JPH1011988A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents
Non-volatile semiconductor memoryInfo
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- JPH1011988A JPH1011988A JP16322896A JP16322896A JPH1011988A JP H1011988 A JPH1011988 A JP H1011988A JP 16322896 A JP16322896 A JP 16322896A JP 16322896 A JP16322896 A JP 16322896A JP H1011988 A JPH1011988 A JP H1011988A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体不揮発性メ
モリに関し、詳しくは、フラッシュEEPROM等のフ
ローティングゲートに記録された、2値または3値以上
の情報を読み出す方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor nonvolatile memory, and more particularly, to a method for reading binary or ternary or more information recorded on a floating gate such as a flash EEPROM.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、FRAM(Ferro-electric Random
Access Memory)、EPROM(Erasable and Programma
ble Read Only Memory)、EEPROMなどの不揮発性
半導体メモリが注目されている。EPROMやEEPR
OMでは、浮遊ゲートに電荷を蓄積し、電荷の有無によ
る閾値電圧の変化を制御ゲートによって検出することで
データの記憶を行わせるようになっている。また、EE
PROMには、メモリチップ全体でデータの消去を行う
かあるいは、メモリセルアレイを任意のブロックに分け
てその各ブロック単位でデータの消去を行うフラッシュ
EEPROMがある。2. Description of the Related Art In recent years, FRAM (Ferro-electric Random
Access Memory), EPROM (Erasable and Programma)
Non-volatile semiconductor memories such as a ble read only memory (EEPL) and an EEPROM are receiving attention. EPROM and EEPROM
In the OM, charge is stored in a floating gate, and data is stored by detecting a change in threshold voltage due to the presence or absence of a charge by a control gate. Also, EE
PROMs include a flash EEPROM that erases data in the entire memory chip or divides a memory cell array into arbitrary blocks and erases data in each block unit.
【0003】フラッシュEPROMを構成するメモリセ
ルは、スプリットゲート型とスタックトゲート型に大き
く分類される。 (スプリットゲート型)スプリットゲート型のフラッシ
ュEEPROMは、USP5029130(G1 1C 11/4
0)に開示されている。[0003] Memory cells constituting a flash EPROM are roughly classified into a split gate type and a stacked gate type. (Split-gate type) A split-gate type flash EEPROM is disclosed in US Pat. No. 5,029,130 (G11C 11/4).
0).
【0004】図5に、同公報に記載されているスプリッ
トゲート型メモリセル101の断面構造を示す。P型単
結晶シリコン基板102上にN型のソースS及びドレイ
ンDが形成されている。ソースSとドレインDに挟まれ
たチャネルCH上に第1の絶縁膜103を介して浮遊ゲ
ートFGが形成されている。浮遊ゲートFG上に第2の
絶縁膜104を介して制御ゲートCGが形成されてい
る。制御ゲートCGの一部は、第1の絶縁膜103を介
してチャネル上に配置され、選択ゲート105を構成し
ている。FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a split gate memory cell 101 described in the publication. An N-type source S and a drain D are formed on a P-type single crystal silicon substrate 102. A floating gate FG is formed on a channel CH sandwiched between a source S and a drain D via a first insulating film 103. The control gate CG is formed over the floating gate FG with the second insulating film 104 interposed. A part of the control gate CG is arranged on the channel via the first insulating film 103, and forms a selection gate 105.
【0005】図6に、同公報に記載されているスプリッ
トゲート型メモリセル101を用いたフラッシュEEP
ROM121の全体構成を示す。メモリセルアレイ12
2は、複数のメモリセル101がマトリックス上に配置
されて構成されている。行(ロウ)方向に配列された各
メモリセル101の制御ゲートCGは、共通のワード線
WLa〜WLzに接続されている。列(カラム)方向に
配列された各メモリセル101のドレインDは、共通の
ビット線BLa〜BLに接続されている。全てのメモリ
セル101のソースSは共通ソース線SLに接続され、
その共通ソース線SLは接地されている。FIG. 6 shows a flash EEP using a split gate type memory cell 101 described in the publication.
1 shows the overall configuration of a ROM 121. Memory cell array 12
Reference numeral 2 denotes a configuration in which a plurality of memory cells 101 are arranged on a matrix. The control gates CG of the memory cells 101 arranged in the row direction are connected to common word lines WLa to WLz. The drains D of the memory cells 101 arranged in the column direction are connected to common bit lines BLa to BL. The sources S of all the memory cells 101 are connected to a common source line SL,
The common source line SL is grounded.
【0006】各ワード線WLa〜WLzはロウデコ−ダ
123に接続され、各ビット線BLa〜BLzはカラム
デコーダ124に接続されている。外部から指定された
ロウアドレス及びカラムアドレスは、アドレスパッド1
25に入力される。そのロウアドレス及びカラムアドレ
スは、アドレスパッド125からアドレスバッファ12
6を介してアドレスラッチ127へ転送される。アドレ
スラッチ127でラッチされた各アドレスのうち、ロウ
アドレスはロウデコーダ123へ転送され、カラムアド
レスはカラムデコ−ダ124へ転送される。ロウデコ−
ダ123は、そのロウアドレスに対応した1本のワード
線WLa〜WLzを選択し、後記するように、その選択
したワード線の電位を各動作モードに対応して制御す
る。カラムデコ−ダ124は、そのカラムアドレスに対
応したビット線BLa〜BLzを選択し、後記するよう
に、その選択したビット線の電位を各動作モードに対応
して制御する。Each word line WLa-WLz is connected to a row decoder 123, and each bit line BLa-BLz is connected to a column decoder 124. The row address and column address specified from outside are stored in the address pad 1
25. The row address and the column address are transmitted from the address pad 125 to the address buffer 12.
6 to the address latch 127. Of the addresses latched by the address latch 127, the row address is transferred to the row decoder 123, and the column address is transferred to the column decoder 124. Low deco
The damper 123 selects one word line WLa to WLz corresponding to the row address, and controls the potential of the selected word line corresponding to each operation mode, as described later. The column decoder 124 selects a bit line BLa-BLz corresponding to the column address, and controls the potential of the selected bit line according to each operation mode, as described later.
【0007】外部から指定されたデータは、データパッ
ド128に入力される。そのデータは、データパッド1
28から入力バッファ129を介してカラムデコ−ダ1
24へ転送される。カラムデコ−ダ124は、前記のよ
うに選択したビット線BLa〜BLzの電位を、そのデ
ータに対応して後記するように制御する。任意のメモリ
セル101から読み出されたデータは、ビット線BLa
〜BLzからカラムデコ−ダ124を介してセンスアン
プ群130へ転送される。センスアンプ群130は、数
個のセンスアンプ(図示略)から構成されている。カラ
ムデコ−ダ124は、選択したビット線BLa〜BLz
と各センスアンプとを接続する。後記するようにセンス
アンプ群130で判別されたデータは出力バッファ13
1からデータパッド128を介して外部へ出力される。Externally designated data is input to data pad 128. The data is stored in data pad 1
28 through the input buffer 129, the column decoder 1
24. The column decoder 124 controls the potentials of the bit lines BLa to BLz selected as described above in accordance with the data, as described later. Data read from any memory cell 101 is stored in bit line BLa
BLBLz to the sense amplifier group 130 via the column decoder 124. The sense amplifier group 130 includes several sense amplifiers (not shown). The column decoder 124 is connected to the selected bit lines BLa to BLz.
And each sense amplifier. As will be described later, the data determined by the sense amplifier group 130 is output to the output buffer 13.
1 to the outside via the data pad 128.
【0008】尚、上記各回路(123,124,12
6,127,129,130,131)の動作は制御コ
ア回路132によって制御される。次に、フラッシュE
EPROM121の各動作モード(消去モード、書き込
みモード、読み出しモード)について、図7aを参照し
て説明する。尚、いずれの動作モードにおいても、共通
ソース線SLの電位はグランドレベル(=0V)に保持
される。The above circuits (123, 124, 12)
6, 127, 129, 130, 131) are controlled by the control core circuit 132. Next, flash E
Each operation mode (erase mode, write mode, read mode) of the EPROM 121 will be described with reference to FIG. 7A. In any of the operation modes, the potential of the common source line SL is maintained at the ground level (= 0 V).
【0009】(a)消去モード 消去モードにおいて、全てのビット線BLa〜BLzの
電位はグランドレベルに保持される。選択されたワード
線WLmには15Vが供給され、それ以外のワード線
(非選択のワード線)WLa〜WLl,WLn〜WLz
の電位はグランドレベルにされる。そのため、選択され
たワード線WLmに接続されている各メモリセル101
の制御ゲートCGは15Vに持ち上げられる。(A) Erase Mode In the erase mode, the potentials of all bit lines BLa to BLz are held at the ground level. 15 V is supplied to the selected word line WLm, and the other word lines (non-selected word lines) WLa to WL1, WLn to WLz
Is set to the ground level. Therefore, each memory cell 101 connected to the selected word line WLm
Control gate CG is raised to 15V.
【0010】ところで、浮遊ゲートFGとドレインDの
間の静電容量と、制御ゲートCGと浮遊ゲートFGの間
の静電容量とを比べると、前者の方が圧倒的に大きい。
そのため、制御ゲートCGが15V、ドレインが0Vの
場合、制御ゲートCGと浮遊ゲートFGの間には高電界
が生じる。その結果、ファウラー-ノルドハイム・トンネ
ル電流(Fowler-Nordheim Tunnel Current、以下、FN
トンネル電流という)が流れ、浮遊ゲートFGの中の電
子が制御ゲートCG側へ引き抜かれて、メモリセル10
1に記憶されたデータの消去が行われる。When the capacitance between the floating gate FG and the drain D is compared with the capacitance between the control gate CG and the floating gate FG, the former is overwhelmingly larger.
Therefore, when the control gate CG is 15 V and the drain is 0 V, a high electric field is generated between the control gate CG and the floating gate FG. As a result, Fowler-Nordheim Tunnel Current (hereinafter, FN)
(Referred to as a tunnel current), and electrons in the floating gate FG are extracted to the control gate CG side, and the memory cell 10
1 is erased.
【0011】この消去動作は、選択されたワード線WL
mに接続されている全てのメモリセル101に対して行
われる。尚、複数のワード線WLa〜WLzを同時に選
択することにより、その各ワード線に接続されている全
てのメモリセル101に対して消去動作を行うこともで
きる。このように、メモリセルアレイ122を複数組の
ワード線WLa〜WLz毎の任意のブロックに分けてそ
の各ブロック単位でデータの消去を行う消去動作は、ブ
ロック消去と呼ばれる。This erasing operation is performed by selecting the selected word line WL.
This is performed for all the memory cells 101 connected to m. Note that by simultaneously selecting a plurality of word lines WLa to WLz, an erase operation can be performed on all the memory cells 101 connected to each word line. The erasing operation of dividing the memory cell array 122 into arbitrary blocks for each of a plurality of sets of word lines WLa to WLz and erasing data in each block is called block erasing.
