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JPH10199267A - Non-volatile semiconductor memory device - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory device

Info

Publication number
JPH10199267A
JPH10199267A JP35917496A JP35917496A JPH10199267A JP H10199267 A JPH10199267 A JP H10199267A JP 35917496 A JP35917496 A JP 35917496A JP 35917496 A JP35917496 A JP 35917496A JP H10199267 A JPH10199267 A JP H10199267A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
threshold voltage
memory device
semiconductor memory
voltage
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP35917496A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Emori
孝之 江守
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP35917496A priority Critical patent/JPH10199267A/en
Publication of JPH10199267A publication Critical patent/JPH10199267A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a non-volatile semiconductor memory device which can control a distribution range of a threshold voltage within a narrow range and can improve data retention resistance and read disturbing resistance of memory cell. SOLUTION: A pulse controller 20 outputs a control signal Sp for selecting a pulse voltage Vp to a multiplexer 10 depending the predetermined threshold voltage Vth, moreover produces a control signal ϕp for controlling a program pulse width depending on the level of the selected pulse voltage Vp and its inverted signal/ϕp and then outputs these signals to a word line switch 40. The word line switch 40 controls the program pulse width to be impressed to the selected word line with a row decoder 30 depending on these control signals. Therefore, distribution width of the threshold value Vth of the memory cell after the writing operation can be controlled within the narrow range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性半導体記憶装置は周囲と電気的
に絶縁状態となる電荷蓄積層に電荷(電子)を注入した
り、電荷蓄積層から電荷を放出させたりすることによ
り、記憶素子(以下、メモリセルという)のしきい値電
圧を制御し、しきい値電圧に応じたデータを記憶する。
電荷蓄積層(以下、浮遊ゲートという)は周囲と電気的
に絶縁されており、注入した電荷がほぼ永久的に保持さ
れるので、書き込まれたデータは次回の書き込みまで記
憶される。読み出し時に選択メモリセルのしきい値電圧
に応じてそれに接続されているビット線の電位が設定さ
れ、この電位をを検出することで選択メモリセルの記憶
データが読み出される。
2. Description of the Related Art A non-volatile semiconductor memory device injects charges (electrons) into a charge storage layer which is electrically insulated from the surroundings and discharges charges from the charge storage layer to form a storage element (hereinafter referred to as a storage element). , A memory cell) and stores data according to the threshold voltage.
The charge storage layer (hereinafter referred to as a floating gate) is electrically insulated from its surroundings, and the injected charge is held almost permanently, so that the written data is stored until the next writing. At the time of reading, the potential of the bit line connected to the selected memory cell is set according to the threshold voltage of the selected memory cell. By detecting this potential, the data stored in the selected memory cell is read.

【0003】図6は不揮発性半導体記憶装置のメモリセ
ルの構造および書き込みと消去時のバイアス状態を示し
ている。図示のように、不揮発性半導体記憶装置のメモ
リセルは制御ゲート1、浮遊ゲート2、ソース拡散層
3、ドレイン拡散層4および基板5からなる。なお、図
6では、p基板上に形成されたメモリセルを示してお
り、ソース拡散層3およびドレイン拡散層4はそれぞれ
+ 領域により構成されている。制御ゲート1と浮遊ゲ
ート2との間に層間絶縁膜が形成され、さらに浮遊ゲー
ト2とその下部にあるチャネル領域との間にゲート絶縁
膜が形成されているが、図6ではこれらを省略してい
る。
FIG. 6 shows a structure of a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device and a bias state at the time of writing and erasing. As shown, the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device includes a control gate 1, a floating gate 2, a source diffusion layer 3, a drain diffusion layer 4, and a substrate 5. FIG. 6 shows a memory cell formed on the p substrate, and the source diffusion layer 3 and the drain diffusion layer 4 are each formed of an n + region. An interlayer insulating film is formed between the control gate 1 and the floating gate 2, and a gate insulating film is formed between the floating gate 2 and a channel region therebelow. These are omitted in FIG. ing.

【0004】図6(a)に示すように、書き込み時に制
御ゲート1に正の高電圧Vg、例えば、10Vの書き込
み電圧が印加され、ドレイン拡散層4に、例えば5Vの
電圧Vdが印加されている。ソース拡散層3および基板
5は接地電位GNDにバイアスされている。このような
バイアス状態において、チャネル領域内にソース拡散層
3からドレイン拡散層4に向かって電子が流れ、ドレイ
ン拡散層の近傍のピンチオフ領域で加速された電子の一
部分が熱電子(ホットエレクトロン)となり、これが浮
遊ゲート2に捕獲される。書き込みにより浮遊ゲート2
に電子が注入され、メモリセルのしきい値電圧が上昇す
る。書き込み時に制御ゲート1に印加される書き込み電
圧Vgの電圧値および電圧Vgの印加時間に応じてしき
い値電圧が制御される。
As shown in FIG. 6A, at the time of writing, a high positive voltage Vg, for example, 10 V, is applied to the control gate 1, and a voltage Vd, for example, 5 V, is applied to the drain diffusion layer 4. I have. Source diffusion layer 3 and substrate 5 are biased to ground potential GND. In such a bias state, electrons flow from the source diffusion layer 3 toward the drain diffusion layer 4 in the channel region, and a part of the electrons accelerated in the pinch-off region near the drain diffusion layer becomes hot electrons (hot electrons). , Which are captured by the floating gate 2. Floating gate 2 by writing
Are injected into the memory cell, and the threshold voltage of the memory cell increases. The threshold voltage is controlled according to the voltage value of the write voltage Vg applied to the control gate 1 at the time of writing and the application time of the voltage Vg.

