JP2009129487A - Nonvolatile semiconductor storage element and nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor storage element and nonvolatile semiconductor storage device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rewritable nonvolatile semiconductor storage element of which the voltage stress is not applied to a storage transistor in the standby state while allowing the read-out margin to be large. <P>SOLUTION: A semiconductor storage device includes: the TRUE side storage transistor and BAR side storage transistor; selection transistors connected between drains of both storage transistors and corresponding bit lines; a word line connected to gates of two selection transistors; a flip-flop composed by cross connecting two CMOS inverters; and two gate transistors connected between the drains of respective storage transistors and corresponding input/output section of the flip-flop. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気的に消去および書き込み可能な不揮発性半導体記憶素子およびそれを備えた不揮発性半導体記憶装置に関するものである。   The present invention relates to an electrically erasable and writable nonvolatile semiconductor memory element and a nonvolatile semiconductor memory device including the same.

内蔵SRAMの容量の増大に伴うリダンダンシ(冗長化)の必要性、LCDドライバ等のボード実装後に個別のチューニングを実施する必要性、個人識別情報(IDコード、暗号解読用キー、および、ICカードの番号等)の多様な用途拡大等に伴って、低コストなヒューズの必要性が高まってきている。   Necessity of redundancy (redundancy) due to increase in capacity of built-in SRAM, necessity of individual tuning after mounting a board such as an LCD driver, personal identification information (ID code, decryption key, and IC card With the expansion of various applications such as numbers, the need for low-cost fuses is increasing.

従来、標準CMOSプロセスで形成可能なヒューズメモリとして、レーザや電流で溶断されるボリシリコンや配線メタル層を有するもの、電圧で破壊される絶縁ゲート膜を有するもの、等があった。しかし、このような溶断する部分や絶縁破壊する部分を有するヒューズメモリは、一度しかプログラムできないため上述のような書き換えが必要な用途には適さない。   Conventionally, fuse memories that can be formed by a standard CMOS process include those having a polysilicon or wiring metal layer that is blown by a laser or current, and those having an insulating gate film that is broken by a voltage. However, a fuse memory having such a fusing part or a dielectric breakdown part can be programmed only once, and therefore is not suitable for applications requiring rewriting as described above.

一方、フローティングゲート型の不揮発性素子であれば、CMOSプロセスで電気的に消去・書込みが可能なヒューズを作成することができるが、フローティングゲートを形成するために従来のフラッシュメモリと同じような標準CMOSプロセスに付加的なプロセスを導入する必要があるため、コスト的観点から見合わない。また、標準CMOSプロセスでは、高集積化に伴い絶縁膜が薄くなるため、この標準CMOSプロセスを用いてフローティングゲートを形成するとデータ保持特性が悪くなるという問題があった。   On the other hand, if it is a floating gate type nonvolatile element, it is possible to create a fuse that can be electrically erased and written by a CMOS process. However, in order to form a floating gate, a standard similar to a conventional flash memory is used. Since it is necessary to introduce an additional process into the CMOS process, it is not suitable from the viewpoint of cost. Further, in the standard CMOS process, since the insulating film becomes thinner with higher integration, there is a problem that the data retention characteristic is deteriorated when the floating gate is formed using this standard CMOS process.

そこで、例えば特許文献1・特許文献2・特許文献3には、標準CMOSプロセスで製造可能な不揮発性記憶装置や特別なフローティングゲートを持たない不揮発性記憶装置が示されている。   Thus, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 show a nonvolatile memory device that can be manufactured by a standard CMOS process and a nonvolatile memory device that does not have a special floating gate.

米国特許第6,518,614号公報US Pat. No. 6,518,614 特開2004−56095号公報JP 2004-56095 A 特開2005−353106号公報JP-A-2005-353106

図1に従来例として特許文献3に開示されている標準CMOSプロセスで製造された不揮発性記憶装置のメモリセル構成を示す。このメモリセルは、不揮発性データ記憶部であるN型MOSトランジスタMCN1、MCN2と、不揮発性データ記憶部の出力ノードnodeT、nodeBを差動入力とするスタティックラッチ形態のフリップフロップ部(MN3、MN4、MP1、MP2)から構成される。フリップフロップ部では通常のSRAM動作の読み出しや書き込み動作が行える一方で、不揮発性データ記憶部の情報をリロードしてフリップフロップ部にデータを格納することが可能な構成である。   FIG. 1 shows a memory cell configuration of a nonvolatile memory device manufactured by a standard CMOS process disclosed in Patent Document 3 as a conventional example. This memory cell includes N-type MOS transistors MCN1 and MCN2 which are nonvolatile data storage units and static latch type flip-flop units (MN3, MN4,...) Having differential inputs to the output nodes nodeT and nodeB of the nonvolatile data storage unit. MP1, MP2). The flip-flop unit can perform normal SRAM operation reading and writing operations, but can reload data in the nonvolatile data storage unit and store data in the flip-flop unit.

