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KR20000001189A - Program method of nonvolatile memory device - Google Patents

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KR20000001189A
KR20000001189A KR1019980021313A KR19980021313A KR20000001189A KR 20000001189 A KR20000001189 A KR 20000001189A KR 1019980021313 A KR1019980021313 A KR 1019980021313A KR 19980021313 A KR19980021313 A KR 19980021313A KR 20000001189 A KR20000001189 A KR 20000001189A
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KR
South Korea
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voltage
cell
drain
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unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1019980021313A
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Korean (ko)
Inventor
조명관
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
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 윤종용, 삼성전자 주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1019980021313A priority Critical patent/KR20000001189A/en
Publication of KR20000001189A publication Critical patent/KR20000001189A/en
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    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/06Auxiliary circuits, e.g. for writing into memory
    • G11C16/10Programming or data input circuits
    • G11C16/14Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits
    • G11C16/16Circuits for erasing electrically, e.g. erase voltage switching circuits for erasing blocks, e.g. arrays, words, groups

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Abstract

PURPOSE: A program method of a non volatile memory device is provided to reduce leakage current flowing to an unselected cell. CONSTITUTION: In cell programming, a program method according to the present invention loads either the same voltages or the different voltages having same polarity to a selected bit line and a common source line, thereby a leakage current flowing to an unselected cell as well as a current consumed in programming can be reduced.

Description

비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법How to Program a Nonvolatile Memory Device

본 발명은 비휘발성 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 이이피롬(EEPROM) 셀의 프로그램 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to nonvolatile semiconductor memory devices, and more particularly, to a method of programming an EEPROM cell.

반도체 메모리 장치는 크게 칩으로부터 전원이 제거되면 데이터가 소멸되는 휘발성 메모리 장치와 전원이 제거되어도 한번 저장된 데이터가 그대로 보존되는 비휘발성 메모리 장치로 구분될 수 있다. 이러한 비휘발성 메모리 장치 중 이피롬(Electrically Programmable Read Only Memory)은 전기적으로 데이터를 프로그램 시키는 것은 가능하나 프로그램된 데이터를 소거하기 위해서는 칩을 보드로부터 분리하여 자외선 광선을 주사하여야 하는 번거로움이 있다. 따라서 상기 이피롬의 단점이 보완되어 전기적으로 데이터의 프로그램 및 소거가 가능한 플래쉬 이이피롬이 1984년 IEDM P.464에 소개되었다. 이러한 플래쉬 이이피롬 셀은 회로 보드로부터 분리하지 않은 상태에서도 프로그램 동작은 물론 소거 동작 역시 전기적으로 가능한 소자로서, 그 구조 또한 단순하여 단위 메모리당 제조 원가가 저렴하며 데이터를 장기간 보존하기 위한 리프레쉬 동작이 불필요하다는 잇점으로 인해 본 분야에서는 그 수요가 점차 증가되고 있는 추세이다.The semiconductor memory device may be classified into a volatile memory device in which data is lost when power is removed from a chip, and a nonvolatile memory device in which data stored once is preserved even when power is removed. Among these non-volatile memory devices, EPyrom (Electrically Programmable Read Only Memory) can electrically program data, but in order to erase the programmed data, the chip needs to be separated from the board to scan ultraviolet rays. Accordingly, the flash Y pyrom which can compensate for the disadvantage of the above pyramid and electrically program and erase the data was introduced in IEDM P.464 in 1984. The flash Y pyrom cell is a device that can be electrically programmed and erased without being separated from the circuit board. The structure of the flash Y pyrom cell is simple, and the manufacturing cost per unit memory is low, and the refresh operation for long-term data retention is unnecessary. Due to the advantage, the demand is gradually increasing in this field.

상기 플래쉬 이이피롬은 비트라인에 셀이 연결된 형태에 따라 난드형과 노아형으로 나눌 수 있다. 난드형 플래쉬 이이피롬은 다수개의 셀들이 직렬로 연결되어 단위 스트링을 이루고 있으며, 노아형 플래쉬 이이피롬은 각 셀들이 비트 라인과 접지 라인 사이에 병렬로 연결되어 있다. 이러한 노아형 플래쉬 이이피롬 셀은 미합중국 특허 제4,203,158에 개시되어 있으며, 그 구조는 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 붕소(B)등의 3가 불순물이 도우핑된 반도체 기판 10 상부에 게이트 산화막 12, 플로팅 게이트 14, 층간 절연막 16 및 콘트롤 게이트 18이 차례로 형성되어 이루어진 적층형 게이트가 도시되어 있다. 그리고 상기 적층형 게이트 양측 하부로는 상기 반도체 기판 10과는 반대되는 도전형을 띄는 확산영역들 , 즉 소오스 영역 20 및 드레인 영역 21이 형성되어 있다.The flash Y pyrom may be divided into a nand type and a noah type according to a form in which a cell is connected to a bit line. In the NAND flash Y pyrom, a plurality of cells are connected in series to form a unit string. In the NOR flash Y pyrom, each cell is connected in parallel between a bit line and a ground line. Such a quinoa flash ypyrom cell is disclosed in US Pat. No. 4,203,158, the structure of which is shown in FIG. Referring to FIG. 1, a stacked gate in which a gate oxide layer 12, a floating gate 14, an interlayer insulating layer 16, and a control gate 18 are sequentially formed on a semiconductor substrate 10 doped with trivalent impurities such as boron (B) is illustrated. . Diffusion regions having a conductivity type opposite to the semiconductor substrate 10, that is, a source region 20 and a drain region 21, are formed under both sides of the stacked gate.