【0005】メモリセルの消去は図6(b)に示すバイ
アス状態で行う。制御ゲート1に負の電圧、例えば−1
0Vの電圧が印加され、ドレイン拡散層4は浮遊状態に
し、ソース拡散層3には、例えば5Vの電圧が印加さ
れ、基板5が接地電位GNDにバイアスされている。こ
のようなバイアス状態において、ファウラー・ノルドハ
イムトンネリング(FNトンネリング)により浮遊ゲー
ト2からソース拡散層3に電子が引き抜かれる。また、
紫外線照射により浮遊ゲート2から電子を放出させる紫
外線消去法もある。
The erasing of the memory cell is performed in a bias state shown in FIG. A negative voltage, for example, -1
A voltage of 0 V is applied, the drain diffusion layer 4 is brought into a floating state, a voltage of, for example, 5 V is applied to the source diffusion layer 3, and the substrate 5 is biased to the ground potential GND. In such a bias state, electrons are extracted from the floating gate 2 to the source diffusion layer 3 by Fowler-Nordheim tunneling (FN tunneling). Also,
There is also an ultraviolet erasing method in which electrons are emitted from the floating gate 2 by ultraviolet irradiation.

【0006】上述のように、書き込み時に制御ゲート1
に印加する書き込み電圧Vgの電圧値および印加時間を
変えることにより書き込み後のメモリセルのしきい値電
圧Vthを複数の異なるレベルに設定し、それぞれのレベ
ルに応じて異なるデータを記憶するいわゆる多値メモリ
が実現できる。図7はしきい値電圧Vthを四つのレベル
に設定することにより、一個のメモリセルに2ビットの
データを記憶する2値メモリセルのしきい値電圧の分布
およびそれに応じた記憶データを示している。
As described above, at the time of writing, the control gate 1
The threshold voltage Vth of the memory cell after writing is set to a plurality of different levels by changing the voltage value and the application time of the write voltage Vg applied to the memory cell, and different data are stored according to the respective levels. A value memory can be realized. FIG. 7 shows the distribution of the threshold voltage of a binary memory cell that stores 2-bit data in one memory cell by setting the threshold voltage Vth to four levels, and the storage data according to the distribution. ing.

【0007】図示のように、書き込み条件を変えること
によりメモリセルのしきい値電圧Vthを例えば、1〜3
V、3.7〜4V、4.7〜5Vおよび5.7〜6Vの
4段階に設定され、これらの4段階のしきい値電圧は高
い方からそれぞれ例えば、データの“00”、“0
1”、“10”および“11”に対応する。この内、デ
ータ“11”に対応する一番低いしきい値電圧レベルを
消去状態とし、他の“00”、“01”および“10”
のデータに対応するレベルは書き込みにより得たものと
する。
As shown in the drawing, the threshold voltage Vth of the memory cell is changed to, for example, 1 to 3 by changing the write condition.
V, 3.7 to 4 V, 4.7 to 5 V, and 5.7 to 6 V, and the threshold voltages of these four stages are, for example, data "00" and "0"
1, "10" and "11." Of these, the lowest threshold voltage level corresponding to data "11" is set to the erased state, and the other "00", "01" and "10" are set.
It is assumed that the level corresponding to the data is obtained by writing.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した一
般的な多値メモリでは書き込み時メモリセルの制御ゲー
ト1に印加する書き込み電圧Vgの電圧値を変化させる
方法で複数のしきい値電圧Vthレベルを得る。実際の書
き込み時に、メモリセルの制御ゲート1が接続している
ワード線に書き込みパルスを印加し、当該書き込みパル
スVp の電圧値を制御し、メモリセルのしきい値電圧V
thをそれぞれ所望のレベルに設定する。例えば、低いし
きい値電圧Vthに対して低いパルス電圧、高いしきい値
電圧Vthに対して高いパルス電圧を与える。これによ
り、高いしきい値電圧Vthを得るため書き込み時間の増
加を回避する。しかし、高いパルス電圧にすると、パル
ス毎にしきい値電圧Vthの変動が大きくなり、書き込み
後のしきい値電圧Vthの分布幅が広くなるという問題が
ある。
By the way, in the general multi-valued memory described above, a plurality of threshold voltages V th are applied by changing the voltage value of the write voltage Vg applied to the control gate 1 of the memory cell at the time of writing. Get the level. During the actual write, a write pulse is applied to the word line control gate 1 of the memory cell is connected to control the voltage value of the write pulse V p, of the memory cell threshold voltage V
Set th to a desired level. For example, a low pulse voltage to a low threshold voltage V th, giving a high pulse voltage to high threshold voltage V th. This avoids an increase in the writing time to obtain a high threshold voltage Vth . However, when the pulse voltage is set to be high, there is a problem that the fluctuation of the threshold voltage Vth increases for each pulse, and the distribution width of the threshold voltage Vth after writing becomes wide.

