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JP3621501B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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JP3621501B2
JP3621501B2 JP07257996A JP7257996A JP3621501B2 JP 3621501 B2 JP3621501 B2 JP 3621501B2 JP 07257996 A JP07257996 A JP 07257996A JP 7257996 A JP7257996 A JP 7257996A JP 3621501 B2 JP3621501 B2 JP 3621501B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。特に不揮発性半導体メモリ装置のデータ書き込みの高速化及び最適化をするための書き込み系制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば電気的に書き込み及び消去が可能なスタックゲート型の不揮発性半導体メモリ装置には、ビット毎ベリファイ方式が採用されている。ビット毎ベリファイ方式においては、メモリセルにデータの書き込みを行った後に、ビット毎に書き込みが終了したかどうかを検証し、書き込みの終了したッビットに対しては再書き込み動作を禁止し、書き込みが不完全なビット(メモリセルと同意)にのみ再書き込み動作を実行する。全ビットに対してデータの書き込みが終了するまで書き込みと検証を繰り返すことにより、ビット毎の書き込みの速さの違いに応じて最適な書き込みが実現できる。
【0003】
このようなビット毎ベリファイ方式は、全てのデータを所定のメモリセルに書き込んだ後において、同一のデータが書き込まれた各々のメモリセルのしきい電圧の分布の幅を狭くする手段として知られているものである。なお、ビット毎ベリファイ方式に関しては、例えば1990 Syposium on VLSI Circuit (105 〜106 ページ)に詳細に記載されている。
【0004】
また、ベリファイ時に書き込み回数の増加に合わせて書き込み電圧を段階的に上昇させる方式が考えられた。この方式は、ビット毎ベリファイ方式と共に用いられ、メモリセルに与える電圧ストレスを少なくしながらデータの書き込みを全ビットに対してなるべく短い時間で完了させようという技術である。(例えば、特願平6−147918号(特願平5−158386に基づく優先権主張)を参照)。
【0005】
しかし、このようにベリファイ時において段階的に上昇させる書き込み電圧に関し、これを無制限に上昇させることはできない。なぜなら、書き込み電圧の上限値は、メモリセルまたは周辺回路を構成するトランジスタの、ゲート酸化膜の耐圧または接合耐圧によって決定されるからである。よって、書き込み電圧が最大(上限値)になった時点の書き込み動作においてもデータの書き込みが完全に達成されないメモリセルが存在する恐れがある。このようなメモリセルについては、その後、データの書き込みが完了するまで再書き込み動作を繰り返し適当回数だけ行う。
【0006】
しかしながら、上記上限の書き込み電圧が再び同じ書き込み時間でもって繰り返し再書き込み動作が行われることになるので、書き込みにくいメモリセルへのデータの書き込みが完全になるまでの再書き込み動作の繰り返し回数が増加する。再書き込み動作の繰り返し回数が増加すれば当然その分のベリファイ時間及び書き込みのための昇圧時間が増大する。このような現象はメモリシステム全体の書き込み時間を長くし、消費電力を増大させる。
【0007】
また、この他の問題として、プロセス上のばらつきがメモリセル全体の書き込み特性に影響し、チップ毎に書き込み特性が偏向することが考えられる。ここでいうプロセス上のばらつきとは、例えば、フローティングゲートを有するメモリセルを構成するゲート絶縁膜の厚さが1つのウェハ内で微妙に偏る場合が考えられる。あるいは、メモリセルトランジスタのチャネルの長さと幅がチップ間でばらつく場合がある。書き込み電圧をメモリセル内に伝達するには、制御ゲートとフローティングゲートとの間のゲート絶縁膜、フローティングゲートと基板との間のゲート絶縁膜の両者にそれぞれ形成されるキャパシタのカップリング現象が伴うので、メモリセルトランジスタのチャネルの長さと幅、及びゲート絶縁膜の厚さが各々のチップの間でばらつけば、書き込み特性が微妙に異なるメモリチップが製作される。
【0008】
しかしながら、従来ではこのようなプロセス上のばらつきは考慮されずに、メモリセル全体の書き込み特性にどのような偏りがあるチップであっても、書き込み動作では一様に予め決められた書き込み電圧を与える方式であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
書き込み回数の増加に合わせて書き込み電圧を段階的に上昇させる方式では、無制限に書き込み電圧を上昇させることができない。即ち、この方式における書き込み電圧の上限は、メモリセルまたは周辺回路を構成するトランジスタのゲート酸化膜の耐圧または接合耐圧によって決定される。
【0010】
また、書き込み電圧が最大になった時点においても、データの書き込みが完全に終了していないメモリセルが存在する場合、そのメモリセルについては、その後に再書き込みをその上限の書き込み電圧で、かつ同じ書き込み時間で繰り返し行うと、データの書き込みが完全に行われるまでの書き込み動作の繰り返し回数が増加し、それに伴って、その増加分のベリファイ時間及び書き込みのための昇圧時間が増大する。このような現象は、全体の書き込み時間を長くし、消費電力を増大させる。
【0011】
また、従来ではプロセス上のばらつきは考慮されずに、メモリセル全体の書き込み特性にどのような偏りがあるチップが製作されても、書き込み動作は一様に予め決められた書き込み電圧を与える方式でチップ毎の書き込み特性のばらつきに対処できなかった。
【0012】
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、第1の目的は、メモリセルのしきい電圧の分布が広がらずに高速なデータ書き込みを実現する不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【0013】
この発明の第2の目的は、メモリセルのしきい電圧の分布が広がらずに高速なデータ書き込みを、チップ毎のメモリセルの書き込み特性に応じつつ実現する半導体メモリ装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本発明は、メモリセルアレイと、制御ゲートに書き込み電圧を印加することにより、前記メモリセルアレイのメモリセルにデータを書き込む手段と、前記メモリセルアレイのメモリセルからデータを読み出し、正確なデータが書き込まれているか否かを判断する手段と、前記メモリセルアレイの全てのメモリセルに正確なデータが書き込まれていない場合に再書き込みを実行する手段と、前記再書き込みの書き込み回数が増えるに従って書き込み電圧をΔVPPずつ上昇させ、かつ、書き込み電圧が最大値になった後には、書き込み電圧を最大値に維持し、前記再書き込みの書き込み回数が増えるに従って書き込み時間T(n)が、
ΔVPP = A・log ΔT
ΔT = T(n)/T(n−1)
(但し、Aは、定数、nは、書き込み回数、T(n)は、n回目の書き込みの書き込み時間である)
を満たすように、書き込み時間を次第に長く設定する手段とを備えることを特徴とする。
【0015】
上記第2の目的を達成するために、本発明は、上記書き込み電圧が最大値に至るまでの昇圧のレベルを、書き込みの回数に応じて段階的に分けるためのプログラム手段をさらに具備する。
【0016】
この発明によれば、書き込み電圧が上限に達すると書き込み時間を延ばして書き込み効率を上げる。また、チップ毎の書き込み特性に応じるためにプログラム手段によって書き込み電圧の昇圧レベルの段階を可変にする。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の要部を示す回路ブロック図である。図2は図1の回路の動作を示すタイミング図である。図3は図1の回路に関する書き込み動作の制御を示すフローチャートである。本発明では、図3に示したような書き込み及びベリファイ動作をチップ内部の制御回路あるいはチップ外部のコントローラの制御により、自動的に行うことができることを前提とする。
【0018】
例えば、チップ外部からのコマンド信号を受けて、チップ書き込みモードに入ると、チップ内部の制御回路が動作を開始し、書き込み電圧が昇圧され(ST1 )、アドレスで指定されたメモリセルへのデータ書き込み動作が行われる(ST2 )。このとき、書き込み動作回数はCNTとしてカウントされる(ST3 )。その後、ベリファイ動作する(ST4 )。
【0019】
この発明におけるベリファイ動作はビット毎ビットベリファイ方式を前提とする。すなわち、書き込んだメモリセルのデータをセンスアンプに読出し、ビット毎に書き込みが終了したかどうかをチップ内部で判定する。すべてのビットが書き込み終了と判定されなければ、再度、書き込み動作を行う。ただし、すでに書き込みの終了したビットに対しては書き込み禁止状態とする。すべてのビットが書き込み終了と判定されれば、全体の書き込み動作を終了する(ST5 )。ただし、書き込み動作回数CNTが規定の書き込み動作回数Mを越えることはない。書き込み動作回数CNTがM回に達して書き込みが完了しなかった時は異常終了としてこのフローを実施する回路系の外に信号が検出される。以降、上記ベリファイ動作に含まれるベリファイのため読み出し動作をベリファイ・リードと呼ぶ。
【0020】
図1に示す回路ブロックの系は、図3に示すST1 〜3 までのデータ書き込みの一連の動作を制御する。ST4 以降はベリファイ系回路(図示せず)に制御が移行し、ベリファイ系回路が再書き込みを必要とした場合にはこの図1の書き込み系回路に制御が戻される。
【0021】
図1において、メモリセルアレイ中のメモリセル181 はMOS型の不揮発性メモリトランジスタであり、電荷を蓄積するフローティングゲートを有する。フローティングゲート上に配する制御ゲートCGは前記メモリセルアレイ中のワード線に相当する。Dは基板上のドレイン、SLは基板上のソースである。本発明に係る書き込み電圧VPPは制御ゲートCGに印加される。不揮発性のメモリセルトランジスタは、書き込み時には基板と制御ゲートCGとに印加される電位の差の絶対値に応じ、その絶対値が大きいほどしきい電圧が大きく変動し、そのしきい電圧に対応したデータを記憶する。
【0022】
チップ外部からのコマンド信号を受けてチップ書き込みモードに入ると、書き込み制御回路11は、制御信号P,Cを出力する。データの書き込みが開始されると、書き込み制御信号Pの電圧は、“L”レベルから“H”レベルへ変化する。制御信号Pの電圧は、データの書き込み動作を行っている期間(昇圧の時間も含む)、“H”レベルに保持されている。制御信号Cはタイマ13にも入力される。制御信号Cは昇圧が完了しメモリセルに書き込み電圧を与えるための信号である。制御信号Cが“H”レベルに変化すると、タイマ13は、計時動作を開始する。
【0023】
タイマ13は、データの書き込みの回数に応じた所定時間が経過すると、パルス信号Sを出力する。このパルス信号Sが書き込み制御回路11に入力されると、書き込み制御回路11は、制御信号P,Cの電圧を“H”レベルから“L”レベルに変化させる。これにより、1回のデータの書き込みが終了する。一方、カウンタ12は、タイマ13からの信号Sを受け、データの書き込み回数をカウントする。カウンタ12は書き込み回数(CNT)を表す信号N1 ,N2 ,…を出力する。カウンタ12の出力信号N1 ,N2 ,…は、タイマ13及び書き込み電圧制御回路14に入力される。
