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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Halbleiterspeichervorrichtung,
etwa eine EEPROM-Vorrichtung (elektrisch löschbarer, programmierbarer
Festwertspeicher) oder eine Flash-Speichervorrichtung, sowie ein
Speicherprüfverfahren
zum Prüfen
einer nichtflüchtigen
Speichervorrichtung.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Computersysteme, etwa Mikrocomputer,
werden gegenwärtig
für viele
Anwendungen verwendet, wobei nichtflüchtige Halbleiterspeichervorrichtungen,
etwa ein EEPROM oder ein Flash-Speicher, häufig als Informationsspeichermedium
für die
Computersysteme verwendet werden. Ein nichtflüchtiger Speicher ermöglicht die
vorübergehende
Speicherung digitaler Daten und die Aktualisierung der gespeicherten
digitalen Daten und kann die gespeicherten Daten aufrechterhalten,
selbst wenn keine elektrische Energie zugeführt wird.
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Ein Beispiel eines nichtflüchtigen
Speichers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. 1 zeigt den allgemeinen
Aufbau eines EEPROM, der eine Art des nichtflüchtigen Speichers ist, während 2 eine Speicherzellenmatrix
des EEPROM zeigt.
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Der EEPROM 100 als ein Beispiel
eines nichtflüchtigen
Speichers enthält
eine Vielzahl von Speicherzellen 101, die in einer zweidimensionalen
Struktur angeordnet sind, wobei die Speicherzellen 101 in
einer Matrix in der X- und in der Y-Richtung verbunden sind, wie insgesamt
in 2 gezeigt ist. Mehrere
X-Wahltransistoren 102 und mehrere Y-Wahltransistoren 103 sind
in einer Matrix mit der Vielzahl von Speicherzellen 101 verbunden.
Die X/Y-Wahltransistoren 102, 103 sind vorgesehen,
um Speicherzellen 101 einzeln auszuwählen.
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Jede Speicherzelle 101 speichert
und hält
entsprechende binäre
Daten und nimmt in Reaktion auf Schreibdaten "1", die einen der
binären
Datenwerte darstellen, einen ersten Zustand ein, und nimmt in Reaktion
auf Löschdaten
"0", die den anderen binären
Datenwert darstellen, einen zweiten Zustand ein. Der durch die Speicherzelle 101 fließende Strom
ist ein verhältnismäßig großer Schreibstrom,
wenn die Speicherzelle 101 im ersten Zustand ist, und ist
ein verhältnismäßig kleiner
Löschstrom,
wenn die Speicherzelle 101 im zweiten Zustand ist. Der
Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand wird z.
B. durch eine Differenz der Schwellenwertspannung der Speicherzelle,
die dem Betrag der in das schwebende Gate der Speicherzelle eingegebenen
Ladung entspricht, geschaffen. Die in das schwebende Gate eingegebene
Ladung ändert
sich unter normalen Bedingungen nicht und das ermöglicht den
Speicherzellen 101, als nichtflüchtiger Speicher zu funktionieren.
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Der EEPROM 100 enthält eine
(nicht gezeigte) Schreib- und Löschschaltung,
die die Speicherzelle 101 in Reaktion auf die Eingabe von
Schreibdaten "1" in den Schreibzustand (erster Zustand) steuert,
die Speicherzelle 101 jedoch in Reaktion auf die Eingabe
von Löschdaten
"0" in den Löschzustand
(zweiter Zustand) steuert.
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Der EEPROM 100 enthält ferner
einen Leseverstärker 104,
mit dem die Speicherzellen 101 durch entsprechende Y-Wahltransistoren 103 verbunden
sind. Außerdem
ist eine Referenzschaltung 105 zum Erzeugen einer Referenzspannung
an den Leseverstärker 104 angeschlossen.
Die Referenzschaltung 105 enthält mehrere Transistoren und
der Leseverstärker
enthält
gleichfalls mehrere Transistoren.
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Die Referenzschaltung 105 enthält den ersten
Transistor 111, an dessen Gate die Vorspannungsversorgung 120 angeschlossen
ist. Der zweite Transistor 112 ist mit dem ersten Transistor 111 in
Reihe geschaltet. Der zweite Transistor 112 wirkt mit dem
dritten Transistor 113 zusammen, um eine erste Stromspiegelschaltung 121 zu
bilden, und ein Transistor 114 ist mit dem Transistor 113 der
ersten Stromspiegelschaltung 121 in Reihe geschaltet.
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Die zweite Stromspiegelschaltung 122 wird
aus dem vierten Transistor 114 der Referenzschaltung 105 und
dem ersten Transistor 115 des Leseverstärkers 104 gebildet.
Der zweite Transistor 116 des Leseverstärkers 104 ist mit
dem Transistor 115 der zweiten Stromspiegelschaltung 112 in
Reihe geschaltet.
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Die dritte Stromspiegelschaltung 123 wird
im Leseverstärker 104 aus
dem zweiten Transistor 116 und dem dritten Transistor 117 gebildet
und der Transistor 117 der dritten Stromspiegelschaltung 123 ist über entsprechende
Y-Wahltransistoren 103, die zueinander parallel geschaltet
sind, mit den Speicherzellen 101 verbunden.
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Die Vorspannungsversorgung 120 liefert
eine Gatespannung an den ersten Transistor 111 der Referenzschaltung 105 und
durch den ersten Transistor 111 fließt ein fester Drainstrom. Da
die ersten bis dritten Stromspiegelschaltungen 121 bis 123 nacheinander
an diesen ersten Transistor 111 angeschlossen sind, liefert
die Referenzschaltung 105 insgesamt einen Referenzstrom,
der dem Drainstrom des ersten Transistors 105 entspricht,
an den Leseverstärker 104.
