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KR100667898B1 - Nonvolatile Semiconductor Memory Device - Google Patents

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KR100667898B1
KR100667898B1 KR1020050045472A KR20050045472A KR100667898B1 KR 100667898 B1 KR100667898 B1 KR 100667898B1 KR 1020050045472 A KR1020050045472 A KR 1020050045472A KR 20050045472 A KR20050045472 A KR 20050045472A KR 100667898 B1 KR100667898 B1 KR 100667898B1
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KR
South Korea
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transistor
voltage
floating gate
line
control node
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Korean (ko)
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Inventor
한일석
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매그나칩 반도체 유한회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 별도의 추가 공정 없이 기존의 임베디드 고전압(Embedded High Voltage) 소자의 제조를 위한 반도체 공정을 그대로 이용하여 프로그램 및 소거가 여러번 가능한 MTP(Multi-Time Programmable) 셀을 구현하는 기술을 개시한다. 이를 위해, 다수의 워드라인; 다수의 비트 라인; 공통 소스 라인; 및 다수의 단위 셀을 포함하는 비휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 단위 셀은 선택 라인에 인가되는 선택 전압에 의해 제어되어 워드라인에 인가된 전압을 선택적으로 전송하는 선택 트랜지스터; 선택 트랜지스터를 통해 전달된 전압에 따라 플로우팅 게이트에 커패시턴스 커플링에 의해 전자를 주입하거나 방출하는 제어 노드; 및 플로우팅 게이트의 전하 전위에 따라 셀 전류를 검출하는 감지 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a technique for implementing an MTP (Multi-Time Programmable) cell that can be programmed and erased many times by using a semiconductor process for manufacturing an embedded high voltage device without any additional process. To this end, a plurality of word lines; A plurality of bit lines; Common source line; And a plurality of unit cells, the unit cell comprising: a selection transistor controlled by a selection voltage applied to a selection line to selectively transfer a voltage applied to a word line; A control node for injecting or releasing electrons by capacitance coupling to the floating gate in accordance with the voltage delivered through the selection transistor; And a sense transistor for detecting a cell current according to the charge potential of the floating gate.

Description

비휘발성 반도체 메모리 장치{Nonvolatile semiconductor memory device}Nonvolatile semiconductor memory device

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 MTP 셀을 나타낸 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views showing MTP cells according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 MTP 셀의 제어 게이트 전압 Vcg과 셀 전류의 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating a relationship between a control gate voltage Vcg and a cell current of an MTP cell according to the prior art.

도 3a는 종래 기술에 따른 셀 어레이를 나타낸 회로도이다.3A is a circuit diagram illustrating a cell array according to the prior art.

도 3b는 종래 기술에 따른 셀 어레이를 나타낸 레이아웃도이다. 3B is a layout diagram illustrating a cell array according to the related art.

도 3c는 도 3a에 도시된 셀 어레이에서 A 셀을 프로그램하는 동작을 나타낸 회로도이다.FIG. 3C is a circuit diagram illustrating an operation of programming A cell in the cell array shown in FIG. 3A.

도 3d는 종래 기술에 따른 MTP 셀에 대한 프로그램 시간 및 제어 게이트에 인가되는 전압별 프로그램 장애(program disturbace) 정도를 나타낸 그래프이다. FIG. 3D is a graph illustrating a program time for an MTP cell according to the related art and a program disturbance for each voltage applied to a control gate.

도 4는 본 발명에 따른 3 개 트랜지스터 형(three transistor type) MTP 단위 셀을 나타낸 레이아웃도이다.4 is a layout diagram illustrating a three transistor type MTP unit cell according to the present invention.

도 5a는 도 4에 도시된 레이아웃도에서 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4.

도 5b는 도 4에 도시된 레이아웃도에서 B-B' 방향으로 절단한 단면도이다.5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in the layout diagram of FIG. 4.

도 6은 도 4에 도시된 MTP 단위 셀의 기호를 나타낸 회로도이다.6 is a circuit diagram illustrating a symbol of an MTP unit cell shown in FIG. 4.

도 7은 본 발명에 따른 MTP 셀 어레이를 나타낸 회로도이다.7 is a circuit diagram illustrating an MTP cell array according to the present invention.

도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 MTP 셀 어레이의 동작을 나타낸 개념도이 다.8A through 8C are conceptual views illustrating the operation of the MTP cell array shown in FIG. 7.

본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 추가 공정 없이 기존의 임베디드 고전압(Embedded High Voltage) 소자의 제조를 위한 반도체 공정을 그대로 이용하여 프로그램 및 소거가 여러번 가능한 MTP(Multi-Time Programmable) 셀을 구현하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device, and more particularly, MTP (Multi Programmable and Efficient) can be programmed and erased many times using a semiconductor process for manufacturing an embedded high voltage (Embedded High Voltage) device without additional processing. -Time Programmable) relates to a technique for implementing a cell.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 MTP 셀을 나타낸 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views showing MTP cells according to the prior art.

MTP 셀의 경우 제어 게이트에 인가한 전압 Vcg과 드레인 전압 Vds, 소스 전압 Vs에 따라 프로그램(program) 상태와 소거(erase) 상태가 결정된다.In the case of the MTP cell, a program state and an erase state are determined according to the voltage Vcg, the drain voltage Vds, and the source voltage Vs applied to the control gate.

도 1a는 종래 기술에 따른 프로그램 조건을 나타낸 MTP 셀의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of an MTP cell showing a program condition according to the prior art.

종래 기술에 따른 MTP 셀의 프로그램 조건은 제어 게이트(1)에 인가한 전압 Vcg이 고전압 Vpp, 드레인(3) 전압 Vds은 접지 GND, 소스(4) 전압 Vs은 전원전압 Vcc 및 벌크(5) 전압 Vbulk은 접지 GND로 설정된다. 따라서, 플로우팅 게이트(2)에 전자가 주입(injection)되어 프로그램된다.The program condition of the MTP cell according to the prior art is that the voltage Vcg applied to the control gate 1 is the high voltage Vpp, the drain 3 voltage Vds is the ground GND, the source (4) voltage Vs is the power supply voltage Vcc and the bulk (5) voltage. Vbulk is set to ground GND. Thus, electrons are injected into the floating gate 2 and programmed.

도 1b는 종래 기술에 따른 소거 조건을 나타낸 MTP 셀의 단면도이다.1B is a cross-sectional view of an MTP cell showing an erasure condition according to the prior art.

