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JP2006268956A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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JP2006268956A JP2005085310A JP2005085310A JP2006268956A JP 2006268956 A JP2006268956 A JP 2006268956A JP 2005085310 A JP2005085310 A JP 2005085310A JP 2005085310 A JP2005085310 A JP 2005085310A JP 2006268956 A JP2006268956 A JP 2006268956A
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Abstract

【課題】MNOS型およびMONOS型の不揮発性半導体記憶装置において、時間の経過によりしきい値電圧が変化し、記憶した情報が正しく読み出せないという課題があった。
【解決手段】本発明は、不揮発性記憶素子の熱平衡状態しきい値電圧を測定するための測定回路とこの測定回路による測定結果を入力する読み出し回路とこれらの回路を制御する制御手段とを有する。制御手段は、測定回路によって測定される不揮発性記憶素子の熱平衡状態しきい値電圧と読み出し回路のセンスレベルとを一致させるように制御する。このような構成とすることにより、不揮発性記憶素子が情報を保持する時間を長くすることが可能である。
【選択図】図1
In a MNOS type and MONOS type nonvolatile semiconductor memory device, there is a problem that a threshold voltage changes with the passage of time and stored information cannot be read correctly.
The present invention includes a measurement circuit for measuring a thermal equilibrium threshold voltage of a nonvolatile memory element, a readout circuit for inputting a measurement result by the measurement circuit, and a control means for controlling these circuits. . The control means performs control so that the thermal equilibrium state threshold voltage of the nonvolatile memory element measured by the measurement circuit matches the sense level of the readout circuit. With such a structure, it is possible to lengthen the time that the nonvolatile memory element holds information.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電気的に情報の書き換えが可能な不揮発性半導体記憶装置に関するものである。   The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device capable of electrically rewriting information.

従来、不揮発性半導体記憶装置として、ゲート電極と半導体表面との間に種類の異なる絶縁膜を有するMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Semiconductor)型や、MONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)型の記憶素子が知られている。これらの記憶素子は積層した絶縁膜の界面および膜中に電荷の束縛準位を有する。   Conventionally, as a nonvolatile semiconductor memory device, an MNOS (Metal-Nitride-Oxide-Semiconductor) type or a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) having different types of insulating films between a gate electrode and a semiconductor surface. Types of storage elements are known. These memory elements have a bound level of electric charge in the interface of the laminated insulating film and in the film.

束縛準位に電子を蓄積した状態、すなわち情報の書込状態のしきい値電圧をVtw、束縛準位にホールを蓄積した状態、すなわち情報の消去状態のしきい値電圧をVte、束縛準位に電子もホールも蓄積していない状態のしきい値電圧、つまり、熱平衡状態しきい値電圧をV0と呼ぶ。
ここで、情報を読み出す時にゲート電極に印加する電圧Vcgの値を、Vte<Vcg<Vtwの関係が成り立つ様に設定すると、記憶素子のドレイン電流が、情報の書込状態では流れず、情報の消去状態では流れるため、情報の書込状態と消去状態の判別が可能となる。
The state in which electrons are accumulated in the bound level, that is, the threshold voltage in the written state of information is Vtw, the state in which holes are accumulated in the bound level, that is, the threshold voltage in the erased state of information is Vte, and the bound level The threshold voltage in a state where neither electrons nor holes are accumulated, that is, the thermal equilibrium state threshold voltage is called V0.
Here, when the value of the voltage Vcg applied to the gate electrode when reading information is set so that the relationship of Vte <Vcg <Vtw holds, the drain current of the memory element does not flow in the information writing state, and the information Since it flows in the erased state, it is possible to determine the information writing state and the erased state.

しかし、VtwやVteの値は常に一定ではない。記憶素子は時間の経過と供にエネルギーの安定状態である熱平衡状態に徐々に近づいていく。すなわち、束縛準位に蓄積した電荷を時間の経過とともに放出するため、VtwやVteの値はV0に近づいていき、最終的には、Vtw=Vte=V0となる。   However, the values of Vtw and Vte are not always constant. The storage element gradually approaches a thermal equilibrium state that is a stable state of energy with the passage of time. That is, since the charge accumulated in the bound level is released with the passage of time, the values of Vtw and Vte approach V0, and finally Vtw = Vte = V0.

VtwやVteの値がV0に近づいていく過程において、Vte<Vcg<Vtwの関係が成り立たなくなると、情報を正しく読み出すことができなくなる。   In the process in which the values of Vtw and Vte approach V0, if the relationship of Vte <Vcg <Vtw does not hold, information cannot be read correctly.