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Die Referenzschaltung 105 erzeugt
den Referenzstrom in der obenbeschriebenen Weise. Der Referenzstrom
ist größer als
der Löschstrom,
der den Durchgangsstrom der Speicherzelle 101 in einem
Löschzustand
darstellt, ist jedoch kleiner als der Durchgangsstrom der Speicherzelle 101 in
einem Schreibzustand. Der Leseverstärker 104 vergleicht
den Durchgangsstrom der Speicherzelle 101 mit dem Referenzstrom
der Referenzschaltung 105 und stellt anhand des Ergebnisses
des Vergleichs den in der Speicherzelle gespeicherten binären Datenwert
wieder her.
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Der EEPROM 100 mit dem obenbeschriebenen
Aufbau kann drei Operationen zum Schreiben von Daten, zum Löschen von
Daten und zum Wiederherstellen von Daten willkürlich ausführen. Beim Ausführen des Schreibens
von Daten in den EEPROM steuert die Schreib- und Löschschaltung
eine der mehreren Speicherzellen 101 in einen Schreibzustand
gemäß dem eingegebenen
Datenwert, um den Schreibdatenwert "1", der einer der binären Datenwerte
ist, in der ausgewählten
Speicherzelle 101 aufzuzeichnen.
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Bei der Wiederherstellung der auf
diese Weise geschriebenen Daten erzeugt die Referenzschaltung 105 den
Referenzstrom, der größer als
der Löschstrom,
jedoch kleiner als der Schreibstrom ist, und der Leseverstärker 104 vergleicht
den Durchgangsstrom der Speicherzelle 101 mit dem Referenzstrom,
um dadurch die binären
Daten "0", "1" wiederherzustellen.
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Um die in der obenbeschriebenen Weise
geschriebenen Daten zu löschen, ändert die
Schreib- und Löschschaltung
gemäß den eingegebenen
Daten wahlweise den Zustand der Speicherzelle 101 vom Schreibzustand
zum Löschzustand,
um den geschriebenen Datenwert "1" der Speicherzellen 101 auf
den Löschdatenwert
"0" zu initialisieren.
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Während
der EEPROM 100 die drei Operationen zum Datenschreiben,
Datenlöschen
und zum Wiederherstellen von Daten in der obenbeschriebenen Weise
ausführen
kann, um die Speicherzelle 101 in den Schreibzustand oder
in den Löschzustand
zu versetzen, ist eine vorgegebene Zeit erforderlich, wie in 3 ersichtlich ist. 3 ist ein Kennlinienfeld,
das die Ein-Ströme
beim Lesen einer Speicherzelle eines EEPROMs in einem Neuzustand
in bezug auf die Schreibdauer und die Löschdauer erläutert. Die
Schreibdauer bedeutet eine Dauer eines Hochspannungsimpulses, der
an eine Speicherzelle angelegt wird, um die Speicherzelle in den
Schreibzustand zu steuern, und die Löschdauer bedeutet einen Hochspannungsimpuls,
der an eine Speicherzelle angelegt wird, um die Speicherzelle in
den Löschzustand
zu steuern. Wie aus 3 deutlich
sichtbar ist, sind eine Schreibdauer und eine Löschdauer erforderlich, die
länger
als eine bestimmte Zeitdauer sind, um vorgegebene Ein-Ströme für den Schreibzustand
und den Löschzustand
zu erreichen, wenn Daten aus einer Speicherzelle ausgelesen werden
sollen. Die Schreibdauer und die Löschdauer, die erforderlich
sind, um die vorgegebenen entsprechenden Ein-Ströme für den Schreibzustand und den
Löschzustand
zu erreichen, sind jedoch nicht konstant, sondern steigen an, wenn
die akkumulierte Anzahl der Schreib- und Löschoperationen, die an dem
EEPROM ausgeführt
werden, ansteigt. 4 ist
ein Kennlinienfeld, das die Ein-Ströme beim
Lesen einer Speicherzelle des EEPROM darstellt, dessen Charakteristiken
sich infolge einer Dauerprüfung,
die an dem EEPROM in bezug auf die Schreib- und Löschdauern
ausgeführt
wurde, verschlechtert haben. Die Dauerprüfung bedeutet eine Prüfung zum
wiederholten Schreiben von Daten in eine Speicherzelle, um zu entscheiden,
ob der EEPROM ein zuverlässiges
Produkt ist oder nicht. 5 zeigt
die Ein-Ströme
beim Schreiben/Löschen
einer Speicherzelle in bezug auf die Häufigkeit der Datenschreiboperationen
in der Dauerprüfung.
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Es ist normale Praxis, die Schreibdauer
und die Löschdauer
für einen
EEPROM 100 unter der Voraussetzung einzustellen, daß die Zeitdauern,
die für
das Datenschreiben und für
das Datenlöschen
erforderlich sind, unveränderlich
sind. Wenn die akkumulierte Häufigkeit
der Datenschreiboperationen und der Datenlöschoperationen ansteigt und
die Speicherzellen 101 sich dementsprechend verschlechtern,
vermindert sich der Schreibstrom beim Lesen von Daten von der Speicherzelle
und der Löschstrom
steigt an, wie aus 5 ersichtlich
ist. Ein weiteres Absinken des Schreibstroms oder ein weiteres Ansteigen
des Löschstroms
er schwert das Wiederherstellen binärer Daten durch den Vergleich
mit dem Referenzstrom und der EEPROM wird schließlich gesperrt.