종래 기술에 따른 MTP 셀의 소거 조건은 제어 게이트(1)에 인가한 전압 Vcg이 고전압 Vpp을 인가하고, 드레인(3)과 소스(4)는 플로우팅(floating)되며, 벌크(5) 전압 Vbulk은 고전압 Vpp으로 설정된다. 따라서, 플로우팅 게이트(2)로부터 전 자가 벌크(bulk)(5)로 방출(extraction)되어 소거된다.The erase condition of the MTP cell according to the related art is that the voltage Vcg applied to the control gate 1 applies the high voltage Vpp, the drain 3 and the source 4 are floating, and the bulk 5 voltage Vbulk. Is set to the high voltage Vpp. Thus, the electrons from the floating gate 2 are extracted into the bulk 5 and erased.

도 2는 종래 기술에 따른 MTP 셀의 제어 게이트 전압 Vcg과 셀 전류의 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating a relationship between a control gate voltage Vcg and a cell current of an MTP cell according to the prior art.

도 3a는 종래 기술에 따른 셀 어레이를 나타낸 회로도이고, 도 3b는 레이아웃도이다. 여기서는 스택 게이트 형태(Stack Gate Type)의 셀을 예를 들어 설명한다.3A is a circuit diagram illustrating a cell array according to the prior art, and FIG. 3B is a layout diagram. Here, an example of a stack gate type cell will be described.

셀 어레이는 다수의 워드라인 WL1, WL2, WL3, 다수의 비트 라인 BL1, BL2, 공통 소스 라인 CS 및 다수의 단위 셀 UC을 포함한다.The cell array includes a plurality of word lines WL1, WL2, WL3, a plurality of bit lines BL1, BL2, a common source line CS, and a plurality of unit cells UC.

다수의 워드라인 WL1, WL2, WL3은 제어 게이트(control gate)를 이용하여 X 축 방향으로 형성된다. The plurality of word lines WL1, WL2, and WL3 are formed in the X axis direction by using a control gate.

플로우팅 게이트(floating gate)는 각 워드라인 WL1, WL2, WL3 하부에 형성된다.A floating gate is formed under each word line WL1, WL2, and WL3.

다수의 비트 라인 BL1, BL2은 Y 축 방향으로 형성되어 메탈 콘택(matal1 contact)을 통해 각 단위 셀 UC의 드레인에 접속된다.The plurality of bit lines BL1 and BL2 are formed in the Y-axis direction and connected to the drains of the unit cells UC through metal contacts.

공통 소스 라인 CS은 비트 라인 BL1, BL2과 평행하게 Y 축 방향으로 형성되어 두개의 단위 셀 US의 소스에 하나의 콘택을 통해 공통으로 접속된다.The common source line CS is formed in the Y-axis direction parallel to the bit lines BL1 and BL2 and commonly connected to the sources of the two unit cells US through one contact.

도 3c는 도 3a에 도시된 셀 어레이에서 A 셀을 프로그램하는 동작을 나타낸 회로도이다.FIG. 3C is a circuit diagram illustrating an operation of programming A cell in the cell array shown in FIG. 3A.

도 3c에 도시된 바와 같이 A 셀에 대한 프로그램 동작 시 선택된 워드라인 WL2에 공통으로 연결된 선택되지 않은 B 셀에도 원하지 않은 고전압 Vpp이 인가되 어 선택되지 않은 B 셀의 문턱 전압이 상향 시프트되는 문제점이 발생한다.As illustrated in FIG. 3C, an unwanted high voltage Vpp is applied to an unselected B cell commonly connected to the selected word line WL2 during a program operation on the A cell, thereby shifting the threshold voltage of the unselected B cell upward. Occurs.

도 3d는 종래 기술에 따른 MTP 셀에 대한 프로그램 시간 및 제어 게이트에 인가되는 전압별 프로그램 장애(program disturbace) 정도를 나타낸 그래프이다. 여기서는 프로그램 시 제어 게이트에 인가되는 고전압 Vpp의 전압 레벨 및 펄스폭별로 소거된 셀의 기준 문턱전압(threshold voltage)의 변화를 나타낸다.FIG. 3D is a graph illustrating a program time for an MTP cell according to the related art and a program disturbance for each voltage applied to a control gate. Here, a change in the reference threshold voltage of the erased cell for each voltage level and pulse width of the high voltage Vpp applied to the control gate during programming is shown.

도 3d를 참조하면, 고전압 VPP의 전압이 커지거나 펄스 시간이 증가하는 경우 소거된 셀의 기준 문턱전압은 로우 레벨(1.5~2.0V)로 유지되어야 하지만 선택된 셀에 인가되는 고전압 Vpp에 의해 선택되지 않은 셀도 원하지 않은 문턱전압의 시프트가 발생하는 경우를 나타낸다.Referring to FIG. 3D, when the voltage of the high voltage VPP increases or the pulse time increases, the reference threshold voltage of the erased cell should be maintained at a low level (1.5 to 2.0 V) but not selected by the high voltage Vpp applied to the selected cell. An uncelled cell also represents a case where an unwanted threshold voltage shift occurs.

이와 같이 여러번 프로그램 및 소거를 반복하여 수행하는 MTP 셀의 경우 원하지 않는 셀에 계속된 고전압 스트레스로 소자의 신뢰도(reliablility) 특성이 악화되어 패일을 유발한다. 즉, 프로그램된 셀과 소거된 셀의 문턱전압 차이가 줄어들기 때문에 소거된 셀이 계속된 고전압 스트레스에 의하여 프로그램된 셀처럼 오동작하는 문제점이 있다.As described above, in the case of MTP cells repeatedly performing program and erase processes, the reliability characteristics of the device may be deteriorated due to high voltage stresses that continue in unwanted cells, causing failure. That is, since the threshold voltage difference between the programmed cell and the erased cell is reduced, there is a problem that the erased cell malfunctions like the programmed cell due to the continuous high voltage stress.

또한, 초기에 생산된 스택 게이트(Stack Gate) 형태의 비휘발성 기억 소자는 플로우팅 게이트(Floating gate)와 제어 게이트(Control gate)가 ONO를 기준으로 상하 적층된 구조인 복층 폴리 실리콘(Duble Layer Poly-silicon)을 사용하여 형성하였다.In addition, a non-volatile storage device in the form of a stack gate, which is initially produced, has a structure in which a floating gate and a control gate are stacked up and down on the basis of ONO. -silicon).

그러나, 현재 일반적으로 로직 전용 소자에서 사용되는 단층 폴리 실리콘(One Layer Poly-silicon)인 CMOS 공정에 MTP 셀 형성을 위해 1) 터널 산화 공정 (Tunnel Oxidation Process), 2) 셀 문턱전압 조절을 위한 주입 공정(Implantation Process), 3) 폴로우팅 게이트 형성 공정, 4) ONO 형성 공정, 5) 셀 S/D 주입 공정, 6) 제어 게이트 형성 공정 등이 추가된다.However, 1) Tunnel Oxidation Process and 2) Cell Threshold Injection for MTP Cell Formation in CMOS Process, One Layer Poly-silicon, Currently Used in Logic Only Devices Implantation Process, 3) Falling Gate Formation Process, 4) ONO Formation Process, 5) Cell S / D Injection Process, 6) Control Gate Formation Process, etc. are added.