또 다른 형태의 적층형 게이트 구조를 가지는 노아형 플래쉬 이이피롬 셀의 구조가 미합중국 특허 제4,698,787에 개시되어 있으며, 도 2에 그 구조를 도시하였다. 참조번호 30은 P형의 불순물이 도우핑되어 있는 반도체 기판, 32는 게이트 산화막, 34는 플로팅 게이트, 36은 층간 절연막, 38은 콘트롤 게이트, 40 및 42는 각각 소오스 및 드레인 영역을 나타내며, 41은 역방향 바이어스 시 소오스 영역 40의 전계를 보다 완화시키기 위한 저농도 도핑 영역이다.A structure of a quinoa flash ypyrom cell having another type of stacked gate structure is disclosed in US Pat. No. 4,698,787, the structure of which is shown in FIG. Reference numeral 30 denotes a semiconductor substrate doped with a P-type impurity, 32 a gate oxide film, 34 a floating gate, 36 an interlayer insulating film, 38 a control gate, 40 and 42 respectively a source and a drain region, and 41 It is a lightly doped region for further relaxing the electric field of the source region 40 at the reverse bias.

상기한 셀들의 동작 중 프로그램은 열-전자(hot-electron)를 드레인 영역에서 형성시킨 뒤 게이트 산화막을 통해 플로팅 게이트 34으로 주입시킴으로써 이루어지고, 셀의 소거 동작은 F-N(Fowler-Nordheim) 터널링을 이용하여 플로팅 게이트에 주입된 전자를 소오스 영역으로 방전시킴으로써 소거 동작을 수행한다. 이처럼 상기의 노아형 플래쉬 이이피롬은 전기적으로 프로그램 및 소거가 가능하다는 우수한 장점이 있으나 데이터를 프로그램 하기 위한 열-전자를 발생시키기 위해서는 높은 전압이 필요하게 되며, 이때의 전류 소모 또한 매우 크다는 단점이 있다. 프로그램 속도는 플로팅 게이트로 주입되는 전자의 흐름(Flux)에 비례하므로 빠른 프로그램 속도를 위해서는 많은 양의 전자가 게이트 전극으로 주입되어야 한다. 이를 위해서는 높은 종방향 전계와 낮은 횡방향 전계가 필요하게 된다. 따라서 이러한 조건을 만족시키기 위하여 드레인과 콘트롤 게이트 영역에 약 6V, 12V의 높은 전압을 각각 인가하는 것이 불가피하다. 통상적으로 칩에 인가되는 전원 소스의 전압은 약 3.3V 내지 5V이므로 이를 약 6V 내지 12V의 높은 전압으로 변환하기 위한 승압 회로가 별도로 구비되어야 한다. 그러나 이러한 승압 회로를 칩 내에 형성할 경우 회로 구성의 복잡성은 물론 칩의 집적도가 감소되는 바람직하지 못한 결과를 초래하게 된다.During operation of the cells, the program is performed by forming hot-electrons in the drain region and injecting them into the floating gate 34 through the gate oxide layer. The erasing operation of the cells is performed using Fowler-Nordheim (FN) tunneling. To discharge the electrons injected into the floating gate into the source region. As described above, the noah type flash Y pyrom has an advantage of being electrically programmable and erased, but a high voltage is required to generate heat-electrons for programming data, and the current consumption is also very high. . Since the program speed is proportional to the flux of electrons injected into the floating gate, a large amount of electrons must be injected into the gate electrode for a fast program speed. This requires high longitudinal and low transverse electric fields. Therefore, in order to satisfy these conditions, it is inevitable to apply high voltages of about 6V and 12V to the drain and control gate regions, respectively. In general, since the voltage of the power source applied to the chip is about 3.3V to 5V, a booster circuit for converting the voltage into a high voltage of about 6V to 12V should be separately provided. However, if the boost circuit is formed in the chip, the complexity of the circuit configuration as well as the chip density may be undesirable.

