JP2888181B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JP2888181B2
JP2888181B2 JP23801695A JP23801695A JP2888181B2 JP 2888181 B2 JP2888181 B2 JP 2888181B2 JP 23801695 A JP23801695 A JP 23801695A JP 23801695 A JP23801695 A JP 23801695A JP 2888181 B2 JP2888181 B2 JP 2888181B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体記憶
装置に関し、特に浮遊ゲートを備え電気的にデータの書
込み,消去可能なメモリセルトランジスタを配列したフ
ラッシュメモリ型の不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】浮遊ゲートを備え、電気的にデータの書
込み,消去可能なメモリセルトランジスタを複数個、行
方向,列方向に配置したフラッシュメモリ型の不揮発性
半導体記憶装置は、記憶データを所定の単位で電気的に
一括消去できるため、近年、その用途が益々増大してい
る。
【0003】このような不揮発性半導体記憶装置の代表
的な一例を図2(A),(B)に示す。
【0004】この不揮発性半導体記憶装置は、浮遊ゲー
トを備え電気的にデータの書込み,消去可能な複数のメ
モリセルトランジスタMC11〜MCmnを行方向,列
方向に配置したメモリセルアレイ1と、複数のメモリセ
ルトランジスタMC11〜MCmnの各行それぞれと対
応して設けられ対応する行のメモリセルトランジスタの
制御ゲートと接続する複数のワード線WL1〜WLm
と、複数のメモリセルトランジスタMC11〜MCmn
の各列それぞれと対応して設けられ対応する列のメモリ
セルトランジスタのドレインと接続する複数のビット線
BL1〜BLnと、書込み動作及び読出し動作(消去後
のテストモードを含む)時には行アドレス信号ADxに
従って所定のワード線を選択してその動作時の電圧を供
給し消去動作時にはワード線WL1〜WLm全てを接地
電位レベルとするXデコーダ2aと、書込み動作及び読
出し動作時には列アドレス信号ADyに従って所定のビ
ット線を選択し消去動作時にはビット線BL1〜BLn
全てをフローティング状態の非選択とするYデコーダ3
a及びYスイッチ回路4と、書込み動作時、選択された
ビット線に書込みデータDIに応じて書込み用の電圧を
供給する書込み回路5と、読出し動作時、選択されたビ
ット線の信号(データ)を基準信号REFと比較増幅し
て出力(DO)するセンス増幅器6とを有する構成とな
っている。なお、Yデコーダ3aは、図2(B)に示さ
れたように、ビット線BL1〜BLnそれぞれと対応す
るNANDゲート及びインバータで構成される(ただ
し、全ビット線BL1〜BLnを非選択とする回路は省
略されている)。
【0005】次に、この不揮発性半導体記憶装置の動作
について、まず書込み動作について説明する。
【0006】書込み状態とするには、選択ワード線(メ
モリセルトランジスタの制御ゲート)を約12V程度、
選択ビット線(ドレイン)を約6V程度、ソース線WS
Lを0Vとし、ドレイン近傍で発生したホットエレクト
ロンを浮遊ゲートに注入する。この結果、メモリセルト
ランジスタのしきい値電圧は高くなる。
【0007】次に、消去動作について説明する。消去状
態とするには、ワード線WL1〜WLm全てを0Vと
し、ソース線SLを約12V程度としビット線BL1〜
BLn全てをフローティング状態として、F−Nトンネ
リング効果により浮遊ゲートからソースに電子を引き抜
き、全メモリセルトランジスタに対して一括にして行
う。この結果、メモリセルトランジスタMC11〜MC
mnのしきい値電圧は低くなる。
【0008】この消去動作時、製造プロセスのばらつき
等により、個々のメモリセルトランジスタの消去速度特
性が異なる為、消去速度の速いメモリセルトランジス
タ、消去速度の遅いメモリセルトランジスタが存在す
る。また、消去動作時間は、消去速度の遅いメモリセル
トラジンスタに合わせるので、消去速度の速いメモリセ