결론적으로 공정이 복잡하게 되어 신뢰도(reliability)가 떨어지는 문제점이 발생한다.As a result, the process becomes complicated, resulting in a problem of low reliability.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 임베디드 고전압 소자의 제조를 위한 반도체 공정만을 이용하여 MTP 셀을 구현하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to implement an MTP cell using only a semiconductor process for manufacturing an embedded high voltage device.

본 발명의 다른 목적은 공정 변수에 의한 소자 불량률을 낮추어 소자의 신뢰성을 향상시키는 것이다.Another object of the present invention is to improve the reliability of the device by lowering the device failure rate due to process variables.

본 발명의 또 다른 목적은 선택되지 않은 셀에 대한 프로그램 장애 현상을 제거하는 것이다.It is another object of the present invention to eliminate program failures for unselected cells.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비휘발성 반도체 메모리 장치는 다수의 워드라인; 다수의 비트 라인; 공통 소스 라인; 및 다수의 단위 셀을 포함하는 비휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서, 상기 단위 셀은 선택 라인에 인가되는 선택 전압에 의해 제어되어 상기 워드라인에 인가된 전압을 선택적으로 전송하는 선택 트랜지스터; 상기 선택 트랜지스터를 통해 전달된 전압에 따라 플로우팅 게이트에 커패시턴스 커플링에 의해 전자를 주입하거나 방출하는 제어 노드; 및 플로우팅 게이트의 전하 전위에 따라 셀 전류를 검출하는 감지 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.A nonvolatile semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object is a plurality of word lines; A plurality of bit lines; Common source line; And a plurality of unit cells, the unit cell comprising: a selection transistor controlled by a selection voltage applied to a selection line to selectively transfer a voltage applied to the word line; A control node for injecting or emitting electrons by capacitance coupling to the floating gate in accordance with the voltage delivered through the selection transistor; And a sense transistor for detecting a cell current according to the charge potential of the floating gate.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시되고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달되기 위해 제공되어지는 것이다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the spirit of the present invention is thoroughly and completely disclosed, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will be fully delivered. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification.

본 발명은 복층 폴리 실리콘 형태(double layer poly silicon type)의 기존 MTP 셀을 기능별로 평면으로 나열한 구조로 변경하여 단층 폴리 실리콘 형태(one layer poly silicon type)로 구현 가능하여, 기존 MTP 셀의 특성을 구현하기 위한 별도의 추가 공정 없이 기존 로직 소자의 제조를 위한 반도체 공정을 그대로 이용하여 프로그램 및 소거가 여러번 가능한 MTP 셀을 구현하였다.The present invention can be implemented in a single layer poly silicon type by changing the existing MTP cell of a double layer poly silicon type into a structure arranged in a plane by function, thereby improving the characteristics of the existing MTP cell. The MTP cell, which can be programmed and erased several times, is implemented by using a semiconductor process for fabricating an existing logic device without any additional process for implementation.

도 4는 본 발명에 따른 3 개 트랜지스터 형(three transistor type) MTP 단위 셀을 나타낸 레이아웃도이다.4 is a layout diagram illustrating a three transistor type MTP unit cell according to the present invention.

도 4에 도시된 3 T MTP 단위 셀(Three Transistor Type Multi Time Programmable Unit Cell)은 3개의 트랜지스터가 연결된 구조를 갖는다. 즉, MTP 단위 셀 UC은 선택 트랜지스터(select transistor)(100), 제어 트랜지스터(controol transistor)(200) 및 감지 트랜지스터(sensing transistor)(300)을 포함한다.The 3 T MTP unit cell illustrated in FIG. 4 has a structure in which three transistors are connected. That is, the MTP unit cell UC includes a select transistor 100, a control transistor 200, and a sensing transistor 300.

선택 트랜지스터(100)는 소자 분리막(STI)(12)에 의해 구분된 영역의 P웰(P-well)(10) 내에 형성되며, 폴리 게이트(poly gate)(14) 및 N+ 접합부(N+ junction) 로 형성된 드레인(16) 및 소스(18)를 갖는다.The select transistor 100 is formed in a P-well 10 in a region separated by an isolation layer (STI) 12, and includes a poly gate 14 and an N + junction. And a drain 16 and a source 18 formed therein.

제어 트랜지스터(200)는 소자 분리막(12)에 의해 구분된 영역의 N웰(N-well)(20) 내에 형성되며, N- 접합부(N- junction)(22), 플로우팅 게이트(24) 및 선택 트랜지스터(100)의 소스(16)와 접속되는 메탈 라인(26)을 갖는다. The control transistor 200 is formed in an N-well 20 in a region separated by the device isolation film 12, and has an N-junction 22, a floating gate 24, and The metal line 26 is connected to the source 16 of the select transistor 100.

감지 트랜지스터(300)는 소자 분리막(12)에 의해 구분된 영역의 P웰(P-well)(30) 내에 형성되며, 플로우팅 게이트(24) 및 N+ 확산 접합부(N+ diffusion junction)로 형성된 드레인(32) 및 소스(34)를 갖는다.The sensing transistor 300 is formed in a P-well 30 in a region separated by the device isolation layer 12, and has a drain formed of a floating gate 24 and an N + diffusion junction. 32) and source 34.

워드라인(40)은 메탈 라인(42)을 통해 각 단위 셀 UC의 N+ 접합부(14)에 접속된다. 여기서, N+ 접합부(14)는 선택 트랜지스터(100)의 드레인(14) 역할을 수행한다.The word line 40 is connected to the N + junction 14 of each unit cell UC through the metal line 42. Here, the N + junction 14 serves as the drain 14 of the select transistor 100.

즉, 프로그램 동작 시 워드라인(40)에 인가되는 전압은 메탈 라인(42)을 통해 선택 트랜지스터(100)의 드레인처럼 동작하는 N+ 접합부(14)에 연결된다.That is, the voltage applied to the word line 40 during the program operation is connected to the N + junction 14 which acts as a drain of the select transistor 100 through the metal line 42.

선택 트랜지스터(100)는 게이트 전압에 따라 선택적으로 턴 온 되어 워드라인(40)에 인가된 전압을 메탈 라인(26)을 통해 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)로 전송한다.The selection transistor 100 is selectively turned on according to the gate voltage to transmit the voltage applied to the word line 40 to the N-junction 22 of the control transistor 200 through the metal line 26.

