JP2004103181A - Semiconductor nonvolatile memory which has improved tracking characteristic - Google Patents

Semiconductor nonvolatile memory which has improved tracking characteristic Download PDF

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JP2004103181A JP2002267097A JP2002267097A JP2004103181A JP 2004103181 A JP2004103181 A JP 2004103181A JP 2002267097 A JP2002267097 A JP 2002267097A JP 2002267097 A JP2002267097 A JP 2002267097A JP 2004103181 A JP2004103181 A JP 2004103181A
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高橋 聡
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栗原 和弘
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile memory obtained by tracking the threshold voltage characteristic of reference-side cell transistors to the characteristic of a core-side cell transistor. <P>SOLUTION: The nonvolatile memory in which data is stored depending of a difference in threshold voltage has the core-side cell transistor C-MC to which an electric charge is injected depending on stored data and the reference-side cell transistors RA-MC and RB-MC supplying a reference level when reading data from the core-side cell transistor. In the program operation of injecting electric charges depending on the stored data, the core-side cell transistor is impressed with first drain voltage and the reference-side cell transistors are impressed with second a drain voltage lower than the first drain voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲートに電荷を注入して閾値電圧を変化させてデータを記憶する半導体不揮発性メモリに関し、特に、コア側のセルトランジスタとレファレンス側のセルトランジスタの閾値電圧の関係を保つトラッキング特性を改善した半導体不揮発性メモリに関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュメモリなどの半導体不揮発性メモリは、トラップゲートやフローティングゲートに電荷を注入して閾値電圧を高くし、また、電荷を引き抜いて若しくは中和させて閾値電圧を低くすることで、データを記憶する。とりわけ、トラップゲートは絶縁性材料で形成されるので、電荷を局所的に注入することができ、トラップゲートの一方のソース・ドレイン領域側に電荷を注入する場合と、トラップゲートの他方のソース・ドレイン領域側に電荷を注入する場合とを区別することができ、1個のセルトランジスタに多値(上記例では4値)を記憶することができる。このようなフラッシュメモリは、例えば後述する特許文献1に記載されている。
【0003】
かかる不揮発性メモリでは、読み出し動作において、ワード線からセルトランジスタのゲートに所定の電圧を印加し、それに伴って発生する閾値電圧に依存するドレイン電流の違いを検出する。検出感度を高めるために、データが記憶されるコア側のセルトランジスタに加えて、読み出し時のレファレンスとして使用されるレファレンス側のセルトランジスタが設けられる。レファレンス用セルトランジスタには、コア側のセルトランジスタの異なるドレイン電流に対してその中間のドレイン電流が発生するように、そのトラップゲートに電荷が注入される。または、複数のレファレンス用セルトランジスタを組み合わせて、レファレンス用ドレイン電流を生成させる場合もある。
【0004】
上記の不揮発性メモリでは、チャージロスの問題がある。即ち、セルトランジスタのトラップゲートやフローティングゲートに注入した電荷(チャージ)は、時間の経過に伴って或いは繰り返される読み出しサイクルによって徐々に消失する傾向にある。従って、プログラム動作により電荷が注入されたセルトランジスタの閾値電圧分布は、時間経過に伴いより低い電圧に移動する傾向にある。とりわけ、コア側のセルトランジスタとレファレンス側のセルトランジスタとで、この閾値電圧の関係を維持することが読み出し動作に不可欠であるが、上記のチャージロスに伴う閾値電圧の変化により、その閾値電圧の関係が正常でなくなることがある。
【0005】
このように、コア側のセルトランジスタの特性変化に、レファレンス側のセルトランジスタの特性が追従して変化するトラッキング特性(追従特性)は、読み出し感度を高くするために重要である。トラッキング特性を良く保つために、従来、コア側のセルトランジスタにプログラムする時に、レファレンス側のセルトランジスタにも再プログラムを行い、また、コア側のセルトランジスタを消去する時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去して、レファレンスデータをプログラムすることが行われている。このようにすることで、コア側のセルトランジスタの特性に、レファレンス側のセルトランジスタの特性を追従させることができる。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−68485号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのように両セルトランジスタの閾値電圧の関係を一定の状態に保つようにしても、時間経過などに伴うチャージロスの程度が、コア側とレファレンス側とで異なり、閾値電圧の関係が保てなくなるという問題がある。この原因は、コア側とレファレンス側とではプログラム動作で印加される電源電圧レベルに僅かながらも違いが発生し、プログラムされた時の閾値電圧特性が異なる場合があるからである。更に、従来の両セルトランジスタは、そのチャージロスの程度が異なり、閾値電圧特性の変化速度も異なり、読み出し時における閾値電圧が適切でなくなる場合があるからである。
【0008】
そこで、本発明の目的は、コア側とレファレンス側のセルトランジスタの特性を追従させることができる半導体不揮発性メモリを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、閾値電圧の違いによりデータが記憶される不揮発性メモリにおいて、前記記憶データに依存して電荷が注入されるコア側のセルトランジスタと、コア側のセルトランジスタからデータを読み出すときに基準レベルを供給するレファレンス側のセルトランジスタとを有し、前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記コア側のセルトランジスタには第1のドレイン電圧が印加され、前記レファレンス側のセルトランジスタには、前記第1のドレイン電圧よりも低い第2のドレイン電圧が印加されることを特徴とする。
【0010】
レファレンス側のセルトランジスタに対するプログラム時のドレイン電圧を低くすることにより、レファレンス側のセルトランジスタのプログラム速度を抑えることができ、コア側のセルトランジスタの閾値電圧特性に整合させることができる。また、レファレンス側のセルトランジスタに対するプログラム時のドレイン電圧を低くすることにより、従来に比較してレファレンス側セルトランジスタのチャージロスが増加する傾向にあり、コア側のセルトランジスタのチャージロスの特性と同等になり、レファレンス側が、コア側の閾値電圧特性に追従することができるようになる。
【0011】
上記の側面において、より好ましい実施例では、コア側のセルトランジスタが消去される時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去され且つレファレンス状態にプログラムされ、コア側のセルトランジスタがプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタは前記レファレンス状態に再プログラムされる。
【0012】
このように、レファレンス側のセルトランジスタへのプログラム動作がコア側と異なっていても、レファレンス側のセルトランジスタへのプログラム時のドレイン電圧を低くすることで、レファレンス側の閾値電圧特性の変化をコア側のそれに追従させることができる。
【0013】
上記の側面において、より好ましい実施例では、更に、昇圧電源を生成する昇圧回路と、生成された昇圧電源レベルをレギュレートして前記プログラム電圧を生成する電圧レギュレータとを有し、電圧レギュレータは、コア側のプログラム動作時よりレファレンス側のプログラム動作時において前記プログラム電圧を低くし、当該プログラム電圧が、ビット線を介してセルトランジスタにドレイン電圧として供給される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。本発明は、フローティングゲートやトラップゲートに電荷を注入して閾値電圧を制御する不揮発性メモリに適用できるが、以下の実施の形態では、トラップゲートを持つセルトランジスタを有するミラー型のフラッシュメモリを例にして説明する。
【0015】
図1は、本実施の形態におけるミラー型フラッシュメモリのデータ記憶状態と閾値電圧分布を示す図である。図1の(A)には、セルトランジスタの4つの状態が示されている。ミラー型のフラッシュメモリのセルトランジスタは、2つのソース・ドレイン領域間のチャネル領域とコントロールゲートとの間に、絶縁性のトラップゲートを有する。このトラップゲートの両端に、それぞれ電荷(N型トランジスタであれば電子)を個別に注入して、4つの状態を記憶する。図1(A)には、トラップゲートに電子が注入された状態が、黒丸で示される。上から、トラップゲートの両側に電子がトラップされていないデータ「11」の状態、トラップゲートのドレイン側に電子がトラップされているデータ「10」の状態、トラップゲートのソース側に電子がトラップされているデータ「01」の状態、そして、トラップゲートの両側に電子がトラップされているデータ「00」の状態が示される。
【0016】