【0009】例えば、上述した一個のメモリセルに2ビ
ットのデータ記憶させる2値メモリセルの場合、4つの
しきい値電圧レベルが必要となる。4つのしきい値電圧
に対応する2ビットのデータ“00”、“01”、“1
0”および“11”の内、“11”は消去状態であり、
他の3つは書き込みにより得られる。図8は3つのしき
い値電圧を獲得するための書き込みパルス(プログラム
パルス)の波形、しきい値電圧Vthの変化曲線および予
想しきい値電圧Vthを示している。ここで、しきい値電
圧Vth0 はデータ“11”に対応し、しきい値電圧V
th1 はデータ“10”に対応し、しきい値電圧Vth2
データ“01”に対応し、しきい値電圧V th3 はデータ
“00”に対応すると仮定する。しきい値電圧Vth1
th2 およびVth3 は書き込みにより得るものである。
図示のように、Vth2 の分布はVth1 の分布より幅が広
く、さらにVth3 の分布はVth2 の分布より幅が広い。
即ち、しきい値電圧Vthが高いほど分布範囲が広くなる
傾向がある。
For example, two memory cells are stored in one memory cell.
In the case of a binary memory cell for storing
A threshold voltage level is required. Four threshold voltages
2 bits of data “00”, “01”, “1” corresponding to
Of "0" and "11", "11" is in the erased state,
The other three are obtained by writing. Figure 8 shows three thresholds
Write pulse (program
Pulse), threshold voltage VthChange curve and forecast
Threshold voltage VthIs shown. Here, the threshold voltage
Pressure Vth0Corresponds to the data "11", and the threshold voltage V
th1Corresponds to data "10" and has a threshold voltage Vth2Is
Threshold voltage V corresponding to data "01" th3Is data
Assume that it corresponds to “00”. Threshold voltage Vth1,
Vth2And Vth3Are obtained by writing.
As shown, Vth2Distribution is Vth1Wider than the distribution of
And Vth3Distribution is Vth2Is wider than the distribution.
That is, the threshold voltage VthIs higher, the distribution range is wider
Tend.

【0010】多値メモリの場合では一番高いしきい値電
圧Vth3 をできるだけ低く設定し、一番高いしきい値電
圧Vth3 と一番低いしきい値電圧Vth0 との間隔をでき
るだけ狭くすることが要求されるため、個々のしきい値
電圧Vthレベルの分布範囲は狭く制御する必要がある。
In the case of a multilevel memory, the highest threshold voltage V th3 is set as low as possible, and the interval between the highest threshold voltage V th3 and the lowest threshold voltage V th0 is made as narrow as possible. Therefore, it is necessary to control the distribution range of each threshold voltage Vth level to be narrow.

【0011】また、書き込みと消去によりメモリセルの
記憶データが書き換えが可能となり、通常浮遊ゲート型
不揮発性半導体記憶装置では書き換え回数は最大100
万回までできるが、トンネル酸化膜(ゲート絶縁膜)は
書き換え回数に応じて特性が劣化する。データリテンシ
ョン耐性とリードディスターブ耐性も書き換え回数に応
じて劣化する。
Further, the data stored in the memory cell can be rewritten by writing and erasing. In a normal floating gate type nonvolatile semiconductor memory device, the number of times of rewriting is up to 100 times.
Although it can be performed up to 10,000 times, the characteristics of the tunnel oxide film (gate insulating film) are deteriorated according to the number of times of rewriting. The data retention resistance and read disturb resistance also deteriorate in accordance with the number of rewrites.

【0012】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的が書き込み後のしきい値電圧の分布範
囲を狭く制御でき、かつ、メモリセルのデータリテンシ
ョン耐性およびリードディスターブ耐性を改善できる不
揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to control the distribution range of the threshold voltage after writing to be narrow, and to improve the data retention resistance and read disturb resistance of a memory cell. An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は書き込み信号の電圧値および印加時間に応
じて電荷蓄積層の蓄積電荷量を変化させ、しきい値電圧
を複数のレベルに設定可能な記憶素子を有する不揮発性
半導体記憶装置であって、所望のしきい値電圧レベルに
応じて複数の電圧値に設定されている上記書き込み信号
の印加時間を上記電圧値の増加に伴い短縮させる書き込
み制御手段を有する。
In order to achieve the above object, the present invention changes the amount of charge stored in a charge storage layer in accordance with a voltage value of a write signal and an application time, thereby changing a threshold voltage to a plurality of levels. A nonvolatile semiconductor memory device having a settable storage element, wherein the application time of the write signal set to a plurality of voltage values according to a desired threshold voltage level is reduced as the voltage value increases. Writing control means for causing

【0014】また、本発明では、上記書き込み制御手段
は、書き込み時ソース電極およびドレイン電極がそれぞ
れ所定の電位にバイアスされている記憶素子の制御ゲー
トに上記書き込み信号を設定した時間で印加、所望のし
きい値電圧レベルに応じて上記書き込み信号の電圧値を
設定する電圧設定手段を有する
Further, in the present invention, the write control means applies the write signal to a control gate of a storage element in which a source electrode and a drain electrode are respectively biased to a predetermined potential during writing for a set time, and A voltage setting unit that sets a voltage value of the write signal according to a threshold voltage level

【0015】さらに、本発明では、周囲と電気的に絶縁
状態となる電荷蓄積層に対する電荷の授受により、当該
電荷蓄積層の蓄積電荷量を変化させてしきい値電圧を制
御し、しきい値電圧に応じた情報を記憶する記憶素子を
有し、上記電荷の授受に伴い当該記憶素子の記憶情報の
保持特性が劣化する不揮発性半導体記憶装置であって、
上記電荷の授受による記憶情報の書き込みは、所定の回
数、例えば一回に制限する書き込み制御手段を有する。
Further, according to the present invention, the threshold voltage is controlled by changing the amount of charge stored in the charge storage layer by transferring charges to and from the charge storage layer that is electrically insulated from the surroundings. A nonvolatile semiconductor memory device including a storage element that stores information corresponding to a voltage, and a storage characteristic of storage information of the storage element deteriorates with the transfer of the charge,
The writing of the storage information by the transfer of the electric charge includes a writing control means for limiting the writing to a predetermined number of times, for example, once.

