
At this time, since the applied voltage between the source and the gate is relatively high at 10 V, as shown in FIG. 3, the SAH injection is performed more rapidly than in the past, and the desired threshold value at which the slowest bit wants to self-converge (see FIG. 3). When the voltage falls sufficiently below the gate threshold voltage Vtho), the erasing in the first stage ends.

【0025】次に、第2段階として、本実施形態ではC
HE注入による弱い書き込みを行う。この時のバイアス
条件は、図4に示すように、例えば、ドレイン及び基板
を接地電位にした状態で、ソースにCHEが発生するの
に十分な正の電圧、例えば6V程度を印加し、またゲー
トに対し、発生したCHEをフローティングゲートFG
に導くのに十分な正の電圧、例えば5V程度を印加す
る。なお、本例では第1段階との関係で、正の電圧印加
箇所をソース側に揃えるためにソースに正電圧を印加す
るが、もちろん、通常の場合と同様にドレイン側に正電
圧を印加してもよい。かかるバイアス条件下、多数キャ
リア(エレクトロン)は形成チャネル内を電界加速さ
れ、そのドレイン端のピンチオフ領域でSi−SiO2
界面の電位障壁より大きなエネルギーを持つに至り、チ
ャネルホットエレクトロン(CHE)が発生する。この
CHEは、ホール注入後のフローティングゲートFGの
電位がある程度高い上、コントロールゲートに印加され
た正の印加電圧に引き寄せられるようにしてフローティ
ングゲートFG内に注入され、その分第1段階とは逆に
FG電位Vfgが下がってゆき(図5)、ゲート閾値電
圧Vthは上昇する(図6)。
Next, as a second stage, in the present embodiment, C
Weak writing by HE injection is performed. The bias conditions at this time are as shown in FIG. 4, for example, with the drain and the substrate at the ground potential, applying a positive voltage sufficient to generate CHE to the source, for example, about 6 V, To the floating gate FG
Is applied, for example, about 5V. In this example, a positive voltage is applied to the source in order to align the positive voltage application point to the source side in relation to the first stage, but, of course, a positive voltage is applied to the drain side as in the normal case. You may. Under such a bias condition, majority carriers (electrons) are accelerated by an electric field in the formation channel, and Si-SiO 2 is formed in a pinch-off region at the drain end.
It has energy higher than the potential barrier at the interface, and channel hot electrons (CHE) are generated. This CHE is injected into the floating gate FG in such a manner that the potential of the floating gate FG after the hole injection is somewhat high and is attracted to the positive applied voltage applied to the control gate. Then, the FG potential Vfg decreases (FIG. 5), and the gate threshold voltage Vth increases (FIG. 6).

【0026】このような2段階の消去動作を、図5で総
括すると、第1段階では、その初期にはSAHが急速に
注入され、FG電位Vfgが上昇するにしたがってアバ
ランシェホットエレクトロン(SAE)が注入されるよ
うになり、これがFG電位Vfgを自己収束に向かわせ
るように働くが、第1段階はゲート閾値電圧Vthが所望
の値を下回ったところで終了するので、その時点での収
束性は未だ余りよくない。直ぐに続く第2段階では、上
述したCHE注入により電子が急速にフローティングゲ
ートFGに注入され、その注入量は、注入が進んでFG
電位Vfgが低下すると飽和してくるので、第1段階の
終了時点のFG電位、第2段階の制御ゲート電圧等で決
まる所望のVthにまで上昇していく。また、個々のセル
で見た時のCHE注入量は、個々のセルのFG電位初期
値で決まり、先の第1段階で速く消去されたセルではよ
り多くのCHEが注入され、第1段階で消去が遅かった
セルは余りCHEが注入されない。この結果、ゲート閾
値電圧Vthは、この第2段階の弱い書き込みによって所
望の値Vtho に収束することとなる。ここで、狙いのゲ
ート閾値電圧Vtho を得るために、最終的にこれに対応
するFG電位になるように、第1及び第2段階の各電圧
と電圧印加時間が予め設定されている。
FIG. 5 summarizes such a two-stage erase operation. In the first stage, SAH is rapidly injected at the initial stage, and avalanche hot electrons (SAE) are generated as the FG potential Vfg increases. The FG potential Vfg works toward self-convergence. However, the first stage ends when the gate threshold voltage Vth falls below a desired value, so that the convergence at that time is not yet achieved. Not very good. In the second stage immediately following, electrons are rapidly injected into the floating gate FG by the above-described CHE injection, and the injection amount is changed to FG
Since the saturation occurs when the potential Vfg decreases, the FG potential at the end of the first stage and the desired Vth determined by the control gate voltage at the second stage and the like increase. The amount of CHE implanted in each cell is determined by the initial value of the FG potential of each cell. In the cell erased quickly in the first stage, more CHE is implanted. CHEs are not implanted into cells that have been erased late. As a result, the gate threshold voltage Vth converges to a desired value Vtho by the weak writing in the second stage. Here, in order to obtain a target gate threshold voltage Vtho, each of the voltages in the first and second stages and the voltage application time are set in advance so as to finally reach the FG potential corresponding thereto.