【0012】(b)書き込みモード 書き込みモードにおいて、選択されたメモリセル101
の制御ゲートCGに接続されているワード線WLmには
1Vが供給され、それ以外のワード線(非選択のワード
線)WLa〜WLl,WLn〜WLzの電位はグランド
レベルにされる。選択されたメモリセル101のドレイ
ンDに接続されているビット線BLmには12Vが供給
され、それ以外のビット線(非選択のビット線)BLa
〜BLl,BLn〜BLzの電位はグランドレベルにさ
れる。(B) Write mode In the write mode, the selected memory cell 101
1V is supplied to the word line WLm connected to the control gate CG, and the potentials of the other word lines (non-selected word lines) WLa to WL1 and WLn to WLz are set to the ground level. 12 V is supplied to the bit line BLm connected to the drain D of the selected memory cell 101, and the other bit lines (unselected bit lines) BLa
To BLl and BLn to BLz are set to the ground level.
【0013】ところで、メモリセル101の閾値電圧V
thは0.5Vである。従って、選択されたメモリセル
101では、制御ゲートCGが閾値電圧Vth付近にな
り、ソースS中の電子は弱反転のチャネルCH中へ移動
する。一方、ドレインDに12Vが印加されるため、ド
レインDと浮遊ゲートFGとの間の容量を介したカップ
リングにより、浮遊ゲートFGの電位が持ち上げられ
る。そのため、制御ゲートCGと浮遊ゲートFGの間に
は高電界が生じる。従って、チャネルCH中の電子は加
速され、ホットエレクトロンとなって浮遊ゲートFGへ
注入される。その結果、選択されたメモリセル101の
浮遊ゲートFGには電荷が蓄積され、1ビットのデータ
が書き込まれて記憶される。The threshold voltage V of the memory cell 101
th is 0.5V. Therefore, in the selected memory cell 101, the control gate CG becomes close to the threshold voltage Vth, and the electrons in the source S move into the weakly inverted channel CH. On the other hand, since 12 V is applied to the drain D, the potential of the floating gate FG is raised by the coupling between the drain D and the floating gate FG via the capacitance. Therefore, a high electric field is generated between the control gate CG and the floating gate FG. Therefore, the electrons in the channel CH are accelerated, become hot electrons, and are injected into the floating gate FG. As a result, charges are accumulated in the floating gate FG of the selected memory cell 101, and 1-bit data is written and stored.
【0014】この書き込み動作は、消去動作と異なり、
選択されたメモリセル101毎に行うことができる。 (c)読み出しモード 読み出しモードにおいて、選択されたメモリセル101
の制御ゲートCGに接続されているワード線WLmには
5Vが供給され、それ以外のワード線(非選択のワード
線)WLa〜WLl,WLn〜WLzの電位はグランド
レベルにされる。選択されたメモリセル101のドレイ
ンDに接続されているビット線BLmには2.5Vが供
給され、それ以外のビット線(非選択のビット線)BL
a〜BLl,BLn〜BLzはグランドレベルにされ
る。This writing operation is different from the erasing operation.
This can be performed for each selected memory cell 101. (C) Read mode In the read mode, the selected memory cell 101
5V is supplied to the word line WLm connected to the control gate CG, and the potentials of the other word lines (non-selected word lines) WLa to WLl and WLn to WLz are set to the ground level. 2.5 V is supplied to the bit line BLm connected to the drain D of the selected memory cell 101, and the other bit lines (unselected bit lines) BL
a to BLl and BLn to BLz are set to the ground level.
【0015】前記したように、消去状態にあるメモリセ
ル101の浮遊ゲートFG中からは電子が引き抜かれて
いるため、浮遊ゲートFGはプラスに帯電している。ま
た、書き込み状態にあるメモリセル101の浮遊ゲート
FG中には電子が注入されているため、浮遊ゲートFG
はマイナスに帯電している。従って、消去状態にあるメ
モリセル101の浮遊ゲートFG直下のチャネルCHは
オンしており、書き込み状態にあるメモリセル101の
浮遊ゲートFG直下のチャネルCHはオフしている。そ
のため、制御ゲートCGに5Vが印加されたときに、ド
レインDからソースSへ流れる電流(セル電流)は消去
状態のメモリセル101の方が書き込み状態のメモリセ
ル101よりも大きくなる。As described above, since electrons are extracted from the floating gate FG of the memory cell 101 in the erased state, the floating gate FG is positively charged. Further, since electrons are injected into the floating gate FG of the memory cell 101 in the written state, the floating gate FG
Is negatively charged. Therefore, the channel CH immediately below the floating gate FG of the memory cell 101 in the erased state is on, and the channel CH immediately below the floating gate FG of the memory cell 101 in the written state is off. Therefore, when 5 V is applied to the control gate CG, the current (cell current) flowing from the drain D to the source S is larger in the erased memory cell 101 than in the written memory cell 101.
【0016】この各メモリセル101間のセル電流の大
小をセンスアンプ群130内の各センスアンプで判別す
ることにより、メモリセル101に記憶されたデータの
値を読み出すことができる。例えば、消去状態のメモリ
セル101のデータの値を「1」、書き込み状態のメモ
リセル101のデータの値を「0」として読み出しを行
う。つまり、各メモリセル101に、消去状態のデータ
値「1」と、書き込み状態のデータ値「0」の2値を記
憶させることができる。By determining the magnitude of the cell current between the memory cells 101 by each sense amplifier in the sense amplifier group 130, the value of the data stored in the memory cell 101 can be read. For example, reading is performed with the data value of the memory cell 101 in the erased state set to “1” and the data value of the memory cell 101 in the written state set to “0”. That is, each memory cell 101 can store two values of the data value “1” in the erased state and the data value “0” in the written state.
【0017】この読み出し動作は、消去動作と異なり、
選択されたメモリセル101毎に行うことができる。ち
なみに、スプリットゲート型メモリセル101におい
て、ソースSをドレインと呼び、ドレインDをソースと
呼ぶフラッシュEEPROMは、WO92/18980
(G11C 13/00)に開示されている。図7bに、その場合
の各動作モードにおける各部の電位を示す。This read operation is different from the erase operation.
This can be performed for each selected memory cell 101. Incidentally, in the split gate memory cell 101, a flash EEPROM in which the source S is called a drain and the drain D is called a source is WO92 / 18980.
(G11C 13/00). FIG. 7B shows the potential of each part in each operation mode in that case.
【0018】ところで、近年、フラッシュEEPROM
の集積度を向上させるため、メモリセルに消去状態と書
き込み状態の2値(=1ビット)を記憶させるだけでな
く、3値以上を記憶させるようにした多値メモリが提案
されている。図8に、スプリットゲート型メモリセル1
01における浮遊ゲートFGの電位Vfgとセル電流値
Idの特性を示す。尚、浮遊ゲート電位Vfgはソース
Sに対する浮遊ゲートFGの電位である。By the way, in recent years, flash EEPROMs
In order to improve the degree of integration, there has been proposed a multi-valued memory that stores not only binary (= 1 bit) of an erased state and a written state but also three or more levels in a memory cell. FIG. 8 shows a split gate memory cell 1
11 shows characteristics of the potential Vfg of the floating gate FG and the cell current value Id at 01. Note that the floating gate potential Vfg is the potential of the floating gate FG with respect to the source S.
【0019】読み出しモードにおいて、制御ゲートCG
には定電圧(=5V)が印加されているため、制御ゲー
トCGの直下のチャネルCHは定抵抗として機能する。
よって、スプリットゲート型メモリセル101は、浮遊
ゲートFGとソースSおよびドレインDとから構成され
るトランジスタと、制御ゲートCGの直下のチャネルC
Hから成る定抵抗とを直列接続したものとみなすことが
できる。In the read mode, the control gate CG
Is applied with a constant voltage (= 5 V), the channel CH immediately below the control gate CG functions as a constant resistance.
Therefore, the split gate memory cell 101 includes a transistor including the floating gate FG, the source S and the drain D, and the channel C directly below the control gate CG.
It can be considered that a constant resistance made of H is connected in series.
【0020】従って、浮遊ゲート電位Vfgが一定値
(=3.5V)未満の領域では、トランジスタの特性が
支配的となる。そのため、浮遊ゲート電位Vfgがメモ
リセル101の閾値電圧Vth(=0.5V)未満の領
域では、セル電流値Idは零となる。そして、浮遊ゲー
ト電位Vfgが閾値電圧Vthを越えると、セル電流値
Idは右肩上がりの特性を示す。また、浮遊ゲート電位
Vfgが3.5Vを越える領域では、制御ゲートCGの
直下のチャネルCHからなる定抵抗の特性が支配的とな
り、セル電流Idは飽和する。Therefore, in the region where the floating gate potential Vfg is less than a certain value (= 3.5 V), the characteristics of the transistor become dominant. Therefore, in a region where the floating gate potential Vfg is lower than the threshold voltage Vth (= 0.5 V) of the memory cell 101, the cell current value Id becomes zero. When the floating gate potential Vfg exceeds the threshold voltage Vth, the cell current value Id shows a characteristic of rising to the right. In the region where the floating gate potential Vfg exceeds 3.5 V, the characteristic of the constant resistance formed by the channel CH immediately below the control gate CG becomes dominant, and the cell current Id is saturated.
【0021】ところで、浮遊ゲート電位Vfgは、書き
込み動作において浮遊ゲートFGに蓄積された電荷によ
って生じる電位Vfgwと、ドレインDからのカップリ
ングによって生じる電位Vfgcとの和である(Vfg
=Vfgw+Vfgc)。読み出し動作において、電位
Vfgcは一定であるため、セル電流値Idは電位Vf
gwによって一義的に決定される。また、書き込み動作
において、浮遊ゲートFGの電荷量は、その動作時間を
調整することによって制御することができる。従って、
書き込み動作において、その動作時間を調整して浮遊ゲ
ートFGの電荷量を制御することで電位Vfgwを制御
すれば、浮遊ゲート電位Vfgを制御することができ
る。その結果、読み出し動作におけるセル電流値Idを
任意に設定することができる。The floating gate potential Vfg is the sum of the potential Vfgw generated by the charge stored in the floating gate FG in the write operation and the potential Vfgc generated by the coupling from the drain D (Vfg
= Vfgw + Vfgc). In the read operation, since the potential Vfgc is constant, the cell current value Id becomes the potential Vf
gw. In the write operation, the amount of charge of the floating gate FG can be controlled by adjusting the operation time. Therefore,
In the writing operation, if the potential Vfgw is controlled by adjusting the operation time and controlling the amount of charge of the floating gate FG, the floating gate potential Vfg can be controlled. As a result, the cell current value Id in the read operation can be set arbitrarily.
【0022】そこで、図8に示すように、セル電流値I
dが40μA未満の領域をデータ値「11」、40μA
以上80μA未満の領域をデータ値「10」、80μA
以上120μA未満の領域をデータ値「01」、120
μA以上の領域をデータ値「00」に、それぞれ対応づ
ける。そして、書き込み動作において、浮遊ゲート電位
Vfg(=Va,Vb,Vc)が前記各セル電流値Id
(=40,80,120μA)に対応した値になるよう
に動作時間を調整する。このようにすれば、1個のメモ
リセル101に4値(=2ビット)のデータを記憶させ
ることができる。Therefore, as shown in FIG.
The area where d is less than 40 μA is the data value “11”, 40 μA
The data value “10”, 80 μA
The data value “01”, 120
The area of μA or more is associated with the data value “00”. Then, in the write operation, the floating gate potential Vfg (= Va, Vb, Vc) is changed to the cell current value Id.