ルトランジスタは消去速度の遅いメモリセルトランジス
タに対して過剰消去されてそのしきい値電圧が負になる
恐れがある。しきい値電圧が負になってしまうと、その
メモリセルトランジスタは常に電流が流れる状態となる
ため、正確なデータの読出しができなくなってしまう。
その為、消去後に全メモリセルトラジスタのしきい値電
圧のチェックを行う必要がある。その動作は、消去後に
メモリセルトランジスタの制御ゲート、すなわちワード
線に例えば0.5V程度の電圧を印加し、ドレインに接
続されたビット線を順次選択してセンス増幅器6に接続
し、そのビット線に接続されたメモリセルトランジスタ
がオフ状態であるか否かをセンス増幅器6にて判定する
ことによってしきい値電圧が負になっていないことを確
認していた(以下、これをデプレッションチェックとい
う)。
【0009】次に、このデプレッションチェック動作に
ついて説明する。
【0010】消去を行った後、テストモードとすること
により、Xデコーダ2aによって選択ワード線には約
0.5V程度の電圧が印加される。選択ワード線の数は
当初は1本であったが、最近では、ワード線全てとなっ
て来ており、その分、テスト時間が短縮されている。
【0011】次に、外部からの列アドレス信号ADyに
よってビット線BL1〜BLnそれぞれを順次選択して
センス増幅器6に接続し、このセンス増幅器6に接続さ
れた1本のビット線と接続する全てのメモリセルトラン
ジスタに流れる電流が基準信号REFと比較される。こ
れらメモリセルトランジスタのしきい値電圧が全てワー
ド線の電圧(0.5V)以上であればこれらメモリセル
トランジスタ全てがオフ状態となっており選択ビット線
には電流が流れないが、1つでもデプレッション状態の
ものがあると選択ビット線に電流が流れるので、これに
よって過剰消去(デプレッション状態)のメモリセルト
ランジスタが存在するか否かを判定することができる。
この判定動作を全ビット線について順次行う。
【0012】なお、読出し動作は通常の半導体記憶装置
と同様であるので、その説明は省略する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】この従来の不揮発性半
導体記憶装置では、消去を行った後のデプレッションチ
ェック(過剰消去のチェック)を行う場合、ビット線を
1本ずつ選択してセンス増幅器6に接続してその選択ビ
ット線に流れる電流を基準信号REFと比較し、デプレ
ッション状態(過剰消去状態)のメモリセルトランジス
タが存在するか否かを判定する構成となっているので、
デプレッションチェックに要する時間が長くなるという
問題点があった。
【0014】本発明の目的はデプレッションチェックに
要する時間を短縮することができる不揮発性半導体記憶
装置を提供することにある。
【0015】
【0016】また、前記列デコーダを、前記ビット線選
択信号それぞれと対応して設けられた、ゲートに列アド
レス信号の所定のビットを対応して受け並列接続された
複数のPチャネル型の第1のトランジスタ及びゲートに
前記列アドレス信号の所定のビットを対応して受け前記
複数のPチャネル型の第1のトランジスタのドレインと
接地電位点との間に直列接続された複数のNチャネル型
の第1のトランジスタから成るNANDゲート部と、こ
のNANDゲート部の出力信号をレベル反転するインバ
ータと、ゲートに全列選択制御信号を受け前記複数のP
チャネル型の第1のトランジスタのソースと電源電位点
との間に接続されたPチャネル型の第2のトランジスタ
とゲートに前記列選択制御信号を受け前記複数のPチ
ャネル型の第1のトランジスタのドレインと接地電位点
との間に接続されたNチャネル型の第2のトランジスタ
とを含む回路として構成される。
【0017】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【0018】図1(A),(B)は本発明の一実施の形
態を示す回路図及びそのYデコーダ部分の具体例を示す
回路図である。
【0019】この実施の形態は、浮遊ゲートを備え電気
的にデータの書込み,消去可能な複数のメモリセルトラ
ンジスタMC11〜MCmnを行方向,列方向に配置し
たメモリセルアレイ1と、複数のメモリセルトランジス
タMC11〜MCmnの各行それぞれと対応して設けら