선택 트랜지스터(100)가 턴 온 되어 N- 접합부(22)에 고전압이 인가되는 경우 N- 접합부(22) 하부에 형성된 반전 층(inversion layer)에 의해 폴리 실리콘으로 형성된 플로우팅 게이트(24)의 전위 변화를 유도한다.When the select transistor 100 is turned on and a high voltage is applied to the N-junction 22, the potential of the floating gate 24 formed of polysilicon by an inversion layer formed under the N-junction 22. Induce change.

즉, 감지 트랜지스터(300)의 플로우팅 게이트(24) 커패시턴스와 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22) 커패시턴스의 비율에 의해 감지 트랜지스터(300)의 게 이트에 적당한 전압이 걸리게 된다.That is, an appropriate voltage is applied to the gate of the sense transistor 300 by the ratio of the floating gate 24 capacitance of the sense transistor 300 to the N-junction 22 capacitance of the control transistor 200.

이때, 폴리 실리콘으로 형성된 플로우팅 게이트(24)는 감지 트랜지스터(300)의 게이트 노드로 작용하며, 이 게이트의 상하로 N+ 확산 접합부(diffusion junction)(32, 34)가 배치된다.In this case, the floating gate 24 formed of polysilicon serves as a gate node of the sensing transistor 300, and N + diffusion junctions 32 and 34 are disposed above and below the gate.

상단에 형성된 N+ 확산 접합부(32)는 메탈 라인(비트 라인)(36)에 연결되어 드레인으로 동작하고, 하단에 형성된 N+ 확산 접합부(34)는 메탈 라인(공통 소스 라인)(38)에 연결되어 소스로 동작한다.The N + diffusion junction 32 formed at the top is connected to the metal line (bit line) 36 to operate as a drain, and the N + diffusion junction 34 formed at the bottom is connected to the metal line (common source line) 38. Act as the source

감지 트랜지스터(300)의 드레인(32)에 3~6V 정도의 바이어스를 인가하는 경우 드레인 전압에 의한 드레인(32)과 플로우팅 게이트(24) 에지 부분에서 핫 캐리어(hot carrier)가 발생된다.When a bias of about 3 to 6V is applied to the drain 32 of the sensing transistor 300, hot carriers are generated at the edges of the drain 32 and the floating gate 24 due to the drain voltage.

만약, 감지 트랜지스터(300)의 플로우팅 게이트(24)에 고전압이 인가되어 있는 경우(플로우팅 게이트(24)의 전압이 높은 경우)는 수직 전자 영역(vertical electric field)에 의하여 발생된 핫 캐리어(전자)가 게이트 산화막(44)의 장벽(barrier)를 넘어 플로우팅 게이트(24)로 유입(injection)된다.When a high voltage is applied to the floating gate 24 of the sensing transistor 300 (when the voltage of the floating gate 24 is high), a hot carrier (generated by a vertical electric field) may be used. Electrons) are injected into the floating gate 24 across the barrier of the gate oxide film 44.

도 5a는 도 4에 도시된 레이아웃도에서 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 4.

도 5a를 참조하면, 일반적인 CMOS 로직 소자 구현을 위한 반도체 소자의 단면도와 큰 차이가 없음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that there is no significant difference from the cross-sectional view of a semiconductor device for implementing a general CMOS logic device.

도 5b는 도 4에 도시된 레이아웃도에서 B-B' 방향으로 절단한 단면도이다.5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in the layout diagram of FIG. 4.

도 5b를 참조하면, 감지 트랜지스터(300)의 게이트 산화막(44)은 기존 CMOS 공정에서 사용되는 로직 NMOS/PMOS 트랜지스터용으로 사용되는 70~100Å 정도 두께 의 산화막이 별도 공정의 추가 없이 그대로 사용된다. Referring to FIG. 5B, the gate oxide layer 44 of the sensing transistor 300 may be an oxide layer having a thickness of about 70 to about 100 μs used for a logic NMOS / PMOS transistor used in a conventional CMOS process without additional process.

감지 트랜지스터(300)의 게이트 산화막(44)은 기존 스택 게이트 형태의 셀(stack gate type cell)의 터널 산화막의 역할을 동일하게 수행하는 동시에 MTP 셀의 전류 센싱용 게이트 산화막 역할을 수행한다.The gate oxide layer 44 of the sensing transistor 300 performs the same role as the tunnel oxide layer of the conventional stack gate type cell and also serves as the gate oxide layer for current sensing of the MTP cell.

감지 트랜지스터(300)의 드레인(32) 및 소스(34)는 기존 로직 NMOS 용 N+ 접합부 제조용 반도체 공정으로 별도의 추가 공정 없이 동일하게 형성된다.The drain 32 and the source 34 of the sensing transistor 300 are the same as the semiconductor process for manufacturing an N + junction for a logic NMOS without any additional process.

제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22) 캐패시턴스와 감지 트랜지스터(300)의 플로우팅 게이트(24) 캐패시턴스는 약 1.5~5 정도의 비율이 되도록 폴리 길이(poly length)는 최소 디자인 룰(minimum design rule)로 고정시킨 상태에서 확산 폭(diffusion width)을 조절한다.The minimum design rule of poly length is such that the capacitance of the N-junction 22 of the control transistor 200 and the capacitance of the floating gate 24 of the sense transistor 300 are about 1.5-5. Adjust the diffusion width with the rule fixed.

또한, 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22) 캐패시턴스를 상대적으로 더 크게 형성하여 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)에 고전압이 인가되는 경우 감지 트랜지스터(300)의 플로우팅 게이트(24)로 CHEI(Channel Hot Electron Injection)나 FN 터널링이 더 크게 형성된다.In addition, when the N-junction 22 capacitance of the control transistor 200 is formed to be relatively larger so that a high voltage is applied to the N-junction 22 of the control transistor 200, the floating gate of the sensing transistor 300 ( 24) Channel Hot Electron Injection (CHEI) or FN tunneling is formed larger.

도 6은 도 4에 도시된 MTP 단위 셀의 기호를 나타낸 회로도이다.6 is a circuit diagram illustrating a symbol of an MTP unit cell shown in FIG. 4.

선택 트랜지스터(100)의 게이트(14)에 선택 라인 SL이 접속되고, 드레인(16)이 워드라인 WL에 접속되고, 소스(18)가 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)에 접속된다.Select line SL is connected to gate 14 of select transistor 100, drain 16 is connected to word line WL, and source 18 is connected to N-junction 22 of control transistor 200. .

감지 트랜지스터(300)는 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22) 상부에 형성된 플로우팅 게이트(24)가 연장되어 형성된 게이트(24), 드레인(32), 소스(34) 및 기판(30) 단자를 갖는다.The sense transistor 300 includes a gate 24, a drain 32, a source 34, and a substrate 30 formed by extending the floating gate 24 formed on the N-junction 22 of the control transistor 200. Has terminals.