【0016】本発明によれば、多値メモリにおいて、所
望のしきい値電圧に応じて異なるレベルのパルス電圧が
選択され、パルス電圧レベルに応じて当該パルスの印加
時間が制御され、パルス電圧が高いほどその印加時間が
短く設定される。これにより、高いレベルのしきい値電
圧の分布幅を狭く制御でき、多値メモリ全体のしきい値
電圧分布範囲を狭く制御できる。
According to the present invention, in a multilevel memory, a pulse voltage of a different level is selected according to a desired threshold voltage, the application time of the pulse is controlled according to the pulse voltage level, and the pulse voltage is reduced. The higher the value, the shorter the application time is set. As a result, the distribution width of the high-level threshold voltage can be controlled to be narrow, and the threshold voltage distribution range of the entire multi-level memory can be controlled to be narrow.

【0017】また、本発明によれば、多値メモリの書き
換え回数が所定の回数、例えば、一回に限定することに
より、多値メモリのデータリテンション耐性およびリー
ドディスターブ耐性の改善が図れ、メモリチップサイズ
が小さい安価なメモリチップができる。
Further, according to the present invention, by limiting the number of rewrites of the multi-valued memory to a predetermined number of times, for example, one, the data retention resistance and the read disturb resistance of the multi-valued memory can be improved, and the memory chip can be improved. An inexpensive memory chip with a small size can be made.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】第1実施形態 図1は本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の実
施形態を示す回路図である。図示のように本実施形態は
マルチプレクサ10、パルスコントローラ20、ロウデ
コーダ30、ワード線スイッチ40およびメモリセルア
レイ50により構成されている。マルチプレクサ10、
パルスコントローラ20、ロウデコーダ30およびワー
ド線スイッチ40により書き込み制御回路が構成され、
メモリセルアレイ50の書き込み動作を制御する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. As shown in the figure, the present embodiment includes a multiplexer 10, a pulse controller 20, a row decoder 30, a word line switch 40, and a memory cell array 50. Multiplexer 10,
A write control circuit is constituted by the pulse controller 20, the row decoder 30, and the word line switch 40,
The write operation of the memory cell array 50 is controlled.

【0019】マルチプレクサ10はパルスコントローラ
20により制御され、入力される三つのプログラムパル
ス電圧VP1,VP2,VP3から一つの選択して、ロウデコ
ーダ30に出力する。パルスコントローラ20はマルチ
プレクサ10にプログラムパルス電圧VP を選択する制
御信号Spを出力し、さらにワード線スイッチ40にプ
ログラムパルス幅を制御するパルス状の制御信号φpお
よびその反転信号/φpを出力する。
The multiplexer 10 is controlled by a pulse controller 20 to select one of three input program pulse voltages V P1 , V P2 , and V P3 and output the selected one to the row decoder 30. Pulse controller 20 outputs a control signal Sp for selecting the program pulse voltage V P to the multiplexer 10, further outputs a pulsed control signal .phi.p and its inverted signal / .phi.p for controlling program pulse width to the word line switch 40.

【0020】ロウデコーダ30は入力されるアドレスA
DRに応じてワード線を選択し、選択したワード線にマ
ルチプレクサ10から受けたパルス電圧VP を印加す
る。ワード線スイッチ40はパルスコントローラ20か
らの制御信号φpおよびその反転信号/φpを受けて、
これらの信号に応じてワード線に印加するプログラムパ
ルス幅を制御する。メモリセルアレイ50は行列状に配
置されている複数の不揮発性メモリセルにより構成さ
れ、各行に配列されているメモリセルの制御ゲートは同
じワード線WLに接続される。各メモリセル行のワード
線WLはロウデコーダ30により選択され、選択された
メモリセル行のワード線WLにマルチプレクサ10によ
り選択されたパルス電圧VP およびパルスコントローラ
20により設定されたパルス幅を有するプログラムパル
スが印加される。
The row decoder 30 receives an input address A
Selects a word line in response to DR, applies a pulse voltage V P received from the multiplexer 10 to the selected word line. Word line switch 40 receives control signal φp from pulse controller 20 and its inverted signal / φp,
The program pulse width applied to the word line is controlled according to these signals. The memory cell array 50 includes a plurality of nonvolatile memory cells arranged in a matrix, and the control gates of the memory cells arranged in each row are connected to the same word line WL. Word lines WL in each memory cell row is selected by row decoder 30, the program having the pulse width set by the pulse voltage V P and the pulse controller 20 which is selected by the multiplexer 10 to the word line WL of the selected memory cell row A pulse is applied.