【0024】
昇圧回路15は“H”レベルの制御信号Pが入力されると、書き込み電圧の昇圧動作を開始する。昇圧回路15が動作を開始してから一定期間が経過すると、昇圧回路15の出力電圧VPPは、第1の書き込み電圧VPP1 になる。昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)VPPは、書き込み電圧制御回路14の出力信号によって決定される。すなわち、書き込み電圧制御回路14は、データの書き込みの回数に応じて、昇圧回路15の出力電圧VPPのレベルを決定する。
【0025】
上述のように、1回目のデータの書き込みでは、書き込み電圧制御回路14は、昇圧回路15が出力電圧として第1の書き込み電圧VPP1 を出力するように、昇圧回路15を制御する。この後、制御信号Cの電圧は、“L”レベルから“H”レベルへ変化する。書き込み電圧出力回路16は、制御信号Cが“H”レベルの期間、昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)を、ロウデコーダ17に供給し、ロウデコーダ17によって選択されたメモリセルの制御ゲートCG(ワード線)に上記書き込み電圧が印加される。
【0026】
この後、ベリファイ動作はこの回路系以外で行われる。ベリファイ・リードされた後、メモリセルに所定のデータが正確に書き込まれているか否かをチェックされ、全てのメモリセルに対して正確にデータが書き込まれている場合には、データの書き込みが完了したと判断し、全体の書き込み動作を終了させる。また、少なくとも1つのメモリセルに対して書き込みが不十分である場合には、2回目のデータの書き込み(再書き込み)を実行する。
【0027】
上記と同様に、2回目のデータの書き込みが、書き込み電圧VPP2 によって行われる。この2回目のデータの書き込みよっても全てのメモリセルに対して正確にデータが書き込まれない場合には、全てのメモリセルに対して正確にデータが書き込まれるまで、3回目以降のデータの書き込み(再書き込み)を実行する。
【0028】
ところでカウンタ12は、タイマ13の信号Sを受けることにより、その信号Sを受け取った時点での書き込みの回数を記憶する。カウンタ12の出力が予め設定された回数Kになるまでは、タイマ13はカウンタ12の出力Niに基いて、各書き込み回数での書き込み時間T(n)が一定時間tになるように信号Sを出力する。
【0029】
カウンタ12からの信号を受ける書き込み電圧制御回路14は、カウンタ12の出力が予め設定された回数Kになるまでは、書き込み電圧がΔVPPずつ上昇するように書き込み電圧VPPを制御する。カウンタ12の出力が予め設定された回数Kより大きくなると、すなわちK+1回目以降の書き込みにおいては、タイマ13は、カウンタ12の出力Niに基いて、各書き込み回数での書き込み時間T(n)が、A×T(n−1)になるように信号Sを出力する。また、書き込み電圧制御回路14はこのカウンタ12の信号を受け、書き込み回数K以降のデータ書き込みにおいては上限の書き込み電圧VPPmax を維持するように制御される。
【0030】
すなわち、回数Kは、書き込み電圧が上限のVPPmax になる回数であり、Aは、書き込み電圧の上昇分ΔVPPに依存する値であり、nは、書き込み回数であり、T(n)は、n回目のデータの書き込みにおける書き込み時間である。すなわち、図2の例では回数K=3、A=4であり、初回のデータの書き込み時間T(1)=t、2回目のデータの書き込み時間T(2)=t、3回目のデータの書き込み時間はT(3)=tである。
【0031】
つまり、昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)VPPが上限のVPPmax になるまでは、書き込み時間は、一定時間tである。昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)を書き込み回数ごとにΔVPP(例えば1.5V)ずつ上昇させ、昇圧回路15の出力電圧VPPが上限のVPPmaxに達したとき(n=K=3)、これ以降のデータの書き込みについては、昇圧回路15の出力電圧は、一定値VPPmax を維持しつつ、書き込み時間はT(n)=4×T(n−1)になるように変化させる。
【0032】
すなわち、図2の例において、4回目のデータの書き込み時間T(4)=4×T(4−1)=4×T(3)=4t、5回目のデータの書き込み時間T(5)=4×T(5−1)=4×T(4)=16tであり、図示しないが、6回目のデータの書き込み時間はT(6)=4×T(6−1)=4×T(5)=64tとなる。
【0033】
上記例で、A=4である理由を説明する。本願発明では、昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)VPPが上限のVPPmax に達したときは、それ以降のデータの書き込みについては、書き込み電圧の上昇分ΔVPP(1.5V)によるメモリセルのしきい電圧の変動分と等価になる分だけ書き込み時間を長くしている。つまり、書き込み電圧VPPが制限されているため、次回の書き込み動作におけるメモリセルのしきい電圧の変動分のさらなる拡大を、書き込み時間を変化させることによって達成している。
【0034】
本願発明は、書き込み電圧の上昇分ΔVPPと、書き込み時間T(n)との間における以下の関係を応用したものである。
ΔVPP = 2.6・log ΔT …(1)
ΔT = T(n)/T(n−1) …(2)
(但し、係数2.6は、製造プロセスに依存する値)
従って、例えば、書き込み電圧の上昇分ΔVPPが約1.5Vとした場合、この書き込み電圧の上昇分ΔVPPによるメモリセルのしきい電圧の変動分と等価な書き込み時間の変化分ΔTは、約4となる。
【0035】
図4はセルのしきい電圧をΔVth上昇させる、書き込み電圧の上昇分ΔVPPと、このΔVPPに等価な書き込み時間の関係を示す特性図である。説明のためメモリセルMC1 ,MC2 ,MC3 は共に書き込み終了直前で同じしきい電圧レベルを持つとする。メモリセルMC1 は書き込みが速く、メモリセルMC3 は書き込みが遅い。メモリセルMC2 はMC1 とMC3 の中間の特性を持っている。
【0036】
ループ1 ,2 ,3 …5 は、図3の書き込み−ベリファイ動作のループの回数である。3回目の書き込み(ループ3 )までは書き込み電圧はΔVPP(=1.5V)ずつ増加し、その後は、同じ電圧VPPmax のままである。4回目の書き込み(ループ4 )以降の書き込み時間の変化分ΔTは各々前の時間分の4倍とした。このような条件は上述の図2と同じである。
【0037】
図4において、メモリセルMC1 は2回のループで書き込み完了する。ループ3 までは書き込み電圧を毎回ΔVPPずつ上昇させているので、書き込み時間に比例してセルのしきい電圧は上昇する。
【0038】
メモリセルMC2 は4回のループで書き込み完了する。ループ4 からは、書き込み電圧はもはや上限(VPPmax )に達しているため上昇せず、VPPmax を維持する。従って、ループ4 以降では、書き込み電圧をさらにΔVPP上昇させたときのセルのしきい電圧の変動分(点線41)と等価な分だけのセルのしきい電圧の変動分を、書き込み時間を変更することによって得る。セルのしきい電圧の推移は書き込み電圧を一定とすると、書き込みに要する時間は指数関数的に増大する。よって、ループ4 ではセルのしきい電圧はカーブ42のように推移することを考慮して、ループ3 の書き込み時間(t)より長い書き込み時間(4t)が必要である。
【0039】
メモリセルMC3 は5回のループで書き込み完了する。ループ4 におけるカーブ43はカーブ42と同様である。ループ5 では、ループ4 の書き込み効果に比べて書き込み電圧をさらにΔVPP上昇させた場合のセルのしきい電圧の変動分と等価な分だけのセルのしきい電圧の変動分を実際に得るために、さらに書き込み時間を変更する。ループ5 ではセルのしきい電圧はカーブ44のように推移することを考慮して、ループ4 の書き込み時間(4t)より長い書き込み時間(16t)が必要である。
【0040】
上記構成によれば、書き込み電圧が上限(VPPmax )に達した後は、それまでの書き込み電圧の上昇分(ΔVPP)に相当する分だけ書き込み時間を毎回増加させる。このため、全ての書き込み動作にわたって、書き込み回数を重ねる毎に徐々に書き込み効率をアップさせることができる。これにより、毎回十分な書き込みを行った後、ベリファイ・リードができ、高速なデータの書き込みが実現できる。
【0041】
例えば、メモリセルへの初回の書き込み時間tとして、ベリファイ・リード及び書き込みのための昇圧の時間の和の時間がtであり、上記書き込み時間tと等しいとする。上述した第1の実施形態を適用して、すべてのメモリセルの書き込みが完了するまで5回のループを要するとすると、全体の書き込み時間は、
(t+t)+(t+t)+(t+t)+(4t+t)+(16t+t)=28t …(3)
となる。
【0042】
仮に従来のように、書き込み電圧が上限(VPPmax )に達しても書き込み時間を増加させない場合を考えると、セルのしきい電圧の上昇が不十分なままベリファイ・リードと書き込みのための昇圧を何度も行うことになる。すなわち、本発明では5回のループで足りるのに対し、この場合では上記4tは4回分、上記16tは16回分のループに相当するから計23回のループとなり、それぞれにベリファイ・リード及び書き込みのための昇圧の時間tがかかるため、全体の書き込み時間は、
(t+t) ×23=46t …(4)
となり、このような効率の悪いループがシステム全体の書き込み時間を増大させる。
【0043】
上記から、(4) 式に比べて(3) 式はメモリ全体の書き込み時間を65%短縮している。このように、本願においては不必要なベリファイ・リード及び書き込みのための昇圧の時間を省略することができ、全体の書き込み時間を短縮することができる。
【0044】
上述の第1の実施形態では、3回目のデータの書き込みまでは、書き込み電圧(制御ゲート電圧)を除々に上昇させ、4回目以降のデータの書き込みは、書き込み電圧(制御ゲート電圧)を一定にして書き込み時間を長くしている。
【0045】
しかし、第1の実施形態では、1つのウェハで複数製作される全てのチップにおけるメモリセルに対して一律に同一の条件で再書き込みを実行する仕様となるため、チップ間で書き込み特性のばらつきが生じた場合には、必ずしも最適ではなくなる恐れがある。その理由を例1、例2として以下に示す。
【0046】
(例1):プロセスの変動等により、設計に比べてデータの書き込みが比較的速いメモリセルを有するチップが製作されたとすると、このチップは通常のチップと比較して少ない書き込み回数で書き込みを終了することになる。この場合、書き込み後のメモリセルのしきい電圧の分布は通常より高くなり、さらに最悪の場合には過書き込み状態になるメモリセルが存在する可能性がある。過書き込み状態とは、読み出し動作において正常な読み出しが不可能となる領域にセルのしきい電圧が分布することをいう。このようなチップに対しては、通常よりも低い書き込み電圧に設定して、書き込み後のセルのしきい電圧の分布を低い位置に抑える必要がある。
【0047】
(例2):プロセスの変動等により、設計に比べてデータの書き込みが比較的遅いメモリセルを有するチップが製作されたとすると、このチップは期待した所望回数以内の書き込み動作で十分なデータ書き込みが行えないため、このチップに関しては初回から書き込み電圧をある程度上げて書き込み回数の増加を抑える必要がある。
【0048】
このような危惧を解消するために、本発明は第2の実施形態を提供する。
図5は本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の要部を示す回路ブロック図である。図6は図5の回路の動作を示すタイミング図である。この第2の実施形態は、チップ毎に、最適な書き込み電圧の与え方が選択できるようにチップ製作後に書き込み電圧の与え方をプログラムする回路を備えている。
