JPH11154397A - 不揮発性半導体メモリ - Google Patents

不揮発性半導体メモリ

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JPH11154397A
JPH11154397A JP31995697A JP31995697A JPH11154397A JP H11154397 A JPH11154397 A JP H11154397A JP 31995697 A JP31995697 A JP 31995697A JP 31995697 A JP31995697 A JP 31995697A JP H11154397 A JPH11154397 A JP H11154397A
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voltage
reference voltage
memory cell
semiconductor memory
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JP31995697A
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Yasuhiro Tonda
保弘 頓田
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】不揮発性半導体メモリの読出しスピードを高速
化する。 【解決手段】抵抗30およびダイオード31の直列回路
にダイオード31と異なる温度依存性の定電流を供給し
てメモリセルの閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準
電圧REFを内部発生する基準電圧発生回路46と、こ
の基準電圧発生回路46から基準電圧REFをそれぞれ
入力しこの基準電圧REFに基づき消去ベリファイ電圧
EO,読出し電圧ROをそれぞれ設定および生成する消
去ベリファイ電圧生成回路48,読出し電圧生成回路4
7とを備え、消去ベリファイ電圧EO,読出し電圧RO
が、メモリセルの閾値電圧と同等の温度依存性を持ち、
低温で高く高温で低く設定される。

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メモ
リに関し、特に消去,書込みおよび読出し可能な不揮発
性半導体メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の不揮発性半導体メモリ
は、消去または書込みの後、消去または書込みが正しく
行われたかを確認する消去ベリファイまたは書込みベリ
ファイを行い、読出し動作を行う。そのため、内部で、
消去ベリファイ時または書込みベリファイ時および読出
し時にメモリセルのゲート電圧として用いられる消去ベ
リファイ電圧または書込みベリファイ電圧および読出し
電圧を設定および生成し、これら各設定電圧が切替えら
れ各ワード線に選択的に出力されて動作する。
【0003】たとえば、図4は、従来の不揮発性半導体
メモリにおける消去ベリファイ電圧生成回路の例を示す
部分回路図である。図4を参照すると、この消去ベリフ
ァイ電圧生成回路では、メモリデータ書込み時に使用す
るデータ書込み装置など、外部から印加される安定で且
つ十分高い外部供給電圧を基準電圧として用い、この外
部印加基準電圧と接地間に抵抗1を設け、抵抗1の抵抗
分割により電圧V1を出力し、この電圧V1をゲートへ
入力しドレインに外部印加基準電圧を入力するN型ノン
ドープトランジスタ2のソースから、消去ベリファイ時
にメモリセルゲート電圧として用いられる消去ベリファ
イ電圧を出力する。
【0004】すなわち、図4のように、抵抗1を分割し
た2つの抵抗の抵抗値をR1,R2とし、外部供給電圧
である基準電圧をVrとした場合、 V1={R2/(R1+R2)}*Vr …(1) となる。N型ノンドープトランジスタ2の閾値電圧は、
通常、0vであるので、消去ベリファイ時の消去ベリフ
ァイ電圧EOは、電圧V1と同じ電圧となる。このと
き、抵抗1の分割抵抗R1,R2の温度に対する抵抗値
の温度変動は同じであるため、消去ベリファイ電圧EO
の温度に対する変動は、ほとんど無く、外部基準電圧の
温度依存性に等しい。
【0005】読出し時のメモリセルのゲート電圧として