【0021】図2はパルスコントローラ20により制御
されるワード線スイッチ40の構成およびメモリセル5
0の一部分の構成例を示している。図示のように、ワー
ド線スイッチ40は一対のnMOSトランジスタとpM
OSトランジスタからなる転送ゲート41と、nMOS
トランジスタ42により構成されている。転送ゲート4
1を構成するnMOSトランジスタのゲートにパルスコ
ントローラ20からの制御信号φpが印加され、pMO
Sトランジスタのゲートにその反転信号/φpが印加さ
れている。nMOSトランジスタ42の一方の拡散層は
ワード線WLに接続され、他方の拡散層は接地されてい
る。転送ゲート41はロウデコーダ30とワード線WL
との間に接続されている。なお、実際のメモリチップ上
では各ワード線にこのようなワード線スイッチ40が接
続されている。
FIG. 2 shows the structure of the word line switch 40 controlled by the pulse controller 20 and the memory cell 5
0 shows an example of the configuration of a part of 0. As shown, the word line switch 40 includes a pair of nMOS transistors and pM
A transfer gate 41 composed of an OS transistor and an nMOS
It is composed of a transistor 42. Transfer gate 4
The control signal φp from the pulse controller 20 is applied to the gate of the nMOS transistor constituting
The inverted signal / φp is applied to the gate of the S transistor. One diffusion layer of the nMOS transistor 42 is connected to the word line WL, and the other diffusion layer is grounded. The transfer gate 41 is connected to the row decoder 30 and the word line WL.
Is connected between. Note that such word line switches 40 are connected to each word line on an actual memory chip.

【0022】図2ではメモリセル50の中の一メモリセ
ル60のみを示しており、実際のメモリセルアレイは、
行列状に配置されている複数のメモリセルにより構成さ
れている。図示のように、メモリセル60の制御ゲート
はワード線WLに接続され、ドレイン拡散層はビット線
BLに接続され、ソース拡散層はソース線SLに接続さ
れている。
FIG. 2 shows only one memory cell 60 out of the memory cells 50. The actual memory cell array is
It is composed of a plurality of memory cells arranged in a matrix. As shown, the control gate of the memory cell 60 is connected to the word line WL, the drain diffusion layer is connected to the bit line BL, and the source diffusion layer is connected to the source line SL.

【0023】ワード線スイッチ40において、パルスコ
ントローラ20からの制御信号φpがローレベルに保持
されているとき、転送ゲート41が導通状態に設定さ
れ、ロウデコーダ30から出力されるプログラムパルス
電圧VP は転送ゲート41を介してワード線WLに印加
される。制御信号φpがハイレベルに保持されていると
き、転送ゲート41は非導通状態に設定され、さらにn
MOSトランジスタ42が導通状態に保持されるので、
ワード線WLは接地電位GNDに保持される。このよう
に、ワード線WLに印加されるプログラムパルスの幅は
制御信号φpの幅により制御される。
[0023] In the word line switch 40, when the control signal φp from the pulse controller 20 is held at a low level, the transfer gate 41 is set to the conductive state, the program pulse voltage V P output from the row decoder 30 It is applied to the word line WL via the transfer gate 41. When control signal φp is held at a high level, transfer gate 41 is set to a non-conductive state, and furthermore, n
Since the MOS transistor 42 is kept conductive,
Word line WL is held at ground potential GND. As described above, the width of the program pulse applied to the word line WL is controlled by the width of the control signal φp.

【0024】本実施形態において、書き込み時にパルス
コントローラ20により出力された制御信号φpおよび
その反転信号/φpに応じて、ロウデコーダ30により
選択されたワード線WLに印加されるプログラムパルス
の幅が制御される。プログラムパルス幅は図1に示すマ
ルチプレクサ10により選択したパルス電圧VP に応じ
て設定される。図3の波形図はパルス電圧VP とプログ
ラムパルス幅の関係を示している。
In this embodiment, the width of the program pulse applied to the word line WL selected by the row decoder 30 is controlled in accordance with the control signal φp output from the pulse controller 20 and the inverted signal / φp at the time of writing. Is done. Program pulse width is set in accordance with the pulse voltage V P selected by the multiplexer 10 shown in FIG. The waveform diagram of FIG. 3 shows the relationship between the pulse voltage VP and the program pulse width.

【0025】図3(a)のように、しきい値電圧Vth
レベルに応じてプログラムパルス電圧VP はそれぞれ三
つのレベルVP1,VP2,VP3の何れかに設定される。そ
して、パルスコントローラ20により、選択したパルス
電圧VP に応じて制御信号φpのパルス幅が制御され
る。例えば、図3(b)に示すように、低い電圧VP1
選択されたとき、制御信号φpの幅は広く設定され、t
1 となる。電圧VP1より高い電圧VP2が選択されたと
き、制御信号φpの幅はt1 より狭いt2 に設定され
る。さらに、高い電圧VP3が選択されたとき、制御信号
φpの幅は一番狭いt3 に設定される。図3(c)に示
すように、ワード線WLに印加されるプログラムパルス
はパルス電圧VP に応じてその幅が制御される。このよ
うに、パルスコントローラ20からの制御信号φpの幅
に応じてワード線WLに印加されるプログラムパルス幅
が制御され、ワード線WLに接続されているメモリセル
の制御ゲートにプログラムパルスが印加される。このプ
ログラムパルスの電圧VP およびパルス幅によりメモリ
セルのしきい値電圧Vthが制御される。
As shown in FIG. 3A, the program pulse voltage V P is set to one of three levels V P1 , V P2 and V P3 according to the level of the threshold voltage V th . Then, the pulse controller 20, the pulse width of the control signal φp is controlled in accordance with the pulse voltage V P selected. For example, as shown in FIG. 3B, when the low voltage V P1 is selected, the width of the control signal φp is set wide, and t
It becomes 1 . When a high voltage V P2 than the voltage V P1 is selected, the width of the control signal φp is set to a narrow t 2 than t 1. Furthermore, when a high voltage V P3 is selected, the width of the control signal φp is set to the narrowest t 3. As shown in FIG. 3 (c), the program pulses applied to the word line WL is its width is controlled according to the pulse voltage V P. As described above, the program pulse width applied to the word line WL is controlled according to the width of the control signal φp from the pulse controller 20, and the program pulse is applied to the control gate of the memory cell connected to the word line WL. You. The threshold voltage V th of the memory cell is controlled by the voltage V P and the pulse width of the program pulse.