【0049】
図5に示す回路ブロックの系は、図3に示すST1 〜3 までのデータ書き込みの一連の動作を制御する。ST4 以降はベリファイ系回路(図示せず)に制御が移る。ベリファイ系回路が再書き込みを必要と判断した場合にはこの図1の書き込み系の回路ブロックに制御が戻される。
【0050】
図5において、書き込み制御回路11は、チップ外部からのコマンド入力を受けて書き込みモードを認識すると、チップ全体の書き込み動作を制御する。書き込み制御回路11は、各書き込み毎に、制御信号P,Cを出力する。制御信号Pは、書き込み電圧制御回路14、昇圧回路15及びヒューズデコーダ20をそれぞれ活性化させる。昇圧回路15は、電源電圧VCCに基いて書き込み電圧VPPを発生する。
【0051】
書き込み電圧制御回路14は、書き込み電圧選択回路21の選択信号V1 〜V10に対応する書き込み電圧VPPを書き込み電圧出力回路16に供給する。制御信号Cに制御される書き込み電圧出力回路16は、供給された書き込み電圧VPPを、ロウデコーダ17を介して、メモリセルアレイ18を構成するメモリセル181 の制御ゲートCG(ワード線)に印加する。
【0052】
また、制御信号Cはタイマ13を起動する。タイマ13は、所定の書き込み時間の経過後、信号Sを出力する。信号Sはパルス信号であり、書き込み制御回路11及びループカウンタ12a,12bに入力される。これにより、制御信号P,Cは、“L”レベルとなり、書き込みが終了する。
【0053】
ループカウンタ12aは、信号Sによってインクリメントされ、全体の書き込み回数をカウントし、書き込み回数を示す信号Niを書き込み電圧選択回路21に出力する。タイマ13は、書き込み電圧選択回路21が上限の書き込み電圧を指定する信号V10を選択するまでは、一定間隔の書き込みパルス(信号S)を出力する。
【0054】
また、書き込み電圧選択回路21において、上限の書き込み電圧に対応する信号V10を選択したとき、制御信号Cのパルス信号が“L”レベルになった後、信号F(図6では“H”レベル)が出力される。ループカウンタ12bは、タイマ13の出力信号Sを受け、書き込み電圧VPPが上限に達した後の書き込み回数をカウントし、信号Mjを出力する。タイマ13は、ループカウンタ12bの出力信号Mjを受けることにより、書き込み電圧VPPが上限に達した後の書き込み回数に比例して書き込み時間を増加させる信号Sを出力する。すなわち、タイマ13は、書き込み電圧VPPが上限に達した後は、制御信号Cのパルス幅を一定倍率で広げるように信号Sを制御する。
【0055】
図7は、図5中のトリミングヒューズ回路19の回路構成の一例を示すものである。図8は、図5中のヒューズデコーダ20の回路構成の一例を示すものである。両者とも実際には上記構成の回路が複数必要である。ここでは、トリミングヒューズ回路19は、図7の回路3個の組み合わせ構成である(i=1 〜3 )。ヒューズデコーダは、図8の回路8個の組み合わせ構成である(i=1 〜8 )。
【0056】
トリミングヒューズ回路は、直列接続された5つのインバータ61〜65と、MOSトランジスタ66と、ヒューズ67とから構成される。制御信号Pは、インバータ61及びMOSトランジスタ66のゲートに入力される。ヒューズ67はポリシリコン層で形成され、溶断はレーザ照射により行う。ヒューズ67は、インバータ62の出力ノードとMOSトランジスタ66のドレインの間に接続される。MOSトランジスタ66のソースは、接地点に接続される。
【0057】
プログラム信号FSi(i=1 〜3 )は、インバータ64から出力され、プログラム信号FSiB(i=1 〜3 )は、インバータ65から出力される。ヒューズデコーダは、制御信号PとFSiまたはFSiBが入力されるNAND回路71と、NAND回路71の出力信号を反転させて信号TRMi(i=1 〜8 )を出力するインバータ72とから構成される。
【0058】
このようなトリミングヒューズ回路19及びヒューズデコーダ20において、ヒューズ67が切断されるか否かによって、信号TRMi(i=1 〜8 )のうちの1つが“H”レベルになる。これにより、8通りの書き込み電圧VPPの供給パターンを選択することが可能になる。このようなVPP供給パターンの選択を以下、書き込み電圧VPPのトリミングと呼ぶ。この実施形態では、書き込み電圧のトリミングをチップ製造後のダイソート工程で行う。
【0059】
図9はヒューズデコーダ20からの出力信号TRMi(i=1 〜8 )により選択される書き込み電圧VPPを示したものである。横軸はヒューズデコーダの出力信号TRMiを示し、縦軸は信号TRMiにより選択される書き込み電圧VPPを示している。なお、縦軸の1目盛りは、例えば0.5Vであり、書き込み回数毎のステップ幅は、例えば1.5Vである。
【0060】
図9においては上限の書き込み電圧VPPmax はV10に対応する電圧である。この上限の書き込み電圧は通常、チップの動作の信頼性を確保するため、メモリセルまたは周辺回路を構成するトランジスタのゲート酸化膜耐圧あるいは接合耐圧よりある一定電圧分低く設定する。書き込み電圧選択回路21からの信号V1 〜V10のうちいずれかが選択されることにより、対応する書き込み電圧が発生するようになっている。
【0061】
なお、図6のV10,V10F は、トリミング(信号TRMi)に関係なく書き込み電圧が上限になる場合の共通の波形である。また、TRM1 〜7 はそれぞれ、初回の書き込み電圧と次の書き込み電圧との差が1.5Vであることから、Vi,Vi+3 はトリミングにおいて、TRM1 〜7 に共通する波形であるので代表的に示した。
【0062】
図9を例を用いて説明する。上記(例1)のような特性を持つチップには、例えば、TRM1 の電圧VPPの供給パターンが選択される。すなわち、トリミングヒューズ回路19にプログラムされたトリミング情報に基き、ヒューズデコーダ20の出力信号TRM1 が“H”レベルとなる。これにより、このチップは書き込み電圧VPPに対応する選択信号V1 ,V4 ,V7 ,V10のうちの1つが各書き込み回数毎に書き込み電圧制御回路14に供給されるようになる。
【0063】
すなわち、書き込み動作の初回であるループ1 (図3の書き込み−ベリファイ動作のST1 〜6 のループの1回目をいう)における、信号V1 に対応する書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この書き込み動作で書き込み不十分なメモリセルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ2 における、信号V4 に対応する書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この書き込み動作で、なお書き込み不十分なメモリセルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ3 における、信号V7 に対応する書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実行される。さらに書き込み不十分なメモリセルに対してそれぞれ、次のループ4 における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書き込みが実行される。
【0064】
上記ループ4 における書き込み後に、さらに書き込み不十分なメモリセルに対してはそれぞれ、図示しないループ5 における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書き込みが実行される。このときには、書き込み時間が長くなり、仮に書き込み電圧をさらにΔVPP(例えば1.5V)上昇させたときのメモリセルのしきい電圧の変動分に相当する書き込み時間が設定される。それ以降、書き込み回数が増える毎にΔVPPに等価的な書き込み時間が設定される。ループカウンタ12aが所定の書き込み回数をカウントしたときは書き込み動作を終了する。この時点でまだ書き込み不十分なメモリセルがあれば、異常終了として図3のフローを実施する回路系の外に検出される。
【0065】
上記(例2)のような特性を持つチップには、例えば、TRM6 の電圧VPPの供給パターンが選択される。すなわち、トリミングヒューズ回路19でプログラムされ、ヒューズデコーダ20の出力信号TRM6 が“H”レベルとなる。これにより、このチップは書き込み電圧VPPとして、選択信号V6 ,V9 ,V10に対応する電圧のうちの1つが各書き込み回数毎に供給されるようになる。
【0066】
すなわち、書き込み動作の初回であるループ1 (図3の書き込み−ベリファイ動作のST1 〜6 のループの1回目をいう)における、信号V6 に対応する書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この書き込み動作で書き込み不十分なメモリセルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ2 における、信号V9 に対応する書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この書き込み動作で、なお書き込み不十分なメモリセルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ3 における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書き込みが実行される。
【0067】
上記ループ3 における書き込み後に、さらに書き込み不十分なメモリセルに対してはそれぞれ、図示しないループ4 における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書き込みが実行される。このときには、書き込み時間が長くなり、仮に書き込み電圧をさらにΔVPP(例えば1.5V)上昇させたときのメモリセルのしきい電圧の変動分に相当する書き込み時間が設定される。それ以降、書き込み回数が増える毎にΔVPPに等価的な書き込み時間が設定される。ループカウンタ12aが所定の書き込み回数をカウントしたときは書き込み動作を終了する。この時点でまだ書き込み不十分なメモリセルがあれば、異常終了として図3のフローを実施する回路系の外に検出される。
【0068】
図10及び図11はそれぞれ、図5中の書き込み電圧選択回路21の構成を部分的に示す回路図である。書き込み電圧選択回路21は、図10の回路構成が10個と図11の回路が1個により構成される。図10において、MOSトランジスタ 9ia, 9ib(i=1 〜8 )は、ノード100 と接地点との間に直列接続され、各ゲートには、入力信号対INPUT i(i=1 〜8 )が入力される。例えば、MOSトランジスタ91a,91bは、ノード100 と接地点との間に直列接続され、各ゲートには入力信号対INPUT 1 が入力される。これらドライブ用のMOSトランジスタ 9ia, 9ib(i=1 〜8 )は、Nチャネルエンハンスメント型MOSトランジスタである。負荷用のMOSトランジスタ99a,99bは、Nチャネルディプレッション型MOSトランジスタであり、ノード100 と電源端子との間に直列接続されている。MOSトランジスタ99a,99bのゲートは、共にノード100 に接続されている。ノード100 の電位は、インバータ99cにより反転され、書き込み電圧選択信号Vi(i=1 〜10)となる。
【0069】
図11において、書き込み選択信号V10は、NORゲート101 及びインバータ103 に入力される。また、リセット信号R及びNORゲート101 の出力信号は、NORゲート102 に入力される。NORゲート102 の出力信号は、NORゲート101 、NANDゲート104 及びインバータ106 に入力される。インバータ103 の出力信号はNANDゲート104 に入力される。NANDゲート104 の出力信号は、インバータ105 を通過して信号Fとなる。また、NORゲート102 の出力信号はインバータ106 ,107 を通過して信号V10Fとなる。
