JPH08329694A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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- JPH08329694A JPH08329694A JP7257996A JP7257996A JPH08329694A JP H08329694 A JPH08329694 A JP H08329694A JP 7257996 A JP7257996 A JP 7257996A JP 7257996 A JP7257996 A JP 7257996A JP H08329694 A JPH08329694 A JP H08329694A
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Abstract
い閾値分布を達成する。 【解決手段】書き込み制御回路11は、全てのメモリセル
に正確なデータが書き込まれていない場合に、再書き込
みを指示する制御信号P,Cを出力する。ループカウン
タ12は、書き込みの回数を示す出力信号Niを出力す
る。書き込み電圧制御回路14は、出力信号Niを受け、
書き込み回数が増えるに従って書き込み電圧VPPを次
第に上昇させ、かつ、書き込み電圧VPPが上限(最大
値)になった後には、書き込み電圧を最大値に維持する
ように、昇圧回路15を制御する。タイマ13は、出力信号
Niを受け、書き込み電圧VPPが上限になった後に
は、書き込み回数が増えるに従って書き込み時間を次第
に長く設定する。
Description
置に関する。特に不揮発性半導体メモリ装置のデータ書
き込みの高速化及び最適化をするための書き込み系制御
回路に関する。
が可能なスタックゲート型の不揮発性半導体メモリ装置
には、ビット毎ベリファイ方式が採用されている。ビッ
ト毎ベリファイ方式においては、メモリセルにデータの
書き込みを行った後に、ビット毎に書き込みが終了した
かどうかを検証し、書き込みの終了したッビットに対し
ては再書き込み動作を禁止し、書き込みが不完全なビッ
ト(メモリセルと同意)にのみ再書き込み動作を実行す
る。全ビットに対してデータの書き込みが終了するまで
書き込みと検証を繰り返すことにより、ビット毎の書き
込みの速さの違いに応じて最適な書き込みが実現でき
る。
てのデータを所定のメモリセルに書き込んだ後におい
て、同一のデータが書き込まれた各々のメモリセルのし
きい電圧の分布の幅を狭くする手段として知られている
ものである。なお、ビット毎ベリファイ方式に関して
は、例えば1990 Syposium on VLSI Circuit (105 〜10
6ページ)に詳細に記載されている。
に合わせて書き込み電圧を段階的に上昇させる方式が考
えられた。この方式は、ビット毎ベリファイ方式と共に
用いられ、メモリセルに与える電圧ストレスを少なくし
ながらデータの書き込みを全ビットに対してなるべく短
い時間で完了させようという技術である。(例えば、特
願平6−147918号(特願平5−158386に基
づく優先権主張)を参照)。
段階的に上昇させる書き込み電圧に関し、これを無制限
に上昇させることはできない。なぜなら、書き込み電圧
の上限値は、メモリセルまたは周辺回路を構成するトラ
ンジスタの、ゲート酸化膜の耐圧または接合耐圧によっ
て決定されるからである。よって、書き込み電圧が最大
(上限値)になった時点の書き込み動作においてもデー
タの書き込みが完全に達成されないメモリセルが存在す
る恐れがある。このようなメモリセルについては、その
後、データの書き込みが完了するまで再書き込み動作を
繰り返し適当回数だけ行う。
再び同じ書き込み時間でもって繰り返し再書き込み動作
が行われることになるので、書き込みにくいメモリセル
へのデータの書き込みが完全になるまでの再書き込み動
作の繰り返し回数が増加する。再書き込み動作の繰り返
し回数が増加すれば当然その分のベリファイ時間及び書
き込みのための昇圧時間が増大する。このような現象は
メモリシステム全体の書き込み時間を長くし、消費電力
を増大させる。
ばらつきがメモリセル全体の書き込み特性に影響し、チ
ップ毎に書き込み特性が偏向することが考えられる。こ
こでいうプロセス上のばらつきとは、例えば、フローテ
ィングゲートを有するメモリセルを構成するゲート絶縁
膜の厚さが1つのウェハ内で微妙に偏る場合が考えられ
る。あるいは、メモリセルトランジスタのチャネルの長
さと幅がチップ間でばらつく場合がある。書き込み電圧
をメモリセル内に伝達するには、制御ゲートとフローテ
ィングゲートとの間のゲート絶縁膜、フローティングゲ
ートと基板との間のゲート絶縁膜の両者にそれぞれ形成
されるキャパシタのカップリング現象が伴うので、メモ
リセルトランジスタのチャネルの長さと幅、及びゲート
絶縁膜の厚さが各々のチップの間でばらつけば、書き込
み特性が微妙に異なるメモリチップが製作される。
ス上のばらつきは考慮されずに、メモリセル全体の書き
込み特性にどのような偏りがあるチップであっても、書
き込み動作では一様に予め決められた書き込み電圧を与
える方式であった。
合わせて書き込み電圧を段階的に上昇させる方式では、
無制限に書き込み電圧を上昇させることができない。即
ち、この方式における書き込み電圧の上限は、メモリセ
ルまたは周辺回路を構成するトランジスタのゲート酸化
膜の耐圧または接合耐圧によって決定される。
おいても、データの書き込みが完全に終了していないメ
モリセルが存在する場合、そのメモリセルについては、
その後に再書き込みをその上限の書き込み電圧で、かつ
同じ書き込み時間で繰り返し行うと、データの書き込み
が完全に行われるまでの書き込み動作の繰り返し回数が
増加し、それに伴って、その増加分のベリファイ時間及
び書き込みのための昇圧時間が増大する。このような現
象は、全体の書き込み時間を長くし、消費電力を増大さ
せる。
慮されずに、メモリセル全体の書き込み特性にどのよう
な偏りがあるチップが製作されても、書き込み動作は一
様に予め決められた書き込み電圧を与える方式でチップ
毎の書き込み特性のばらつきに対処できなかった。
たもので、第1の目的は、メモリセルのしきい電圧の分
布が広がらずに高速なデータ書き込みを実現する不揮発
性半導体記憶装置を提供することにある。