図2に上記従来例におけるデータ設定方法を示す。このデータ設定方法は、MCN1、MCN2のしきい値電圧差でデータを確定する方法である。データ書き込み前の初期状態においては、N型MOSトランジスタMCN1、MCN2は共にしきい値電圧Vth0であり、この状態においてはフリップフロップの出力データは不定となる。そのため、データを確定するために、まず、データ”0”の書き込みをMCN1側のしきい値電圧をVth1(Vth1>Vth0)まで上げることで実現する。本構成においては、消去する(Vthを下げる)ことができないので、その後の、データ”1”の書き込みは、データ”0”の状態から、MCN2側のしきい値電圧をVth2(Vth2>Vth1)まで上げることで実現する。   FIG. 2 shows a data setting method in the conventional example. This data setting method is a method of determining data by the threshold voltage difference between MCN1 and MCN2. In the initial state before data writing, the N-type MOS transistors MCN1 and MCN2 are both at the threshold voltage Vth0, and in this state, the output data of the flip-flop is indefinite. Therefore, in order to determine the data, first, writing of data “0” is realized by raising the threshold voltage on the MCN1 side to Vth1 (Vth1> Vth0). In this configuration, since erasing (lowering Vth) cannot be performed, the subsequent writing of data “1” sets the threshold voltage on the MCN2 side to Vth2 (Vth2> Vth1) from the state of data “0”. Realized by raising

図3に上記従来例における不揮発性データ記憶部のN型MOSトランジスタのしきい値電圧変更方法を示す。例として、データ”0”、すなわちMCN1側のしきい値電圧を上げる場合を示している。基本的にはN型MOSトランジスタのホットキャリヤによる特性劣化を積極的に利用しており、しきい値電圧を上げたい方のMCN1のソース電位を0V、ゲート電位(MLW)を2.5V、ドレイン電位(nodeT)を5Vにしてドレイン端付近におけるホットキャリヤ注入現象でしきい値電圧を上げるようにしている。この時、ドレイン電位の5Vは、ビット線BLT電位を5Vにして、フリップフロップ部のワード線WLを十分に高い電圧(7V)にしてBLT電位の5Vが完全にnodeTに供給されるようにすることによって供給する。しきい値電圧を上げたくない方のMCN2のドレイン電位はBLB電位を0Vに設定することで、ホットキャリヤ注入が発生しないように制御している。データ”1”を書く場合は、MCN2側のしきい値電圧を上げることになるので、BLT=0V、BLB=5Vと設定するだけで、他の条件はデータ”0”書き込み時と同じである。   FIG. 3 shows a method for changing the threshold voltage of the N-type MOS transistor in the nonvolatile data storage section in the above-described conventional example. As an example, data “0”, that is, a case where the threshold voltage on the MCN1 side is increased is shown. Basically, the characteristic degradation due to hot carriers of the N-type MOS transistor is actively utilized, and the source potential of MCN1, which is to increase the threshold voltage, is 0V, the gate potential (MLW) is 2.5V, the drain The potential (nodeT) is set to 5 V, and the threshold voltage is raised by hot carrier injection near the drain end. At this time, the drain potential of 5V is such that the bit line BLT potential is set to 5V, the word line WL of the flip-flop section is set to a sufficiently high voltage (7V), and the BLT potential of 5V is completely supplied to the nodeT. By supplying. The drain potential of MCN2, which does not want to increase the threshold voltage, is controlled so that hot carrier injection does not occur by setting the BLB potential to 0V. When data “1” is written, the threshold voltage on the MCN2 side is increased. Therefore, by simply setting BLT = 0V and BLB = 5V, other conditions are the same as when data “0” is written. .