【0070】
すなわち、図11はNORゲート101 と102 によりフリップフロップを構成し、書き込み電圧の上限のVPPmax を指定する信号V10を、書き込み終了(リセット)されるまでラッチする。
【0071】
信号Fは図5におけるタイマ13及びループカウンタ12bに書き込み電圧の上限のVPPmax になったことを伝達する。信号Fを受けたタイマ13は書き込み毎に書き込み時間を所定時間長くするよう書き込み制御回路11に信号S(パルス)を供給すると共に、ループカウンタ12a,12bにパルスをカウントさせる。
表1は、図10及び図11の書き込み電圧選択回路の入出力表を示している。
【0072】
【表1】

Figure 0003621501
【0073】
ループカウンタ12aの出力信号Niとヒューズデコーダの出力信号TRMiの組み合わせ(入力信号対INPUT i各々に相当)により、書き込み電圧選択回路は書き込み電圧制御回路に選択信号V1 ,V2 …,V10Fを出力する。すなわち、この書き込み電圧選択回路21は、トリミングヒューズ回路19にプログラムされたトリミング情報と、ループカウンタ12aの示す書き込み回数に基づき、図9に示すような書き込み電圧VPPを生成するように動作する。
【0074】
図12は、図5の書き込み電圧制御回路の構成を示す回路図である。REFは、チップ内部の他の回路で発生される一定電圧である。入力される選択信号V1 〜V10Fのうちのいずれかか“H”レベルになると、ノードVINと一定電圧REFとが等しくなるように、ノード130 の電圧が決定される。これにより、書き込み電圧VPPは、pn接合ダイオードQ1 〜Q4 の各ブレイクダウン電圧とノード130 の電圧の和に等しくなるように制御され、図5の書き込み電圧出力回路に供給される。
【0075】
上記構成の第2の実施形態における不揮発性半導体メモリ装置において、例えば、図8におけるTRM4 が“H”レベルになるように、ダイソート工程において図7のヒューズ67を切断すれば、1回目のデータ書き込みでは、書き込み電圧VPPは、信号V4 に対応する電圧になり、2回目のデータ書き込みでは、書き込み電圧VPPは、信号V7 に対応する電圧になり、3回目のデータ書き込みでは、書き込み電圧VPPは、信号V10に対応する上限の電圧VPPmax になるように制御される。
【0076】
また、4回目以降のデータ書き込みにおいては、常に、書き込み電圧VPPは、VPPmax になるように制御される。また、書き込み時間は、1回目から3回目までのデータ書き込みにおいては、一定値とし、4回目以降のデータ書き込みにおいては、毎回、前回の書き込み時間の4倍になるように制御する。これにより、チップ毎の書き込み特性を考慮して、チップ毎に最適な書き込み電圧の与え方を個々に設定できる。
【0077】
以上、説明したように、本発明の不揮発性半導体メモリ装置によれば、次のような効果がある。書き込み回数が増えるにつれて次第に書き込み電圧を上昇させ、かつ、書き込み電圧が上限値になった後には、書き込み電圧を最大値に維持し、書き込み回数が増えるにつれて次第に書き込み時間を長くすることにより、全てのメモリセルに高速にデータを書き込むことができ、かつ、メモリセルのしきい電圧の分布の幅も狭くすることができる。さらに書き込み回数が増えるにつれて次第に書き込み電圧を上昇させる書き込み方式であることにより、メモリセルトランジスタのゲート酸化膜にかかるストレスを低減でき、メモリセルの信頼性向上を図ることができる。
【0078】
また、チップ間において書き込み特性のばらつきがある場合にも、チップ毎に最適な書き込み電圧及び書き込み時間を設定する手段を備えることにより、全てのチップについて高速な書き込みが可能となり、狭いしきい電圧の分布が得られる。
【0079】
なお、この発明が適用されるするスタックゲート型の半導体不揮発性メモリセルは、NAND型、AND型、NOR型、DINOR型等いずれの構成でメモリセルアレイを構成してもよい。
【0080】
【発明の効果】
以上、説明したようにこの発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、全てのメモリセルにおいて、しきい電圧の分布が広がらずに高速なデータ書き込みを実現することができ、かつ、メモリセルの閾値分布の幅も狭くすることができる。
【0081】
また、チップ間において書き込み特性のばらつきがある場合にも、チップ毎に最適な書き込み電圧及び書き込み時間を設定する手段を備えることにより、メモリセルのしきい電圧の分布を広げない高速なデータ書き込みを、チップ毎のメモリセルの書き込み特性に応じつつ実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る不揮発性メモリ装置の要部の構成を示す回路ブロック図。
【図2】図1の回路の動作を示す波形図。
【図3】図1の回路に関する書き込み動作の制御を示すフローチャート。
【図4】セルのしきい電圧を上昇させる、書き込み電圧の上昇分及びこの上昇分に等価な書き込み時間の関係を示す特性図。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る不揮発性メモリ装置の要部の構成を示すブロック図。
【図6】図5の回路の動作を示すタイミング図。
【図7】図5のトリミングヒューズ回路の構成を示す回路図。
【図8】図5中のヒューズデコーダの回路構成を示す回路図。
【図9】ヒューズデコーダの出力信号と書き込み電圧の供給パターンとの関係を示す図。
【図10】図5の書き込み電圧選択回路の構成を示す一部の回路図。
【図11】図5の書き込み電圧選択回路の構成を示す一部の回路図。
【図12】図5の書き込み電圧制御回路の構成を示す回路図。
【符号の説明】
11…書き込み制御回路
12,12a,12b…ループカウンタ
13…タイマ
14…書き込み電圧制御回路
15…昇圧回路
16…書き込み電圧出力回路
17…ロウデコーダ
18…メモリセルアレイ
19…トリミングヒューズ回路
20…ヒューズデコーダ
21…書き込み電圧選択回路
62〜65,72,99c,103 ,105 〜107 …インバータ
66,91a〜99a,91b〜99b…MOSトランジスタ
67…ヒューズ
71,104 …NAND回路
101 ,102 …NOR回路
103 ,105 〜107 …インバータ
R1 〜R12…抵抗
Q1 〜Q4 …pn接合ダイオード[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device. In particular, the present invention relates to a write system control circuit for speeding up and optimizing data writing in a nonvolatile semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a bit-by-bit verify method has been adopted in a stack gate type nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased. In the bit-by-bit verification method, after data is written to the memory cell, it is verified whether or not the writing has been completed for each bit. Rewrite operation is performed only on complete bits (consent with memory cell). By repeating the writing and verification until data writing is completed for all bits, optimal writing can be realized according to the difference in writing speed for each bit.
[0003]
Such a bit-by-bit verify method is known as a means for narrowing the threshold voltage distribution width of each memory cell to which the same data is written after all data is written to a predetermined memory cell. It is what. The bit-by-bit verification method is described in detail, for example, in 1990 Symposium on VLSI Circuit (pages 105 to 106).
[0004]
In addition, there has been considered a method in which the write voltage is increased step by step in accordance with the increase in the number of writes during verification. This method is used together with the bit-by-bit verify method, and is a technique for completing data writing in all bits in as short a time as possible while reducing the voltage stress applied to the memory cell. (See, for example, Japanese Patent Application No. 6-147918 (claiming priority based on Japanese Patent Application No. 5-158386)).
[0005]
However, it is not possible to increase the write voltage that is increased stepwise during verification in an unlimited manner. This is because the upper limit value of the write voltage is determined by the breakdown voltage of the gate oxide film or the junction breakdown voltage of the transistor constituting the memory cell or the peripheral circuit. Therefore, there may be a memory cell in which data writing is not completely achieved even in the writing operation at the time when the writing voltage reaches the maximum (upper limit value). For such memory cells, the rewrite operation is repeated an appropriate number of times until data writing is completed.