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Deswegen wird nach der Herstellung
des EEPROM 100 und vor dem Versand die obenbeschriebene Dauerprüfung ausgeführt, um
fehlerhafte Speicherzellen 101 zu erfassen. Bei der Dauerprüfung wird
zuerst der Schreibdatenwert "1" in der Speicherzelle 101 aufgezeichnet
und anschließend
von der Speicherzelle wiederhergestellt und falls der wiederhergestellte
Datenwert nicht "1" ist, wird entschieden, daß die Speicherzelle 101 eine
fehlerhafte Speicherzelle ist. Ferner wird der Löschdatenwert "0" zuerst in
der Speicherzelle 101 aufgezeichnet und anschließend von
der Speicherzelle wiederhergestellt und falls der wiederhergestellte
Datenwert nicht "0" ist, wird entschieden, daß die Speicherzelle 101 eine
fehlerhafte Speicherzelle ist. Vor dem Versand des EEPROM 100 wird
eine derartige Folge von Operationen, die oben beschrieben wurde,
mit einer vorgegebenen Häufigkeit
für alle
Speicherzellen 101 des EEPROM 100 wiederholt,
und wenn die Anzahl der Speicherzellen 101, die als fehlerhafte
Speicherzellen bezeichnet werden, in bezug auf alle Speicherzellen
des EEPROM 100 größer als
eine Toleranz ist, wird dieser EEPROM ausgesondert. Falls die Anzahl
der fehlerhaften Speicherzellen 101 in der Toleranz bleibt,
wird der EEPROM 100 so eingestellt, daß die Verwendung aller fehlerhafter
Speicherzellen gesperrt ist, und anschließend wird dieser EEPROM 100 versandt.
Da die obenbeschriebene Dauerprüfung
für den
EEPROM 100 ausgeführt
wird, kann der EEPROM 100 als ein Produkt versandt werden,
das keine Herstellungsfehler besitzt.
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Der EEPROM 100 enthält jedoch
gegenwärtig
eine sehr große
Anzahl von Speicherzellen 101, und es ist eine bestimmte
Zeit erforderlich, um in der obenbeschriebenen Weise Daten in die
Speicherzelle 101 zu schreiben oder von dieser zu lesen.
Deswegen erfordert eine Dauerprüfung,
bei der Datenschreiben, Datenlöschen
und Datenwiederherstellen für
Speicherzellen 101 mit einer vorgegebenen Häufigkeit
wiederholt werden, viel Zeit und das mindert die Produktivität bei der
Herstellung des EEPROM 100.
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Eine nichtflüchtige Speichervorrichtung,
die das Problem des obenbeschriebenen herkömmlichen nichtflüchtigen
Speichers lösen
kann, ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 300499/89 (JP,
01300499, A) offenbart. Bei dem verbesserten nichtflüchtigen
Speicher wird ein externer Referenzstrom an einen Leseverstärker geliefert,
um das Wiederherstellen von Schreibdaten bei einem Refe renzstrom
mit einem höheren Pegel
als ein normaler Pegel zu ermöglichen,
und um das Wiederherstellen von Lesedaten bei einem Referenzstrom
mit einem weiteren Pegel, der kleiner als der normale Pegel ist,
zu ermöglichen.
Wenn eine derartige Dauerprüfung
für den
nichtflüchtigen
Speicher ausgeführt
wird, kann eine Speicherzelle mit einer kleineren Spanne des Stroms
geprüft
werden. Demzufolge kann eine fehlerhafte Speicherzelle rasch erfaßt werden
und die Dauerprüfung
kann in verminderter Zeit abgeschlossen werden. Um jedoch das obenbeschriebene
Verfahren zur Ausführung
einer Dauerprüfung
zu verwenden, ist es erforderlich, den Referenzstrom mit einem größeren oder
kleineren Pegel zu erzeugen und ihn extern an den nichtflüchtigen
Speicher zu liefern, und eine Vorrichtung, die ausschließlich zum
Erzeugen und Liefern des veränderlichen
Stroms verwendet wird, muß getrennt
vom nichtflüchtigen
Speicher vorgesehen werden.
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Die japanische Patentoffenlegung
Nr. 22860/91 (JP, 03022860, A) offenbart eine weitere nichtflüchtige Speichervorrichtung,
die eine integrierte Hochspannungserzeugungsschaltung enthält, die
eine Hochspannung zur Verwendung bei einer Prüfung des nichtflüchtigen
Speichers erzeugt. Die Hochspannungserzeugungsschaltung kann drei
oder mehr verschiedene Hochspannungen erzeugen und liefern.
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WO 94/28549 offenbart eine Lösch- und
Programmverifikationsschaltung für
einen nichtflüchtigen Speicher.
Bei nichtflüchtigen
Speichervorrichtungen, wie etwa Flash-EPROM-Schaltkreise, die Speicherzellen und
Referenzzellen sowie eine Leseschaltung besitzen, die auf die adressierten
Speicherzellen und die Referenzzellen reagiert, und bei denen während einer
Lesebetriebsart ein Lesepotential an das Gate der ausgewählten Speicherzellen
und ein Referenzpotential an das Gate einer Referenzspeicherzelle
geliefert wird, wird der Zustand der programmierbaren Speicherzellen
verifiziert, indem ein erstes Prüfpotential
an das Gate einer adressierten programmierten Speicherzelle geliefert
wird und ein zweites Prüfpotential,
das von dem ersten Prüfpotential
verschieden ist, an das Gate der Referenzzelle geliefert wird. Da
der Zellenstrom von der Gatespannung stark anhängig ist, ist das Anlegen von
verschiedenen Gatespannungen an die Speicher- und Referenzzellen
gleichbedeutend mit einer Einstellung der Leserate. Wenn das Verfahren
zur Programmprüfung angewendet
wird, ist das zweite Prüfpotential,
das an die Referenzzelle angelegt wird, kleiner als das erste Prüfpotential,
das an die adressierte programmierte Speicherzelle angelegt wird.