【0026】図4は上述した回路において2ビットのデ
ータを記憶する2値メモリに対するプログラムパルス、
しきい値電圧Vthの曲線およびしきい値電圧Vthの分布
を示している。図示のように、パルス電圧VP が高いほ
どパルス幅が狭く設定されることにより、書き込み後の
めもりせるしきい値電圧Vthは各レベルにおいてほぼ同
じ分布幅を有する。これにより、しきい値電圧Vthの分
布範囲を狭く制御でき、多値メモリにおいて有利であ
る。
FIG. 4 shows a program pulse for a binary memory for storing 2-bit data in the circuit described above.
Shows the distribution of the curve and the threshold voltage V th of the threshold voltage V th. As shown, by the pulse width as the pulse voltage V P is high is set narrow, the threshold voltage V th to the memory after writing has substantially the same distribution width at each level. Thus, the distribution range of the threshold voltage Vth can be controlled to be narrow, which is advantageous in a multi-valued memory.

【0027】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、パルスコントローラ20により、所望のしきい値電
圧Vthに応じてマルチプレクサ10にパルス電圧VP
選択する制御信号Spを出力し、さらに選択したパルス
電圧VP のレベルに応じてプログラムパルス幅を制御す
る制御信号φpおよびその反転信号/φpを生成し、ワ
ード線スイッチ40に出力する。ワード線スイッチ40
はこれらの制御信号φpに応じてロウデコーダ30によ
り選択したワード線に印加するプログラムパルス幅を制
御するので、書き込み後のメモリセルのしきい値電圧V
thが分布幅を狭く制御できる。
[0027] As described above, according to this embodiment, the pulse controller 20 outputs a control signal Sp for selecting the pulse voltage V P to the multiplexer 10 in accordance with the desired threshold voltage V th, further It generates a control signal .phi.p and its inverted signal / .phi.p controlling the program pulse width according to the level of the selected pulse voltage V P, and outputs to the word line switch 40. Word line switch 40
Controls the program pulse width applied to the word line selected by the row decoder 30 in accordance with these control signals φp, so that the threshold voltage V
th can control the distribution width to be narrow.

【0028】第2実施形態 図5は本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の実
施形態を示すしきい値電圧Vthの分布図である。本実施
形態のでは、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの書
き換え回数を制限することにより、メモリセルの特性の
劣化を防止する。通常書き換え可能な浮遊ゲート型の書
き換え可能な回数は100万回程度であるが、トンネル
酸化膜が書き換え回数に応じて劣化し、またデータリテ
ンション耐性とリードディスターブ耐性も書き換え回数
に応じて劣化する。
Second Embodiment FIG. 5 is a distribution diagram of a threshold voltage Vth showing a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. In the present embodiment, deterioration of the characteristics of the memory cell is prevented by limiting the number of times of rewriting of the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device. Normally, the number of rewritable times of the rewritable floating gate type is about one million, but the tunnel oxide film deteriorates according to the number of times of rewriting, and the data retention resistance and read disturb resistance also deteriorate with the number of times of rewriting.

【0029】図5は2ビット/セルの2値メモリしきい
値電圧Vthの分布を示しいている。多値メモリでは一番
高いしきい値電圧Vth3 をできるだけ低く、一番高いし
きい値電圧Vth3 と一番低いしきい値電圧Vth0 との間
隔をできるだけ狭くすることが要求される。このため、
個々のしきい値電圧レベルの間隔は狭くすることが必要
である。データリテンション特性において、しきい値電
圧Vth3 はその下にあるしきい値電圧Vth2 に早く近づ
き、データ“00”の読み出しが困難となる。書き換え
回数が多いほどその劣化が加速されるので、多値メモリ
のデータリテンション耐性は書き換え回数に敏感であ
る。
FIG. 5 shows the distribution of the binary memory threshold voltage Vth of 2 bits / cell. In a multi-valued memory, the highest threshold voltage V th3 is required to be as low as possible, and the interval between the highest threshold voltage V th3 and the lowest threshold voltage V th0 is required to be as narrow as possible. For this reason,
The intervals between individual threshold voltage levels need to be narrow. In the data retention characteristics, the threshold voltage V th3 approaches the underlying threshold voltage V th2 quickly, making it difficult to read data “00”. Since the deterioration is accelerated as the number of times of rewriting increases, the data retention resistance of the multi-level memory is sensitive to the number of times of rewriting.