図4に上記従来例における不揮発性データ記憶部からフリップフロップ部へのデータ転送方法を示す。同図は、データ”0”、つまり、MCN1のしきい値電圧Vth1がMCN2のしきい値電圧Vth0よりも高い場合のデータ転送方法を示している。フリップフロップ部において、ワード線WL=0V、リストア制御信号RESTORE=0Vにした条件下で、時刻t0にイコライズ制御信号ZEQをVccから0Vに下げることで、nodeTとnodeBを同電位にイコライズする。時刻t1でイコライズ動作を終了し、時刻t2から徐々にMCN1、MCN2のゲート電位であるMLWを上げていくことで、しきい値電圧の低いMCN2側が先にオンして、nodeBの電位を引き下げていく。しばらくすればMCN1側もオンするが、最終的にはしきい値電圧の低いMCN2側のnodeBが0V、MCN1側のnodeTがVccでラッチは確定する。時刻t3でMLWの昇圧を完了し、時刻t4でRESTOREを0VからVccに上げることでフリップフロップ部のラッチを活性化して、データを安定に保持し、最後に時刻t5でMLWを0Vに下げて終了となる。   FIG. 4 shows a data transfer method from the nonvolatile data storage unit to the flip-flop unit in the above-described conventional example. This figure shows a data transfer method in the case of data “0”, that is, the threshold voltage Vth1 of MCN1 is higher than the threshold voltage Vth0 of MCN2. In the flip-flop unit, nodeT and nodeB are equalized to the same potential by lowering the equalization control signal ZEQ from Vcc to 0 V at time t0 under the condition that the word line WL = 0V and the restore control signal RESTORE = 0V. At time t1, the equalizing operation is terminated, and MLW, which is the gate potential of MCN1 and MCN2, is gradually increased from time t2, so that the MCN2 side having the lower threshold voltage is turned on first, and the potential of nodeB is lowered. Go. After a while, the MCN1 side also turns on, but finally the latch is determined when nodeB on the MCN2 side having a low threshold voltage is 0V and nodeT on the MCN1 side is Vcc. At time t3, MLW boosting is completed. At time t4, RESTORE is raised from 0V to Vcc to activate the latch of the flip-flop unit, and the data is held stably. Finally, at time t5, MLW is lowered to 0V. End.

以上、従来例におけるメモリセルの動作説明をしてきたが、従来構成においては以下の問題がある。
〔1〕しきい値電圧差のマージンが小さい。しきい値電圧差マージンは、データ”0”の場合はVth1−Vth0、データ”1”の場合はVth2−Vth1がそれに相当する。ホットキャリヤ注入現象におけるしきい値電圧変化量には、上限値Vth_maxが存在し、データ”0”及びデータ”1”の読み出しマージンを均等に配分すれば、書き換え1回を前提とした場合の各々のマージンは(Vth_max−Vth0)/2となる。N回の書き換えをすることを前提とした場合は、Vth制御をVth_maxを最大値として2N分割する必要があり、データ”0”、データ”1”の各々のマージンは(Vth_max−Vth0)/2Nとなり、さらにマージンが小さくなる。
Although the operation of the memory cell in the conventional example has been described above, the conventional configuration has the following problems.
[1] The threshold voltage difference margin is small. The threshold voltage difference margin corresponds to Vth1−Vth0 for data “0” and Vth2−Vth1 for data “1”. The threshold voltage change amount in the hot carrier injection phenomenon has an upper limit value Vth_max. If the read margin of data “0” and data “1” is evenly distributed, The margin is (Vth_max−Vth0) / 2. When it is assumed that rewriting is performed N times, it is necessary to divide the Vth control into 2N with Vth_max as the maximum value, and the margins of data “0” and data “1” are (Vth_max−Vth0) / 2N Thus, the margin is further reduced.

〔2〕不揮発性データ記憶部にデータを書く時の動作電圧として、各メモリセル毎に制御する必要があるワード線WL、及びビット線BLT、BLBに高電圧(7V及び5V)を印加する必要がある。これはワード線及びビット線を駆動するドライバ、並びにビット線を選択するためのカラム選択トランジスタに高耐圧トランジスタを使用する必要があることを意味する。通常読み出し動作のように、Vcc=1.8Vで動作させる時は、高電圧対応で最適化された高耐圧トランジスタは高速でないため、アクセス遅延を引き起こす問題がある。電流駆動能力を上げるためにトランジスタサイズを大きくすることは、チップ面積を大きくすることにつながるという問題点がある。   [2] It is necessary to apply a high voltage (7 V and 5 V) to the word line WL and the bit lines BLT and BLB that need to be controlled for each memory cell as an operating voltage when writing data to the nonvolatile data storage unit There is. This means that it is necessary to use a high breakdown voltage transistor as a driver for driving the word line and the bit line and a column selection transistor for selecting the bit line. When operating at Vcc = 1.8 V as in the normal read operation, the high voltage transistor optimized for high voltage is not high speed, which causes an access delay. Increasing the transistor size in order to increase the current driving capability has the problem of increasing the chip area.