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Wenn das Verfahren zur Löschprüfung angewendet
wird, ist das zweite Prüfpotential
größer als
das erste Prüfpotential.
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US 5.386.388 offenbart ein Einzelzellen-Referenzschema
für die
Verifikation des Lesens und des Programmzustands eines Flash-Speichers,
ein Referenzschema zum Verifizieren des Löschens und der Programmierung
in einem auf einem Siliciumsubstrat hergestellten elektrisch löschbaren
und elektrisch programmierbaren Festwertspeicher, der mehrere Speicherzellen
verwendet, wovon jede ein schwebendes Gate enthält. Das Referenzschema verwendet
abstimmbare Einzelzellen-Referenzvorrichtungen sowohl für die Operationen
der Löschprüfung als
auch für
die Operationen der Programmprüfung.
Die Schwellenwertspannungen der Referenzzellen werden auf einen
Pegel abgestimmt, unter dem (bei der Referenzzelle für die Löschprüfung) oder über dem
(bei der Referenzzelle für
die Programmprüfung)
alle Speicherzellen in der Matrix als in einem bestimmten Programmzustand
(d. h. gelöscht
oder programmiert) befindlich betrachtet werden. Bei der Lese-Referenzvorrichtung
ist eine Doppelzellen-Lese-Referenzvorrichtung beschrieben, die
die Referenzzellen für
die Lese- und Programmprüfung
kombiniert. Obwohl die Doppelzellen-Referenzvorrichtung bevorzugt
ist, ist eine abstimmbare Lese-Referenzvorrichtung ebenfalls denkbar.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine nichtflüchtige
Speichervorrichtung zu schaffen, bei der eine Dauerprüfung in
kurzer Zeit ausgeführt
werden kann, ohne daß eine
Vorrichtung erforderlich ist, die ausschließlich für die Erzeugung von Strom verwendet
wird.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Prüfverfahren
für eine
nichtflüchtige
Speichervorrichtung zu schaffen, das eine Dauerprüfung in
einer kurzen Zeit abschließen
kann, ohne daß eine
Vorrichtung erforderlich ist, die ausschließlich für die Erzeugung von Strom verwendet
wird.
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Die vorliegende Erfindung ist in
den unabhängigen
Ansprüchen
definiert. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine nichtflüchtige Speichervorrichtung geschaffen,
die umfaßt:
Datenhaltemittel zum Halten binärer
Daten und zum Ausgeben eines ersten Wertes einer elektrischen Größe oder
eines zweiten Wertes der elektrischen Größe, der kleiner als der erste
Wert ist, in Reaktion auf einen Wert der binären Daten, wenn aus der Speicherzelle
gelesen wird, Referenzerzeugungsmittel zum Erzeugen eines Referenzwertes
der elektrischen Größe, die
kleiner als der erste Wert, jedoch größer als der zweite Wert ist;
Datenwiedergabemittel zum Vergleichen des Ausgangswertes der Datenhaltemittel mit
dem Referenzwert, um binäre
Daten wiederzugeben, und Referenzumschaltmittel zum wahlweisen Umschalten
des durch die Referenzerzeugungsmittel zu erzeugenden elektrischen
Referenzbetrags zu einem normalen Referenzwert, der ein normalerweise
zu erzeugender Wert ist, zu einem höheren Referenzwert, der höher als
der erste Wert ist, oder zu einem niedrigeren Referenzwert, der
niedriger als der erste Wert ist.
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Wenn die nichtflüchtige Speichervorrichtung
geprüft
wird, umfaßt
das Speicherprüfverfahren
vorzugsweise die folgenden Schritte: Ändern des Zustands der Datenhaltemittel
zu einem Zustand, der dem ersten Wert entspricht, Einstellen des
Referenzwertes auf den höheren
Wert und Wiedergeben der von den Datenhaltemitteln gehaltenen binären Daten,
und Ändern
des Zustands der Datenhaltemittel zu einem weiteren Zustand, der
dem zweiten Wert entspricht, Einstellen des Referenzwertes auf den
niedrigeren Wert und Wiedergeben der von den Datenhaltemitteln gehaltenen
binären
Daten.
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Die verschiedenen Mittel in der vorliegenden
Erfindung müssen
lediglich gebildet werden, um entsprechende Funktionen zu implementieren
und können
z. B. Hardware zur speziellen Verwendung, ein Computer, bei dem
geeignete Funktionen durch ein Programm bereitgestellt werden, Funktionen,
die in einem Computer durch ein geeignetes Programm implementiert
sind, und geeignete Kombinationen davon sein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine nichtflüchtige Speichervorrichtung geschaffen,
die umfaßt:
eine Speicherzelle zum Halten binärer Daten und zum Ausgeben
eines ersten Stroms oder eines zweiten Stroms, der kleiner als der
erste Strom ist, in Reaktion auf die binären Daten, wenn aus der Speicherzelle
gelesen wird, eine Referenzschaltung zum Erzeugen eines Referenzstroms,
der kleiner als der erste Strom, jedoch größer als der zweite Strom ist,
einen Leseverstärker
zum Vergleichen des Ausgangsstroms der Speicherzelle mit dem Referenzstrom,
um binäre
Daten wiederzugeben, und eine Referenzumschaltschaltung zum wahlweisen
Umschalten des durch die Referenzschaltung zu erzeugenden Referenzstroms
zu einem normalen Strom, zu einem größeren Strom, der größer als
der normale Strom ist, oder zu einem kleineren Strom, der kleiner
als der normale Strom ist.
