JP2009223968A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
Nonvolatile semiconductor storage device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009223968A JP2009223968A JP2008068376A JP2008068376A JP2009223968A JP 2009223968 A JP2009223968 A JP 2009223968A JP 2008068376 A JP2008068376 A JP 2008068376A JP 2008068376 A JP2008068376 A JP 2008068376A JP 2009223968 A JP2009223968 A JP 2009223968A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- write
- voltage
- charge
- storage
- target current
- 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
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 245
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims abstract description 191
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 44
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 37
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 24
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 22
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 104
- 238000000034 method Methods 0.000 description 85
- 239000010408 film Substances 0.000 description 77
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 4
- 102100022311 SPRY domain-containing SOCS box protein 4 Human genes 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 102100023431 E3 ubiquitin-protein ligase TRIM21 Human genes 0.000 description 1
- 101000685877 Homo sapiens E3 ubiquitin-protein ligase TRIM21 Proteins 0.000 description 1
- 101000685886 Homo sapiens RNA-binding protein RO60 Proteins 0.000 description 1
- 101000824892 Homo sapiens SOSS complex subunit B1 Proteins 0.000 description 1
- 101000824890 Homo sapiens SOSS complex subunit B2 Proteins 0.000 description 1
- -1 Metal Oxide Nitride Chemical class 0.000 description 1
- 102100023433 RNA-binding protein RO60 Human genes 0.000 description 1
- 102100022320 SPRY domain-containing SOCS box protein 1 Human genes 0.000 description 1
- 102100022330 SPRY domain-containing SOCS box protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 102100022310 SPRY domain-containing SOCS box protein 3 Human genes 0.000 description 1
- 101100451671 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SSA3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100451681 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SSA4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100150560 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) SSZ1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150069080 Spsb4 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100366687 Streptococcus agalactiae serotype V (strain ATCC BAA-611 / 2603 V/R) ssb4 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150012404 spsb3 gene Proteins 0.000 description 1
- 101150049705 ssb3 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Read Only Memory (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Abstract
【課題】一旦記憶情報「0」が書込まれた記憶素子に対する再書込を防止して、読出動作における誤読出を防止する手段を提供する。
【解決手段】ゲート電極の両側に、第1のシリコン酸化膜と電荷蓄積窒化膜と第2のシリコン酸化膜とを積層した2つの記憶素子とを備えた不揮発性半導体記憶装置において、電荷蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電荷を注入する場合における書込電圧を、初期書込電圧から設定書込電圧までの間を段階的に増加するよう設定すると共に、セル電流を用いて電荷の保持状態を確認するための目標電流を、電荷の保持状態の変化によりセル電流が増加する傾きより大きい傾きで、初期目標電流から設定目標電流までの間を段階的に増加するよう設定しておき、記憶素子に電荷を注入する場合に、セル電流が目標電流を超えているときは当該書込電圧で記憶素子に電荷を注入し、セル電流が目標電流以下のときは記憶素子へ電荷を注入しないようにする。
【選択図】図1The present invention provides means for preventing re-writing to a storage element in which storage information “0” is once written to prevent erroneous reading in a reading operation.
In a non-volatile semiconductor memory device having two memory elements in which a first silicon oxide film, a charge storage nitride film, and a second silicon oxide film are stacked on both sides of a gate electrode, the charge storage nitridation is performed. When the charge is injected into the film divided into a plurality of times, the write voltage is set so as to increase stepwise from the initial write voltage to the set write voltage. The target current for confirming the holding state is set to increase stepwise from the initial target current to the set target current with a slope larger than the slope at which the cell current increases due to the change in the charge holding state. When injecting charge into the storage element, if the cell current exceeds the target current, the charge is injected into the storage element at the write voltage, and if the cell current is below the target current, the charge is injected into the storage element. I will not do it To.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ゲート電極の両側に、電荷蓄積窒化膜を用いた記憶素子を有する不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having memory elements using charge storage nitride films on both sides of a gate electrode.
従来の不揮発性半導体記憶装置としてのMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Substrate)型のメモリセルは、P型の半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜を挟んで半導体基板に対向配置されたゲート電極と、ゲート電極の両側面に、第1のシリコン酸化膜と、電荷蓄積窒化膜と、第2のシリコン酸化膜とを積層して形成された2つの記憶素子と、これら2つの記憶素子下の半導体基板に、それぞれ形成されたLDD(Lightly Doped Drain)層と、LDD層のゲート電極と反対側の半導体基板にそれぞれ形成されたN型の高濃度拡散層であるソース層とドレイン層とを備え、記憶素子、例えばドレイン側の記憶素子に記憶情報「0」を書込む場合は、ゲート電極およびドレイン層に正電圧を印加すると共にソース層を接地電圧とし、ドレイン側のLDD層に発生したホットエレクトロンをドレイン側の記憶素子の電荷蓄積窒化膜に注入してドレイン側の記憶素子への書込みを行い、ドレイン側の記憶素子の記憶情報を読出す場合には、ゲート電極およびソース層に正電圧を印加すると共にドレイン層を接地電圧とし、記憶素子の電荷蓄積窒化膜に保持された電子による記憶素子下のLDD層の抵抗増加を利用して、記憶情報が「1」のときは、ソース−ドレイン間を流れるセル電流が比較的高いこと、記憶情報が「0」のときはセル電流が比較的低いことを利用して、ドレイン側の記憶素子へ書込まれた記憶情報を読出している(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional nonvolatile semiconductor memory device, a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Substrate) type memory cell includes a gate electrode disposed opposite to a semiconductor substrate across a gate insulating film formed on a P-type semiconductor substrate, Two memory elements formed by laminating a first silicon oxide film, a charge storage nitride film, and a second silicon oxide film on both side surfaces of the gate electrode, and a semiconductor substrate under these two memory elements And a source layer and a drain layer, each of which is an N-type high-concentration diffusion layer, formed on a semiconductor substrate opposite to the gate electrode of the LDD layer, respectively, and an LDD (Lightly Doped Drain) layer formed therein. When memory information “0” is written in an element, for example, a memory element on the drain side, a gate electrode and a drain layer A positive voltage is applied, the source layer is set to the ground voltage, hot electrons generated in the drain side LDD layer are injected into the charge storage nitride film of the drain side memory element, and writing to the drain side memory element is performed. When reading storage information of the storage element on the side, a positive voltage is applied to the gate electrode and the source layer, and the drain layer is set to the ground voltage, and the storage element under the storage element by electrons held in the charge storage nitride film of the storage element Utilizing the increase in resistance of the LDD layer, when the stored information is “1”, the cell current flowing between the source and the drain is relatively high, and when the stored information is “0”, the cell current is relatively low. Is used to read the memory information written in the memory element on the drain side (see, for example, Patent Document 1).
また、フローティングゲート電極型のメモリセルにおいて、メモリセルに書込む4値データの一つ、例えば“10”を書込む場合に、メモリセルの内で書込み易いメモリセルが1度の書込みで“10”の目標閾値電圧になるような初期ゲート電圧で書込み、書込後に書込まれたメモリセルの電圧を確認してメモリセルの電圧が目標閾値電圧に達していない場合は、ゲート電圧を一定値だけ増加させて書込みを行い、確認したメモリセルの電圧が目標閾値電圧に達した場合に書込を終了するベリファイ書込を行っているものがある(例えば、特許文献2参照。)。
上述した、MONOS型のメモリセルにおいては、例えばドレイン側の記憶素子に記憶情報「0」が書込まれている場合、つまり電荷蓄積窒化膜に電子が注入されている場合に、理論的にはゲート電極を挟んで反対側に位置するソース側の記憶素子に対する影響はないはずであるが、実際にはソース側の記憶素子の記憶情報が「1」、つまり電荷蓄積窒化膜に電子が注入されていない場合(以下、この状態を未書込とも称する。)に、ドレイン側の記憶素子に注入された電子の影響を受けてソース側の記憶素子の電荷蓄積窒化膜に電子が存在するようになり、ソース側の記憶素子の記憶情報を読出すときのセル電流が減少してしまい、結果として分離幅Wが狭くなってしまうという現象がある。 In the above-described MONOS type memory cell, for example, when the storage information “0” is written in the storage element on the drain side, that is, when electrons are injected into the charge storage nitride film, theoretically, Although there should be no effect on the source-side storage element located on the opposite side across the gate electrode, the storage information of the source-side storage element is actually “1”, that is, electrons are injected into the charge storage nitride film. If this is not the case (hereinafter, this state is also referred to as “unwritten”), electrons are present in the charge storage nitride film of the source storage element under the influence of the electrons injected into the drain storage element. Thus, there is a phenomenon that the cell current when reading the storage information of the storage element on the source side decreases, and as a result, the separation width W becomes narrow.
しかしながら、特許文献1の技術においては、ドレイン側の記憶素子に記憶情報「0」を書込む場合に、ゲート電極およびドレイン層に正電圧を印加し、ソース層を接地電圧して、一度の注入でドレイン側の記憶素子の電荷蓄積窒化膜に電子を注入して書込む1ビット完結型の書込処理を行っているため、製造バラツキによって電子を注入する記憶素子が書込み易い記憶素子の場合には、相対的に書込ゲート電圧が過大になり、反対側に位置する未書込の記憶素子に電子が多めに存在するようになり、図11にハッチングを付した棒グラフとして示すように、記憶情報が「0」の書込側のセル電流の分布と、記憶情報が「1」の未書込側のセル電流の分布との間の分離幅Wが狭くなって、記憶情報の読出時に誤読出が生ずる場合があるという問題がある。
However, in the technique of
ここに、図11に白抜きの棒グラフとして示した未書込側初期状態の分布は、書込処理を行っていない場合(製造直後、または全てのメモリセルの記憶素子の消去状態)における、製造バラツキによって生ずる各記憶素子のセル電流の分布を示したものである。
また、分離幅Wは、書込側および未書込側のそれぞれの分布形を正規分布と仮定し、図中の表に示す平均値に、所定の倍率を乗じた標準偏差を加減したときの、未書込側のセル電流の下限値と書込側のセル電流の上限値との差の電流値をいう。
Here, the distribution of the initial state on the unwritten side shown as a white bar graph in FIG. 11 shows the manufacturing in the case where the writing process is not performed (immediately after manufacturing or the erased state of the storage elements of all the memory cells). It shows the cell current distribution of each memory element caused by the variation.
Further, the separation width W is assumed when the distribution form on the writing side and the non-writing side are assumed to be normal distributions, and the standard deviation obtained by multiplying the average value shown in the table in the figure by a predetermined magnification is added or subtracted. The current value of the difference between the lower limit value of the cell current on the unwritten side and the upper limit value of the cell current on the write side.
なお、フローティングゲート電極型のメモリセルにおいては、1つのメモリセルに対して、4つの記憶状態の内の1つを示すスレッショルド電圧(しきい電圧)とするための電子が注入されるだけであるので、特許文献2に示されたように、1つの記憶状態を示すスレッショルド電圧にメモリセル間でバラツキが生ずることはあっても、MONOS型のメモリセルのような、一の側の記憶素子へ注入される電子が、他の側の記憶素子に影響を及ぼすような現象が生じることはない。
Note that in a floating gate electrode type memory cell, only electrons for setting a threshold voltage (threshold voltage) indicating one of four memory states are injected into one memory cell. Therefore, as shown in
上記の記憶情報が「0」の書込側と、記憶情報が「1」の未書込側とのセル電流の分布間の分離幅Wの減少を防止するために、現在では、特許文献2に示されたフローティングゲート電極型のメモリセルの場合と同様のベリファイ書込が、MONOS型のメモリセルにおいても行われている。
以下に、MONOS型のメモリセルについて説明する。
In order to prevent a decrease in the separation width W between the cell current distributions on the write side where the stored information is “0” and the unwritten side where the stored information is “1”, at present,
A MONOS type memory cell will be described below.
図12は従来のMONOS型のメモリセルの断面を示す説明図、図13は従来のメモリセルアレイを示す回路図、図14は従来の制御系統を示すブロック図、図15は従来のメモリセルの等価回路を示す回路図である。
図12において、1は不揮発性半導体記憶装置としてのMONOS型のメモリセル(以下、単にメモリセルという。)であり、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)型のメモリセルであって、本説明ではnMOS(n−channel MOS)型である。
12 is an explanatory view showing a cross section of a conventional MONOS type memory cell, FIG. 13 is a circuit diagram showing a conventional memory cell array, FIG. 14 is a block diagram showing a conventional control system, and FIG. 15 is an equivalent of the conventional memory cell. It is a circuit diagram which shows a circuit.
