DE19860506A1

DE19860506A1 - System und Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchtigen Speichers

Info

Publication number: DE19860506A1
Application number: DE19860506A
Authority: DE
Inventors: Woong Lim Choi; Seok Ho Seo
Original assignee: LG Semicon Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: CN1232271A; US6097639A; DE19860506B4; JPH11260080A; TW455837B; CN1271637C; KR100327421B1; KR19990060474A

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Pro grammieren eines nichtflüchtigen Speichers.

Im Allgemeinen besteht bei der Verwendung nichtflüchtiger Halbleiterspeicher, wie EEPROMs und Flash-EEPROMs, für Mas senspeichermedien der am schwierigsten zu überwindende Nach teil darin, daß die Kosten der Speicher pro Bit zu hoch sind. Um dieses Problem zu überwinden, wurden Studien an Speichern mit mehreren Bits pro Zelle ausgeführt. Die Pa ckungsdichte eines bekannten nichtflüchtigen Speichers ent spricht der Anzahl der Speicherzellen auf eineindeutige Wei se. Indessen werden bei einer Mehrbitzelle Daten von mehr als zwei Bits in einer Speicherzelle gespeichert, was die Datendichte bei Beibehaltung der Chipfläche erhöht. Bei Mehrbitzellen sollten für jede Zelle mehr als drei Schwel lenspannungen programmiert werden. Um z. B. Daten von mehr als zwei Bits pro Zelle zu speichern, müssen die jeweiligen Zellen mit 22, d. h. vier Schwellenspannungen, programmiert werden. Hierbei entsprechen die vier Schwellenspannungen den logischen Zuständen 00, 01, 10 bzw. 11.

Bei einem Mehrpegelprogramm besteht das kritischste Problem darin, daß die jeweiligen Schwellenspannungen eine statis tische Verteilung aufweisen. Der Verteilungswert beträgt un gefähr 0,5 V. Wenn die Verteilung durch genaues Einstellen der jeweiligen Schwellenspannungen verringert wird, können mehr Pegel programmiert werden, was wiederum die Anzahl von Bits pro Zelle erhöht. Um die Spannungsverteilung zu verrin gern, existiert ein Verfahren zum Ausführen eines Program miervorgangs durch wiederholtes Programmieren und Verifizie ren. Gemäß diesem Verfahren wird eine Reihe von Programm spannungsimpulsen an die Zellen angelegt, um die nichtflüch tige Speicherzelle mit vorgesehenen Schwellenspannungen zu programmieren. Um zu verifizieren, ob die Zelle vorgesehene Schwellenspannung erreicht hat, erfolgt zwischen den jewei ligen Spannungsimpulsen ein Lesevorgang. Während der Verifi zierung endet die Programmierung, wenn die verifizierte Schwellenspannung die vorgesehene Schwellenspannung erreicht hat. Beim Schritt des Wiederholens von Programmier- und Ve rifiziervorgängen ist es schwierig, die Fehlerverteilung der Schwellenspannung zu verringern, und zwar wegen der be schränkten Impulsbreite der Programmierspannung. Außerdem ist der Algorithmus des Wiederholens von Programmier- und Verifiziervorgängen durch eine Schaltung realisiert, was die Fläche von Peripherieschaltungen auf einem Chip erhöht. Fer ner verlängert das wiederholte Verfahren die Programmier zeit. Um diesen Nachteil zu überwinden, schlug R. Cernea von SunDisk Co., Ltd. im am 6. Juni 1995 erteilten US-Patent Nr. 5,442,842 ein Verfahren zum gleichzeitigen Ausführen von Programmier- und Verifiziervorgängen vor.

Fig. 1A zeigt das Symbol- und Schaltdiagramm des von Cernea offenbarten nichtflüchtigen Speichers (EEPROM), und Fig. 1B ist ein Kurvenbild, das ein Programmierprinzip für den nichtflüchtigen Speicher von Fig. 1A veranschaulicht.

Gemäß Fig. 1A besteht die nichtflüchtige Speicherzelle aus einem Steuergate, einem potentialungebundenen Gate, einer Source, einem Kanalbereich und einem Drain. Wenn eine Span nung an das Steuergate und den Drain angelegt wird, die dazu ausreicht, eine Programmierung zu verursachen, fließt Strom zwischen dem Drain und der Source. Wenn die so fließenden Ströme mit einem Bezugsstrom verglichen werden und ein Wert erreicht wird, der einem Bezugsstrom entspricht oder kleiner ist, wird ein Programmierabschlußsignal erzeugt. Gemäß die ser bekannten Technik wird die Verifizierung automatisch während der Programmierung ausgeführt, wodurch die Nachteile des Wiederholungsverfahrens kompensiert sind, bei dem Pro grammier- und Verifiziervorgänge wiederholt werden. Jedoch werden beim Verfahren gemäß Cernea die Schwellenspannungen nicht durch die Spannungen kontrolliert, wie sie an jeweili ge Elektroden von Feldeffekttransistoren an die Speicherzel le angelegt werden. Außerdem wurde gemäß dem am 27. August 1991 erteilten US-Patent Nr. 5,043,940 eine Mehrpegelpro grammierung auf solche Weise ausgeführt, daß die an jewei lige Ports einer Speicherzelle angelegte Spannung fixiert wird und den jeweiligen Pegeln entsprechende Bezugsströme variiert werden. Bei diesem Verfahren haben, wie es in Fig. 1B dargestellt ist, Bezugsströme zur Erfassung keine expli zite Beziehung zu den Schwellenspannungen der Zelle, und sie stehen in nichtlinearem Zusammenhang mit diesen.

Außerdem wird, wie es in Fig. 2A veranschaulicht ist, dann, wenn Programmier- und Löschvorgänge einer Speicherzelle ge mäß dem zweiten Verfahren der bekannten Technik häufig wie derholt werden, ein Tunneloxidfilm zwischen dem potentialun gebundenen Gate und dem Kanal der Zelle physikalisch beein trächtigt, wobei immer mehr Ladungen dort festgehalten wer den, was allmählich den Programmpegel herabsetzt. Außerdem ist, wie es in Fig. 2B dargestellt ist, die Wahrscheinlich keitsdichteverteilung dafür, daß jede Schwellenspannung einem jeweiligen Mehrfachpegel entspricht, nicht gleichmä ßig, sondern sie wird breiter, wenn die Programmzeiten län ger sind, was zu einer Verringerung der Lesetoleranz führt.

Das oben genannte bekannte Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchtigen Speichers zeigt die folgenden Schwierigkei ten.

Erstens nimmt beim Verfahren zum Programmieren durch Wieder holen von Programmier- und Verifiziervorgängen die Beein trächtigung des Tunneloxidfilms mit zunehmender Anzahl von Programmier-/Löschvorgängen zu, wodurch sich eine allmähli che Verringerung des Programmierpegels und eine breitere Verteilung jeder Schwellenspannung, wie sie jedem Mehrfach pegel entspricht, ergibt, was die Lesetoleranz herabsetzt und die Programmierzuverlässigkeit verringert.

Zweitens ist beim Verfahren zum Programmieren durch Variie ren eines jedem Pegel entsprechenden Bezugsstroms keine wir kungsvolle Programmierung möglich, da eine direkte und wir kungsvolle Mehrpegelsteuerung schwierig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchtigen Speichers zu schaffen, durch die jeder Pegel unmittelbar und wirkungs voll gesteuert werden kann.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchtigen Speichers zu schaffen, die unabhängig von der Anzahl wiederholter Pro grammier- und Löschvorgänge zu einem gleichmäßigen Program mierzustand führen, wodurch sich verbesserte Programmierzu verlässigkeit ergibt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers zu schaffen, die übermäßiges Löschen von Zellen ver hindern können.

Diese Aufgaben sind durch die Systeme und Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Zusätzliche Vorteile, Aufgaben und andere Merkmale der Er findung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dar gelegt, und teilweise werden sie dem Fachmann bei der Unter suchung des Folgenden oder beim Ausüben der Erfindung er kennbar. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden spe ziell durch die Maßnahmen erzielt, wie sie in den beigefüg ten Ansprüchen dargelegt sind.

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Be schreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Ver anschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.