도 3는 상기 도 2에 도시되어 있는 단위 셀로 구성되는 셀 어레이에 대한 등가회로도를 나타내며, 도 4는 상기 도 2에 도시되어 있는 단위 셀의 등가회로도를 나타낸다. 먼저, 도 3을 참조하면, 일정 간격으로 형성되어 있는 다수개의 비트라인(B/L1,B/L2....B/Ln) 및 워드라인(W/L1,W/L2,W/L3....W/Ln)이 직교하는 영역마다 플로팅 게이트 34와 콘트롤 게이트 38이 차례로 적층된 구조의 단위 셀 트랜지스터들이 형성되어 있다. 상기 노아형 플래쉬 이이피롬의 프로그램, 소거, 판독을 위해 가해지는 바이어스 조건은 하기 표 1에 나타나 있다.FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a cell array including unit cells shown in FIG. 2, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of unit cells shown in FIG. First, referring to FIG. 3, a plurality of bit lines B / L1, B / L2... B / Ln and word lines W / L1, W / L2, and W / L3 formed at regular intervals. Unit cell transistors having a structure in which the floating gate 34 and the control gate 38 are sequentially stacked are formed in regions where W / Ln is orthogonal. The bias conditions applied for programming, erasing, and reading the quinoa flash Y pyrom are shown in Table 1 below.

프로그램program 소거elimination 판독Reading 선택 비트라인Select bitline 5V5 V 플로팅Floating 1V1 V 비선택 비트라인Unselected bitlines 플로팅Floating 플로팅Floating 플로팅Floating 선택 워드라인Select wordline 10V10 V -12V-12V VccVcc 비선택 워드라인Unselected wordlines 0V0 V 플로팅Floating 0V0 V 공통 소스라인Common sourceline 0V0 V 5V5 V 0V0 V 기판(벌크)Board (Bulk) 0v0v 0V0 V 0V0 V

이때, 선택된 비트라인 B/L1에 5V의 전압을 인가하고 선택 워드라인 W/L1에는 12V의 전압을 인가하는 경우에 상기 비트라인 B/L1과 전압이 인가되지 않은 W/L2~n이 교차되는 영역에 존재하는 셀 B의 플로팅 게이트에는 도 4에 도시된 바와 같이 용량성 커플링 전압이 유기된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 드레인 전압이 플로팅 게이트에 용량적으로 커플링되어 플로팅 게이트에 전위가 유되된다. 이 경우에 플로팅 게이트에 나타나는 전압을 도 4에서와 같이 Vfg라 하면 Vfg는 하기의 수학식 1로 표현된다.At this time, when a voltage of 5 V is applied to the selected bit line B / L1 and a voltage of 12 V is applied to the selected word line W / L1, the bit lines B / L1 and W / L2 to n where no voltage is applied cross. The floating gate of the cell B present in the region is induced with a capacitive coupling voltage as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, the drain voltage is capacitively coupled to the floating gate, so that a potential is maintained at the floating gate. In this case, if the voltage appearing at the floating gate is Vfg as shown in Fig. 4, Vfg is expressed by the following equation (1).

vfg = Υcg * Vcg + Υd + Υs * Vs+ Υb * Vbvfg = Υcg * Vcg + Υd + Υs * Vs + Υb * Vb

여기서, 상기 Vcg는 콘트롤 게이트의 전압이고, Vd는 드레인 전압이며, Vs는 소오스 전압이다. 또한, Vb는 기판(Bulk)전압 이고, Υcg는 층간절연막의 캐패시턴스 Cono에 대한 총 캐패시턴스 Ctotal의 비이고, Υd는 드레인 캐패시턴스 Cd에 대한 Ctotal의 비이며, Υs는 소오스 캐패시턴스 Cs에 대한 Ctotal의 비이고, Υb는 벌크 캐패시턴스 Cb에 대한 Ctotal의 비이다. 여기서, Ctotal은 하기의 수학식 2로서 표현된다.Here, Vcg is the voltage of the control gate, Vd is the drain voltage, Vs is the source voltage. In addition, Vb is the substrate voltage, kcg is the ratio of the total capacitance Ctotal to the capacitance Cono of the interlayer insulating film, Υd is the ratio of Ctotal to the drain capacitance Cd, and Υs is the ratio of Ctotal to the source capacitance Cs. Is the ratio of Ctotal to the bulk capacitance Cb. Here, Ctotal is expressed as Equation 2 below.

Ctotal = Cono + Cd + Cb + CsCtotal = Cono + Cd + Cb + Cs

프로그램시 비선택 셀은 Vcg = Vb =Vs = 0 가 되므로 상기 식 1은 다시 하기의 수학식 3으로 간략히 표현된다. 즉,Since the non-selected cell becomes Vcg = Vb = Vs = 0 during programming, Equation 1 is briefly expressed by Equation 3 below. In other words,