きい電圧の分布が広がらずに高速なデータ書き込みを、
チップ毎のメモリセルの書き込み特性に応じつつ実現す
る半導体メモリ装置を提供することにある。
るために、本発明は、メモリセルアレイと、前記メモリ
セルアレイのメモリセルにデータを書き込む手段と、前
記メモリセルアレイのメモリセルからデータを読み出
し、正確なデータが書き込まれているか否かを判断する
手段と、前記メモリセルアレイの全てのメモリセルに正
確なデータが書き込まれていない場合に再書き込みを実
行する手段と、前記再書き込みの書き込み回数が増える
に従って書き込み電圧を次第に上昇させ、かつ、書き込
み電圧が最大値になった後には、書き込み電圧を最大値
に維持し、前記再書き込みの書き込み回数が増えるに従
って書き込み時間を次第に長く設定する手段とを備える
ことを特徴とする。
は、上記書き込み電圧が最大値に至るまでの昇圧のレベ
ルを、書き込みの回数に応じて段階的に分けるためのプ
ログラム手段をさらに具備する。
達すると書き込み時間を延ばして書き込み効率を上げ
る。また、チップ毎の書き込み特性に応じるためにプロ
グラム手段によって書き込み電圧の昇圧レベルの段階を
可変にする。
係る不揮発性半導体メモリ装置の要部を示す回路ブロッ
ク図である。図2は図1の回路の動作を示すタイミング
図である。図3は図1の回路に関する書き込み動作の制
御を示すフローチャートである。本発明では、図3に示
したような書き込み及びベリファイ動作をチップ内部の
制御回路あるいはチップ外部のコントローラの制御によ
り、自動的に行うことができることを前提とする。
受けて、チップ書き込みモードに入ると、チップ内部の
制御回路が動作を開始し、書き込み電圧が昇圧され(S
T1)、アドレスで指定されたメモリセルへのデータ書
き込み動作が行われる(ST2 )。このとき、書き込
み動作回数はCNTとしてカウントされる(ST3 )。
その後、ベリファイ動作する(ST4 )。
毎ビットベリファイ方式を前提とする。すなわち、書き
込んだメモリセルのデータをセンスアンプに読出し、ビ
ット毎に書き込みが終了したかどうかをチップ内部で判
定する。すべてのビットが書き込み終了と判定されなけ
れば、再度、書き込み動作を行う。ただし、すでに書き
込みの終了したビットに対しては書き込み禁止状態とす
る。すべてのビットが書き込み終了と判定されれば、全
体の書き込み動作を終了する(ST5 )。ただし、書き
込み動作回数CNTが規定の書き込み動作回数Mを越え
ることはない。書き込み動作回数CNTがM回に達して
書き込みが完了しなかった時は異常終了としてこのフロ
ーを実施する回路系の外に信号が検出される。以降、上
記ベリファイ動作に含まれるベリファイのため読み出し
動作をベリファイ・リードと呼ぶ。
すST1 〜3 までのデータ書き込みの一連の動作を制御
する。ST4 以降はベリファイ系回路(図示せず)に制
御が移行し、ベリファイ系回路が再書き込みを必要とし
た場合にはこの図1の書き込み系回路に制御が戻され
る。
リセル181 はMOS型の不揮発性メモリトランジスタで
あり、電荷を蓄積するフローティングゲートを有する。
フローティングゲート上に配する制御ゲートCGは前記
メモリセルアレイ中のワード線に相当する。Dは基板上
のドレイン、SLは基板上のソースである。本発明に係
る書き込み電圧VPPは制御ゲートCGに印加される。
不揮発性のメモリセルトランジスタは、書き込み時には
基板と制御ゲートCGとに印加される電位の差の絶対値
に応じ、その絶対値が大きいほどしきい電圧が大きく変
動し、そのしきい電圧に対応したデータを記憶する。
ップ書き込みモードに入ると、書き込み制御回路11は、
制御信号P,Cを出力する。データの書き込みが開始さ
れると、書き込み制御信号Pの電圧は、“L”レベルか
ら“H”レベルへ変化する。制御信号Pの電圧は、デー
タの書き込み動作を行っている期間(昇圧の時間も含
む)、“H”レベルに保持されている。制御信号Cはタ
イマ13にも入力される。制御信号Cは昇圧が完了しメモ
リセルに書き込み電圧を与えるための信号である。制御
信号Cが“H”レベルに変化すると、タイマ13は、計時
動作を開始する。
じた所定時間が経過すると、パルス信号Sを出力する。
このパルス信号Sが書き込み制御回路11に入力される
と、書き込み制御回路11は、制御信号P,Cの電圧を
“H”レベルから“L”レベルに変化させる。これによ
り、1回のデータの書き込みが終了する。一方、カウン
タ12は、タイマ13からの信号Sを受け、データの書き込
み回数をカウントする。カウンタ12は書き込み回数(C
NT)を表す信号N1 ,N2 ,…を出力する。カウンタ
12の出力信号N1 ,N2 ,…は、タイマ13及び書き込み
電圧制御回路14に入力される。
入力されると、書き込み電圧の昇圧動作を開始する。昇
圧回路15が動作を開始してから一定期間が経過すると、
昇圧回路15の出力電圧VPPは、第1の書き込み電圧V
PP1 になる。昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)
VPPは、書き込み電圧制御回路14の出力信号によって
決定される。すなわち、書き込み電圧制御回路14は、デ
ータの書き込みの回数に応じて、昇圧回路15の出力電圧
VPPのレベルを決定する。
では、書き込み電圧制御回路14は、昇圧回路15が出力電
圧として第1の書き込み電圧VPP1 を出力するよう
に、昇圧回路15を制御する。この後、制御信号Cの電圧
は、“L”レベルから“H”レベルへ変化する。書き込
み電圧出力回路16は、制御信号Cが“H”レベルの期
間、昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)を、ロウデ
コーダ17に供給し、ロウデコーダ17によって選択された
メモリセルの制御ゲートCG(ワード線)に上記書き込
み電圧が印加される。
で行われる。ベリファイ・リードされた後、メモリセル
に所定のデータが正確に書き込まれているか否かをチェ
ックされ、全てのメモリセルに対して正確にデータが書
き込まれている場合には、データの書き込みが完了した
と判断し、全体の書き込み動作を終了させる。また、少
なくとも1つのメモリセルに対して書き込みが不十分で
ある場合には、2回目のデータの書き込み(再書き込
み)を実行する。
が、書き込み電圧VPP2 によって行われる。この2回