따라서, MTP 단위 셀은 워드라인 WL, 선택 라인 SL, 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32), 소스(34) 및 기판(30) 전압 상태에 따라 프로그램, 소거 및 리드 동작을 수행한다.Accordingly, the MTP unit cell performs the program, erase, and read operations according to the word line WL, the select line SL, the drain 32 of the sense transistor 300, the source 34, and the substrate 30.

[표 1]은 프로그램, 소거 및 리드 동작 시의 워드라인 WL, 선택 라인 SL, 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32), 소스(34) 및 기판(30) 전압 상태를 나타낸다.Table 1 shows word line WL, select line SL, drain 32, source 34, and substrate 30 voltage states of the program, erase, and read operations.

워드라인Word line 선택 라인Select line 드레인drain 소스sauce 기판Board 프로그램program VPPVPP VPPVPP VCC+aVCC + a 0V0 V 0V0 V 소거elimination 0V0 V VPPVPP VPPVPP VPPVPP 0V0 V 리드lead VCCVCC VCCVCC VCC-aVCC-a 0V0 V 0V0 V

먼저, 프로그램 방식은 워드라인 WL을 통해 선택 트랜지스터(100)의 N+ 접합부(16)에 약 7~14V 정도의 고전압 Vpp이 인가되고, 선택 트랜지스터(200)의 게이트(14)에 워드라인 WL에 인가된 고전압 Vpp과 동일한 고전압 Vpp이 인가된다.First, in the program method, a high voltage Vpp of about 7 to 14 V is applied to the N + junction 16 of the select transistor 100 through the word line WL, and the word line WL is applied to the gate 14 of the select transistor 200. The same high voltage Vpp as applied high voltage Vpp is applied.

따라서, 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 되어 고전압 Vpp에서 문턱전압만큼 전압강하된 전압 Vcc+a이 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)로 전달된다.Therefore, the selection transistor 100 is turned on and the voltage Vcc + a, which is dropped by the threshold voltage at the high voltage Vpp, is transferred to the N− junction 22 of the control transistor 200.

제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)에 전송된 전압은 플로우팅 게이트(24)의 커패시턴스와 커플링을 발생시켜 플로우팅 게이트(24)의 전위가 높아진다.The voltage transferred to the N-junction 22 of the control transistor 200 generates coupling with the capacitance of the floating gate 24, thereby increasing the potential of the floating gate 24.

이때, 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32)에 약 3-6V의 전원전압 Vcc을 인가하면 드레인(32) 주변에 높은 전계(high electric field)가 발생된다.At this time, when a power supply voltage Vcc of about 3-6V is applied to the drain 32 of the sensing transistor 300, a high electric field is generated around the drain 32.

높은 전계가 형성되면, 핫 캐리어(hot carrier)가 생성되어 산화막(44)에 트랩(trap)되지 않고 남은 핫 캐리어는 플로우팅 게이트(24)에 커플링된 고전위에 의하여 플로우팅 게이트(24)에 주입된다.When a high electric field is formed, hot carriers are generated and the remaining hot carriers which are not trapped in the oxide film 44 are transferred to the floating gate 24 by a high potential coupled to the floating gate 24. Is injected.

감지 트랜지스터(300)의 채널 내 핫 캐리어(전자)는 게이트 전압이 드레인 전압보다 크거나 같은 조건에서 주로 발생한다.Hot carriers (electrons) in the channel of the sense transistor 300 occur mainly under the condition that the gate voltage is greater than or equal to the drain voltage.

측장(lateral field)에 의해 드레인 주변에서 게이트 산화막 배리어보다 높은 에너지를 가질만큼 충분히 가속된 채널 전자가 실리콘(기판) 격자와 충돌하기 전에 감지 트랜지스터(300)의 플로우팅 게이트(24)로 커프링된 높은 게이트 전위에 의하여 수직 전계가 발생되어, 드레인 접합의 핀치 오프(pinch off) 주변의 게이트 산화막 방향으로 유입된다.Channel electrons accelerated sufficiently to have higher energy than the gate oxide barrier around the drain by the lateral field are cuffed to the floating gate 24 of the sense transistor 300 before impacting the silicon (substrate) grating. The vertical electric field is generated by the high gate potential and flows in the direction of the gate oxide film around the pinch off of the drain junction.

또한, 소거 방식은 FN 터널링 원리(FN tunneling mechanism)를 이용하여 플로우팅 게이트(24)의 전자를 드레인(32)과 소스(34)로 방출하는 방식을 사용한다.In addition, the erasing method uses a method of emitting electrons of the floating gate 24 to the drain 32 and the source 34 by using the FN tunneling mechanism.

외부에서 인가된 7-14V의 고전압 Vpp은 메탈 콘택을 통하여 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32) 및 소스(34)에 동시에 인가되며, 이때 선택 라인 SL에 고전압 Vpp을 인가하고, 워드라인 WL에 0V 전압을 인가하여 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 된다.Externally applied high voltage Vpp of 7-14V is simultaneously applied to the drain 32 and the source 34 of the sense transistor 300 through the metal contact, at which time the high voltage Vpp is applied to the selection line SL and the word line WL. The selection transistor 100 is turned on by applying a 0V voltage.

제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)로 워드라인(40)에 인가된 0V 전압이 인가되어 플로우팅 게이트(24)를 저전위로 커플링시킨다.A 0V voltage applied to the word line 40 is applied to the N-junction 22 of the control transistor 200 to couple the floating gate 24 to the low potential.

커플링된 플로우팅 게이트(24)의 전위에 비하여 상대적으로 드레인(32)과 소스(34)에서 고전계가 발생되며, 이 전계에 의하여 플로우팅 게이트(24)의 전자가 산화막(44) 배리어를 통과하여 드레인(32) 및 소스(34)로 방출되는 FN 터널링이 발생된다.A high electric field is generated in the drain 32 and the source 34 relative to the potential of the coupled floating gate 24, and the electrons of the floating gate 24 pass through the oxide film 44 barrier by this electric field. FN tunneling is then emitted to the drain 32 and source 34.

한편, 리드 방식은 MTP 셀에 프로그램 또는 소거 동작을 완료한 후, 즉 CHEI 방식으로 전자를 플로우팅 게이트(24)에 주입하거나 소스/드레인에 고전압을 인가하여 FN 터널링으로 전자를 방출한 후 감지 트랜지스터(300)의 셀 전류를 리딩하는 방식으로 수행된다.On the other hand, in the read method, after the program or erase operation is completed in the MTP cell, that is, the transistor is injected into the floating gate 24 in the CHEI method or a high voltage is applied to the source / drain to emit electrons by FN tunneling and then the sensing transistor. The cell current of 300 is performed in a manner of reading.