(= 40, 80, 120 μA) to adjust the operation time. In this way, four-level (= 2 bits) data can be stored in one memory cell 101.
【0023】ところが、セル電流値Idにデータの各値
を対応させると、浮遊ゲート電位Vfgの変化に対して
セル電流値Idの変化が小さい領域については、セル電
流値Idによって浮遊ゲート電位Vfgが一義的に決定
されず、多値化ができないことになる。つまり浮遊ゲー
ト電位Vfgが0.5〜2.5Vの領域については、浮
遊ゲート電位Vfgの変化に対してセル電流値Idの変
化が大きいため、セル電流値Idに対して浮遊ゲート電
位Vfgが一義的に決定され、セル電流値Idに複数の
データ値を対応させることができる。しかし、浮遊ゲー
ト電位Vfgが0.5V未満や3.5V以上の領域につ
いては浮遊ゲート電位Vfgの変化に対してセル電流値
Idが変化しないため、セル電流値Idに対して浮遊ゲ
ート電位Vfgが一義的に決定されず、セル電流値Id
に複数のデータ値を対応させることができない。However, when each value of the data is made to correspond to the cell current value Id, in a region where the change in the cell current value Id is small with respect to the change in the floating gate potential Vfg, the floating gate potential Vfg is changed by the cell current value Id. It is not decided uniquely and multi-value cannot be obtained. That is, in the region where the floating gate potential Vfg is 0.5 to 2.5 V, the change in the cell current value Id is large with respect to the change in the floating gate potential Vfg. Therefore, the floating gate potential Vfg is univocal to the cell current value Id. And a plurality of data values can be made to correspond to the cell current value Id. However, in a region where the floating gate potential Vfg is less than 0.5 V or more than 3.5 V, the cell current value Id does not change with respect to the change in the floating gate potential Vfg. The cell current value Id is not uniquely determined.
Cannot correspond to multiple data values.
【0024】このように、スプリットゲート型メモリセ
ル101を用いたフラッシュEEPROMでは、多値化
に際して、浮遊ゲート電位Vfgの変化に対してセル電
流値Idの変化が多きな領域しか利用することができな
い。 (スタックトゲート型)図9に、スタックトゲート型メ
モリセル201の断面構造を示す。As described above, in the flash EEPROM using the split gate type memory cell 101, only a region where the change in the cell current value Id is large with respect to the change in the floating gate potential Vfg can be used in multi-leveling. . (Stacked Gate Type) FIG. 9 shows a sectional structure of a stacked gate type memory cell 201.
【0025】P型単結晶シリコン基板上にN型ソースS
及びドレインDが形成されている。ソースSとドレイン
Dに挟まれたチャネルCH上に、第1の絶縁膜203を
介して浮遊ゲートFGが形成されている。浮遊ゲートF
G上に第2の絶縁膜204を介して制御ゲートCGが形
成されている。浮遊ゲートFGと制御ゲートCGとは相
互にずれること無く積み重ねられている。従って、ソー
スS及びドレインDは、各ゲートFG,CG及びチャネ
ルCHに対して対称構造をとる。An N-type source S is formed on a P-type single crystal silicon substrate.
And a drain D are formed. A floating gate FG is formed on a channel CH interposed between the source S and the drain D via a first insulating film 203. Floating gate F
A control gate CG is formed on G via a second insulating film 204. The floating gate FG and the control gate CG are stacked without shifting from each other. Therefore, the source S and the drain D have a symmetric structure with respect to each of the gates FG and CG and the channel CH.
【0026】図10に、スタックトゲート型メモリセル
201を用いたフラッシュEEPROM221の全体構
成を示す。フラッシュEEPROM221において、図
6に示したスプリットゲート型メモリセル101を用い
たフラッシュEEPROM121と異なるのは、以下の
点である。FIG. 10 shows an overall configuration of a flash EEPROM 221 using the stacked gate type memory cell 201. The flash EEPROM 221 differs from the flash EEPROM 121 using the split gate type memory cell 101 shown in FIG. 6 in the following points.
【0027】(1)メモリセルアレイ122は、複数の
メモリセル201がマトリックス状に配置されている。 (2)列方向に配列された各メモリセル201のソース
Sは、共通のビット線BLa〜BLzに接続されてい
る。 (3)全てのメモリセル201のドレインDは、共通ド
レイン線DLに接続されている。共通ドレイン線DLは
共通ドレイン線バイアス回路222に接続されている。
共通ドレイン線バイアス回路222は、後記するよう
に、共通ドレイン線DLの電位を各動作モードに対応し
て制御する。共通ドレイン線バイアス回路222の動作
は制御コア回路132によって制御される。(1) In the memory cell array 122, a plurality of memory cells 201 are arranged in a matrix. (2) The sources S of the memory cells 201 arranged in the column direction are connected to common bit lines BLa to BLz. (3) The drains D of all the memory cells 201 are connected to a common drain line DL. The common drain line DL is connected to a common drain line bias circuit 222.
The common drain line bias circuit 222 controls the potential of the common drain line DL according to each operation mode, as described later. The operation of the common drain line bias circuit 222 is controlled by the control core circuit 132.
【0028】ところで、本明細書において、スプリット
ゲート型メモリセル101及びスタックトゲート型メモ
リセル201におけるソースS及びドレインDの呼称は
読み出し動作を基本に決定し、読み出し動作において電
位の高いほうをドレイン、電位の低い方をソースと呼ぶ
ことにする。そして、書き込み動作や消去動作において
も、ソースS及びドレインDの呼称については読み出し
動作におけるそれと同じにする。In this specification, the names of the source S and the drain D in the split gate memory cell 101 and the stacked gate memory cell 201 are determined based on the read operation, and the higher potential in the read operation is determined by the drain. , The lower potential is referred to as the source. In the writing operation and the erasing operation, the names of the source S and the drain D are the same as those in the reading operation.
【0029】次に、フラッシュEEPROM221の各
動作モード(消去モード、書き込みモード、読み出しモ
ード)について、図11を参照して説明する。 (a)消去モード 消去モードにおいて、全てのビット線BLa〜BLzは
オープン状態にされ、全てのワード線WLmの電位はグ
ランドレベルにされる。共通ドレイン線バイアス回路2
22は、共通ドレイン線DLを介して、全てのメモリセ
ル201のドレインDに12Vを印加する。Next, each operation mode (erase mode, write mode, read mode) of the flash EEPROM 221 will be described with reference to FIG. (A) Erasing Mode In the erasing mode, all the bit lines BLa to BLz are set to the open state, and the potentials of all the word lines WLm are set to the ground level. Common drain line bias circuit 2
Reference numeral 22 applies 12 V to the drains D of all the memory cells 201 via the common drain line DL.
【0030】その結果、FNトンネル電流が流れ、浮遊
ゲートFG中の電子がドレインD側へ引き抜かれて、メ
モリセル201に記載されたデータの消去が行われる。
この消去動作は、選択されたワード線WLmに接続され
ている全てのメモリセル201に対して行われる。尚、
複数のワード線WLa〜WLzを同時に選択することに
より、その各ワード線に接続されている全てのメモリセ
ル201に大して消去動作(ブロック消去)を行うこと
もできる。As a result, an FN tunnel current flows, electrons in the floating gate FG are drawn to the drain D side, and data written in the memory cell 201 is erased.
This erase operation is performed on all the memory cells 201 connected to the selected word line WLm. still,
By simultaneously selecting a plurality of word lines WLa to WLz, an erasing operation (block erasing) can be performed on all the memory cells 201 connected to each word line.
【0031】(b)書き込みモード 書き込みモードにおいて、選択されたメモリセル201
の制御ゲートCGに接続されているワード線WLmには
12Vが供給され、それ以外のワード線(非選択のワー
ド線)WLa〜WLl,WLn〜WLzの電位はグラン
ドレベルにされる。選択されたメモリセル201のソー
スSに接続されているビット線BLmには5Vが供給さ
れ、それ以外のビット線(非選択のビット線)BLa〜
BLl,BLn〜BLzの電位はグランドレベルにされ
る。共通ドレイン線バイアス回路222は、共通ドレイ
ン線DLを介して、全てのメモリセル201のドレイン
Dをグランドレベルに保持する。(B) Write Mode In the write mode, the selected memory cell 201
12V is supplied to the word line WLm connected to the control gate CG, and the potentials of the other word lines (non-selected word lines) WLa to WL1 and WLn to WLz are set to the ground level. 5 V is supplied to the bit line BLm connected to the source S of the selected memory cell 201, and the other bit lines (unselected bit lines) BLa to
The potentials of BL1, BLn to BLz are set to the ground level. The common drain line bias circuit 222 holds the drains D of all the memory cells 201 at the ground level via the common drain line DL.
【0032】すると、制御ゲートCGからのカップリン
グによって浮遊ゲートFGの電位が持ち上げられ、ソー
スSの近傍で発生したホットエレクトロンが浮遊ゲート
FGへ注入される。その結果、選択されたメモリセル2
01の浮遊ゲートFGには電荷が蓄積され、1ビットの
データが書き込まれて記憶される。 (c)読み出しモード 読み出しモードにおいて、選択されたメモリセル201
の制御ゲートCGに接続されているワード線WLmには
5Vが供給され、それ以外のワード線(非選択のワード
線)WLa〜WLl,WLn〜WLzの電位はグランド
レベルにされる。全てのビット線BLa〜BLzの電位
はグランドレベルにされる。共通ドレイン線バイアス回
路222は、共通ドレイン線DLを介して、全てのメモ
リセル201のドレインDに5Vを印加する。Then, the potential of the floating gate FG is raised by the coupling from the control gate CG, and hot electrons generated near the source S are injected into the floating gate FG. As a result, the selected memory cell 2
In the floating gate FG 01, charges are accumulated, and 1-bit data is written and stored. (C) Read mode In the read mode, the selected memory cell 201
5V is supplied to the word line WLm connected to the control gate CG, and the potentials of the other word lines (non-selected word lines) WLa to WLl and WLn to WLz are set to the ground level. The potentials of all bit lines BLa to BLz are set to the ground level. The common drain line bias circuit 222 applies 5 V to the drains D of all the memory cells 201 via the common drain line DL.
【0033】その結果、スプリットゲート型メモリセル
101の場合と同様に、ドレインDからソースSへ流れ
る電流(セル電流)は、消去状態のメモリセル201の
方が書き込み状態のメモリセル201よりも大きくな
る。従って、各メモリセル201に、消去状態のデータ
値「1」と、書き込み状態のデータ値「0」の2値を記
憶させることができる。As a result, similarly to the case of the split gate memory cell 101, the current (cell current) flowing from the drain D to the source S is larger in the erased memory cell 201 than in the written memory cell 201. Become. Therefore, each memory cell 201 can store two values of the data value “1” in the erased state and the data value “0” in the written state.