Vfg = Υd*VdVfg = Υd * Vd

로서 주어진다. 상기한 용량성 커플링에 의해 유도된 플로팅 게이트 전압은 비선택된 셀의 채널 아래를 약 반전(weak inversion) 또는 강 반전(strong inversion)시키게 된다. 유도된 플로팅 게이트의 전압 레벨이 플로팅 게이트에서 바라본 문턱전압 Vth 이상이 되면 채널은 완전히 반전되어 비선택 셀의 드레인 전류가 급격히 증가되는 이른바 드레인 누설 전류 현상이 일어난다. 이로 인해 선택된 셀을 프로그램 시키기 위해 비트 라인에 인가된 전압이 저하된다. 셀이 프로그램 되기 위해서는 비트라인에 일정 전압 이상의 전압이 인가되어야 하나 상기 드레인 누설 전류로 인하여 인가된 전압이 감소하게 되면 선택된 셀이 프로그램 되지 않는 불량(fail)이 유발된다. 도 5에는 이러한 드레인 누설 전류를 나타내는 드레인 턴온 현상을 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 즉 프로그램 조건에서 셀 B가 놓여있는 조건, 워드 라인, 소오스 및 기판에는 0V, 드레인 전압은 0V부터 소인(sweep)하면서 드레인에 흐르는 누설 전류를 측정한 것이다. 상기 누설 전류는 그래프에 도시된 바와 같이 드레인 전압이 증가될수록 함께 증가됨을 알 수 있다. 통상의 프로그램 조건인 드레인 5V의 전압에서 드레인에 흐르는 누설 전류는 약 100μA이므로 비트라인 하나에 연결된 셀의 수를 1Kb라고 할 때 상기한 누설 전류는 선택된 비트라인을 공유하는 비선택된 모든 셀들에서 발생되므로 전체 누설전류는 1023×100μA에 이르게 된다. 이는 선택된 셀을 프로그램 하기 위한 300μA보다 약 300배 이상 큰 값이다. 그러나 이러한 누설 전류를 감소시키고자 프로그램시 비트라인에 인가되는 전압을 감소시킬 경우, 선택된 셀의 프로그램 속도가 저하되거나 프로그램 되지 않는 불량이 발생된다.Is given by The floating gate voltage induced by the capacitive coupling described above causes weak inversion or strong inversion below the channel of the unselected cells. When the voltage level of the induced floating gate is greater than or equal to the threshold voltage Vth viewed from the floating gate, the channel is completely inverted, so that a so-called drain leakage current phenomenon occurs in which the drain current of the non-selected cell is rapidly increased. This lowers the voltage applied to the bit line to program the selected cell. In order for the cell to be programmed, a voltage above a predetermined voltage must be applied to the bit line, but if the applied voltage decreases due to the drain leakage current, a failure occurs in which the selected cell is not programmed. 5 is a graph showing a drain turn-on phenomenon indicating such a drain leakage current. That is, the leakage current flowing through the drain is measured while sweeping from 0V for the condition where the cell B is placed under the program condition, the word line, the source and the substrate, and the drain voltage from 0V. As shown in the graph, the leakage current increases as the drain voltage increases. Since the leakage current flowing through the drain at a voltage of 5 V, which is a normal program condition, is about 100 μA, when the number of cells connected to one bit line is 1 Kb, the leakage current is generated in all non-selected cells that share the selected bit line. The total leakage current reaches 1023 x 100μA. This is about 300 times larger than 300μA for programming the selected cell. However, if the voltage applied to the bit line is reduced in order to reduce the leakage current, the program speed of the selected cell is decreased or a defect that is not programmed is generated.

따라서 본 분야에서는 누설전류를 감소시켜 셀의 프로그램시 불량을 방지할 수 있는 보다 개선된 프로그래밍 방법이 절실히 요구된다.Therefore, there is an urgent need in the art for an improved programming method that can reduce leakage current and prevent defective programming of cells.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 문제점을 해소할 수 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a program method of a nonvolatile memory device that can solve the above-described conventional problems.

본 발명의 다른 목적은, 비선택 셀에 흐르는 드레인 누설전류를 감소시킬 수 있는 프로그램 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a program method capable of reducing the drain leakage current flowing in an unselected cell.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 적층된 스택형 게이트 구조를 갖는 단위 셀이 비트라인과 워드 라인이 교차하는 영역마다 존재하여 셀 어레이를 이루고 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서; 상기 단위 셀중 선택셀의 드레인 단자와 소오스 단자에 동일한 크기의 전압 또는 극성이 동일한 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a unit cell having a stacked gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked is present in each region where a bit line and a word line cross each other to form a cell array. A program method; And applying a voltage having the same magnitude or the same polarity to the drain terminal and the source terminal of the selected cell of the unit cells.

또한 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 절연막에 둘러싸인 데이터 저장용 플로팅 게이트를 가지는 단위 메모리 셀들이 매트릭스 형태로 존재하여 셀 어레이를 이루고 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서: 상기 단위 메모리 셀들의 콘트롤 게이트와 연결된 워드 라인들 중 하나를 선택하고, 서로 다른 워드 라인과 연결되어 있는 단위 메모리 셀들이 공통으로 연결되어 있는 비트 라인들 중 하나를 선택하여 단위 메모리 셀중 하나를 선택하는 단계와; 상기 선택된 셀을 활성화시키기 위하여 상기 선택된 셀과 연결된 워드 라인 및 비트 라인에 설정된 전압을 인가하는 단계와; 상기 선택된 셀의 공통 소오스 라인에 상기 비트 라인에 인가된 전압과 동일한 레벨의 전압 또는 동일한 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, in the present invention, in the method of programming a non-volatile memory device in which the unit memory cells having a floating gate for data storage surrounded by an insulating film in the form of a matrix to form a cell array: the unit memory cell Selecting one of the word lines connected to the control gates of the plurality of control lines, and selecting one of the unit memory cells by selecting one of bit lines to which unit memory cells connected to different word lines are commonly connected; Applying a voltage set to a word line and a bit line connected to the selected cell to activate the selected cell; And applying a voltage having the same level or a voltage of the same polarity as the voltage applied to the bit line to the common source line of the selected cell.