In FIG. 12,
2は半導体基板であり、比較的低濃度のP型不純物を拡散させた単結晶シリコン(Si)からなる基板である。
3はゲート電極であり、半導体基板2上に形成された酸化シリコン(SiO2)からなるゲート絶縁膜4上にポリシリコンを積層して形成された電極であって、ゲート絶縁膜4を挟んで半導体基板2に対向配置されている。
5、6は高濃度拡散層であり、ゲート電極3の両側のゲート電極3から離間した半導体基板2の表層に比較的高濃度のN型不純物を拡散させて形成された拡散層であって、そのゲート電極3との間の半導体基板2には、比較的低濃度にN型不純物を拡散させた低濃度拡散層としてのLDD層がそれぞれ形成されている。
なお、以下の説明においては、区別のために、図12において左側の高濃度拡散層をソース層5、その低濃度拡散層をLDD層5aといい、ゲート電極3を挟んだ反対側、つまり右側の高濃度拡散層をドレイン層6、その低濃度拡散層をLDD層6aという。
In the following description, for the sake of distinction, the high-concentration diffusion layer on the left side in FIG. 12 is referred to as the
7はチャネル領域であり、MOSFETのチャネルが形成される領域であって、ソース層5とドレイン層6との間のP型の半導体基板2のゲート電極3側の領域である。
8は第1のシリコン酸化膜であり、ゲート電極3の側面およびLDD層5a、6a上をL字状断面形状で覆い、ソース層5およびドレイン層6の端部上に達する酸化シリコンからなる膜厚の薄い薄膜の絶縁膜である。
A
9は電荷蓄積窒化膜(図12に網掛けで示す。他の図においても同じ。)であり、第1のシリコン酸化膜8上に積層されたL字状の窒化シリコン(Si3N4)からなる絶縁性および誘電性を有する薄膜であって、注入された電荷(本説明では、電子)を蓄積して保持する機能を有している。
10は第2のシリコン酸化膜であり、電荷蓄積窒化膜9上に積層されたサイドウォール形状の酸化シリコンからなる絶縁膜であって、電荷蓄積窒化膜9に保持された電子の移動を抑制する機能を有している。
ここに、サイドウォール形状とは、本来、矩形にされるべき第2のシリコン酸化膜10の断面形状が、ゲート電極3の上面を露出させる工程における異方性エッチング等のときに、ゲート電極3の反対側の上方の角部が削り取られて矩形の一の角部が円弧状または放物線状になった断面形状をいう。
12a、12bは記憶素子であり、上記の第1のシリコン酸化膜8、電荷蓄積窒化膜9、第2のシリコン酸化膜10を順に積層して形成されたSiO2・Si3N4・SiO2構造(ONO構造という。)を有するサイドウォール形状の素子であって、記憶素子12aはソース層5のLDD層5a上に、記憶素子12bはドレイン層6のLDD層6a上にそれぞれ形成されている。
Here, the side wall shape means that the
12a, 12b is a storage device, the first
14は中間絶縁膜であり、ゲート電極3上や記憶素子12a、12b上等を覆う半導体基板2上に形成された酸化シリコンからなる厚膜の絶縁膜である。
15はコンタクトプラグであり、中間絶縁膜14の上面からソース層5およびドレイン層6に達する貫通穴として形成されたコンタクトホールに、アルミニウム(Al)やタングステン(W)等の導電材料を埋め込んで形成された導電性プラグであって、ソース層5およびドレイン層6と中間絶縁膜14上に形成された配線であるビット線BLとを電気的に接続する機能を有している。
A
なお、図12においては、コンタクトプラグ15は、1つのメモリセル1のソース層5およびドレイン層6に対してそれぞれ形成するように図示しているが、実際には、ソース層5およびドレイン層6は、それぞれ隣接する他のメモリセル1のドレイン層6およびソース層5と共通に形成されており、ドレイン層6のコンタクトプラグ15は、隣接する他のメモリセル1(図12において右側)のソース層5のコンタクトプラグとしても、ソース層5のコンタクトプラグ15は、隣接する他のメモリセル1(図12において左側)のドレイン層6のコンタクトプラグとしても機能する。
In FIG. 12, the
17はゲートコンタクトであり、中間絶縁膜14の上面からゲート電極3に達する貫通穴として形成されたコンタクトホールに、コンタクトプラグ15と同様の導電材料を埋め込んで形成された導電プラグであって、ゲート電極3と中間絶縁膜14上に形成された配線であるワード線WLとを電気的に接続する機能を有している。
上記のメモリセル1は、以下のようにして製造される。
The
すなわち、半導体基板2上のアクティブ領域に熱酸化法等によりゲート絶縁膜4を形成し、その上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりゲート電極3を形成するためのポリシリコン膜を堆積して、フォトリソグラフィ、エッチングによりゲート酸化膜4を挟んで半導体基板2に対向するゲート電極3を形成し、ゲート電極3上等に熱酸化法またはCVD法により第1のシリコン酸化膜8を形成し、その後に隣り合うゲート電極3間に露出している半導体基板2の上面に、低濃度のN型不純物を注入してゲート電極3の両側の半導体基板2にLDD層5a、6aを形成する。
That is, a gate
次いで、第1のシリコン酸化膜8上にCVD法により電荷蓄積窒化膜9を形成し、その上にCVD法により第2のシリコン酸化膜10を形成し、エッチングにより第2のシリコン酸化膜10をサイドウォール形状にした後に、ゲート電極3の両側の第2のシリコン酸化膜10の外側の半導体基板2に、高濃度のN型不純物を注入してLDD層5a、6aに接続するソース層5、ドレイン層6を形成する。
Next, a charge
そして、ソース層5およびドレイン層6の形成後に、ゲート電極3および記憶素子12a、12bを含む半導体基板2上にCVD法により酸化シリコンからなる中間絶縁膜14を形成し、フォトリソグラフィ、エッチングにより、中間絶縁膜14上にソース層5、ドレイン層6にコンタクトプラグ15を介して接続するビット線BL、およびゲート電極3にゲートコンタクト17を介して接続するワード線WLを形成する。
Then, after forming the
このようにして、メモリセル1が複数製造される。
図13において、20はメモリセルアレイであり、複数のメモリセル1を、マトリックス状にM行、N列(M、Nはいずれも2以上の整数)に並べて形成されおり、各行のメモリセル1のそれぞれのゲート電極3は1本のワード線WLに接続され、各列のソース層5および隣接するメモリセル1のドレイン層6はそれぞれ1本のビット線BLに接続されている。
In this way, a plurality of
In FIG. 13,
図13に示すメモリセルアレイ20は、総行数M=256、総列数N=16のマトリックスであり、ワード線はWL0〜WL255の256本、ビット線はBL1〜BL16の16本が形成されている。
22は列選択回路であり、各ビット線BLを選択するための選択回路であって、ビット線BL毎に1つの選択トランジスタ23が設けられており、複数の選択トランジスタ23のゲートには、セレクタゲートSGが接続している。
The
A
図13に示すセレクタゲートSGは4本設けられており、それぞれ4本毎のビット線BLに設けられた選択トランジスタ23のゲートに接続しており、SG1〜SG4の4本が形成されている。
図14において、24は行選択回路であり、各ワード線WLを選択するための選択回路であって、列選択回路と同様に構成されている。
Four selector gates SG shown in FIG. 13 are provided, which are connected to the gates of the
In FIG. 14,
25はビット線電源回路であり、メモリセルアレイ20の各ビット線BLに供給する電圧を発生する回路である。
26は読出回路であり、各メモリセル1の記憶素子12a、12bに書込まれた記憶情報を判定するために、各メモリセル1のソース層5−ドレイン層6間を流れる電流(セル電流Icという。)を検出して読出す回路である。
A bit line
27は比較回路であり、メモリセルアレイ20に記憶情報「0」を書込むときに、読出回路26で読出したセル電流Icと、目標電流発生回路28で発生させた目標電流Irefとを比較して、セル電流Icが目標電流Iref以下であるか、目標電流Iref超であるかを示す判定信号を、ON、OFF的に発生させて制御部29へ送出する機能を有している。
A
目標電流発生回路28は、比較回路27において、読出回路26で読出したセル電流Icと比較する目標電流Irefを発生させる回路であって、本説明においては、目標電流Iref=14μAとした一定電流を発生する。
制御部29は、マイクロプロセッサ等で形成され、その内蔵メモリに格納されたプログラムにより、上記各部を制御してメモリセルアレイ20の各メモリセル1の記憶素子12a、12bに対する記憶情報の書込動作、読出動作、消去動作等を実行する機能を有している。
The target
The
上記のメモリセルアレイ20、列選択回路22、行選択回路24、ビット線電源回路25、読出回路26、比較回路27、目標電流発生回路28、制御部29を有する構成の不揮発性半導体記憶装置は、他の同様な構成からなる不揮発性半導体記憶装置とともに半導体ウェハ上にそれぞれダイシングにて個片化される前のチップとして形成され、各メモリセル1への記憶情報の書込動作等の処理は、半導体ウェハに形成された各不揮発性半導体装置のチップの端子(電極パッド)にプローブ等で接続する外部制御装置としての記憶情報書込装置30と連携して行われる。
A nonvolatile semiconductor memory device having the above-described
31は記憶情報書込装置30の主制御部であり、記憶情報書込装置30の各部を制御しながら、制御部29と連携して書込処理等を実行する機能を備えている。
32は記憶情報書込装置30の記憶部であり、主制御部31が実行するプログラムやそれに用いる記憶情報テーブル(後述)等の各種のデータおよび主制御部31による処理結果等が格納される。
A
34は可変書込電圧発生部であり、主制御部31から設定電圧を記した書込電圧発生指令により書込動作のときにメモリセル1のゲート電極3に印加する書込電圧としての書込ゲート電圧Vgwを、書込回数kに応じて段階的に変化させて発生させる機能を有している。
36は読出電圧発生部であり、読出動作のときにメモリセル1のゲート電極3に供給する読出電圧としての読出ゲート電圧Vgrを発生させる。
A read
なお、図14に示す実線は内部接続を示し、破線は外部接続を示す。
上記したメモリセル1は、図15に示す等価回路のように、それぞれのLDD層5a、6aが、記憶素子12a、12bの電荷蓄積窒化膜9に注入された電子の保持状態に応じて抵抗値が変化する抵抗変化部として機能し、その抵抗変化部の抵抗値の変化(電子の保持量が多いと抵抗値が上昇)により、ソース層5−ドレイン層6の間を流れるセル電流Icが増減する。
In addition, the solid line shown in FIG. 14 shows an internal connection, and a broken line shows an external connection.