上記のうち、VtwとVcgとの値の差、またはVteとVcgとの値の差を読み出しマージンと呼ぶ。読み出しマージンを広げる方法としてはいくつかの提案を見るところである(例えば、特許文献1参照。)。   Among the above, the difference between the values of Vtw and Vcg or the difference between the values of Vte and Vcg is called a read margin. There are several proposals for expanding the read margin (see Patent Document 1, for example).

特許文献1に示した従来技術を説明する。図3は、従来技術における不揮発性半導体記憶装置の読み出し装置の構成図である。   The prior art shown in Patent Document 1 will be described. FIG. 3 is a configuration diagram of a reading device of a nonvolatile semiconductor memory device in the prior art.

図3において、1はメモリトランジスタ、2は読出し回路、3はプルアップ負荷回路、4は基準電圧発生回路、5は電圧比較回路である。   In FIG. 3, 1 is a memory transistor, 2 is a read circuit, 3 is a pull-up load circuit, 4 is a reference voltage generation circuit, and 5 is a voltage comparison circuit.

図3は、メモリトランジスタ1のソースを接地電位とし、プルアップ負荷回路3に電源電圧Vccを接続した場合を示している。このような場合、電圧比較回路5に読み出し信号S1を入力することにより、メモリトランジスタ1に書き込んだ情報に応じて、読出し回路2よりデータS2が出力される。   FIG. 3 shows a case where the source of the memory transistor 1 is set to the ground potential, and the power supply voltage Vcc is connected to the pull-up load circuit 3. In such a case, by inputting the read signal S1 to the voltage comparison circuit 5, the data S2 is output from the read circuit 2 according to the information written in the memory transistor 1.

このような構成を有する不揮発性半導体記憶装置の読み出し装置は、メモリトランジスタ1のゲートに読み出し電圧Vcgを印加することにより情報の読み取りを行う。そして、1度読み取った情報をフィードバックして読み出し電圧Vcgの値を上昇あるいは下降させ、くり返し情報の読み取りを行うことで、読み出し電圧Vcgの初期の値とメモリト
ランジスタ1のしきい値電圧との差が小さくても、情報を正確に読み取ることができる。
The read device of the nonvolatile semiconductor memory device having such a configuration reads information by applying a read voltage Vcg to the gate of the memory transistor 1. The information read once is fed back to increase or decrease the value of the read voltage Vcg, and the read information is repeatedly read, whereby the difference between the initial value of the read voltage Vcg and the threshold voltage of the memory transistor 1 is obtained. Even if is small, information can be read accurately.

ここで、読み出し電圧Vcgの初期の値は基準電圧Vrefである。基準電圧Vrefの値は、メモリトランジスタ1の書込直後のしきい値電圧Vtwと消去直後のしきい値電圧Vteとの中間の値に設定する。   Here, the initial value of the read voltage Vcg is the reference voltage Vref. The value of the reference voltage Vref is set to an intermediate value between the threshold voltage Vtw immediately after writing to the memory transistor 1 and the threshold voltage Vte immediately after erasing.

そして、メモリトランジスタ1のしきい値電圧の値が基準電圧Vrefの値より高い場合には、1度読み取った情報をフィードバックして読み出し電圧Vcgの値を下降させることにより読み出しマージンを広げる。
読み出しマージンが広がることで、メモリトランジスタ1のドレイン電流がより一層減少した状態で情報の判別をすることになり、読み出しの精度が向上する。
When the value of the threshold voltage of the memory transistor 1 is higher than the value of the reference voltage Vref, the read margin is widened by feeding back the information read once and lowering the value of the read voltage Vcg.
By widening the read margin, information is discriminated in a state where the drain current of the memory transistor 1 is further reduced, and the read accuracy is improved.

次に、メモリトランジスタ1のしきい値電圧の値が基準電圧Vrefの値より低い場合には、1度読み取った情報をフィードバックして読み出し電圧Vcgの値を上昇させることにより読み出しマージンを広げる。
読み出しマージンが広がることで、メモリトランジスタ1のドレイン電流がより一層増加した状態で情報の判別をすることになり、読み出しの精度が向上する。
Next, when the value of the threshold voltage of the memory transistor 1 is lower than the value of the reference voltage Vref, the read margin is widened by feeding back the information read once and increasing the value of the read voltage Vcg.
By widening the read margin, information is discriminated in a state where the drain current of the memory transistor 1 is further increased, and the read accuracy is improved.