도 1은 본 발명에 적용되는 적층형 플래쉬 이이피롬 셀의 단면 구조도1 is a cross-sectional structural view of a stacked flash Y pyrom cell applied to the present invention

도 2는 본 발명에 적용되는 또 다른 적층형 플레쉬 이이피롬 셀의 단면 구조도2 is a cross-sectional structural view of still another stacked flash Y pyrom cell applied to the present invention

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 셀을 이용하여 구성한 셀 어레이에 대한 등가회로도FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a cell array constructed using the cells shown in FIGS. 1 and 2.

도 4는 도 3에 대한 용량성 커플링을 설명하기 위해 도시된 등가회로도FIG. 4 is an equivalent circuit diagram illustrating the capacitive coupling of FIG. 3. FIG.

도 5는 누설 전류로 인한 셀의 드레인 턴온 현상을 나타내는 그래프5 is a graph showing the drain turn-on phenomenon of the cell due to leakage current

도 6은 본 발명에 따른 프로그램시 셀 트랜지스터의 각 라인에 인가되는 전압을 나타내는 셀 어레이의 등가회로도Figure 6 is an equivalent circuit diagram of a cell array showing the voltage applied to each line of the cell transistor during programming according to the present invention.

도 7은 셀의 프로그램 결과를 나타내는 그래프7 is a graph showing a program result of a cell

도 8은 상기 도 7에 나타난 현상을 설명하기 위한 테스트 셀의 구조8 is a structure of a test cell for explaining the phenomenon shown in FIG.

도 9는 종래의 바이어스 인가조건과 본 발명의 바이어스 인가조건에 따라 상기 테스트 셀을 턴온시킨 후 측정된 게이트 전류값을 비교하여 나타낸 그래프9 is a graph illustrating a comparison of gate current values measured after turning on the test cell according to a conventional bias application condition and a bias application condition of the present invention.

도 10은 종래의 바이어스 인가조건과 본 발명의 바이어스 인가조건에 따라 상기 테스트 셀을 턴온시킨 후 측정된 게이트 전류와 드레인 전류값의 비를 나타낸 그래프10 is a graph illustrating a ratio of gate current and drain current values measured after turning on the test cell according to a conventional bias application condition and a bias application condition of the present invention.

도 11은 기판을 접지시키거나 음의 전압이 인가된 상태의 셀의 프로그램 특성을 나타내는 그래프11 is a graph illustrating program characteristics of a cell in which a substrate is grounded or a negative voltage is applied thereto.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 노아형 플래쉬 이이피롬을 프로그램, 소거 및 판독하기 위해 가해지는 바이어스 조건을 하기 표 2에 나타내었다.The bias conditions applied for programming, erasing and reading quinoa flash ypyrom according to the present invention are shown in Table 2 below.

프로그램program 소거elimination 판독Reading 선택 비트라인Select bitline 5V5 V 플로팅Floating 1 V1 V 비선택 비트라인Unselected bitlines 플로팅Floating 플로팅Floating 플로팅Floating 선택 워드라인Select wordline 10V10 V -12V-12V VccVcc 비선택 워드라인Unselected wordlines 0V0 V 플로팅Floating 0V0 V 공통 소스라인Common sourceline 5V5 V 5V5 V 0V0 V 기판(벌크)Board (Bulk) 0V0 V 0V0 V 0V0 V

종래에는 셀 프로그램시 공통 소스라인에 0V를 인가하였으나 본 발명에서는 상기 표 2 에서 보여지는 바와 같이 선택 비트라인과 공통 소스라인에 동일한 전압을 인가한다. 또는 전압 레벨은 드레인과 동일하지 않더라도 같은 극성을 가지는 전압을 선택 비트 라인과 공통 소스라인에 인가함으로써 비선택 셀에서의 누설 전류를 방지하게 된다.Conventionally, 0 V is applied to the common source line during cell programming, but the present invention applies the same voltage to the selection bit line and the common source line as shown in Table 2 above. Alternatively, the leakage current in the non-selected cell is prevented by applying a voltage having the same polarity to the selection bit line and the common source line even though the voltage level is not the same as the drain.