用いられる読出し電圧ROを生成する読出し電圧生成回
路も、基本的には同じ回路構成をとっている。
【0006】図5は、この従来の不揮発性半導体メモリ
における消去ベリファイ電圧EO,読出し電圧ROとメ
モリセルの閾値電圧VTの温度依存性とを示す特性図で
ある。図5を参照して、消去ベリファイ電圧EO,読出
し電圧ROの設定方法について説明する。
【0007】消去ベリファイ電圧EO,読出し電圧RO
は、一般に、読出し時の読出しスピード、および、消去
後のメモリセルの閾値電圧の最大値によって設定され
る。すなわち、メモリセルを消去した場合、消去後のメ
モリセルの閾値電圧VTは、通常、2v〜0.5vと分
布する。この分布の最大のメモリセルの閾値電圧VTよ
り少し高いところに、消去ベリファイ電圧EOを設定す
る。なお、メモリセルの閾値電圧VTは負の温度依存性
を有するので、低温時の消去後のメモリセルの最大閾値
電圧により消去ベリファイ電圧EOを定めることにな
る。
【0008】一方、消去ベリファイ電圧EOに対して、
読出し電圧ROは、読出し時の読出しスピードを満足す
るように、 EO << RO …(2) に設定する必要がある。
【0009】このとき、消去ベリファイ電圧EOおよび
読出し電圧ROは、温度変動が同じ分割抵抗の比で決ま
るため、それらの温度に対する変動は無い。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
方法では、消去ベリファイ時および読出し時にメモリセ
ルのゲート電圧として用いられる消去ベリファイ電圧E
Oおよび読出し電圧ROの生成に、温度依存性の無い外
部基準電圧を利用していたために、消去ベリファイ電圧
EOおよび読出し電圧ROには温度依存性が無かった
が、最近の半導体の微細化の進展により、メモリセル自
体のサイズが小さくなり、また電源電圧の低電圧化によ
り、読出しスピードに必要なマージンが少なくなり、温
度変化に対してのメモリセルの閾値電圧VTの変動を含
めたマージン確保が厳しくなってきているという問題点
を有する。
【0011】さらに、この問題点を図5を参照して詳細
に説明する。
【0012】この従来の不揮発性半導体メモリの実使用
時において、高温状態で消去および消去ベリファイを実
行して消去動作が確認された場合、図5の点Bに示すよ
うに消去ベリファイ電圧EOより少し低い閾値電圧VT
を持ったメモリセルが存在することになる。一方、この
メモリセルを有する不揮発性半導体メモリを低温状態で
使用すると、メモリセルの閾値電圧VTは高温時より高
くなるため、図5の点Aに示すような閾値電圧VTとな
っている。そして、この状態でメモリの読出し動作を行
った場合、図5のマージンCに示すように、読出し電圧
ROと閾値電圧VTとの差が少ないため、メモリセルの
電流が小さくなり、その結果、読出しスピードが遅くな
り、規格を満足できなくなる。
【0013】また、従来は、微細化が進んでおらず、使
用する電源電圧自体も高かったため、消去ベリファイ電
圧EOと読出し電圧ROとの電圧差を十分大きく設定す
ることが可能であり、この電圧差の中に、メモリセルの
閾値電圧VTの温度変化に対する変動分も含めることで
きたが、現在では、電源電圧値が低下し、メモリセルの
書込みよる閾値電圧のシフト量が減少すると共に、消去
後の閾値電圧バラツキが増大するなど、従来の消去ベリ
ファイ電圧EO,読出し電圧ROの設定方法では、読出
しスピードに必要なマージンを大きくとることが難し
く、規格を満足する不揮発性半導体メモリを得ることは
困難になってきている。
【0014】したがって、本発明の目的は、不揮発性半
導体メモリの読出しスピードを高速化することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、消
去ベリファイ時または書込みベリファイ時および読出し
時にメモリセルのゲート電圧として用いられる消去ベリ
ファイ電圧または書込みベリファイ電圧および読出し電
圧を設定および生成し、これら各設定電圧が切替えられ
各ワード線に選択的に出力されて動作する不揮発性半導
体メモリにおいて、前記各設定電圧が、メモリセルの閾
値電圧と同等の温度依存性を持ち、低温で高く高温で低
く設定される。
【0016】また、抵抗およびダイオード手段の直列回
路に前記ダイオード手段と異なる温度依存性の定電流を