In the
この電子の保持状態に応じた抵抗値の変化によるセル電流Icの増減を利用して、記憶素子12a、12bの記憶情報「0」(電荷蓄積窒化膜9に所定の量の電子を保持させた保持状態)、または記憶情報「1」(電荷蓄積窒化膜9に電子が保持されていない空状態)を読出すことが可能になる。
また、記憶素子12a、12bを有する2ビットのメモリセル1は、1つのメモリセル1で、図16に示すように、これらを組合せた「1、1」(図16(a))、「1、0」(図16(b))、「0、1」(図16(c))「0、0」(図16(d))の4つの記憶状態を表すことができる。
Using the increase / decrease in the cell current Ic due to the change in resistance value according to the electron holding state, the storage information “0” (the charge
Further, the 2-
このような記憶素子12aまたは12bに記憶情報「0」を書込む書込動作において、ドレイン層6側の記憶素子12bへ記憶情報「0」を書込む場合は、図17(a)に示すように、ゲート電極3に接続するワード線WLに書込ゲート電圧Vgw(=10V)を印加し、ソース層5に接続するビット線BLを0Vとし、ドレイン層6に接続するビット線BLに6Vを印加して、LDD層6aに発生させたホットエレクトロン(電子)を、ドレイン層6側の記憶素子12bの電荷蓄積窒化膜9に注入してドレイン層6側の記憶素子12bへ記憶情報「0」を書込む。
In such a write operation for writing the storage information “0” to the
ソース層5側の記憶素子12aへ記憶情報「0」を書込む場合は、図17(b)に示すように、ゲート電極3に接続するワード線WLに書込ゲート電圧Vgw(=10V)を印加し、ドレイン層6に接続するビット線BLを0Vとし、ソース層5に接続するビット線BLに6Vを印加して、LDD層5aに発生させたホットエレクトロン(電子)を、ソース層5側の記憶素子12aの電荷蓄積窒化膜9に注入してソース層5側の記憶素子12aへ記憶情報「0」を書込む。
When the storage information “0” is written to the
また、記憶素子12aまたは12bから記憶情報を読出す読出動作において、ドレイン層6側の記憶素子12bから記憶情報を読出す場合は、図18(a)に示すように、ゲート電極3に接続するワード線WLに読出ゲート電圧Vgr(=3V)を印加し、ドレイン層6に接続するビット線BLを0Vとし、ソース層5に接続するビット線BLに1.7Vを印加してセル電流Icを検出し、そのセル電流Icが、分離幅Wの中央値等として設定した判定電流を超えるときはドレイン層6側の記憶素子12bの記憶情報は「1」と判定し、判定電流以下のときは記憶情報は「0」と判定してドレイン層6側の記憶素子12bの記憶情報を読出す。
Further, in the read operation of reading the storage information from the
ソース層5側の記憶素子12aから記憶情報を読出す場合は、図18(b)に示すように、ゲート電極3に接続するワード線WLに読出ゲート電圧Vgr(=3V)を印加し、ソース層5に接続するビット線BLを0Vとし、ドレイン層6に接続するビット線BLに1.7Vを印加してセル電流Icを検出し、そのセル電流Icが、判定電流を超えるときはソース層5側の記憶素子12aの記憶情報は「1」と判定し、判定電流以下のときは記憶情報は「0」と判定してソース層5側の記憶素子12aの記憶情報を読出す。
When reading storage information from the
更に、記憶素子12aおよび12の記憶情報「0」を消去する消去動作においては、図19に示すように、ゲート電極3に接続するワード線WLに消去ゲート電圧Vg(=−6V)を印加し、ソース層5およびドレイン層6に接続するビット線BLにそれぞれ6Vを印加して、それぞれのLDD層5a、6aに発生させたホットホール(正孔)を、それぞれの記憶素子12a、12bの電荷蓄積窒化膜9に注入して、記憶素子12a、12bの電荷蓄積窒化膜9に保持された電子を中和し、それぞれの記憶素子12a、12bに書込まれた記憶情報を消去、つまり記憶素子12a、12bの記憶情報を「1」にする。
Further, in the erasing operation for erasing the stored information “0” in the
ウェハレベルで全てのチップの記憶素子12a、12bを消去状態とする場合、上記消去動作後に、複数の不揮発性半導体記憶装置のチップが形成された半導体ウェハに対して、350℃、4時間の熱処理を施せば、記憶素子12a、12bに書込まれた記憶情報の消去をより良好なものとすることができる。
また、記憶素子12aおよび12bのいずれか一方の記憶情報「0」を消去する場合は、ゲート電極3に接続するワード線WLに消去ゲート電圧Vg(=−6V)を印加し、消去する側のビット線BLに6Vを印加し、他の側のビット線BLをフローティング状態にして、消去動作を行えばよい。
When the
Further, when erasing the stored information “0” of either one of the
以下に、MONOS型のメモリセルにおける従来のベリファイ書込について説明する。
従来のベリファイ書込処理は、図20に示すように、書込対象となるメモリセル1の記憶素子12に記憶情報「0」を書込むときに、読出動作によって読出した当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icによって、当該記憶素子12に記憶情報「0」が書込まれていること、つまり当該記憶素子12に保持された電子の保持状態を確認するための目標電流Irefを一定値として設定すると共に、当該記憶素子12の電荷蓄積窒化膜9に電子を注入するときの、当該メモリセル1のゲート電極3に印加する書込ゲート電圧Vgwを、初回の電子の注入時の電圧である初期書込電圧Vgwsから、書込み難い記憶素子12であっても、その記憶素子12のセル電流Icを確実に目標電流Irefとすることが可能な設定書込電圧Vgwsetまで、複数の回数に分割して、書込電圧幅ΔVwで段階的に増加するように設定しておき、複数回に分けて電子を注入する場合に、当該記憶素子12のセル電流Icを確認したときに、そのセル電流Icが目標電流Irefを超えているときは、書込回数kに応じて段階的に設定されたその回の書込ゲート電圧Vgwで当該記憶素子12に電子を注入し、セル電流Icが目標電流Iref以下のときは電子を注入しないことによって実行される。
Hereinafter, conventional verify writing in a MONOS type memory cell will be described.
As shown in FIG. 20, the conventional verify writing process has the storage element 12 read by the read operation when the storage information “0” is written to the storage element 12 of the
本説明における初期書込電圧Vgwsは7.9V、設定書込電圧Vgwsetは10V、書込電圧幅ΔVwは0.3Vに設定され、初期書込電圧Vgwsから設定書込電圧Vgwsetまで、書込ゲート電圧Vgwが8段階で増加するよう設定されている。
このようなベリファイ書込処理は、記憶情報書込装置30の主制御部31と制御部29との連携により実行され、主制御部31は、主に書込回数k(k≧0)の計数と、書込ゲート電圧Vgwの供給およびM行、N列のメモリセルアレイ20の、行番地m、列番地n(m、n≧0)の記憶素子12に書込むべき記憶情報の内容(「1」または「0」)を制御部29に対して通知する処理を担当し、他の処理は主に制御部29によって担当され、これら処理を実行するためのプログラムが記憶部32および制御部29の内蔵メモリに予め格納されており、主制御部31および制御部29が実行するプログラムのステップにより、ベリファイ書込処理におけるハードウェアとしての各機能手段が形成される。
In this description, the initial write voltage Vgws is set to 7.9 V, the set write voltage Vgwset is set to 10 V, the write voltage width ΔVw is set to 0.3 V, the write gate from the initial write voltage Vgws to the set write voltage Vgwset The voltage Vgw is set to increase in 8 steps.
Such a verify writing process is executed in cooperation with the
このため、記憶情報書込装置30の記憶部32には、各(m,n)番地の記憶素子12に書込むべき記憶情報を記した記憶情報テーブル、および総書込回数Kが格納されると共に、書込回数kをカウントするための回数カウントエリアが確保されている。
また、制御部29の内蔵メモリには、行番地n、列番地mをカウントするための行カウントエリア、列カウントエリアが確保されている。
Therefore, the
The built-in memory of the
以下に、図21に示す流れ図を用い、従来のベリファイ書込処理について説明する。
なお、ステップ名は記憶情報書込装置30の主制御部31の場合をSSZで、制御部29の場合をSZで表す。
(SSZ1)記憶情報書込装置30の主制御部31は、ベリファイ書込処理を開始すると、書込ゲート電圧Vgwを、初期書込電圧Vgwsとして、初回の書込ゲート電圧Vgwを設定する。
Hereinafter, a conventional verify write process will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
The step name is represented by SSZ for the
(SSZ1) When the
(SSZ2)書込ゲート電圧Vgwを設定した主制御部31は、記憶部32の回数カウントエリアの書込回数kを“1”として初期化する。
(SSZ3)主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwを可変書込電圧発生部34で発生させて行選択回路24へ供給すると共に、読出ゲート電圧Vgr(本説明では3V一定)を読出電圧発生部36で発生させて行選択回路24へ供給する。
(SSZ2) The
(SSZ3) The
(SSZ4)これと並行して主制御部31は、ベリファイ書込処理の開始を通知する書込開始通知を、制御部29(ステップSZ1)へ送信する。
(SZ1)一方、主制御部31からの書込開始通知の着信を待って待機していた制御部29は、書込開始通知を受信したときにステップSZ2へ移行する。書込開始通知を受信しない場合は前記の待機を継続する。
(SSZ4) In parallel with this, the
(SZ1) On the other hand, the
(SZ2)書込開始通知を受信した制御部29は、内蔵メモリの行カウントエリアの行番地mを“0”として初期化する。
(SZ3)行番地mを初期化した制御部29は、内蔵メモリの列カウントエリアの列番地nを“1”として初期化する。
(SZ4)初期化を終えた制御部29は、書込動作を実行する(m,n)番地(本ステップでは(0,1)番地)に書込む記憶情報を取得するために、書込動作を実行する番地を記した記憶情報送信依頼を、主制御部31(ステップSSZ5)へ送信する。
(SZ2) Upon receiving the write start notification, the
(SZ3) The
(SZ4) After the initialization, the
(SSZ5)書込開始通知の送信後に、主制御部31は、制御部29からの記憶情報送信依頼の着信を待って待機し、記憶情報送信依頼を受信したときに、記憶部32の記憶情報テーブルから(m,n)番地に書込むべき記憶情報を読出し、読出した記憶情報を制御部29(ステップSZ5)へ送信する。
(SZ5)記憶情報送信依頼の送信後に、制御部29は、主制御部31からの記憶情報の着信を待って待機し、記憶情報を受信したときに、受信した記憶情報が記憶情報「1」を示すものである場合は、当該番地の記憶素子12への電子の注入を不要と判定してステップSZ9へ移行する。
(SSZ5) After transmitting the write start notification, the
(SZ5) After transmitting the storage information transmission request, the
受信した記憶情報が記憶情報「0」を示すものである場合は、当該番地の記憶素子12への電子の注入を必要と判定してステップSZ6へ移行する。
(SZ6)当該番地の記憶素子12(本ステップからステップSZ8までは、記憶素子12bとして説明する。)への電子の注入を必要と判定した制御部29は、記憶情報書込装置30の読出電圧発生部36から供給されている読出ゲート電圧Vgrを選択して行選択回路24により、当該番地の記憶素子12bを有するメモリセル1のゲート電極3に接続するワード線WLを選択し、そのワード線WLに読出ゲート電圧Vgrを供給すると共に、列選択回路22により当該メモリセル1のドレイン層6に接続するビット線BLに、ビット線電源回路25で発生させた0Vを、ソース層5に接続するビット線BLに1.7Vを供給して、そのときのセル電流Icを読出回路26により読出し、読出されたセル電流Icを、目標電流発生回路28で発生させた目標電流Iref(=14μA)と比較回路27で比較し、その比較結果の判定信号を受取る。
If the received storage information indicates the storage information “0”, it is determined that it is necessary to inject electrons into the storage element 12 at the address, and the process proceeds to step SZ6.
(SZ6) The
(SZ7)比較回路27からの判定信号を受取った制御部29は、その判定信号が、読出したセル電流Icが、目標電流Iref超を示すものである場合は、当該記憶素子12bへの電子の注入を必要と判定してステップSZ8へ移行する。
読出したセル電流Icが、目標電流Iref以下を示すものである場合は、当該記憶素子12bへは電子が十分注入されており、新たな電子の注入は不要と判定してステップSZ9へ移行する。
(SZ7) Upon receiving the determination signal from the
If the read cell current Ic is less than or equal to the target current Iref, it is determined that sufficient electrons have been injected into the
(SZ8)当該記憶素子12bへの電子の注入を必要と判定した制御部29は、記憶情報書込装置30の可変書込電圧発生部34から供給されている書込ゲート電圧Vgwを選択して行選択回路24により、当該記憶素子12bを有するメモリセル1のゲート電極3に接続するワード線WLを選択し、そのワード線WLに書込ゲート電圧Vgwを供給すると共に、列選択回路22により当該メモリセル1のドレイン層6に接続するビット線BLに、ビット線電源回路25で発生させた6Vを、ソース層5に接続するビット線BLに0Vを供給し、他のビット線BLをフローティング状態にして、当該記憶素子12bの電荷蓄積窒化膜9へ電子を注入してステップSZ9へ移行する。
(SZ8) The
(SZ9)制御部29は、内臓メモリの列カウントエリアの列番地nが、総列数N未満のときは、次の列番号nの書込動作を行うことを判定してステップSZ10へ移行する。
列番地nが、総列数N以上のときはステップSZ11へ移行する。
(SZ10)次の列番号nの書込動作を行うことを判定した制御部29は、列カウントエリアの列番地nに“1”を加えて列番号nを更新し、ステップSZ4へ戻って同じ行の新たな列への書込動作を繰返す。
(SZ9) When the column address n in the column count area of the built-in memory is less than the total column number N, the
When the column address n is equal to or greater than the total column number N, the process proceeds to step SZ11.
(SZ10) The
(SZ11)制御部29は、内臓メモリの行カウントエリアの行番地mが、総行数M未満のときは、次の行番号mの書込動作を行うことを判定してステップSZ12へ移行する。
行番地mが、総行数M以上のときは、書込回数k(本ステップでは、k=1)における書込動作の終了を判定してステップSZ13へ移行する。
(SZ11) When the row address m in the row count area of the built-in memory is less than the total row number M, the
When the row address m is equal to or greater than the total number of rows M, the end of the write operation at the write count k (k = 1 in this step) is determined, and the process proceeds to step SZ13.