도 6은 본 발명에 따른 프로그램시 셀 트랜지스터의 각 라인에 인가되는 전압을 나타내는 셀 어레이의 등가회로도서, 상기 표 2를 근거로 하여 나타내었다. 도면을 참조하면, 프로그램시 선택 비트라인 B/L1에는 5V, 선택 워드라인 W/L1에는 10V를 인가하며, 비선택 비트라인 B/L2은 부유 상태이고 비선택 워드라인 W/L2~n은 접지 상태이다. 그리고 본 발명의 핵심으로서, 상기 셀 어레이의 공통 소스라인에는 상기 선택 비트라인 B/L1과 동일하게 5V의 전압을 인가한다. 즉, 선택 비트라인과 선택 워드라인을 공유하는 셀 A의 드레인 단자 D에는 5V가 인가되며 게이트 단자 G에는 10V가 인가된다. 그리고 공통 소스라인 CSL에 5V를 인가함으로써 상기 선택된 셀 A와 비트 라인을 공유하나 워드 라인은 공유하지 않는 셀 B의 소오스 단자 S에 5V의 전압이 인가되어 상기 선택된 셀 A의 드레인과 소오스 전위는 같게 된다. 그러므로 상기 선택된 셀 A의 전위가 같은 두 단자 사이에서는 전류가 흐르지 않게 됨을 알 수 있다. 이처럼 본 발명에서는 선택 비트라인과 공통 소스라인에 동일한 전압을 인가함으로써 상기 셀 A을 프로그램시 셀 B를 통해 전류가 누설되는 드레인 누설전류 현상을 방지하게 된다. 또한 상기 선택 비트 라인과 공통 공통 소스라인에 전압의 크기는 다르더라도 동일한 극성을 가지는 전압을 인가할 경우에도 몸통 효과(body effect)에 의해서 누설 전류가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a cell array showing a voltage applied to each line of a cell transistor during programming according to the present invention, based on Table 2 above. Referring to the drawings, 5V is applied to the selected bit line B / L1 and 10V is applied to the selected word line W / L1 during programming, and the unselected bit line B / L2 is floating and the unselected word lines W / L2 to n are grounded. It is a state. As the core of the present invention, a voltage of 5V is applied to the common source line of the cell array in the same manner as the selection bit line B / L1. That is, 5V is applied to the drain terminal D of the cell A which shares the selection bit line and the selection word line, and 10V is applied to the gate terminal G. The voltage of 5V is applied to the source terminal S of the cell B which shares the bit line with the selected cell A but does not share the word line by applying 5V to the common source line CSL, so that the drain and the source potential of the selected cell A are equal. do. Therefore, it can be seen that no current flows between two terminals having the same potential of the selected cell A. As described above, in the present invention, the same voltage is applied to the selection bit line and the common source line to prevent the drain leakage current phenomenon in which the current leaks through the cell B when programming the cell A. In addition, even when voltages of different voltages are applied to the selection bit line and the common common source line, leakage current may be reduced by a body effect even when a voltage having the same polarity is applied.

도 7에는 상기 표 1에 표시된 종래의 프로그램 조건과 표 2에 표시된 본 발명의 프로그램 조건에 의해 셀을 프로그램 시킨 결과를 비교 도시한 그래프이다. 라인 L1 및 L2는 종래 방법에 따른 셀 프로그램 속도를 나타내며, 라인 L3 및 L4는 본 발명에 따른 셀 프로그램 속도를 나타낸다. 그래프에 도시된 바와 같이 프로그램 속도는 셀 A의 드레인에만 VD를 인가한 종래 프로그램 결과와 드레인 및 소오스에 동일한 전압을 인가한 본 발명의 프로그램 결과가 거의 동일함을 알 수 있다.FIG. 7 is a graph showing a comparison of the results of programming a cell under the conventional program conditions shown in Table 1 and the program conditions of the present invention shown in Table 2. FIG. Lines L1 and L2 represent cell program rates according to the conventional method, and lines L3 and L4 represent cell program rates according to the present invention. As shown in the graph, it can be seen that the program rate is almost the same as the conventional program result of applying VD only to the drain of the cell A and the program result of applying the same voltage to the drain and the source.

도 8은 상기 도 7에 나타난 것과 같이 동일한 프로그램 속도를 가지면서도 프로그램시 전류 소모를 현저히 감소시킬 수 있는 본 발명의 효과를 설명하기 위하여 프로그램 조건에서의 게이트 전류를 측정하는데 사용된 테스트 셀의 구조를 나타낸다. 콘트롤 게이트와 플로팅 게이트는 전기적으로 서로 연결되어 있는 상기 테스트 셀에서 종래의 프로그램 조건과 본 발명의 프로그램 조건에서 각각 측정된 게이트 전류값을 비교하여 봄으로써 셀의 상기 도 7의 결과를 증명할 수 있다.FIG. 8 illustrates the structure of a test cell used to measure the gate current under program conditions to illustrate the effect of the present invention having the same program speed as shown in FIG. 7 and significantly reducing current consumption during programming. Indicates. The control gate and the floating gate may verify the result of FIG. 7 of the cell by comparing the gate current values measured under the conventional program condition and the program condition of the present invention in the test cell electrically connected to each other.