特許文献1に示した従来技術は、メモリトランジスタのしきい値電圧の値に応じて、読み出し電圧Vcgの値を上昇あるいは下降させるというものである。これにより、読み出し電圧Vcgの値を一定とした従来方法よりも読み出しマージンを広げることが可能である。   The prior art disclosed in Patent Document 1 is to increase or decrease the value of the read voltage Vcg according to the value of the threshold voltage of the memory transistor. Thereby, it is possible to widen the read margin as compared with the conventional method in which the value of the read voltage Vcg is constant.

特開2001−195891号公報(第3−6頁、第1図)JP 2001-195891 A (page 3-6, FIG. 1)

特許文献1に示した従来技術は、読み出し電圧Vcgの値を上下させて繰り返しメモリトランジスタ1のゲートに印加することから、メモリトランジスタ1のしきい値電圧の値が変動し、情報の信頼性が低下してしまうという問題がある。
また、読み出しマージンを広げることが可能にはなったが、依然としてメモリトランジスタ1の書込もしくは消去を行ってから時間が経過し、Vte<Vref<Vtwの関係が成り立たなくなった場合に、正確に情報を読み出せないという問題は解決していない。
In the prior art disclosed in Patent Document 1, since the value of the read voltage Vcg is repeatedly applied to the gate of the memory transistor 1, the threshold voltage value of the memory transistor 1 fluctuates and the reliability of information is increased. There is a problem that it falls.
Although it has become possible to widen the read margin, when the time has elapsed since the memory transistor 1 is still written or erased and the relationship of Vte <Vref <Vtw no longer holds, the information is accurately obtained. The problem of not being able to read is not solved.

本発明が解決しようとする問題点は、書込および消去直後のしきい値電圧の値を基準に読み出し電圧を設定する方法では、時間の経過によりしきい値電圧の値が変動してからの読み出しマージンは確保できないため、記憶素子が情報を長い時間保持することができないという点である。   The problem to be solved by the present invention is that in the method of setting the read voltage based on the threshold voltage value immediately after writing and erasing, the threshold voltage value fluctuates over time. Since a read margin cannot be ensured, the memory element cannot hold information for a long time.

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を採用する。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

不揮発性記憶素子と、メモリビットを備えメモリビットの熱平衡状態しきい値電圧を計測する測定回路と、不揮発性記憶素子の情報を読み出す際のセンスレベルを可変できる読み出し回路と、制御手段とを有し、
制御手段は、読み出し回路のセンスレベルを測定回路でしたメモリビットの熱平衡状態しきい値電圧と一致させるように制御することを特徴とする。
A non-volatile storage element; a measurement circuit that includes a memory bit and measures a thermal equilibrium threshold voltage of the memory bit; a read circuit that can change a sense level when reading information from the non-volatile storage element; and a control unit. And
The control means controls the read circuit so that the sense level of the read circuit matches the thermal equilibrium threshold voltage of the memory bit of the measurement circuit.

測定回路は、メモリビットと、可変電圧発生回路と、メモリビット読み出し回路と、判断手段とを有し、
メモリビットは、不揮発性記憶素子と同一構造の記憶素子であり、
可変電圧発生回路は、複数の書込電圧を出力し、書込電圧を利用してメモリビットに情報を書き込み、
メモリビット読み出し回路は、書込電圧に相当するメモリビットの情報を読み出し、
判断手段は、メモリビットの情報を利用して、メモリビットの熱平衡状態しきい値電圧を測定することを特徴とする。
The measurement circuit includes a memory bit, a variable voltage generation circuit, a memory bit read circuit, and a determination unit.
The memory bit is a memory element having the same structure as the nonvolatile memory element,
The variable voltage generation circuit outputs a plurality of write voltages, writes information to the memory bits using the write voltages,
The memory bit read circuit reads information of a memory bit corresponding to the write voltage,
The determination means measures the thermal equilibrium threshold voltage of the memory bit using the information of the memory bit.

制御手段は、熱平衡状態しきい値電圧の値に応じて読み出し回路に指示を出し、読み出し回路のセンスレベルを熱平衡状態しきい値電圧の値に一致させるように制御することを特徴とする。   The control means is characterized by giving an instruction to the readout circuit in accordance with the value of the thermal equilibrium state threshold voltage, and performing control so that the sense level of the readout circuit matches the value of the thermal equilibrium state threshold voltage.