供給して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準電
圧を内部発生する基準電圧発生回路と、この基準電圧発
生回路から前記基準電圧をそれぞれ入力しこの基準電圧
に基づき前記各設定電圧をそれぞれ設定および生成する
各設定電圧生成回路とを備えている。
【0017】または、メモリセルトランジスタに定電流
を供給して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準
電圧を内部発生する基準電圧発生回路と、この基準電圧
発生回路から前記基準電圧をそれぞれ入力しこの基準電
圧に基づき前記各設定電圧をそれぞれ設定および生成す
る各設定電圧生成回路とを備えている。
【0018】または、抵抗およびダイオード手段の直列
回路に前記ダイオード手段と異なる温度依存性の定電流
を供給して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準
電圧を内部発生しこの基準電圧に基づき前記各設定電圧
をそれぞれ設定および生成する各設定電圧生成回路とを
備えている。
【0019】または、メモリセルトランジスタに定電流
を供給して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準
電圧を内部発生しこの基準電圧に基づき前記各設定電圧
をそれぞれ設定および生成する各設定電圧生成回路とを
備えている。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図1は、本発明の不揮発性半導体メモリ
の実施形態1における消去ベリファイ電圧などを設定お
よび生成する回路部分を示す部分回路図である。図1を
参照すると、この実施形態の不揮発性半導体メモリは、
消去ベリファイ電圧などを設定および生成する回路とし
て、基準電圧発生回路46,消去ベリファイ電圧生成回
路48,読出し電圧生成回路47などを備え、消去ベリ
ファイ電圧などの各設定電圧が、メモリセルの閾値電圧
と同等の温度依存性を持ち、低温で高く高温で低く設定
される。
【0021】基準電圧発生回路46は、一端から基準電
圧REFを内部発生する抵抗30,ダイオード31の直
列回路と、この直列回路にダイオード31と異なる温度
依存性の定電流を供給する定電流回路とを備える。この
定電流回路は、さらに、抵抗29と、この抵抗29をソ
ースに接続するN型トランジスタ27と、このN型トラ
ンジスタ27のゲートをドレイン,ゲートに共通接続す
るN型トランジスタ28と、ゲート,ドレインをN型ト
ランジスタ27のドレインに共通接続するP型トランジ
スタ24と、このP型トランジスタ24のドレインにゲ
ートを接続しN型トランジスタ28のドレインにドレイ
ンを接続するP型トランジスタ25と、P型トランジス
タ24のドレインにゲートを接続しドレインから定電流
を出力するP型トランジスタ26とから成り、抵抗29
の抵抗値に反比例した定電流を供給する。
【0022】消去ベリファイ電圧生成回路48は、基準
電圧発生回路46から基準電圧REF1を入力しこの基
準電圧REFに基づき消去ベリファイ電圧EOを設定お
よび生成するレギュレータ回路であり、消去ベリファイ
電圧EOを分圧および設定する抵抗45と、この抵抗4
5の分圧と基準電圧REF1とを入力および増幅し消去
ベリファイ電圧EOを出力する増幅部とからなり、この
増幅部は、定電流源44と、N型トランジスタ42,4
3と、P型トランジスタ39,40から成る。消去ベリ
ファイ電圧EOは、抵抗45の分割点により分割された
抵抗値R9,R10によって、 EO={(R9+R10)/R10}*REF …(3) で決まる。
【0023】読出し電圧生成回路47は、基準電圧発生
回路46から基準電圧REF1を入力しこの基準電圧R
EFに基づき読出し電圧ROを設定および生成するレギ
ュレータ回路であり、設定電圧値を除き、内部構成は消
去ベリファイ電圧生成回路48と同様であり、重複説明
を省略する。読出し電圧ROは、抵抗38の分割点によ
り分割された抵抗値R7,R8によって、 RO={(R7+R8)/R8}*REF …(4) で決まる。
【0024】この他、書込みベリファイ時にメモリセル
のゲート電圧として用いられる書込みベリファイ電圧
も、必要に応じて同様に設定および生成される。ここで
は、主に、消去ベリファイ電圧EOと読出し電圧ROと
に注目して説明する。