(SZ12)次の行番号mの書込動作を行うことを判定した制御部29は、行カウントエリアの行番地mに“1”を加えて行番号mを更新し、ステップSZ3へ戻って新たな行の各列への書込動作を繰返す。
(SZ13)書込回数kにおける書込動作の終了を判定した制御部29は、今回の書込動作の終了を通知する書込動作終了通知を、主制御部31(ステップSSZ6)へ送信し、接続子Zを介してステップSZ1へ戻り、主制御部31からの次の書込開始通知の着信を待って待機する。
(SZ12) The
(SZ13) The
(SSZ6)記憶情報の送信後に、主制御部31は、制御部29からの書込動作終了通知の着信を待って待機しており、書込動作終了通知を受信したときにステップSSZ7へ移行する。書込動作終了通知を受信しない場合は、前記の待機を継続する。
(SSZ7)書込動作終了通知を受信した主制御部31は、記憶部32の回数カウントエリアの書込回数kが、総書込回数K未満のときは、次の回のベリファイ書込処理を行うことを判定してステップSSZ8へ移行する。
(SSZ6) After transmitting the stored information, the
(SSZ7) When the write operation end notification is received, the
書込回数kが、総書込回数K以上のときは、一連のベリファイ書込処理を終了させる。
(SSZ8)次の回のベリファイ書込処理を行うことを判定した制御部29は、回数カウントエリアの書込回数kに“1”を加え、書込回数kを更新してステップSSZ9へ移行する。
(SSZ9)書込回数kを更新した主制御部31は、書込回数k(本ステップではk=2)における現在書込ゲート電圧Vgwを設定するために、書込ゲート電圧Vgwに書込電圧幅ΔVwを加えて、新たな書込ゲート電圧Vgwを設定する。
When the number of writings k is equal to or greater than the total number of writings K, a series of verify writing processes is terminated.
(SSZ8) The
(SSZ9) The
(SSZ10)新たな書込ゲート電圧Vgwを設定した主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超のときは、ステップSSZ11へ移行する。
設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset以下のときは、ステップSSZ3へ戻って、新たに設定された書込ゲート電圧Vgwを用いたベリファイ書込処理を繰返す。
(SSZ10) When the set write gate voltage Vgw exceeds the set write voltage Vgwset, the
When the set write gate voltage Vgw is equal to or lower than the set write voltage Vgwset, the process returns to step SSZ3, and the verify write process using the newly set write gate voltage Vgw is repeated.
(SSZ11)設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超であることを判定した主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwを、設定書込電圧Vgwsetで一定に保つために、設定された書込ゲート電圧Vgwを設定書込電圧Vgwsetに書直し、ステップSSZ3へ戻って、新たに設定された書込ゲート電圧Vgwを用いたベリファイ書込処理を繰返す。
(SSZ11) The
上記説明では、ウェハ状態での書込みや消去等を例とした記載としたが、半導体ウェハをダイシングして、不揮発性半導体記憶装置を各々チップに個片化した後に各チップのメモリセルに対して書込み等の処理を行う場合においても、上記と同様に行うことで、記憶素子への所望の記憶情報の書込み、消去等が実行できる。
ここで、従来のベリファイ書込処理における当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icの変化の様子を、図20、図22を用いて説明する。
In the above description, writing and erasing in the wafer state is described as an example. However, the semiconductor wafer is diced and the nonvolatile semiconductor memory device is divided into chips, and then the memory cells of each chip are processed. Even in the case where processing such as writing is performed, it is possible to execute writing, erasing, and the like of desired storage information in the storage element by performing the same processing as described above.
Here, how the cell current Ic of the
図20に示すように、初回(k=1)の書込動作時に供給される書込ゲート電圧Vgwは7.9Vであり、その現在書込ゲート電圧Vgwで電子を注入された記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icは、図22に示すように、19μA程度に減少するが、目標電流Iref(=14μA)を超えているので、メモリセルアレイ20の記憶情報「0」を書込む各記憶素子12への一連の書込動作の終了後に、次の回(k=2)の書込ゲート電圧Vgw=8.1Vのときに、上記ステップSZ7で、再注入が必要と判定されて再度電子が注入され、そのセル電流Icは目標電流Iref以下になる。
As shown in FIG. 20, the write gate voltage Vgw supplied at the first (k = 1) write operation is 7.9 V, and the memory element 12 injected with electrons at the current write gate voltage Vgw As shown in FIG. 22, the cell current Ic of the
また、当該メモリセル1の反対側の未書込側の記憶素子12の記憶情報が「1」の場合には、その記憶素子12にも僅かに電子が注入され、未書込側の記憶素子12のセル電流Icも僅かながら減少する。
その後の書込動作においては、書込回数kの経過に伴ってリテンション(記憶素子12から第1および第2のシリコン酸化膜8、10を経由して電子が自然に漏れ、電荷蓄積窒化膜9における電子の保持量が減少することをいう。)や、ゲートディスターブ(選択されたメモリセル1の記憶素子12に電子を注入するときに、ワード線WLを共通にする他の非選択メモリセル1が影響を受けて非選択メモリセル1の記憶素子12に保持された電子が抜けたり、入ったりすることをいう。)等により、当該記憶素子12の電子の保持量が減少して、セル電流Icが徐々に増加する。
Further, when the storage information of the unwritten memory element 12 on the opposite side of the
In the subsequent write operation, as the number of times of writing k elapses, retention (electrons naturally leak from the storage element 12 via the first and second
このセル電流Icの増加により、ステップSZ6における読出動作で目標電流Iref超のセル電流Icが読出されると、図22に示す10回目(k=10)のステップSZ7における判定で、再び再注入が必要と判定され、この間に書込回数kが進行して、図20に示す10回目の現在書込ゲート電圧Vgwが、設定書込電圧Vgwsetと同じ10Vになっているので、ステップSZ8において、低い書込ゲート電圧Vgw(=8.1V)で記憶情報「0」の書込みが可能な書込み易い記憶素子12に対して、高い現在書込ゲート電圧Vgw(=10V)で書込動作が行われ、その後のセル電流Icが2μA程度となって大幅に減少する、
このとき、図22に示すように、当該メモリセル1の反対側の記憶素子12の記憶情報が「1」(未書込側)の場合には、その記憶素子12に、高い現在書込ゲート電圧Vgwの影響により、より多くの電子が注入され、33μA程度のセル電流Icが流れるようになる。
When the cell current Ic exceeding the target current Iref is read in the read operation in step SZ6 due to the increase in the cell current Ic, reinjection is performed again in the determination in step SZ7 for the tenth time (k = 10) shown in FIG. In the meantime, the number of writings k is advanced, and the current writing gate voltage Vgw for the tenth time shown in FIG. 20 is 10 V, which is the same as the set writing voltage Vgwset. A write operation is performed at a high current write gate voltage Vgw (= 10 V) with respect to the easily writeable storage element 12 capable of writing the storage information “0” at the write gate voltage Vgw (= 8.1 V). Thereafter, the cell current Ic is reduced to about 2 μA and greatly reduced.
At this time, as shown in FIG. 22, when the storage information of the storage element 12 on the opposite side of the
上記した従来のベリファイ書込処理において、記憶情報[0]が一旦書込まれた記憶素子12に対する再書込が行われなかった、理想的な場合には、図23に示すように、書込側のバラツキが減少し、図中に示す非書込側の標準偏差が、図11の図中に示した非書込側の標準偏差と同等であるのに対して、書込側の標準偏差は、図11の書込側の標準偏差の1/4程度に減少し、分離幅Wが拡大して各記憶素子12の記憶情報の読出時に誤読出が生ずることが低減できる。 In the above-described conventional verify writing process, in the ideal case where rewriting is not performed on the storage element 12 in which the storage information [0] is once written, as shown in FIG. The standard deviation on the non-write side shown in the figure is equivalent to the standard deviation on the non-write side shown in the figure of FIG. 11, whereas the standard deviation on the write side is reduced. 11 is reduced to about ¼ of the standard deviation on the writing side in FIG. 11, and the separation width W is increased, thereby reducing the occurrence of erroneous reading when reading the storage information of each storage element 12.
しかしながら、従来のベリファイ書込処理においては、図22等を用いて説明したように、書込み易い記憶素子12に、低い書込ゲート電圧Vgwで記憶情報「0」を書込んだ後に、ゲートディスターブ等によってセル電流Icが徐々に増加して、セル電流Icが目標電流Irefを超えてしまうと、書込回数kの経過に伴って高められた書込ゲート電圧Vgwによって再書込みが行われてしまうため、書込み過ぎとなって書込側の記憶素子に保持される電子が過大になる結果、セル電流Icが大幅に少なくなることから書込側のバラツキが増加して標準偏差が大きくなり、図24の図中に示す表のように、書込側の標準偏差が、理想的な場合として示した図23の図中に示す表の書込側の標準偏差の4倍弱となって、図11に示した1ビット完結型の場合の標準偏差に近くなり、結果として分離幅Wが狭くなってしまうという問題がある。 However, in the conventional verify writing process, as described with reference to FIG. 22 and the like, after storing the storage information “0” with the low write gate voltage Vgw into the easy-to-write memory element 12, the gate disturb or the like is performed. When the cell current Ic gradually increases and the cell current Ic exceeds the target current Iref, rewrite is performed by the write gate voltage Vgw that is increased with the lapse of the write count k. As a result of excessive writing and excessive electrons held in the memory element on the writing side, the cell current Ic is greatly reduced, so that the variation on the writing side increases and the standard deviation increases, and FIG. As shown in the table of FIG. 11, the standard deviation on the writing side is less than four times the standard deviation on the writing side of the table shown in FIG. 23 shown as an ideal case. 1 bit shown in Closer to the standard deviation in the case of a completion type, there is a problem that results in separation width W becomes narrow.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、一旦記憶情報「0」が書込まれた記憶素子に対する再書込を防止して、読出動作における誤読出を防止する手段を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a means for preventing erroneous reading in a reading operation by preventing rewriting to a storage element in which storage information “0” has been once written. The purpose is to provide.
本発明は、上記課題を解決するために、半導体基板と、ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板に対向配置されたゲート電極と、前記ゲート電極の両側面をそれぞれ覆い、前記半導体基板上に延在する第1のシリコン酸化膜と、前記第1のシリコン酸化膜上に積層された電荷蓄積窒化膜と、前記電荷蓄積窒化膜上に積層された第2のシリコン酸化膜とからなる2つの記憶素子と、前記2つの記憶素子下の前記半導体基板に、それぞれ形成された低濃度拡散層と、前記低濃度拡散層の前記ゲート電極と反対側の前記半導体基板にそれぞれ形成された高濃度拡散層と、を備えた不揮発性半導体記憶装置において、前記記憶素子の電荷蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電荷を注入する場合における前記ゲート電極に印加する書込電圧を、初回の注入時の電圧である初期書込電圧から設定書込電圧までの間を、段階的に増加するよう設定すると共に、前記高濃度拡散層間を流れるセル電流を用いて前記書込電圧で注入した電荷の保持状態を確認するための目標電流を、前記電荷の保持状態の変化により前記セル電流が増加する傾きより大きい傾きで、初期目標電流から設定目標電流までの間を、段階的に増加するよう設定しておき、前記記憶素子に電荷を注入する場合に、前記セル電流が前記目標電流を超えているときは、当該書込電圧で当該記憶素子に電荷を注入し、前記セル電流が前記目標電流以下のときは、当該記憶素子へ電荷を注入しないことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention covers a semiconductor substrate, a gate electrode disposed opposite to the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and both side surfaces of the gate electrode, and extends onto the semiconductor substrate. Two memories comprising an existing first silicon oxide film, a charge storage nitride film stacked on the first silicon oxide film, and a second silicon oxide film stacked on the charge storage nitride film A low-concentration diffusion layer formed on the semiconductor substrate under the two storage elements, and a high-concentration diffusion layer formed on the semiconductor substrate opposite to the gate electrode of the low-concentration diffusion layer In a non-volatile semiconductor memory device comprising: a write voltage applied to the gate electrode when a charge is injected into the charge storage nitride film of the memory element divided into a plurality of times; The voltage between the initial write voltage and the set write voltage is set to increase stepwise, and the charge injected at the write voltage is retained using the cell current flowing through the high-concentration diffusion layer. The target current for confirming the state is set so as to increase stepwise from the initial target current to the set target current at a slope larger than the slope at which the cell current increases due to the change in the charge holding state. In the case of injecting charges into the storage element, if the cell current exceeds the target current, the charge is injected into the storage element with the write voltage, and the cell current is equal to or less than the target current. In this case, charge is not injected into the memory element.