目のデータの書き込みよっても全てのメモリセルに対し
て正確にデータが書き込まれない場合には、全てのメモ
リセルに対して正確にデータが書き込まれるまで、3回
目以降のデータの書き込み(再書き込み)を実行する。
を受けることにより、その信号Sを受け取った時点での
書き込みの回数を記憶する。カウンタ12の出力が予め設
定された回数Kになるまでは、タイマ13はカウンタ12の
出力Niに基いて、各書き込み回数での書き込み時間T
(n)が一定時間tになるように信号Sを出力する。
圧制御回路14は、カウンタ12の出力が予め設定された回
数Kになるまでは、書き込み電圧がΔVPPずつ上昇す
るように書き込み電圧VPPを制御する。カウンタ12の
出力が予め設定された回数Kより大きくなると、すなわ
ちK+1回目以降の書き込みにおいては、タイマ13は、
カウンタ12の出力Niに基いて、各書き込み回数での書
き込み時間T(n)が、A×T(n−1)になるように
信号Sを出力する。また、書き込み電圧制御回路14はこ
のカウンタ12の信号を受け、書き込み回数K以降のデー
タ書き込みにおいては上限の書き込み電圧VPPmax を
維持するように制御される。
のVPPmax になる回数であり、Aは、書き込み電圧の
上昇分ΔVPPに依存する値であり、nは、書き込み回
数であり、T(n)は、n回目のデータの書き込みにお
ける書き込み時間である。すなわち、図2の例では回数
K=3、A=4であり、初回のデータの書き込み時間T
(1)=t、2回目のデータの書き込み時間T(2)=
t、3回目のデータの書き込み時間はT(3)=tであ
る。
電圧)VPPが上限のVPPmax になるまでは、書き込
み時間は、一定時間tである。昇圧回路15の出力電圧
(書き込み電圧)を書き込み回数ごとにΔVPP(例え
ば1.5V)ずつ上昇させ、昇圧回路15の出力電圧VP
Pが上限のVPPmaxに達したとき(n=K=3)、
これ以降のデータの書き込みについては、昇圧回路15の
出力電圧は、一定値VPPmax を維持しつつ、書き込み
時間はT(n)=4×T(n−1)になるように変化さ
せる。
ータの書き込み時間T(4)=4×T(4−1)=4×
T(3)=4t、5回目のデータの書き込み時間T
(5)=4×T(5−1)=4×T(4)=16tであ
り、図示しないが、6回目のデータの書き込み時間はT
(6)=4×T(6−1)=4×T(5)=64tとな
る。
本願発明では、昇圧回路15の出力電圧(書き込み電圧)
VPPが上限のVPPmax に達したときは、それ以降の
データの書き込みについては、書き込み電圧の上昇分Δ
VPP(1.5V)によるメモリセルのしきい電圧の変
動分と等価になる分だけ書き込み時間を長くしている。
つまり、書き込み電圧VPPが制限されているため、次
回の書き込み動作におけるメモリセルのしきい電圧の変
動分のさらなる拡大を、書き込み時間を変化させること
によって達成している。
Pと、書き込み時間T(n)との間における以下の関係
を応用したものである。 ΔVPP = 2.6・log ΔT …(1) ΔT = T(n)/T(n−1) …(2) (但し、係数2.6は、製造プロセスに依存する値) 従って、例えば、書き込み電圧の上昇分ΔVPPが約
1.5Vとした場合、この書き込み電圧の上昇分ΔVP
Pによるメモリセルのしきい電圧の変動分と等価な書き
込み時間の変化分ΔTは、約4となる。
る、書き込み電圧の上昇分ΔVPPと、このΔVPPに
等価な書き込み時間の関係を示す特性図である。説明の
ためメモリセルMC1 ,MC2 ,MC3 は共に書き込み
終了直前で同じしきい電圧レベルを持つとする。メモリ
セルMC1 は書き込みが速く、メモリセルMC3 は書き
込みが遅い。メモリセルMC2 はMC1 とMC3 の中間
の特性を持っている。
−ベリファイ動作のループの回数である。3回目の書き
込み(ループ3 )までは書き込み電圧はΔVPP(=
1.5V)ずつ増加し、その後は、同じ電圧VPPmax
のままである。4回目の書き込み(ループ4 )以降の書
き込み時間の変化分ΔTは各々前の時間分の4倍とし
た。このような条件は上述の図2と同じである。
ループで書き込み完了する。ループ3 までは書き込み電
圧を毎回ΔVPPずつ上昇させているので、書き込み時
間に比例してセルのしきい電圧は上昇する。
み完了する。ループ4 からは、書き込み電圧はもはや上
限(VPPmax )に達しているため上昇せず、VPPma
x を維持する。従って、ループ4 以降では、書き込み電
圧をさらにΔVPP上昇させたときのセルのしきい電圧
の変動分(点線41)と等価な分だけのセルのしきい電圧
の変動分を、書き込み時間を変更することによって得
る。セルのしきい電圧の推移は書き込み電圧を一定とす
ると、書き込みに要する時間は指数関数的に増大する。
よって、ループ4 ではセルのしきい電圧はカーブ42のよ
うに推移することを考慮して、ループ3 の書き込み時間
(t)より長い書き込み時間(4t)が必要である。
み完了する。ループ4 におけるカーブ43はカーブ42と同
様である。ループ5 では、ループ4 の書き込み効果に比
べて書き込み電圧をさらにΔVPP上昇させた場合のセ
ルのしきい電圧の変動分と等価な分だけのセルのしきい
電圧の変動分を実際に得るために、さらに書き込み時間
を変更する。ループ5 ではセルのしきい電圧はカーブ44
のように推移することを考慮して、ループ4 の書き込み
時間(4t)より長い書き込み時間(16t)が必要で
ある。
(VPPmax )に達した後は、それまでの書き込み電圧
の上昇分(ΔVPP)に相当する分だけ書き込み時間を
毎回増加させる。このため、全ての書き込み動作にわた
って、書き込み回数を重ねる毎に徐々に書き込み効率を
アップさせることができる。これにより、毎回十分な書
き込みを行った後、ベリファイ・リードができ、高速な
データの書き込みが実現できる。
間tとして、ベリファイ・リード及び書き込みのための
昇圧の時間の和の時間がtであり、上記書き込み時間t
と等しいとする。上述した第1の実施形態を適用して、
すべてのメモリセルの書き込みが完了するまで5回のル
ープを要するとすると、全体の書き込み時間は、 (t+t)+(t+t)+(t+t)+(4t+t)+(16t+t)=28t …(3) となる。
(VPPmax )に達しても書き込み時間を増加させない
場合を考えると、セルのしきい電圧の上昇が不十分なま