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Wenn die nichtflüchtige Speichervorrichtung
geprüft
wird, umfaßt
das Speicherprüfverfahren
vorzugsweise die folgenden Schritte: Ändern des Zustands der Speicherzelle
zu einem Zustand, der dem ersten Strom entspricht, Einstellen des
Referenzstroms auf den Strom, der größer als der normale Strom ist,
und Wiedergeben der von der Speicherzelle gehaltenen binären Daten
mittels des Leseverstärkers,
und Ändern
des Zustands der Speicherzelle zu einem weiteren Zustand, der dem
zweiten Strom entspricht, Einstellen des Referenzstroms auf den
Strom, der kleiner als der normale Strom ist, und Wiedergeben der
von der Speicherzelle gehaltenen binären Daten mittels des Leseverstärkers.
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Die obigen sowie weitere Aufgaben,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich
aus der folgenden Beschreibung, die auf die beigefügte Zeichnung
Bezug nimmt, die ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist
ein Schaltplan, der den allgemeinen Aufbau eines EEPROM (elektrisch
löschbarer,
programmierbarer Festwertspeicher) zeigt;
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2 ist
ein Schaltplan, der eine Speicheranordnung des EEPROM zeigt;
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3 ein
Kennlinienfeld ist, das Ein-Ströme
beim Lesen einer Speicherzelle eines EEPROM in einem Neuzustand
in bezug auf die Schreibdauer und die Löschdauer darstellt;
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4 ein
Kennlinienfeld ist, das Ein-Ströme
beim Lesen einer Speicherzelle eines EEPROM, dessen Charakteristiken
durch eine für
den EEPROM ausgeführte
Dauerprüfung
verschlechtert sind, in bezug auf die Schreibdauer und die Löschdauer
darstellt;
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5 ist
ein Kennlinienfeld, das Ein-Ströme
beim Schreiben/ Löschen
einer Speicherzelle in bezug auf die Häufigkeit der Datenschreiboperationen
bei einer für
den EEPROM ausgeführten
Dauerprüfung
darstellt;
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6 ist
ein Schaltplan, der den inneren Aufbau eines EEPROM gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
ein Ablaufplan einer Hauptroutine, die einen Funktionsablauf einer
Dauerprüfung
für den
in 6 gezeigten EEPROM
darstellt;
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8 ist
ein Ablaufplan, der einen Funktionsablauf einer Prüfung mit
normalem Strom darstellt; und
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9 ist
ein Ablaufplan, der einen Funktionsablauf einer Prüfung mit
veränderlichem
Strom darstellt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Bei einer in 6 gezeigten nichtflüchtigen Speichervorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden gleiche Elemente wie die von 1, die oben beschrieben
wurden, durch gleiche Bezeichnungen bezeichnet und besitzen gleiche
Funktionen und gleiche Strukturen wie jene von 1.
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Außerdem enthält ein in 6 gezeigter EEPROM ähnlich wie der in 1 gezeigte herkömmliche EEPROM 100 mehrere
Speicherzellen 201, die jeweils 1 Datenbit halten. Die
Speicherzellen 201 bilden eine Speicheranordnung ähnlich wie
jene, die in 2 gezeigt
ist, und für
jede Speicherzelle 201 ist ein X-Wahltransistor 202 vorgesehen
und für
jede Spalte ist ein Y-Wahltransistor 203 vorgesehen.
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Jede Speicherzelle 201 speichert
und hält
binäre
Daten und nimmt in Reaktion auf Schreibdaten "1", die einen der
binären
Datenwerte darstellen, einen ersten Zustand ein, und nimmt in Reaktion
auf Löschdaten "0",
die den anderen binären
Datenwert darstellen, einen zweiten Zustand ein. Der Durchgangsstrom
der Speicherzelle 210 ist der Schreibstrom, der ein verhältnismäßig großer Strom
ist, wenn die Speicherzelle 201 in dem ersten Zustand ist,
er ist jedoch der Lösch strom,
der ein verhältnismäßig kleiner
Strom ist, wenn die Speicherzelle 201 in dem zweiten Zustand
ist. Der EEPROM 200 enthält eine (nicht gezeigte) Schreibund
Löschschaltung,
die die Speicherzelle 201 in Reaktion auf eine Eingabe
des Schreibdatenwerts "1" in den Schreibzustand (erster Zustand)
und in Reaktion auf den Löschdatenwert
"0" in den Löschzustand
(zweiter Zustand) steuert.
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Der EEPROM 200 enthält ferner
den Leseverstärker 204,
wie in 6 gezeigt ist.
Die mehreren Speicherzellen 201 sind über entsprechende Y-Wahltransistoren 203 am
Leseverstärker 204 angeschlossen.
Außerdem
ist die Referenzschaltung 205 zum Erzeugen einer Referenzspannung
an dem Leseverstärker 204 angeschlossen.
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Der Leseverstärker 204 und die Referenzschaltung 205 enthalten
in ähnlicher
Weise wie der in 1 gezeigte
EEPROM 100 Stromspiegelschaltungen 206 bis 208.
Demzufolge erzeugt die Referenzschaltung 205 einen Referenzstrom,
der größer als
der Löschstrom,
jedoch kleiner als der Schreibstrom der Speicherzelle 201 ist,
und der Leseverstärker 204 vergleicht
der Durchlaßstrom
(Ein-Strom) der Speicherzelle 204 mit dem Referenzstrom
der Referenzschaltung 205, um binäre Daten wiederzugeben.
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In der vorliegenden Ausführungsform
unterscheidet sich der EEPROM 200 jedoch von dem in 1 gezeigten EEPROM 100 dahingehend,
daß er
drei in Reihe geschaltete Transistoren 211 bis 213 enthält, die als
Transistorelemente mit der ersten Stromspiegelschaltung 206 zum
Bestimmen des Referenzstroms in Reihe geschaltet sind. Die Gates
der Transistoren 211 bis 213 sind mit der Referenzumschaltschaltung 214 verbunden,
um den Referenzstromwert zu verändern.