[0006]
However, the rewrite operation is repeatedly performed with the same upper write voltage and the same write time, so that the number of rewrite operations repeated until the data writing to the hard-to-write memory cell is completed increases. . If the number of rewrite operations is increased, the verify time and the boost time for writing increase accordingly. Such a phenomenon increases the writing time of the entire memory system and increases the power consumption.
[0007]
As another problem, it is considered that process variations affect the write characteristics of the entire memory cell and the write characteristics are deflected for each chip. For example, the variation in process here may be a case where the thickness of a gate insulating film constituting a memory cell having a floating gate is slightly deviated in one wafer. Alternatively, the channel length and width of the memory cell transistor may vary from chip to chip. In order to transmit the write voltage into the memory cell, there is a coupling phenomenon of capacitors formed in both the gate insulating film between the control gate and the floating gate and the gate insulating film between the floating gate and the substrate. Therefore, if the channel length and width of the memory cell transistor and the thickness of the gate insulating film vary among the chips, memory chips having slightly different write characteristics are manufactured.
[0008]
However, conventionally, such a process variation is not taken into consideration, and even if the chip has any bias in the write characteristics of the entire memory cell, a predetermined write voltage is uniformly applied in the write operation. It was a method.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the method in which the write voltage is increased stepwise as the number of times of writing increases, the write voltage cannot be increased without limit. That is, the upper limit of the write voltage in this method is determined by the breakdown voltage or the junction breakdown voltage of the gate oxide film of the transistor constituting the memory cell or the peripheral circuit.
[0010]
Also, when there is a memory cell in which data writing has not been completely completed even when the write voltage reaches the maximum, the memory cell is then rewritten at the upper limit write voltage and the same. When repeated at the write time, the number of repetitions of the write operation until the data is completely written increases, and accordingly, the verify time corresponding to the increase and the boost time for writing increase. Such a phenomenon lengthens the entire writing time and increases power consumption.
[0011]
Conventionally, the variation in the process is not taken into consideration, and the write operation is a method in which a predetermined write voltage is uniformly applied regardless of the deviation of the write characteristics of the entire memory cell. It was not possible to cope with variations in writing characteristics between chips.
[0012]
The present invention has been made to solve the above problems, and a first object thereof is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that realizes high-speed data writing without spreading the threshold voltage distribution of memory cells. It is in.
[0013]
A second object of the present invention is to provide a semiconductor memory device that realizes high-speed data writing in accordance with the write characteristics of the memory cell for each chip without widening the threshold voltage distribution of the memory cells.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the present invention provides a memory cell array,By applying a write voltage to the control gate,Means for writing data to the memory cells of the memory cell array; means for reading data from the memory cells of the memory cell array; determining whether correct data is written; Means for executing rewriting when no data has been written, and the write voltage as the number of rewrites increases.ΔVPP step by stepAfter the voltage is increased and the write voltage reaches the maximum value, the write voltage is maintained at the maximum value, and as the number of rewrite writes increases,The writing time T (n) is
ΔVPP = A · log ΔT
ΔT = T (n) / T (n−1)
(However, A is a constant, n is the number of writes, and T (n) is the write time of the nth write)
To meetAnd a means for setting the writing time gradually longer.
[0015]
In order to achieve the second object, the present invention further comprises program means for dividing the step-up level until the write voltage reaches the maximum value in a stepwise manner according to the number of write operations.
[0016]
According to the present invention, when the write voltage reaches the upper limit, the write time is extended to increase the write efficiency. Further, the step of raising the write voltage level is made variable by the program means in order to meet the write characteristics for each chip.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a main part of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the control of the write operation relating to the circuit of FIG. In the present invention, it is assumed that the write and verify operations as shown in FIG. 3 can be automatically performed under the control of a control circuit inside the chip or a controller outside the chip.
[0018]
For example, when a command signal from the outside of the chip is received and the chip writing mode is entered, the control circuit inside the chip starts operating, the writing voltage is boosted (ST1), and data writing to the memory cell designated by the address is performed. The operation is performed (ST2). At this time, the number of write operations is counted as CNT (ST3). Thereafter, a verify operation is performed (ST4).
[0019]
The verify operation in the present invention assumes a bit-by-bit bit verify method. That is, the data of the written memory cell is read to the sense amplifier, and it is determined inside the chip whether or not the writing is completed for each bit. If it is not determined that all bits have been written, the write operation is performed again. However, writing is prohibited for bits that have already been written. If it is determined that all bits have been written, the entire writing operation is finished (ST5). However, the write operation count CNT does not exceed the prescribed write operation count M. When the number of write operations CNT has reached M times and writing has not been completed, a signal is detected outside the circuit system that performs this flow as abnormal termination. Hereinafter, the read operation for verification included in the verify operation is referred to as verify read.
[0020]
The system of the circuit block shown in FIG. 1 controls a series of data write operations from ST1 to ST3 shown in FIG. After ST4, the control shifts to a verify circuit (not shown), and when the verify circuit needs to rewrite, control is returned to the write circuit of FIG.
[0021]
In FIG. 1, a memory cell 181 in the memory cell array is a MOS type non-volatile memory transistor and has a floating gate for accumulating charges. A control gate CG disposed on the floating gate corresponds to a word line in the memory cell array. D is a drain on the substrate, and SL is a source on the substrate. The write voltage VPP according to the present invention is applied to the control gate CG. In the nonvolatile memory cell transistor, the threshold voltage fluctuates greatly as the absolute value increases according to the absolute value of the difference in potential applied to the substrate and the control gate CG at the time of writing, and corresponds to the threshold voltage. Store the data.
[0022]
When a command signal from the outside of the chip is received and the chip write mode is entered, the write control circuit 11 outputs control signals P and C. When data writing is started, the voltage of the write control signal P changes from “L” level to “H” level. The voltage of the control signal P is kept at the “H” level during the period of data writing operation (including the boosting time). The control signal C is also input to the timer 13. The control signal C is a signal for giving a write voltage to the memory cell after boosting is completed. When the control signal C changes to “H” level, the timer 13 starts a time measuring operation.
[0023]
The timer 13 outputs a pulse signal S when a predetermined time corresponding to the number of data writes has elapsed. When the pulse signal S is input to the write control circuit 11, the write control circuit 11 changes the voltages of the control signals P and C from the “H” level to the “L” level. Thereby, one-time data writing is completed. On the other hand, the counter 12 receives the signal S from the timer 13 and counts the number of data writes. The counter 12 outputs signals N1, N2,... Representing the number of times of writing (CNT). The output signals N1, N2,... Of the counter 12 are input to the timer 13 and the write voltage control circuit 14.
[0024]
When the “H” level control signal P is input, the booster circuit 15 starts the boost operation of the write voltage. When a certain period elapses after the booster circuit 15 starts operating, the output voltage VPP of the booster circuit 15 becomes the first write voltage VPP1. The output voltage (write voltage) VPP of the booster circuit 15 is determined by the output signal of the write voltage control circuit 14. That is, the write voltage control circuit 14 determines the level of the output voltage VPP of the booster circuit 15 in accordance with the number of data writes.
[0025]
As described above, in the first data write, the write voltage control circuit 14 controls the booster circuit 15 so that the booster circuit 15 outputs the first write voltage VPP1 as the output voltage. Thereafter, the voltage of the control signal C changes from “L” level to “H” level. The write voltage output circuit 16 supplies the output voltage (write voltage) of the booster circuit 15 to the row decoder 17 while the control signal C is at the “H” level, and the control gate CG of the memory cell selected by the row decoder 17. The write voltage is applied to (word line).
[0026]
Thereafter, the verify operation is performed outside this circuit system. After verify and read, it is checked whether or not the predetermined data is correctly written in the memory cell. If the data is correctly written in all the memory cells, the data writing is completed. The entire writing operation is terminated. In addition, when writing to at least one memory cell is insufficient, the second data writing (rewriting) is executed.
[0027]
Similar to the above, the second data write is performed by the write voltage VPP2. If the data is not correctly written to all the memory cells even after the second data write, the third and subsequent data write (until the data is correctly written to all the memory cells ( Execute (Rewrite).
[0028]
By the way, the counter 12 receives the signal S of the timer 13 and stores the number of times of writing when the signal S is received. Until the output of the counter 12 reaches a preset number K, the timer 13 outputs a signal S based on the output Ni of the counter 12 so that the write time T (n) at each write count becomes a fixed time t. Output.
[0029]
The write voltage control circuit 14 that receives a signal from the counter 12 controls the write voltage VPP so that the write voltage increases by ΔVPP until the output of the counter 12 reaches a preset number of times K. When the output of the counter 12 becomes larger than the preset number of times K, that is, in writing after the (K + 1) th time, the timer 13 has a writing time T (n) at each writing number based on the output Ni of the counter 12 as follows. The signal S is output so that A × T (n−1). The write voltage control circuit 14 receives the signal from the counter 12 and is controlled so as to maintain the upper limit write voltage VPPmax in the data write after the write count K.
[0030]
That is, the number of times K is the number of times that the write voltage reaches the upper limit VPPmax, A is a value depending on the increase ΔVPP of the write voltage, n is the number of times of write, and T (n) is the nth time. This is the writing time for writing data. That is, in the example of FIG. 2, the number of times K = 3 and A = 4, the first data writing time T (1) = t, the second data writing time T (2) = t, and the third data writing time. The writing time is T (3) = t.
[0031]
That is, the writing time is a fixed time t until the output voltage (writing voltage) VPP of the booster circuit 15 reaches the upper limit VPPmax. When the output voltage (write voltage) of the booster circuit 15 is increased by ΔVPP (for example, 1.5 V) for each write, and the output voltage VPP of the booster circuit 15 reaches the upper limit VPPmax (n = K = 3), For subsequent data writing, the output voltage of the booster circuit 15 is changed so that the writing time becomes T (n) = 4 × T (n−1) while maintaining the constant value VPPmax.
[0032]
That is, in the example of FIG. 2, the fourth data write time T (4) = 4 × T (4-1) = 4 × T (3) = 4t, the fifth data write time T (5) = 4 × T (5-1) = 4 × T (4) = 16t, and although not shown, the sixth data write time is T (6) = 4 × T (6-1) = 4 × T ( 5) = 64t.