れ対応する行のメモリセルトランジスタの制御ゲートと
接続する複数のワード線WL1〜WLmと、複数のメモ
リセルトランジスタの各列それぞれと対応して設けられ
対応する列のメモリセルトランジスタのドレインと接続
する複数のビット線BL1〜BLnと、書込み動作時及
び読出し動作時には行アドレス信号ADxに従って複数
のワード線WL1〜WLmのうちの所定のワード線を選
択してその動作時の選択レベルとし消去動作時及び消去
後のテスト動作時には全ワード線WL1〜WLmをその
動作時の所定の電位とするXデコーダ2と、書込み動作
時及び読出し動作時には列アドレス信号ADyに従って
複数のビット線BL1〜BLnのうちの所定のビット線
を選択し消去動作時には複数のビット線BL1〜BLn
全てを非選択状態とし消去後のテスト動作時には複数の
ビット線BL1〜BLn全てを選択する列選択回路のY
デコーダ3及びYスイッチ回路4と、書込み動作時、選
択されたビット線に書込みデータDIに応じて書込み用
の電圧を供給する書込み回路5と、読出し動作時、選択
されたビット線の信号のレベルを基準信号REFと比較
して検知,判別し、消去後のテスト動作時には同時に選
択された複数のビット線BL1〜BLnの全信号のレベ
ルを基準信号REFと比較して検知,判別するセンス増
幅器6とを有する構成となっている。
【0020】また、Yデコーダ3は、複数のビット線B
L1〜BLnそれぞれと対応して設けられ、ゲートに列
アドレス信号ADyの所定のビット(AY1〜AYN
等)を対応して受け並列接続された複数のPチャネル型
のトランジスタQp1、及びゲートに列アドレス信号A
Dyの所定のビット(AY1〜AYN等)を対応して受
け複数のPチャネル型のトランジスタQp1のドレイン
と接地電位点との間に直列接続された複数のNチャネル
型のトランジスタQn1から成るNANDゲート部と、
このNANDゲート部の出力信号をレベル反転して対応
する列選択信号(Y1等)を出力するインバータIV
と、ゲートに全列選択制御信号YAを受け複数のPチャ
ネル型のトランジスタQp1のソースと電源電位点(電
位Vcc)との間に接続されたPチャネル型のトランジ
スタQp2と、ゲートに全列選択制御信号YAを受け複
数のPチャネル型のトランジスタのドレインと接地電位
点との間に接続されたNチャネル型のトランジスタQn
2とを含んで構成される。なお図1(B)には、全ビッ
ト線BL1〜BLnを非選択状態とする回路は省略され
ている。
【0021】次に、この実施の形態の動作について説明
する。この実施の形態における書込み動作,消去動作及
び読出し動作は、図2(A),(B)に示された従来例
と同様にして行なわれるので、これ以上の説明は省略す
る。
【0022】消去後のテスト動作(テストモード)は、
テストモード時、アクティブレベルとなる全行選択制御
信号XA及び全列選択制御信号YAによって、Xデコー
ダ2は全ワード線WL1〜WLmを選択して約0.5V
程度の電圧を供給し、Yデコーダ3及びYスイッチ回路
4は列選択信号Y1〜Yn全てをアクティブレベルにし
て全ビット線BL1〜BLnを選択してセンス増幅器6
に接続する。
【0023】この結果、メモリセルアレイ1の全メモリ
セルトランジスタMC11〜MCmnが選択状態とな
り、そのドレインがビット線BL1〜BLnを通してセ
ンス増幅器6に接続される。そしてこのセンス増幅器6
によって、ビット線BL1〜BLnに流れる全電流が基
準信号REFと比較され、検知,判別される。
【0024】メモリセルトランジスタMC11〜MCm
n全てが正常な消去状態にあり、過電圧状態,デプレッ
ション状態のものが1つもなければ、これらメモリセル
トランジスタMC11〜MCmnは全てオフ状態となっ
ていて電流が流れない。センス増幅器6はこの状態を判
別して、この状態と対応するレベルの信号を出力する。
これに対し、メモリセルトランジスタMC11〜MCm
nのうちに1つでも過消去状態,デプレッション状態の
ものがあれば、そのメモリトランジスタはオン状態とな
って電流が流れ、センス増幅器6はこの電流を検知し
て、対応するレベルの信号を出力する。
【0025】このようにして、メモリセルトラジスタM
C11〜MCmnのうちに過消去状態,デプレッション