読み出し回路は、可変抵抗を有するレギュレータ回路と、負荷Pチャネルトランジスタと、コンパレータとで構成されていることを特徴とする。   The readout circuit includes a regulator circuit having a variable resistor, a load P-channel transistor, and a comparator.

不揮発性記憶素子は、ONO膜を備える多層構造膜を有する素子であることを特徴とする。   The nonvolatile memory element is an element having a multilayer structure film including an ONO film.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性記憶素子のドレイン電流がコンパレータに流れるか否かで情報を判別する際の負荷を調整することで、読み出し回路のセンスレベルを、不揮発性記憶素子の束縛順位から電荷が全て放出した状態のしきい値電圧、すなわち熱平衡状態しきい値電圧の値と一致させる。
このような構成とすることによって、時間の経過により不揮発性記憶素子の束縛順位から電荷が徐々に放出し、しきい値電圧の値が変動しても、熱平衡状態しきい値電圧と一致する直前までは読み出しマージンが確保できるため、不揮発性記憶素子が情報を保持する時間を長くすることが可能である。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the sense level of the reading circuit is adjusted by adjusting the load when determining information depending on whether or not the drain current of the nonvolatile memory element flows to the comparator. The threshold voltage in the state in which all charges are released from the binding order, that is, the value of the thermal equilibrium state threshold voltage is set.
By adopting such a configuration, the charge is gradually released from the binding order of the nonvolatile memory element over time, and even if the threshold voltage fluctuates, immediately before it matches the thermal equilibrium state threshold voltage. Since the reading margin can be secured until this time, it is possible to lengthen the time that the nonvolatile memory element holds information.

また、負荷の調整で読み出しマージンが確保されているため、特許文献1に示した従来技術の様に、読み出しマージンを確保するために不揮発性記憶素子のゲートに印加する読み出し電圧の値を上下させて繰り返し印加する必要はなく、読み出し電圧を固定することが可能である。さらに、半導体表面の不純物濃度を調整し、情報の書込状態のしきい値電圧がプラスの値、情報の消去状態のしきい値電圧がマイナスの値となるようにすることで、読み出し電圧を0Vにすることが可能であり、読み出し電圧をゲートに印加することによるしきい値電圧の値の変動を防げるという利点もある。   In addition, since the read margin is secured by adjusting the load, the value of the read voltage applied to the gate of the nonvolatile memory element is increased or decreased in order to ensure the read margin as in the prior art disclosed in Patent Document 1. Thus, it is not necessary to repeatedly apply the read voltage and the read voltage can be fixed. Furthermore, by adjusting the impurity concentration on the semiconductor surface so that the threshold voltage in the information writing state is a positive value and the threshold voltage in the information erasing state is a negative value, the read voltage is reduced. The voltage can be set to 0 V, and there is an advantage that fluctuation of the value of the threshold voltage caused by applying the read voltage to the gate can be prevented.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図1は、本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出し装置の構成図を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of a reading device of a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

[構成の説明:図1]
図1において、10は測定回路、20は制御手段、30は読み出し回路、40は不揮発性記憶素子を示す。図示はしないが、不揮発性記憶素子40は複数存在し、それらを40−1〜40−mとする。
[Description of configuration: FIG. 1]
In FIG. 1, 10 is a measurement circuit, 20 is a control means, 30 is a readout circuit, and 40 is a nonvolatile memory element. Although not shown, there are a plurality of nonvolatile memory elements 40, which are 40-1 to 40-m.

測定回路10は、可変電圧発生回路11、メモリビット読み出し回路12、判断手段13、メモリビット14を有している。図示はしないが、メモリビット14は複数存在し、それらを14−1〜14−nとする。また、可変電圧発生回路11が発生する書込電圧をVPとし、それぞれのメモリビットに該当するVPをVp−1〜Vp−nとする。
メモリビット14のしきい値電圧をV1とし、時間が経過した後のメモリビット14のしきい値電圧をV2とする。メモリビット14−1〜14−nにそれぞれ該当するしきい
値電圧をV1−1〜V1−n、V2−1〜V2−nとする。
The measurement circuit 10 includes a variable voltage generation circuit 11, a memory bit read circuit 12, a determination unit 13, and a memory bit 14. Although not shown, there are a plurality of memory bits 14, which are 14-1 to 14-n. Further, the write voltage generated by the variable voltage generation circuit 11 is VP, and the VP corresponding to each memory bit is Vp-1 to Vp-n.
The threshold voltage of the memory bit 14 is set to V1, and the threshold voltage of the memory bit 14 after the elapse of time is set to V2. The threshold voltages corresponding to the memory bits 14-1 to 14-n are V1-1 to V1-n and V2-1 to V2-n, respectively.