不揮発性メモリにおいて読み出しマージンを大きくとるのは、データ保持特性を改善することが目的である。よって、データ保持状態で記憶トランジスタに電圧ストレスが印加されないようにすることも重要である。   The purpose of increasing the read margin in the nonvolatile memory is to improve data retention characteristics. Therefore, it is also important to prevent voltage stress from being applied to the storage transistor in the data retention state.

この発明は、読み出しマージンを大きくとることができ、且つ、スタンバイ状態において記憶トランジスタに電圧ストレスが印加されない書き換え可能な不揮発性半導体記憶素子および不揮発性半導体記憶記憶装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a rewritable nonvolatile semiconductor memory element and a nonvolatile semiconductor memory device in which a read margin can be increased and voltage memory is not applied to a memory transistor in a standby state.

請求項1の発明は、ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、を備えたことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, there are provided a TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling a threshold voltage by electron injection near the gate, and a source line connected to the sources of the two storage transistors. And a TRUE-side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor and the TRUE-side bit line, and a drain connected to the BAR-side storage transistor and the BAR-side bit line. A BAR side selection transistor, which is a MOS transistor, and a word line connected to the gates of the two selection transistors are provided.

請求項2の発明は、ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、前記2つのインバータの各々の負荷トランジスタと並列に接続された2つのプリチャージ用トランジスタと、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインと前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインと前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 2 provides a TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling a threshold voltage by electron injection near the gate, and a source line connected to the sources of the two storage transistors And a TRUE-side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor and the TRUE-side bit line, and a drain connected to the BAR-side storage transistor and the BAR-side bit line. BAR side selection transistor that is a MOS transistor, a word line connected to the gates of the two selection transistors, a flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters, and a load transistor of each of the two inverters And two connected in parallel A recharging transistor; a TRUE side gate transistor connected between a drain of the TRUE side storage transistor and a TRUE side input / output unit of the flip-flop; a drain of the BAR side storage transistor; and a BAR side input of the flip-flop And a BAR-side gate transistor connected between the output portion and the output portion.

請求項3の発明は、ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、電源に接続されたカレントミラー回路と、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、前記TRUE側ゲートトランジスタのカレントミラー側端子と前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側アナログスイッチと、前記BAR側ゲートトランジスタのカレントミラー側端子と前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側アナログスイッチと、を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there are provided a TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling a threshold voltage by electron injection near the gate, and a source line connected to the sources of the two storage transistors. And a TRUE-side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor and the TRUE-side bit line, and a drain connected to the BAR-side storage transistor and the BAR-side bit line. A BAR-side selection transistor which is a MOS transistor, a word line connected to the gates of the two selection transistors, a flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters, a current mirror circuit connected to a power supply, , TRUE memory transistor A TRUE side gate transistor connected between a drain and the current mirror circuit; a BAR side gate transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and the current mirror circuit; and a TRUE side gate transistor. Between the TRUE side analog switch connected between the current mirror side terminal and the TRUE side input / output part of the flip-flop, and between the current mirror side terminal of the BAR side gate transistor and the BAR side input / output part of the flip-flop And a BAR-side analog switch connected to.

請求項4の発明は、ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、スイッチングトランジスタを介して電源に接続されたカレントミラー回路と、前記不揮発性半導体記憶素子のTRUE側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路および前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、前記不揮発性半導体記憶素子のBAR側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路および前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、を備えたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there are provided a TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling a threshold voltage by electron injection near the gate, and a source line connected to the sources of the two storage transistors. And a TRUE-side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor and the TRUE-side bit line, and a drain connected to the BAR-side storage transistor and the BAR-side bit line. It is connected to a power supply through a switching transistor, a BAR side selection transistor which is a MOS transistor, a word line connected to the gates of the two selection transistors, a flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters, and a switching transistor. Current mirror circuit A TRUE-side gate transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor of the nonvolatile semiconductor memory element and the current-side mirror circuit and the TRUE-side input / output unit of the flip-flop; and the BAR side of the nonvolatile semiconductor memory element And a BAR side gate transistor connected between the drain of the storage transistor and the current mirror circuit and the BAR side input / output unit of the flip-flop.