Fig. 1A ist ein Schaltbild einer nichtflüchtigen Speicher zelle gemäß einem ersten beispielhaften bekannten Verfahren;

Fig. 1B ist ein Kurvenbild zum Erläutern eines Programmier prinzips des nichtflüchtigen Speichers von Fig. 1A;

Fig. 2A ist ein Kurvenbild, das ein Programmier-/Löschfen ster zeigt, das allmählich absinkt, wenn die Anzahl von Pro grammier-/Löschvorgängen gemäß einem zweiten beispielhaften bekannten Verfahren mit wiederholter Programmierung und Ve rifizierung zunimmt;

Fig. 2B ist ein Kurvenbild, das die Verteilung von Schwel lenspannungen beim zweiten beispielhaften bekannten Verfah ren zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines automatischen Verifizier- und Programmiersystems für einen nichtflüchtigen Speicher gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er findung;

Fig. 4A-4G zeigen Signalverläufe an jedem Knoten in Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das einen Einzelpegel-Program mierprozeß gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 6 zeigt eine Kapazitätsersatzschaltung einer Speicher zelle mit Ladungsspeichereinrichtung;

Fig. 7A ist ein Kurvenbild, das die Verteilung von Schwel lenspannungen zeigt, wenn das Programmierverfahren des ers ten Ausführungsbeispiels der Erfindung auf eine Speicherzel le mit Ladungsspeichereinrichtung angewandt wird;

Fig. 7B ist ein Kurvenbild für die Verteilung von Schwellen spannungen über der Anzahl von Programmier-/Löschvorgängen, wenn das Programmierverfahren des ersten Ausführungsbei spiels der Erfindung auf eine Speicherzelle mit Ladungsspei chereinrichtung angewandt wird;

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm eines automatischen Verifi zier- und Programmiersystems für einen nichtflüchtigen Spei cher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung einer angelegten variablen Spannung mit gleichzeitiger Stromerfassung;

Fig. 9A-9H zeigen Signalverläufe an jedem Knoten, die den Mehrpegel-Programmierprozeß unter Verwendung einer variab len Steuergatespannung in Fig. 8 veranschaulichen;

Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm für den Mehrpegel-Program mierprozeß unter Verwendung einer variablen Steuergatespan nung gemäß Fig. 8;

Fig. 11A zeigt ein Kurvenbild einer zu programmierenden Schwellenspannung über einer angelegten, zur Schwellenspan nung gehörigen Steuergatespannung;

Fig. 11B zeigt ein Kurvenbild zur Änderung eines Drainstroms vom Anfang bis zum Ende des Programmiervorgangs für jeden Pegel;

Fig. 12A zeigt ein Kurvenbild der zu programmierenden Schwellenspannung über einer angelegten, zur Schwellenspan nung gehörigen Drainspannung;

Fig. 12B zeigt ein Kurvenbild einer zu programmierenden Schwellenspannung über einer angelegten, zur Schwellenspan nung gehörigen Sourcespannung;

Fig. 12C zeigt ein Kurvenbild einer zu programmierenden Schwellenspannung über einem zugeführten, zur Schwellenspan nung gehörigen Bezugsstrom;

Fig. 13A zeigt ein Kurvenbild der Verteilung der Schwellen spannungen beim Programmieren und Löschen, wenn das erfin dungsgemäße Verfahren auf einen Löschvorgang angewandt wird; und

Fig. 13B zeigt ein Kurvenbild der Variation von Schwellen spannungen abhängig von der Anzahl von Programmier-/Lösch vorgängen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf einen Löschvorgang angewandt wird.

Gemäß Fig. 3 enthält das Programmiersystem für einen nicht flüchtigen Speicher gemäß dem ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung mehrere Speicherzellen mit je weils einem Feldeffekttransistor (FET) mit einer Source, einem Drain, einem Steuergate und einer Ladungsspeicherein richtung, eine erste Spannungsquelle 11, die mit dem Steuer gate verbunden ist, eine dritte Spannungsquelle 15, die mit der Source verbunden ist, eine zweite Spannungsquelle 12, die mit dem Drain verbunden ist, eine Stromüberwachungsein heit 13 zum Überwachen des zwischen dem Drain und der Source fließenden Stroms sowie eine Bitleitungs-Auswähleinheit 14 zum Auswählen des Drains einer speziellen Zelle zur Program mierung. Jede nichtflüchtige Speicherzelle in Fig. 3 verfügt über einen Kanal für Stromfluß zwischen der Quelle und dem Drain, und ein Rechteck zwischen dem Kanal und dem Steuer gate kennzeichnet eine Ladungsspeichereinrichtung. Die La dungsspeichereinrichtung hat statische Kapazitätsbeziehungen zur Source, zum Drain und zum Steuergate, wobei das Ladungs niveau in ihr durch Spannungen kontrolliert wird, wie sie an der Source, dem Drain und dem Steuergate anliegen. Außerdem hängen die Kanalleitfähigkeit und die Schwellenspannung vom Ladungspegel in der Ladungsspeichereinrichtung ab. Die La dungsspeichereinrichtung kann ein potentialungebundenes Gate, eine Grenzfläche von Sauerstoff und Stickstoff oder ein Kondensator sein, und sie ist an einer Position angeord net, an der sie statische Kapazitätsbeziehungen zum Drain, zur Source und zum Steuergate haben kann. Wenn die Maßnahme zum Überwachen einer Änderung der Ladung die Leitfähigkeit des Kanals ist, sollte die Ladungsspeichereinrichtung zumin dest in einem Teil des Kanals vorhanden sein. Wenn die Maß nahme zum Überwachen einer Änderung des in der Ladungsspei chereinrichtung gespeicherten Ladungspegels direkt oder in direkt mit der Ladungsspeichereinrichtung verbunden ist, um die Spannung derselben zu überwachen, braucht die Ladungs speichereinrichtung nicht in einem Teil des Kanals vorhanden zu sein. Wenn die Ladungsspeichereinrichtung der nichtflüch tigen Speicherzelle von Fig. 3 ein potentialungebundenes Gate ist, hat sie das in Fig. 1A dargestellte Symbol. Das auf die erste, zweite und dritte Spannungsquelle 11, 12 und 15 gegebene Signal Ps bezeichnet ein von außen zugeführtes Programmierstartsignal, und Vstop ist ein Programmierstopp signal.

Es sei angenommen, daß die Ladungsspeichereinrichtungen in allen nichtflüchtigen Speicherzellen durch Ultraviolett strahlung oder eine elektrische Maßnahme gelöscht wurden, bevor ein Programmiervorgang unter Verwendung des in Fig. 3 dargestellten Programmiersystems für einen nichtflüchtigen Speicher gestartet wird. In diesem Fall variieren die Lö schungszustände der nichtflüchtigen Speicherzellen im Allge meinen abhängig von Herstellprozeßbedingungen der Zellen, der elektrischen Löschintensität sowie Änderungen der elek trischen und physikalischen Eigenschaften der Zelle durch wiederholtes Programmieren und Löschen derselben. Der Ein fachheit der Erläuterung halber sei angenommen, daß der FET in jeder Zelle über ein p-Substrat und einen n-Kanal ver fügt, die Ladungsspeichereinrichtung in jeder Zelle zwischen dem Steuergate und dem Kanal vorhanden ist und der Strom durch den Kanal von der Ladungsmenge in der Ladungsspeicher einrichtung abhängt. Die Bitleitungs-Auswähleinheit 14 ver bindet den Drain einer speziellen, zu programmierenden Zelle mit der Stromüberwachungseinheit 13. Anstelle der Bitlei tungs-Auswähleinheit 14 kann eine Wortleitungs-Auswählein heit vorhanden sein, die beim Auswählen einer speziellen Speicherzelle das Steuergate auswählt.

Nun wird ein Verfahren zum Programmieren eines nichtflüchti gen Speichers unter Verwendung dieses Programmiersystems an hand der Fig. 3, 4A-4G und 5 erläutert.

Gemäß diesen Figuren wird ein der Adresse einer speziellen Zelle entsprechendes Signal an den Bitleitungs-Auswählab schnitt 14 angelegt, um die spezielle, zu programmierende Zelle auszuwählen. Dann wird, wie es in Fig. 4A dargestellt ist, ein Programmierstartsignal Ps an die erste, zweite und dritte Spannungsquelle 11, 12 und 15 angelegt. Dabei werden, wie es in den Fig. 4B und 4C dargestellt ist, Spannungen Vc, V_D und Vs an die erste, zweite bzw. dritte Spannungsquelle 11, 12 bzw. 15 angelegt, so daß diese mit dem Steuergate, dem Drain bzw. der Source der ausgewählten speziellen Zelle verbunden werden. Diese Spannungen entsprechen den Schwel lenspannungen, die auf das Programmierstartsignal Ps hin zu programmieren sind. Beim Anlegen der Spannungen Vc, V_D und Vs wird der Programmiervorgang für die ausgewählte Zelle ge startet, und zwischen dem Drain und der Source derselben entsteht, wenn zwischen diesen ein Strom zu fließen beginnt, ein Inversionsbereich. Das Programmieren einer Zelle umfaßt die Bewegung von Ladung von/zu der Ladungsspeichereinrich tung zum Ändern der in derselben gespeicherten Ladungsmenge. In dieser Erläuterung ist angenommen, daß die Programmie rung in einer Bewegung von Elektronen, also negativen Ladun gen, durch Injektion heißer Ladungsträger in den Kanal oder durch Tunneln zur Ladungsspeichereinrichtung erfolgt. Vcsm(t) in Fig. 4D bezeichnet die Spannungsänderung in der Ladungsspeichereinrichtung über die Zeit, und Vcsm,_REF be zeichnet die Spannung der Ladungsspeichereinrichtung, bei der ein Programmierstoppsignal ausgegeben wird. Wie es in Fig. 4D dargestellt ist, fällt, wenn ein Elektron in die Ladungsspeichereinrichtung der ausgewählten Zelle injiziert wird, die Spannung Vcsm der Ladungsspeichereinrichtung der selben, was den Abfall eines durch den Kanal fließenden Stroms verursacht. Außerdem überwacht die Stromüberwachungs einheit 13 dauernd den durch den Kanal der ausgewählten Zel le fließenden Strom I_D(t), bis derselbe einen Bezugsstrom I_REF erreicht, wenn die Stromüberwachungseinheit 13 ein Pro grammstoppsignal Vstop ausgibt, um zumindest eine der Span nungen abzuschalten, wie sie an den Drain, die Source und das Steuergate der ausgewählten Zelle gelegt werden. Danach wird derselbe Vorgang für jede Zelle wiederholt. Aus Fig. 4G ist erkennbar, daß alle Zellen mit anfangs voneinander ver schiedenen Schwellenspannungen zu Zellen mit Schwellenspan nungen werden, die durch den genannten Vorgang auf denselben Wert programmiert sind.