셀 전류를 리딩하기 위하여 워드라인(40)에 약 3~6V 전원전압 Vcc을 인가하고, 선택 트랜지스터(100)의 게이트(14)에 동일한 전원전압 Vcc을 인가하여 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 된다.In order to read the cell current, the power supply voltage Vcc of about 3 to 6V is applied to the word line 40 and the same power supply voltage Vcc is applied to the gate 14 of the selection transistor 100 so that the selection transistor 100 is turned on. .

이때, 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32)에는 드레인 장애(diturbance)를 방지하기 위하여 전원전압 Vcc보다 낮은 약 1~3V의 전압을 인가하여 드레인(32)/소스(34) 간 셀 전류의 유/무를 센싱한다.At this time, the drain 32 of the sensing transistor 300 is applied with a voltage of about 1 to 3 V lower than the power supply voltage Vcc in order to prevent drain disturbance, so that the flow of the cell current between the drain 32 and the source 34 is reduced. Sensing nothing.

만약, 프로그램된 상태, 즉 플로우팅 게이트(24)에 Qinj만큼의 전자(전하)가 주입되어진 경우에 Qinj에 의해 변화된 플로우팅 게이트 전압은 [수학식 1]과 같이 표현된다.If the state, that is, electrons are floating gate voltage is changed by the Q inj when been injected (charges) as much as Q inj to the floating gate 24, a program is expressed as Equation 1.

Figure 112005028492374-pat00001
Figure 112005028492374-pat00001

플로우팅 게이트(24)에 전하가 저장되면서 발생하는 문턱전압의 시프트 값은 [수학식 2]와 같이 표현된다.The shift value of the threshold voltage generated while the electric charge is stored in the floating gate 24 is expressed as shown in [Equation 2].

Figure 112005028492374-pat00002
Figure 112005028492374-pat00002

즉, 전자가 주입되는 경우 Qinj<0 이므로 ΔVT>0이 된다. That is, when electrons are injected, Q inj <0, and thus ΔV T > 0.

결과적으로, 감지 트랜지스터(300)의 문턱전압은 [수학식 3]과 같이 표현된다.As a result, the threshold voltage of the sense transistor 300 is expressed as shown in [Equation 3].

Figure 112005028492374-pat00003
Figure 112005028492374-pat00003

플로우팅 게이트(24)에 주입된 전자에 의하여 감지 트랜지스터(300)의 문턱전압은 초기 레벨보다 높아지기 때문에 채널을 반전(inversion)시키기 어렵게 되어 드레인(32)에 리드 전압을 인가하여도 소스/드레인 간에 셀 전류가 흐르지 않는다.Since the threshold voltage of the sensing transistor 300 is higher than the initial level due to the electrons injected into the floating gate 24, it is difficult to invert the channel. Cell current does not flow.

반대로 소거 상태인 경우, 즉 전자가 플로우팅 게이트로부터 소스/드레인으로 방출(extraction)된 경우 Qinj>0이므로 ΔVT<0이 된다.Conversely, in the erased state, that is, when electrons are extracted from the floating gate to the source / drain, ΔV T <0 since Q inj > 0.

결과적으로 선택 트랜지스터의 문턱전압은 [수학식 4]와 같이 표현된다.As a result, the threshold voltage of the selection transistor is expressed as shown in [Equation 4].

Figure 112005028492374-pat00004
Figure 112005028492374-pat00004

문턱전압이 낮아지기 때문에 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32)에 리드 전압을 인가하는 경우 플로우팅 게이트(24)의 전위가 채널을 충분히 반전(inversion)시켜 소스/드레인 간 전위차에 의하여 셀 전류가 흐르게 된다.When the read voltage is applied to the drain 32 of the sense transistor 300 because the threshold voltage is lowered, the potential of the floating gate 24 sufficiently inverts the channel so that the cell current flows due to the potential difference between the source and the drain. do.

도 7은 본 발명에 따른 MTP 셀 어레이를 나타낸 회로도이다.7 is a circuit diagram illustrating an MTP cell array according to the present invention.

MTP 셀 어레이는 다수의 워드라인 WL1~WLn, 다수의 비트 라인 BL1~BLm, 다수의 선택 라인 SL1~SLm, 공통 소스 라인 CS 및 다수의 단위 셀 UC1~UCnm을 포함한다.The MTP cell array includes a plurality of word lines WL1 to WLn, a plurality of bit lines BL1 to BLm, a plurality of select lines SL1 to SLm, a common source line CS, and a plurality of unit cells UC1 to UCnm.

다수의 워드라인 WL1~WLn은 다수의 단위 셀 UC1~UCnm의 N+ 접합부(16)(선택 트랜지스터(100)의 드레인)에 접속된다.The plurality of word lines WL1 to WLn are connected to the N + junction 16 (drain of the selection transistor 100) of the plurality of unit cells UC1 to UCnm.

다수의 비트 라인 BL1~BLm은 다수의 단위 셀 UC1~UCn의 N+ 확산 접합부(32)(감지 트랜지스터(300)의 드레인)에 접속된다.The plurality of bit lines BL1 to BLm are connected to the N + diffusion junctions 32 (drains of the sensing transistor 300) of the plurality of unit cells UC1 to UCn.

다수의 선택 라인 SL1~SLm은 다수의 단위 셀 UC1~UCn의 선택 트랜지스터(100)의 게이트(14)에 접속된다.The plurality of select lines SL1 to SLm are connected to the gate 14 of the select transistor 100 of the plurality of unit cells UC1 to UCn.

공통 소스 라인 CS는 모든 단위 셀 UC1~UCnm의 N+ 확산 접합부(34)(감지 트랜지스터(300)의 소스)에 공통 접속된다.The common source line CS is commonly connected to the N + diffusion junctions 34 (sources of the sensing transistor 300) of all the unit cells UC1 to UCnm.

다수의 단위 셀 UC1~UCnm은 매트릭스 형태로 배열된다.The plurality of unit cells UC1 to UCnm are arranged in a matrix form.

도 8a 내지 도 8c는 도 7에 도시된 MTP 셀 어레이의 동작을 나타낸 개념도이다.8A through 8C are conceptual views illustrating the operation of the MTP cell array shown in FIG. 7.

먼저, 도 8a는 도 7에 도시된 MTP 셀 어레이에서 특정 셀 UC22을 프로그램하는 방법을 나타낸 개념도이다.First, FIG. 8A is a conceptual diagram illustrating a method of programming a specific cell UC22 in the MTP cell array shown in FIG. 7.