【0034】ところで、スタックトゲート型メモリセル
201を用いたフラッシュEEPROMでも、多値メモ
リが提案されている。図12に、スタックトゲート型メ
モリセル201における浮遊ゲートFGの電位Vfgと
セル電流値Idの特性を示す。尚、浮遊ゲート電位Vf
gはソースSに対する浮遊ゲートFGの電位である。Incidentally, a multi-valued memory has also been proposed for a flash EEPROM using the stacked gate type memory cell 201. FIG. 12 shows characteristics of the potential Vfg of the floating gate FG and the cell current value Id in the stacked gate memory cell 201. Note that the floating gate potential Vf
g is the potential of the floating gate FG with respect to the source S.
【0035】スタックトゲ−ト型メモリセル201で
は、浮遊ゲートFGと制御ゲートCGとが相互にずれる
こと無く積み重ねられているため、スプリットゲート型
メモリセル101のように制御ゲートCGの直下のチャ
ネルCHが定抵抗として機能せず、トランジスタの機能
だけを有する。そのため、浮遊ゲート電位Vfgがメモ
リセル201の閾値電圧Vth(=1V)未満の領域で
は、セル電流値Idは零となる。そして、浮遊ゲート電
位Vfgが閾値電圧Vthを越えると、セル電流値Id
は浮遊ゲート電位Vfgに比例して大きくなる。In the stacked gate type memory cell 201, since the floating gate FG and the control gate CG are stacked without being shifted from each other, the channel CH just below the control gate CG like the split gate type memory cell 101 is provided. Does not function as a constant resistor but has only the function of a transistor. Therefore, in a region where the floating gate potential Vfg is lower than the threshold voltage Vth (= 1 V) of the memory cell 201, the cell current value Id becomes zero. When the floating gate potential Vfg exceeds the threshold voltage Vth, the cell current value Id
Increases in proportion to the floating gate potential Vfg.
【0036】従って、スタックトゲート型メモリセル2
01でも、書き込み動作において、その動作時間を調整
して浮遊ゲートFGの電荷量を制御することで電位Vf
gwを制御すれば、浮遊ゲート電位Vfgを制御するこ
とができる。その結果、読み出し動作におけるセル電流
値Idを任意に設定することができる。そこで、図12
に示すように、セル電流値Idが40μA未満の領域を
データ値「11」、40μA以上80μA未満の領域を
データ値「10」、80μA以上120μA未満の領域
をデータ値「01」、120μA以上160μA未満の
領域をデータ値「00」に、それぞれ対応づける。そし
て、書き込み動作において、浮遊ゲート電位Vfg(=
Va,Vb,Vc,Vd)が前記各セル電流値Id(=
40,80,120,160μA)に対応した値になる
ように動作時間を調整する。このようにすれば、1個の
メモリセル201に4値(=2ビット)のデータを記憶
させることができる。Therefore, the stacked gate type memory cell 2
01, the potential Vf is controlled by adjusting the operation time of the write operation to control the amount of charge of the floating gate FG.
By controlling gw, the floating gate potential Vfg can be controlled. As a result, the cell current value Id in the read operation can be set arbitrarily. Therefore, FIG.
As shown in the figure, the area where the cell current value Id is less than 40 μA is the data value “11”, the area where the cell current value is 40 μA or more and less than 80 μA is the data value “10”, and the area where the cell current value Id is 80 μA or more and less than 120 μA is the data value “01” or 120 μA or more. The areas less than are associated with the data value “00”. Then, in the write operation, the floating gate potential Vfg (=
Va, Vb, Vc, Vd) correspond to the respective cell current values Id (=
(40, 80, 120, 160 μA). In this way, four-level (= 2 bits) data can be stored in one memory cell 201.
【0037】ところが、スタックトゲート型メモリセル
201では、消去動作において浮遊ゲートFGから電荷
を引き抜く際、電荷を過剰に抜き過ぎると、メモリせる
201をオフ状態にするための所定の電圧(=0V)を
制御ゲートCGに印加したときでも、チャネルCHがオ
ンしてしまう。その結果、メモリセル201が常にオン
状態になり、各動作モード(消去モード、書き込みモー
ド、読み出しモード)を行わないスタンバイ状態でもセ
ル電流が流れて、ビット線を共通とするメモリ−セルの
正しいデータ値がすべて読めなくなる、いわゆる過剰消
去の問題が起こる。従って、過剰消去の領域をデータの
記憶に利用するのは望ましくない。However, in the stacked gate type memory cell 201, when an electric charge is excessively extracted from the floating gate FG in the erasing operation, a predetermined voltage (= 0V) for turning off the memory 201 is set. ) Is applied to the control gate CG, the channel CH is turned on. As a result, the memory cell 201 is always turned on, a cell current flows even in a standby state in which each operation mode (erase mode, write mode, read mode) is not performed, and correct data of a memory cell sharing a bit line is provided. A problem of so-called over-erasing occurs in which all values cannot be read. Therefore, it is not desirable to use the over-erased area for storing data.
【0038】読み出し動作においても、浮遊ゲートFG
の電位を決めるのは、制御ゲートCGとのカップリング
によって生じる電位Vfgcと、浮遊ゲートFGに蓄積
された電荷によって生じる電位Vfgwとの和である
(Vfg=Vfgc+Vfgw)。即ち、読み出し動作
において、制御ゲートCGからのカップリングによって
浮遊ゲートFGの電位が5Vに持ち上げられる状態(V
fgc=5V)では、浮遊ゲート電位VfgからVfg
cを差し引いた値が、閾値電圧Vthを越える領域(V
fg−Vfgc=Vfgw>Vth)が過剰消去とな
る。つまりVfgcが5Vの場合、浮遊ゲート電位Vf
gが6V以上の領域が過剰消去となる。In the read operation, the floating gate FG
Is determined by the sum of a potential Vfgc generated by coupling with the control gate CG and a potential Vfgw generated by charges accumulated in the floating gate FG (Vfg = Vfgc + Vfgw). That is, in the read operation, the potential of the floating gate FG is raised to 5 V by the coupling from the control gate CG (V
fgc = 5V), the floating gate potential Vfg to Vfg
c is greater than the threshold voltage Vth (V
fg−Vfgc = Vfgw> Vth) is excessively erased. That is, when Vfgc is 5 V, the floating gate potential Vf
A region where g is 6 V or more is excessively erased.
【0039】また、セル電流値Idにデータの各値を対
応させると、浮遊ゲート電位Vfgの変化に対してセル
電流値Idの変化が小さい領域については、セル電流値
Idによって浮遊ゲート電位Vfgが一義的に決定され
ず、多値化ができない。つまり、浮遊ゲート電位Vfg
が1V未満の領域については浮遊ゲート電位Vfgの変
化に大してセル電流値Idが変化しないため、セル電流
値Idに対して浮遊ゲート電位Vfgが一義的に決定さ
れず、セル電流値Idに複数のデータ値を対応させるこ
とができない。When each value of the data is made to correspond to the cell current value Id, in a region where the change in the cell current value Id is small with respect to the change in the floating gate potential Vfg, the floating gate potential Vfg is changed by the cell current value Id. It cannot be determined uniquely and cannot be multi-valued. That is, the floating gate potential Vfg
Is less than 1 V, the floating gate potential Vfg is not uniquely determined with respect to the cell current value Id because the cell current value Id does not change much to the change in the floating gate potential Vfg. Data values cannot be matched.
【0040】このように、スタックトゲート型メモリセ
ル201を用いたフラッシュEEPROMでは、多値化
に際して、浮遊ゲート電位Vfgの変化に倒してセル電
流値Idの変化が大きな領域で、且つ、過剰消去でない
領域しか利用することができない。As described above, in the flash EEPROM using the stacked gate type memory cell 201, when multi-leveling is performed, an area where the change in the cell current value Id is large due to the change in the floating gate potential Vfg and the excessive erasing is performed. Only areas that are not available can be used.
【0041】[0041]
【発明が解決しようとする課題】単位面積当りのメモリ
素子の集積度を上げるためには、多値化は有力な手段の
一つであり、近年注目されつつある。フラッシュEEP
ROMでは、多値セルデータを読み出す際には、参照電
流値と、読み出しセルのセル電流を比較し、メモリセル
に記録されたデータ値(0,1,2,3 等)を判別す
る。In order to increase the degree of integration of memory elements per unit area, multi-leveling is one of the powerful means, and has been receiving attention in recent years. Flash EEP
When reading the multi-valued cell data, the ROM compares the reference current value with the cell current of the read cell to determine the data value (0, 1, 2, 3, etc.) recorded in the memory cell.
【0042】しかしながら、この参照電流とセル電流と
を比較して、記録データ値を判別している間には、1セ
ル当り100μA前後の電流を流し続けることが必要で
あり、消費電力の増加は免れない。また、メモリセルを
多値化すればするほど、記録されている各値と比較する
ための、参照電流値を多数用意しなければならず、しか
も、参照電流値との比較回数が増え、セルあたりの読み
出し時間が長くなり、高速化に対応できない問題があ
る。However, it is necessary to keep the current of about 100 μA per cell while determining the recording data value by comparing the reference current with the cell current. I can't escape. Also, as the number of memory cells increases, the number of reference current values for comparison with each recorded value must be increased, and the number of comparisons with the reference current value increases. There is a problem that the read time per unit becomes long and it is not possible to cope with high speed.
【0043】一方、データの書き込み読み出しを正確に
安定に実施するには、誤書き込み、誤読み出しを防止す
るために、多値の各データ値に対応する浮遊ゲート電位
Vfgの範囲、およびセル電流値Idの範囲に、十分な
マージン(広い許容範囲)を設けるのが望ましい。しか
し、前記したように、従来タイプのフラッシュEEPR
OMでは、多値化に際して、浮遊ゲート電位Vfgの変
化に対してセル電流値Idの変化が大きな領域しか利用
することができない。そのため、多値の各データ値に対
応する浮遊ゲート電位Vfgおよびセル電流値Idの範
囲に十分なマージンをとるのが難しい。On the other hand, in order to accurately and stably perform data writing and reading, in order to prevent erroneous writing and erroneous reading, the range of the floating gate potential Vfg corresponding to each multi-valued data value, and the cell current value It is desirable to provide a sufficient margin (wide allowable range) in the range of Id. However, as described above, the conventional flash EEPR
The OM can use only a region where the change in the cell current value Id is large with respect to the change in the floating gate potential Vfg when multi-valued. Therefore, it is difficult to secure a sufficient margin in the range of the floating gate potential Vfg and the cell current value Id corresponding to each multi-valued data value.
【0044】例えば、図8に示すスプリットゲート型メ
モリセル101では、各データ値に対応するセル電流値
Idの範囲は40μAであり、データ値「10」に対応
する浮遊ゲート電位Vfgの範囲は0.5V、データ値
「01」に対応する浮遊ゲート電位Vfgの範囲は1V
である。また、図12に示すスタックトゲート型メモリ
セル201では、各データ値に対応するセル電流値Id
の範囲は40μAであり、浮遊ゲート電位Vfgの範囲
は1.25Vである。For example, in the split gate memory cell 101 shown in FIG. 8, the range of the cell current value Id corresponding to each data value is 40 μA, and the range of the floating gate potential Vfg corresponding to the data value “10” is 0. .5 V, the range of the floating gate potential Vfg corresponding to the data value “01” is 1 V
It is. In the stacked gate memory cell 201 shown in FIG. 12, the cell current value Id corresponding to each data value
Is 40 μA, and the range of the floating gate potential Vfg is 1.25 V.