Beziehungen der an den Drain, die Source und das Steuergate gelegten Spannungen V_D, Vs bzw. Vc und der Schwellenspannung vor und nach dem Programmieren werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert, die eine Kapazitätsersatzschaltung einer Speicherzelle mit Ladungsspeichereinrichtung zeigt.

In Fig. 6 bezeichnet C die Kapazität zwischen dem Steuergate und der Ladungsspeichereinrichtung, C_D bezeichnet die Kapa zität zwischen dem Drain und der Ladungsspeichereinrichtung, und Cs bezeichnet die Kapazität zwischen der Source (ein schließlich des Substrats) und der Ladungsspeichereinrich tung. Die Summe C_T der Kapazitäten kann wie folgt wiederge geben werden:

C_T = Cc + C_D + Cs (1).

Ein Kopplungskoeffizient ist für jede Kapazität so defi niert, wie es in der folgenden Gleichung (2) wiedergegeben ist:

αc = Cc/C_T, α_D = C_D + C_T, αs = Cs/C_T (2).

Außerdem ist die Spannung in der Ladungsspeichereinrichtung während eines Programmiervorgangs allgemein durch die fol gende Gleichung (3) wiedergebbar:

Vcsm(t) = αcVc + α_DV_D + αsVs + Qcsm(t)/C_T (3).

Darin bezeichnet Qcsm die Ladungsmenge, wie sie im Über schuß durch Ultraviolettstrahlung in Bezug auf den neutra len Zustand der Ladungsspeichereinrichtung innerhalb einer Zeitperiode (t) gelöscht wird. Für die Schwellenspannungs verschiebung ausgehend von der Schwellenspannung der La dungsspeichereinrichtung im neutralen Zustand, hervorgerufen durch die vom Steuergate her gemessene gespeicherte Ladung, gilt ΔV_T,UV = -Qcsm(t)/Cc. Außerdem kann die Gleichung (3) für ΔV_T,UV so umgeschrieben werden, wie es in der folgenden Gleichung (4) angegeben ist:

ΔV_T,UV(t) = Vc + [α_DV_D + αsVs - Vcsm(t)]/αc (4).

D.h., daß ΔV_T,UV(t) in der Gleichung (4) die Verschiebung der Schwellenspannung repräsentiert, wie zum Zeitpunkt t ausgehend vom Steuergate gemessen. Die Verschiebung der Schwellenspannung ist eine vom Steuergate aus gemessene Schwellenspannung, die durch in der Ladungsspeichereinrich tung angesammelte Ladungen verursacht ist. Die Verschiebung der Schwellenspannung ist bei einer festen Vorspannung pro portional zur Menge der in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicherten Elektronen.

Außerdem kann dann, wenn der Wert der Spannung Vcsm(t_PGM) der Ladungsspeichereinrichtung zum Zeitpunkt t_PGM, zu dem die Programmierung endet, als V^csm _REF definiert wird, die durch diese Spannung hervorgerufene Verschiebung der Schwel lenspannung, wie sie vom Steuergate aus gesehen wird, durch die folgende Gleichung (5) wiedergegeben werden:

ΔV_T,UV = Vc + [α_DV_D + αsVs - V^csm _REF]/αc (5).

Außerdem kann ein durch einen Kanal des FET fließender Strom I_D für alle Betriebsbereiche einschließlich eines Sätti gungszustands und eines Triodenzustands als folgende Glei chung (6) wiedergegeben werden:

I_D = f(Vcsm - V^csm _T) (6).

Die Gleichung (6) repräsentiert eine Funktion betreffend die Differenz zwischen der Spannung Vcsm und der an ihr über wachten Schwellenspannung V^csm _T. In der Gleichung (6) setzt die Funktion f im Allgemeinen I_D und (Vcsm - V^csm _T) in ein eindeutiger Weise in Beziehung, und zwar unabhängig davon, ob sie eine einfach ansteigende Funktion (mit linearem Ver hältnis Eingangssignal/Ausgangssignal) oder nicht aufweist. Wie bei der Gleichung (5) kann bei der Gleichung (6) eine Spannung V^csm _REF an der Ladungsspeichereinrichtung nach dem Programmieren aufgrund der Gleichung (6) als Gleichung (7) wiedergegeben werden, wenn für die Spannung an der Ladungs speichereinrichtung beim Programmierungsstopp Vcsm = V^csm _REF gilt und der Strom zu diesem Zeitpunkt I_D = I_REF ist:

V^csm _REF = V^csm _T + f¹(I_REF) (7).

Die Schwellenspannung am Steuergate kann im Allgemeinen als Summe aus einer Schwellenspannung V^csm _T/αc im neutralen Zu stand der Ladungsspeichereinrichtung und einer Schwellen spannung ausgedrückt werden, die durch die in der Ladungs speichereinrichtung gespeicherte Ladung verschoben ist, wie es in der folgenden Gleichung (8) angegeben ist:

V_T = V^csm _T/αc + ΔV_T,UV (8).

In diesem Fall enthält die Schwellenspannung V^csm _T im neu tralen Zustand der Ladungsspeichereinrichtung eine Schwel lenspannung, die durch Injektion von Kanalionen verschoben ist. Demgemäß kann die Gleichung (8) unter Verwendung der Gleichungen (7) und (5) für die am Steuergate gemessene Spannung zu einer Gleichung (9) wie folgt umgeschrieben wer den:

V_T = Vc + [α_DV_D + αsVs - f¹(I_REF)]/αc (9).

Aus der Gleichung (9) ist erkennbar, daß die am Steuergate überwachte Schwellenspannung keine Beziehung zur Schwellen spannung V^csm _T/αc im neutralen Zustand der Ladungsspeicher einrichtung hat. Die Anfangsschwellenspannung der Ladungs speichereinrichtung, die eine Variable ist, die beim FET- Herstellungsprozeß festgelegt wird, hängt von solchen Hauptfaktoren wie der Dotierungskonzentration im Kanal sowie dem Material und der Dicke des Isolators zwischen der La dungsspeichereinrichtung und dem Kanal ab.

Nun wird das Ergebnis einer Anwendung des Programmierverfah rens anhand der Fig. 7A und 7B erläutert.

Wenn das erfindungsgemäße Programmierverfahren für einen einzelnen Pegel auf mehrere Speicherzellen mit Steuergates mit Schwellenspannungen V^c _T.E0 - V^c _T.E(n-1) im Löschungszu stand, in dem die Spannung am Steuergate, der Source und am Drain beibehalten werden, angewandt wird, zeigen alle an den Steuergates überwachten Schwellenspannungen V^c _T.PGM nach dem Programmieren dieselben Werte, wenn f¹(I_REF) jeweils gleich ist, wie es in Fig. 7A dargestellt ist. Das oben genannte Prinzip kann auf in Löschvorgängen gelöschte Zellen mit von einander verschiedenen Schwellenspannungen oder dann ange wandt werden, wenn ein Programmier- und Löschvorgang jeweils für jede Zelle angewandt wird. Dies beinhaltet, daß selbst bei Anwendung des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens auf einen nichtflüchtigen Speicher mit Zellen, dessen La dungsspeichereinrichtungen voneinander verschiedene, von Null abweichende Anfangsladungsmengen Q_INIT aufweisen, und die eine große Verteilung der Schwellenspannung aufweisen, die Zellen nach dem Programmieren dieselben Schwellenspan nungen zeigen. Dies, weil selbst dann, wenn die Ladungsspei chereinrichtungen voneinander verschiedene Anfangsladungs mengen Q_INIT nach dem Löschen aufweisen, Ladung in jede La dungsspeichereinrichtung so eingespeichert wird, daß die Schwellenspannungen an den Steuergates am Ende dieselben sind, wenn das Programmieren bei derselben Vorspannung und bei einem festen Bezugsstrom im Verlauf unterbrochen wird, wie in Fig. 9 dargestellt. Daraus ergibt sich, daß die Zel len selbst bei Programmierung auf einen einzelnen Pegel die selbe Schwellenspannung ohne jede Verteilung aufweisen kön nen, wie in Fig. 7A dargestellt, wenn das erfindungsgemäße Programmierverfahren auf den Fall angewandt wird, in dem die Ladungsspeichereinrichtungen in mehreren Zellen Löschzustän de mit einer großen Verteilung der Schwellenspannung zeigen. Auch sind bei Programmier- und Löschvorgängen für eine Zel le, wie in Fig. 7B veranschaulicht, die Verteilungen aller Schwellenspannungen V^c _T.PGM nach dem Programmieren gleichmä ßig, und zwar unabhängig von Wirkungsgraden der programmier ten Zellen oder einer physikalischen oder elektrischen Be einträchtigung der Tunneloxidfilme von Zellen, wie bei wie derholten Programmier- und Löschprozessen hervorgerufen.

Die Beziehung zwischen an die Source und den Drain angeleg ten Spannungen und der Schwellenspannung kann unter Verwen dung der Gleichung (9) durch die folgenden Gleichungen (10) und (11) wiedergegeben werden:

αcV_T/αs = Vc + [α_DV_D + αsVs - f¹(I_REF)]/αs (10)

αcV_T/αs = Vc + [α_sV_s + αcVc - f¹(I_REF)]/α_D (11).

Als Nächstes wird eine Mehrpegelanwendung des erfindungsge mäßen Programmierverfahrens erläutert.