Im einzelnen ist das Gate des ersten Transistors 211 mit der
Vorspannungsversorgung 215 verbunden und die Vorspannungsversorgung 215 ist über Wechselschalter 216, 217 der
Referenzumschaltschaltung 214 mit den Gates des zweiten
Transistors 212 bzw. des dritten Transistors 213 verbunden.
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Ein Paar Registerschaltungen 218, 219 ist über das
NAND-Gatter 220 mit dem Wechselschalter 216 verbunden.
Die Registerschaltungen 218, 219 sind außerdem über das
UND-Gatter 221 mit dem Wechselschalter 217 verbunden.
Die paarweisen Registerschaltungen 218, 219 halten
jeweils binäre
Merker, die von außen
in sie eingegeben werden, und außerdem verändern sich die Zustände "A"
und "B" der Wechselschalter 216, 217 in Reaktion
auf die binären
Merker, die durch die Registerschaltungen 218, 219 gehalten
werden.
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Der Wert "SATE" von Tabelle 1 repräsentiert
den binären
Merker für
die Wahl zwischen einer Betriebsart mit festem Referenzstrom und
einer Betriebsart mit veränderlichem
Referenzstrom und der Wert "SATSL" repräsentiert den binären Merker
für die
Wahl zwischen größeren/kleineren
Strömen
des Referenzstroms.
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Wenn die Registerschaltung 218 "0"
als binären
Merker hält,
verbindet dementsprechend der Wechselschalter 216 die Vorspannungsversorgung 215 mit
dem Gate des zweiten Transistors 212 und der Wechselschalter 217 erdet
das Gate des dritten Transistors 213 unabhängig von
dem Merker, der durch die zweite Registerschaltung 219 gehalten
wird. In diesem Fall werden der erste und der zweite Transistor 211, 212 in einen
Ein-Zustand und der dritte Transistor 213 wird in einen
Aus-Zustand gesteuert. Demzufolge wird ein Strom, der gleich einem
Ruhestrom in dem herkömmlichen
nichtflüchtigen
Speicher ist, von der Referenzschaltung 205 an den Leseverstärker 204 geliefert.
Der Strom wird als normaler Strom bezeichnet.
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Wenn der von der ersten Registerschaltung 218 gehaltene
Merker "1" ist und der von der zweiten Registerschaltung 219 gehaltene
Merker "0" ist, verbinden die ersten und zweiten Wechselschalter 216, 217 die Vorspannungsversorgung 215 mit
den Gates der beiden zweiten und dritten Transistoren 212, 213.
In diesem Fall werden die ersten bis dritten Transistoren 211 bis 213 in
einen eingeschalteten Zustand gesteuert und demzufolge wird der
Referenzstrom der Referenzschaltung 105 größer als
der normale Strom.
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Wenn der von der ersten Registerschaltung
gehaltene Merker "1" ist und der von der zweiten Registerschaltung 219 gehaltene
Merker "1" ist, verbinden die ersten und zweiten Wechselschalter 216, 217 die Gates
des zweiten und des dritten Transistors 212 mit einem Masseanschluß. In diesem
Fall wird nur der erste Transistor 211 in einen eingeschalteten
Zustand gesteuert und demzufolge wird der Referenzstrom der Referenzschaltung 105 kleiner
als der normale Strom.
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Der EEPROM 200 der vorliegenden
Ausführungsform,
die oben beschrieben wurde, kann außerdem drei Operationen zum
Schreiben von Daten, zum Löschen
von Daten und zum Wiederherstellen von Daten ähnlich wie der in 1 gezeigte herkömmliche
EEPROM 100 willkürlich
ausführen.
Auch dieser EEPROM 200 wird erst versandt, nachdem dafür eine Dauerprüfung ausgeführt wurde.
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Eine Dauerprüfung für den EEPROM 200 der
vorliegenden Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben. Bei der Dauerprüfung für den EEPROM 200 wird,
wie in 7 gezeigt ist,
eine Prüfung
mit dem normalen Strom, wobei der Referenzstrom der Referenzschaltung 205 auf
den normalen Strom eingestellt ist, in den Schritten S1 bis S3 eine
vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt. Wenn ein Fehler im Vorgang
der Prüfung
auftritt und im Schritt S2 erfaßt wird, wird der EEPROM 200 im
Schritt S4 ausgesondert und die Operation wird beendet.
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8 stellt
den Funktionsablauf der Prüfung
mit normalem Strom für
die Referenzschaltung 205 dar. Bei der Prüfung mit
normalem Strom wird zuerst im Schritt T1 der gehaltenen
Merker der Registerschaltung 218 der Referenzumschaltschaltung 214 auf
"0" gesetzt, um lediglich die ersten und zweiten Transistoren 211, 212 in
einen eingeschalteten Zustand zu steuern, so daß der Referenzstrom, der von
der Referenzschaltung 205 an den Leseverstärker 204 geliefert
werden soll, der normale Strom sein kann. In diesem Zustand werden Schreibdaten
"1" im Schritt T2 in die Speicherzelle 201 gesteuert
und anschließend
werden die aufgezeichneten Daten im Schritt T3 wiederhergestellt.
Im Schritt T4 wird bestimmt, ob die wiederhergestellten
Daten "1" sind oder nicht, und wenn die wiederhergestellten Daten
nicht "1" sind, wird bestimmt, daß die geprüfte Speicherzelle 201 fehlerhaft
ist. Wenn die Speicherzelle 201 fehlerhaft ist, wird die
Prüfung
mit normalem Strom beendet. Wenn die wiederhergestellten Daten im
Schritt T4 "1" sind, werden im Schritt T5 die
Löschdaten
"0" in der Speicherzelle 201 aufgezeichnet und anschließend werden
im Schritt T6 die aufgezeichneten Daten wiederhergestellt.