【0027】この第1実施形態に係る消去方法では、ゲ
ート絶縁膜劣化に結びつく第1段階のホットホール注入
を短い時間で急速に行い、第2段階では、CHE注入を
利用することでゲート絶縁膜劣化を引き起し或いは進行
させることなく、ゲート閾値電圧分布を狭く(例えば、
0.6V程度の分布幅に)することができる。
In the erasing method according to the first embodiment, hot hole injection in the first stage, which leads to deterioration of the gate insulating film, is rapidly performed in a short time, and in the second stage, the gate insulating film is formed by utilizing CHE injection. Narrowing the gate threshold voltage distribution without causing or advancing degradation (eg,
(To a distribution width of about 0.6 V).

【0028】第2実施形態 本実施形態は、第1段階は先の第1実施形態と同様に急
速消去をSAH注入で行い、第2段階の弱い書き込みを
CHE注入ではなく、アバランシェホットエレクトロン
(SAE)で行う場合である。したがって、図2と図3
は、本実施形態の第1段階でもそのまま適用される。図
7と図9は本実施形態における第2段階のSHE注入の
概念図と特性変化図、図8は本実施形態の消去方法によ
るコントロールゲート電位の自己収束の過程を説明する
図である。
Second Embodiment In this embodiment, in the first stage, rapid erasing is performed by SAH injection as in the first embodiment, and weak writing in the second stage is not performed by CHE injection but by avalanche hot electrons (SAE). ). Therefore, FIGS. 2 and 3
Is applied as is even in the first stage of the present embodiment. 7 and 9 are a conceptual diagram and a characteristic change diagram of the second stage SHE injection in the present embodiment, and FIG. 8 is a diagram for explaining a process of self-convergence of the control gate potential by the erasing method of the present embodiment.