Bei einer Mehrpegelanwendung des erfindungsgemäßen Program miervorfahrens sollte jede Schwellenspannung innerhalb eines sehr engen Bereichs liegen. D.h., daß dann, wenn die Ver teilung einer jeweiligen Schwellenspannung eng gemacht wird, Zellen so programmiert werden können, daß sie jeweils meh rere Schwellenspannungen (mehrere Pegel) aufweisen. Die Mehrpegelanwendung des erfindungsgemäßen Programmierverfah rens kann, für automatisches Programmieren und Verifizieren, auf zwei Arten ausgeführt werden. Die erste Art ist eine Mehrpegelprogrammierung, bei der an die Source, den Drain und das Steuergate einer Zelle, die im Programmsystem eines nichtflüchtigen Speichers, wie in Fig. 3 dargestellt, pro grammiert werden soll, variiert werden. Die zweite ist eine Mehrpegelprogrammierung, bei der ein Bezugsstrom variiert wird, wie er der Stromüberwachungseinheit 13 im in Fig. 3 dargestellten Programmiersystem eines nichtflüchtigen Spei chers zugeführt wird. Die erste kann auf drei Arten abhängig davon ausgeführt werden, ob die variable Spannung an das Steuergate, den Drain oder die Source angelegt wird. Bezie hungen für mehrere Schwellenspannungen mit mehreren an jeden Knoten (Steuergate, Drain und Source) angelegten, den Schwellenspannungen entsprechenden Spannungen sind in den Gleichungen (9), (10) und (11) angegeben. Außerdem können Beziehungen für mehrere Schwellenspannungen und dem Bezugs strom durch die folgenden Gleichungen (12), (13), (14) und (15) wiedergegeben werden:

V_T,i = V_c,i + K1 (12)

V_T,j = X1×V_D,j + K2 (13)

V_T,m = X2×V_s,m + K3 (14)

V_T,n = X3×f¹ (I_REF) + K4 (15).

Dabei sind i, j, m und n ganze Zahlen (0, 1, 2, . . .), die Mehrfachpegel bezeichnen, und K1, K2, K3, K4, X1, X2 und X3 sind Konstanten, die durch die folgenden Gleichungen (16) bis (20) ausgedrückt sind:

K1 = [α_DV_D + αsVs + f¹(I_REF)]/αc (16)

K2 = Vc + [αsVs + f¹(I_REF)]/αc (17)

K3 = Vc + [α_DV_D + f¹(I_REF)]/αc (18)

K4 = Vc + [α_DV_D + αsVs]/αc (19)

X1 = C_D/Cc, X2 = Cs/Cc, X3 = 1/Cc (20).

Wie es in den Gleichungen (12) bis (15) wiedergegeben ist, kann eine Mehrpegelprogrammierung mit vier verschiedenen Verfahren abhängig davon ausgeführt werden, ob die Drain spannung, die Sourcespannung, die Steuergatespannung oder der Bezugsstrom als Variable verwendet wird. In Fig. 8 ist ein erfindungsgemäßes Programmiersystem eines nichtflüchti gen Speichers für die oben genannten Verfahren dargestellt. D.h., daß Fig. 8 ein Blockdiagramm zum Erläutern automati scher Verifizierung und Programmierung unter Verwendung ei ner angelegten variablen Spannung ist, wobei gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gleichzeitig ein Strom überwacht wird.

Gemäß Fig. 8 umfaßt das erfindungsgemäße System zum Pro grammieren eines nichtflüchtigen Speichers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Vielzahl von Spei cherzellen mit jeweils einem FET mit einer Source, einem Drain und einem Steuergate sowie einer Ladungsspeicherein richtung, eine erste Spannungsquelle 21, die mit dem Steuer gate verbunden ist, eine dritte Spannungsquelle 25, die mit der Source verbunden ist, eine zweite Spannungsquelle 22, die mit dem Drain verbunden ist, eine Stromüberwachungsein heit 23 zum Überwachen des zwischen dem Drain und der Source fließenden Stroms sowie eine Bitleitungs-Auswähleinheit 24 zum Auswählen des Drains einer speziellen Zelle zum Ausfüh ren eines Programmiervorgangs.

Nun wird ein Verfahren zum Ausführen eines Mehrpegel-Pro grammiervorgangs erläutert, wobei die Drainspannung, die Sourcespannung, die Steuerspannung oder der Bezugsstrom aus gewählt wird.

Als Erstes liefert beim Ausführen eines Mehrpegel-Program miervorgangs unter Verwendung der Steuergatespannung, wie durch die Gleichungen (12) und (16) angegeben, die erste Spannungsquelle 21 eine Spannung Vc,i (i = 0, 1, 2, . . ., n-1) entsprechend jeder Schwellenspannung V^c _T,i an das Steu ergate einer ausgewählten nichtflüchtigen Speicherzelle. Außerdem legt die zweite Spannungsquelle 22 eine feste Span nung V_D an den Drain an, und die dritte Spannungsquelle 25 legt eine feste Spannung Vs an die Source an. Der Zweckdien lichkeit der Erläuterung halber ist angenommen, daß sich die Spannungsquelle auf Massepegel (Vs = 0 V) befindet. Wenn sich der FET in einem Sättigungsmodus befindet, in dem sein Kanalstrom während der Programmierung keine Beziehung zur Drainspannung hat, oder wenn die Drainkopplungskonstante sehr klein ist, kann die Drainspannung mit vorgegebener Va riation angelegt werden. Das Bezugssymbol I_D,i(t) bezeichnet den im Drain einer ausgewählten Zelle fließenden Strom, wenn auf den Schwellenpegel i programmiert wird. Wie es in der Gleichung (16) dargestellt ist, bezieht sich die Stromüber wachungseinheit 23 auf einen festen Bezugsstrom I_REF, und sie gibt ein Programmierstoppsignal Vstop aus, wenn der durch den Drain fließende Drainstrom I_D,i(t) während des Programmierens auf den Schwellenpegel i den Bezugsstrom I_REF erreicht. Der Zeitpunkt t_P,i bezeichnet einen solchen Zeit punkt, zu dem die Programmierung auf den Schwellenpegel i abgeschlossen ist. Der Bezugsstrom I_REF der Stromüberwa chungseinheit 23 wird entsprechend einer elektrischen Eigen schaft der nichtflüchtigen Speicherzelle unter Verwendung des erfindungsgemäßen Programmierverfahrens bestimmt. Wenn der Drainstrom I_D,i(t) erneut definiert wird, handelt es sich um einen zeitabhängigen Strom. Dieser Strom I_D,i(t) ist der Strom durch den Drain einer ausgewählten Zelle, ausge löst durch eine Spannung Vcsm,i(t) an der Ladungsspeicher einrichtung während der Programmierung auf den Pegel i, wo bei derselbe am Anfang des Programmiervorgangs am größten ist und während des Ablaufs des Programmiervorgangs dauernd fällt. Auch gibt die Stromüberwachungseinheit 23 ein Pro grammierstoppsignal Vstop dann aus, wenn der abnehmende Strom den Bezugsstrom I_REF der Stromüberwachungseinheit 23 erreicht.

Nun wird Zwei- oder Mehrpegelprogrammierung im oben genann ten Zustand anhand der Fig. 8, 9A-9H sowie 10 erläutert.

Es wird angenommen, daß sich die durch die Bitleitungs-Aus wähleinheit ausgewählte Zelle vor dem Programmierstart im gelöschten Zustand befindet. Der gelöschte Zustand ent spricht dem niedrigsten Pegel, d. h. dem Pegel Null. Ferner ist angenommen, daß der in dieser Zelle enthaltene FET über einen auf einem p-Substrat ausgebildeten n-Kanal verfügt, zwischen dem Steuergate und dem Kanal eine Ladungsspeicher einrichtung vorhanden ist und der Kanalstrom abhängig von der in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicherten Ladung variiert.