データ「11」では、トラップゲートに電荷は注入されておらず閾値電圧が低く、図中に示されるとおり、所定のゲート電圧が印加されるとセルトランジスタが導通状態になり、多くのドレイン電流I11が発生する。データ「10」では、セルトランジスタは導通状態になるが、データ「11」よりも若干閾値電圧が高く、従って、ドレイン電流I10はより小さくなる。また、データ「01」では、セルトランジスタは非導通状態になり、ドレイン電流I01は僅かしか流れない。そして、データ「00」では、閾値電圧がより高くなり、ドレイン電流I00は殆ど流れない。一般に、読み出し時のソース領域側に電子がトラップされている場合は、トランジスタは非導通状態になるが、ゲートに所定の電圧が印加されているので、それに伴って僅かなドレイン電流の発生がある。
【0017】
図1の(B)には、閾値電圧分布が示される。この閾値電圧分布は、横軸が閾値電圧Vtを示し、縦軸がビット数を示す。また、実線がコア側のセルトランジスタの閾値電圧分布を、破線がレファレンス側のセルトランジスタの閾値電圧分布をそれぞれ示す。図1(A)に示した通り、データ「11」が記憶されているセルトランジスタの閾値電圧分布は最も低く、データ「10」のセルトランジスタの閾値電圧分布はそれよりも少し高い。一方、データ「01」「00」のセルトランジスタの閾値電圧分布は共に高く、データ「00」の分布のほうが僅かに高い。
【0018】
レファレンス側のセルトランジスタは、後述するとおり、2種類のデータ「10」と「01」をそれぞれ記憶する1対のセルトランジスタで構成される。即ち、データ「10」の状態のセルトランジスタと、データ「01」の状態のセルトランジスタとを有し、両セルトランジスタのドレイン電流の平均値が、レファレンス電流として利用される。従って、両レファレンス用セルトランジスタの合成された閾値電圧分布(架空の閾値電圧分布)は、図中Refに示されるとおり、データ「10」とデータ「01」の閾値電圧分布の中間に位置する。
【0019】
閾値電圧分布(B1)は、例えば、プログラム直後の分布であり、閾値電圧分布(B2)は、時間経過後または複数動作サイクル経過後の分布であり、トラップゲートに電子がトラップされているデータ「10」「01」「00」のセルトランジスタでチャージロスが発生し、トラップされている電荷(電子)の量が減少し、それぞれの閾値電圧分布が低くなっている。更に、このチャージロス現象は、コア側のみならずレファレンス側のセルトランジスタにも発生する。そして、本発明者らの経験からすると、レファレンス側のセルトランジスタのほうがコア側よりもチャージロスが少なく、従って、閾値電圧分布の低下速度はコア側よりも遅いことが判明している。但し、その理由については不確かである。
【0020】
このように、レファレンス側のセルトランジスタのチャージロス量が少なく、閾値電圧分布の低下速度が遅いため、所定時間経過後の閾値電圧分布は、コア側よりも高くなっている。その結果、合成された閾値電圧分布Refは、データ「10」とデータ「01」の閾値電圧の中間位置より高くなっている。つまり、リード動作時の動作マージンが狭くなっている。
【0021】
図2は、本実施の形態における不揮発性メモリの全体構成図である。図2の例は、コア側のセルアレイが、8つのブロックBlock0〜Block7(図中はブロックBlock0,7のみ示す)からなり、各ブロック内には、ビット線BL1,2,3と、ワード線WL1,2と、コア側セルトランジスタC−MCとが設けられる。セルトランジスタC−MCは、ゲートがワード線WL1,2に接続され、両側のソース・ドレイン領域がそれぞれビット線BL1,2,3に接続されている。
【0022】
このセルアレイ構成は、バーチャルビット線構成と呼ばれ、セルトランジスタC−MCに接続される1対のビット線のうち、一方のビット線がコラムゲートCS1,2,3を介してデータバス線DBに接続され、他方のビット線がグランドに接続された状態で、セルトランジスタの読み出しが行われる。ワード線に所定の読み出し用電圧を印加すると、セルトランジスタの閾値電圧に応じて発生するドレイン電流が、一方のビット線とそれに接続されるデータバス線DBを介して、カスコード回路10に供給される。カスコード回路10でセルのドレイン電流が電圧に変換されて、センスアンプSAに供給される。図1に示したとおり、ミラー型のフラッシュメモリでは、トラップゲートにトラップされる電荷の位置に応じてドレイン電流が異なり、特に、データ「10」と「01」とでは、ドレイン電流の方向が逆になれば、ドレイン電流特性も逆になる。従って、セルトランジスタに接続される1対のビット線を切り換えることで、データ「10」のセルトランジスタは、データ「01」の状態になる。これを利用することで、データ「11」と「10」の区別、及びデータ「00」と「01」の区別を行うことができる。
【0023】
一方、レファレンス側のセルアレイは、図1におけるデータ「10」の状態にプログラムされたレファレンスセルアレイRefAと、データ「01」の状態にプログラムされたレファレンスセルアレイRefBとを有する。つまり、2つのレファレンスセルトランジスタには、レファレンスデータ「10」と「01」とがそれぞれプログラムされている。そして、各セルアレイRefA,RefB内のワード線、ビット線、セルトランジスタの構成は、コア側のセルアレイBlock0〜7と同じである。
【0024】
そして、コア側のセルアレイブロックBlock0のセルトランジスタC−MCが選択され、図中の矢印方向のドレイン電流を検出するために、ビット線BL1をグランドに、ビット線BL2をカスコード回路10に接続する場合は、レファレンス側のセルアレイにおいても、同様にビット線BL1をグランドに、ビット線BL2をカスコード回路11,12に接続する。そして、短絡トランジスタEQを導通させることで、レファレンス側セルアレイ内のドレイン電流I10とI01との平均電流がカスコード回路11,12に供給される。それにより、図1(B)に示した合成閾値電圧分布Refが形成されて、データ「11」「10」の導通状態とデータ「01」「00」の非導通状態とをセンスアンプSAにより検出することができる。
【0025】
このように、2つのレファレンス側セルトランジスタを同時に選択して、それらのドレイン電流の平均値をレファレンス用のドレイン電流として利用することにより、図1(B)に示したように、合成された閾値電圧分布Refを実現することができる。そして、2つのレファレンス側セルトランジスタRA−MC、RB−MCには、レファレンスデータ「10」「01」のプログラムをすれば良いので、閾値電圧特性の追従性を高めるためのダイナミックレファレンス方式に好都合である。
【0026】
図3は、ダイナミックレファレンス方式におけるプログラム及び消去動作のフローチャート図である。まず、工場出荷時においては、コア側のセルトランジスタは全て消去状態にされていて、レファレンス側のセルトランジスタには、レファレンスデータがプログラムされる(S1)。その後、コア側がプログラムされるときに、合わせてレファレンス側にもレファレンスデータの再プログラムが行われる(S2)。通常のプログラムでは、一旦消去して再度プログラムパルスを印加してプログラムを行うが、この再プログラムでは、通常のプログラムと異なり、プログラムパルスのみを印加して、チャージロスにより低下した閾値電圧をもとに戻す。従って、この再プログラムはリフレッシュと呼ばれる。工場出荷時から工程S1でのプログラムまでに所定の時間が経過していたり、何らかの加速試験が行われていたりして、レファレンス側のセルトランジスタの閾値電圧分布がチャージロスにより低下していることが予想される。従って、このコア側がプログラムされた時にこのリフレッシュを行うことにより、図1に示した(B1)の閾値電圧の関係に戻すことができる。
【0027】
その後、コア側が消去されるときは、レファレンス側も消去される。そして、消去動作後に、レファレンス側には、レファレンスデータがプログラムされる(S3)。この結果、コア側は、図1に示した(B1)のデータ「00」の状態にされ、レファレンス側は、データ「10」「01」の状態にされる。更に、その後コア側がプログラムされるときは、レファレンス側のセルトランジスタには、再プログラム(リフレッシュ)が行われて、閾値電圧特性がトラッキングされる(S4)。そして、上記の工程S3,S4がその後繰り返される。
【0028】
このように、コア側が消去された時に、レファレンス側も消去してレファレンスデータをプログラムし、更にコア側がプログラムされるときにレファレンス側をリフレッシュすることで、図1に示した状態(B2)になるのを防止し、できるだけ状態(B1)に維持することができ、トラッキング特性を良好に保つことができる。
【0029】
プログラム動作では、セルトランジスタのゲートにワード線を介して例えば9Vの高い電圧が印加され、ソースはビット線を介してグランドに接続され、ドレインにはビット線を介して例えば5Vのプログラム電圧VPROGが印加されることで、プログラムパルスが印加される。そのために、メモリには、昇圧電圧DPUMPを生成するポンプ回路14とその昇圧電圧を所定のレベルに制御するレギュレータ回路13とが設けられる。
【0030】
コア側のプログラム動作では、図2に示される複数のメモリブロック内のコア側セルトランジスタに同時にプログラムパルスが印加される。例えば、8つのメモリブロックそれぞれからの8個のセルトランジスタにおいて、同じデータが書き込まれるセルトランジスタや、同じ箇所に電荷が注入されるセルトランジスタには、同じプログラムパルスが印加される。そのため、セルトランジスタに印加されるドレイン電圧は、レギュレータ13が発生するプログラム電圧VPROGよりも低くなる傾向にある。
【0031】
一方、レファレンス側のセルトランジスタは、同じレファレンスデータがプログラムされるブロックは1個であり、プログラム動作では、1つのセルトランジスタにプログラムパルスが印加される。そのため、セルトランジスタに印加されるドレイン電圧は、コア側に比較すると高くなる傾向にある。
【0032】
このようなプログラム時の印加電圧の違いにより、コア側とレファレンス側とでは、プログラム動作や速度に違いが存在することになる。
【0033】
また、レファレンス側は、リフレッシュ時において、プログラムパルスを印加して僅かに低下した閾値電圧分布を上昇させる。その際に、リフレッシュ前の閾値電圧レベルがベリファイレベルより僅かに低い場合は、1回のプログラムパルスの印加で、閾値電圧が高くなりすぎることが予測される。つまり、リフレッシュ動作によりレファレンス側の低下した閾値電圧分布は上昇するが、逆に閾値電圧分布がねらったレベルよりも高くなる場合がある。その結果、リフレッシュ動作により必ずしも図1の状態(B1)に戻らないことがあり、トラッキング特性の低下を招く。
【0034】
更に、コア側とレファレンス側とでは、プログラムの回数や時期が異なり、それに伴いチャージロス現象も両者では異なる。前述のとおり、本発明者の経験によれば、その原因は不確かであるが、レファレンス側のチャージロス量がコア側に比較すると少ない。従って、リフレッシュ動作によってたとえ両者の閾値電圧分布を所定の関係に設定したとしても、その後の異なるチャージロス現象によって、両者の閾値電圧分布が同じ状態に維持されない。つまり、コア側とレファレンス側とでは、閾値電圧の低下の振る舞いが異なり、使用期間中に合成されたレファレンスレベルが所望のレベルからずれてしまうことになる。それが、図1で示した不整合の状態(B2)を招き、正常な読み出し動作に支障をきたすことになる。
【0035】
そこで、本実施の形態では、プログラム動作において、レファレンス側のドレイン電圧をコア側のドレイン電圧よりも低くなるように制御する。このようにすることで、第1に、レファレンス側の1回のプログラムパルスの印加に対する閾値電圧の上昇速度が遅くなり、リフレッシュ時において閾値電圧が高くなりすぎることが抑制される。第2に、本発明者の実験によれば、レファレンス側のプログラム時のドレイン電圧を低くすることで、そのチャージロス量が増大し、コア側のチャージロス量と同等にできることが判明している。従って、リフレッシュ時以降から次のリフレッシュまでの使用期間中において、チャージロスに起因する閾値電圧の低下の現象を、レファレンス側とコア側とで同程度にすることができる。