【0030】一方、リードディスターブ特性において、
しきい値電圧Vth0 がその上にあるしきい値電圧Vth1
に早く近づき、データ“11”の読み出しが困難とな
る。データリテンション特性と同様に、書き換え回数が
多いほどその劣化が加速するので、リードディスターブ
耐性も書き換え回数に敏感である。
On the other hand, in the read disturb characteristic,
The threshold voltage V th0 is above the threshold voltage V th1
And it becomes difficult to read the data “11”. As in the case of the data retention characteristics, the deterioration is accelerated as the number of times of rewriting increases, so that read disturb resistance is also sensitive to the number of times of rewriting.

【0031】このため、本実施形態では、書き換え回数
を一回だけに制限する。実際に書き込みが一回でもよい
プログラムメモリ用途は多く存在する。書き換え回数は
実質的に一回に制限することにより書き換え回数に敏感
な多値メモリのデータリテンション耐性およびリードデ
ィスターブ耐性の向上が可能となる。
For this reason, in this embodiment, the number of rewrites is limited to only one. There are many program memory applications in which writing can actually be performed only once. By limiting the number of times of rewriting substantially to one, it is possible to improve the data retention resistance and the read disturb resistance of a multi-valued memory that is sensitive to the number of times of rewriting.

【0032】本実施形態では、メモリセルの消去は例え
ば、FNトンネリングで浮遊ゲートからソースに電子を
引き抜くことにより行ってもよく、紫外線消去にしても
よい。特に紫外線による消去では、消去後のしきい値電
圧Vthの分布範囲が狭く、例えば0.6V程度に抑えら
れる。その結果、2値メモリのしきい値電圧Vthが狭い
範囲内に設定することができる。
In this embodiment, the erasing of the memory cell may be performed by extracting electrons from the floating gate to the source by FN tunneling, or may be performed by ultraviolet erasing. In particular, in the case of erasing by ultraviolet rays, the distribution range of the threshold voltage Vth after erasing is narrow, for example, about 0.6 V. As a result, the threshold voltage Vth of the binary memory can be set within a narrow range.

【0033】図5(a)はFNトンネリングにより消去
する場合のしきい値電圧Vthの設定状態、図5(b)は
紫外線により消去する場合のしきい値電圧Vthの設定状
態をそれぞれ示している。紫外線消去の場合、消去状態
のしきい値電圧Vth0 が0.6V程度に制御されるの
で、各しきい値電圧Vth0 ,Vth1 ,Vth2 ,Vth3
それぞれ0.5V〜1.1V、1.8〜2.1V、2.
8〜3.1Vおよび3.8〜4.1Vの4段階に設定さ
れる。図5(a)に示す電気的な消去手段を用いた場合
より、しきい値電圧Vthの分布範囲が狭く設定できる。
FIG. 5A shows a setting state of the threshold voltage Vth when erasing by FN tunneling, and FIG. 5B shows a setting state of the threshold voltage Vth when erasing by ultraviolet rays. ing. In the case of ultraviolet erasing, the threshold voltage V th0 in the erased state is controlled to about 0.6 V, so that each of the threshold voltages V th0 , V th1 , V th2 , V th3 is 0.5 V to 1.1 V. 1.8-2.1V;
It is set to four stages of 8-3.1V and 3.8-4.1V. The distribution range of the threshold voltage Vth can be set narrower than when the electric erasing means shown in FIG. 5A is used.

【0034】さらに、しきい値電圧Vth3 のデータリテ
ンション耐性はしきい値電圧Vth3と消去状態、即ち、
浮遊ゲートに電子が存在しない初期状態のしきい値電圧
th0 との差に相関性があり、その差が小さい方が耐性
がよい。なお、初期しきい値電圧Vth0 は通常1V程度
である。これによって、紫外線消去の方が電気的消去よ
りデータリテンション耐性はよい。
Furthermore, the erase state data retention resistance of the threshold voltage V th3 is a threshold voltage V th3, i.e.,
There is a correlation between the difference between the threshold voltage V th0 in the initial state where no electrons exist in the floating gate and the smaller the difference, the better the tolerance. Note that the initial threshold voltage V th0 is usually about 1V. As a result, ultraviolet erasing has better data retention resistance than electrical erasing.

【0035】さらに紫外線消去を用いるメモリチップに
おいては、消去のための回路が不要となり、チップサイ
ズの小さい安価なメモリチップができる。なお、製造の
工程で紫外線による消去の後パッケジングし、ユーザ側
では一回ののみの書き込みを行いプログラムメモリとし
て使用可能である。
Further, in a memory chip using ultraviolet erasing, a circuit for erasing is not required, and an inexpensive memory chip having a small chip size can be obtained. In the manufacturing process, packaging is performed after erasure by ultraviolet rays, and the user performs writing only once and can use it as a program memory.