【0045】このように、各データ値に対応する浮遊ゲ
ート電位Vfgの範囲が狭いと、書き込み動作におい
て、マージンが少なく、浮遊ゲート電位Vfgを正確に
許容範囲内に設定するのが難しくなり、読み出し動作に
おいてもマージンが少ないために、誤読み出しが起きや
すい。この問題は多値化が進むにつれてより顕著に現
れ、8値や16値では、4値の場合に比べて、多値の各
データ値に対応する浮遊ゲート電位Vfgの範囲および
セル電流値Idの範囲が狭くなる分だけ、書き込み読み
出し動作のマージン確保がさらに難しくなる。As described above, when the range of the floating gate potential Vfg corresponding to each data value is narrow, the margin in the write operation is small, and it becomes difficult to set the floating gate potential Vfg accurately within the allowable range, and the read operation is performed. In operation, erroneous reading is likely to occur due to a small margin. This problem becomes more conspicuous as multi-valued data is advanced. In the case of 8-valued or 16-valued data, the range of the floating gate potential Vfg corresponding to each multi-valued data value and the cell current value Id are smaller than those of 4-valued data. As the range becomes narrower, it becomes more difficult to secure a margin for the write / read operation.
【0046】一方、マージンを確保することだけを目的
に電源電圧を上げ、Vfgの上限を上げて、セル電流値
の上限を上げれば、読み出しの際に、さらに多くの電流
を流しながら、センスアンプでセルのデータ値を検出す
ることになり、前述の消費電力増加の問題をさらに助長
することになる。本発明は上記問題点を解決するために
なされたものであって、その目的は、読み出し動作にお
いて、電力消費が小さく、且つ十分な読み出しマージン
を確保することが可能な、不揮発性半導体メモリを提供
することにある。On the other hand, if the power supply voltage is increased only for the purpose of securing the margin, the upper limit of Vfg is increased, and the upper limit of the cell current value is increased, the sense amplifier can be supplied while reading more current. In this case, the data value of the cell is detected, which further promotes the above-described problem of increase in power consumption. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory which consumes less power and can secure a sufficient read margin in a read operation. Is to do.
【0047】[0047]
【課題を解決するための手段】請求項1の不揮発性半導
体メモリにあっては、浮遊ゲートFGと制御ゲートCG
とソースSとドレインDとチャネルCHとから成るメモ
リセルを有するものであって、浮遊ゲートFGに記録さ
れているデータを読み出す際、制御ゲートCGに電圧を
印加し始めてから、前記メモリセルが、実際にセル電流
を流し始めるまでに要する時間を計数し、この計数値の
大小によって記録データ値を判別するものである。According to the first aspect of the present invention, a floating gate and a control gate are provided.
And a memory cell including a source S, a drain D, and a channel CH. When reading data recorded in the floating gate FG, after starting to apply a voltage to the control gate CG, the memory cell The time required until the cell current actually starts to flow is counted, and the recording data value is determined based on the magnitude of the counted value.
【0048】すなわち、データの読み出しは、浮遊ゲー
トFGに電圧が印加され始めてから、フローティングゲ
ートの電位が上昇し、読み出しメモリセルが、実際にセ
ル電流を流し始めるまでに要する時間を計数する。例え
ば、この記録された時間が、50ns未満を「0」、5
0ns以上100ns未満を「1」、100ns以上1
50ns未満を「2」、150ns以上200ns未満
を「3」とすれば、計数された時間の大小によって記録
データを判別することができる。That is, in the data reading, the time required from when the voltage starts to be applied to the floating gate FG to when the potential of the floating gate rises and the read memory cell actually starts flowing the cell current is counted. For example, when the recorded time is less than 50 ns, “0”, 5
"1" for 0 ns or more and less than 100 ns, 1 for 100 ns or more
If “2” is less than 50 ns and “3” is 150 ns or more and less than 200 ns, the recording data can be determined based on the magnitude of the counted time.
【0049】また、請求項2の不揮発性半導体メモリに
あっては、浮遊ゲートFGと制御ゲートCGとソースS
とドレインDとチャネルCHとから成るメモリセルを有
するものであって、浮遊ゲートFGに記録されているデ
ータを読み出す際、参照セルの制御ゲートCGに電圧を
印加し、この参照セルがセル電流を流し始めてから前記
メモリセルがセル電流を流し始めるまでの時間を計数
し、この計数値の大小によって記録データ値を判別する
ものである。In the nonvolatile semiconductor memory according to the second aspect, the floating gate FG, the control gate CG, and the source S
When reading data recorded in the floating gate FG, a voltage is applied to the control gate CG of the reference cell, and the reference cell generates a cell current. The time from when the memory cell starts flowing to when the memory cell starts flowing the cell current is counted, and the recording data value is determined based on the magnitude of the counted value.
【0050】すなわち、データの読み出しは、浮遊ゲー
トFGに電圧が印加され始めてから、参照セルの浮遊ゲ
ートFGの電位が上昇し、参照セルがセル電流を流し始
めてから、参照セルと制御ゲートCGを共通にするメモ
リセルがセル電流を流し始めるまでの時間を計数する。
こうすることにより、ゲート加工等の、プロセスばらつ
きに起因するチャネル生成に要する時間変動を、効果的
にデータ検出の誤差から除くことができる。That is, in the data reading, the potential of the floating gate FG of the reference cell rises after the voltage starts to be applied to the floating gate FG, and the reference cell and the control gate CG start to flow after the reference cell starts flowing the cell current. The time until the memory cell to be shared starts to flow the cell current is counted.
This makes it possible to effectively exclude a time variation required for channel generation due to process variations such as gate processing from data detection errors.
【0051】そして、この計数値が、例えば、50ns
未満を0、50ns以上100ns未満を1、100n
s以上150ns未満を2、150ns以上、200n
s未満を3とすれば、計数された時間の大小によって記
録データ値を判別することができる。また、請求項3の
不揮発性半導体メモリにあっては、前記浮遊ゲートFG
に蓄積される電荷の量を制御することで、前記メモリセ
ルに多値データを記録させ、データの読み出しの際に
は、定電流電源で制御ゲートCGに電圧を印加し、制御
ゲートCGからのカップリングによって浮遊ゲートFG
の電位Vfgを制御するものである。The counted value is, for example, 50 ns.
Less than 0, 50 ns or more and less than 100 ns, 1, 100 n
s or more and less than 150 ns, 2, 150 ns or more, 200 n
If less than s is set to 3, the recording data value can be determined based on the magnitude of the counted time. In the nonvolatile semiconductor memory according to the third aspect, the floating gate FG
By controlling the amount of charge stored in the memory cell, multi-value data is recorded in the memory cell, and when reading data, a voltage is applied to the control gate CG with a constant current power supply, Floating gate FG by coupling
To control the potential Vfg.
【0052】すなわち、読み出しモードにおいて、定電
流電源から制御ゲートCGに流れ込む電流の量を調整し
て、制御ゲートCGの時間当りの電位上昇率が小さくな
るように制御する。また、請求項4の不揮発性半導体メ
モリにあっては、前記浮遊ゲートFGに蓄積される電荷
の量を制御することで、前記メモリセルに多値データを
記録させ、データの読み出しの際には、時定数が大きい
回路を通して制御ゲートCGに電圧を印加し、制御ゲー
トCGからのカップリングによって浮遊ゲートFGの電
位Vfgを制御するものである。That is, in the read mode, the amount of current flowing from the constant current power supply to the control gate CG is adjusted so that the potential rise rate of the control gate CG per time is reduced. In addition, in the nonvolatile semiconductor memory according to the fourth aspect, by controlling the amount of charge stored in the floating gate FG, multi-level data is recorded in the memory cell. A voltage is applied to the control gate CG through a circuit having a large time constant, and the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the control gate CG.
【0053】すなわち、読み出しモードにおいて、大き
な抵抗を持った、時定数が1000ns程度かそれ以上
の回路を通して、電圧印加をすることによって、制御ゲ
ートCGの時間当りの電位上昇率が小さくなるように制
御する。また、請求項5の不揮発性半導体メモリにあっ
ては、請求項3又は4に記載の不揮発性半導体メモリに
おいて、時定電流電源で制御ゲートCGに電圧を印加す
ることに代えて、定電流源でドレインD又はソースSに
電圧を印加し、ドレインD又はソースSからのカップリ
ングによって浮遊ゲートFGの電位Vfgを制御するも
のである。That is, in the read mode, by applying a voltage through a circuit having a large resistance and a time constant of about 1000 ns or more, control is performed such that the potential rise rate per unit time of the control gate CG is reduced. I do. According to a fifth aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory according to the third or fourth aspect, a constant current source is used instead of applying a voltage to the control gate CG with a time constant current power supply. A voltage is applied to the drain D or the source S, and the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the drain D or the source S.
【0054】また、請求項6の不揮発性半導体メモリに
あっては、請求項3又は4に記載の不揮発性半導体メモ
リにおいて、時定数が大きい回路を通して制御ゲートC
Gに電圧を印加することに代えて、時定数が大きい回路
を通してドレインD又はソースSに電圧を印加し、ドレ
インD又はソースSからのカップリングによって浮遊ゲ
ートFGの電位Vfgを制御するものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the nonvolatile semiconductor memory according to the third or fourth aspect, wherein the control gate is connected through a circuit having a large time constant.
Instead of applying a voltage to G, a voltage is applied to the drain D or the source S through a circuit having a large time constant, and the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the drain D or the source S. .
【0055】また、請求項7の不揮発性半導体メモリに
あっては、クロックによって時間を計数する時間計数器
を設けたものである。また、請求項8の不揮発性半導体
メモリにあっては、計数時間の大小によって記録データ
値を判別する制御回路を設けたものである。In the nonvolatile semiconductor memory according to the present invention, a time counter for counting time by a clock is provided. Further, in the nonvolatile semiconductor memory according to the present invention, a control circuit for determining a recording data value based on the magnitude of the counting time is provided.
【0056】[0056]
【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した実施
形態を図面に従って説明する。 (第1実施形態)本発明を具体化した第1の実施形態を
図面に基づいて説明する。図1に本実施形態のスプリッ
トゲート型メモリセル101を用いたフラッシュEEP
ROMの全体構成を示す。本実施形態においては、1個
のメモリセル101に4値(=2ビット)以上のデータ
を記憶させることができる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a flash EEP using the split gate memory cell 101 of the present embodiment.
1 shows the overall configuration of a ROM. In this embodiment, one memory cell 101 can store data of four values (= 2 bits) or more.
【0057】図1において、フラッシュEEPROM1
が図6に示す従来のフラッシュEEPROM121と異
なるのは読み出しに関する以下の点であり。消去モ−
ド、書き込みモードに関する部分については従来例と差
がない。 (1)読み出しモードにおいて、カラムデコ−ダでドレ
インDに電圧を印加する際には、定電流電源2を用いて
行う。他のモードでは、この定電流電源2はバイパスさ
れて電圧印加が行われる。In FIG. 1, a flash EEPROM 1
However, the difference from the conventional flash EEPROM 121 shown in FIG. Erase mode
There is no difference between the conventional example and the part relating to the write and write modes. (1) In the read mode, when a voltage is applied to the drain D by the column decoder, it is performed using the constant current power supply 2. In other modes, the constant current power supply 2 is bypassed to apply a voltage.