読み出し回路30は、可変抵抗31を有するレギュレータ回路32、負荷Pチャネルトランジスタ33、コンパレータ34を有している。
負荷Pチャネルトランジスタ33は、不揮発性記憶素子40に記憶された情報を判別する際に負荷として用いるものである。この不揮発性記憶素子40の情報S20は、コンパレータ34より出力される。
The read circuit 30 includes a regulator circuit 32 having a variable resistor 31, a load P-channel transistor 33, and a comparator 34.
The load P-channel transistor 33 is used as a load when determining information stored in the nonvolatile memory element 40. Information S20 of the nonvolatile memory element 40 is output from the comparator 34.

メモリビット14−1〜14−nと不揮発性記憶素子40−1〜40−mは全て同一構造の記憶素子である。例えば、ONO(Oxide−Nitride−Oxide)膜を備える多層構造膜を有する記憶素子であるMONOS型不揮発性記憶素子を用いることができる。   The memory bits 14-1 to 14-n and the non-volatile memory elements 40-1 to 40-m are all memory elements having the same structure. For example, a MONOS nonvolatile memory element that is a memory element having a multilayer structure film including an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film can be used.

[全体動作の説明:図1]
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、書込電圧Vp−1〜Vp−nをメモリビット14−1〜14−nのそれぞれに印加する。
続いて、メモリビット読み出し回路12により、メモリビット14−1〜14−nのしきい値電圧V1−1〜V1−nを読み出す。
そして、時間が経過した後に、再びメモリビット読み出し回路12により、メモリビット14−1〜14−nのしきい値電圧V2−1〜V2−nを読み出す。
[Description of overall operation: Fig. 1]
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention applies the write voltages Vp-1 to Vp-n to the memory bits 14-1 to 14-n, respectively.
Subsequently, the memory bit read circuit 12 reads the threshold voltages V1-1 to V1-n of the memory bits 14-1 to 14-n.
Then, after time elapses, the memory bit read circuit 12 reads the threshold voltages V2-1 to V2-n of the memory bits 14-1 to 14-n again.

しきい値電圧V1−1〜V1−nおよびV2−1〜V2−nの値は判断手段13へと送られる。判断手段13では、後述する方法によって、メモリビット14−1〜14−nで共通の値である熱平衡状態しきい値電圧V0の値を求める。このV0は、メモリビット14−1〜14−nと同一構造の記憶素子である不揮発性記憶素子40−1〜40−mの熱平衡状態しきい値電圧でもある。   The values of threshold voltages V1-1 to V1-n and V2-1 to V2-n are sent to determination means 13. The judging means 13 obtains the value of the thermal equilibrium state threshold voltage V0, which is a common value for the memory bits 14-1 to 14-n, by a method described later. This V0 is also the thermal equilibrium state threshold voltage of the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m, which are memory elements having the same structure as the memory bits 14-1 to 14-n.

熱平衡状態しきい値電圧V0の値は制御手段20へと送られる。制御手段20では、読み出し回路30のセンスレベルを熱平衡状態しきい値電圧V0と一致させるために負荷Pチャネルトランジスタ33のゲートに印加する電圧Vpgの値を決定する。
さらに、制御手段20からレギュレータ回路32へ、決定した電圧Vpgの値に応じた信号S10を送る。
The value of the thermal equilibrium state threshold voltage V0 is sent to the control means 20. The control means 20 determines the value of the voltage Vpg applied to the gate of the load P-channel transistor 33 in order to make the sense level of the readout circuit 30 coincide with the thermal equilibrium state threshold voltage V0.
Further, a signal S10 corresponding to the determined value of the voltage Vpg is sent from the control means 20 to the regulator circuit 32.

レギュレータ回路32は、制御手段20からの信号S10を受け、可変抵抗31の抵抗値を調整することで電圧Vpgを発生させ、負荷Pチャネルトランジスタ33のゲートに印加する。   The regulator circuit 32 receives the signal S 10 from the control means 20, generates a voltage Vpg by adjusting the resistance value of the variable resistor 31, and applies it to the gate of the load P-channel transistor 33.

電圧Vpgを負荷Pチャネルトランジスタ33のゲートに印加することで、読み出し回路30のセンスレベルは、不揮発性記憶素子40−1〜40−mの熱平衡状態しきい値電圧V0と一致する。   By applying the voltage Vpg to the gate of the load P-channel transistor 33, the sense level of the read circuit 30 matches the thermal equilibrium state threshold voltage V0 of the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m.