Im Schritt T7 wird bestimmt, ob die wiederhergestellten
Daten "0" sind oder nicht, um zu bestimmen, ob die Speicherzelle 201 fehlerhaft
ist oder nicht. Durch die obenbeschriebene Verarbeitung wird die
Prüfung
mit normalem Strom durchgeführt.
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Wie oben beschrieben wurde, wird
die Prüfung
mit normalem Strom, die in den Schritten S1 bis S3 von 7 dargestellt ist, eine
vorgegebene Anzahl von Malen für
alle Speicherzellen 210 wiederholt und der EEPROM 200 wird
im Schritt S4 ausgesondert, wenn innerhalb des EEPROM 200 eine
fehlerhafte Speicherzelle 201 erfaßt wird. In der vorliegenden
Ausführungsform
ist die Prüfung
mit normalem Strom jedoch als Alterungsvorgang für Speicherzellen 201 vorgesehen.
Demzufolge ist die Anzahl von Wiederholungen in der Prüfung mit
normalem Strom ein Bruchteil der Wiederholungen in einer herkömmlichen
Dauerprüfung.
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Nachdem die Prüfung mit normalem Strom des
EEPROM 200 ohne die Erfassung von fehlerhaften Speicherzellen 201 in
der obenbeschriebenen Weise beendet wurde, wird im Schritt S5 eine
Prüfung
mit veränderlichem
Strom ausgeführt,
bei dem der Referenzstrom der Referenzschaltung 205 vom
normalen Strom zu einem größeren Strom
und zu einem kleineren Strom verändert
wird.
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9 stellt
einen genauen Vorgang der Prüfung
mit veränderlichem
Strom dar. Zuerst werden im Schritt E1 Schreibdaten "1"
in der Speicherzelle 201 aufgezeichnet und anschließend wird
im Schritt E2 der von der ersten Registerschaltung 218 der
Referenzumschaltschaltung 214 gehaltene Merker auf "1"
gesetzt und der von der zweiten Registerschaltung 219 gehaltene
Merker wird auf "0" gesetzt, um alle ersten bis dritten Transistoren 211 bis 213 in
einen eingeschalteten Zustand zu steuern, so daß der Referenzstrom der Referenzschaltung 205 größer als
der Normalstrom sein kann. Im diesem Zustand werden im Schritt E3 die
Daten, die von der Speicherzelle 201 gehalten werden, wiederhergestellt.
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Im Schritt E4 wird bestimmt,
ob die wiederhergestellten Daten "1" sind oder nicht, um das Vorhandensein
eines Fehlers in der Speicherzelle 201 festzustellen. Wenn
dabei ein Fehler erfaßt
wird, wird die Prüfung
mit veränderlichem
Strom sofort beendet.
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Wenn im Schritt E4 bestimmt
wird, daß die
geprüfte
Speicherzelle 201 normal ist, werden im Schritt E5 Löschdaten
"0" in der Speicherzelle 201 aufgezeichnet und im Schritt E6 wird,
während
der von der ersten Registerschaltung 218 der Referenzumschaltschaltung 214 gehaltene
Merker weiterhin auf "1" gesetzt bleibt, der von der zweiten Registerschaltung 219 gehaltene
Merker auf "1" verändert,
um lediglich das erste Transistorelement 211 in einen eingeschalteten
Zustand zu steuern, so daß der
Referenzstrom der Referenzschaltung 205 kleiner als der
normale Strom ist. In diesem Zustand werden im Schritt E7 die
Daten, die von der Speicherzelle 201 gehalten werden, wiederhergestellt
und im Schritt E8 wird bestimmt, ob die wiederhergestellten
Daten "0" sind oder nicht, um das Vorhandensein eines Fehlers festzustellen.
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Wie aus 7 ersichtlich ist, wird die Prüfung mit
veränderlichem
Strom in den Schritten S5 bis S7 für alle Speicherzellen 201 eine
vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt. Wenn im Verlauf dieser
Wiederholungen im Schritt S6 eine fehlerhafte Speicherzelle 201 erfaßt wird,
wird der geprüfte
EEPROM 200 im Schritt S4 ausgesondert.
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Wenn die Prüfung mit normalem Strom und
die Prüfung
mit veränderlichem
Strom des EEPROM 200 ohne Erfassung eines Fehlers der Speicherzellen 201 in
der obenbeschriebenen Weise beendet wird, wird der gehaltene Merker
der ersten Registerschaltung 218 der Referenzumschaltschaltung 214 auf
"0" gesetzt, um den Referenzstrom der Referenzschaltung 205 im
Schritt S8 auf den normalen Strom einzustellen, und anschließend wird
der EEPROM 200 im Schritt S9 versandt.
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In der vorliegenden Ausführungsform
wird außerdem
die Anzahl der Wiederholungen der obenbeschriebenen Prüfung mit
veränderlichem
Strom auf einen Bruchteil der Anzahl der Wiederholungen bei einer herkömmlichen
Dauerprüfung
verringert. Im einzelnen ist auch die Gesamtanzahl der Wiederholungszahl
der Prüfung
mit normalem Strom und der Wiederholungszahl der Prüfung mit
veränderlichem
Strom kleiner als die Wiederholungszahl bei einer herkömmlichen
Dauerprüfung
und wird typischerweise auf einen Bruchteil oder stärker verringert.
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Bei der oben für den EEPROM 200 beschriebenen
Dauerprüfung
wird zum Reproduzieren des Schreibstroms, der ein verhältnismäßig großer Strom
ist, der Referenzstrom groß eingestellt,
zum Reproduzieren des Löschstroms,
der ein verhältnismäßig kleiner
Strom ist, wird jedoch auch der Referenzstrom klein eingestellt.