【0029】本実施形態の第2段階では、SAE注入に
よる弱い書き込みを行う。このときのバイアス条件は、
ソースとゲートおよび基板との間の印加電圧を先の第1
段階の時より緩和する。すなわち、例えば図7に示すよ
うに、ドレイン端子をオープンの状態で、ソース電圧V
sを例えば10V程度に設定することは第1段階と同じ
であるが、ここではコントロールゲート電圧Vg及び基
板電圧Vsub を、先の第1段階の時より高い正の電圧、
例えば2.5V程度に設定する。この条件でもアバラン
シェブレークダウンが発生するように、前記p- ポケッ
ト領域4a,6aの濃度等が設定されており、このとき
もSAH及びSAE(Source Avalanche hot Electron)
が発生する。この2回目のアバランシェブレークダウン
開始時点では、先の第1段階の場合と異なり、フローテ
ィングゲートFGには十分なホットホールが注入されて
電位Vfgが高くなっている上、制御ゲートCGの印加
電圧も先程より高いので、アバランシェブレークダウン
により発生したホットキャリアのうち、ホットエレクト
ロンがフローティングゲートFGに注入される。これに
よって、第1実施形態のCHEと同様に、FG電位Vf
gが下がってゆき(図8)、ゲート閾値電圧Vthが収束
性を高めながら所望値Vthoまで上昇することとなる
(図9)。ここで、狙いのゲート閾値電圧Vtho を得る
ために、最終的にこれに対応するFG電位になるよう
に、第1及び第2段階の各電圧と電圧印加時間が予め設
定されている。
In the second stage of this embodiment, weak writing by SAE injection is performed. The bias condition at this time is
The applied voltage between the source, the gate and the substrate is
Relax at the stage. That is, for example, as shown in FIG.
Setting s to, for example, about 10 V is the same as in the first step, but here, the control gate voltage Vg and the substrate voltage Vsub are set to a higher positive voltage than in the first step,
For example, it is set to about 2.5V. The concentration and the like of the p - pocket regions 4a and 6a are set so that avalanche breakdown occurs even under this condition. Also in this case, SAH and SAE (Source Avalanche hot Electron) are used.
Occurs. At the start of the second avalanche breakdown, unlike the case of the first stage, sufficient hot holes are injected into the floating gate FG to increase the potential Vfg, and the voltage applied to the control gate CG also decreases. Since it is higher than the above, hot electrons of the hot carriers generated by the avalanche breakdown are injected into the floating gate FG. Thereby, similarly to the CHE of the first embodiment, the FG potential Vf
g decreases (FIG. 8), and the gate threshold voltage Vth increases to a desired value Vtho while improving convergence (FIG. 9). Here, in order to obtain a target gate threshold voltage Vtho, the voltages in the first and second stages and the voltage application time are set in advance so as to finally reach the FG potential corresponding thereto.

【0030】この第2実施形態に係る消去方法において
も、先の第1実施形態と同様な効果、即ちゲート絶縁膜
劣化に結びつく第1段階のホットホール注入を短い時間
で急速に行い、第2段階では、SAE注入を利用するこ
とでゲート絶縁膜劣化を引き起し或いは進行させること
なく、ゲート閾値電圧分布を狭く(例えば、0.6V程
度の分布幅に)することができる。
In the erasing method according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment, that is, the first-stage hot hole injection leading to the deterioration of the gate insulating film is rapidly performed in a short time, and the second method is performed. At the stage, the gate threshold voltage distribution can be narrowed (for example, to a distribution width of about 0.6 V) without using or causing deterioration of the gate insulating film by using SAE implantation.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の
消去方法によれば、SAH消去方式であっても、ゲート
絶縁膜を劣化させることなく、即ちデータ保持特性を高
いレベルで維持したまま消去後のしきい値分布の縮小を
図ることができる。これにより、低電圧で高速読み出し
が可能となる。また、ゲート絶縁膜中にトラップされる
ホール量を低減できることから、書き込み消去の繰り返
し特性(エンデュランス特性)を向上させることができ
る。
According to the method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, erasing can be performed without deteriorating the gate insulating film, that is, while maintaining the data retention characteristics at a high level even in the SAH erasing method. The subsequent threshold distribution can be reduced. Thereby, high-speed reading can be performed at a low voltage. Further, since the amount of holes trapped in the gate insulating film can be reduced, the repetition characteristics of writing and erasing (endurance characteristics) can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係り、本発明の消去方法が
好適に実施可能な不揮発性半導体記憶装置内のメモリト
ランジスタの概略構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a memory transistor in a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, in which an erasing method of the present invention can be suitably performed.

【図2】本発明の第1実施形態の消去方法において、第
1段階のSAH注入の概念を素子断面で示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a concept of SAH implantation at a first stage in an element cross section in the erasing method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図2の第1段階のSAH注入によるゲート閾値
電圧の消去時間依存性を示す消去特性図である。
FIG. 3 is an erase characteristic diagram showing the erase time dependency of the gate threshold voltage by the first-stage SAH implantation in FIG. 2;

【図4】本発明の第1実施形態の消去方法において、第
2段階のCHE注入の概念を素子断面で示す図である。
FIG. 4 is a view showing a concept of CHE injection in a second stage in an element cross section in the erasing method according to the first embodiment of the present invention.

【図5】第1実施形態の消去方法によるコントロールゲ
ート電位の自己収束の過程を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a process of self-convergence of a control gate potential by the erasing method according to the first embodiment.