선택된 워드라인 WL2에 고전압 Vpp이 인가되고, 선택되지 않은 모든 워드라인들 WL1, WL3~WLn에 접지전압 0V이 인가된다.The high voltage Vpp is applied to the selected word line WL2, and the ground voltage 0V is applied to all of the unselected word lines WL1 and WL3 to WLn.

선택된 워드라인 WL2에 접속된 단위 셀들 UC21~UC2m중에서 선택된 단위 셀 UC22의 선택 라인 SL2에 약 7~14V의 고전압 Vpp이 인가되고, 선택되지 않은 선택 라인들 SL1, SL3~SLm에는 접지전압 0V이 인가된다.A high voltage Vpp of about 7 to 14 V is applied to the select line SL2 of the selected unit cell UC22 among the unit cells UC21 to UC2m connected to the selected word line WL2, and a ground voltage of 0 V is applied to the unselected select lines SL1 and SL3 to SLm. do.

따라서, 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 되어 선택된 워드라인 WL2에 인가된 고전압 Vpp이 제어 트랜지스터(200)의 N- 접합부(22)로 전달되고, 선택된 비트 라인 BL2에 전원전압 Vcc이 인가되면, CHEI에 의해 플로우팅 게이트(24)로 전자 유입이 발생된다Therefore, when the select transistor 100 is turned on and the high voltage Vpp applied to the selected word line WL2 is transferred to the N-junction 22 of the control transistor 200, and the power supply voltage Vcc is applied to the selected bit line BL2, the CHEI Inflow of electrons into the floating gate 24

나머지 선택되지 않은 단위 셀은 프로그램 동작 시 워드라인 WL2에 인가된 고전압 Vpp이 선택 트랜지스터(100)를 턴 오프 시킴으로 인하여 게이트 장애(disturbancee) 현상은 발생되지 않는다.In the other unselected unit cells, a gate disturbance does not occur because the high voltage Vpp applied to the word line WL2 turns off the selection transistor 100 during a program operation.

도 8b는 도 7에 도시된 MTP 셀 어레이의 모든 단위 셀을 소거하는 동작을 나타낸 개념도이다. 여기서는 모든 MTP 단위 셀을 동시에 소거하는 경우를 예를 들어 설명하였지만, 드레인과 소스 전압을 선택적으로 인가하여 특정 단위 셀을 소거할 수 있다.FIG. 8B is a conceptual diagram illustrating an operation of erasing all unit cells of the MTP cell array shown in FIG. 7. Although the case where all MTP unit cells are simultaneously erased has been described as an example, a specific unit cell may be erased by selectively applying a drain and a source voltage.

모든 워드라인 WL1~WLn에 접지전압 0V이 인가되고, 모든 선택 라인 SL1~SLm에 고전압 Vpp을 인가하면, 모든 단위 셀 UC11~UCnm의 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 되어 N- 접합부(22)가 저전위가 된다. When a ground voltage of 0 V is applied to all word lines WL1 to WLn and a high voltage Vpp is applied to all select lines SL1 to SLm, the select transistors 100 of all the unit cells UC11 to UCnm are turned on so that the N-junction 22 is turned on. Low potential.

이때, 감지 트랜지스터(300)의 드레인(32) 및 소스(34)에 고전압 Vpp을 인가 하면, 플로우팅 게이트(24)에 저장된 전자가 드레인(32) 및/또는 소스(34)로 방출된다.In this case, when high voltage Vpp is applied to the drain 32 and the source 34 of the sensing transistor 300, electrons stored in the floating gate 24 are discharged to the drain 32 and / or the source 34.

도 8c는 도 7에 도시된 MTP 셀 어레이에서 특정 단위 셀에 저장된 데이터를 리드하는 동작을 나타낸 개념도이다. FIG. 8C is a conceptual diagram illustrating an operation of reading data stored in a specific unit cell in the MTP cell array shown in FIG. 7.

단위 셀에 저장된 데이터를 읽기 위해서는 셀 전류를 읽으면 된다. 셀 전류를 읽기 위하여 선택된 워드라인 WL2에 약 3~6V의 전원전압 Vcc이 인가되고, 선택된 선택 라인 SL2에도 동일한 전원전압 Vcc이 인가되면, 선택 트랜지스터(100)가 턴 온 된다.To read the data stored in the unit cell, read the cell current. When the power supply voltage Vcc of about 3 to 6V is applied to the selected word line WL2 to read the cell current, and the same power supply voltage Vcc is also applied to the selected selection line SL2, the selection transistor 100 is turned on.

나머지 선택되지 않은 워드라인과 선택되지 않은 선택 라인들은 모두 접지전압 0V이 인가된다.The remaining unselected word lines and the unselected select lines are all applied with a ground voltage of 0V.

드레인 장애(disturbance)를 방지하기 위하여 선택된 단위 셀의 드레인(32)에는 문턱전압 시프트를 방지하기 위해 워드라인에 인가되는 전원전압 Vcc보다 낮은 약 1~3V의 전압을 인가하고 공통으로 연결된 소스(34)에는 접지전압 0V를 인가한다.In order to prevent drain disturbance, the drain 32 of the selected unit cell is applied with a voltage of about 1 to 3 V lower than the power supply voltage Vcc applied to the word line to prevent the threshold voltage shift. ), Ground voltage 0V is applied.

따라서, 소스(34)와 드레인(32) 간에는 약 1~3V의 전위 차이가 발생되어 플로우팅 게이트(24)의 전자 전위에 따른 채널 반전(inversion) 여부에 따라 단위 셀의 소스(34)와 드레인(32) 간의 셀 전류 유/무를 센싱할 수 있다.Accordingly, a potential difference of about 1 to 3 V is generated between the source 34 and the drain 32, so that the source 34 and the drain of the unit cell depend on whether the channel is inverted according to the electron potential of the floating gate 24. The presence or absence of cell current between the 32 can be sensed.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 장치는 임베디드 고전압 소자의 제조를 위한 반도체 공정만을 이용하여 MTP 셀을 구현할 수 있는 효과가 있다.As described above, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has an effect of implementing an MTP cell using only a semiconductor process for manufacturing an embedded high voltage device.

또한, 본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 장치는 공정 변수에 의한 소자 불량률을 낮추어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has an effect of improving the reliability of the device by reducing the device failure rate due to process variables.

또한, 본 발명에 따른 비휘발성 반도체 메모리 장치는 선택되지 않은 셀에 대한 프로그램 장애 현상을 제거할 수 있는 효과가 있다.In addition, the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention has the effect of eliminating the program failure phenomenon for the unselected cells.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부각가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 등은 이하의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, substitutions and highlights through the spirit and scope of the appended claims, such modifications, changes, etc. are claimed It should be seen as belonging to a range.