【0036】
図3のフローチャートの各工程S1〜S4に対して破線で示される工程S1A〜S4Aのとおり、各工程でのプログラム動作では、コア側のドレイン電圧はVd1にし、レファレンス側のドレイン電圧Vd2は、Vd1よりの低くなるようにする。そのために、レギュレータ回路13にて、コア側とレファレンス側とで制御レベルを異ならせる。
【0037】
更に、工程S2,S4において、コア側とレファレンス側の両方にプログラム動作が必要な場合は、プログラムベリファイの間にコア側へのプログラムパルスの印加とレファレンス側へのプログラムパルスの印加とを続けて行う。そして、プログラムベリファイはコア側とレファレンス側を一緒に行う。従って、レギュレータ回路13は、コア側のレベルに制御した後、レファレンス側のレベルに変更制御する。或いは、逆の順番でもよい。そして、1方のレベルから他方のレベルに変更する時に、レギュレータ回路13が安定状態になるのに要する時間を、レギュレーション時間として設けるようにする。
【0038】
図4は、本実施の形態における第1のレギュレータ回路を示す図である。このレギュレータ回路13は、ポンプ回路14が生成する昇圧電圧DPUMPのレベルを制御するPチャネルのレベル制御トランジスタ20と、レベル制御トランジスタ20を制御する差動増幅器22と、レギュレートされたプログラム電圧VPROGを差動増幅器にフィードバックするための抵抗群R1a、R1b、R2とを有する。抵抗R1bの両端に、レベル変更用トランジスタ21が設けられる。プログラム電圧VPROGは、抵抗群で分圧され、抵抗R1bとR2との接続ノードの電圧VR1が、差動増幅器22の正入力にフィードバックされる。差動増幅器22の負入力には基準電圧VREFが印加されている。
【0039】
このレギュレータ回路13は、プログラム電圧VPROGが上昇すると、フィードバックされた電圧VR1も上昇し、差動増幅回路22の出力も上昇する。それにより、レベル制御トランジスタ20はよりオフの方向に変化しプログラム電圧VPROGの上昇を抑える。逆にプログラム電圧VPROGが低下すると、フィードバック電圧VR1も下降し、差動増幅回路22の出力が低下し、レベル制御トランジスタ20はよりオンの方向に変換して、プログラム電圧VPROGの下降が抑えられる。そして、差動増幅回路22は、2つの入力VR1とVREFとが一致する状態で安定状態になる。従って、安定状態では以下の関係が実現される。
【0040】
VR1={R2/(R1a+R1b+R2)}xVPROG=VREF
従って、この関係式から、プログラム電圧VPROGは、次の通りである。
【0041】
VPROG={(R1a+R1b+R2)/R2}xVREF      (1)
そこで、ダイナミックレファレンスプログラム信号DREFPGMHがHレベルになると、トランジスタ21が導通して、抵抗R1bは除外される。従って、その時のプログラム電圧VPROGは、次の通りである。
【0042】
VPROG={(R1a+R2)/R2}xVREF         (2)
このプログラム電圧は、式(1)よりも低くなっている。つまり、ダイナミックレファレンスプログラム信号DREFPGMHがLレベルであれば、プログラム電圧VPROGは、上記の式(1)に制御され、Hレベルであれば、上記の式(2)に制御される。
【0043】
従って、本実施の形態では、コア側にプログラムパルスを印加する場合は、信号DREFPGMHをLレベルにしてプログラム電圧を高く制御し、レファレンス側にプログラムパルスを印加する場合は、信号DREFPGMHをHレベルにしてプログラム電圧を低く制御する。そして、コア側とレファレンス側にプログラムパルスを連続して印加する場合は、両パルスの間に、レギュレータ回路がレギュレーション制御に必要な時間を両者の間に設けるようにする。
【0044】
図5は、本実施の形態における第2のレギュレータ回路を示す図である。このレギュレータ回路は、フィードバック電圧VC1を生成するために、出力であるプログラム電圧VPROGをキャパシタ群C1,C2a,C2bにより分割する。第1のレギュレータ回路は、プログラム電圧VPROGを抵抗分割していたので、抵抗群に常時電流が流れて、ポンプ回路14の能力を高くする必要があるのに対して、第2のレギュレータ回路は、キャパシタ分割によりプログラム電圧を分圧しているので、キャパシタ群からグランドに電流が流れることはない。
【0045】
図5のレギュレータ回路では、差動増幅回路22の正入力電圧VC1は、プログラム電圧VPROGをキャパシタC1とC2aで分割したレベルになるのに対して、トランジスタ29を導通させると、キャパシタC1とC2a+C2bで分割したレベルになる。従って、トランジスタ29を導通させると、正入力電圧端子VC1とグランドとの間の容量が大きくなり、同じプログラム電圧VPROGに対しては、正入力電圧VC1は下がる。但し、正入力電圧VC1はレギュレータ動作により基準電圧VREFに一致するように制御されるので、トランジスタ29を導通させると、逆にプログラム電圧VPROGは上昇する。
【0046】
図6は、図5の動作タイミングチャートを示す図である。最初にプリチャージ信号PRECHがHレベルになり、プリチャージトランジスタ26,27,28がそれぞれ導通して、電圧VC0はプリチャージレベルVP1に、電圧VC1,VC2はプリチャージレベルVP2にそれぞれセットされる。この時、トランジスタ25、29は非導通状態にある。従って、ノードVC1の電荷量Q1は、次の通りである。
【0047】
Q1=C1x(VP2−VP1)+C2axVP2          (3)
次に、レギュレータイネーブル信号ENREGBをLレベルにすると、Pチャネルトランジスタ25が導通して、フィードバックループが形成され、電圧VC0がプログラム電圧VPROGまで昇圧される。そして、それに伴って電圧VC1は変化するが、レギュレータ動作により電圧VC1は基準電圧VREFに等しくなるように制御される。従って、電圧VC1の電荷量Q2は、次の通りである。
【0048】
Q2=C1x(VREF−VPROG)+C2axVREF   (4)
そこで、電荷保存の法則からQ1=Q2であるので、上記式(3)(4)からプログラム電圧は、次の通りになる。
【0049】
VPROG={(C1x(VREF−VP2+VP1)+C2ax(VREF−VP2)}/C1  (5)
この場合、ダイナミックレファレンスプログラム信号DREFPGMBHがHレベルになると、トランジスタ29が導通して、上記式(5)のC2aが(C2a+C2b)になるので、プログラム電圧は、次の通りになる。
【0050】
VPROG={(C1x(VREF−VP2+VP1)+(C2a+C2b)x(VREF−VP2)}/C1                     (6)
つまり、トランジスタ29が導通することで、プログラム電圧VPROGが上昇する。図6に示されるとおり、ダイナミックレファレンスプログラム信号DREFPGMBHがHレベルになると、プログラム電圧VPROGは、より高いレベルに制御されるのである。
【0051】
図5のレギュレータ回路を利用する場合は、レファレンス側のプログラムパルス印加を先に行い、トランジスタ29を導通させてレギュレータ動作が安定した後に、コア側のプログラムパルスの印加を行うことになる。但し、図5のレギュレータ回路において、ダイナミックレファレンスプログラム信号DREFPGMBHによって、キャパシタC2側の容量が減少するような回路にすれば、プログラム電圧VPROGを高いレベルから低いレベルに変化させることも可能である。
【0052】
以上の通り、レギュレータ回路を制御することにより、プログラム時のドレイン電圧レベルを制御することができる。本実施の形態では、コア側のプログラム時ドレイン電圧よりもレファレンス側のプログラム時ドレイン電圧を低くするように制御することで、レファレンス側セルトランジスタの閾値電圧特性のトラッキング特性を改善することができる。
【0053】
レファレンス側のチャージロス量が、コア側よりも大きい場合は、上記の実施の形態と逆に、レファレンス側のプログラム時ドレイン電圧をコア側よりも高く制御することが望ましい場合がある。フラッシュメモリのレファレンス側とコア側のチャージロス特性に応じて、最適なレファレンス側のプログラム時ドレイン電圧が選択される。
【0054】
いずれの場合でも、プログラム電圧を生成する昇圧回路とレギュレータ回路側で、コア側とレファレンス側とでその供給するプログラム電圧を異ならせれば良い。
【0055】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【0056】
(付記1)閾値電圧の違いによりデータが記憶される不揮発性メモリにおいて、
前記記憶データに依存して電荷が注入されるコア側のセルトランジスタと、
前記コア側のセルトランジスタからデータを読み出すときに基準レベルを供給するレファレンス側のセルトランジスタとを有し、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記コア側のセルトランジスタには第1のドレイン電圧が印加され、前記レファレンス側のセルトランジスタには、前記第1のドレイン電圧よりも低い第2のドレイン電圧が印加されることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0057】
(付記2)付記1において、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、前記レファレンス側のセルトランジスタも消去され且つ当該レファレンス側のセルトランジスタがレファレンス状態にプログラムされ、コア側のセルトランジスタがプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタは前記レファレンス状態に再プログラムされることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0058】
(付記3)付記1において、
更に、前記セルトランジスタにドレイン電圧としてプログラム電圧を供給するプログラム電圧生成回路を有し、
前記プログラム電圧生成回路は、昇圧電圧を生成するポンプ回路と、前記昇圧電圧を所定の電圧レベルに制御するレギュレータ回路とを有し、
前記プログラム動作時において、前記レギュレータ回路が、第1の電圧に制御してコア側のセルトランジスタに供給し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧に制御してレファレンス側のセルトランジスタに供給することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0059】
(付記4)付記3において、
前記レギュレータ回路は、前記昇圧電圧のレベルを制御するレベル制御トランジスタと、出力電圧を抵抗列を介して第1の入力にフィードバックされ、所定の基準電圧が第2の入力に供給される差動増幅回路とを有し、前記差動増幅回路の出力により、前記レベル制御トランジスタが制御され、
コア側のプログラム時とレファレンス側のプログラム時とで、前記出力電圧の抵抗分割比が異なるように前記抵抗列が変更されることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0060】
(付記5)付記3において、
前記レギュレータ回路は、前記昇圧電圧のレベルを制御するレベル制御トランジスタと、出力電圧をキャパシタ列を介して第1の入力にフィードバックされ、所定の基準電圧が第2の入力に供給される差動増幅回路とを有し、前記差動増幅回路の出力により、前記レベル制御トランジスタが制御され、