まベリファイ・リードと書き込みのための昇圧を何度も
行うことになる。すなわち、本発明では5回のループで
足りるのに対し、この場合では上記4tは4回分、上記
16tは16回分のループに相当するから計23回のル
ープとなり、それぞれにベリファイ・リード及び書き込
みのための昇圧の時間tがかかるため、全体の書き込み
時間は、 (t+t) ×23=46t …(4) となり、このような効率の悪いループがシステム全体の
書き込み時間を増大させる。
全体の書き込み時間を65%短縮している。このよう
に、本願においては不必要なベリファイ・リード及び書
き込みのための昇圧の時間を省略することができ、全体
の書き込み時間を短縮することができる。
タの書き込みまでは、書き込み電圧(制御ゲート電圧)
を除々に上昇させ、4回目以降のデータの書き込みは、
書き込み電圧(制御ゲート電圧)を一定にして書き込み
時間を長くしている。
ハで複数製作される全てのチップにおけるメモリセルに
対して一律に同一の条件で再書き込みを実行する仕様と
なるため、チップ間で書き込み特性のばらつきが生じた
場合には、必ずしも最適ではなくなる恐れがある。その
理由を例1、例2として以下に示す。
に比べてデータの書き込みが比較的速いメモリセルを有
するチップが製作されたとすると、このチップは通常の
チップと比較して少ない書き込み回数で書き込みを終了
することになる。この場合、書き込み後のメモリセルの
しきい電圧の分布は通常より高くなり、さらに最悪の場
合には過書き込み状態になるメモリセルが存在する可能
性がある。過書き込み状態とは、読み出し動作において
正常な読み出しが不可能となる領域にセルのしきい電圧
が分布することをいう。このようなチップに対しては、
通常よりも低い書き込み電圧に設定して、書き込み後の
セルのしきい電圧の分布を低い位置に抑える必要があ
る。
に比べてデータの書き込みが比較的遅いメモリセルを有
するチップが製作されたとすると、このチップは期待し
た所望回数以内の書き込み動作で十分なデータ書き込み
が行えないため、このチップに関しては初回から書き込
み電圧をある程度上げて書き込み回数の増加を抑える必
要がある。
は第2の実施形態を提供する。図5は本発明の第2の実
施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置の要部を示す回
路ブロック図である。図6は図5の回路の動作を示すタ
イミング図である。この第2の実施形態は、チップ毎
に、最適な書き込み電圧の与え方が選択できるようにチ
ップ製作後に書き込み電圧の与え方をプログラムする回
路を備えている。
すST1 〜3 までのデータ書き込みの一連の動作を制御
する。ST4 以降はベリファイ系回路(図示せず)に制
御が移る。ベリファイ系回路が再書き込みを必要と判断
した場合にはこの図1の書き込み系の回路ブロックに制
御が戻される。
ップ外部からのコマンド入力を受けて書き込みモードを
認識すると、チップ全体の書き込み動作を制御する。書
き込み制御回路11は、各書き込み毎に、制御信号P,C
を出力する。制御信号Pは、書き込み電圧制御回路14、
昇圧回路15及びヒューズデコーダ20をそれぞれ活性化さ
せる。昇圧回路15は、電源電圧VCCに基いて書き込み
電圧VPPを発生する。
選択回路21の選択信号V1 〜V10に対応する書き込み電
圧VPPを書き込み電圧出力回路16に供給する。制御信
号Cに制御される書き込み電圧出力回路16は、供給され
た書き込み電圧VPPを、ロウデコーダ17を介して、メ
モリセルアレイ18を構成するメモリセル181 の制御ゲー
トCG(ワード線)に印加する。
タイマ13は、所定の書き込み時間の経過後、信号Sを出
力する。信号Sはパルス信号であり、書き込み制御回路
11及びループカウンタ12a,12bに入力される。これに
より、制御信号P,Cは、“L”レベルとなり、書き込
みが終了する。
ンクリメントされ、全体の書き込み回数をカウントし、
書き込み回数を示す信号Niを書き込み電圧選択回路21
に出力する。タイマ13は、書き込み電圧選択回路21が上
限の書き込み電圧を指定する信号V10を選択するまで
は、一定間隔の書き込みパルス(信号S)を出力する。
上限の書き込み電圧に対応する信号V10を選択したと
き、制御信号Cのパルス信号が“L”レベルになった
後、信号F(図6では“H”レベル)が出力される。ル
ープカウンタ12bは、タイマ13の出力信号Sを受け、書
き込み電圧VPPが上限に達した後の書き込み回数をカ
ウントし、信号Mjを出力する。タイマ13は、ループカ
ウンタ12bの出力信号Mjを受けることにより、書き込
み電圧VPPが上限に達した後の書き込み回数に比例し
て書き込み時間を増加させる信号Sを出力する。すなわ
ち、タイマ13は、書き込み電圧VPPが上限に達した後
は、制御信号Cのパルス幅を一定倍率で広げるように信
号Sを制御する。
19の回路構成の一例を示すものである。図8は、図5中
のヒューズデコーダ20の回路構成の一例を示すものであ
る。両者とも実際には上記構成の回路が複数必要であ
る。ここでは、トリミングヒューズ回路19は、図7の回
路3個の組み合わせ構成である(i=1 〜3 )。ヒュー
ズデコーダは、図8の回路8個の組み合わせ構成である
(i=1 〜8 )。
た5つのインバータ61〜65と、MOSトランジスタ66
と、ヒューズ67とから構成される。制御信号Pは、イン
バータ61及びMOSトランジスタ66のゲートに入力され
る。ヒューズ67はポリシリコン層で形成され、溶断はレ
ーザ照射により行う。ヒューズ67は、インバータ62の出
力ノードとMOSトランジスタ66のドレインの間に接続
される。MOSトランジスタ66のソースは、接地点に接
続される。
インバータ64から出力され、プログラム信号FSiB
(i=1 〜3 )は、インバータ65から出力される。ヒュ
ーズデコーダは、制御信号PとFSiまたはFSiBが
入力されるNAND回路71と、NAND回路71の出力信
号を反転させて信号TRMi(i=1 〜8 )を出力する
インバータ72とから構成される。
ヒューズデコーダ20において、ヒューズ67が切断される
か否かによって、信号TRMi(i=1 〜8 )のうちの
1つが“H”レベルになる。これにより、8通りの書き
込み電圧VPPの供給パターンを選択することが可能に