【0036】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、多値メモリの書き換え回数を一回だけに限定するこ
とにより、メモリセルのデータリテンション耐性および
リードディスターブ耐性がともに改善でき、かつチップ
サイズの小型化を実現でき、安価なプログラムメモリを
得られる。
As described above, according to the present embodiment, by limiting the number of rewrites of the multi-valued memory to only one, both the data retention resistance and the read disturb resistance of the memory cell can be improved, and the chip size can be improved. , And an inexpensive program memory can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の不揮発性
半導体記憶装置によれば、メモリセルのしきい値電圧の
分布範囲を狭く制御できる利点がある。また、多値メモ
リセルの書き換え回数を制限する、例えば、実質書き込
みを一回のみに制限することにより書き換え回数に敏感
なデータリテンション耐性およびリードディスターブ耐
性の向上が可能となる。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, there is an advantage that the distribution range of the threshold voltage of the memory cell can be controlled to be narrow. In addition, by limiting the number of rewrites of the multi-valued memory cell, for example, by limiting the actual writing to only one time, it is possible to improve the data retention resistance and the read disturb resistance that are sensitive to the number of rewrites.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の
実施形態を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図2】プログラムパルスを制御する部分回路の構成を
示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a partial circuit that controls a program pulse.

【図3】プログラムパルスの波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of a program pulse.

【図4】プログラムパルスに応じたしきい値電圧の曲線
および分布特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a curve and a distribution characteristic of a threshold voltage according to a program pulse.

【図5】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の
実施形態を示すしきい値電圧分布図である。
FIG. 5 is a threshold voltage distribution diagram showing a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図6】不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの構成お
よび書き込みと消去時のバイアス状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a memory cell of a nonvolatile semiconductor memory device and a bias state at the time of writing and erasing;

【図7】多値メモリのしきい値電圧分布を示す分布図で
ある。
FIG. 7 is a distribution diagram showing a threshold voltage distribution of a multi-level memory.

【図8】従来のプログラムパルスに応じたしきい値電圧
の曲線および分布特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a threshold voltage curve and distribution characteristics according to a conventional program pulse.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…マルチプレクサ、20…パルスコントローラ、3
0…ロウデコーダ、40…ワード線スイッチ、41…転
送ゲート、42…nMOSトランジスタ、50…メモリ
セルアレイ、60…不揮発性メモリセル、VP …プログ
ラムパルス電圧、GND…接地電位。
10: multiplexer, 20: pulse controller, 3
0: row decoder, 40: word line switch, 41: transfer gate, 42: nMOS transistor, 50: memory cell array, 60: nonvolatile memory cell, VP : program pulse voltage, GND: ground potential.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】書き込み信号の電圧値および印加時間に応
じて電荷蓄積層の蓄積電荷量を変化させ、しきい値電圧
を複数のレベルに設定可能な記憶素子を有する不揮発性
半導体記憶装置であって、 所望のしきい値電圧レベルに応じて複数の電圧値に設定
されている上記書き込み信号の印加時間を上記電圧値の
増加に伴い短縮させる書き込み制御手段を有する不揮発
性半導体記憶装置。
1. A nonvolatile semiconductor memory device having a storage element capable of changing a charge amount stored in a charge storage layer according to a voltage value of a write signal and an application time and setting a threshold voltage to a plurality of levels. A non-volatile semiconductor memory device having write control means for shortening the application time of the write signal set to a plurality of voltage values according to a desired threshold voltage level as the voltage value increases.
【請求項2】上記書き込み制御手段は、書き込み時ソー
ス電極およびドレイン電極がそれぞれ所定の電位にバイ
アスされている記憶素子の制御ゲートに上記書き込み信
号を設定した時間で印加する請求項1記載の不揮発性半
導体記憶装置。
2. The non-volatile memory according to claim 1, wherein said write control means applies said write signal to a control gate of a storage element in which a source electrode and a drain electrode are respectively biased at a predetermined potential during writing for a set time. Semiconductor memory device.
【請求項3】所望のしきい値電圧レベルに応じて上記書
き込み信号の電圧値を複数の値に設定する電圧設定手段
を有する請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising voltage setting means for setting a voltage value of said write signal to a plurality of values according to a desired threshold voltage level.
【請求項4】周囲と電気的に絶縁状態となる電荷蓄積層
に対する電荷の授受により、当該電荷蓄積層の蓄積電荷
量を変化させしきい値電圧を制御し、しきい値電圧に応
じた情報を記憶する記憶素子を有し、上記電荷の授受に
伴い当該記憶素子の記憶情報の保持特性が劣化する不揮
発性半導体記憶装置であって、 上記電荷の授受による記憶情報の書き込みは、所定の回
数に制限する書き込み制御手段を有する不揮発性半導体
記憶装置。
4. A method according to claim 1, wherein the threshold voltage is controlled by changing the amount of charge stored in the charge storage layer by transferring charges to and from the charge storage layer that is electrically insulated from the surroundings. A non-volatile semiconductor memory device having a storage element for storing the storage information, and the storage characteristic of the storage information of the storage element is deteriorated with the transfer of the electric charge. A nonvolatile semiconductor memory device having a write control means for limiting the number of write operations.
【請求項5】上記書き込み制御手段は、上記書き込み回
数を一回に制限する請求項4記載の不揮発性半導体記憶
装置。
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein said write control means limits the number of times of writing to one.
【請求項6】書き込みの前に紫外線照射による記憶素子
の消去を行う請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the storage element is erased by ultraviolet irradiation before writing.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012237A (en) * 2005-06-30 2007-01-18 Hynix Semiconductor Inc Program control circuit and method for flash memory device having multi-level cell
US7372732B2 (en) * 2005-11-23 2008-05-13 Macronix International Co., Ltd. Pulse width converged method to control voltage threshold (Vt) distribution of a memory cell

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