【図6】第1実施形態の第1及び第2段階におけるゲー
ト閾値電圧の消去時間依存性を示す消去特性図である。
FIG. 6 is an erase characteristic diagram showing an erase time dependency of a gate threshold voltage in first and second stages of the first embodiment.

【図7】本発明の第2実施形態の消去方法において、第
2段階のSAE注入の概念を素子断面で示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a concept of SAE implantation in a second stage in an element cross section in the erasing method according to the second embodiment of the present invention.

【図8】第2実施形態の消去方法によるコントロールゲ
ート電位の自己収束の過程を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a process of self-convergence of a control gate potential by an erasing method according to a second embodiment.

【図9】第2実施形態の第1及び第2段階におけるゲー
ト閾値電圧の消去時間依存性を示す消去特性図である。
FIG. 9 is an erasing characteristic diagram showing the erasing time dependency of the gate threshold voltage in the first and second stages of the second embodiment.

【図10】メモリトランジスタにおいて、CHE注入に
よる書き込み方式の概念を素子断面で示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a concept of a writing method by CHE injection in a cross section of a memory transistor.

【図11】従来のSAH注入による消去方式の概念を素
子断面で示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a concept of an erasing method using a conventional SAH injection in a cross section of an element.

【図12】従来の、また本発明の不揮発性半導体記憶装
置に適用可能な、メモリ周辺回路の基本構成例として、
例えば10V程度の電源電圧Vppを用いたインバータ
を示す回路図である。
FIG. 12 shows an example of a basic configuration of a memory peripheral circuit that can be applied to a conventional nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an inverter using a power supply voltage Vpp of about 10 V, for example.

【図13】従来のSAH消去方式の消去過程を模式的に
示す図である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing an erasing process of a conventional SAH erasing method.

【図14】従来のSAH消去方式においてゲート閾値電
圧の消去時間依存性を示す消去特性図である。
FIG. 14 is an erasing characteristic diagram showing an erasing time dependency of a gate threshold voltage in a conventional SAH erasing method.