請求項5の発明は、請求項2〜4の発明において、前記フリップフロップのTRUE側入出力部に接続されたTRUE出力用インバータ、および、BAR側入出力部に接続されたBAR出力用インバータを、さらに備えたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the second to fourth aspects of the present invention, the TRUE output inverter connected to the TRUE side input / output unit of the flip-flop and the BAR output inverter connected to the BAR side input / output unit are provided. , Further provided.

請求項6の発明は、請求項1〜5の発明において、前記TRUE側記憶トランジスタのゲート電圧および前記BAR側記憶トランジスタのゲート電圧がそれぞれ独立して制御されることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the gate voltage of the TRUE side storage transistor and the gate voltage of the BAR side storage transistor are controlled independently.

請求項7の発明は、請求項1〜5の発明において、前記TRUE側記憶トランジスタのゲート電圧および前記BAR側記憶トランジスタのゲート電圧が共通に制御されることを特徴とする。   A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the first to fifth aspects of the invention, the gate voltage of the TRUE storage transistor and the gate voltage of the BAR storage transistor are controlled in common.

請求項8の発明の不揮発性半導体記憶装置は、請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子が複数行、複数列のマトリクス状に配列されたメモリアレイを有することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a nonvolatile semiconductor memory device having a memory array in which the nonvolatile semiconductor memory elements according to any one of the first to seventh aspects are arranged in a matrix of a plurality of rows and a plurality of columns. Features.

上記発明の代表的な構成を要約すると以下のとおりである。
標準CMOSプロセスで記憶トランジスタを構成し、不揮発性メモリは、選択トランジスタと記憶トランジスタとの直列回路を一対有した構成とする。記憶トランジスタの情報は、記憶トランジスタとは別に設けたフリップフロップ部に格納することを特徴とする。
The typical configuration of the invention is summarized as follows.
The storage transistor is configured by a standard CMOS process, and the nonvolatile memory has a configuration including a pair of series circuits of a selection transistor and a storage transistor. Information on the memory transistor is stored in a flip-flop portion provided separately from the memory transistor.

記憶トランジスタは、ソース・ドレイン間のチャネルの上部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、ゲート電極の側部に絶縁膜サイドスペーサを有し、ドレイン側接合部が不純物濃度の低い低濃度領域を有するLDD構造であり、ソース側接合部がLDD構造部分の低濃度領域が形成されていない構造(非LDD構造)とする。   The memory transistor has a gate electrode through a gate insulating film above the channel between the source and drain, has an insulating film side spacer on the side of the gate electrode, and the drain side junction has a low impurity concentration. The LDD structure has a region, and the source side junction portion has a structure in which a low concentration region of the LDD structure portion is not formed (non-LDD structure).

そして、不揮発性メモリを駆動する駆動回路は、記憶トランジスタのドレインに対してゲート電極およびソースに正電圧を印加し、絶縁膜サイドスペーサにチャネルホットエレクトロンを注入して情報の書き込みを行い、ゲート電極およびドレインに対してソースに正電圧を印加して、絶縁膜サイドスペーサにアバランシェホットホールを注入して情報の消去を行う回路とする。   Then, a driving circuit for driving the nonvolatile memory applies a positive voltage to the gate electrode and the source with respect to the drain of the storage transistor, injects channel hot electrons into the insulating film side spacer, and writes information. A circuit for erasing information by applying a positive voltage to the source with respect to the drain and injecting avalanche hot holes into the insulating film side spacer.

本願において開示される発明のうち代表的な効果は次のとおりである。
〔1〕通常のCMOSプロセスで形成されるトランジスタの片側だけをオフセット構造にすることにより得られる不揮発性素子の特性は安定性・再現性が悪く、動作不良になる可能性が高いが、本発明によれば、1対の記憶トランジスタの電流差を判定するので、動作安定性が飛躍的に向上する。
Typical effects of the invention disclosed in the present application are as follows.
[1] The characteristics of a nonvolatile element obtained by making an offset structure on only one side of a transistor formed by a normal CMOS process are poor in stability and reproducibility and are likely to cause malfunction. Since the current difference between the pair of storage transistors is determined, the operational stability is greatly improved.

〔2〕記憶トランジスタのゲート電圧をドライバ回路から供給できるので、記憶トランジスタのゲート、ソース間電位Vgsの大きい領域、つまり電流量の多い領域でのデータ判定が可能となり、センスマージンが改善する。   [2] Since the gate voltage of the storage transistor can be supplied from the driver circuit, data determination can be performed in a region where the potential Vgs between the gate and source of the storage transistor is large, that is, a region where the amount of current is large, and the sense margin is improved.