なる。このようなVPP供給パターンの選択を以下、書
き込み電圧VPPのトリミングと呼ぶ。この実施形態で
は、書き込み電圧のトリミングをチップ製造後のダイソ
ート工程で行う。
TRMi(i=1 〜8 )により選択される書き込み電圧
VPPを示したものである。横軸はヒューズデコーダの
出力信号TRMiを示し、縦軸は信号TRMiにより選
択される書き込み電圧VPPを示している。なお、縦軸
の1目盛りは、例えば0.5Vであり、書き込み回数毎
のステップ幅は、例えば1.5Vである。
max はV10に対応する電圧である。この上限の書き込
み電圧は通常、チップの動作の信頼性を確保するため、
メモリセルまたは周辺回路を構成するトランジスタのゲ
ート酸化膜耐圧あるいは接合耐圧よりある一定電圧分低
く設定する。書き込み電圧選択回路21からの信号V1〜
V10のうちいずれかが選択されることにより、対応する
書き込み電圧が発生するようになっている。
(信号TRMi)に関係なく書き込み電圧が上限になる
場合の共通の波形である。また、TRM1 〜7 はそれぞ
れ、初回の書き込み電圧と次の書き込み電圧との差が
1.5Vであることから、Vi,Vi+3 はトリミング
において、TRM1 〜7 に共通する波形であるので代表
的に示した。
のような特性を持つチップには、例えば、TRM1 の電
圧VPPの供給パターンが選択される。すなわち、トリ
ミングヒューズ回路19にプログラムされたトリミング情
報に基き、ヒューズデコーダ20の出力信号TRM1 が
“H”レベルとなる。これにより、このチップは書き込
み電圧VPPに対応する選択信号V1 ,V4 ,V7 ,V
10のうちの1つが各書き込み回数毎に書き込み電圧制御
回路14に供給されるようになる。
プ1 (図3の書き込み−ベリファイ動作のST1 〜6 の
ループの1回目をいう)における、信号V1 に対応する
書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実
行される。この書き込み動作で書き込み不十分なメモリ
セルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次の
ループ2 における、信号V4 に対応する書き込み電圧V
PPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この
書き込み動作で、なお書き込み不十分なメモリセルがあ
れば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ3
における、信号V7 に対応する書き込み電圧VPPによ
るメモリセルへの書き込みが実行される。さらに書き込
み不十分なメモリセルに対してそれぞれ、次のループ4
における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上
限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書
き込みが実行される。
に書き込み不十分なメモリセルに対してはそれぞれ、図
示しないループ5 における、信号V10に対応する書き込
み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )による
メモリセルへの書き込みが実行される。このときには、
書き込み時間が長くなり、仮に書き込み電圧をさらにΔ
VPP(例えば1.5V)上昇させたときのメモリセル
のしきい電圧の変動分に相当する書き込み時間が設定さ
れる。それ以降、書き込み回数が増える毎にΔVPPに
等価的な書き込み時間が設定される。ループカウンタ12
aが所定の書き込み回数をカウントしたときは書き込み
動作を終了する。この時点でまだ書き込み不十分なメモ
リセルがあれば、異常終了として図3のフローを実施す
る回路系の外に検出される。
は、例えば、TRM6 の電圧VPPの供給パターンが選
択される。すなわち、トリミングヒューズ回路19でプロ
グラムされ、ヒューズデコーダ20の出力信号TRM6 が
“H”レベルとなる。これにより、このチップは書き込
み電圧VPPとして、選択信号V6 ,V9 ,V10に対応
する電圧のうちの1つが各書き込み回数毎に供給される
ようになる。
プ1 (図3の書き込み−ベリファイ動作のST1 〜6 の
ループの1回目をいう)における、信号V6 に対応する
書き込み電圧VPPによるメモリセルへの書き込みが実
行される。この書き込み動作で書き込み不十分なメモリ
セルがあれば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次の
ループ2 における、信号V9 に対応する書き込み電圧V
PPによるメモリセルへの書き込みが実行される。この
書き込み動作で、なお書き込み不十分なメモリセルがあ
れば、そのメモリセルに対してそれぞれ、次のループ3
における、信号V10に対応する書き込み電圧VPP(上
限の書き込み電圧VPPmax )によるメモリセルへの書
き込みが実行される。
に書き込み不十分なメモリセルに対してはそれぞれ、図
示しないループ4 における、信号V10に対応する書き込
み電圧VPP(上限の書き込み電圧VPPmax )による
メモリセルへの書き込みが実行される。このときには、
書き込み時間が長くなり、仮に書き込み電圧をさらにΔ
VPP(例えば1.5V)上昇させたときのメモリセル
のしきい電圧の変動分に相当する書き込み時間が設定さ
れる。それ以降、書き込み回数が増える毎にΔVPPに
等価的な書き込み時間が設定される。ループカウンタ12
aが所定の書き込み回数をカウントしたときは書き込み
動作を終了する。この時点でまだ書き込み不十分なメモ
リセルがあれば、異常終了として図3のフローを実施す
る回路系の外に検出される。
き込み電圧選択回路21の構成を部分的に示す回路図であ
る。書き込み電圧選択回路21は、図10の回路構成が1
0個と図11の回路が1個により構成される。図10に
おいて、MOSトランジスタ9ia, 9ib(i=1 〜8
)は、ノード100 と接地点との間に直列接続され、各
ゲートには、入力信号対INPUT i(i=1 〜8 )が入力
される。例えば、MOSトランジスタ91a,91bは、ノ
ード100 と接地点との間に直列接続され、各ゲートには
入力信号対INPUT 1 が入力される。これらドライブ用の