状態のものが存在するか否かを、一度の動作によりテス
トすることができ、テスト(デプレッションチェック)
に要する時間を短縮することができる。
【0026】なお、Yデコーダ3において、全列選択制
御信号YAによって全ビット線を選択状態とする回路
を、一般的に用いられている図2(B)に示されたデコ
ード用のNANDゲートとインバータとの間に2入力
(一方はNANDゲートの出力を、他方は全列選択制御
信号YAをそれぞれ入力する)のNANDゲート又はN
ORゲートを設けた構成では、2入力のNANDゲート
(NORゲート)に4個のトランジスタが必要である
が、図1(B)の構成とすることにより、同一機能を2
個のトランジスタで済ませることができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、消去後の
デプレッションチェックを、全ワード線を選択すると共
に複数本のビット線を同時に選択してセンス増幅器に接
続し、これら選択ビット線の全信号のレベルを検知,判
別する構成としたので、複数本のビット線と接続する全
てのメモリセルトランジスタのデプレッションチェック
を一度に行うということができ、デプレッションチェッ
クに要する時間を短縮することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す回路図及びそのY
デコーダ部分の具体例を示す回路図である。
【図2】従来の不揮発性半導体記憶装置の一例を示す回
路図及びそのYデコーダ部分の具体例を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1 メモリセルアレイ 2,2a Xデコーダ 3,3a Yデコーダ 4 Yスイッチ回路 5 書込み回路 6 センス増幅器 BL1〜BLn ビット線 MC11〜MCmn メモリセルトランジスタ Qn1,Qn2,Qp1,Qp2 トランジスタ WL1〜WLm ワード線

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビット線を選択するための全列選択制
    御信号により列選択信号の活性、非活性を制御する列活
    性化手段を有する列デコーダと、消去後のテスト動作時
    には全ワード線をその動作時の所定の正電位とし前記全
    ワード線を選択するための全行選択制御信号により活性
    化された行選択信号を出力する行デコーダとを備え、デ
    ータ消去後のテストモード時に、前記全列選択制御信号
    及び前記全行選択制御信号によりそれぞれ活性化された
    前記列選択信号及び前記行選択信号で前記全ワード線及
    び前記全ビット線をそれぞれ同時選択することによっ
    て、一度のテスト動作で、メモリトランジスタのうち1
    つでも過消去状態またはディプレション状態のトランジ
    スタがあればその導通電流をセンス増幅器で検知し、対
    応するレベルの信/号を出力する電気的に書込み可能な
    不揮発性半導体記憶装置において、 前記列デコーダを、前記ビット線選択信号それぞれと対
    応して設けられた、ゲートに列アドレス信号の所定のビ
    ットを対応して受け並列接続された複数のPチャネル型
    の第1のトランジスタ及びゲートに前記列アドレス信号
    の所定のビットを対応して受け前記複数のPチャネル型
    の第1のトランジスタのドレインと接地電位点との間に
    直列接続された複数のNチャネル型の第1のトランジス
    タから成るNANDゲート部と、このNANDゲート部
    の出力信号をレベル反転するインバータと、ゲートに全
    列選択制御信号を受け前記複数のPチャネル型の第1の
    トランジスタのソースと電源電位点との間に接続された
    Pチャネル型の第2のトランジスタとゲートに前記全列
    選択制御信号を受け前記複数のPチャネル型の第1のト
    ランジスタのドレインと接地電位点との間に接続された
    Nチャネル型の第2のトランジスタとを含む回路とした
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
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