【図15】従来方式で消去状態のVth分布を収束性のよ
い理想的なVth分布と比較して示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a Vth distribution in an erased state in comparison with an ideal Vth distribution having good convergence in the conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…メモリトランジスタ、2…半導体基板又はウェル等
(半導体基板又は基板に支持された半導体層)、4…ソ
ース不純物拡散領域、4a,6a…p- ポケット領域
(低耐圧領域)、8…ゲート絶縁膜、10…ゲート間絶
縁膜、FG…コントロールゲート、CG…コントロール
ゲート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory transistor, 2 ... Semiconductor substrate or well etc. (semiconductor substrate or a semiconductor layer supported by the substrate), 4 ... Source impurity diffusion region, 4a, 6a ... p - pocket region (low breakdown voltage region), 8 ... Gate insulation Film, 10 gate insulating film, FG: control gate, CG: control gate.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板又は基板に支持された半導体層
に、ソース不純物拡散領域およびドレイン不純物拡散領
域が互いに離間して形成され、 当該両不純物拡散領域に挟まれた半導体領域上に、ゲー
ト絶縁膜,浮遊ゲート,ゲート間絶縁膜および制御ゲー
トが順に積層され、 前記ソース不純物拡散領域の少なくとも浮遊ゲート側端
の耐圧が、前記ゲート絶縁膜においてトンネリングが起
こる前にアバランシェブレークダウンを起こすほど小さ
いメモリトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置
の消去方法であって、 前記ソース不純物拡散領域のアバランシェブレークダウ
ンにより生じたホットキャリアのうち、ホットホールを
前記浮遊ゲートに注入する第1段階の消去と、 ホットエレクトロンを前記浮遊ゲートに注入する第2段
階の弱い書き込みとによって前記メモリトランジスタの
しきい値を所定の消去状態に自己収束させる不揮発性半
導体記憶装置の消去方法。
1. A semiconductor substrate or a semiconductor layer supported by the substrate, a source impurity diffusion region and a drain impurity diffusion region are formed apart from each other, and a gate insulating layer is formed on the semiconductor region sandwiched between the impurity diffusion regions. A memory in which a film, a floating gate, an inter-gate insulating film, and a control gate are sequentially stacked, and the breakdown voltage of at least the floating gate side end of the source impurity diffusion region is so small that avalanche breakdown occurs before tunneling occurs in the gate insulating film. A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device having a transistor, comprising: a first step of injecting a hot hole into the floating gate among hot carriers generated by avalanche breakdown of the source impurity diffusion region; In the second step of injecting A method of erasing a nonvolatile semiconductor memory device in which a threshold value of the memory transistor is self-converged to a predetermined erased state by writing.
【請求項2】前記第2段階の弱い書き込みでは、前記ソ
ース不純物拡散領域とドレイン不純物拡散領域間に形成
されたチャネル内で、エレクトロンを電界加速させるこ
とによってドレイン不純物拡散領域端部付近でチャネル
ホットエレクトロンを発生させ、 当該チャネルホットエレクトロンをドレイン不純物拡散
領域側から前記浮遊ゲートに注入する請求項1に記載の
不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
2. The weak writing in the second step, wherein electrons are accelerated by an electric field in a channel formed between the source impurity diffusion region and the drain impurity diffusion region, thereby causing a channel hot near the end of the drain impurity diffusion region. 2. The method according to claim 1, wherein electrons are generated, and the channel hot electrons are injected into the floating gate from a drain impurity diffusion region side.
【請求項3】前記第2段階の弱い書き込みでは、アバラ
ンシェブレークダウンにより生じたホットキャリアのう
ち、ホットエレクトロンを前記浮遊ゲートに注入する請
求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
3. The erasing method according to claim 1, wherein in the weak writing in the second step, hot electrons of hot carriers generated by avalanche breakdown are injected into the floating gate.
【請求項4】前記アバランシェブレークダウンを、少な
くとも前記ソース不純物拡散領域のドレイン対向端部に
設けられ、前記ソース不純物拡散領域と異なり前記半導
体基板又は半導体層と同じ導電型を有し、当該半導体基
板又は半導体層より高い濃度の低耐圧領域で発生させる
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
4. The semiconductor substrate, wherein the avalanche breakdown is provided at least at a drain-facing end of the source impurity diffusion region and has the same conductivity type as the semiconductor substrate or the semiconductor layer, unlike the source impurity diffusion region. 2. The erasing method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the generation occurs in a low breakdown voltage region having a higher concentration than the semiconductor layer.
【請求項5】前記第1段階の消去では、前記制御ゲート
を接地し、前記ドレイン不純物拡散領域を電気的にオー
プンとした状態で、前記ソース不純物拡散領域に正の電
圧を印加し、 前記第2段階の弱い書き込みでは、前記ソース不純物拡
散領域とドレイン不純物拡散領域の何れか一方を接地し
た状態で、他方の不純物拡散領域と前記制御ゲートにそ
れぞれ正の電圧を印加する請求項2に記載の不揮発性半
導体記憶装置の消去方法。
5. In the erasing in the first step, a positive voltage is applied to the source impurity diffusion region while the control gate is grounded and the drain impurity diffusion region is electrically open. 3. The two-stage weak writing, wherein one of the source impurity diffusion region and the drain impurity diffusion region is grounded and a positive voltage is applied to the other impurity diffusion region and the control gate. A method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項6】前記第1段階の消去では、前記制御ゲート
を接地し、前記ドレイン不純物拡散領域を電気的にオー
プンとした状態で、前記ソース不純物拡散領域に正の電
圧を印加し、 前記第2段階の弱い書き込みでは、前記ソース不純物拡
散領域と前記制御ゲート間の印加電圧を前記第1段階の
消去時より小さくする方向に、制御ゲートまたはソース
不純物拡散領域の電圧値を変化させる請求項2に記載の
不揮発性半導体記憶装置の消去方法。
6. In the erasing in the first step, a positive voltage is applied to the source impurity diffusion region with the control gate grounded and the drain impurity diffusion region electrically open, 3. The voltage value of the control gate or the source impurity diffusion region in the two-stage weak writing is changed so that the applied voltage between the source impurity diffusion region and the control gate is smaller than that in the erasing in the first stage. 3. The method for erasing a nonvolatile semiconductor memory device according to item 1.
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