Als Erstes wird für Zwei- oder Mehrpegelprogrammierung, nach dem Anlegen mehrerer Adressen für eine spezielle Zelle an die Drainauswähleinheit von außen, um die zu programmierende spezielle Zelle auszuwählen, eine Spannung Vc,i zum Anlegen an das Steuergate für Programmierung auf den Pegel i einge stellt, wenn ein Programmierstartsignal Ps, wie in Fig. 9A dargestellt, an die erste, zweite und dritte Spannungsquelle 21, 22 und 23 geliefert wird. Außerdem werden Spannungen Vc,i und V_D, wie in den Fig. 9B und 9C dargestellt, von der ersten Spannungsquelle 21 und der zweiten Spannungsquelle 22 an das Steuergate bzw. den Drain gelegt, was gleichzeitig mit dem Anlegen des Programmierstartsignals Ps erfolgt, wie in Fig. 9A dargestellt. Nach dem Anlegen der Spannungen Vc,i und V_D an das Steuergate bzw. den Drain wird die Stromüber wachungseinheit 23 aktiviert, um eine Ladungsänderung in der Ladungsspeichereinrichtung zu überwachen. Beim Anlegen der Spannungen Vc,i und V_D an das Steuergate bzw. den Drain wird eine Spannung Vcsm,i(t), wie in Fig. 9D dargestellt, zum Ausführen des Programmierens auf den Schwellenpegel i an die Ladungsspeichereinrichtung gelegt, und im Kanalbereich des FET bildet sich eine Inversionsschicht aus. Da sich die Source, der Drain und der Kanalbereich tatsächlich innerhalb eines Halbleitersubstrats befinden, beginnt, wenn einmal die Inversionsschicht ausgebildet ist, ein Strom vom Drain durch den Kanalbereich zur Source zu fließen. In diesem Fall fließt ein Drainstrom I_D,i(t) durch den Drain, der anfangs am größten ist und im Verlauf der Programmierung abnimmt, da Elektronen in die Ladungsspeichereinrichtung injiziert wer den, wodurch die Spannung an derselben abfällt. So überwacht die Stromüberwachungseinheit 23 während des Programmierens auf den Schwellenpegel i den Drainstrom I_D,i(t). Wenn dieser Drainstrom I_D,i(t) den Bezugsstrom I_REF erreicht, wie in Fig. 9E dargestellt, wird dies als Abschluß der Programmie rung auf den Schwellenpegel i angesehen, und die Stromüber wachungseinheit 23 gibt ein Programmierstoppsignal Vstop aus, wie in Fig. 9F dargestellt. Hierbei ist zwar die Strom überwachungseinheit 23 so ausgebildet, daß sie den Drain strom I_D,i(t) überwacht, jedoch kann sie so ausgebildet sein, daß sie während des Programmierens die Spannung oder Ladung in der Ladungsspeichereinrichtung überwacht, wie es in den Fig. 9G bzw. 9H dargestellt ist. D.h., daß dann, wenn der Drainstrom I_D,i(t) den Bezugsstrom I_REF erreicht, die Spannung an der Ladungsspeichereinrichtung eine Bezugs spannung V^csm _REF für dieselbe erreicht, die dem Bezugsstrom I_REF entspricht. Anstatt daß der Strom I_D,i(t) überwacht wird, kann die Leitfähigkeit der im Kanalbereich ausgebilde ten Inversionsschicht überwacht werden. Das Ziel der Überwa chung ist ein beliebiges Signal, das sich abhängig von La dungen in der Ladungsspeichereinrichtung ändert. Z. B. kann das Überwachungsziel der Sourcestrom oder ein Substratstrom außer dem Drainstrom sein, sowie ein Spannungssignal aus kapazitiver Kopplung. Gemäß Fig. 8 wird das Programmier startsignal an die erste und zweite Spannungsquelle 21 und 22 geliefert. Von diesen empfängt mindestens eine das Pro grammierstoppsignal Vstop, und es werden die an das Steuer gate und den Drain angelegten Spannungen Vc,i bzw. V_D, wie in den Fig. 9B und 9C dargestellt, abgeschaltet. D.h., daß dann, wenn der Strom I_D,i(t) zum Zeitpunkt t = t_P,i dem Be zugsstrom I_REF entspricht, oder niedriger ist als dieser, die Programmierung auf den Schwellenpegel i abgeschlossen wird. Demgemäß repräsentiert t = t_P,i den Zeitpunkt, zu dem die Programmierung auf den Schwellenpegel i abgeschlossen wird.

Fig. 9G ist ein Kurvenbild, das Änderungen von Schwellen spannungen V^c _T,1 und V^c _T,2 am Steuergate zu Zeitpunkten zeigt, zu denen sich die Schwellenpegel i auf dem ersten und zweiten Pegel befinden, woraus erkennbar ist, daß die Schwellenspannung mit zunehmender Programmierzeit ansteigt. Auch ist erkennbar, daß die Schwellenspannung V^c _T,i mit der Größenordnung des Anstiegs des Pegels der Mehrpegelprogram mierung zunimmt, wobei Vc,i auf diesen Pegel erhöht wird, um die Programmierung auszuführen. Die Zeitperioden für die Programmierungen auf den ersten und zweiten Pegel sind wegen Variationen der Steuergatespannungen verschieden, und da die Schwellenspannungen für jeden dieser Pegel differieren. Fig. 9H ist ein Kurvenbild, das Änderungen von Ladungen in der Ladungsspeichereinrichtung ausgehend von einer Anfangsladung Qcsm,₀(0) am potentialungebundenen Gate auf Qcsm,₁(t_P,1) zeigt, bei welchem Wert die Programmierung auf die erste Schwellenspannung abgeschlossen wird, und auf Qcsm,₂(t_P,2), bei welchem Wert die Programmierung auf die zweite Schwel lenspannung abgeschlossen wird, wenn die Schwellenspannungen i der ersten bzw. zweiten Schwellenspannung entsprechen. Aus Fig. 9H ist erkennbar, daß Ladungen in der Ladungsspeicher einrichtung dann, wenn beide Spannungen Vcsm,₁(t) und Vcsm,₂(t) die Bezugsspannung V^csm _REF in der Ladungsspeicher einrichtung entsprechend dem Bezugsstrom I_REF erreichen, vom Anfangswert Qcsm,₀(0) auf Qcsm,₁(t_P,1) bzw. Qcsm,₂(t_P,2) an steigen. Wenn die Anfangsschwellenspannungen dieselben sind, steigt, da der Wert V^csm _REF für alle Programmierpegel gleich ist und Vc,i für höhere Pegel ansteigt, auch der Anfangswert des Drainstroms I_D,i(0) an, wenn es sich um einen höheren Pegel handelt. Dieser Prozeß ist durch die Fig. 11A und 11B veranschaulicht. Der Programmierendzeitpunkt für jeden Pegel hängt von einer elektrischen Eigenschaft der Speicherzelle und der an jeden Knoten angelegten Spannung ab. D.h., daß das Programmierverfahren unter Verwendung des Programmier systems eines nichtflüchtigen Speichers gemäß der Erfindung keine Beziehung zum Wirkungsgrad beim Programmieren des Bau teils hat.

Als Nächstes werden die Steuergatespannung Vc,₀ und der Be zugsstrom I_REF zum Ausführen des Programmierens auf den niedrigen Pegel wie folgt bestimmt. Wenn der gewünschte niedrigste Schwellenpegel V^c _T,0 eine feste Drainspannung V_D und eine feste Sourcespannung Vs für eine gegebene Speicher zelle bestimmt sind, existieren zwei Parameter V_c,0 und f¹(I_REF), als Funktion des Bezugsstroms, in den Gleichungen (10) und (14). Da die Drainspannung V_D und die Sourcespan nung Vs fixiert sind, entspricht V^csm _REF gemäß den Gleichun gen (6) und (7) I_REF auf eineindeutige Weise. Dann werden, nachdem die gegebene Speicherzelle mittels V^c _T,0 reguliert wurde, V_c,0, V_D und Vs an die Speicherzelle angelegt, und es wird der Drainanfangsstrom I_D,0(0) gemessen. Dieser Wert entspricht tatsächlich I_REF. V_c,0 wird dadurch bestimmt, daß die Programmierzeitperiode und die maximale Steuergate spannung V_c,n-1 berücksichtigt werden. Wenn V_c,0 einmal be stimmt ist, kann I_REF durch den oben genannten Vorgang er halten werden. I_REF kann durch ein anderes Verfahren als dieses gemessen werden. Wie bereits erläutert, ist es für Mehrpegelprogrammierung nicht erforderlich, den durch den Kanal der ausgewählten Speicherzelle fließenden Strom in der Stromüberwachungseinheit 23 mit dem Bezugsstrom zu verglei chen und die Programmierung zum selben Zeitpunkt zu beenden. Der Strom I_REF kann vor dem Zuführen zur Stromüberwachungs einheit 23 verstärkt oder geschwächt werden. In diesem Fall sind, vorausgesetzt, daß alle Programmiervorgänge bei der selben festen, wahlfreien Stromstärke für alle Pegel bei der Mehrpegelprogrammierung gestoppt werden, eine Schwellen spannungsverschiebung und eine Steuergateverschiebung iden tisch.

Außerdem kann zur Mehrpegelprogrammierung angesichts der Gleichungen (13) und (14) eine Spannung verwendet werden, die entweder an den Drain oder die Source angelegt wird, wo bei diese Spannung im Prozeß als variabel angenommen wird, wie beim Programmierverfahren unter Verwendung des Steuer gates. Nun werden unter Bezugnahme auf die Fig. 12A bis 12C Beziehungen zwischen den zu programmierenden Schwellenspan nungen und der Drainspannung, der Sourcespannung und der Be zugsspannung, wie sie entsprechend den Schwellenspannungen angelegt werden, erläutert.

Gemäß Fig. 12A kann bei Mehrpegelprogrammierung, wenn die Drainspannung als Variable genutzt wird, die Verschiebungs steigung einer Drainspannungsverschiebung zu einer Schwel lenspannungsverschiebung als Verhältnis α_D/αc eines Steuer gate-Kopplungsparameters αc zu einem Drainkopplungsparameter α_D ausgedrückt werden. Wenn die zwei Kopplungsparameter gleich sind, hat die Steigung den Wert 1.