[0033]
In the above example, the reason why A = 4 will be described. In the present invention, when the output voltage (write voltage) VPP of the booster circuit 15 reaches the upper limit VPPmax, the subsequent write of data is performed by the memory cell by the increase ΔVPP (1.5 V) of the write voltage. The write time is increased by an amount equivalent to the threshold voltage fluctuation. That is, since the write voltage VPP is limited, further expansion of the threshold voltage fluctuation of the memory cell in the next write operation is achieved by changing the write time.
[0034]
The present invention applies the following relationship between the write voltage increase ΔVPP and the write time T (n).
ΔVPP = 2.6 · log ΔT (1)
ΔT = T (n) / T (n−1) (2)
(However, the coefficient 2.6 depends on the manufacturing process.)
Accordingly, for example, when the increase ΔVPP of the write voltage is about 1.5 V, the change ΔT in the write time equivalent to the change in the threshold voltage of the memory cell due to the increase ΔVPP in the write voltage is about 4. Become.
[0035]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the write voltage increase ΔVPP, which increases the cell threshold voltage by ΔVth, and the write time equivalent to ΔVPP. For the sake of explanation, it is assumed that the memory cells MC1, MC2 and MC3 all have the same threshold voltage level immediately before the end of writing. The memory cell MC1 is written fast, and the memory cell MC3 is written slowly. The memory cell MC2 has characteristics intermediate between MC1 and MC3.
[0036]
Loops 1, 2, 3,... 5 are the number of loops of the write-verify operation in FIG. Until the third writing (loop 3), the writing voltage increases by ΔVPP (= 1.5 V) and thereafter remains the same voltage VPPmax. The change ΔT in the writing time after the fourth writing (loop 4) is 4 times the previous time. Such conditions are the same as those in FIG.
[0037]
In FIG. 4, the memory cell MC1 is completely written in two loops. Since the write voltage is increased by ΔVPP each time up to loop 3, the threshold voltage of the cell increases in proportion to the write time.
[0038]
Writing to the memory cell MC2 is completed in four loops. From loop 4, the write voltage no longer rises because it has already reached the upper limit (VPPmax) and maintains VPPmax. Therefore, in the loop 4 and thereafter, the write time is changed by the amount of change in the threshold voltage of the cell equivalent to the amount of change in the threshold voltage of the cell when the write voltage is further increased by ΔVPP (dotted line 41). Get by. As for the transition of the threshold voltage of the cell, if the write voltage is constant, the time required for writing increases exponentially. Accordingly, in consideration of the fact that the threshold voltage of the cell changes in the loop 4 as shown by the curve 42, the writing time (4t) longer than the writing time (t) of the loop 3 is necessary.
[0039]
Writing to the memory cell MC3 is completed in five loops. The curve 43 in the loop 4 is the same as the curve 42. In the loop 5, in order to actually obtain the fluctuation amount of the cell threshold voltage equivalent to the fluctuation amount of the threshold voltage of the cell when the write voltage is further increased by ΔVPP as compared with the writing effect of the loop 4. Further, change the writing time. In loop 5, considering that the threshold voltage of the cell changes like curve 44, a write time (16t) longer than the write time (4t) of loop 4 is required.
[0040]
According to the above configuration, after the write voltage reaches the upper limit (VPPmax), the write time is increased each time by an amount corresponding to the increase in write voltage (ΔVPP). For this reason, the writing efficiency can be gradually increased every time the number of times of writing is repeated over all the writing operations. Thus, after sufficient writing is performed every time, verify reading can be performed, and high-speed data writing can be realized.
[0041]
For example, it is assumed that the first write time t to the memory cell is t, which is the sum of the boost times for verify read and write, and is equal to the write time t. If the first embodiment described above is applied and five loops are required until the writing of all memory cells is completed, the total writing time is
(T + t) + (t + t) + (t + t) + (4t + t) + (16t + t) = 28t (3)
It becomes.
[0042]
Assuming that the write time is not increased even when the write voltage reaches the upper limit (VPPmax) as in the conventional case, what is the boost for verify read and write without increasing the threshold voltage of the cell? Will do it again. That is, in the present invention, five loops are sufficient. In this case, 4t corresponds to four times, and 16t corresponds to 16 loops, so that a total of 23 loops are obtained. Therefore, the entire writing time is as follows:
(T + t) × 23 = 46t (4)
Thus, such an inefficient loop increases the writing time of the entire system.
[0043]
From the above, compared with the equation (4), the equation (3) shortens the writing time of the entire memory by 65%. In this way, unnecessary boosting time for verify reading and writing can be omitted in the present application, and the entire writing time can be shortened.
[0044]
In the first embodiment described above, the write voltage (control gate voltage) is gradually increased until the third data write, and the write voltage (control gate voltage) is kept constant for the fourth and subsequent data write. To increase the writing time.
[0045]
However, in the first embodiment, the specification is such that rewriting is uniformly performed on the memory cells in all the chips manufactured in a single wafer under the same conditions. If it does, it may not be optimal. The reason is shown below as Example 1 and Example 2.
[0046]
(Example 1): If a chip having a memory cell in which data writing is relatively fast compared to the design is manufactured due to process fluctuations, etc., this chip finishes writing with a smaller number of times of writing than a normal chip. Will do. In this case, the threshold voltage distribution of the memory cell after writing becomes higher than usual, and there is a possibility that there is a memory cell in an overwritten state in the worst case. The overwriting state means that the threshold voltage of the cell is distributed in a region where normal reading is impossible in the reading operation. For such a chip, it is necessary to set the write voltage lower than usual so as to suppress the threshold voltage distribution of the cell after writing to a low position.
[0047]
(Example 2): If a chip having a memory cell in which data writing is relatively slow compared to the design is manufactured due to process variation or the like, this chip can perform sufficient data writing with a write operation within the expected number of times. Since this is not possible, it is necessary to suppress the increase in the number of times of writing for this chip from the first time by raising the write voltage to some extent.
[0048]
In order to eliminate such fears, the present invention provides a second embodiment.
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a main part of a nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG. This second embodiment is provided with a circuit for programming a method for applying a write voltage after chip fabrication so that an optimum method for applying a write voltage can be selected for each chip.
[0049]
The circuit block system shown in FIG. 5 controls a series of data write operations from ST1 to ST3 shown in FIG. After ST4, control is transferred to a verify circuit (not shown). If the verify circuit determines that rewriting is necessary, control is returned to the write circuit block of FIG.
[0050]
In FIG. 5, the write control circuit 11 controls the write operation of the entire chip when it recognizes the write mode upon receiving a command input from the outside of the chip. The write control circuit 11 outputs control signals P and C for each write. The control signal P activates the write voltage control circuit 14, the booster circuit 15, and the fuse decoder 20, respectively. The booster circuit 15 generates a write voltage VPP based on the power supply voltage VCC.
[0051]
The write voltage control circuit 14 supplies a write voltage VPP corresponding to the selection signals V 1 to V 10 of the write voltage selection circuit 21 to the write voltage output circuit 16. The write voltage output circuit 16 controlled by the control signal C applies the supplied write voltage VPP to the control gate CG (word line) of the memory cell 181 constituting the memory cell array 18 via the row decoder 17.
[0052]
Further, the control signal C starts the timer 13. The timer 13 outputs a signal S after a predetermined write time has elapsed. The signal S is a pulse signal and is input to the write control circuit 11 and the loop counters 12a and 12b. As a result, the control signals P and C are set to the “L” level, and the writing is completed.
[0053]
The loop counter 12 a is incremented by the signal S, counts the total number of writes, and outputs a signal Ni indicating the number of writes to the write voltage selection circuit 21. The timer 13 outputs write pulses (signal S) at regular intervals until the write voltage selection circuit 21 selects the signal V10 that designates the upper limit write voltage.
[0054]
Further, when the signal V10 corresponding to the upper limit write voltage is selected in the write voltage selection circuit 21, the signal F ("H" level in FIG. 6) after the pulse signal of the control signal C becomes "L" level. Is output. The loop counter 12b receives the output signal S of the timer 13, counts the number of writes after the write voltage VPP reaches the upper limit, and outputs a signal Mj. By receiving the output signal Mj of the loop counter 12b, the timer 13 outputs a signal S that increases the write time in proportion to the number of writes after the write voltage VPP reaches the upper limit. That is, after the write voltage VPP reaches the upper limit, the timer 13 controls the signal S so as to widen the pulse width of the control signal C at a constant magnification.
[0055]
FIG. 7 shows an example of the circuit configuration of the trimming fuse circuit 19 in FIG. FIG. 8 shows an example of the circuit configuration of the fuse decoder 20 in FIG. Both of them actually require a plurality of circuits having the above configuration. Here, the trimming fuse circuit 19 has a combined configuration of three circuits in FIG. 7 (i = 1 to 3). The fuse decoder has a combined configuration of eight circuits in FIG. 8 (i = 1 to 8).
[0056]
The trimming fuse circuit includes five inverters 61 to 65, a MOS transistor 66, and a fuse 67 connected in series. The control signal P is input to the inverter 61 and the gate of the MOS transistor 66. The fuse 67 is formed of a polysilicon layer, and fusing is performed by laser irradiation. The fuse 67 is connected between the output node of the inverter 62 and the drain of the MOS transistor 66. The source of the MOS transistor 66 is connected to the ground point.
[0057]
Program signal FSi (i = 1 to 3) is output from inverter 64, and program signal FSiB (i = 1 to 3) is output from inverter 65. The fuse decoder includes a NAND circuit 71 to which a control signal P and FSi or FSiB are input, and an inverter 72 that inverts an output signal of the NAND circuit 71 and outputs a signal TRMi (i = 1 to 8).
[0058]
In the trimming fuse circuit 19 and the fuse decoder 20, one of the signals TRMi (i = 1 to 8) becomes “H” level depending on whether or not the fuse 67 is cut. This makes it possible to select eight supply patterns of the write voltage VPP. Such selection of the VPP supply pattern is hereinafter referred to as trimming of the write voltage VPP. In this embodiment, the trimming of the write voltage is performed in a die sort process after chip manufacture.