【0058】(2)読み出しモードにおいて、出力バッ
ファとして時間計数器3が用いられる。これは、ビット
線毎に、2ビット以上の計数器を設けておき、共通クロ
ック4によって電圧を印加した時刻と読み出しメモリセ
ルが電流を流し始める時刻との時間差を計数する。本実
施形態におけるスプリットゲート型メモリセルの断面構
造は図5に示したものと同様である。読み出しの際は、
ドレインDに定電流源2を接続し、ドレインDの電位を
時間とともに上昇させる。この時、ドレインDからのカ
ップリングによって浮遊ゲートFGの電位Vfgも時間
と共に上昇する。浮遊ゲートの電位Vfgがメモリセル
の閾値電圧Vthを越えると、浮遊ゲートの下にチャネ
ルCHが生成され、セル電流が流れ始める。(2) In the read mode, the time counter 3 is used as an output buffer. In this method, a counter of 2 bits or more is provided for each bit line, and the time difference between the time when a voltage is applied by the common clock 4 and the time when the read memory cell starts flowing current is counted. The cross-sectional structure of the split gate memory cell according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. When reading,
The constant current source 2 is connected to the drain D, and the potential of the drain D is increased with time. At this time, the potential Vfg of the floating gate FG also increases with time due to coupling from the drain D. When the potential Vfg of the floating gate exceeds the threshold voltage Vth of the memory cell, a channel CH is generated below the floating gate, and a cell current starts flowing.
【0059】本実施形態では、制御ゲートCGと浮遊ゲ
ートFGとの容量Ccfは、ドレインDと浮遊ゲートF
Gとの容量、及び、浮遊ゲートFGと基板との容量に比
べて非常に小さいので、これを無視して以下に説明を続
ける。ドレインDと読み出しメモリセルの浮遊ゲートF
Gとの間の容量をCdf,浮遊ゲートFGと基板との間
の容量(チャネル生成直前)をCfsとし、ドレインD
とのカップリングによって、容量Cdf,Cfsに蓄積
された正電荷をそれぞれQdf,Qfsとし、ドレイン
Dの電位をVd,浮遊ゲートの電位をVfg,浮遊ゲー
トと基板との電位差をVfsとすれば、浮遊ゲートFG
の電位Vfgが、下記(1)式のようにVthと等しく
なったときに、チャネルが生成される。In this embodiment, the capacitance Ccf between the control gate CG and the floating gate FG is equal to the drain D and the floating gate F
Since the capacitance is very small as compared with the capacitance between G and the capacitance between the floating gate FG and the substrate, this will be ignored and the description will be continued below. Drain D and floating gate F of read memory cell
C, the capacitance between the floating gate FG and the substrate (immediately before channel generation) is Cfs, and the drain D
As a result, the positive charges accumulated in the capacitors Cdf and Cfs are Qdf and Qfs, respectively, the potential of the drain D is Vd, the potential of the floating gate is Vfg, and the potential difference between the floating gate and the substrate is Vfs. Floating gate FG
Is generated when the potential Vfg becomes equal to Vth as shown in the following equation (1).
【0060】 Vfg=Vth=Vfs=Vd−Vdf −−−(1) 本発明ではこれに要した時間tを測定し、書き込まれた
データ値を判別する。即ち、データの書き込みによっ
て、浮遊ゲートFGに電子(負電荷)−Qwが蓄積され
た状態で、チャネルが生成される場合は、 Vdf=(Qw+Qdf)/Cdf Vfs=Vth=Vfg=Qfs/Cfs Qdf=Qfs 従って、 Vd=Vdf+Vth=(Qw+Qdf)/Cdf+Q
fs/Cfs となり、浮遊ゲートCGに電荷の蓄積が無い場合に比べ
て、制御ゲートCGにQw/Cdfだけ大きな電位を与
えないとチャネル生成が起こらず、この分だけチャネル
生成に時間を要する。このため、定電流電源2を用い、
時間に比例してドレインDに正電荷を与え、制御ゲート
CGの電位を上げていけば、データ書き込みによって蓄
積された電子の量は、チャネル生成に要する時間によっ
て、一義的に検出される。Vfg = Vth = Vfs = Vd−Vdf (1) In the present invention, the time t required for this is measured to determine the written data value. That is, when a channel is generated in a state where electrons (negative charges) -Qw are accumulated in the floating gate FG by writing data, Vdf = (Qw + Qdf) / Cdf Vfs = Vth = Vfg = Qfs / Cfs Qdf = Qfs Therefore, Vd = Vdf + Vth = (Qw + Qdf) / Cdf + Q
fs / Cfs, and channel generation does not occur unless a potential larger by Qw / Cdf is applied to the control gate CG than in the case where no charge is accumulated in the floating gate CG, and it takes time to generate a channel accordingly. Therefore, the constant current power supply 2 is used,
If a positive charge is applied to the drain D in proportion to time and the potential of the control gate CG is increased, the amount of electrons accumulated by data writing is uniquely detected by the time required for channel generation.
【0061】例えば、4値のデータを判別する場合、時
間 t<a の場合が「00」、a<t<b の場合が
「01」、b<t<c の場合が「10」、t>b の
場合が「11」(a<b<c<d)、というようにあら
かじめ規定しておき、制御コア回路132で比較判定す
る。 (第2実施形態)本発明を具体化した第2の実施形態を
図面に基づいて説明する。For example, when discriminating quaternary data, "00" is used when time t <a, "01" when a <t <b, "10" when b <t <c, t > B is defined in advance as “11” (a <b <c <d), and the control core circuit 132 compares and determines. (Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0062】本実施形態において、第1実施形態と異な
るのは、読み出しに関する以下の点であり。その他の部
分については、第1実施形態と同様である。 (1)読み出しモードにおいて、カラムデコ−ダ124
でドレインDに電圧を印加する際に、定電流電源2に代
えて、図2に示すように、時定数の大きな回路5を通し
て、通常の定電圧電源6を用いて行う。他のモードで
は、この時定数の大きな回路5はバイパスされて電圧印
加が行われる。The present embodiment differs from the first embodiment in the following points relating to reading. Other parts are the same as in the first embodiment. (1) In the read mode, the column decoder 124
When a voltage is applied to the drain D by using a normal constant voltage power supply 6 through a circuit 5 having a large time constant as shown in FIG. In other modes, the circuit 5 having a large time constant is bypassed and voltage is applied.
【0063】即ち、定電圧電源の出力電圧を V0、回路
5の時定数を τ とすれば、読み出しモードにおける、
ドレイン電圧Vdは Vcg = V0[1-exp(-t/τ)] (τ は時定数,t は時間,V0 は電源電圧)となる。
時定数の大きな回路5には大きな抵抗Rと容量Cが入っ
ており、時定数は1000nsかそれ以上になってい
る。このように、大きな時定数を持った回路を通してド
レインDに電圧を印加すると、時間当りの電圧上昇を小
さくでき時間の経過とともに、次第に大きな電圧がドレ
インDに印加される。このように時定数の大きな回路5
を使うことで、時間当りのドレインDの電圧上昇率を小
さくでき、この際には第1実施形態と同様に浮遊ゲート
にデータ書き込みによって蓄積された電子が多いほど、
読み出しメモリセルが閾値電圧に到達するまでに時間が
多くかかり、この時間を計数することで書き込まれたデ
ータ値を判別することができる。 (第3実施形態)本発明を具体化した第3の実施形態を
以下に説明する。That is, if the output voltage of the constant voltage power supply is V 0 and the time constant of the circuit 5 is τ,
The drain voltage Vd is Vcg = V 0 [1-exp (−t / τ)] (where τ is a time constant, t is time, and V 0 is a power supply voltage).
The circuit 5 having a large time constant includes a large resistance R and a large capacitance C, and the time constant is 1000 ns or more. As described above, when a voltage is applied to the drain D through a circuit having a large time constant, a voltage rise per unit time can be reduced, and a gradually larger voltage is applied to the drain D as time passes. Circuit 5 with a large time constant as described above
Can reduce the rate of voltage rise of the drain D per time. In this case, as in the first embodiment, the more electrons accumulated in the floating gate by data writing,
It takes a long time for the read memory cell to reach the threshold voltage, and the written data value can be determined by counting this time. (Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below.
【0064】本実施形態において、第1実施形態と異な
るのは、読み出しに関する以下の点であり。その他の部
分については、第1実施形態と同様である。 (1)読み出しモードにおいて、出力バッファとなる時
間計数器3には、同時に読み出すセルの個数だけ、2ビ
ット以上の計数器を設けておき、共通のクロック4の信
号を利用して、読み出しメモリセルのドレインDに電圧
を印加した時刻と、読み出しメモリセルが電流を流し始
める時刻との時間差を計数する。The second embodiment differs from the first embodiment in the following points relating to reading. Other parts are the same as in the first embodiment. (1) In the read mode, the time counter 3 serving as an output buffer is provided with a counter of 2 bits or more for the number of cells to be read at the same time. The time difference between the time when a voltage is applied to the drain D and the time when the read memory cell starts flowing current is counted.
【0065】従って、計数器の個数はデータの入出力線
の本数だけ用意すれば足り、全てのビット線に計数器を
付けなくて済むために、回路を省略、小規模にできる。 (第4実施形態)本発明を具体化した第4の実施形態を
図面に基づいて説明する。本実施形態において、第1実
施形態と異なるのは、読み出しに関する以下の点であ
り。その他の部分については、第1実施形態と同様であ
る。Therefore, it is sufficient to prepare the number of counters by the number of data input / output lines, and it is not necessary to attach counters to all the bit lines, so that the circuit can be omitted and the size can be reduced. (Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The second embodiment differs from the first embodiment in the following points related to reading. Other parts are the same as in the first embodiment.
【0066】(1)図1において、各ワ−ド線ごとに、
参照信号を検出するための参照セルREFa〜REFz
を1つずつ設ける。例えば、ビット線BLzにつながっ
ているセルを参照セルREFa〜REFzとする。この
セルがセル電流を流し始めた時刻から、読み出しメモリ
セルがセル電流を流し始める時刻までの時間差を、クロ
ック4の信号を利用して、時間計数器5で計数する。(1) In FIG. 1, for each word line,
Reference cells REFa to REFz for detecting reference signals
Are provided one by one. For example, cells connected to the bit line BLz are referred to as reference cells REFa to REFz. The time counter 5 counts the time difference from the time when the cell starts flowing the cell current to the time when the read memory cell starts flowing the cell current, using the clock 4 signal.