Als Nächstes wird angenommen, bevor eine Erläuterung für den Fall erfolgt, daß Mehrpegelprogrammierung mit der Source spannung als Variable ausgeführt wird, daß die Sourcespan nung, die die Bezugsspannung beim Lesen der Schwellenspan nung ist, den Wert Null hat. Beim Ausführen des Programmier vorgangs unter Verwendung der Sourcespannung existiert ein Punkt, der zu beachten ist; wie es in Fig. 12B dargestellt ist, ist eine Schwellenspannungs-Verschiebungssteigung für einen Sperrvorspannungseffekt der Sourcespannung des FET zu sätzlich zu einem Sourcekopplungsparameter (αs/αc) verant wortlich. Wenn der Programmiervorgang beim selben Bezugs strom gestoppt wird, ist eine Schwellenspannungsverschie bung, wie sie dann auftritt, wenn die Sourcespannung nicht angelegt wird, kleiner als dann, wenn die Sourcespannung an gelegt wird. Wegen des Anhaltens des Programmierens beim identischen Bezugsstrom, während das Programmieren mit einer an die Source angelegten Spannung ausgeführt wird, ergibt sich derselbe Effekt wie dann, wenn das Programmieren bei geerdeter Sourcespannung ausgeführt wird und der Bezugsstrom höher angehoben wird. In diesem Fall sind die Sourcespannung und die Schwellenspannungsverschiebung nicht linear, sondern umgekehrt proportional.

Gemäß Fig. 12C sind bei Mehrpegelprogrammierung mit dem Be zugsstrom als Variable eine Änderung des Bezugsstroms und eine Schwellenspannungsverschiebung proportional. Daher sind in diesem Fall mehrere Schwellenspannungen, die ,die Diffe renz der Schwellenspannungen konstant machen, fixiert, und es können der Schwellenspannung entsprechende Stromstärken experimentell oder unter Verwendung eines Schaltungsverfah rens erhalten werden. Da alle Schwellenspannungen und Diffe renzen zwischen Schwellenspannungen unabhängig von der An zahl von Zykluszeiten von Programmier- und Löschvorgängen für eine Zelle unter mehreren Zellen fixiert werden können, wenn das oben genannte Verfahren angewandt wird, ist dieses für Mehrpegelprogrammierung besser geeignet als das bekannte Programmieren mit wiederholter Impulsanlegung und Verifizie rung unter Verwendung des Bezugsstroms.

Da der Gegenstand der Erfindung keinen Zusammenhang mit ei nem Programmiermechanismus hat, ist es ersichtlich, daß dieser Gegenstand auf jeden Typ von Programmiermechanismus anwendbar ist. Wenn Injektion heißer Ladungsträger verwendet wird, wird die Sourcespannung geerdet, und als Drainspannung und Steuergatespannung werden positive Spannungen angelegt, die dazu ausreichen, die Injektion heißer Ladungsträger zu programmieren. In diesem Fall wird die Programmierung ange halten, wenn der Strom zwischen dem Drain und der Source, bei dem es sich um den überwachten Programmierstrom handelt, den Wert I_REF erreicht. Wenn ein Tunnelvorgang verwendet wird, wird das Steuergate auf eine positive Spannung gelegt, und der Drain und die Source werden auf Spannungen von 0 V oder darunter gelegt, so daß ein elektrisches Feld ent steht, das dazu ausreicht, Tunneln zwischen der Ladungsspei chereinrichtung und dem Drain, der Source und dem Kanalbe reich zu verursachen. In diesem Fall wird eine Drainspannung über der Sourcespannung angelegt, um für Stromfluß zwischen dem Drain und der Source zu sorgen, wobei dieser Strom über wacht wird, um die Programmierung zu beenden, wenn der Strom die Stärke I_REF erreicht. Wenn negative Spannungen an den Drain oder die Source angelegt werden, sollte an das Sub strat eine Spannung angelegt werden, die den an den Drain und die Source angelegten Spannungen entspricht oder niedri ger ist, wenn der Drain und die Source n-Fremdstoffbereiche sind und das Substrat ein p-Halbleiter ist.

Bisher wurden Einzelpegel- und Mehrpegel-Programmierverfah ren erläutert. Nun werden ein Löschzustand und ein Program mierzustand erläutert, wie sie durch das erfindungsgemäße Programmierverfahren verursacht werden.

Bei einem Löschvorgang werden Spannungen, die Felder aufbau en, die dazu ausreichen, die in der Ladungsspeichereinrich tung gespeicherten Ladungen zwischen der Ladungsspeicherein richtung und der Source, dem Drain und dem Kanalbereich zu löschen, an jeden Anschluß für die Source, den Drain und den Kanalbereich angelegt, um die Ladungen durch Tunneln zur Source, zum Drain oder zum Kanalbereich hin zu löschen. Bei der Erfindung können zwei Löschzustände existieren. Der ers te Löschzustand zeigt eine breite Verteilung der Wahrschein lichkeitsdichte beim Löschen, wie in Fig. 13A dargestellt. Dieser erste Löschzustand tritt dann auf, wenn ein Löschim puls unter einer Schwellenspannung für einen zweiten Lösch zustand angelegt wird, um ausreichend Ladungen aus der La dungsspeichereinrichtung der Zelle zu entfernen, wobei der Zustand breiter wird, wenn die Zelle schlechter wird. Der zweite Löschzustand verfügt über einen Minimalzustand oder einen solchen ohne Löschen, wie in Fig. 13A dargestellt, der dann auftritt, wenn dafür gesorgt wird, daß alle Schwellen spannungen von Speicherzellen mit fester Löschverteilung denselben niedrigsten Schwellenpegel V^c _T,0 aufweisen.

Um den programmierten Zustand hervorzurufen, wird automati sches Verifizieren und Programmieren verwendet, während Spannungen am Drain oder am Steuergate oder der Bezugsstrom so variiert werden, daß Entsprechung zur Schwellenspannung im programmierten Zustand besteht. Wie es in Fig. 2A darge stellt ist, wird beim bekannten Programmierverfahren durch Programmieren und Verifizieren das Programmier/Lösch-Fenster durch einen Abfall des Programmierwirkungsgrads herabge setzt, wenn die Anzahl von Programmier/Lösch-Vorgängen zu nimmt, dagegen wird, wie es in Fig. 13B dargestellt ist, beim erfindungsgemäßen Programmiervorfahren das Programmier/Lösch-Fenster unabhängig vom Programmierwirkungsgrad beibe halten, auch wenn die Anzahl von Programmier/Lösch-Vorgängen zunimmt, wobei die Lesetoleranz dieselbe bleibt, was die Le bensdauer der Zellen verlängert.

Das System und das Verfahren zum Programmieren eines nicht flüchtigen Speichers gemäß der Erfindung, wie sie vorstehend erläutert wurden, zeigen die folgenden Vorteile:

- Erstens erreichen, wenn ein Einzelpegel-Programmierverfah ren gemäß der Erfindung bei einer Vielzahl von Speicherzel len angewandt wird, alle Speicherzellen unabhängig von der Anfangsverteilung der Schwellenspannung dieselbe Schwellen spannung. D.h., daß das erfindungsgemäße Programmierver fahren eine Verteilung der Schwellenspannung beseitigen kann, wie sie von Variationen hinsichtlich Dicken des Gate isolators und Konzentrationen der Kanaldotierung aufgrund von Fertigungsprozessen verursacht ist.
- Zweitens zeigt eine programmierte Speicherzelle, wenn ein Programmier- und Löschvorgang für eine Speicherzelle ausge führt wird, unabhängig von der Anzahl von Programmier/Lösch- Vorgängen dieselbe Schwellenspannung beim Programmieren, was die Lebensdauer der Speicherzelle verlängert.
- Drittens kann Mehrpegelprogrammierung dadurch ausgeführt werden, daß Spannungen am Steuergate, am Drain oder der Source oder der Bezugsstrom beim Programmieren auf jeden Schwellenpegel variiert werden.
- Viertens kann eine Schwellenspannungsverschiebung jedes Pegels genau kontrolliert werden, da jeder Schwellenspan nungspegel und die Steuergatespannung oder die Drainspan nung, wie sie dem Schwellenspannungspegel entspricht, in li nearer Beziehung stehen und die Schwellenspannungsverschie bung und die Verschiebung der Steuergatespannung gleich sind.
- Fünftens ist eine schnellere Programmierung dadurch mög lich, daß keine gesonderte Schaltung zur Verwendung beim Verifizieren eines Programmiervorgangs erforderlich ist, was dadurch herrührt, daß für die nichtflüchtige Speicherzelle Programmier- und Lesevorgänge gleichzeitig ausgeführt wer den.
- Sechstens ist keine Programmierung vor dem Löschen gespei cherter Ladungen erforderlich.
- Siebtens ist die Genauigkeit einer Mehrpegelprogrammie rung, d. h. die Fehlerverteilung programmierter Spannungen, einfach durch Vorspannungen genau bestimmt, unabhängig von Parametern, die die Schwellenspannung der Ladungsspeicher einrichtung bestimmen, wie sie beim Herstellen des nicht flüchtigen Speichers festgelegt werden. Daher hat die Feh lerverteilung der Schwellenspannung jedes Pegels beim erfin dungsgemäßen nichtflüchtigen Speicher keine Beziehung zur Anzahl von Programmier/Lösch-Vorgängen. Auch können eine La dungsfalle in einem Oxidfilm, die Beweglichkeit im Kanal und ein Bitleitungswiderstand sogar während des Programmierens keinerlei instabilen Betrieb verursachen, und keine unerwar teten elektrischen Faktoren beeinflussen den Betrieb.
- Achtens verbessert das Beseitigen einer Fehlfunktion der Zelle, wie sie von übermäßigem Löschen und übermäßigem Pro grammieren herrührt, die Zuverlässigkeit eines gesamten Chips.
- Neuntens ermöglicht die Mehrpegelprogrammierung unter Ver wendung von Spannungen am Steuergate, am Drain oder an der Source der Speicherzelle eine genaue Kontrolle der Interval le der Schwellenspannungen, besser als dies bei der bekann ten Mehrpegelprogrammierung unter Verwendung eines Stroms der Fall ist.
- Zehntens kann die Erfindung im Vergleich zur bekannten Technik vom Stromsteuerungstyp unter Verwendung eines Be zugsstroms eine Mehrpegelprogrammierung viel genauer als die bekannte Technik mit wiederholter Programmierung und Verifi zierung ausführen.
- Elftens ist, wenn die Mehrpegelprogrammierung so ausge führt wird, daß die Steuergatespannung zunehmend leicht erhöht wird, ein Betrieb mit niedriger Spannung und niedri gem Strom möglich.
- Zwölftens ist das erfindungsgemäße Programmierverfahren bei einem nichtflüchtigen Speicher mit potentialungebundenem Gate, einem nichtflüchtigen Speicher von MONOS-Form mit ei ner Falle an einer Grenzfläche zwischen einem Oxid und Stickstoff als Ladungsspeichereinrichtung oder bei einem nichtflüchtigen Speicher mit analogem Speichersystem oder einem Kondensator anwendbar.