このような構成とすることによって、不揮発性記憶素子40−1〜40−mの書込後のしきい値電圧Vtwおよび消去後のしきい値電圧Vteと読み出し回路30のセンスレベルとの読み出しマージンを最大限にとることができる。
また、不揮発性記憶素子40−1〜40−mのしきい値電圧の値が、時間が経過することにより熱平衡状態しきい値電圧V0に収束する過程においても、完全に一致する直前まで、Vte<センスレベル<Vtwの関係が成り立ち、書込および消去の判別が可能であることから、情報を保持する時間を長くすることが可能である。
With such a configuration, the read margin between the threshold voltage Vtw after writing and the threshold voltage Vte after erasure of the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m and the sense level of the read circuit 30 is achieved. Can be maximized.
Further, even in the process in which the threshold voltage values of the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m converge to the thermal equilibrium threshold voltage V0 over time, Vte until just before the complete match. Since the relationship of <sense level <Vtw holds and it is possible to discriminate writing and erasing, it is possible to lengthen the time for holding information.

[判断手段の動作説明:図2]
次に、判断手段13での、メモリビット14−1〜14−nに書込電圧Vp−1〜Vp−nを印加した直後のしきい値電圧V1−1〜V1−nと、時間が経過した後のしきい値電圧V2−1〜V2−nとの情報から熱平衡状態しきい値電圧V0の値を求めるための原理を説明する。
[Description of the operation of the judging means: FIG. 2]
Next, the threshold voltage V1-1 to V1-n immediately after the write voltages Vp-1 to Vp-n are applied to the memory bits 14-1 to 14-n in the determination unit 13 and time have elapsed. The principle for obtaining the value of the thermal equilibrium state threshold voltage V0 from the information of the threshold voltages V2-1 to V2-n after the operation will be described.

図2は、本発明のメモリビットのしきい値電圧の値の、時間の経過に対する変化を示す説明図であって、時間の経過とともに、しきい値電圧が変化する様子を模式的に示すものである。縦軸はしきい値電圧の値を表し、横軸はメモリビットに情報が書き込まれてからの時間の経過を表す。
ここで、図1における不揮発性記憶素子40−1〜40−mとメモリビット14−1〜14−nは、同一構造の記憶素子であるので、時間の経過に対するしきい値電圧の値の変化は同様である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the change of the threshold voltage value of the memory bit of the present invention over time, and schematically shows how the threshold voltage changes over time. It is. The vertical axis represents the threshold voltage value, and the horizontal axis represents the passage of time since information was written to the memory bits.
Here, since the non-volatile memory elements 40-1 to 40-m and the memory bits 14-1 to 14-n in FIG. 1 are memory elements having the same structure, a change in the value of the threshold voltage with the passage of time. Is the same.

図1における可変電圧発生回路11により発生した書込電圧Vp−1〜Vp−nを、メモリビット14−1〜14−nにそれぞれ印加することで、メモリビット14−1〜14−nのしきい値電圧の値は、V1−1〜V1−nとなる。
その後の時間の経過により、メモリビット14−1〜14−nのしきい値電圧の値はV2−1〜V2−nへと変化する。V1−1〜V1−nからV2−1〜V2−nへは必ず、熱平衡状態しきい値電圧V0に近づく方向に値が変化する。
The write voltages Vp-1 to Vp-n generated by the variable voltage generation circuit 11 in FIG. 1 are applied to the memory bits 14-1 to 14-n, respectively, so that the memory bits 14-1 to 14-n are updated. The threshold voltage values are V1-1 to V1-n.
With the passage of time thereafter, the threshold voltage values of the memory bits 14-1 to 14-n change to V2-1 to V2-n. The value always changes from V1-1 to V1-n to V2-1 to V2-n in a direction approaching the thermal equilibrium threshold voltage V0.

よって、V1−aとV1−(a+1)との間にV0がある場合、V2−1〜V2−aは、V1−1〜V1−aに対してしきい値電圧の値がマイナスの方向に変化し、V2−(a+1)〜V2−nは、V1−(a+1)〜V1−nに対してしきい値電圧の値がプラスの方向に変化する。
ここで、aは1以上n未満の任意の整数である。
Therefore, when V0 is between V1-a and V1- (a + 1), V2-1 to V2-a have a threshold voltage value in the negative direction with respect to V1-1 to V1-a. V2- (a + 1) to V2-n change in a positive direction with respect to V1- (a + 1) to V1-n.
Here, a is an arbitrary integer of 1 or more and less than n.