コア側のプログラム時とレファレンス側のプログラム時とで、前記出力電圧の容量分割比が異なるように前記キャパシタ列が変更されることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0061】
(付記6)閾値電圧の違いによりデータが記憶される不揮発性メモリにおいて、
前記記憶データに依存して電荷が注入されるコア側のセルトランジスタと、
前記コア側のセルトランジスタからデータを読み出すときに基準レベルを供給するレファレンス側のセルトランジスタと、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記セルトランジスタにドレイン電圧を供給するプログラム電圧生成回路とを有し、
前記プログラム動作時において、前記プログラム電圧生成回路は、第1の電圧を生成して前記コア側のセルトランジスタに第1のドレイン電圧を印加し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧を生成して前記レファレンス側のセルトランジスタに前記第1のドレイン電圧と異なる第2のドレイン電圧を印加することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0062】
(付記7)付記6において、
前記プログラム電圧生成回路は、昇圧電圧を生成するポンプ回路と、前記昇圧電圧を所定の電圧レベルに制御するレギュレータ回路とを有し、プログラム動作時において、前記レギュレータ回路が、前記第1の電圧に制御してコア側のセルトランジスタに供給し、前記第2の電圧に制御してレファレンス側のセルトランジスタに供給することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0063】
(付記8)データに応じて電荷が注入されるトラップゲートを有するセルトランジスタを揺する不揮発性メモリにおいて、
データが記憶されるコア側のセルトランジスタを有するコア側アレイと、
レファレンスデータが記憶されるレファレンス側のセルトランジスタを有するレファレンス側アレイとを有し、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去され、コア側のセルトランジスタが記憶データをプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタもレファレンスデータをプログラムされ、
プログラム動作時において、前記コア側のセルトランジスタには第1のドレイン電圧が印加され、前記レファレンス側のセルトランジスタには、前記第1のドレイン電圧よりも低い第2のドレイン電圧が印加されることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0064】
(付記9)付記8において、
前記コア側のセルトランジスタには、所定のゲート電圧に対してドレイン電流がそれぞれ異なる第1乃至第4のデータのいずれかの状態にプログラムされ、
前記レファレンス側のセルトランジスタは、前記第2及び第3のデータと同じレファレンスデータが、それぞれプログラムされることを特徴とする不揮発性メモリ。
【0065】
(付記10)データに応じて電荷が注入されるトラップゲートを有するセルトランジスタを揺する不揮発性メモリにおいて、
データが記憶されるコア側のセルトランジスタを有するコア側アレイと、
レファレンスデータが記憶されるレファレンス側のセルトランジスタを有するレファレンス側アレイと、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記セルトランジスタにドレイン電圧を供給するプログラム電圧生成回路とを有し、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去され、コア側のセルトランジスタが記憶データをプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタもレファレンスデータをプログラムされ、
前記プログラム動作時において、前記プログラム電圧生成回路は、第1の電圧を生成して前記コア側のセルトランジスタに第1のドレイン電圧を印加し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧を生成して前記レファレンス側のセルトランジスタに前記第1のドレイン電圧と異なる第2のドレイン電圧を印加することを特徴とする不揮発性メモリ。
【0066】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、レファレンス側セルトランジスタの閾値電圧特性をコア側セルトランジスタの特性にトラッキングさせた不揮発性メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態におけるミラー型フラッシュメモリのデータ記憶状態と閾値電圧分布を示す図である。
【図2】本実施の形態における不揮発性メモリの全体構成図である。
【図3】ダイナミックレファレンス方式におけるプログラム及び消去動作のフローチャート図である。
【図4】本実施の形態における第1のレギュレータ回路を示す図である。
【図5】本実施の形態における第2のレギュレータ回路を示す図である。
【図6】図5の動作タイミングチャートを示す図である。
【符号の説明】
C−MC     コア側セルトランジスタ
RA−MC、RB−MC  レファレンス側セルトランジスタ
13       レギュレータ回路
14       ポンプ回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor non-volatile memory that stores data by changing a threshold voltage by injecting charge into a gate, and in particular, has a tracking characteristic that maintains a relationship between threshold voltages of a cell transistor on a core side and a cell transistor on a reference side. The present invention relates to an improved semiconductor nonvolatile memory.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor non-volatile memories such as flash memories store data by injecting charges into trap gates and floating gates to increase the threshold voltage, and by extracting or neutralizing the charges to lower the threshold voltage. . In particular, since the trap gate is formed of an insulating material, it is possible to locally inject electric charge, and to inject electric charge into one of the source / drain regions of the trap gate and to use the other source / drain of the trap gate. It is possible to distinguish between the case where the charge is injected into the drain region side and the case where multiple values (four values in the above example) can be stored in one cell transistor. Such a flash memory is described, for example, in Patent Document 1 described below.
[0003]
In such a nonvolatile memory, in a read operation, a predetermined voltage is applied from a word line to a gate of a cell transistor, and a difference in a drain current depending on a threshold voltage generated according to the voltage is detected. In order to increase detection sensitivity, a reference-side cell transistor used as a reference at the time of reading is provided in addition to a core-side cell transistor in which data is stored. Charges are injected into the trap gate of the reference cell transistor such that an intermediate drain current is generated for different drain currents of the core-side cell transistor. Alternatively, a plurality of reference cell transistors may be combined to generate a reference drain current.
[0004]
The above-described nonvolatile memory has a problem of charge loss. That is, the charge injected into the trap gate or floating gate of the cell transistor tends to gradually disappear with the passage of time or by repeated read cycles. Therefore, the threshold voltage distribution of the cell transistor into which the charge has been injected by the program operation tends to shift to a lower voltage as time passes. In particular, it is indispensable for the read operation to maintain the relationship of the threshold voltage between the cell transistor on the core side and the cell transistor on the reference side. Relationships may not be normal.