MOSトランジスタ 9ia, 9ib(i=1 〜8 )は、
Nチャネルエンハンスメント型MOSトランジスタであ
る。負荷用のMOSトランジスタ99a,99bは、Nチャ
ネルディプレッション型MOSトランジスタであり、ノ
ード100 と電源端子との間に直列接続されている。MO
Sトランジスタ99a,99bのゲートは、共にノード100
に接続されている。ノード100 の電位は、インバータ99
cにより反転され、書き込み電圧選択信号Vi(i=1
〜10)となる。
は、NORゲート101 及びインバータ103 に入力され
る。また、リセット信号R及びNORゲート101 の出力
信号は、NORゲート102 に入力される。NORゲート
102 の出力信号は、NORゲート101 、NANDゲート
104 及びインバータ106 に入力される。インバータ103
の出力信号はNANDゲート104 に入力される。NAN
Dゲート104 の出力信号は、インバータ105 を通過して
信号Fとなる。また、NORゲート102 の出力信号はイ
ンバータ106 ,107 を通過して信号V10Fとなる。
2 によりフリップフロップを構成し、書き込み電圧の上
限のVPPmax を指定する信号V10を、書き込み終了
(リセット)されるまでラッチする。
カウンタ12bに書き込み電圧の上限のVPPmax になっ
たことを伝達する。信号Fを受けたタイマ13は書き込み
毎に書き込み時間を所定時間長くするよう書き込み制御
回路11に信号S(パルス)を供給すると共に、ループカ
ウンタ12a,12bにパルスをカウントさせる。表1は、
図10及び図11の書き込み電圧選択回路の入出力表を
示している。
ーズデコーダの出力信号TRMiの組み合わせ(入力信
号対INPUT i各々に相当)により、書き込み電圧選択回
路は書き込み電圧制御回路に選択信号V1 ,V2 …,V
10Fを出力する。すなわち、この書き込み電圧選択回路
21は、トリミングヒューズ回路19にプログラムされたト
リミング情報と、ループカウンタ12aの示す書き込み回
数に基づき、図9に示すような書き込み電圧VPPを生
成するように動作する。
構成を示す回路図である。REFは、チップ内部の他の
回路で発生される一定電圧である。入力される選択信号
V1〜V10Fのうちのいずれかか“H”レベルになる
と、ノードVINと一定電圧REFとが等しくなるよう
に、ノード130 の電圧が決定される。これにより、書き
込み電圧VPPは、pn接合ダイオードQ1 〜Q4 の各
ブレイクダウン電圧とノード130 の電圧の和に等しくな
るように制御され、図5の書き込み電圧出力回路に供給
される。
性半導体メモリ装置において、例えば、図8におけるT
RM4 が“H”レベルになるように、ダイソート工程に
おいて図7のヒューズ67を切断すれば、1回目のデータ
書き込みでは、書き込み電圧VPPは、信号V4 に対応
する電圧になり、2回目のデータ書き込みでは、書き込
み電圧VPPは、信号V7 に対応する電圧になり、3回
目のデータ書き込みでは、書き込み電圧VPPは、信号
V10に対応する上限の電圧VPPmax になるように制御
される。
ては、常に、書き込み電圧VPPは、VPPmax になる
ように制御される。また、書き込み時間は、1回目から
3回目までのデータ書き込みにおいては、一定値とし、
4回目以降のデータ書き込みにおいては、毎回、前回の
書き込み時間の4倍になるように制御する。これによ
り、チップ毎の書き込み特性を考慮して、チップ毎に最
適な書き込み電圧の与え方を個々に設定できる。
半導体メモリ装置によれば、次のような効果がある。書
き込み回数が増えるにつれて次第に書き込み電圧を上昇
させ、かつ、書き込み電圧が上限値になった後には、書
き込み電圧を最大値に維持し、書き込み回数が増えるに
つれて次第に書き込み時間を長くすることにより、全て
のメモリセルに高速にデータを書き込むことができ、か
つ、メモリセルのしきい電圧の分布の幅も狭くすること
ができる。さらに書き込み回数が増えるにつれて次第に
書き込み電圧を上昇させる書き込み方式であることによ
り、メモリセルトランジスタのゲート酸化膜にかかるス
トレスを低減でき、メモリセルの信頼性向上を図ること
ができる。
らつきがある場合にも、チップ毎に最適な書き込み電圧
及び書き込み時間を設定する手段を備えることにより、
全てのチップについて高速な書き込みが可能となり、狭
いしきい電圧の分布が得られる。
ゲート型の半導体不揮発性メモリセルは、NAND型、
AND型、NOR型、DINOR型等いずれの構成でメ
モリセルアレイを構成してもよい。
性半導体記憶装置によれば、全てのメモリセルにおい
て、しきい電圧の分布が広がらずに高速なデータ書き込
みを実現することができ、かつ、メモリセルの閾値分布
の幅も狭くすることができる。
らつきがある場合にも、チップ毎に最適な書き込み電圧
及び書き込み時間を設定する手段を備えることにより、
メモリセルのしきい電圧の分布を広げない高速なデータ
書き込みを、チップ毎のメモリセルの書き込み特性に応
じつつ実現する。
装置の要部の構成を示す回路ブロック図。
フローチャート。
の上昇分及びこの上昇分に等価な書き込み時間の関係を
示す特性図。
装置の要部の構成を示すブロック図。
路図。
路図。
供給パターンとの関係を示す図。
部の回路図。
部の回路図。
路図。
Claims (18)
- 【請求項1】 メモリセルアレイと、 前記メモリセルアレイのメモリセルにデータを書き込む
手段と、 前記メモリセルアレイのメモリセルからデータを読み出
し、正確なデータが書き込まれているか否かを判断する
手段と、 前記メモリセルアレイの全てのメモリセルに正確なデー
タが書き込まれていない場合に再書き込みを実行する手
段と、 前記再書き込みの書き込み回数が増えるに従って書き込
み電圧を次第に上昇させ、かつ、書き込み電圧が最大値
になった後には、書き込み電圧を最大値に維持し、前記
再書き込みの書き込み回数が増えるに従って書き込み時
間を次第に長く設定する手段とを具備することを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記書き込み電圧の上昇分をΔVPPと
したとき、前記書き込み電圧が最大値になった後の書き
込み時間T(n)は、 ΔVPP = A・log ΔT ΔT = T(n)/T(n−1) (但し、Aは、定数、nは、書き込み回数、T(n)