도 9는 종래의 프로그램 바이어스 인가조건과 본 발명의 바이어스 인가조건에 따라 상기 도 8의 테스트 셀에서 측정된 게이트 전류값을 비교하여 나타낸 그래프이다. 측정 조건을 좀더 자세히 설명하면, 라인 L5는 종래 바이어스 인가조건에서 측정된 게이트 전류로서 드레인에는 4V, 소오스 및 기판에는 0V를 인가하고 게이트 전압을 0V부터 8V까지 소인하며 측정한 결과이다. 그리고 라인 L6는 본 발명의 인가조건에서 측정된 게이트 전류로서 드레인과 소오스에 동시에 4V의 전압을 인가하고 게이트 전압을 0V부터 8V까지 소인하며 측정한 결과를 나타낸다. 셀의 프로그램 속도를 나타내는 게이트 전류 Ig는 그래프에 나타난 바와 같이 종래 바이어스 조건과 본 발명의 바이어스 조건에 거의 동일한 수준임을 알 수 있다.9 is a graph illustrating a comparison of gate current values measured in the test cell of FIG. 8 according to a conventional program bias application condition and a bias application condition of the present invention. In more detail, the measurement condition of the line L5 is a gate current measured under a conventional bias application condition, which is a result of applying 4V to the drain, 0V to the source and the substrate, and sweeping the gate voltage from 0V to 8V. The line L6 is a gate current measured under the application conditions of the present invention, and a voltage of 4V is simultaneously applied to the drain and the source, and the gate voltage is sweeped from 0V to 8V. It can be seen that the gate current Ig representing the program rate of the cell is almost the same level as the bias condition of the present invention and the conventional bias condition as shown in the graph.

도 10은 상기 도 9에서와 같은 바이어스 조건하에서 상기 도 8의 테스트 셀을 구동시켜 게이트 전류 측정시에 드레인 단자에서 측정되는 드레인 전류에 대한 게이트 전류의 비 Ig/Id를 나타낸 그래프이다. 라인 L7은 종래 바이어스 인가조건에 따른 결과이며 라인 L8는 본 발명의 인가조건에 따른 결과를 나타낸다. 프로그램에 직접 사용되는 게이트 전류 Ig를 얻기 위해서는 전류 Id의 소모가 필요하며, 이 두 전류의 비 Ig/Id는 프로그램 효율을 정량화시키는 중요한 값으로서 도 10의 데이터로부터 본 발명의 Ig/Id비율이 종래의 전형적인 값인 약 1.OE-9 값보다 약 107배 또는 그 이상으로 큼을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 바이어스 인가조건으로 셀을 프로그램 할 경우에 드레인-소스에 흐르는 전류 소모가 약 107배 또는 그 이상으로 감소됨을 의미한다.FIG. 10 is a graph illustrating the ratio Ig / Id of the gate current to the drain current measured at the drain terminal during the gate current measurement by driving the test cell of FIG. 8 under the same bias condition as in FIG. 9. Line L7 is the result according to the conventional bias application condition and line L8 is the result according to the application condition of the present invention. In order to obtain the gate current Ig used directly in the program, it is necessary to consume the current Id, and the ratio Ig / Id of these two currents is an important value to quantify the program efficiency. It can be seen that it is about 10 7 times or more than the typical value of about 1.OE-9. This means that when the cell is programmed with the bias application condition according to the present invention, the current consumption in the drain-source is reduced to about 10 7 times or more.

상기한 본 발명의 프로그램 조건에서, 기판에 음의 전압을 인가함으로써 프로그램 특성을 보다 개선시킬 수 있는데 이러한 특성을 도 11의 그래프에 나타내었다. 라인 L9 및 L10은 벌크에 0V의 전압을 인가했을 경우의 결과이며, 라인 L11 및 L12는 -2V의 음전압을 인가했을 경우의 결과를 나타낸다. 이처럼 기판 전압의 절대치가 증가함에 따라 프로그램 속도가 현저히 개선되는 특징이 있으며, 프로그램 시간이 증가하는 경우에도 셀의 문턱전압 Vth가 일정하게 유지되는 특성이 있음을 알 수 있다. 따라서 셀 프로그램시 프로그램 되는 셀의 문턱전압 Vth 레벨을 쉽게 조절할 수 있으며, 이는 멀티 레벨 셀에도 적용할 수 있음을 알 수 있다.Under the program conditions of the present invention described above, program characteristics can be further improved by applying a negative voltage to the substrate, which is shown in the graph of FIG. Lines L9 and L10 show results when a voltage of 0 V is applied to the bulk, and lines L11 and L12 show results when a negative voltage of -2 V is applied. As such, the program speed is remarkably improved as the absolute value of the substrate voltage increases, and the threshold voltage Vth of the cell remains constant even when the program time increases. Therefore, it can be seen that the threshold voltage Vth level of the cell programmed during cell programming can be easily adjusted, which can be applied to multi-level cells.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 셀 프로그램 방법에 있어서, 선택 비트라인과 공통 소스라인에 동일한 크기의 전압 또는 전압의 크기는 다르더라도 동일한 극성을 가지는 전압을 인가하여 줌으로써 비선택 셀의 누설 전류 문제를 해소할 수 있다.As described above, in the cell program method, the problem of leakage current of an unselected cell is solved by applying a voltage having the same polarity or a voltage having the same polarity to the selected bit line and the common source line even though the voltages of the same magnitude are different. can do.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the preferred embodiment of the present invention as described above, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. It will be appreciated that this can be changed.