これにより、本発明は、一旦目標電流以下になるように電子が注入された記憶素子に対して、ゲートディスターブ等により当該記憶素子の電子の保持量が減少してセル電流が徐々に増加したとしても、再書込みが行われることを防ぎ、書込側と非書込側の分離幅Wを拡大させて、読出動作における誤読出を防止することができるという効果が得られる。 As a result, the present invention assumes that for a memory element into which electrons have been injected so as to be less than or equal to the target current, the amount of electrons retained in the memory element decreases due to gate disturbance or the like, and the cell current gradually increases. In addition, it is possible to prevent the rewriting from being performed and to increase the separation width W between the writing side and the non-writing side to prevent erroneous reading in the reading operation.
以下に、図面を参照して本発明による不揮発性半導体記憶装置の実施例について説明する。 Embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は実施例1の制御系統を示すブロック図、図2は実施例1の書込処理を示す流れ図である。
なお、上記従来技術と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の不揮発性半導体記憶装置としてのメモリセル1およびメモリセルアレイ20等の構成は、図12および図13に示したメモリセル1およびメモリセルアレイ20等と同様である。
FIG. 1 is a block diagram showing a control system of the first embodiment, and FIG. 2 is a flowchart showing a writing process of the first embodiment.
In addition, the same part as the said prior art attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.
The configuration of the
図1において、41は可変目標電流発生回路であり、制御部29からの制御信号により各種の設定を変更して、読出回路26で読出したセル電流Icと比較する目標電流Irefを発生させる回路であって、書込回数kに応じて段階的に変化させた目標電流Irefを発生させる。
その他の制御系統の構成は、図14の場合と同様である。
In FIG. 1,
The configuration of other control systems is the same as that in the case of FIG.
本実施例の書込処理は、図21を用いて説明した従来のベリファイ書込処理と同様であるが、書込対象となるメモリセル1の記憶素子12に記憶情報「0」を書込むときに、読出動作によって読出した当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icによって、当該記憶素子12に記憶情報「0」が書込まれていること、つまり当該記憶素子12に保持された電子の保持状態を確認するときの目標電流Irefの設定が異なっている。
The write processing of this embodiment is the same as the conventional verify write processing described with reference to FIG. 21, but when the storage information “0” is written to the storage element 12 of the
すなわち、本実施例の目標電流Irefは、初回のセル電流Icの読出時における目標電流Irefである初期目標電流Irefsから、書込み難い記憶素子12であっても設定書込電圧Vgwsetで書込めば確実に書込むことが可能なセル電流Icを確認することができる設定目標電流Irefsetまで、複数の回数に分割して、電流幅ΔIで段階的に増加するように設定される。 That is, the target current Iref of this embodiment is surely written from the initial target current Irefs, which is the target current Iref at the time of reading the first cell current Ic, even if the memory element 12 that is difficult to write is written with the set write voltage Vgwset. The cell current Ic that can be written to is set up so as to increase in a stepwise manner with the current width ΔI, divided into a plurality of times until the set target current Irefset can be confirmed.
本実施例では、図3に示すように、初期目標電流Irefsは12.1μA、設定目標電流Irefsetは14μA、電流幅ΔIは0.1μAに設定され、初期目標電流Irefsから設定目標電流Irefsetまで、目標電流Irefが20段階で増加するよう設定されている。
また、本実施例の書込ゲート電圧Vgwは、従来と同様に初期書込電圧Vgwsから設定書込電圧Vgwsetまで、9段階で増加するよう設定されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the initial target current Irefs is set to 12.1 μA, the set target current Irefset is set to 14 μA, and the current width ΔI is set to 0.1 μA. From the initial target current Irefs to the set target current Irefset, The target current Iref is set to increase in 20 steps.
Further, the write gate voltage Vgw of this embodiment is set to increase in nine steps from the initial write voltage Vgws to the set write voltage Vgwset as in the conventional case.
上記の電流幅ΔIは、0.1μA以上、0.2μA以下の範囲で、増加するように設定することが望ましい。
電流幅ΔIを、0.2μAより大きく設定すると、初期目標電流Irefsを設定目標電流Irefsetに対して、4μAより多く減少させることになり、1つの記憶素子12に対して高められていく書込ゲート電圧Vgwで何回も書込動作が行われることになる結果、当該記憶素子12の電荷蓄積窒化膜9に過大な電子が蓄積され、電流幅ΔIを、0.1μA未満に設定すると、ゲートディスターブ等により当該記憶素子12の電荷蓄積窒化膜9に保持された電子が減少してセル電流Icが増加していく傾きより小さくなって、読出されたセル電流Icが目標電流Irefを上回ってしまい、再書込みが行われてしまうからである。
The current width ΔI is preferably set to increase in the range of 0.1 μA or more and 0.2 μA or less.
When the current width ΔI is set to be larger than 0.2 μA, the initial target current Irefs is decreased by more than 4 μA with respect to the set target current Irefset, and the write gate that is increased with respect to one storage element 12 As a result of the write operation being performed many times at the voltage Vgw, excessive electrons are accumulated in the charge
このため、目標電流Irefの増加の傾き(1回の書込回数当りの電流幅ΔIに相当する。)は、記憶素子12における電子の保持状態の変化によりセル電流Icが増加する傾きより大きい傾きで、できるだけ小さくなるよう、つまりセル電流Icの電流増加がぎりぎり追い付かないよう設定することが望ましい。
本実施例の書込処理は、書込対象となる記憶素子12に記憶情報「0」を書込むときに、メモリセル1のセル電流Icによって、当該記憶素子12に記憶情報「0」が書込まれていることを確認するための目標電流Irefを、上記で説明した図3に示す段階的に増加する目標電流Irefに設定すると共に、従来と同様に、書込ゲート電圧Vgwを段階的に増加するように設定しておき、複数回に分けて電子を注入する場合に、当該記憶素子12のセル電流Icを確認したときに、そのセル電流Icがその回の目標電流Irefを超えているときは、書込回数kに応じて段階的に設定されたその回の書込ゲート電圧Vgwで、当該記憶素子12に電子を注入し、セル電流Icが目標電流Iref以下のときは電子を注入しないことによって実行される。
For this reason, the slope of increase of the target current Iref (corresponding to the current width ΔI per one write operation) is larger than the slope of increase of the cell current Ic due to the change of the electron holding state in the memory element 12. Therefore, it is desirable to set so as to be as small as possible, that is, the current increase of the cell current Ic does not catch up.
In the writing process of this embodiment, when the storage information “0” is written in the storage element 12 to be written, the storage information “0” is written in the storage element 12 by the cell current Ic of the
このような書込処理は、記憶情報書込装置30の主制御部31と制御部29との連携により実行され、主制御部31は、従来と同様の処理に加えて、目標電流Irefの変化の設定処理を担当し、可変目標電流発生回路41による目標電流Irefの電流値の設定処理を含む他の処理は主に制御部29によって担当され、これら処理を実行するためのプログラムが記憶部32および制御部29の内蔵メモリに予め格納されており、主制御部31および制御部29が実行するプログラムのステップにより、本実施例の書込処理におけるハードウェアとしての各機能手段が形成される。
Such a writing process is executed in cooperation with the
また、記憶情報書込装置30の記憶部32には、従来と同様の記憶情報テーブルおよび総書込回数Kが格納されると共に、回数カウントエリアが確保されている。
更に、制御部29の内蔵メモリには、従来と同様の行カウントエリア、列カウントエリアが確保されている。
以下に、図2に示す流れ図を用い、本実施例の書込処理について説明する。
In addition, the
Further, a row count area and a column count area similar to the conventional one are secured in the built-in memory of the
Hereinafter, the writing process of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
なお、ステップ名は記憶情報書込装置30の主制御部31の場合をSSAで、制御部29の場合をSAで表す。
(SSA1)記憶情報書込装置30の主制御部31は、書込処理を開始すると、目標電流Irefを、初期目標電流Irefsとして、初回の目標電流Irefを設定する。
(SSA2)目標電流Irefを設定した主制御部31は、従来のステップSSZ1と同様にして、書込ゲート電圧Vgwを初回の書込ゲート電圧Vgwに設定する。
The step name is represented by SSA for the
(SSA1) When starting the writing process, the
(SSA2) The
その後の主制御部31のステップSSA3、SSA4の作動は、上記した従来の主制御部31のステップSSZ2、SSZ3の作動と同様であるので、その説明を省略する。
(SSA5)書込ゲート電圧Vgwおよび読出ゲート電圧Vgr(本実施例では3V一定)の供給と並行して主制御部31は、設定された目標電流Irefを添付した、書込処理の開始を通知する書込開始通知を、制御部29(ステップSA1)へ送信する。
The subsequent operations of steps SSA3 and SSA4 of the
(SSA5) In parallel with the supply of the write gate voltage Vgw and the read gate voltage Vgr (constant 3 V in this embodiment), the
(SA1)一方、主制御部31からの書込開始通知の着信を待って待機していた制御部29は、書込開始通知を受信したときにステップSA2へ移行する。書込開始通知を受信しない場合は、前記の待機を継続する。
(SA2)書込開始通知を受信した制御部29は、書込開始通知に添付された目標電流Irefを基に、可変目標電流発生回路41の設定を制御して、今回の書込動作に設定された目標電流Irefを発生させる。
(SA1) On the other hand, the
(SA2) The
(SA3)目標電流Irefを発生させた制御部29は、従来のステップSZ2と同様にして、行番地mを初期化する。
その後の制御部29のステップSA4〜SA13、および主制御部31のステップSSA6の作動は、上記した従来の制御部29のステップSZ3〜SZ12、および主制御部31のステップSSZ5の作動と同様であるので、その説明を省略する。
(SA3) The
The subsequent operations of steps SA4 to SA13 of the
この場合に、ステップSA7において、比較回路27によって読出されたセル電流Icと比較する目標電流Irefは、可変目標電流発生回路41で発生させた目標電流Irefが用いられる。
(SA14)書込回数kにおける書込動作の終了を判定した制御部29は、今回の書込動作の終了を通知する書込動作終了通知を、主制御部31(ステップSSA7)へ送信し、接続子Aを介してステップSA1へ戻り、主制御部31からの次の書込開始通知の着信を待って待機する。
In this case, the target current Iref generated by the variable target
(SA14) The
(SSA7)記憶情報の送信後に、主制御部31は、制御部29からの書込動作終了通知の着信を待って待機しており、書込動作終了通知を受信したときにステップSSA8へ移行する。書込動作終了通知を受信しない場合は、前記の待機を継続する。
(SSA8)書込動作終了通知を受信した主制御部31は、記憶部32の回数カウントエリアの書込回数kが、総書込回数K未満のときは、次の回の書込処理を行うことを判定してステップSSA9へ移行する。
(SSA7) After the storage information is transmitted, the
(SSA8) When the write operation end notification is received, the
書込回数kが、総書込回数K以上のときは、本実施例の一連の書込処理を終了させる。
(SSA9)次の回の書込処理を行うことを判定した制御部29は、従来のステップSSZ8と同様にして、書込回数kを更新し、ステップSSA10へ移行する。
(SSA10)書込回数kを更新した主制御部31は、書込回数k(本ステップではk=2)における目標電流Irefを設定するために、目標電流Irefに電流幅ΔIを加えて、新たな目標電流Irefを設定する。
When the number of times of writing k is equal to or greater than the total number of times of writing K, the series of writing processing of this embodiment is terminated.
(SSA9) The
(SSA10) The
(SSA11)新たな目標電流Irefを設定した主制御部31は、設定された目標電流Irefが設定目標電流Irefset超のときはステップSSA12へ移行する。
設定された目標電流Irefが設定目標電流Irefset以下のときはステップSSA13へ移行する。
(SSA12)設定された目標電流Irefが目標電流Irefset超であることを判定した主制御部31は、設定された目標電流Irefを、設定目標電流Irefsetで一定に保つために、設定された目標電流Irefを設定目標電流Irefsetに書直して、ステップSSA13へ移行する。
(SSA11) The
When the set target current Iref is equal to or less than the set target current Irefset, the process proceeds to step SSA13.