【0025】次に、本実施形態の不揮発性半導体メモリ
における回路動作を説明する。
【0026】基準電圧発生回路46において、抵抗3
0,ダイオード31の直列回路に供給される定電流は、
上述したように、 抵抗29の抵抗値に反比例する。そ
のため、抵抗30には、抵抗30の抵抗値に比例し抵抗
29の抵抗値に反比例する降下電圧、すなわち、抵抗3
0および抵抗29の抵抗値比(抵抗30/抵抗29)で
設定可能な降下電圧が発生し、この降下電圧とダイオー
ド31の順電圧VFの和が、基準電圧REF1として出
力される。
【0027】この基準電圧REFの温度依存性δ(RE
F)/δTは、抵抗30,抵抗29の抵抗値R30,R
29と、各トランジスタ24〜28のチャネル幅/長比
W/L24〜28と、ダイオード31のフォワード電圧
VFとにより、次式で示される。
【0028】である。この式(5)は、ダイオード31
の順電圧VFの温度依存性δ(VF)/δTは、通常、
負の値を持ち、基準電圧REFの温度依存性δ(RE
F)/δTは、抵抗30,抵抗29の抵抗値比R30/
R29により設定され得ることを示す。すなわち、抵抗
30,抵抗29の抵抗値の設定により、基準電圧REF
は、メモリセルの閾値電圧VTと同等の温度依存性を持
ち、低温で高く高温で低く設定される。
【0029】また、消去ベリファイ電圧回路48,読出
し電圧生回路47において、式(4)、(5)に示すよ
うに、基準電圧REFに基づき消去ベリファイ電圧E
O,読出し電圧ROを設定および生成する。図2は、こ
れら消去ベリファイ電圧EO,読出し電圧RO,閾値電
圧VTの温度依存性を示す特性図である。図2に示すよ
うに、温度が高くなるに従い、基準電圧REFが下が
り、消去ベリファイ電圧EO,読出し電圧ROも、メモ
リセルの閾値電圧VTと同等の温度依存性を持ち、低温
で高く高温で低くなる。
【0030】図3は、本発明の不揮発性半導体メモリの
実施形態2における消去ベリファイ電圧などを設定およ
び生成する回路部分を示す部分回路図である。図3を参
照すると、この実施形態の不揮発性半導体メモリは、消
去ベリファイ電圧などを設定および生成する回路とし
て、基準電圧発生回路21,消去ベリファイ電圧生成回
路23,読出し電圧生成回路22などを備え、消去ベリ
ファイ電圧などの各設定電圧が、メモリセルの閾値電圧
と同等の温度依存性を持ち、低温で高く高温で低く設定
される。消去ベリファイ電圧生成回路23,読出し電圧
生成回路22は、図1に示す実施形態1の不揮発性半導
体メモリの消去ベリファイ電圧生成回路48,読出し電
圧生成回路47と同様であり、重複説明を省略する。
【0031】本実施形態の基準電圧発生回路21は、ゲ
ート,ドレインを共通接続し基準電圧REFを内部発生
するメモリセルトランジスタ6と、定電流源5,P型ト
ランジスタ3,4から成りメモリセルトランジスタ6に
定電流を供給する定電流回路とを備える。
【0032】この実施形態の基準電圧発生回路21の動
作を簡単に説明すると、メモリセルトランジスタ6のド
レイン,ゲートに、例えば1uAの定電流を供給する
と、閾値電圧VTにリミットされた基準電圧REFが発
生する。この基準電圧REFは、当然、フラシュのメモ
リセルトランジスタ6の閾値電圧VTと同等の温度依存
性を持ち、温度が高くなると低くなる。
【0033】また、実施形態1と同様に、消去ベリファ
イ電圧生成回路23,読出し電圧生成回路22により、
基準電圧REFに基づき消去ベリファイ電圧EO,読出
し電圧ROを設定および生成しているため、温度が高く
なるに従い、基準電圧REF1が下がり、消去ベリファ
イ電圧EO,読出し電圧ROも、メモリセルの閾値電圧
と同等の温度依存性を持ち、低温で高く高温で低くな
る。
【0034】なお、上述した各実施形態では、基準電圧
発生回路で発生した基準電圧に基づき消去ベリファイ電
圧,読出し電圧をそれぞれ生成する構成を示したが、本
発明の変形例として、消去ベリファイ電圧,読出し電圧
などの各設定電圧生成回路で、それぞれ、メモリセルの
閾値電圧と同等の温度依存性を持つ各設定電圧を生成す
る構成も可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による不揮
発性半導体は、メモリセル閾値電圧の温度に対する変動
に、消去ベリファイ電圧および読出し電圧の変動を合わ
せたため、メモリセル閾値電圧の温度による変化分を除