[0059]
FIG. 9 shows the write voltage VPP selected by the output signal TRMi (i = 1 to 8) from the fuse decoder 20. The horizontal axis indicates the output signal TRMi of the fuse decoder, and the vertical axis indicates the write voltage VPP selected by the signal TRMi. Note that one scale on the vertical axis is, for example, 0.5 V, and the step width for each write count is, for example, 1.5 V.
[0060]
In FIG. 9, the upper limit write voltage VPPmax is a voltage corresponding to V10. This upper limit write voltage is usually set lower by a certain voltage than the gate oxide breakdown voltage or junction breakdown voltage of the transistors constituting the memory cell or peripheral circuit in order to ensure the reliability of the chip operation. When one of the signals V1 to V10 from the write voltage selection circuit 21 is selected, a corresponding write voltage is generated.
[0061]
Note that V10 and V10F in FIG. 6 are common waveforms when the write voltage reaches the upper limit regardless of trimming (signal TRMi). In addition, since the difference between the first write voltage and the next write voltage is 1.5V for each of TRM1-7, Vi and Vi + 3 are representatively shown because they are waveforms common to TRM1-7 during trimming. It was.
[0062]
FIG. 9 will be described using an example. For the chip having the above characteristics (example 1), for example, the supply pattern of the voltage VPP of TRM1 is selected. That is, based on the trimming information programmed in the trimming fuse circuit 19, the output signal TRM1 of the fuse decoder 20 is set to the “H” level. As a result, in this chip, one of the selection signals V1, V4, V7, and V10 corresponding to the write voltage VPP is supplied to the write voltage control circuit 14 every number of times of writing.
[0063]
That is, writing to the memory cell with the write voltage VPP corresponding to the signal V1 is executed in the loop 1 (which is the first loop of the ST1 to ST6 in the write-verify operation in FIG. 3) which is the first write operation. . If there is a memory cell that is insufficiently written by this write operation, writing to the memory cell is performed with the write voltage VPP corresponding to the signal V4 in the next loop 2. In this write operation, if there is a memory cell that is insufficiently written, writing to the memory cell with the write voltage VPP corresponding to the signal V7 in the next loop 3 is executed for each memory cell. Further, writing to the memory cells is performed on the memory cells with insufficient writing in the next loop 4 by the writing voltage VPP (upper limit writing voltage VPPmax) corresponding to the signal V10.
[0064]
After writing in the loop 4, writing to the memory cells is performed on the memory cells that are further insufficiently written with the write voltage VPP (upper limit write voltage VPPmax) corresponding to the signal V 10 in the loop 5 (not shown). The At this time, the write time becomes longer, and the write time corresponding to the variation of the threshold voltage of the memory cell when the write voltage is further increased by ΔVPP (for example, 1.5 V) is set. Thereafter, a write time equivalent to ΔVPP is set every time the number of writes increases. When the loop counter 12a has counted a predetermined number of times of writing, the writing operation is terminated. At this time, if there is a memory cell that is still insufficiently written, it is detected as an abnormal end outside the circuit system that performs the flow of FIG.
[0065]
For the chip having the above characteristics (example 2), for example, the supply pattern of the voltage VPP of TRM6 is selected. That is, programmed by the trimming fuse circuit 19, the output signal TRM6 of the fuse decoder 20 becomes "H" level. As a result, the chip is supplied with one of the voltages corresponding to the selection signals V6, V9, and V10 as the write voltage VPP for each write count.
[0066]
That is, writing to the memory cell is performed by the write voltage VPP corresponding to the signal V6 in the first loop 1 (referred to as the first loop of ST1 to ST6 of the write-verify operation in FIG. 3). . If there is a memory cell that is insufficiently written by this write operation, writing to the memory cell is performed with the write voltage VPP corresponding to the signal V9 in the next loop 2. In this write operation, if there is a memory cell that is insufficiently written, the memory cell is supplied to the memory cell by the write voltage VPP (upper limit write voltage VPPmax) corresponding to the signal V10 in the next loop 3, respectively. Writing is executed.
[0067]
After writing in the loop 3, writing to the memory cells is performed on the memory cells that are further insufficiently written with the write voltage VPP (upper limit write voltage VPPmax) corresponding to the signal V 10 in the loop 4 (not shown). The At this time, the write time becomes longer, and the write time corresponding to the variation of the threshold voltage of the memory cell when the write voltage is further increased by ΔVPP (for example, 1.5 V) is set. Thereafter, a write time equivalent to ΔVPP is set every time the number of writes increases. When the loop counter 12a has counted a predetermined number of times of writing, the writing operation is terminated. At this time, if there is a memory cell that is still insufficiently written, it is detected as an abnormal end outside the circuit system that performs the flow of FIG.
[0068]
10 and 11 are circuit diagrams partially showing the configuration of the write voltage selection circuit 21 in FIG. The write voltage selection circuit 21 includes 10 circuit configurations in FIG. 10 and 1 circuit in FIG. In FIG. 10, MOS transistors 9ia and 9ib (i = 1 to 8) are connected in series between a node 100 and a ground point, and an input signal pair INPUT i (i = 1 to 8) is input to each gate. Is done. For example, the MOS transistors 91a and 91b are connected in series between the node 100 and the ground point, and the input signal pair INPUT 1 is input to each gate. These drive MOS transistors 9ia and 9ib (i = 1 to 8) are N-channel enhancement type MOS transistors. The load MOS transistors 99a and 99b are N-channel depletion type MOS transistors, and are connected in series between the node 100 and the power supply terminal. The gates of MOS transistors 99a and 99b are both connected to node 100. The potential of the node 100 is inverted by the inverter 99c and becomes the write voltage selection signal Vi (i = 1 to 10).
[0069]
In FIG. 11, the write selection signal V 10 is input to the NOR gate 101 and the inverter 103. Further, the reset signal R and the output signal of the NOR gate 101 are input to the NOR gate 102. The output signal of the NOR gate 102 is input to the NOR gate 101, the NAND gate 104, and the inverter 106. The output signal of the inverter 103 is input to the NAND gate 104. The output signal of the NAND gate 104 passes through the inverter 105 and becomes a signal F. The output signal of the NOR gate 102 passes through the inverters 106 and 107 and becomes the signal V10F.
[0070]
That is, in FIG. 11, the NOR gates 101 and 102 constitute a flip-flop, and the signal V10 specifying the upper limit VPPmax of the write voltage is latched until the write is completed (reset).
[0071]
The signal F notifies the timer 13 and the loop counter 12b in FIG. 5 that the upper limit VPPmax of the write voltage has been reached. Upon receiving the signal F, the timer 13 supplies a signal S (pulse) to the write control circuit 11 so as to increase the write time by a predetermined time for each write, and causes the loop counters 12a and 12b to count pulses.
Table 1 shows an input / output table of the write voltage selection circuit of FIGS.
[0072]
[Table 1]
Figure 0003621501
[0073]
The write voltage selection circuit outputs selection signals V1, V2,..., V10F to the write voltage control circuit according to the combination of the output signal Ni of the loop counter 12a and the output signal TRMi of the fuse decoder (corresponding to each of the input signal pair INPUT i). That is, the write voltage selection circuit 21 operates to generate a write voltage VPP as shown in FIG. 9 based on the trimming information programmed in the trimming fuse circuit 19 and the number of times of writing indicated by the loop counter 12a.
[0074]
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of the write voltage control circuit of FIG. REF is a constant voltage generated by other circuits inside the chip. When any one of the input selection signals V1 to V10F becomes “H” level, the voltage of the node 130 is determined so that the node VIN is equal to the constant voltage REF. Thus, the write voltage VPP is controlled to be equal to the sum of the breakdown voltages of the pn junction diodes Q1 to Q4 and the voltage of the node 130, and is supplied to the write voltage output circuit of FIG.
[0075]
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment having the above-described configuration, for example, if the fuse 67 in FIG. 7 is cut in the die sort process so that TRM4 in FIG. Then, the write voltage VPP becomes a voltage corresponding to the signal V4, and in the second data write, the write voltage VPP becomes a voltage corresponding to the signal V7, and in the third data write, the write voltage VPP is The upper limit voltage VPPmax corresponding to V10 is controlled.
[0076]
In the fourth and subsequent data writing, the write voltage VPP is always controlled to be VPPmax. Further, the writing time is controlled to be a constant value in the first to third data writing, and is controlled to be four times the previous writing time in the fourth and subsequent data writing. Thereby, it is possible to individually set the optimum writing voltage for each chip in consideration of the writing characteristics for each chip.
[0077]
As described above, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has the following effects. By gradually increasing the write voltage as the number of writes increases, and maintaining the write voltage at the maximum value after the write voltage reaches the upper limit, and gradually increasing the write time as the number of writes increases, Data can be written to the memory cell at high speed, and the threshold voltage distribution width of the memory cell can be narrowed. Further, the writing method in which the writing voltage is gradually increased as the number of writings increases, so that stress applied to the gate oxide film of the memory cell transistor can be reduced, and the reliability of the memory cell can be improved.
[0078]
In addition, even when there is a variation in writing characteristics between chips, by providing means for setting an optimum writing voltage and writing time for each chip, high-speed writing can be performed for all chips, and a narrow threshold voltage can be set. Distribution is obtained.
[0079]
The stacked gate type semiconductor nonvolatile memory cell to which the present invention is applied may constitute a memory cell array in any configuration such as NAND type, AND type, NOR type, DINOR type, and the like.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, high-speed data writing can be realized in all memory cells without widening the threshold voltage distribution, and the threshold of the memory cell can be realized. The width of the distribution can also be narrowed.
[0081]
In addition, even when there is a variation in writing characteristics between chips, by providing means for setting an optimum writing voltage and writing time for each chip, high-speed data writing that does not broaden the threshold voltage distribution of the memory cells is possible. This is realized according to the write characteristics of the memory cell for each chip.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a main part of a nonvolatile memory device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the circuit of FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing control of a write operation related to the circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an increase in write voltage and a write time equivalent to this increase in increasing the threshold voltage of the cell.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a main part of a nonvolatile memory device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a timing chart showing the operation of the circuit of FIG.