(SSA12) The
なお、本実施例では、図3に示すように、総書込回数Kまでの間に目標電流Irefを一定に保つ設定はなされていないので、本ステップが実行されることはない。
(SSA13)新たな目標電流Irefを設定した主制御部31は、従来のステップSSZ9と同様にして、新たな書込ゲート電圧Vgwを設定する。
(SSA14)新たな書込ゲート電圧Vgwを設定した主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超のときは、ステップSSA15へ移行する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, since the target current Iref is not set to be constant until the total number K of writing, this step is not executed.
(SSA13) The
(SSA14) When the new write gate voltage Vgw is set, the
設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset以下のときは、ステップSSA4へ戻って、新たに設定された目標電流Irefおよび書込ゲート電圧Vgwを用いた本実施例の書込処理を繰返す。
(SSA15)設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超であることを判定した主制御部31は、従来のステップSSZ11と同様にして、設定された書込ゲート電圧Vgwを設定書込電圧Vgwsetに書直し、ステップSSA4へ戻って、新たに設定された目標電流Irefおよび書込ゲート電圧Vgwを用いた本実施例の書込処理を繰返す。
When the set write gate voltage Vgw is equal to or lower than the set write voltage Vgwset, the process returns to step SSA4 to perform the write process of the present embodiment using the newly set target current Iref and write gate voltage Vgw. Repeat.
(SSA15) The
このような、本実施例の書込処理における当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icの変化の様子を、図3、図4、図5を用いて説明する。
図3に示すように、初回(k=1)の書込動作時に供給される書込ゲート電圧Vgwは7.9Vであり、その現在書込ゲート電圧Vgwで電子を注入された記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icは、図4に示すように、25μA程度に減少するが、目標電流Iref(=12.2μA)を超えているので、メモリセルアレイ20の記憶情報「0」を書込む各記憶素子12への一連の書込動作の終了後に、次の回(k=2)の書込ゲート電圧Vgw=8.1Vのときに、上記ステップSA8で、再注入が必要と判定されて再度電子が注入され、そのセル電流Icは電荷蓄積窒化膜9に蓄積された電子の保持状態に応じて減少し、図4の例では、5回目(k=5)の再注入によって段階的に増加する目標電流Iref以下になる。
A change in the cell current Ic of the
As shown in FIG. 3, the write gate voltage Vgw supplied during the first (k = 1) write operation is 7.9 V, and the memory element 12 injected with electrons at the current write gate voltage Vgw As shown in FIG. 4, the cell current Ic of the
その後の書込動作においては、書込回数kの経過に伴ってゲートディスターブ等により当該記憶素子12の電子の保持量が減少してセル電流Icが徐々に増加したとしても、図5に示すように、本実施例の目標電流Irefは、セル電流Icの増加の傾きより大きい傾きに設定されているので、一旦目標電流Iref以下になるように電子が注入された記憶素子12に対して再書込みが行われることを防ぎ、過大な書込ゲート電圧Vgwによるセル電流Icの大幅な減少が生じないため、図6に示すように、図中に示した非書込側の標準偏差が、従来のベリファイ書込処理の場合の図24の図中に示した非書込側の標準偏差とほぼ同等であるのに対して、書込側の標準偏差は、図24の書込側の標準偏差の65%程度に減少しており、分離幅Wが拡大して、各記憶素子12からの記憶情報の読出時に誤読出が生ずることが低減できる。 In the subsequent write operation, even if the cell current Ic gradually increases due to a decrease in the amount of electrons retained in the memory element 12 due to gate disturbance or the like as the number of times of writing k has elapsed, as shown in FIG. In addition, since the target current Iref of the present embodiment is set to a slope larger than the slope of the increase in the cell current Ic, rewriting is performed on the memory element 12 into which electrons have been injected so as to be once less than the target current Iref. And the cell current Ic is not significantly reduced by the excessive write gate voltage Vgw. Therefore, as shown in FIG. 6, the standard deviation on the non-write side shown in FIG. 24, the standard deviation on the writing side is substantially equal to the standard deviation on the writing side in FIG. Reduced to about 65%, separation width There enlarged, it can be reduced that the erroneous reading occurs during the reading of the stored information from the storage element 12.
このように、本実施例の書込処理においては、ゲートディスターブ等によるセル電流Icの増加の傾きより大きい傾きに設定された目標電流Irefを用いて、書込対象の記憶素子12の電子の保持状態を確認しながら書込動作を行うので、一旦記憶情報「0」が書込まれた記憶素子12に対して再書込みが行われることを防ぎ、書込側と非書込側の分離幅Wを拡大させて、読出動作における誤読出を防止することができる。 As described above, in the writing process of this embodiment, the retention of electrons in the memory element 12 to be written is held using the target current Iref set to a slope larger than the slope of the increase in the cell current Ic due to gate disturb or the like. Since the writing operation is performed while checking the state, the rewriting is prevented from being performed on the storage element 12 in which the storage information “0” is once written, and the separation width W between the writing side and the non-writing side is prevented. Thus, erroneous reading in the reading operation can be prevented.
以上説明したように、本実施例では、ゲート絶縁膜を挟んで半導体基板に対向配置されたゲート電極の両側に形成された電子蓄積窒化膜を有する2つの記憶素子を備えたメモリセルにおいて、記憶素子の電子蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電子を注入する場合におけるゲート電極に印加する書込電圧を初期書込電圧から設定書込電圧までの間を段階的に増加するよう設定すると共に、ソース層とドレイン層との間を流れるセル電流を用いて書込電圧で注入した電子の保持状態を確認するための目標電流を、記憶素子の電子の保持状態の変化によりセル電流が増加する傾きより大きい傾きで、初期目標電流から設定目標電流までの間を段階的に増加するよう設定しておき、記憶素子に電子を注入する場合に、セル電流が目標電流を超えているときは、当該書込電圧で当該記憶素子に電子を注入し、セル電流が目標電流以下のときは当該記憶素子へ電子を注入しないようにしたことによって、一旦目標電流以下になるように電子が注入された記憶素子に対して、ゲートディスターブ等により当該記憶素子の電子の保持量が減少してセル電流が徐々に増加したとしても、再書込みが行われることを防ぎ、書込側と非書込側の分離幅Wを拡大させて、読出動作における誤読出を防止することができる。 As described above, in this embodiment, in a memory cell including two storage elements having electron storage nitride films formed on both sides of a gate electrode disposed opposite to a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, When the electrons are divided into a plurality of times and injected into the electron storage nitride film of the device, the write voltage applied to the gate electrode is set to increase stepwise from the initial write voltage to the set write voltage. At the same time, the target current for confirming the holding state of the electrons injected with the write voltage using the cell current flowing between the source layer and the drain layer is increased, and the cell current is increased by the change of the holding state of the electrons in the memory element. The cell current exceeds the target current when electrons are injected into the storage element by setting a stepwise increase from the initial target current to the set target current with a larger slope than When electrons are injected into the memory element at the write voltage, and electrons are not injected into the memory element when the cell current is equal to or lower than the target current, Even if the amount of electrons held in the storage element decreases due to gate disturbance, etc. due to gate disturbance, etc., the cell current gradually increases, preventing rewriting from being performed. The read-out separation width W can be increased to prevent erroneous reading in the reading operation.
図7は実施例2の制御系統を示すブロック図、図8は実施例2の書込処理を示す流れ図である。
なお、上記従来技術と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のメモリセル1およびメモリセルアレイ20等の構成は、図12および図13に示したメモリセル1およびメモリセルアレイ20等と同様である。
FIG. 7 is a block diagram showing a control system of the second embodiment, and FIG. 8 is a flowchart showing a writing process of the second embodiment.
In addition, the same part as the said prior art attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits the description.
The configuration of the
図7において、45は可変読出電圧発生部であり、主制御部31から設定電圧を記した読出電圧発生指令により読出動作のときにメモリセル1のゲート電極3に印加する読出ゲート電圧Vgrを、書込回数kに応じて段階的に変化させて発生させる機能を有している。
その他の制御系統の構成は、図14の場合と同様である。
In FIG. 7,
The configuration of other control systems is the same as that in the case of FIG.
本実施例の書込処理は、図21を用いて説明した従来のベリファイ書込処理と同様であるが、書込対象となるメモリセル1の記憶素子12に記憶情報「0」を書込むときの読出動作において、当該記憶素子12に記憶情報「0」が書込まれていること、つまり当該記憶素子12に保持された電子の保持状態を確認するために当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icを読出すときの読出ゲート電圧Vgrの設定が異なっている。
The write processing of this embodiment is the same as the conventional verify write processing described with reference to FIG. 21, but when the storage information “0” is written to the storage element 12 of the
すなわち、本実施例の読出ゲート電圧Vgrは、初回のセル電流Icの読出時における読出ゲート電圧Vgrである初期読出電圧Vgrsから設定読出電圧Vgrsetまで、複数の回数に分割して段階的に減少するように設定される。
本実施例では、図9に示すように、初期読出電圧Vgrsは3.62V、設定読出電圧Vgrsetは3.5V、読出電圧幅ΔVrは0.03Vに設定され、初期読出電圧Vgrsから設定読出電圧Vgrsetまで、読出ゲート電圧Vgrが1段階を2回として5段階で減少するよう設定されている。
That is, the read gate voltage Vgr of the present embodiment is divided into a plurality of times and gradually decreased from the initial read voltage Vgrs, which is the read gate voltage Vgr at the time of reading the first cell current Ic, to the set read voltage Vgrset. Is set as follows.
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the initial read voltage Vgrs is set to 3.62 V, the set read voltage Vgrset is set to 3.5 V, the read voltage width ΔVr is set to 0.03 V, and the set read voltage is set from the initial read voltage Vgrs. Until Vgrset, the read gate voltage Vgr is set to decrease in five steps, one step twice.
また、本実施例の書込ゲート電圧Vgwは、初期書込電圧Vgws=7.9Vから設定書込電圧Vgwset=10.6Vまで、書込電圧幅ΔVwを0.3Vとして10段階で増加するよう設定されている。
なお、本実施例の目標電流Irefは、14μAで一定値に設定されている。
上記した読出動作における読出ゲート電圧Vgrを減少させると、同じメモリセル1から読出されるセル電流Icが減少し、読出ゲート電圧Vgr0.1V当りで、セル電流Icが2μA減少する。
Further, the write gate voltage Vgw of the present embodiment is increased in 10 steps from the initial write voltage Vgws = 7.9 V to the set write voltage Vgwset = 10.6 V, with the write voltage width ΔVw being 0.3 V. Is set.
Note that the target current Iref of this embodiment is set to a constant value of 14 μA.
When the read gate voltage Vgr in the above read operation is decreased, the cell current Ic read from the
従って、読出電圧幅ΔVrは、0.01V以上、0.02V以下の範囲で、減少するように設定することが望ましい。
読出電圧幅ΔVrを、0.01V以上、0.02V以下の範囲で減少するように設定すれば、読出されるセル電流Icが、0.1μA以上、0.2μA以下の範囲で減少し、上記実施例1で目標電流Irefを0.1μA以上、0.2μA以下の範囲で増加させた場合と相対的に等価になり、実施例1で説明したのと同様に、当該記憶素子12の電荷蓄積窒化膜9に過大な電子が蓄積されることがなく、ゲートディスターブ等により当該記憶素子12の電荷蓄積窒化膜9に保持された電子の減少によるセル電流Icの増加を打消すことができ、目標電流Irefを一定値にしても、結果として当該メモリセル1から読出されたセル電流Icが目標電流Irefを上回ることはなく、再書込みが行われてしまうことを防止することができるからである。
Therefore, it is desirable to set the read voltage width ΔVr so as to decrease in the range of 0.01 V or more and 0.02 V or less.
If the read voltage width ΔVr is set to decrease within the range of 0.01 V or more and 0.02 V or less, the read cell current Ic decreases within the range of 0.1 μA or more and 0.2 μA or less. This is relatively equivalent to the case where the target current Iref is increased in the range of 0.1 μA or more and 0.2 μA or less in the first embodiment, and the charge accumulation of the memory element 12 is the same as described in the first embodiment. Excessive electrons are not accumulated in the
このため、読出ゲート電圧Vgrの減少の傾き(1回の書込回数当りの読出電圧幅ΔVrに相当する。)は、記憶素子12における電子の保持状態の変化によりセル電流Icが増加する傾きを打消す傾きで、できるだけ小さくなるよう、つまり読出されるセル電流Icが増加しないぎりぎりの状態に設定することが望ましい。
なお、本実施例の読出電圧幅ΔVrは2回当りで0.03V減少するように、つまり1回当りで平均0.015V減少するように設定されており、上記した読出電圧幅ΔVrの設定範囲で、記憶素子12における電子の保持状態の変化によりセル電流Icが増加する傾きを打消す傾きに設定されている。
For this reason, the slope of decrease in the read gate voltage Vgr (corresponding to the read voltage width ΔVr per one write operation) is the slope in which the cell current Ic increases due to the change of the electron holding state in the memory element 12. It is desirable to set the state to be as small as possible with the inclination to cancel, that is, the state where the read cell current Ic does not increase.