Claims (14)

다수의 워드라인; 다수의 비트 라인; 공통 소스 라인; 및 다수의 단위 셀을 포함하는 비휘발성 반도체 메모리 장치에 있어서,Multiple word lines; A plurality of bit lines; Common source line; And a plurality of unit cells, the non-volatile semiconductor memory device comprising: 상기 단위 셀은The unit cell is 선택 라인에 인가되는 선택 전압에 의해 제어되어 상기 워드라인에 인가된 전압을 선택적으로 전달하는 선택 트랜지스터;A selection transistor controlled by a selection voltage applied to a selection line to selectively transfer a voltage applied to the word line; 상기 선택 트랜지스터를 통해 전달된 전압에 따라 플로우팅 게이트에 커패시턴스 커플링에 의해 전자를 주입하거나 방출하는 제어 노드; 및 A control node for injecting or emitting electrons by capacitance coupling to the floating gate in accordance with the voltage delivered through the selection transistor; And 상기 플로우팅 게이트의 전위에 따라 셀 전류를 검출하는 감지 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And a sensing transistor for detecting a cell current according to the potential of the floating gate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 단위 셀은 단층 폴리 실리콘 소자를 제조하기 위한 반도체 공정을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.The unit cell is formed using a semiconductor process for manufacturing a single layer polysilicon device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택 트랜지스터는 P웰 내에 형성된 NMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And the selection transistor is an NMOS transistor formed in a P well. 제 3 항에 있어서, 상기 선택 트랜지스터는The method of claim 3, wherein the selection transistor 상기 선택 라인에 접속되는 게이트;A gate connected to the selection line; 상기 워드 라인에 접속되고, N+ 접합부로 형성되는 드레인; 및 A drain connected to the word line and formed of an N + junction; And 상기 제어 노드에 접속되고, N+ 접합부로 형성되는 소스를 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And a source connected to said control node and formed of an N + junction. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 선택 트랜지스터의 소스와 상기 제어 노드는 메탈 라인을 통하여 접속되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.The source of the selection transistor and the control node is connected via a metal line. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어 노드는 N웰 내에 N- 접합부로 형성되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And the control node is formed of an N-junction in an N well. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감지 트랜지스터는 P웰 내에 형성된 NMOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And the sense transistor is an NMOS transistor formed in a P well. 제 1 항에 있어서, 상기 감지 트랜지스터는 The method of claim 1, wherein the sense transistor is 상기 제어 노드 상부로부터 연장되어 형성된 플로우팅 게이트;A floating gate extending from an upper portion of the control node; 상기 비트 라인에 접속되고, N+ 확산 접합부로 형성되는 드레인; 및A drain connected to the bit line and formed of an N + diffusion junction; And 상기 공통 소스 라인에 접속되고, N+ 확산 접합부로 형성되는 소스를 갖는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And a source connected to said common source line and formed of an N + diffusion junction. 제 8 항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제어 노드의 커패시턴스가 상기 감지 트랜지스터의 플로우팅 게이트의 커패시턴스보다 더 큰 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And the capacitance of the control node is greater than the capacitance of the floating gate of the sense transistor. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제어 노드의 커패시턴스와 상기 감지 트랜지스터의 플로우팅 게이트의 커패시턴스의 비율을 조절하기 위해 상기 플로우팅 게이트의 길이는 최소 디자인 룰로 고정시킨 상태에서 확산 폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.And controlling the diffusion width of the floating gate in a state where the length of the floating gate is fixed according to a minimum design rule in order to adjust a ratio of the capacitance of the control node and the capacitance of the floating gate of the sensing transistor. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀은 The method of claim 1, wherein the unit cell 상기 워드라인과 상기 선택 라인에 고전압이 인가되어 상기 선택 트랜지스터가 턴 온 되어 상기 제어 노드에 고전압을 인가하고, 상기 감지 트랜지스터의 드레인에 전원전압이 인가되고, 상기 감지 트랜지스터의 소스에 접지전압이 인가되어 CHEI(Channel Hot Electron Injection)방식으로 상기 플로우팅 게이트에 전자들이 주입되는 방식에 의해 프로그램 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.A high voltage is applied to the word line and the select line so that the select transistor is turned on to apply a high voltage to the control node, a power supply voltage is applied to a drain of the sense transistor, and a ground voltage is applied to a source of the sense transistor. And perform a program operation by injecting electrons into the floating gate using CHEI (Channel Hot Electron Injection). 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀은 The method of claim 1, wherein the unit cell 상기 워드라인에 접지전압이 인가되고, 상기 선택 라인에 고전압이 인가되어 상기 선택 트랜지스터가 턴 온 되어 상기 제어 노드에 접지전압이 인가되고, 상기 감지 트랜지스터의 드레인과 소스에 고전압이 인가되어 상기 플로우팅 게이트의 전자들이 방출되는 방식에 의해 소거 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.A ground voltage is applied to the word line, a high voltage is applied to the select line, the select transistor is turned on, a ground voltage is applied to the control node, and a high voltage is applied to the drain and source of the sense transistor. A nonvolatile semiconductor memory device, characterized in that to perform an erase operation by the way the electrons of the gate is emitted. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀은 The method of claim 1, wherein the unit cell 상기 워드라인에 접지전압이 인가되고, 상기 선택 라인에 고전압이 인가되어 상기 선택 트랜지스터가 턴 온 되어 상기 제어 노드에 접지전압이 인가되고, 상기 감지 트랜지스터의 드레인과 소스가 플로우팅되고, 벌크에 고전압이 인가되어 상기 플로우팅 게이트의 전자들이 방출되는 방식에 의해 소거 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.A ground voltage is applied to the word line, a high voltage is applied to the select line so that the select transistor is turned on to apply a ground voltage to the control node, a drain and a source of the sense transistor are floated, and a high voltage is applied to the bulk. And an erase operation is performed by applying electrons of the floating gate to emit the electrons of the floating gate. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 셀은 The method of claim 1, wherein the unit cell 상기 워드라인과 상기 선택 라인에 전원전압이 인가되어 상기 선택 트랜지스터가 턴 온 되어 상기 제어 노드에 전원전압이 인가되고, 상기 감지 트랜지스터의 드레인에 상기 전원전압보다 낮은 리드전압이 인가되고, 소스에 접지전압이 인가되어 상기 플로우팅 게이트의 전위에 따라 셀 전류가 감지됨에 의해 리드 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 반도체 메모리 장치.A power supply voltage is applied to the word line and the selection line so that the selection transistor is turned on to apply a power supply voltage to the control node, a read voltage lower than the power supply voltage is applied to the drain of the sensing transistor, and grounded to a source. And applying a voltage to sense a cell current according to the potential of the floating gate to perform a read operation.
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