は、n回目の書き込みの書き込み時間である)を満たし
ていることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導
体記憶装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装
置において、 それぞれの書き込みにおける書き込み電圧をチップ毎に
設定し得る手段を具備することを特徴とする。 - 【請求項4】 複数の不揮発性メモリセルを含むメモリ
セルアレイと、 前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧す
る昇圧回路と、 書き込み回数をカウントするカウンタと、 前記カウンタの指定する任意の書き込み回数に至るまで
は前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を一
定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモリセル
への前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加させる
タイマと、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め
決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書
き込み電圧制御回路とを具備したことを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれ
ぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前
における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの
1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇
分が得られるように設定されることを特徴とする。 - 【請求項6】 請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分けるためのプログラム手段をさら
に具備することを特徴とする。 - 【請求項7】 複数の不揮発性メモリセルを含むメモリ
セルアレイと、 前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧す
る昇圧回路と、 書き込み動作の所定回数をカウントする第1のカウンタ
と、 前記所定回数のうちの任意の書き込み回数から後をカウ
ントする第2のカウンタと、 前記第2のカウンタの指定する任意の書き込み回数に至
るまでは前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時
間を一定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモ
リセルへの前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加
させるタイマと、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め
決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書
き込み電圧制御回路と、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分けるプログラムシステムとを具備
したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 前記プログラムシステムは、前記書き込み電圧制御回路
に前記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する
書き込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の
選択信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログ
ラム信号を与えるヒューズ回路とを含むことを特徴とす
る。 - 【請求項9】 請求項7記載の不揮発性半導体記憶装置
において、 前記プログラムシステムによって、前記任意の書き込み
回数の初回の前記昇圧レベルを可変にすると共に、前記
書き込み電圧が予め決められた上限に至るまで前記昇圧
レベルを段階的に分けられる前記任意の書き込み回数が
変えられることを特徴とする。 - 【請求項10】 請求項7記載の不揮発性半導体記憶装
置において、 前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれ
ぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前
における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの
1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇
分が得られるように設定されることを特徴とする。 - 【請求項11】 複数の不揮発性メモリセルを含むメモ
リセルアレイと、 前記メモリセルを選択するためのデコーダと、 前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧す
る昇圧回路と、 書き込み回数をカウントするカウンタと、 前記カウンタの指定する任意の書き込み回数に至るまで
は前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を一
定とし、前記任意の書き込み回数の後は前記メモリセル
への前記書き込み電圧の供給時間を段階的に増加させる
タイマと、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め
決められた上限に至るとその書き込み電圧を維持する書
き込み電圧制御回路とを具備し、前記カウンタのカウン
ト毎に、前記メモリセルアレイの選択したメモリセルに
正しいデータが書き込まれているか否かを判断するベリ
ファイが行われ、正しいデータが書き込まれるまでこの