以上の原理により、熱平衡状態しきい値電圧V0は、V2−aとV2−(a+1)の間の値であることが分かる。
さらに、書込電圧Vp−1〜Vp−nの値を細かく設定することで、より高い精度でV0の値を求めることができる。
また、メモリビット14−1〜14−nを高温で加熱してもよい。その場合、加熱をしない場合と比較して、同じ経過時間に対するしきい値電圧の値の変化する量が増えるため、V2−aとV2−(a+1)の値の差が小さくなり、より高い精度でV0の値を求めることができる。
Based on the above principle, it is understood that the thermal equilibrium state threshold voltage V0 is a value between V2-a and V2- (a + 1).
Furthermore, the value of V0 can be obtained with higher accuracy by finely setting the values of the write voltages Vp-1 to Vp-n.
Further, the memory bits 14-1 to 14-n may be heated at a high temperature. In that case, since the amount of change in the value of the threshold voltage for the same elapsed time increases as compared with the case where no heating is performed, the difference between the values of V2-a and V2- (a + 1) is reduced and higher accuracy is achieved. Thus, the value of V0 can be obtained.

以上は、V0がV1−1とV1−nとの間にある場合である。V2−1〜V2−nが全てV1−1〜V1−nに対してしきい値電圧の値がマイナス方向に変化する場合は、V0は、V2−nよりもマイナス側の値であるので、書込電圧Vp−1〜Vp−nの値を小さくして再度同じ測定を行う。   The above is a case where V0 is between V1-1 and V1-n. When V2-1 to V2-n all change in the negative direction with respect to V1-1 to V1-n, V0 is a value on the minus side of V2-n. The same measurement is performed again by decreasing the values of the write voltages Vp-1 to Vp-n.

また、V2−1〜V2−nが全てV1−1〜V1−nに対してしきい値電圧の値がプラス方向に変化する場合は、V0は、V2−1よりもプラス側の値であるので、書込電圧Vp−1〜Vp−nの値を大きくして再度同じ測定を行う。   Further, when the threshold voltage values of all of V2-1 to V2-n change in the positive direction with respect to V1-1 to V1-n, V0 is a value on the plus side of V2-1. Therefore, the same measurement is performed again by increasing the values of the write voltages Vp-1 to Vp-n.

以上の説明では、メモリビット14−1〜14−nが複数である場合について説明したが、メモリビットが1つの場合でもよい。例えば、メモリビットが14−1だけであったとすると、メモリビット14−1に印加する書込電圧の値をVp−1とした測定からVp−nとした測定まで、計n回の測定を行うことで、同様にV0の値を特定することが可能である。   In the above description, the case where there are a plurality of memory bits 14-1 to 14-n has been described. For example, if the memory bit is only 14-1, a total of n measurements are performed from the measurement where the value of the write voltage applied to the memory bit 14-1 is Vp-1 to the measurement where Vp-n. Thus, it is possible to specify the value of V0 in the same manner.

また、不揮発性記憶素子40−1〜40−mとメモリビット14−1〜14−nは、同一構造の記憶素子であるので、図2に示した時間の経過に対するしきい値電圧の値の変化は同様であり、V0の値も共通である。よって、不揮発性記憶素子40−1〜40−mの中の一部をメモリビット14−1〜14−nの代わりに使用することができる。例えば、不揮発性記憶素子40−1〜40−nをメモリビット14−1〜14−nの代わりに使用する。このような構成とすることで、同様にV0の値を特定することが可能であり、不揮発性半導体記憶装置のスペース効率の向上にもなる。   Further, since the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m and the memory bits 14-1 to 14-n are memory elements having the same structure, the threshold voltage value with respect to the passage of time shown in FIG. The change is the same, and the value of V0 is also common. Therefore, a part of the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-m can be used instead of the memory bits 14-1 to 14-n. For example, the nonvolatile memory elements 40-1 to 40-n are used instead of the memory bits 14-1 to 14-n. With such a configuration, it is possible to specify the value of V0 in the same manner, and the space efficiency of the nonvolatile semiconductor memory device can be improved.