【0067】こうすると、データの読み出しは、ドレイ
ンDからのカップリングによって、浮遊ゲートFGに電
圧が印加され、参照セルの浮遊ゲートFGの電位が上昇
し、参照セルが、セル電流を流し始めた信号でクロック
による計数を開始し、参照セルと制御ゲートCGを共通
にする、読み出しメモリセルがセル電流を流し始めた信
号でクロックによる計数を止め、この2種類の時間差を
測定、記録する。こうして、ゲート加工等の、プロセス
ばらつきがあっても、これに起因する、チャネル生成に
要する時間変動を、効果的にデータ検出の誤差から除く
ことができる。 (第5実施形態)本発明を具体化した第5の実施形態を
図面に基づいて説明する。As a result, in data reading, a voltage is applied to the floating gate FG due to the coupling from the drain D, the potential of the floating gate FG of the reference cell rises, and the reference cell starts flowing a cell current. The counting by the clock is started by the signal, the counting by the clock is stopped by the signal that makes the reference memory cell and the control gate CG common and the read memory cell starts to flow the cell current, and the two kinds of time differences are measured and recorded. In this way, even if there is a process variation such as a gate process, a time variation required for channel generation due to the process variation can be effectively excluded from the data detection error. (Fifth Embodiment) A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0068】図3に本実施形態のスタックトゲート型メ
モリセル201を用いたフラッシュEEPROMの全体
構成を示す。本実施形態においては、1個のメモリセル
201に4値(=2ビット)以上のデータを記憶させる
ことができる。図3において、フラッシュEEPROM
2が図10に示す従来のフラッシュEEPROM221
と異なるのは読み出しに関する以下の点であり。消去モ
−ド、書き込みモードに関する部分については従来例と
同様である。FIG. 3 shows the overall configuration of a flash EEPROM using the stacked gate type memory cell 201 of this embodiment. In this embodiment, one memory cell 201 can store data of four values (= 2 bits) or more. In FIG. 3, a flash EEPROM
2 is a conventional flash EEPROM 221 shown in FIG.
The following points are different from those in reading. The parts relating to the erase mode and the write mode are the same as in the conventional example.
【0069】(1)読み出しモードにおいて、ロウデコ
−ダ123で制御ゲートに電圧を印加する際には、定電
流電源2を用いて行う。他のモードでは、この定電流電
源2はバイパスされて電圧印加が行われる。 (2)読み出しモードにおいて、出力バッファとして時
間計数器3が用いられる。これは、ビット線毎に、2ビ
ット以上の計数器を設けておき、共通クロック4によっ
て電圧を印加した時刻と読み出しメモリセルが電流を流
し始める時刻との時間差を計数する。(1) When a voltage is applied to the control gate by the row decoder 123 in the read mode, the constant current power supply 2 is used. In other modes, the constant current power supply 2 is bypassed to apply a voltage. (2) In the read mode, the time counter 3 is used as an output buffer. In this method, a counter of 2 bits or more is provided for each bit line, and the time difference between the time when a voltage is applied by the common clock 4 and the time when the read memory cell starts flowing current is counted.
【0070】本実施形態におけるスタックトゲート型メ
モリセルの断面構造は図9に示したものと同様である。
読み出しの際は、制御ゲートCGに定電流電源151を
繋ぎ、制御ゲートCGの電位を時間とともに上昇させ
る。この時、制御ゲートCGからのカップリングによっ
て浮遊ゲートFGの電位Vfgも時間と共に上昇する。
浮遊ゲートの電位Vfgがメモリセル201の閾値電圧
Vthを越えるとチャネルCHが生成され、セル電流が
流れ始める。The sectional structure of the stacked gate type memory cell in this embodiment is the same as that shown in FIG.
At the time of reading, a constant current power supply 151 is connected to the control gate CG, and the potential of the control gate CG is increased with time. At this time, the potential Vfg of the floating gate FG also increases with time due to coupling from the control gate CG.
When the potential Vfg of the floating gate exceeds the threshold voltage Vth of the memory cell 201, a channel CH is generated, and a cell current starts flowing.
【0071】制御ゲートCGと読み出しメモリセルの浮
遊ゲートFGとの間の容量をCcf,浮遊ゲートFGと
基板との間の容量(チャネル生成直前)をCfsとし、
制御ゲートCGとのカップリングによって、容量Cc
f,Cfsに蓄積された正電荷をそれぞれQcf,Qf
sとし、制御ゲートの電位をVcg,浮遊ゲートの電位
をVfg,制御ゲートと浮遊ゲートとの電位差をVc
f,浮遊ゲートと基板との電位差をVfsとすれば、浮
遊ゲートFGの電位Vfgが、下記(2)式のようにV
thと等しくなったときに、チャネルが生成される。The capacitance between the control gate CG and the floating gate FG of the read memory cell is Ccf, and the capacitance between the floating gate FG and the substrate (immediately before channel generation) is Cfs.
By coupling with the control gate CG, the capacitance Cc
The positive charges accumulated in ffs and Cfs are Qcf and Qf, respectively.
s, the potential of the control gate is Vcg, the potential of the floating gate is Vfg, and the potential difference between the control gate and the floating gate is Vc.
f, if the potential difference between the floating gate and the substrate is Vfs, the potential Vfg of the floating gate FG becomes Vfg as in the following equation (2).
When equal to th, a channel is created.
【0072】 Vfg=Vth=Vfs=Vcg−Vcf −−−(2) 本発明ではこれに要した時間tを測定し、書き込まれた
データ値を判別する。即ち、データの書き込みによっ
て、浮遊ゲートCGに電子(負電荷)−Qwが蓄積され
た状態で、チャネルが生成される場合は、 Vcf=(Qw+Qcf)/Ccf Vfs=Vth=Vfg=Qfs/Cfs Qcf=Qfs 従って、 Vcg=Vcf+Vth=(Qw+Qcf)/Ccf+
Qfs/Cfs となり、浮遊ゲートCGに電荷の蓄積が無い場合に比べ
て、制御ゲートCGにQw/Ccfだけ大きな電位を与
えないとチャネル生成が起こらず、この分だけチャネル
生成に時間を要する。このため、定電流電源2を用い、
時間に比例して制御ゲートCGに正電荷を与え、制御ゲ
ートCGの電位を上げていけば、データ書き込みによっ
て蓄積された電子の量は、チャネル生成に要する時間に
よって、一義的に検出される。Vfg = Vth = Vfs = Vcg−Vcf (2) In the present invention, the time t required for this is measured to determine the written data value. That is, when a channel is generated in a state where electrons (negative charges) -Qw are accumulated in the floating gate CG by writing data, Vcf = (Qw + Qcf) / Ccf Vfs = Vth = Vfg = Qfs / Cfs Qcf = Qfs Therefore, VCG = Vcf + Vth = (Qw + Qcf) / Ccf +
Qfs / Cfs, and channel generation does not occur unless a potential larger by Qw / Ccf is applied to the control gate CG than in the case where no charge is stored in the floating gate CG, and it takes time to generate a channel accordingly. Therefore, the constant current power supply 2 is used,
When a positive charge is applied to the control gate CG in proportion to time and the potential of the control gate CG is increased, the amount of electrons accumulated by data writing is uniquely detected by the time required for channel generation.
【0073】例えば、4値のデータを判別する場合、時
間 t<a の場合が「00」、a<t<b の場合が
「01」、b<t<c の場合が「10」、t>b の
場合が「11」(a<b<c<d)、というようにあら
かじめ規定しておき、制御コア回路132で比較判定す
る。 (第6実施形態)本発明を具体化した第6の実施形態を
図面に基づいて説明する。For example, when quaternary data is determined, "00" is used for time t <a, "01" is used for a <t <b, "10" is used for b <t <c, t > B is defined in advance as “11” (a <b <c <d), and the control core circuit 132 compares and determines. (Sixth Embodiment) A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0074】本実施形態において、第5実施形態と異な
るのは、読み出しに関する以下の点であり。その他の部
分については、第5実施形態と同様である。 (1)読み出しモードにおいて、ロウデコ−ダ123で
制御ゲートFGに電圧を印加する際には、図4に示した
時定数の大きな回路5を通して、通常の定電圧電源6を
用いて行う。他のモードでは、この時定数の大きな回路
5はバイパスされて電圧印加が行われる。This embodiment is different from the fifth embodiment in the following points relating to reading. Other parts are the same as in the fifth embodiment. (1) In the read mode, when a voltage is applied to the control gate FG by the row decoder 123, a normal constant voltage power supply 6 is used through the circuit 5 having a large time constant shown in FIG. In other modes, the circuit 5 having a large time constant is bypassed and voltage is applied.
【0075】即ち、定電圧電源の出力電圧をV0、回路
5の時定数をτとすれば、読み出しモードにおける制御
ゲート電圧Vcgは Vcg = V0[1-exp(-t/τ)] (τ は時定数,t は時間,V0 は電源電圧)となる。
時定数の大きな回路5には大きな抵抗Rと容量Cが入っ
ており、時定数は1000nsかそれ以上になってい
る。このように、大きな時定数を持った回路を通してド
レインDに電圧を印加すると、時間当りの電圧上昇を小
さくでき時間の経過とともに、次第に大きな電圧がドレ
インDに印加される。このように時定数の大きな回路5
を使うことで、時間当りのドレインDの電圧上昇率を小
さくでき、この際には第5実施形態と同様に浮遊ゲート
にデータ書き込みによって蓄積された電子が多いほど、
読み出しメモリセルが閾値電圧に到達するまでに時間が
多くかかり、この時間を計数することで書き込まれたデ
ータ値を判別することができる。 (第7実施形態)本発明を具体化した第7の実施形態を
以下に説明する。That is, if the output voltage of the constant voltage power supply is V 0 and the time constant of the circuit 5 is τ, the control gate voltage Vcg in the read mode is Vcg = V 0 [1-exp (−t / τ)] ( τ is a time constant, t is time, and V 0 is a power supply voltage).
The circuit 5 having a large time constant includes a large resistance R and a large capacitance C, and the time constant is 1000 ns or more. As described above, when a voltage is applied to the drain D through a circuit having a large time constant, a voltage rise per unit time can be reduced, and a gradually larger voltage is applied to the drain D as time passes. Circuit 5 with a large time constant as described above
Is used, the rate of voltage rise of the drain D per time can be reduced. In this case, as in the fifth embodiment, as the number of electrons accumulated in the floating gate by data writing increases,
It takes a long time for the read memory cell to reach the threshold voltage, and the written data value can be determined by counting this time. (Seventh Embodiment) A seventh embodiment of the present invention will be described below.
【0076】本実施形態において、第5実施形態と異な
るのは、読み出しに関する以下の点であり。その他の部
分については、第5実施形態と同様である。 (1)読み出しモードにおいて、出力バファとなる時間
計数器3には、同時に読み出すセルの個数だけ、2ビッ
ト以上の計数器を設けておき、共通のクロック4の信号
を利用して、読み出しメモリセルの制御ゲートCGに電
圧を印加した時刻と、読み出しメモリセルが電流を流し
始める時刻との時間差を計数する。The present embodiment differs from the fifth embodiment in the following points relating to reading. Other parts are the same as in the fifth embodiment. (1) In the read mode, the time counter 3 serving as an output buffer is provided with a counter of 2 bits or more corresponding to the number of cells to be read at the same time. The time difference between the time when the voltage is applied to the control gate CG and the time when the read memory cell starts flowing current is counted.
【0077】従って、計数器の個数はデータの入出力線
の本数だけ用意すれば足り、全てのビット線に計数器を
付けなくて済むために、回路を省略して、小規模にでき
る。 (第8実施形態)本発明を具体化した第8の実施形態を
図面に基づいて説明する。本実施形態において、第5実
施形態と異なるのは、読み出しに関する以下の点であ
り。その他の部分については、第5実施形態と同様であ
る。Accordingly, it is sufficient to prepare the number of counters by the number of data input / output lines, and it is not necessary to attach counters to all the bit lines, so that the circuit can be omitted and the scale can be reduced. (Eighth Embodiment) An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment differs from the fifth embodiment in the following points relating to reading. Other parts are the same as in the fifth embodiment.