In this embodiment, the read voltage width ΔVr is set to decrease by 0.03 V every second time, that is, by an average of 0.015 V per time, and the setting range of the read voltage width ΔVr described above is set. Thus, the inclination is set so as to cancel the inclination in which the cell current Ic increases due to the change in the electron holding state in the memory element 12.
本実施例の書込処理は、書込対象となる記憶素子12に記憶情報「0」を書込むときに、当該記憶素子12に記憶情報「0」が書込まれていることを確認するためのメモリセル1のセル電流Icを読出すときの読出ゲート電圧Vgrを、上記で説明した図9に示す段階的に減少する読出ゲート電圧Vgrに設定すると共に、従来と同様に、目標電流Irefを一定にし、書込ゲート電圧Vgwを段階的に増加するように設定しておき、複数回に分けて電子を注入する場合に、設定されたその回の読出ゲート電圧Vgrで読出した当該記憶素子12のセル電流Icを確認したときに、そのセル電流Icが目標電流Irefを超えているときは、書込回数kに応じて段階的に設定されたその回の書込ゲート電圧Vgwで、当該記憶素子12に電子を注入し、セル電流Icが目標電流Iref以下のときは電子を注入しないことによって実行される。
In the writing process of this embodiment, when the storage information “0” is written in the storage element 12 to be written, it is confirmed that the storage information “0” is written in the storage element 12. The read gate voltage Vgr when reading the cell current Ic of the
このような書込処理は、記憶情報書込装置30の主制御部31と制御部29との連携により実行され、主制御部31は、従来と同様の処理に加えて、可変読出電圧発生部45による読出ゲート電圧Vgrの設定処理を担当し、他の処理は主に制御部29によって担当され、これら処理を実行するためのプログラムが記憶部32および制御部29の内蔵メモリに予め格納されており、主制御部31および制御部29が実行するプログラムのステップにより、本実施例の書込処理におけるハードウェアとしての各機能手段が形成される。
Such a writing process is executed in cooperation with the
また、記憶情報書込装置30の記憶部32には、従来と同様の記憶情報テーブルおよび総書込回数Kが格納されると共に、回数カウントエリアが確保されている。
更に、制御部29の内蔵メモリには、従来と同様の行カウントエリア、列カウントエリアが確保されている。
以下に、図8に示す流れ図を用い、本実施例の書込処理について説明する。
In addition, the
Further, a row count area and a column count area similar to the conventional one are secured in the built-in memory of the
Hereinafter, the writing process of this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
なお、ステップ名は記憶情報書込装置30の主制御部31の場合をSSBで、制御部29の場合をSBで表す。
(SSB1)記憶情報書込装置30の主制御部31は、書込処理を開始すると、読出ゲート電圧Vgrを、初期読出電圧Vgrsとして、初回の読出ゲート電圧Vgrを設定する。
The step name is represented by SSB for the
(SSB1) When the
(SSB2)読出ゲート電圧Vgrを設定した主制御部31は、従来のステップSSZ1と同様にして、書込ゲート電圧Vgwを初回の書込ゲート電圧Vgwに設定する。
(SSB3)書込ゲート電圧Vgwを設定した主制御部31は、従来のステップSSZ2と同様にして、書込回数kを初期化する。
(SSB4)主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwを可変書込電圧発生部34で発生させて行選択回路24へ供給すると共に、設定された読取ゲート電圧Vgrを可変読出電圧発生部45で発生させて行選択回路24へ供給する。
(SSB2) The
(SSB3) The
(SSB4) The
(SSB5)これと並行して主制御部31は、書込処理の開始を通知する書込開始通知を、制御部29(ステップSB1)へ送信する。
その後の制御部29のステップSB1〜SB12、および主制御部31のステップSSB6の作動は、上記した従来の制御部29のステップSZ1〜SZ12、および主制御部31のステップSSZ5の作動と同様であるので、その説明を省略する。
(SSB5) In parallel with this, the
Subsequent operations of steps SB1 to SB12 of the
この場合に、ステップSB6における読出動作おいては、記憶情報書込装置30の可変読出電圧発生部45から供給されている読出ゲート電圧Vgrが用いられる。
(SB13)書込回数kにおける書込動作の終了を判定した制御部29は、今回の書込動作の終了を通知する書込動作終了通知を、主制御部31(ステップSSB7)へ送信し、接続子Bを介してステップSB1へ戻り、主制御部31からの次の書込開始通知の着信を待って待機する。
In this case, in the read operation in step SB6, read gate voltage Vgr supplied from variable read
(SB13) The
(SSB7)記憶情報の送信後に、主制御部31は、制御部29からの書込動作終了通知の着信を待って待機しており、書込動作終了通知を受信したときに、ステップSSB8へ移行する。書込動作終了通知を受信しない場合は、前記の待機を継続する。
(SSB8)書込動作終了通知を受信した主制御部31は、記憶部32の回数カウントエリアの書込回数kが、総書込回数K未満のときは、次の回の書込処理を行うことを判定してステップSSB9へ移行する。
(SSB7) After the storage information is transmitted, the
(SSB8) The
書込回数kが、総書込回数K以上のときは、本実施例の一連の書込処理を終了させる。
(SSB9)次の回の書込処理を行うことを判定した制御部29は、従来のステップSSZ8と同様にして、書込回数kを更新し、ステップSSB10へ移行する。
(SSB10)書込回数kを更新した主制御部31は、書込回数k(本ステップではk=2)における読出ゲート電圧Vgrを設定するために、読出電圧幅ΔVrに乗ずる係数Pを次式で算出する。
When the number of times of writing k is equal to or greater than the total number of times of writing K, the series of writing processing of this embodiment is terminated.
(SSB9) The
(SSB10) The
P=INT((k−1)/2) ・・・・・・・・・・・・・(1)
この場合の演算記号INT()は、括弧内の数の小数点以下を切捨て、残った整数のみを出力することを示す。本ステップではk=2であるので、P=INT(0.5)=0が係数Pとして算出される。
これにより、1段階を2回として段階的に減少する読出ゲート電圧Vgrが設定される。
P = INT ((k−1) / 2) (1)
The operation symbol INT () in this case indicates that the number after the decimal point in the parentheses is truncated and only the remaining integer is output. Since k = 2 in this step, P = INT (0.5) = 0 is calculated as the coefficient P.
As a result, the read gate voltage Vgr is set to decrease stepwise by setting one step twice.
(SSB11)係数Pを算出した主制御部31は、読出ゲート電圧Vgrに、読出電圧幅ΔVrに係数Pを乗じた値を減じて、書込回数kにおける新たな読出ゲート電圧Vgrを設定する。
(SSB12)新たな読出ゲート電圧Vgrを設定した主制御部31は、設定された読出ゲート電圧Vgrが設定読出電圧Vgrset未満のときはステップSSB13へ移行する。
(SSB11) The
(SSB12) The
設定された読出ゲート電圧Vgrが設定読出電圧Vgrset以上のときはステップSSB14へ移行する。
(SSB13)設定された読出ゲート電圧Vgrが読出ゲート電圧Vgrset未満であることを判定した主制御部31は、設定された読出ゲート電圧Vgrを、設定読出電圧Vgrsetで一定に保つために、設定された読出ゲート電圧Vgrを設定読出電圧Vgrsetに書直して、ステップSSB14へ移行する。
When the set read gate voltage Vgr is equal to or higher than the set read voltage Vgrset, the process proceeds to step SSB14.
(SSB13) The
(SSB14)新たな読出ゲート電圧Vgrを設定した主制御部31は、従来のステップSSZ9と同様にして、新たな書込ゲート電圧Vgwを設定する。
(SSB15)新たな書込ゲート電圧Vgwを設定した主制御部31は、設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超のときは、ステップSSB16へ移行する。
(SSB14) The
(SSB15) When the set write gate voltage Vgw exceeds the set write voltage Vgwset, the
設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset以下のときは、ステップSSB4へ戻って、新たに設定された読出ゲート電圧Vgrおよび書込ゲート電圧Vgwを用いた本実施例の書込処理を繰返す。
(SSB16)設定された書込ゲート電圧Vgwが設定書込電圧Vgwset超であることを判定した主制御部31は、従来のステップSSZ11と同様にして、設定された書込ゲート電圧Vgwを設定書込電圧Vgwsetに書直し、ステップSSB4へ戻って、新たに設定された読出ゲート電圧Vgrおよび書込ゲート電圧Vgwを用いた本実施例の書込処理を繰返す。
When the set write gate voltage Vgw is less than or equal to the set write voltage Vgwset, the process returns to step SSB4, and the write process of this embodiment using the newly set read gate voltage Vgr and write gate voltage Vgw Repeat.
(SSB16) The
このような、本実施例の書込処理における当該記憶素子12を有するメモリセル1のセル電流Icは、読出ゲート電圧Vgrを一定とすれば、実施例1の図5に示したように、書込回数kの経過に伴ってゲートディスターブ等により当該記憶素子12の電子の保持量が減少してセル電流Icが徐々に増加するが、本実施例では、段階的に減少させる読出ゲート電圧Vgrの傾きを、セル電流Icの増加の傾きを打消す傾きに設定して、記憶素子12から読出されるセル電流Icの増加を抑制するので、一旦目標電流Iref以下になるように電子が注入された記憶素子12に対して再書込みが行われることを防ぎ、過大な書込ゲート電圧Vgwによるセル電流Icの大幅な減少が生じないので、図10に示すように、図中に示した非書込側の標準偏差が、従来のベリファイ書込処理の場合の図24の図中に示した非書込側の標準偏差とほぼ同等であるのに対して、書込側の標準偏差は、図24の書込側の標準偏差の70%程度に減少しており、分離幅Wが拡大して、各記憶素子12からの記憶情報の読出時に誤読出が生ずることが低減できる。
As shown in FIG. 5 of the first embodiment, the cell current Ic of the
このように、本実施例の書込処理においては、ゲートディスターブ等によるセル電流Icの増加の傾きを打消す傾きに設定された読出ゲート電圧Vgrを用いて、書込対象の記憶素子12の電子の保持状態を確認しながら書込動作を行うので、一旦記憶情報「0」が書込まれた記憶素子12に対して再書込みが行われることを防ぎ、書込側と非書込側の分離幅Wを拡大させて、読出動作における誤読出を防止することができる。 As described above, in the writing process of this embodiment, the electrons of the memory element 12 to be written are used by using the read gate voltage Vgr set to a slope that cancels the slope of the increase in the cell current Ic due to gate disturb or the like. Since the writing operation is performed while confirming the holding state of the memory element, rewriting is prevented from being performed on the memory element 12 to which the memory information “0” has been once written, and the writing side and the non-writing side are separated. The width W can be increased to prevent erroneous reading in the reading operation.