Kurz ausgedrückt,
da die Datenwiedergabe mit einer verminderten Stromspanne ausgeführt wird, kann
eine fehlerhafte Speicherzelle 201 schnell erfaßt werden.
Demzufolge kann die Anzahl der Wiederholungen der Dauerprüfung verringert
werden und die für
die Prüfung
ertorderliche Zeit kann reduziert werden.
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Bei der Prüfung mit veränderlichem
Strom muß der
Referenzstrom auf den größeren Strom
oder auf den kleineren Strom immer dann verändert werden, wenn der Schreibstrom
oder der Löschstrom
von der Speicherzelle 201 wiederhergestellt wird und deswegen
wird für
eine Prüfoperation
für eine
Speicherzelle 201 eine Zeit benötigt, die länger ist als die Zeit, die
für eine
Prüfoperation
bei der herkömmlichen
Dauerprüfung
erforderlich ist. Jedoch wird bei der Dauerprüfung in der obenbeschriebenen
Ausführungsform
die Prüfung
mit normalem Strom in ähnlicher
Weise wie die in der herkömmlichen
Dauerprüfung
ausgeführt,
um eine Alterungsbehandlung für
die Speicherzellen 201 auszuführen, und die Prüfung mit
veränderlichem
Strom, bei der der Referenzstrom verändert wird, wird nach dem Abschluß der Alterungsbehandlung
ausgeführt.
Deswegen kann eine Verringerung der Zeit, die für die Dauerprüfung erforderlich
ist, besser erreicht werden. Da außerdem die Referenzumschaltschaltung 214 zum
Verändern
des Referenzstroms auf den größeren Strom
und den kleineren Strom im EEPROM 200 integriert ist, ergibt
sich keine Notwendigkeit zum Herstellen einer Vorrichtung zur ausschließlichen
Verwendung zum Liefern von Referenzstrom mit den größeren und
kleineren Pegeln im EEPROM 200 und eine Dauerprüfung kann
einfach ausgeführt
werden.
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Ferner enthält der obenbeschriebene EEPROM 200 drei
Transistoren 211 bis 213, die parallel geschaltet
sind, als Transistorelemente zum Festlegen des Referenzstroms der
Referenzschaltung 205 und die Referenzumschaltschaltung 214 verändert den
Referenzstrom zwischen dem normalen Strom, dem größeren Strom
und dem kleineren Strom, indem die Anzahl der Transistoren 211 bis 213 geändert wird,
an die die Vorspannung von der Vorspannungsversorgung 215 angelegt
wird. Somit kann der EEPROM 200 mit dem einfachen Aufbau
den Referenzstrom sicher auf einen gewünschten Pegel verändern.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die spezielle Ausführungsform,
die oben beschrieben wurde, beschränkt und es können Änderungen
und Variationen ausgeführt
werden, ohne von ihrem Erfindungsgedanken oder Umfang abzuweichen.
Obwohl der Leseverstärker 204 in
der obenbeschriebenen Ausführungsform der
Ausgangsstrom der Speicherzelle 201 mit dem Referenzstrom
der Referenzschaltung 205 vergleicht, um binäre Daten
wiederzugeben, ist es z. B. andererseits möglich, daß der Leseverstärker eine
in einer Speicherzelle gehaltene Spannung mit einer Referenzspannung
der Referenzschaltung vergleicht, um bi näre Daten wiederzugeben. In
diesem Fall erzeugt die Referenzschaltung 205 wahlweise
eine Referenzspannung aus einer normalen Spannung, aus einer Spannung,
die größer als
die normale Spannung ist, und aus einer weiteren Spannung, die kleiner
als die normale Spannung ist. Außerdem wird in einer Dauerprüfung eine
Prüfung
mit veränderlicher
Spannung ausgeführt,
bei der die Referenzspannung verändert
wird an Stelle des Referenzstroms, der in der obenbeschriebenen
Prüfung
mit veränderlichem
Strom verwendet wird. Demzufolge kann die Spannungsspanne bei der
Datenwiedergabe verringert werden. Dementsprechend kann eine fehlerhafte Speicherzelle
schnell erfaßt
werden und die Anzahl der Wiederholungen der Dauerprüfung kann
verringert werden.
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In der obenbeschriebenen Ausführungsform
enthält
die Dauerprüfung
die Prüfung
mit veränderlichem Strom,
die eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt wird, nachdem die Prüfung mit
normalem Strom eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt wurde.
Alternativ kann als Dauerprüfung
nur die Prüfung
mit veränderlichem
Strom eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt werden.
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In der obenbeschriebenen Ausführungsform
enthält
die Dauerprüfung
die Prüfung
mit veränderlichem Strom,
die eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt wird, nachdem die Prüfung mit
normalem Strom eine vorgegebene Anzahl von Malen ausgeführt wurde.
Alternativ kann jedoch das Schreiben/Löschen von Daten ausgeführt werden,
nachdem der Referenzstrom auf den größeren Strom bzw. auf den kleineren
Strom verändert
wurde.
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In der vorangehenden Beschreibung
wird vorausgesetzt, daß ein
EEPROM ausgesondert wird, wenn er wenigstens eine fehlerhafte Speicherzelle
enthält.
Alternativ kann dann, wenn ein EEPROM eine Anzahl von fehlerhafter
Speicherzellen enthält,
die innerhalb einer Toleranz bleibt, der EEPROM versandt werden,
nachdem er so eingestellt wurde, daß die fehlerhaften Speicherzellen
zur Verwendung gesperrt sind.
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Während
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezieller Terme beschrieben
wurden, soll dies lediglich zur Erläuterung dienen und es ist selbstverständlich,
daß Änderungen
und Variationen ausgeführt
werden können,
ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