くことができ、消去ベリファイ電圧と読出し電圧との電
圧差、すなわち、読出しスピードに必要なマージンを全
温度範囲で十分に取ることができる。
【0036】また、これにより、不揮発性半導体メモリ
の実使用時に、高温状態で、メモリセル消去処理、消去
ベリファイを実行し、メモリセルの閾値電圧を確認して
消去状態の確認がされた後、低温時に読出しを行った場
合でも、読出し時のメモリセルの電流が充分とれ、高速
な読出し動作を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性半導体メモリの実施形態1の
部分構成を示す部分回路図である。
【図2】図1の不揮発性半導体メモリにおける温度依存
性を示す特性図である。
【図3】本発明の不揮発性半導体メモリの実施形態2の
部分構成を示す部分回路図である。
【図4】従来の不揮発性半導体メモリの部分構成例を示
す部分回路図である。
【図5】図4の不揮発性半導体メモリにおける温度依存
性を示す特性図である。
【符号の説明】
1,13,20,30,38,45 抵抗 2 N型ノンドープトランジスタ 3,4,7〜9,14〜16,24〜26,32〜3
4,39〜41 P型トランジスタ 5,12,19,37,44 定電流源 6 メモリセルトランジスタ 10,11,17,18,27,28,35,36,4
2,43 P型トランジスタ 31 ダイオード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 消去ベリファイ時または書込みベリファ
    イ時および読出し時にメモリセルのゲート電圧として用
    いられる消去ベリファイ電圧または書込みベリファイ電
    圧および読出し電圧を設定および生成し、これら各設定
    電圧が切替えられ各ワード線に選択的に出力されて動作
    する不揮発性半導体メモリにおいて、前記各設定電圧
    が、メモリセルの閾値電圧と同等の温度依存性を持つこ
    とを特徴とする不揮発性半導体メモリ。
  2. 【請求項2】 前記各設定電圧が、低温で高く高温で低
    く設定される、請求項1記載の不揮発性半導体メモリ。
  3. 【請求項3】 抵抗およびダイオード手段の直列回路に
    前記ダイオード手段と異なる温度依存性の定電流を供給
    して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準電圧を
    内部発生する基準電圧発生回路と、この基準電圧発生回
    路から前記基準電圧をそれぞれ入力しこの基準電圧に基
    づき前記各設定電圧をそれぞれ設定および生成する各設
    定電圧生成回路とを備える、請求項1または2記載の不
    揮発性半導体メモリ。
  4. 【請求項4】 メモリセルトランジスタに定電流を供給
    して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準電圧を
    内部発生する基準電圧発生回路と、この基準電圧発生回
    路から前記基準電圧をそれぞれ入力しこの基準電圧に基
    づき前記各設定電圧をそれぞれ設定および生成する各設
    定電圧生成回路とを備える、請求項1または2記載の不
    揮発性半導体メモリ。
  5. 【請求項5】 抵抗およびダイオード手段の直列回路に
    前記ダイオード手段と異なる温度依存性の定電流を供給
    して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準電圧を
    内部発生しこの基準電圧に基づき前記各設定電圧をそれ
    ぞれ設定および生成する各設定電圧生成回路とを備え
    る、請求項1または2記載の不揮発性半導体メモリ。
  6. 【請求項6】 メモリセルトランジスタに定電流を供給
    して前記閾値電圧と同等の温度依存性を持つ基準電圧を
    内部発生しこの基準電圧に基づき前記各設定電圧をそれ
    ぞれ設定および生成する各設定電圧生成回路とを備え
    る、請求項1または2記載の不揮発性半導体メモリ。
JP31995697A 1997-11-20 1997-11-20 不揮発性半導体メモリ Pending JPH11154397A (ja)

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