以上説明したように、本実施例では、ゲート絶縁膜を挟んで半導体基板に対向配置されたゲート電極の両側に形成された電子蓄積窒化膜を有する2つの記憶素子を備えたメモリセルにおいて、記憶素子の電子蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電子を注入する場合におけるゲート電極に印加する書込電圧を初期書込電圧から設定書込電圧までの間を段階的に増加するよう設定すると共に、ソース層とドレイン層との間を流れるセル電流を用いて書込電圧で注入した電子の保持状態を確認するときのゲート電極に印加する読出電圧を、記憶素子の電子の保持状態の変化によりセル電流が増加する傾きを打消す傾きで、初期読出電圧から設定読出電圧までの間を、段階的に減少するよう設定しておき、記憶素子に電子を注入する場合に、設定された読出電圧で読出したセル電流が、記憶素子に注入された電子の保持状態を確認するための目標電流を超えているときは、当該書込電圧で当該記憶素子に電子を注入し、セル電流が目標電流以下のときは、当該記憶素子へ電子を注入しないようにしたことによって、一旦目標電流以下になるように電子が注入された記憶素子に対して、ゲートディスターブ等により当該記憶素子の電子の保持量が減少してセル電流が徐々に増加したとしても、再書込みが行われることを防ぎ、書込側と非書込側の分離幅Wを拡大させて、読出動作における誤読出を防止することができる。 As described above, in this embodiment, in a memory cell including two storage elements having electron storage nitride films formed on both sides of a gate electrode disposed opposite to a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, When the electrons are divided into a plurality of times and injected into the electron storage nitride film of the device, the write voltage applied to the gate electrode is set to increase stepwise from the initial write voltage to the set write voltage. In addition, the read voltage applied to the gate electrode when confirming the holding state of the electrons injected by the writing voltage using the cell current flowing between the source layer and the drain layer is changed in the holding state of the electrons in the memory element. Is set to decrease in a stepwise manner from the initial read voltage to the set read voltage with a gradient that cancels the gradient in which the cell current increases, and is set when electrons are injected into the storage element. When the cell current read at the read voltage exceeds the target current for confirming the holding state of the electrons injected into the storage element, the cell current is injected into the storage element at the write voltage. When the current is lower than the target current, electrons are not injected into the memory element, so that the memory element into which the electrons are once injected to be lower than the target current is transferred to the memory element by gate disturb or the like. Even if the retention amount decreases and the cell current gradually increases, rewriting is prevented and the separation width W on the writing side and non-writing side is increased to prevent erroneous reading in the reading operation. be able to.
なお、上記各実施例においては、不揮発性半導体記憶装置としてのMONOS型のメモリセルは、nMOS型であるとして説明したが、pMOS型であっても同様の効果を得ることができる。この場合に記憶素子の電荷蓄積窒化膜には正孔が注入される。 In each of the above embodiments, the MONOS type memory cell as the nonvolatile semiconductor memory device has been described as the nMOS type. However, the same effect can be obtained even in the pMOS type. In this case, holes are injected into the charge storage nitride film of the memory element.
1 メモリセル
2 半導体基板
3 ゲート電極
4 ゲート絶縁膜
5 高濃度拡散層(ソース層)
5a、6a LDD層
6 高濃度拡散層(ドレイン層)
7 チャネル領域
8 第1のシリコン酸化膜
9 電荷蓄積窒化膜
10 第2のシリコン酸化膜
12、12a、12b 記憶素子
14 中間絶縁膜
15 コンタクトプラグ
17 ゲートコンタクト
20 メモリセルアレイ
22 列選択回路
23 選択トランジスタ
24 行選択回路
25 ビット線電源回路
26 読出回路
27 比較回路
28 目標電流発生回路
29 制御部
30 記憶情報書込装置
31 主制御部
32 記憶部
34 可変書込電圧発生部
36 読出電圧発生部
41 可変目標電流発生回路
45 可変読出電圧発生部
DESCRIPTION OF
5a,
7
Claims (4)
ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板に対向配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面をそれぞれ覆い、前記半導体基板上に延在する第1のシリコン酸化膜と、前記第1のシリコン酸化膜上に積層された電荷蓄積窒化膜と、前記電荷蓄積窒化膜上に積層された第2のシリコン酸化膜とからなる2つの記憶素子と、
前記2つの記憶素子下の前記半導体基板に、それぞれ形成された低濃度拡散層と、
前記低濃度拡散層の前記ゲート電極と反対側の前記半導体基板にそれぞれ形成された高濃度拡散層と、を備えた不揮発性半導体記憶装置において、
前記記憶素子の電荷蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電荷を注入する場合における前記ゲート電極に印加する書込電圧を、初回の注入時の電圧である初期書込電圧から設定書込電圧までの間を、段階的に増加するよう設定すると共に、
前記高濃度拡散層間を流れるセル電流を用いて前記書込電圧で注入した電荷の保持状態を確認するための目標電流を、前記電荷の保持状態の変化により前記セル電流が増加する傾きより大きい傾きで、初期目標電流から設定目標電流までの間を、段階的に増加するよう設定しておき、
前記記憶素子に電荷を注入する場合に、前記セル電流が前記目標電流を超えているときは、当該書込電圧で当該記憶素子に電荷を注入し、前記セル電流が前記目標電流以下のときは、当該記憶素子へ電荷を注入しないことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode disposed opposite to the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween;
A first silicon oxide film covering both side surfaces of the gate electrode and extending on the semiconductor substrate; a charge storage nitride film stacked on the first silicon oxide film; and the charge storage nitride film Two memory elements made of a second silicon oxide film stacked on
A low-concentration diffusion layer formed on each of the semiconductor substrates under the two storage elements;
A non-volatile semiconductor memory device comprising: a high-concentration diffusion layer formed on the semiconductor substrate opposite to the gate electrode of the low-concentration diffusion layer;
In the case where charges are injected into the charge storage nitride film of the memory element in a plurality of times, the write voltage applied to the gate electrode is changed from the initial write voltage which is the voltage at the first injection to the set write voltage. In between, set to increase gradually,
The target current for confirming the holding state of the charge injected at the write voltage using the cell current flowing through the high-concentration diffusion layer is greater than the slope at which the cell current increases due to the change in the holding state of the charge. Then, it is set to increase in steps between the initial target current and the set target current,
When injecting charge into the storage element, when the cell current exceeds the target current, charge is injected into the storage element with the write voltage, and when the cell current is equal to or less than the target current. A non-volatile semiconductor memory device characterized by not injecting charges into the memory element.
前記目標電流の傾きは、1回当り、0.1μA以上、0.2μA以下の範囲で増加する傾きとなるよう設定されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 In claim 1,
The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the inclination of the target current is set to increase in a range of 0.1 μA to 0.2 μA per time.
ゲート絶縁膜を挟んで前記半導体基板に対向配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極の両側面をそれぞれ覆い、前記半導体基板上に延在する第1のシリコン酸化膜と、前記第1のシリコン酸化膜上に積層された電荷蓄積窒化膜と、前記電荷蓄積窒化膜上に積層された第2のシリコン酸化膜とからなる2つの記憶素子と、
前記2つの記憶素子下の前記半導体基板に、それぞれ形成された低濃度拡散層と、
前記低濃度拡散層の前記ゲート電極と反対側の前記半導体基板にそれぞれ形成された高濃度拡散層と、を備えた不揮発性半導体記憶装置において、
前記記憶素子の電荷蓄積窒化膜に複数の回数に分割して電荷を注入する場合における前記ゲート電極に印加する書込電圧を、初回の注入時の電圧である初期書込電圧から設定書込電圧までの間を、段階的に増加するよう設定すると共に、
前記高濃度拡散層間を流れるセル電流を用いて前記書込電圧で注入した電荷の保持状態を確認するときの前記ゲート電極に印加する読出電圧を、前記電荷の保持状態の変化により前記セル電流が増加する傾きを打消す傾きで、初期読出電圧から設定読出電圧までの間を、段階的に減少するよう設定しておき、
前記記憶素子に電荷を注入する場合に、前記読出電圧で読出した前記セル電流が、前記記憶素子に注入された電荷の保持状態を確認するための目標電流を超えているときは、当該書込電圧で当該記憶素子に電荷を注入し、前記セル電流が前記目標電流以下のときは、当該記憶素子へ電荷を注入しないことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 A semiconductor substrate;
A gate electrode disposed opposite to the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween;
A first silicon oxide film covering both side surfaces of the gate electrode and extending on the semiconductor substrate; a charge storage nitride film stacked on the first silicon oxide film; and the charge storage nitride film Two memory elements made of a second silicon oxide film stacked on
A low-concentration diffusion layer formed on each of the semiconductor substrates under the two storage elements;
A non-volatile semiconductor memory device comprising: a high-concentration diffusion layer formed on the semiconductor substrate opposite to the gate electrode of the low-concentration diffusion layer;
In the case where charges are injected into the charge storage nitride film of the memory element in a plurality of times, the write voltage applied to the gate electrode is changed from the initial write voltage which is the voltage at the first injection to the set write voltage. In between, set to increase gradually,
A read voltage applied to the gate electrode when confirming a holding state of the charge injected with the writing voltage using a cell current flowing through the high-concentration diffusion layer is changed according to a change in the holding state of the charge. Set the slope between the initial read voltage and the set read voltage to decrease step by step with a slope that cancels the increasing slope.
When injecting charge into the storage element, if the cell current read at the read voltage exceeds a target current for confirming the holding state of the charge injected into the storage element, the write A nonvolatile semiconductor memory device, wherein a charge is injected into the memory element with a voltage and no charge is injected into the memory element when the cell current is less than or equal to the target current.
前記読取電圧の傾きは、1回当り、0.01V以上、0.02V以下の範囲で減少する傾きとなるよう設定されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 In claim 1,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the slope of the read voltage is set to decrease in a range of 0.01 V or more and 0.02 V or less per time.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008068376A JP2009223968A (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Nonvolatile semiconductor storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008068376A JP2009223968A (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Nonvolatile semiconductor storage device |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013143700A Division JP2013232278A (en) | 2013-07-09 | 2013-07-09 | Non-volatile semiconductor storage device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009223968A true JP2009223968A (en) | 2009-10-01 |
Family
ID=41240581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008068376A Pending JP2009223968A (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Nonvolatile semiconductor storage device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009223968A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319286A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Hitachi Ltd | Nonvolatile storage device and storage system |
| JP2005064295A (en) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semiconductor nonvolatile memory, method of recording information in the semiconductor nonvolatile memory, and method of reading information from the semiconductor nonvolatile memory |
| US20080062801A1 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-13 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Semiconductor non-volatile memory, data-writing method, semiconductor non-volatile memory fabrication method, and data-writing program storage medium |
-
2008
- 2008-03-17 JP JP2008068376A patent/JP2009223968A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002319286A (en) * | 2001-04-19 | 2002-10-31 | Hitachi Ltd | Nonvolatile storage device and storage system |
| JP2005064295A (en) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semiconductor nonvolatile memory, method of recording information in the semiconductor nonvolatile memory, and method of reading information from the semiconductor nonvolatile memory |
| US20080062801A1 (en) * | 2006-09-12 | 2008-03-13 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Semiconductor non-volatile memory, data-writing method, semiconductor non-volatile memory fabrication method, and data-writing program storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7430138B2 (en) | Biasing method and inhibition disturbance reduction for word programming in non-volatile memory | |
| JP4282248B2 (en) | Semiconductor memory device | |
| US9847343B2 (en) | Charge trapping nonvolatile memory devices, methods of fabricating the same, and methods of operating the same | |
| US5798548A (en) | Semiconductor device having multiple control gates | |
| US9818484B2 (en) | Systems, methods, and apparatus for memory cells with common source lines | |
| JP2002164446A (en) | Nonvolatile semiconductor memory device, operation method and manufacturing method | |
| CN108028061A (en) | Asymmetric Transfer Field-Effect Transistor for Nonvolatile Memory | |
| US7612397B2 (en) | Memory cell having first and second capacitors with electrodes acting as control gates for nonvolatile memory transistors | |
| US8598005B2 (en) | Method and manufacture for embedded flash to achieve high quality spacers for core and high voltage devices and low temperature spacers for high performance logic devices | |
| US20140071765A1 (en) | Semiconductor memory device and control method of the same | |
| KR20150121399A (en) | Non-volatile memory device having charge trapping layer and method of fabricating the same | |
| KR101314328B1 (en) | Non-volatile memory devices and method of operating the same | |
| JPH09321157A (en) | Split gate transistor, manufacture of split gate transistor, and non-volatile semiconductor memory | |
| US10872669B2 (en) | Semiconductor device and a manufacturing method of the semiconductor device | |
| US10984865B2 (en) | Three-dimensional non-volatile memory device and method of manufacturing the same | |
| JP2005184029A (en) | Nonvolatile storage element and semiconductor integrated circuit device | |
| JP4354498B2 (en) | Semiconductor memory device manufacturing method, semiconductor memory device reproduction method, and semiconductor memory device reshipment method | |
| US11538532B2 (en) | Architectures for storing and retrieving system data in a non-volatile memory system | |
| CN112951833B (en) | Memory cell with isolated well region and related nonvolatile memory | |
| JP2009223968A (en) | Nonvolatile semiconductor storage device | |
| JP2013232278A (en) | Non-volatile semiconductor storage device | |
| JP2011096772A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
| US8792287B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device and data writing method | |
| US11074977B2 (en) | Three-dimensional non-volatile memory device and method of manufacturing the same | |
| JP2012142042A (en) | Method for writing data in semiconductor memory device, and semiconductor memory device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110221 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120726 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120807 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121009 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130409 |