7 is a circuit diagram showing a configuration of a trimming fuse circuit of FIG. 5;
8 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a fuse decoder in FIG. 5. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an output signal of a fuse decoder and a supply pattern of a write voltage.
10 is a partial circuit diagram illustrating a configuration of a write voltage selection circuit in FIG. 5;
11 is a partial circuit diagram showing the configuration of the write voltage selection circuit of FIG. 5;
12 is a circuit diagram showing a configuration of a write voltage control circuit in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
11: Write control circuit
12, 12a, 12b ... loop counter
13 ... Timer
14: Write voltage control circuit
15 ... Booster circuit
16: Write voltage output circuit
17 ... Row decoder
18 ... Memory cell array
19 ... Trimming fuse circuit
20 ... Fuse decoder
21: Write voltage selection circuit
62-65, 72, 99c, 103, 105-107 ... inverter
66, 91a-99a, 91b-99b ... MOS transistors
67 ... Fuse
71, 104 ... NAND circuit
101, 102 ... NOR circuit
103, 105 to 107 ... inverter
R1 to R12 ... resistance
Q1 to Q4 ... pn junction diode

Claims (15)

複数の不揮発性メモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧する昇圧回路と、
書き込み回数をカウントするカウンタと、
前記カウンタの指定する任意の書き込み回数に至るまでは前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を一定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加させるタイマと、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧制御回路と
を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array including a plurality of nonvolatile memory cells;
A booster circuit for boosting a write voltage to be supplied to the memory cell;
A counter that counts the number of writes;
The supply time of the write voltage to the memory cell is constant until the arbitrary number of times of writing specified by the counter is reached, and after the arbitrary number of times of writing, the supply time of the write voltage to the memory cell is stepwise. A timer to increase to
The boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit is divided in stages according to the arbitrary number of writes, and when the write voltage reaches a predetermined upper limit, the write voltage A non-volatile semiconductor memory device comprising a write voltage control circuit for maintaining
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇分が得られるように設定されることを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 ,
The supply time of the write voltage to be increased stepwise is the memory cell corresponding to the increment of one of the write voltages divided stepwise before the write voltage reaches a predetermined upper limit. The threshold voltage rise is set so as to be obtained.
請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分けるためのプログラム手段をさらに具備することを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 ,
It further comprises program means for dividing the step-up level by the step-up circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit in a stepwise manner according to the arbitrary number of writes.
複数の不揮発性メモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧する昇圧回路と、
書き込み動作の所定回数をカウントする第1のカウンタと、
前記所定回数のうちの任意の書き込み回数から後をカウントする第2のカウンタと、
前記第2のカウンタの指定する任意の書き込み回数に至るまでは前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を一定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加させるタイマと、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧制御回路と、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分けるプログラムシステムと
を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array including a plurality of nonvolatile memory cells;
A booster circuit for boosting a write voltage to be supplied to the memory cell;
A first counter that counts a predetermined number of write operations;
A second counter that counts after an arbitrary number of writes of the predetermined number of times;
The supply time of the write voltage to the memory cell is constant until the number of times of writing specified by the second counter is reached, and the time of supply of the write voltage to the memory cell is set after the number of times of writing. A timer that gradually increases
The boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit is divided in stages according to the arbitrary number of writes, and when the write voltage reaches a predetermined upper limit, the write voltage A write voltage control circuit for maintaining
A non-volatile semiconductor memory device, comprising: a program system that divides a step-up level by the step-up circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit in a stepwise manner according to the arbitrary number of write operations.
請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記プログラムシステムは、前記書き込み電圧制御回路に前記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する書き込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の選択信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログラム信号を与えるヒューズ回路とを含むことを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4 .
The program system includes a write voltage selection circuit that outputs a selection signal for setting the boost level to the write voltage control circuit, a decoder that specifies the selection signal of the write voltage selection circuit, and a program signal that is supplied to the decoder. And a fuse circuit to be provided.
請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記プログラムシステムによって、前記任意の書き込み回数の初回の前記昇圧レベルを可変にすると共に、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまで前記昇圧レベルを段階的に分けられる前記任意の書き込み回数が変えられることを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4 .
The program system makes the first boost level of the arbitrary number of writes variable, and changes the arbitrary number of writes that can stepwise divide the boost level until the write voltage reaches a predetermined upper limit. It is characterized by being able to.
請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇分が得られるように設定されることを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4 .
The supply time of the write voltage to be increased stepwise is the memory cell corresponding to the increment of one of the write voltages divided stepwise before the write voltage reaches a predetermined upper limit. The threshold voltage rise is set so as to be obtained.
複数の不揮発性メモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メモリセルを選択するためのデコーダと、
前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧する昇圧回路と、
書き込み回数をカウントするカウンタと、
前記カウンタの指定する任意の書き込み回数に至るまでは前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を一定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加させるタイマと、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧制御回路とを具備し、
前記カウンタのカウント毎に、前記メモリセルアレイの選択したメモリセルに正しいデータが書き込まれているか否かを判断するベリファイが行われ、正しいデータが書き込まれるまでこの選択したメモリセルに対し、前記タイマの制御に従って書き込み動作を行うことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array including a plurality of nonvolatile memory cells;
A decoder for selecting the memory cells;
A booster circuit for boosting a write voltage to be supplied to the memory cell;
A counter that counts the number of writes;
The supply time of the write voltage to the memory cell is constant until the arbitrary number of times of writing specified by the counter is reached, and after the arbitrary number of times of writing, the supply time of the write voltage to the memory cell is stepwise. A timer to increase to
The boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit is divided in stages according to the arbitrary number of writes, and when the write voltage reaches a predetermined upper limit, the write voltage And a write voltage control circuit for maintaining
Each time the counter counts, a verify operation is performed to determine whether correct data is written in the selected memory cell of the memory cell array, and for the selected memory cell until the correct data is written, the timer A nonvolatile semiconductor memory device that performs a write operation according to control.
請求項8記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇分が得られるように設定されることを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8 ,
The supply time of the write voltage to be increased stepwise is the memory cell corresponding to the increment of one of the write voltages divided stepwise before the write voltage reaches a predetermined upper limit. The threshold voltage rise is set so as to be obtained.
請求項8記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回数に応じて段階的に分けるためのプログラム手段をさらに具備する。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8 ,
There is further provided program means for dividing the boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit in a stepwise manner according to the arbitrary number of writes.
請求項10記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記プログラム手段は、前記書き込み電圧制御回路に前記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する書き込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の選択信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログラム信号を与えるヒューズ回路とを含み、前記プログラム手段によって、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまで前記昇圧レベルを段階的に分けられる前記任意の書き込み回数が変わることを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10 ,
The program means includes a write voltage selection circuit that outputs a selection signal for setting the boost level to the write voltage control circuit, a decoder that specifies the selection signal of the write voltage selection circuit, and a program signal to the decoder. The number of times of writing in which the boosted level can be divided in stages until the write voltage reaches a predetermined upper limit is changed by the program means.
複数の不揮発性メモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧する昇圧回路と、
書き込み回数をカウントするカウンタと、
前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を制御するため、前記カウンタによる所定回数のカウントのうち、初回から任意回数までは一定時間間隔でカウントさせ、前記任意回数から後の回数は段階的に増加する時間間隔でカウントさせる信号を出力するタイマと、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧制御回路と
を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array including a plurality of nonvolatile memory cells;
A booster circuit for boosting a write voltage to be supplied to the memory cell;
A counter that counts the number of writes;
In order to control the supply time of the write voltage to the memory cell, among the predetermined number of counts by the counter, the first to arbitrary times are counted at regular time intervals, and the number of times after the arbitrary number is stepwise. A timer that outputs a signal for counting at increasing time intervals;
The boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit is divided in stages according to the arbitrary number of times, and the write voltage is maintained when the write voltage reaches a predetermined upper limit A non-volatile semiconductor memory device comprising: a write voltage control circuit that performs
請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記タイマの出力する信号における段階的に増加する時間間隔はそれぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇分が得られるように設定することを特徴とする。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 12 ,
The time interval that increases stepwise in the signal output from the timer corresponds to the increment of one of the stepwise divisions of the write voltage before the write voltage reaches a predetermined upper limit. The memory cell is set so as to obtain a threshold voltage increase.
複数の不揮発性メモリセルを含むメモリセルアレイと、
前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧する昇圧回路と、
書き込み動作の所定回数をカウントする第1のカウンタと、
前記所定回数のうちの任意回数から後をカウントする第2のカウンタと、
前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を制御するため、前記第1のカウンタによる所定回数のカウントのうち、初回から前記任意回数までは一定時間間隔でカウントさせ、前記任意回数から後の回数は段階的に増加する時間間隔でカウントさせる信号を出力するタイマと、
前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧制御回路と、
前記任意回数の初回の前記昇圧レベルを可変にするため、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応じて段階的に分けるプログラムシステムと
を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array including a plurality of nonvolatile memory cells;
A booster circuit for boosting a write voltage to be supplied to the memory cell;
A first counter that counts a predetermined number of write operations;
A second counter that counts after an arbitrary number of the predetermined number of times;
In order to control the supply time of the write voltage to the memory cell, out of a predetermined number of counts by the first counter, the first to the arbitrary number are counted at regular time intervals, and the number of times after the arbitrary number Is a timer that outputs a signal to be counted at time intervals that increase stepwise,
The boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit is divided in stages according to the arbitrary number of times, and the write voltage is maintained when the write voltage reaches a predetermined upper limit A write voltage control circuit,
A program system that divides the boost level by the booster circuit until the write voltage reaches a predetermined upper limit in a stepwise manner according to the arbitrary number of times in order to make the arbitrary number of initial boost levels variable. A non-volatile semiconductor memory device comprising:
請求項14記載の不揮発性半導体記憶装置において、
前記プログラムシステムは、前記書き込み電圧制御回路に前記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する書き込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の選択信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログラム信号を与えるヒューズ回路とを含むことを特徴とする。
15. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 14 ,
The program system includes a write voltage selection circuit that outputs a selection signal for setting the boost level to the write voltage control circuit, a decoder that specifies the selection signal of the write voltage selection circuit, and a program signal that is supplied to the decoder. And a fuse circuit to be provided.
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