Claims (6)

플로팅 게이트와 콘트롤 게이트가 적층된 스택형 게이트 구조를 갖는 단위 셀이 비트라인과 워드 라인이 교차하는 영역마다 존재하여 셀 어레이를 이루고 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서:A method of programming a nonvolatile memory device in which a unit cell having a stacked gate structure in which a floating gate and a control gate are stacked is present in a region where a bit line and a word line cross each other to form a cell array. 상기 단위 셀중 선택셀의 드레인 단자와 소오스 단자에 동일한 크기의 전압 또는 동일한 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법.And applying a voltage having the same magnitude or a voltage having the same polarity to the drain terminal and the source terminal of the selected cell among the unit cells. 제 1항에 있어서, 상기 선택셀의 플로팅 게이트 단자에는 상기 드레인 단자와 소오스 단자에 인가한 전압과 동일한 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법.The method of claim 1, further comprising applying a voltage having the same polarity as the voltage applied to the drain terminal and the source terminal to the floating gate terminal of the selection cell. 제 2항에 있어서, 상기 선택셀의 기판에는 상기 드레인 단자와 소오스 단자에 인가한 전압과 반대 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법.The program method of claim 2, further comprising applying a voltage having a polarity opposite to that applied to the drain terminal and the source terminal to the substrate of the selection cell. 제1도전형의 반도체 기판에 상기 반도체 기판과는 반대되는 도전형의 드레인 및 소오스 영역을 가지며, 반도체 기판과의 사이에 제1절연막을 개재하여 형성된 제1도전층과 상기 제1도전층과의 사이에 제2절연층을 개재하여 형성된 제2도전층을 가지는 단위 셀이 일정 간격으로 평행하게 배열된 복수개의 비트라인과 상기 비트라인에 수직하는 방향으로 일정 간격 배열된 복수개의 워드라인이 교차하는 영역에 위치하여 셀 어레이를 이루고 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서:The first conductive semiconductor substrate has a drain and source region of a conductive type opposite to the semiconductor substrate, and has a first conductive layer formed between the semiconductor substrate and a first insulating film, and the first conductive layer is formed between the first conductive layer and the first conductive layer. A plurality of bit lines in which unit cells having a second conductive layer formed through a second insulating layer are arranged in parallel at regular intervals and a plurality of word lines arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the bit lines cross each other. In the method of programming a nonvolatile memory device located in an area and forming a cell array: 상기 단위 셀중 선택셀의 드레인과 소오스 영역에 동일한 크기의 전압 또는 동일한 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법.And applying a voltage having the same magnitude or a voltage having the same polarity to the drain and the source region of the selected cell among the unit cells. 제 4항에 있어서, 상기 선택된 단위 셀의 제2도전층에는 상기 드레인과 소오스에 인가한 전압과 동일한 극성의 전압을 인가하고, 상기 단위 셀의 기판에는 상기 드레인 단자와 소오스 단자에 인가한 전압과 반대 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 프로그램 방법.The method of claim 4, wherein a voltage having the same polarity as the voltage applied to the drain and the source is applied to the second conductive layer of the selected unit cell, and a voltage applied to the drain terminal and the source terminal is applied to the substrate of the unit cell. And applying a voltage of opposite polarity. 절연막에 둘러싸인 데이터 저장용 플로팅 게이트를 가지는 단위 메모리 셀들이 매트릭스 형태로 존재하여 셀 어레이를 이루고 있는 비휘발성 메모리 장치의 프로그램 방법에 있어서:A method of programming a nonvolatile memory device in which unit memory cells having a floating gate for data storage surrounded by an insulating layer exist in a matrix to form a cell array: 상기 단위 메모리 셀들의 콘트롤 게이트와 연결된 워드 라인들 중 하나를 선택하고, 서로 다른 워드 라인과 연결되어 있는 단위 메모리 셀들이 공통으로 연결되어 있는 비트 라인들 중 하나를 선택하여 단위 메모리 셀중 하나를 선택하는 단계와;Selecting one of the word lines connected to the control gates of the unit memory cells, and selecting one of the bit lines to which the unit memory cells connected to different word lines are commonly connected; Steps; 상기 선택된 셀을 활성화시키기 위하여 상기 선택된 셀과 연결된 워드 라인 및 비트 라인에 설정된 전압을 인가하는 단계와;Applying a voltage set to a word line and a bit line connected to the selected cell to activate the selected cell; 상기 선택된 셀의 공통 소오스 라인에 상기 비트 라인에 인가된 전압과 동일한 레벨의 전압 또는 동일한 극성의 전압을 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.And applying a voltage having the same level or a voltage of the same polarity as the voltage applied to the bit line to the common source line of the selected cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100784870B1 (en) * 2006-07-14 2007-12-14 삼성전자주식회사 Eichrome device and its manufacturing method

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Patent event date: 19980609

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