以上の説明のように、本発明により、記憶素子が情報を保持する時間を長くすることが可能である。   As described above, according to the present invention, it is possible to lengthen the time for which the memory element holds information.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、記憶素子の膜構造や寸法、材質等、記憶素子の構成要素そのものを変更することなく、情報を保持する時間を長くすることが可能であるため、記憶素子が使用されている半導体装置に対して、置き換えが可能である。特に、長時間にわたり情報を記憶する必要があるコンピュータ装置用や電子機器用として好適である。   Since the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can increase the time for retaining information without changing the constituent elements of the memory element such as the film structure, dimensions, and material of the memory element, the memory element It is possible to replace the semiconductor device in which is used. In particular, it is suitable for computer devices and electronic devices that need to store information for a long time.

本発明の不揮発性半導体記憶装置の読み出し装置の構成図である。It is a block diagram of the reading device of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention. 本発明のメモリビットのしきい値電圧の値が時間の経過とともに変化する様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that the value of the threshold voltage of the memory bit of this invention changes with progress of time. 従来例の不揮発性半導体記憶装置の読み出し装置の構成図である。It is a block diagram of the read-out apparatus of the non-volatile semiconductor memory device of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 メモリトランジスタ
2 読出し回路
3 プルアップ負荷回路
4 基準電圧発生回路
5 電圧比較回路
10 測定回路
11 可変電圧発生回路
12 メモリビット読み出し回路
13 判断手段
14−1〜14−n メモリビット
20 制御手段
30 読み出し回路
31 可変抵抗
32 レギュレータ回路
33 負荷Pチャネルトランジスタ
34 コンパレータ
40−1〜40−m 不揮発性記憶素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Memory transistor 2 Reading circuit 3 Pull-up load circuit 4 Reference voltage generating circuit 5 Voltage comparison circuit 10 Measuring circuit 11 Variable voltage generating circuit 12 Memory bit reading circuit 13 Judgment means 14-1 to 14-n Memory bit 20 Control means 30 Reading Circuit 31 Variable resistance 32 Regulator circuit 33 Load P-channel transistor 34 Comparator 40-1 to 40-m Nonvolatile memory element

Claims (5)

不揮発性記憶素子と、メモリビットを有し該メモリビットの熱平衡状態しきい値電圧を計測する測定回路と、前記不揮発性記憶素子の情報を読み出す際のセンスレベルを可変できる読み出し回路と、制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記読み出し回路のセンスレベルを前記測定回路で測定した前記メモリビットの熱平衡状態しきい値電圧と一致させるように制御することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
Nonvolatile memory element, measurement circuit having memory bit and measuring thermal equilibrium threshold voltage of memory bit, read circuit capable of varying sense level when reading information of nonvolatile memory element, and control means And
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the control means controls the sense level of the read circuit to coincide with a thermal equilibrium threshold voltage of the memory bit measured by the measurement circuit.
前記測定回路は、前記メモリビットと、可変電圧発生回路と、メモリビット読み出し回路と、判断手段とを有し、
前記メモリビットは、前記不揮発性記憶素子と同一構造の記憶素子であり、
前記可変電圧発生回路は、複数の書込電圧を出力し、該書込電圧を利用して前記メモリビットに情報を書き込み、
前記メモリビット読み出し回路は、前記書込電圧に相当する前記メモリビットの情報を読み出し、
前記判断手段は、前記メモリビットの情報を利用して、前記メモリビットの熱平衡状態しきい値電圧を測定することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The measurement circuit includes the memory bit, a variable voltage generation circuit, a memory bit read circuit, and a determination unit.
The memory bit is a storage element having the same structure as the nonvolatile storage element,
The variable voltage generation circuit outputs a plurality of write voltages, writes information to the memory bits using the write voltages,
The memory bit read circuit reads information of the memory bit corresponding to the write voltage;
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the determination unit measures a thermal equilibrium state threshold voltage of the memory bit using information of the memory bit.
前記制御手段は、前記熱平衡状態しきい値電圧の値に応じて前記読み出し回路に指示を出し、前記読み出し回路のセンスレベルを前記熱平衡状態しきい値電圧の値に一致させるように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   The control means gives an instruction to the readout circuit in accordance with the value of the thermal equilibrium state threshold voltage, and controls the sense level of the readout circuit to match the value of the thermal equilibrium state threshold voltage. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is a non-volatile semiconductor memory device. 前記読み出し回路は、可変抵抗を有するレギュレータ回路と、負荷Pチャネルトランジスタと、コンパレータとで構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。   4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the read circuit includes a regulator circuit having a variable resistor, a load P-channel transistor, and a comparator. 5. 前記不揮発性記憶素子は、ONO膜を備える多層構造膜を有する素子であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。   5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile memory element is an element having a multilayer structure film including an ONO film. 6.
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