[0005]
As described above, the tracking characteristics (follow-up characteristics) in which the characteristics of the cell transistors on the reference side change following the changes in the characteristics of the cell transistors on the core side are important for improving readout sensitivity. Conventionally, in order to maintain good tracking characteristics, when programming the cell transistor on the core side, reprogramming is also performed on the cell transistor on the reference side, and when erasing the cell transistor on the core side, the cell transistor on the reference side is also rewritten. Erasing and programming reference data has been performed. By doing so, the characteristics of the cell transistors on the reference side can be made to follow the characteristics of the cell transistors on the core side.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-68485 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the relationship between the threshold voltages of both cell transistors is kept constant in this way, the degree of charge loss over time and the like differs between the core side and the reference side, and the relationship between the threshold voltages is maintained. There is a problem that it disappears. This is because the power supply voltage level applied in the program operation slightly differs between the core side and the reference side, and the threshold voltage characteristics at the time of programming may be different. Further, the conventional two cell transistors have different charge loss levels and different threshold voltage characteristics changing speeds, and the threshold voltage at the time of reading may not be appropriate.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor non-volatile memory capable of following characteristics of cell transistors on a core side and a reference side.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is a nonvolatile memory in which data is stored by a difference in threshold voltage, wherein a cell transistor on the core side on which charge is injected depending on the stored data is provided. A reference-side cell transistor for supplying a reference level when reading data from the core-side cell transistor, and in a program operation for injecting electric charge depending on the stored data, Is characterized in that a first drain voltage is applied, and a second drain voltage lower than the first drain voltage is applied to the reference-side cell transistor.
[0010]
By lowering the drain voltage at the time of programming the reference-side cell transistor, the programming speed of the reference-side cell transistor can be suppressed, and the threshold voltage characteristics of the core-side cell transistor can be matched. In addition, by lowering the drain voltage at the time of programming for the reference-side cell transistor, the charge loss of the reference-side cell transistor tends to increase as compared with the conventional case, which is equivalent to the charge loss characteristic of the core-side cell transistor. , And the reference side can follow the threshold voltage characteristics of the core side.
[0011]
In the above aspect, in a more preferred embodiment, when the cell transistor on the core side is erased, the cell transistor on the reference side is also erased and programmed to the reference state, and when the cell transistor on the core side is programmed, the reference side cell transistor is erased. Cell transistors are reprogrammed to the reference state.
[0012]
In this way, even if the programming operation on the reference-side cell transistor is different from that on the core side, a change in the threshold voltage characteristic on the reference side can be suppressed by lowering the drain voltage when programming the reference-side cell transistor. You can make it follow the side.
[0013]
In the above aspect, in a more preferred embodiment, further includes a booster circuit that generates a boosted power supply, and a voltage regulator that regulates the generated boosted power supply level and generates the program voltage. The program voltage is made lower during the reference-side program operation than during the core-side program operation, and the program voltage is supplied as a drain voltage to the cell transistor via the bit line.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of protection of the present invention is not limited to the following embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents. The present invention can be applied to a nonvolatile memory that controls a threshold voltage by injecting electric charge into a floating gate or a trap gate. In the following embodiments, a mirror-type flash memory having a cell transistor having a trap gate is used as an example. This will be explained.
[0015]
FIG. 1 is a diagram showing a data storage state and a threshold voltage distribution of the mirror flash memory according to the present embodiment. FIG. 1A shows four states of the cell transistor. A cell transistor of a mirror type flash memory has an insulating trap gate between a channel region between two source / drain regions and a control gate. Charges (electrons in the case of an N-type transistor) are individually injected into both ends of the trap gate to store four states. In FIG. 1A, a state in which electrons are injected into the trap gate is indicated by black circles. From above, a state of data “11” where electrons are not trapped on both sides of the trap gate, a state of data “10” where electrons are trapped on the drain side of the trap gate, and electrons are trapped on the source side of the trap gate The state of data "01" is shown, and the state of data "00" in which electrons are trapped on both sides of the trap gate is shown.
[0016]
In the data “11”, no charge is injected into the trap gate and the threshold voltage is low, and as shown in the figure, when a predetermined gate voltage is applied, the cell transistor becomes conductive and a large drain current I11 Occurs. For data “10”, the cell transistor is turned on, but the threshold voltage is slightly higher than for data “11”, and therefore, the drain current I10 is smaller. In the case of data "01", the cell transistor is turned off, and the drain current I01 flows only slightly. Then, in the data “00”, the threshold voltage becomes higher, and the drain current I00 hardly flows. In general, when electrons are trapped in the source region at the time of reading, the transistor is turned off, but since a predetermined voltage is applied to the gate, a slight drain current is generated accordingly. .
[0017]
FIG. 1B shows a threshold voltage distribution. In this threshold voltage distribution, the horizontal axis indicates the threshold voltage Vt, and the vertical axis indicates the number of bits. The solid line shows the threshold voltage distribution of the core-side cell transistors, and the broken line shows the threshold voltage distribution of the reference-side cell transistors. As shown in FIG. 1A, the threshold voltage distribution of the cell transistor storing the data “11” is the lowest, and the threshold voltage distribution of the cell transistor of the data “10” is slightly higher. On the other hand, the threshold voltage distributions of the cell transistors of data “01” and “00” are both high, and the distribution of data “00” is slightly higher.
[0018]
The cell transistor on the reference side is composed of a pair of cell transistors that respectively store two types of data “10” and “01”, as described later. That is, it has a cell transistor in the state of data “10” and a cell transistor in the state of data “01”, and the average value of the drain currents of both cell transistors is used as the reference current. Therefore, the combined threshold voltage distribution (fictitious threshold voltage distribution) of both reference cell transistors is located in the middle of the threshold voltage distributions of data “10” and data “01” as shown by Ref in the figure.
[0019]
The threshold voltage distribution (B1) is, for example, a distribution immediately after programming, and the threshold voltage distribution (B2) is a distribution after a lapse of time or a lapse of a plurality of operation cycles. Charge loss occurs in the cell transistors 10, 01, and 00, the amount of trapped charges (electrons) decreases, and the respective threshold voltage distributions decrease. Further, this charge loss phenomenon occurs not only in the core side but also in the reference side cell transistor. From the experience of the present inventors, it has been found that the charge loss of the reference-side cell transistor is smaller than that of the core-side cell transistor, and therefore, the rate of decrease in the threshold voltage distribution is lower than that of the core-side cell transistor. However, the reason is uncertain.
[0020]
As described above, since the charge loss amount of the reference-side cell transistor is small and the rate of decrease of the threshold voltage distribution is slow, the threshold voltage distribution after the lapse of the predetermined time is higher than that of the core side. As a result, the combined threshold voltage distribution Ref is higher than the intermediate position between the threshold voltages of data “10” and data “01”. That is, the operation margin at the time of the read operation is narrowed.
[0021]
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the nonvolatile memory according to the present embodiment. In the example of FIG. 2, the cell array on the core side includes eight blocks Block0 to Block7 (only blocks Block0 and Block7 are shown in the figure). In each block, bit lines BL1, BL2 and BL3 and word lines WL1 , 2 and a core-side cell transistor C-MC. The gate of the cell transistor C-MC is connected to the word lines WL1, WL2, and the source / drain regions on both sides are connected to the bit lines BL1, BL2, BL3, respectively.
[0022]
This cell array configuration is called a virtual bit line configuration, and one bit line of a pair of bit lines connected to the cell transistor C-MC is connected to the data bus line DB via the column gates CS1, CS2, CS3. The cell transistor is read in a state where it is connected and the other bit line is connected to the ground. When a predetermined read voltage is applied to the word line, a drain current generated according to the threshold voltage of the cell transistor is supplied to the cascode circuit 10 via one bit line and the data bus line DB connected thereto. . The drain current of the cell is converted into a voltage by the cascode circuit 10 and supplied to the sense amplifier SA. As shown in FIG. 1, in the mirror-type flash memory, the drain current differs depending on the position of the charge trapped in the trap gate. In particular, the direction of the drain current is reversed for data “10” and “01”. , The drain current characteristics are also reversed. Therefore, by switching a pair of bit lines connected to the cell transistor, the cell transistor of data “10” is set to the state of data “01”. By utilizing this, data “11” and “10” can be distinguished, and data “00” and “01” can be distinguished.
[0023]
On the other hand, the reference-side cell array has a reference cell array RefA programmed to the state of data “10” in FIG. 1 and a reference cell array RefB programmed to the state of data “01”. That is, reference data “10” and “01” are programmed in the two reference cell transistors, respectively. The configurations of the word lines, bit lines, and cell transistors in each of the cell arrays RefA and RefB are the same as those of the core-side cell arrays Block0 to Block7.
[0024]
Then, the cell transistor C-MC of the cell array block Block0 on the core side is selected, and the bit line BL1 is connected to the ground and the bit line BL2 is connected to the cascode circuit 10 in order to detect the drain current in the direction of the arrow in FIG. Similarly, in the reference-side cell array, the bit line BL1 is connected to the ground and the bit line BL2 is connected to the cascode circuits 11 and 12. Then, by turning on the short-circuit transistor EQ, the average current of the drain currents I10 and I01 in the reference-side cell array is supplied to the cascode circuits 11 and 12. Thereby, the composite threshold voltage distribution Ref shown in FIG. 1B is formed, and the sense amplifier SA detects the conduction state of the data “11” and “10” and the non-conduction state of the data “01” and “00”. can do.