Claims

1. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feld effekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung;
- einer Einrichtung zum Anlegen vorgegebener Spannungen in Zusammenhang mit einer Schwellenspannung an die Source, den Drain und das Steuergate in jeder der Speicherzellen;
- einer Einrichtung zum Überwachen des durch den Kanal in jeder der Speicherzellen fließenden Stroms; und
- einer Einrichtung zum Abschalten mindestens einer der an die Source, den Drain und das Steuergate in jeder der Zellen angelegten Spannung, wenn die Einrichtung zur Stromüberwa chung erfaßt, daß der durch den Kanal in der Speicherzelle fließende Strom einen Bezugsstrom erreicht.

2. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Vielzahl von Zellen mit jeweils einem Feldeffekt transistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Sour ce sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung;
- einer Einrichtung zum Anlegen mindestens einer von mehre ren Schwellenspannungen in Zusammenhang mit mehreren Schwel lenspannungen an die Source, den Drain und das Steuergate in jeder der Speicherzellen;
- einer Einrichtung zum Überwachen des durch den Kanal in jeder der Speicherzellen fließenden Stroms; und
- einer Einrichtung zum Abschalten mindestens einer der an die Source, den Drain und das Steuergate in jeder der Spei cherzellen angelegten Spannungen, wenn die Einrichtung zur Stromüberwachung erfaßt, daß der durch den Kanal fließende Strom mindestens einen von mehreren Bezugsströmen in Zusam menhang mit den mehreren Schwellenpegeln der Speicherzelle erreicht.

3. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feld effekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung;
- einer Einrichtung zum Anlegen von Spannungen in Zusammen hang mit einem speziellen Pegel an die Source, den Drain und das Steuergate in mindestens einer ausgewählten der Vielzahl von Speicherzellen;
- einer Einrichtung zum Überwachen des durch den Kanal in mindestens der ausgewählten Speicherzelle fließenden Stroms zum selben Zeitpunkt, zu dem die Einrichtung zum Anlegen von Spannungen die Spannungen anlegt; und
- einer Einrichtung zum Abschalten mindestens einer der an die mindestens eine an ausgewählte der mehreren Speicherzel len angelegten Spannungen, wenn der durch den Kanal in jeder der Zellen fließende Strom mindestens einen von mehreren Be zugsströmen in Zusammenhang mit den speziellen Schwellenpe geln erreicht.

4. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feld effekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung;
- einer Einrichtung zum Anlegen mindesten einer von mehreren Spannungen in Zusammenhang mit mehreren Schwellenpegeln an die Source, den Drain und das Steuergate in mindestens einer ausgewählten der Vielzahl von Speicherzellen;
- einer Einrichtung zum Überwachen des durch den Kanal in zumindest eine der ausgewählten der Speicherzellen fließen den Stroms gleichzeitig dann, wenn die Einrichtung zum Anle gen von Spannungen die Spannungen anlegt, und
- einer Einrichtung zum Abschalten der an jede der Vielzahl von Speicherzellen angelegten Spannung, wenn der durch den Kanal in jeder der Zellen fließende Strom mindestens einen von mehreren Bezugsströmen in Zusammenhang mit den speziel len Schwellenpegeln erreicht.

5. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers zum Ändern des Speicherzustands auf einen vorgegebenen speziellen Zustand, wobei das nichtflüchtige Speichersystem mindestens eine Speicherzelle mit jeweils einer Source, ei nem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicher einrichtung aufweist, um einen speziellen Ladungspegel in Zusammenhang mit einem speziellen Speicher zu speichern, wo bei die Ladungsspeichereinrichtung statisch-kapazitive Be ziehungen zur Source, zum Drain und zum Steuergate hinsicht lich des speziellen Ladungspegels hat; mit

- einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an den Drain, die Source und das Steuergate, die dafür sorgen kann, daß in ausgewählten Zellen der mindestens einen Speicherzelle ein Strom im Kanal zwischen dem Drain und der Source fließt, der dazu angemessen ist, die Ladung in jeder der ausgewähl ten Zelle in die Ladungsspeichereinrichtung zu verschieben, und der in Zusammenhang mit einem speziellen Speicherzustand steht;
- einer Einrichtung zum Überwachen des durch den Kanal in jeder der Zellen fließenden Stroms während der Verschiebung der Ladung in die Ladungsspeichereinrichtung in jeder der ausgewählten Zellen; und
- einer Einrichtung zum Abschalten der Verschiebung der La dung in die Ladungsspeichereinrichtung, wenn die Einrichtung zur Stromüberwachung herausfindet, daß der durch den Kanal in jeder der ausgewählten Zellen fließende Strom einen Be zugsstrom erreicht.

6. System nach Anspruch 5, bei dem die Ladungsspeicherein richtung mindestens ein potentialungebundenes Gate aufweist.

7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsspeichereinrichtung eine Grenzfläche zwischen ei ner Sauerstoffschicht und einer Stickstoffschicht aufweist.

8. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzelle eine Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die in mindestens einem Teil des Kanals zwischen der Source und dem Drain vorhanden ist.

9. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzelle ein solches Steuergate aufweist, das auf einer Seite der Ladungsspeichereinrichtung oder unter dieser vorhanden ist.

10. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung auch die Spannung an der Ladungsspeichereinrichtung überwacht.

11. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung mindestens einen der Pegel der in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicherten Ladungen überwacht.

12. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung die Leitfähigkeit einer Ladungsinversionsschicht im Kanal zwischen der Source und dem Drain, wie durch die Ladungsspeichereinrichtung hervor gerufen, überwacht.

13. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung eine Schaltung zum Ver gleichen des Bezugsstroms mit in der Source und dem Drain fließenden Strömen aufweist.

14. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung mit mindestens einer Spannungsquelle und dem Drain verbunden ist, um den Zustand der Speicherzelle zu ändern.

15. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Stromüberwachung mit mindestens einer Spannungsquelle und der Source verbunden ist, um den Zustand der Speicherzelle zu ändern.

16. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen von Spannungen an den Drain und die Source so ausgebildet ist, daß sie zum Ändern des Zu stands der Speicherzelle eine hohe Spannung an den Drain und eine niedrige Spannung an die Source anlegt.

17. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Steuergate angelegte Spannung vor dem Anlegen ge ändert wird.

18. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Drain angelegte Spannung vor dem Anlegen geändert wird.

19. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicherte Ladung eine negative Ladung ist.

20. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung von Ladung in die Ladungsspeichereinrich tung eine Injektion negativer Ladung in dieselbe gehört.

21. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsstrom mindestens eine feste Stärke entsprechend mindestens einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespei cherten Ladung aufweist.

22. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bezugsstrom eine Schwellenstromstärke gehört.

23. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beenden der Verschiebung der Ladung in die Ladungsspeichereinrichtung mindestens eine der Spannun gen abschaltet, wie sie an die Source, den Drain und das Steuergate angelegt werden.

24. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit einem nichtflüchtigen Speichersystem mit:

- mindestens einer elektrisch programmierbaren Speicherzelle mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeichereinrichtung zum Speichern mehrerer Ladungspegel in Zusammenhang mit mehreren Speicherzellenzu ständen, wobei die mehreren Ladungspegel einen Strom kon trollieren, wie er in einem Kanal zwischen der Source und dem Drain fließt, wobei die Ladungsspeichereinrichtung in statisch-kapazitiver Beziehung zur Source, zum Drain und zum Steuergate steht;
- einer Einrichtung zum jeweiligen Anlegen von Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate in jeder der ausge wählten Zellen der mindestens einen Speicherzelle, wobei die Spannungen dazu angemessen sind, für eine Ladungsverschie bung zur Ladungsspeichereinrichtung in jeder der ausgewähl ten Zellen der mindestens einen Speicherzelle zu sorgen, wo bei diese Spannungen linear proportional zu mehreren Schwel lenspannungen sind;
- einer Einrichtung zum Überwachen eines Stroms, während eine Ladungsverschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung in jeder der ausgewählten Zellen existiert; und
- einer Einrichtung zum Beenden der Ladungsverschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung, wenn die Einrichtung zur Strom überwachung herausfindet, daß der durch den Kanal in jeder der ausgewählten Zellen einen Bezugsstrom erreicht;
- wodurch die Zustände der Speicherzellen auf mehrere Spei cherzustände entsprechend mehreren Zellenspannungen geändert werden.

25. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Speicherzelle mit einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeichereinrichtung, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist;
- einer Einrichtung zum Anlegen von Spannungen an die Sour ce, den Drain und das Steuergate, wobei diese Spannungen an gemessen sind, um sowohl für einen Stromfluß in einem Kanal zwischen dem Drain und der Source als auch für eine Ladungs verschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung zu sorgen; und - einer Einrichtung zum Beenden der Ladungsverschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung, wenn die Ladungsmenge in Zusam menhang mit der an das Steuergate angelegten Spannung und ein Bezugsstrom überwacht werden, mit Speicherung in der La dungsspeichereinrichtung, gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsspeichereinrichtung in der Speicherzelle flüchtig ist.

27. System zum Programmieren eines nichtflüchtigen Spei chers mit:

- einer Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicher zellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuer gate und mit einer Ladungsspeichereinrichtung, die in sta tisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist; und
- einer Einrichtung zum Überwachen, ob sich die in der La dungsspeichereinrichtung in der Speicherzelle gespeicherte Ladungsmenge auf einen von mehreren Ladungszuständen ent sprechend mehreren Schwellenspannungen ändert, um eine La dungsverschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung zu beenden, wenn Spannungen linear proportional zu den mehreren Schwel lenspannungen an die Drains, die Sources und die Steuergates in den mehreren Speicherzellen der Speicheranordnung ange legt werden, um dadurch so zu programmieren, daß mehrere Speicherzustände vorliegen.

28. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung den im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen von Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate, wobei diese Spannungen für eine vorgegebene Schwellenspannung einschlägig sind und dazu ausreichen, für eine Ladungsverschiebung zur Ladungsspeichereinrichtung zu sorgen;
- Überwachen des im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Stroms und
- Abschalten mindestens einer der an die Source, den Drain und das Steuergate angelegten Spannung, wenn überwacht wird, daß der im Kanal fließende Strom einen einer vorgegebenen Schwellenspannung entsprechenden Bezugsstrom erreicht.

29. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung den im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen von Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate in mindestens einer ausgewählten der Vielzahl nichtflüchtiger Speicherzellen, wobei die Spannungen in Zu sammenhang mit einer vorgegebenen Schwellenspannung stehen und
- Abschalten mindestens einer der an die Source, den Drain und das Steuergate angelegten Spannungen, wenn überwacht wird, daß der im Kanal zwischen der Source und dem Drain in der mindestens einen ausgewählten der Vielzahl nichtflüchti ger Speicherzellen fließende Strom einen Bezugsstrom er reicht, der einer vorgegebenen Schwellenspannung entspricht.

30. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung den im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen mindestens einer von mehreren Spannungen in Zusam menhang mit mehreren Schwellenpegeln an den Drain, die Sour ce oder das Steuergate in mindestens einer der Vielzahl nichtflüchtiger Speicherzellen, und Anlegen fester Spannung an den Rest der zwei Elektroden betreffend den Drain, die Source und das Steuergate;
- Überwachen des im Kanal in mindestens einer ausgewählten der Speicherzellen fließenden Stroms und
- Abschalten mindestens einer der Spannungen, wie sie an die Source, den Drain und das Steuergate angelegt werden, in mindestens der ausgewählten der Speicherzellen, wenn über wacht wird, daß der im Kanal zumindest der ausgewählten der nichtflüchtigen Speicherzellen fließende Strom einen Bezugs strom erreicht.

31. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung einen im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen von Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate, wobei diese Spannungen angemessen für einen Pro grammiervorgang sind;
- Überwachen des im Kanal fließenden Stroms und
- Abschalten mindestens einer der an die Source, den Drain und das Steuergate angelegten Spannungen, wenn überwacht wird, daß der im Kanal fließende Strom einen von mehreren Bezugsstrompegeln erreicht, die mehreren Schwellenpegeln entsprechen.

32. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung den im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen von Spannungen an den Drain, die Source und das Steuergate in mindestens einer ausgewählten der Vielzahl nichtflüchtiger Speicherzellen, wobei die Spannungen für einen Programmiervorgang angemessen sind;
- Überwachen des im Kanal in zumindest der ausgewählten der nichtflüchtigen Speicherzellen fließenden Stroms und
- Abschalten mindestens einer der Spannungen, wie sie an die Source, den Drain und das Steuergate angelegt werden, wenn überwacht wird, daß der im Kanal in der mindestens einen ausgewählten der nichtflüchtigen Speicherzellen mindestens einen von mehreren Bezugsstrompegeln erreicht, die mehreren Schwellenpegeln entsprechen.

33. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, der nicht flüchtige Speicherzellen mit jeweils einer Source, einem Drain, einem Steuergate und mit einer Ladungsspeicherein richtung aufweist, die in statisch-kapazitiver Beziehung mit der Source, dem Drain und dem Steuergate verbunden ist, um mittels einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespeicher ten Ladung den im Kanal zwischen der Source und dem Drain fließenden Strom zu kontrollieren, wobei das Programmierver fahren die folgenden Schritte umfaßt:

- Anlegen mindestens einer von mehreren Spannungen, die meh reren Schwellenpegeln entsprechen, an den Drain, die Source und das Steuergate in zumindest einer ausgewählten der Viel zahl nichtflüchtiger Speicherzellen; und
- Abschalten mindestens einer der Spannungen, wie sie an die Source, den Drain und das Steuergate angelegt werden, wenn überwacht wird, daß der im Kanal in zumindest der ausge wählten der nichtflüchtigen Speicherzellen fließende Strom mindestens einen von mehreren Bezugsstrompegeln erreicht, die mehreren Schwellenpegeln entsprechen.

34. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit zwei oder mehr Speicherzellen mit einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer La dungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steuergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Beziehung verbunden ist, um eine Schwellenspannung der Speicherzelle entsprechend einer in der Ladungsspeichereinrichtung gespei cherten Ladungsmenge zu bestimmen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einstellen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen;
- Anlegen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen an das Steuergate, die Source oder den Drain in mindestens einer ausgewählten der Vielzahl von Speicherzellen, und Anlegen fester Spannungen, die zur Pro grammierung geeignet sind, an die restlichen zwei Elektroden betreffend das Steuergate, die Source und den Drain; und
- zwangsweises Beenden der Programmierung jeder Zelle, wenn der im Kanal jeder ausgewählten Zelle fließende Strom einen Bezugsstrom erreicht, um dadurch die ausgewählte Zelle zu programmieren.

35. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steu ergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Be ziehung verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einstellen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen;
- Anlegen mindestens einer der Spannungen linear proportio nal zu mehreren Schwellenspannungen an das Steuergate in zumindest einer ausgewählten der Vielzahl von Speicherzellen und
- zwangsweises Beenden des Programmierens jeder Zelle, wenn überwacht wird, daß die Ladungsspeichereinrichtung in der ausgewählten Zelle einen Ladungspegel erreicht, der in Zu sammenhang mit einer Schwellenspannung steht, die der an das Steuergate angelegten Spannung entspricht, um dadurch die ausgewählte Zelle zu programmieren.

36. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steu ergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Beziehung verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einstellen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen, und Einstellen von in der Source und im Drain der Speicherzellen fließenden Stromstärken in Zusam menhang mit den mehreren Schwellenspannungen; und
- Anlegen der Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen an die Steuergates in ausgewählten Zel len der Vielzahl von Speicherzellen und zwangsweises Beenden des Programmierens jeder Zelle unter Verwendung der festen Stromstärken, um dadurch die ausgewählte Zelle zu program mieren.

37. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steu ergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Beziehung verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einstellen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen, und Einstellen von in der Source und im Drain der Speicherzellen fließenden Stromstärken in Zusam menhang mit den mehreren Schwellenspannungen; und
- Anlegen der Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen an die Source, den Drain und das Steuer gate in ausgewählten Zellen der Vielzahl von Speicherzellen und zwangsweises Beenden des Programmierens jeder Zelle un ter Verwendung der festen Stromstärken, um dadurch die aus gewählte Zelle zu programmieren.

38. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steu ergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Beziehung verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Einstellen mehrerer Stromstärken von in der Source und dem Drain der Speicherzellen fließenden Strömen in Zusammenhang mit den mehreren Schwellenspannungen; und
- Anlegen von Spannungen linear proportional zu mehreren Schwellenspannungen an die Source, den Drain und das Steuer gabe in ausgewählten Zellen der Vielzahl von Speicherzellen, und zwangsweises Beenden des Programmierens jeder Zelle un ter Verwendung der festen Stromstärken, um dadurch die aus gewählte Zelle zu programmieren.

39. Programmierverfahren unter Verwendung eines Program miersystems für einen nichtflüchtigen Speicher, wobei das Programmiersystem eine Zelle auswählen kann und der nicht flüchtige Speicher eine Speicheranordnung mit einer Vielzahl von Speicherzellen mit jeweils einem Feldeffekttransistor mit einem Steuergate, einem Drain und einer Source sowie mit einer Ladungsspeichereinrichtung aufweist, die mit dem Steu ergate, dem Drain und der Source in statisch-kapazitiver Beziehung verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

- Anlegen von Spannungen in Zusammenhang mit einer speziel len Schwellenspannung an die Source, den Drain und das Steu ergate in ausgewählten Zellen der Vielzahl von Speicherzel len; und
- zwangsweises Beenden des Programmierens jeder Zelle unter Verwendung eines Bezugsstroms in Zusammenhang mit der spe ziellen Schwellenspannung, um dadurch die ausgewählte Zelle zu programmieren.