選択したメモリセルに対し、前記タイマの制御に従って
書き込み動作を行うことを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。 - 【請求項12】 請求項11記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 前記段階的に増加させる書き込み電圧の供給時間はそれ
ぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至る前
における前記書き込み電圧の段階的に分けられたうちの
1回の上昇分に応じた前記メモリセルのしきい電圧上昇
分が得られるように設定されることを特徴とする。 - 【請求項13】 請求項11記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意の書き込み回
数に応じて段階的に分けるためのプログラム手段をさら
に具備する。 - 【請求項14】 請求項13記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 前記プログラム手段は、前記書き込み電圧制御回路に前
記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する書き
込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の選択
信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログラム
信号を与えるヒューズ回路とを含み、前記プログラム手
段によって、前記書き込み電圧が予め決められた上限に
至るまで前記昇圧レベルを段階的に分けられる前記任意
の書き込み回数が変わることを特徴とする。 - 【請求項15】 複数の不揮発性メモリセルを含むメモ
リセルアレイと、 前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧す
る昇圧回路と、 書き込み回数をカウントするカウンタと、 前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を制御
するため、前記カウンタによる所定回数のカウントのう
ち、初回から任意回数までは一定時間間隔でカウントさ
せ、前記任意回数から後の回数は段階的に増加する時間
間隔でカウントさせる信号を出力するタイマと、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応じて
段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた
上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧
制御回路とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。 - 【請求項16】 請求項15記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 前記タイマの出力する信号における段階的に増加する時
間間隔はそれぞれ、前記書き込み電圧が予め決められた
上限に至る前における前記書き込み電圧の段階的に分け
られたうちの1回の上昇分に応じた前記メモリセルのし
きい電圧上昇分が得られるように設定することを特徴と
する。 - 【請求項17】 複数の不揮発性メモリセルを含むメモ
リセルアレイと、 前記メモリセルに供給するための書き込み電圧を昇圧す
る昇圧回路と、 書き込み動作の所定回数をカウントする第1のカウンタ
と、 前記所定回数のうちの任意回数から後をカウントする第
2のカウンタと、 前記メモリセルへの前記書き込み電圧の供給時間を制御
するため、前記第1のカウンタによる所定回数のカウン
トのうち、初回から前記任意回数までは一定時間間隔で
カウントさせ、前記任意回数から後の回数は段階的に増
加する時間間隔でカウントさせる信号を出力するタイマ
と、 前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまでの前
記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応じて
段階的に分け、かつ前記書き込み電圧が予め決められた
上限に至るとその書き込み電圧を維持する書き込み電圧
制御回路と、 前記任意回数の初回の前記昇圧レベルを可変にするた
め、前記書き込み電圧が予め決められた上限に至るまで
の前記昇圧回路による昇圧レベルを、前記任意回数に応
じて段階的に分けるプログラムシステムとを具備したこ
とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項18】 請求項17記載の不揮発性半導体記憶
装置において、 前記プログラムシステムは、前記書き込み電圧制御回路
に前記昇圧レベルを設定するための選択信号を出力する
書き込み電圧選択回路と、前記書き込み電圧選択回路の
選択信号を指定するデコーダと、前記デコーダにプログ
ラム信号を与えるヒューズ回路とを含むことを特徴とす
る。
Priority Applications (1)
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JP7136795 | 1995-03-29 | ||
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JPH08329694A true JPH08329694A (ja) | 1996-12-13 |
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ID=26412468
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JP07257996A Expired - Fee Related JP3621501B2 (ja) | 1995-03-29 | 1996-03-27 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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