[0025]
As described above, by simultaneously selecting two reference-side cell transistors and using the average value of the drain currents thereof as the drain current for reference, the combined threshold value is obtained as shown in FIG. The voltage distribution Ref can be realized. Since the two reference-side cell transistors RA-MC and RB-MC can be programmed with reference data "10" and "01", it is convenient for a dynamic reference system for improving the followability of the threshold voltage characteristics. is there.
[0026]
FIG. 3 is a flowchart of a program and erase operation in the dynamic reference method. First, at the time of factory shipment, all the cell transistors on the core side are in an erased state, and reference data is programmed in the cell transistors on the reference side (S1). Thereafter, when the core side is programmed, the reference side is also reprogrammed with reference data (S2). In normal programming, programming is performed by once erasing and then applying a program pulse again, but in this reprogramming, unlike a normal program, only a program pulse is applied and the threshold voltage reduced due to charge loss is applied. Return to Therefore, this reprogramming is called a refresh. A predetermined time has elapsed from the time of shipment from the factory to the programming in the step S1, or an acceleration test has been performed, and the threshold voltage distribution of the cell transistors on the reference side has decreased due to charge loss. is expected. Therefore, by performing the refresh when the core side is programmed, the relationship of the threshold voltage (B1) shown in FIG. 1 can be restored.
[0027]
Thereafter, when the core side is erased, the reference side is also erased. Then, after the erasing operation, reference data is programmed on the reference side (S3). As a result, the core side is set to the state of data "00" of (B1) shown in FIG. 1, and the reference side is set to the state of data "10" and "01". Further, when the core side is subsequently programmed, the cell transistor on the reference side is reprogrammed (refreshed) to track the threshold voltage characteristics (S4). Then, the above steps S3 and S4 are repeated thereafter.
[0028]
In this manner, when the core side is erased, the reference side is erased and the reference data is programmed, and when the core side is programmed, the reference side is refreshed, so that the state (B2) shown in FIG. 1 is obtained. Can be prevented, the state (B1) can be maintained as much as possible, and the tracking characteristics can be kept good.
[0029]
In the program operation, a high voltage of, for example, 9 V is applied to the gate of the cell transistor via a word line, the source is connected to ground via a bit line, and the program voltage VPROG of, for example, 5 V is connected to the drain via a bit line. By being applied, a program pulse is applied. For this purpose, the memory is provided with a pump circuit 14 for generating the boosted voltage DPUMP and a regulator circuit 13 for controlling the boosted voltage to a predetermined level.
[0030]
In the core-side program operation, a program pulse is simultaneously applied to the core-side cell transistors in the plurality of memory blocks shown in FIG. For example, in eight cell transistors from eight memory blocks, the same program pulse is applied to a cell transistor to which the same data is written or a cell transistor into which electric charge is injected into the same place. Therefore, the drain voltage applied to the cell transistor tends to be lower than the program voltage VPROG generated by the regulator 13.
[0031]
On the other hand, the reference-side cell transistor has only one block in which the same reference data is programmed, and in a program operation, a program pulse is applied to one cell transistor. Therefore, the drain voltage applied to the cell transistor tends to be higher than that on the core side.
[0032]
Due to such a difference in the applied voltage at the time of programming, there is a difference in the programming operation and the speed between the core side and the reference side.
[0033]
On the other hand, the reference side increases the slightly lowered threshold voltage distribution by applying a program pulse during refreshing. At that time, if the threshold voltage level before refresh is slightly lower than the verify level, it is predicted that the threshold voltage will be too high by one application of the program pulse. That is, although the threshold voltage distribution lowered on the reference side by the refresh operation increases, the threshold voltage distribution may become higher than the intended level. As a result, the refresh operation may not always return to the state (B1) in FIG. 1, causing a reduction in tracking characteristics.
[0034]
Further, the number of times and the timing of the program are different between the core side and the reference side, and the charge loss phenomenon is also different between the core side and the reference side. As described above, according to the inventor's experience, the cause is uncertain, but the amount of charge loss on the reference side is smaller than that on the core side. Therefore, even if both threshold voltage distributions are set in a predetermined relationship by the refresh operation, the two threshold voltage distributions are not maintained in the same state due to different charge loss phenomena thereafter. That is, the behavior of lowering the threshold voltage differs between the core side and the reference side, and the reference level synthesized during the use period deviates from a desired level. This leads to the mismatched state (B2) shown in FIG. 1 and hinders a normal read operation.
[0035]
Therefore, in the present embodiment, in the programming operation, control is performed such that the drain voltage on the reference side is lower than the drain voltage on the core side. By doing so, firstly, the rising speed of the threshold voltage with respect to one application of the program pulse on the reference side is slowed, and the threshold voltage is prevented from becoming too high during refresh. Second, according to an experiment performed by the inventor, it has been found that, by lowering the drain voltage at the time of programming on the reference side, the amount of charge loss is increased and can be made equal to the amount of charge loss on the core side. . Therefore, during the use period from the time of the refresh to the next refresh, the phenomenon of the decrease in the threshold voltage due to the charge loss can be made substantially the same between the reference side and the core side.
[0036]
As shown in steps S1A to S4A indicated by broken lines with respect to steps S1 to S4 in the flowchart of FIG. 3, in the programming operation in each step, the drain voltage on the core side is set to Vd1, and the drain voltage Vd2 on the reference side is set to Vd1. To be lower. For this purpose, the control level is made different between the core side and the reference side in the regulator circuit 13.
[0037]
Further, in steps S2 and S4, if a program operation is required on both the core side and the reference side, application of a program pulse to the core side and application of a program pulse to the reference side are continued during program verification. Do. Then, the program verify is performed on the core side and the reference side together. Therefore, the regulator circuit 13 controls the level on the core side and then controls the level on the reference side. Alternatively, the order may be reversed. Then, when changing from one level to the other level, a time required for the regulator circuit 13 to be in a stable state is provided as a regulation time.
[0038]
FIG. 4 is a diagram illustrating a first regulator circuit according to the present embodiment. The regulator circuit 13 includes a P-channel level control transistor 20 for controlling the level of the boosted voltage DPUMP generated by the pump circuit 14, a differential amplifier 22 for controlling the level control transistor 20, and a regulated program voltage VPROG. It has resistor groups R1a, R1b, and R2 for feeding back to the differential amplifier. The level changing transistor 21 is provided at both ends of the resistor R1b. The program voltage VPROG is divided by a group of resistors, and the voltage VR1 at the connection node between the resistors R1b and R2 is fed back to the positive input of the differential amplifier 22. The reference voltage VREF is applied to the negative input of the differential amplifier 22.
[0039]
In the regulator circuit 13, when the program voltage VPROG increases, the feedback voltage VR1 also increases, and the output of the differential amplifier circuit 22 also increases. As a result, the level control transistor 20 changes to a more off direction and suppresses a rise in the program voltage VPROG. Conversely, when the program voltage VPROG decreases, the feedback voltage VR1 also decreases, the output of the differential amplifier circuit 22 decreases, and the level control transistor 20 converts to a more on direction, thereby suppressing the program voltage VPROG from decreasing. Then, the differential amplifier circuit 22 enters a stable state in a state where the two inputs VR1 and VREF match. Therefore, the following relationship is realized in a stable state.
[0040]
VR1 = {R2 / (R1a + R1b + R2)} × VPROG = VREF
Therefore, from this relational expression, the program voltage VPROG is as follows.
[0041]
VPROG = {(R1a + R1b + R2) / R2} xVREF (1)
Thus, when the dynamic reference program signal DREFPGMH goes high, the transistor 21 conducts and the resistor R1b is excluded. Accordingly, the program voltage VPROG at that time is as follows.
[0042]
VPROG = {(R1a + R2) / R2} xVREF (2)
This program voltage is lower than the equation (1). That is, when the dynamic reference program signal DREFPGMH is at the L level, the program voltage VPROG is controlled by the above equation (1), and when it is at the H level, the program voltage VPROG is controlled by the above equation (2).
[0043]
Therefore, in this embodiment, when a program pulse is applied to the core side, the signal DREFPGMH is set to L level to control the program voltage to be high, and when a program pulse is applied to the reference side, the signal DREFPGMH is set to H level. To lower the program voltage. When a program pulse is continuously applied to the core side and the reference side, a time required for the regulator circuit to perform regulation control is provided between the two pulses.
[0044]
FIG. 5 is a diagram illustrating a second regulator circuit according to the present embodiment. This regulator circuit divides the output program voltage VPROG by the capacitor groups C1, C2a and C2b in order to generate the feedback voltage VC1. Since the first regulator circuit divides the program voltage VPROG by resistance, a current always flows through the resistance group and the capacity of the pump circuit 14 needs to be increased. On the other hand, the second regulator circuit Since the program voltage is divided by dividing the capacitor, no current flows from the capacitor group to the ground.