【0078】(1)図3において、各ワード線ごとに、
参照信号を検出するための参照セルREFa〜REFz
を1つずつ設ける。例えば、ビット線BLzにつながっ
ているセルを参照セルREFa〜REFzとする。この
セルがセル電流を流し始めた時刻から、読み出しメモリ
セルがセル電流を流し始める時刻までの時間差を、クロ
ック4の信号を利用して、時間計数器5で計数する。(1) In FIG. 3, for each word line,
Reference cells REFa to REFz for detecting reference signals
Are provided one by one. For example, cells connected to the bit line BLz are referred to as reference cells REFa to REFz. The time counter 5 counts the time difference from the time when the cell starts flowing the cell current to the time when the read memory cell starts flowing the cell current, using the clock 4 signal.
【0079】こうすると、データの読み出しは、制御ゲ
ートCGからのカップリングによって、浮遊ゲートFG
に電圧が印加され、参照セルの浮遊ゲートFGの電位が
上昇し、参照セルが、セル電流を流し始めた信号でクロ
ックによる計数を開始し、参照セルと制御ゲートCGを
共通にする、読み出しメモリセルがセル電流を流し始め
た信号でクロックによる計数を止め、この2種類の時間
差を測定、記録する。こうして、ゲート加工等の、プロ
セスばらつきがあっても、これに起因する、チャネル生
成に要する時間変動を、効果的にデータ検出の誤差から
除くことができる。In this case, data is read out from the floating gate FG by coupling from the control gate CG.
, The potential of the floating gate FG of the reference cell rises, the reference cell starts counting by a clock with a signal that starts flowing the cell current, and makes the reference cell and the control gate CG common. The counting by the clock is stopped by the signal at which the cell starts to flow the cell current, and the two types of time differences are measured and recorded. In this way, even if there is a process variation such as a gate process, a time variation required for channel generation due to the process variation can be effectively excluded from the data detection error.
【0080】[0080]
【発明の効果】本発明の不揮発性半導体メモリにあって
は、2値または3値以上の多値データを記憶させたメモ
リセルのデータの読みだし動作において、十分な読み出
しマージンを確保することが可能であるので、データの
読み出しを正確に行うことができる。According to the nonvolatile semiconductor memory of the present invention, it is possible to secure a sufficient read margin in the operation of reading data from a memory cell storing multi-valued data of two or more values. Since it is possible, data can be read accurately.
【0081】また、セル電流をほとんど流さずに多値デ
ータを判別できるので、消費電力の少ない、不揮発性半
導体メモリを供給することが可能である。しかも、消費
電力が少ないことによって、多数のセルを一括読み出し
ができ、データ読み出し速度の向上が可能である。Further, since multi-value data can be determined with almost no cell current flowing, a nonvolatile semiconductor memory with low power consumption can be supplied. In addition, since the power consumption is low, a large number of cells can be read at a time, and the data reading speed can be improved.
【図1】本発明の実施形態におけるスプリットゲート型
メモリセルを用いたフラッシュEEPROMの全体構成
図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a flash EEPROM using a split gate memory cell according to an embodiment of the present invention.
【図2】時定数の大きな回路及び定電圧電源を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit having a large time constant and a constant voltage power supply.
【図3】本発明の実施形態におけるスタックトゲ−ト型
メモリセルを用いたフラッシュEEPROMの全体構成
図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram of a flash EEPROM using stacked gate memory cells according to an embodiment of the present invention.
【図4】時定数の大きな回路及び定電圧電源を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing a circuit having a large time constant and a constant voltage power supply.
【図5】スプリットゲート型メモリセルの断面構造であ
る。FIG. 5 is a cross-sectional structure of a split gate memory cell.
【図6】従来のスプリットゲート型メモリセルを用いた
フラッシュEEPROMの全体構成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram of a flash EEPROM using a conventional split gate type memory cell.
【図7】従来のフラッシュEEPROMにおける各動作
モードの説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of each operation mode in a conventional flash EEPROM.
【図8】スプリットゲート型メモリセルにおける浮遊ゲ
ートFGの電位Vfgとセル電流値Idの特性を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing characteristics of a potential Vfg of a floating gate FG and a cell current value Id in a split gate type memory cell.
【図9】スタックトゲート型メモリセルの断面構造を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure of a stacked gate memory cell.
【図10】従来のスタックトゲート型メモリセルを用い
たフラッシュEEPROMの全体構成図である。FIG. 10 is an overall configuration diagram of a flash EEPROM using a conventional stacked gate type memory cell.
【図11】従来のフラッシュEEPROMにおける各動
作モードの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of each operation mode in a conventional flash EEPROM.
【図12】スタックトゲート型メモリセルにおける浮遊
ゲートFGの電位Vfgとセル電流値Idの特性を示す
図である。FIG. 12 is a diagram showing characteristics of a potential Vfg of a floating gate FG and a cell current value Id in a stacked gate memory cell.
2 定電流電源 3 時間計数器 4 クロック 5 時定数の大きな回路 6 定電圧電源 101、201 メモリセル 132 制御コア回路 2 constant current power supply 3 hour counter 4 clock 5 circuit with large time constant 6 constant voltage power supply 101, 201 memory cell 132 control core circuit
Claims (8)
スSとドレインDとチャネルCHとから成るメモリセル
を有する不揮発性半導体メモリにおいて、 浮遊ゲートFGに記録されているデータを読み出す際、
制御ゲートCGに電圧を印加し始めてから、前記メモリ
セルが、実際にセル電流を流し始めるまでに要する時間
を計数し、この計数値の大小によって記録データ値を判
別することを特徴とした不揮発性半導体メモリ。In a nonvolatile semiconductor memory having a memory cell including a floating gate FG, a control gate CG, a source S, a drain D, and a channel CH, when reading data recorded in the floating gate FG,
A nonvolatile memory characterized in that a time required for the memory cell to actually start flowing a cell current after a voltage is applied to the control gate CG is counted, and a recording data value is determined based on a magnitude of the counted value. Semiconductor memory.
スSとドレインDとチャネルCHとから成るメモリセル
を有する不揮発性半導体メモリにおいて、 浮遊ゲートFGに記録されているデータを読み出す際、
参照セルの制御ゲートCGに電圧を印加し、この参照セ
ルがセル電流を流し始めてから前記メモリセルがセル電
流を流し始めるまでの時間を計数し、この計数値の大小
によって記録データ値を判別することを特徴とした不揮
発性半導体メモリ。2. In a nonvolatile semiconductor memory having a memory cell including a floating gate FG, a control gate CG, a source S, a drain D, and a channel CH, when reading data recorded in the floating gate FG,
A voltage is applied to the control gate CG of the reference cell, the time from when the reference cell starts flowing the cell current to when the memory cell starts flowing the cell current is counted, and the recording data value is determined based on the magnitude of the count value. A nonvolatile semiconductor memory characterized by the above-mentioned.
メモリにおいて、前記浮遊ゲートFGに蓄積される電荷
の量を制御することで、前記メモリセルに多値データを
記録させ、データの読み出しの際には、定電流電源で制
御ゲートCGに電圧を印加し、制御ゲートCGからのカ
ップリングによって浮遊ゲートFGの電位Vfgを制御
することを特徴とした不揮発性半導体メモリ。3. The non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein multi-level data is recorded in said memory cell by controlling an amount of charge stored in said floating gate FG, and data is read. In this case, a voltage is applied to the control gate CG by a constant current power supply, and the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the control gate CG.
メモリにおいて、前記浮遊ゲートFGに蓄積される電荷
の量を制御することで、前記メモリセルに多値データを
記録させ、データの読み出しの際には、時定数が大きい
回路を通して制御ゲートCGに電圧を印加し、制御ゲー
トCGからのカップリングによって浮遊ゲートFGの電
位Vfgを制御することを特徴とした不揮発性半導体メ
モリ。4. The non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein multi-level data is recorded in said memory cell by controlling an amount of charge stored in said floating gate FG, and data is read. In this case, a voltage is applied to the control gate CG through a circuit having a large time constant, and the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the control gate CG.
メモリにおいて、定電流電源で制御ゲートCGに電圧を
印加することに代えて、定電流源でドレインD又はソー
スSに電圧を印加し、ドレインD又はソースSからのカ
ップリングによって浮遊ゲートFGの電位Vfgを制御
することを特徴とした不揮発性半導体メモリ。5. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 3, wherein a voltage is applied to the drain D or the source S with a constant current source instead of applying a voltage to the control gate CG with a constant current power supply. A non-volatile semiconductor memory, wherein the potential Vfg of the floating gate FG is controlled by coupling from the drain D or the source S.
メモリにおいて、時定数が大きい回路を通して制御ゲー
トCGに電圧を印加することに代えて、時定数が大きい
回路を通してドレインD又はソースSに電圧を印加し、
ドレインD又はソースSからのカップリングによって浮
遊ゲートFGの電位Vfgを制御することを特徴とした
不揮発性半導体メモリ。6. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 3, wherein a voltage is applied to the control gate CG through a circuit having a large time constant, instead of applying a voltage to the control gate CG through a circuit having a large time constant. Apply voltage,
A nonvolatile semiconductor memory in which the potential Vfg of a floating gate FG is controlled by coupling from a drain D or a source S.
不揮発性半導体メモリにおいて、クロックによって時間
を計数する時間計数器を有することを特徴とした不揮発
性半導体メモリ。7. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, further comprising a time counter for counting time by a clock.
不揮発性半導体メモリにおいて、計数時間の大小によっ
て記録データ値を判別する制御回路を設けたことを特徴
とする不揮発性半導体メモリ。8. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, further comprising a control circuit for determining a recording data value based on a count time.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16322896A JP3670763B2 (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Nonvolatile semiconductor memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP16322896A JP3670763B2 (en) | 1996-06-24 | 1996-06-24 | Nonvolatile semiconductor memory |
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JPH1011988A true JPH1011988A (en) | 1998-01-16 |
JP3670763B2 JP3670763B2 (en) | 2005-07-13 |
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ID=15769768
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Country | Link |
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JP (1) | JP3670763B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9273403B2 (en) | 2007-01-24 | 2016-03-01 | Covestro Deutschland Ag | Method for improving the performance of nickel electrodes |
DE102014019773A1 (en) | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Apparatus and method for distinguishing solid objects, cooking fumes and smoke by means of the display of a mobile telephone |
EP3597791A1 (en) | 2018-07-20 | 2020-01-22 | Covestro Deutschland AG | Method for improving the performance of nickel electrodes |
-
1996
- 1996-06-24 JP JP16322896A patent/JP3670763B2/en not_active Expired - Fee Related
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DE102014019773A1 (en) | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Apparatus and method for distinguishing solid objects, cooking fumes and smoke by means of the display of a mobile telephone |
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WO2020016122A1 (en) | 2018-07-20 | 2020-01-23 | Covestro Deutschland Ag | Method for improving the performance of nickel electrodes |
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