[0045]
In the regulator circuit of FIG. 5, the positive input voltage VC1 of the differential amplifier circuit 22 is at a level obtained by dividing the program voltage VPROG by the capacitors C1 and C2a, but when the transistor 29 is turned on, the capacitors C1 and C2a + C2b It becomes a divided level. Therefore, when the transistor 29 is turned on, the capacitance between the positive input voltage terminal VC1 and the ground increases, and the positive input voltage VC1 decreases for the same program voltage VPROG. However, since the positive input voltage VC1 is controlled by the regulator operation so as to match the reference voltage VREF, when the transistor 29 is turned on, the program voltage VPROG increases.
[0046]
FIG. 6 is a diagram showing an operation timing chart of FIG. First, the precharge signal PRECH goes to the H level, the precharge transistors 26, 27, and 28 are turned on, and the voltage VC0 is set to the precharge level VP1, and the voltages VC1 and VC2 are set to the precharge level VP2. At this time, the transistors 25 and 29 are off. Therefore, the charge amount Q1 of the node VC1 is as follows.
[0047]
Q1 = C1x (VP2-VP1) + C2axVP2 (3)
Next, when the regulator enable signal ENREGB is set to L level, the P-channel transistor 25 is turned on, a feedback loop is formed, and the voltage VC0 is boosted to the program voltage VPROG. Then, the voltage VC1 changes accordingly, but the voltage VC1 is controlled by the regulator operation so as to be equal to the reference voltage VREF. Therefore, the charge amount Q2 of the voltage VC1 is as follows.
[0048]
Q2 = C1x (VREF-VPROG) + C2axVREF (4)
Then, since Q1 = Q2 from the law of conservation of charge, the program voltage is as follows from the above equations (3) and (4).
[0049]
VPROG = {(C1x (VREF-VP2 + VP1) + C2ax (VREF-VP2)} / C1 (5)
In this case, when the dynamic reference program signal DREFPGMBH goes to the H level, the transistor 29 is turned on and C2a in the above equation (5) becomes (C2a + C2b), so that the program voltage is as follows.
[0050]
VPROG = {(C1x (VREF-VP2 + VP1) + (C2a + C2b) x (VREF-VP2)} / C1 (6)
That is, when the transistor 29 is turned on, the program voltage VPROG increases. As shown in FIG. 6, when the dynamic reference program signal DREFPGMBH becomes H level, the program voltage VPROG is controlled to a higher level.
[0051]
When the regulator circuit of FIG. 5 is used, the application of the program pulse on the reference side is performed first, the transistor 29 is turned on to stabilize the regulator operation, and then the application of the program pulse on the core side is performed. However, in the regulator circuit of FIG. 5, if the circuit in which the capacitance on the capacitor C2 side is reduced by the dynamic reference program signal DREFPGMBH, the program voltage VPROG can be changed from a high level to a low level.
[0052]
As described above, the drain voltage level at the time of programming can be controlled by controlling the regulator circuit. In the present embodiment, the tracking characteristic of the threshold voltage characteristic of the reference-side cell transistor can be improved by controlling the reference-side programmed drain voltage to be lower than the core-side programmed drain voltage.
[0053]
When the charge loss amount on the reference side is larger than that on the core side, it may be desirable to control the programmed drain voltage on the reference side higher than on the core side, contrary to the above embodiment. An optimal drain voltage during programming on the reference side is selected according to the charge loss characteristics on the reference side and the core side of the flash memory.
[0054]
In any case, the program voltage supplied between the core side and the reference side may be different between the booster circuit that generates the program voltage and the regulator circuit side.
[0055]
As described above, the embodiments are summarized as follows.
[0056]
(Supplementary Note 1) In a nonvolatile memory in which data is stored according to a difference in threshold voltage,
A core-side cell transistor into which charge is injected depending on the stored data;
A reference-side cell transistor for supplying a reference level when reading data from the core-side cell transistor,
At the time of a program operation of injecting charges depending on the stored data, a first drain voltage is applied to the cell transistor on the core, and a cell transistor on the reference side is applied with a voltage higher than the first drain voltage. A nonvolatile memory to which a low second drain voltage is applied.
[0057]
(Supplementary Note 2) In Supplementary Note 1,
When the cell transistor on the core side is erased, the cell transistor on the reference side is also erased and the cell transistor on the reference side is programmed to a reference state, and when the cell transistor on the core side is programmed, the cell on the reference side is erased. Non-volatile memory, wherein transistors are reprogrammed to said reference state.
[0058]
(Supplementary Note 3) In Supplementary note 1,
A program voltage generating circuit that supplies a program voltage as a drain voltage to the cell transistor;
The program voltage generation circuit has a pump circuit that generates a boosted voltage, and a regulator circuit that controls the boosted voltage to a predetermined voltage level,
At the time of the program operation, the regulator circuit controls the first voltage and supplies it to the core-side cell transistor, and controls the second voltage different from the first voltage to supply it to the reference-side cell transistor. Nonvolatile memory.
[0059]
(Supplementary Note 4) In supplementary note 3,
The regulator circuit includes a level control transistor that controls the level of the boosted voltage, and a differential amplifier in which an output voltage is fed back to a first input via a resistor string and a predetermined reference voltage is supplied to a second input. A level control transistor is controlled by an output of the differential amplifier circuit,
A non-volatile memory, wherein the resistance string is changed so that the resistance division ratio of the output voltage is different between the time of programming on the core side and the time of programming on the reference side.
[0060]
(Supplementary Note 5) In Supplementary note 3,
The regulator circuit includes a level control transistor that controls the level of the boosted voltage, and a differential amplifier in which an output voltage is fed back to a first input through a capacitor array and a predetermined reference voltage is supplied to a second input. A level control transistor is controlled by an output of the differential amplifier circuit,
A nonvolatile memory, wherein the capacitor row is changed so that the capacity division ratio of the output voltage is different between programming on the core side and programming on the reference side.
[0061]
(Supplementary Note 6) In a nonvolatile memory in which data is stored according to a difference in threshold voltage,
A core-side cell transistor into which charge is injected depending on the stored data;
A reference-side cell transistor that supplies a reference level when reading data from the core-side cell transistor;
A program voltage generating circuit that supplies a drain voltage to the cell transistor during a program operation of injecting charges depending on the storage data,
At the time of the program operation, the program voltage generation circuit generates a first voltage, applies a first drain voltage to the cell transistor on the core side, and generates a second voltage different from the first voltage. And applying a second drain voltage different from the first drain voltage to the reference-side cell transistor.
[0062]
(Supplementary Note 7) In Supplementary note 6,
The program voltage generation circuit includes a pump circuit that generates a boosted voltage, and a regulator circuit that controls the boosted voltage to a predetermined voltage level. A non-volatile memory, wherein the non-volatile memory is controlled and supplied to a cell transistor on a core side, and controlled to the second voltage and supplied to a cell transistor on a reference side.
[0063]
(Supplementary Note 8) In a nonvolatile memory that swings a cell transistor having a trap gate into which charges are injected according to data,
A core-side array having a core-side cell transistor in which data is stored;
A reference-side array having a reference-side cell transistor in which reference data is stored,
When the core-side cell transistor is erased, the reference-side cell transistor is also erased.When the core-side cell transistor is programmed with storage data, the reference-side cell transistor is also programmed with reference data,
At the time of a program operation, a first drain voltage is applied to the core-side cell transistor, and a second drain voltage lower than the first drain voltage is applied to the reference-side cell transistor. Non-volatile memory characterized by the above-mentioned.
[0064]
(Supplementary Note 9) In Supplementary note 8,
The core-side cell transistor is programmed to any one of first to fourth data in which a drain current is different from a predetermined gate voltage.
The nonvolatile memory according to claim 1, wherein the same reference data as the second and third data is programmed in the reference-side cell transistor.
[0065]
(Supplementary Note 10) In a nonvolatile memory that swings a cell transistor having a trap gate into which charges are injected according to data,
A core-side array having a core-side cell transistor in which data is stored;
A reference-side array having reference-side cell transistors in which reference data is stored;
A program voltage generating circuit that supplies a drain voltage to the cell transistor during a program operation of injecting charges depending on the storage data,
When the core-side cell transistor is erased, the reference-side cell transistor is also erased.When the core-side cell transistor is programmed with storage data, the reference-side cell transistor is also programmed with reference data,
At the time of the program operation, the program voltage generation circuit generates a first voltage, applies a first drain voltage to the cell transistor on the core side, and generates a second voltage different from the first voltage. And applying a second drain voltage different from the first drain voltage to the reference-side cell transistor.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a nonvolatile memory in which the threshold voltage characteristics of the reference-side cell transistor are tracked to the characteristics of the core-side cell transistor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a data storage state and a threshold voltage distribution of a mirror flash memory according to the present embodiment.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a nonvolatile memory according to the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart of a program and erase operation in a dynamic reference system.
FIG. 4 is a diagram showing a first regulator circuit in the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a second regulator circuit in the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an operation timing chart of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
C-MC Core-side cell transistor
RA-MC, RB-MC Reference side cell transistor
13 Regulator circuit
14 Pump circuit

Claims (8)

閾値電圧の違いによりデータが記憶される不揮発性メモリにおいて、
前記記憶データに依存して電荷が注入されるコア側のセルトランジスタと、
前記コア側のセルトランジスタからデータを読み出すときに基準レベルを供給するレファレンス側のセルトランジスタとを有し、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記コア側のセルトランジスタには第1のドレイン電圧が印加され、前記レファレンス側のセルトランジスタには、前記第1のドレイン電圧よりも低い第2のドレイン電圧が印加されることを特徴とする不揮発性メモリ。
In a nonvolatile memory in which data is stored by a difference in threshold voltage,
A core-side cell transistor into which charge is injected depending on the stored data;
A reference-side cell transistor for supplying a reference level when reading data from the core-side cell transistor,
At the time of a program operation of injecting charges depending on the stored data, a first drain voltage is applied to the cell transistor on the core, and a cell transistor on the reference side is applied with a voltage higher than the first drain voltage. A nonvolatile memory to which a low second drain voltage is applied.
請求項1において、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、前記レファレンス側のセルトランジスタも消去され且つ当該レファレンス側のセルトランジスタがレファレンス状態にプログラムされ、コア側のセルトランジスタがプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタは前記レファレンス状態に再プログラムされることを特徴とする不揮発性メモリ。
In claim 1,
When the cell transistor on the core side is erased, the cell transistor on the reference side is also erased and the cell transistor on the reference side is programmed to a reference state, and when the cell transistor on the core side is programmed, the cell on the reference side is erased. Non-volatile memory, wherein transistors are reprogrammed to said reference state.
請求項1において、
更に、前記セルトランジスタにドレイン電圧としてプログラム電圧を供給するプログラム電圧生成回路を有し、
前記プログラム電圧生成回路は、昇圧電圧を生成するポンプ回路と、前記昇圧電圧を所定の電圧レベルに制御するレギュレータ回路とを有し、
前記プログラム動作時において、前記レギュレータ回路が、第1の電圧に制御してコア側のセルトランジスタに供給し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧に制御してレファレンス側のセルトランジスタに供給することを特徴とする不揮発性メモリ。
In claim 1,
A program voltage generating circuit that supplies a program voltage as a drain voltage to the cell transistor;
The program voltage generation circuit has a pump circuit that generates a boosted voltage, and a regulator circuit that controls the boosted voltage to a predetermined voltage level,
At the time of the program operation, the regulator circuit controls the first voltage and supplies it to the core-side cell transistor, and controls the second voltage different from the first voltage to supply it to the reference-side cell transistor. Nonvolatile memory.
請求項3において、
前記レギュレータ回路は、前記昇圧電圧のレベルを制御するレベル制御トランジスタと、出力電圧を抵抗列を介して第1の入力にフィードバックされ、所定の基準電圧が第2の入力に供給される差動増幅回路とを有し、前記差動増幅回路の出力により、前記レベル制御トランジスタが制御され、
コア側のプログラム時とレファレンス側のプログラム時とで、前記出力電圧の抵抗分割比が異なるように前記抵抗列が変更されることを特徴とする不揮発性メモリ。
In claim 3,
The regulator circuit includes a level control transistor that controls the level of the boosted voltage, and a differential amplifier in which an output voltage is fed back to a first input via a resistor string and a predetermined reference voltage is supplied to a second input. A level control transistor is controlled by an output of the differential amplifier circuit,
A non-volatile memory, wherein the resistance string is changed so that the resistance division ratio of the output voltage is different between the time of programming on the core side and the time of programming on the reference side.
請求項3において、
前記レギュレータ回路は、前記昇圧電圧のレベルを制御するレベル制御トランジスタと、出力電圧をキャパシタ列を介して第1の入力にフィードバックされ、所定の基準電圧が第2の入力に供給される差動増幅回路とを有し、前記差動増幅回路の出力により、前記レベル制御トランジスタが制御され、
コア側のプログラム時とレファレンス側のプログラム時とで、前記出力電圧の容量分割比が異なるように前記キャパシタ列が変更されることを特徴とする不揮発性メモリ。
In claim 3,
The regulator circuit includes a level control transistor that controls the level of the boosted voltage, and a differential amplifier in which an output voltage is fed back to a first input through a capacitor array and a predetermined reference voltage is supplied to a second input. A level control transistor is controlled by an output of the differential amplifier circuit,
A nonvolatile memory, wherein the capacitor row is changed so that the capacity division ratio of the output voltage is different between programming on the core side and programming on the reference side.
閾値電圧の違いによりデータが記憶される不揮発性メモリにおいて、
前記記憶データに依存して電荷が注入されるコア側のセルトランジスタと、
前記コア側のセルトランジスタからデータを読み出すときに基準レベルを供給するレファレンス側のセルトランジスタと、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記セルトランジスタにドレイン電圧を供給するプログラム電圧生成回路とを有し、
前記プログラム動作時において、前記プログラム電圧生成回路は、第1の電圧を生成して前記コア側のセルトランジスタに第1のドレイン電圧を印加し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧を生成して前記レファレンス側のセルトランジスタに前記第1のドレイン電圧と異なる第2のドレイン電圧を印加することを特徴とする不揮発性メモリ。
In a nonvolatile memory in which data is stored by a difference in threshold voltage,
A core-side cell transistor into which charge is injected depending on the stored data;
A reference-side cell transistor that supplies a reference level when reading data from the core-side cell transistor;
A program voltage generating circuit that supplies a drain voltage to the cell transistor during a program operation of injecting charges depending on the storage data,
At the time of the program operation, the program voltage generation circuit generates a first voltage, applies a first drain voltage to the cell transistor on the core side, and generates a second voltage different from the first voltage. And applying a second drain voltage different from the first drain voltage to the reference-side cell transistor.
データに応じて電荷が注入されるトラップゲートを有するセルトランジスタを揺する不揮発性メモリにおいて、
データが記憶されるコア側のセルトランジスタを有するコア側アレイと、
レファレンスデータが記憶されるレファレンス側のセルトランジスタを有するレファレンス側アレイとを有し、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去され、コア側のセルトランジスタが記憶データをプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタもレファレンスデータをプログラムされ、
プログラム動作時において、前記コア側のセルトランジスタには第1のドレイン電圧が印加され、前記レファレンス側のセルトランジスタには、前記第1のドレイン電圧よりも低い第2のドレイン電圧が印加されることを特徴とする不揮発性メモリ。
In a nonvolatile memory that swings a cell transistor having a trap gate into which charges are injected according to data,
A core-side array having a core-side cell transistor in which data is stored;
A reference-side array having a reference-side cell transistor in which reference data is stored,
When the core-side cell transistor is erased, the reference-side cell transistor is also erased.When the core-side cell transistor is programmed with storage data, the reference-side cell transistor is also programmed with reference data,
At the time of a program operation, a first drain voltage is applied to the core-side cell transistor, and a second drain voltage lower than the first drain voltage is applied to the reference-side cell transistor. Non-volatile memory characterized by the above-mentioned.
データに応じて電荷が注入されるトラップゲートを有するセルトランジスタを揺する不揮発性メモリにおいて、
データが記憶されるコア側のセルトランジスタを有するコア側アレイと、
レファレンスデータが記憶されるレファレンス側のセルトランジスタを有するレファレンス側アレイと、
前記記憶データに依存して電荷を注入するプログラム動作時において、前記セルトランジスタにドレイン電圧を供給するプログラム電圧生成回路とを有し、
前記コア側のセルトランジスタが消去される時に、レファレンス側のセルトランジスタも消去され、コア側のセルトランジスタが記憶データをプログラムされる時に、レファレンス側のセルトランジスタもレファレンスデータをプログラムされ、
前記プログラム動作時において、前記プログラム電圧生成回路は、第1の電圧を生成して前記コア側のセルトランジスタに第1のドレイン電圧を印加し、前記第1の電圧と異なる第2の電圧を生成して前記レファレンス側のセルトランジスタに前記第1のドレイン電圧と異なる第2のドレイン電圧を印加することを特徴とする不揮発性メモリ。
In a nonvolatile memory that swings a cell transistor having a trap gate into which charges are injected according to data,
A core-side array having a core-side cell transistor in which data is stored;
A reference-side array having reference-side cell transistors in which reference data is stored;
A program voltage generating circuit that supplies a drain voltage to the cell transistor during a program operation of injecting charges depending on the storage data,
When the core-side cell transistor is erased, the reference-side cell transistor is also erased.When the core-side cell transistor is programmed with storage data, the reference-side cell transistor is also programmed with reference data,
At the time of the program operation, the program voltage generation circuit generates a first voltage, applies a first drain voltage to the cell transistor on the core side, and generates a second voltage different from the first voltage. And applying a second drain voltage different from the first drain voltage to the reference-side cell transistor.
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JP2013524392A (en) * 2010-03-25 2013-06-17 クアルコム,インコーポレイテッド Reference cell write operation in memory

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