〔3〕記憶トランジスタとフリップフロップを電気的に分離可能な構成としており、本メモリセルをフューズ用途の出力データとして使用する場合においても、記憶トランジスタに電界ストレスを与えることがないので、信頼性マージンが改善する。   [3] The memory transistor and the flip-flop can be electrically separated, and even when this memory cell is used as output data for fuse use, no electric field stress is applied to the memory transistor. Will improve.

まず、この発明の実施形態に用いられる記憶トランジスタについて説明する。図5は、以下の実施形態に用いられる記憶トランジスタの断面構造を示す図である。この図は書き込み時の電位配置を示している。   First, the memory transistor used in the embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a memory transistor used in the following embodiments. This figure shows the potential arrangement at the time of writing.

図5において、抵抗率10ΩcmのP型シリコン基板101の表面領域に、深さ0.8μm、平均ボロン濃度2×1017cm-3のP型ウエル104が形成されている。このP型ウエル104に、深さ250nmの複数のトレンチ(素子分離)102によって分離された2つの記憶トランジスタMCN1,MCN2が形成されている。この図には、一方の記憶トランジスタ(MCN1)のみを示している。 In FIG. 5, a P-type well 104 having a depth of 0.8 μm and an average boron concentration of 2 × 10 17 cm −3 is formed in the surface region of a P-type silicon substrate 101 having a resistivity of 10 Ωcm. In this P-type well 104, two storage transistors MCN1 and MCN2 separated by a plurality of trenches (element isolation) 102 having a depth of 250 nm are formed. In this figure, only one storage transistor (MCN1) is shown.

記憶トランジスタは、Nチャンネル型トランジスタであり、P型ウエル104の表面領域に、両側のトレンチ102に隣接して形成されたドレイン109,ソース115、および、ドレイン109の周辺領域に形成されたドレインエクステンション107を有する。ドレイン109,ソース115は、それぞれ平均砒素濃度1×1020cm-3に形成され、ドレインエクステンション107平均砒素濃度5×1018cm-3に形成されている。 The storage transistor is an N-channel transistor, and has a drain 109 and a source 115 formed adjacent to the trench 102 on both sides in the surface region of the P-type well 104 and a drain extension formed in the peripheral region of the drain 109. 107. The drain 109 and the source 115 are each formed with an average arsenic concentration of 1 × 10 20 cm −3 , and the drain extension 107 is formed with an average arsenic concentration of 5 × 10 18 cm −3 .

また、P型ウエル104の表面のドレイン109,ソース115間の領域であるチャネル領域の基板上には、膜厚5nmのゲート酸化膜105、および、膜厚200nmでリン濃度2×1020cm-3のポリシリコン膜からなるゲート電極106が形成されている。また、このゲート酸化膜105,ゲート電極106の両側には、膜厚50nmの絶縁膜からなるサイドスペーサ108、108Sが形成されている。なお、ソース115周辺にはエクステンション領域が形成されていないため、ソース側のサイドスペーサ108Sは、基板のチャンネル領域に対して露出している。 On the substrate of the channel region, which is the region between the drain 109 and the source 115 on the surface of the P-type well 104, a gate oxide film 105 with a thickness of 5 nm and a phosphorus concentration of 2 × 10 20 cm with a thickness of 200 nm. A gate electrode 106 made of 3 polysilicon film is formed. Further, side spacers 108 and 108S made of an insulating film having a thickness of 50 nm are formed on both sides of the gate oxide film 105 and the gate electrode 106. Since no extension region is formed around the source 115, the side spacer 108S on the source side is exposed to the channel region of the substrate.

また、P型ウエル104の領域内で、トレンチ102により、上記記憶トランジスタから分離された領域には、このP型ウエル104を接地するための電極である平均ボロン濃度1×1020cm-3のP型拡散層111が形成されている。 In the region of the P-type well 104, the region separated from the memory transistor by the trench 102 has an average boron concentration of 1 × 10 20 cm −3 that is an electrode for grounding the P-type well 104. A P-type diffusion layer 111 is formed.

この記憶トランジスタは、ソース側のサイドスペーサ108Sにキャリアを注入することによってしきい値電圧を上昇させることができる。また、図10で説明するように、サイドスペーサ108Sに注入したキャリアを引き抜いて、しきい値電圧を初期状態に戻すこともできる。これにより、この記憶トランジスタは、不揮発にデータを記憶する。   In this memory transistor, the threshold voltage can be increased by injecting carriers into the side spacer 108S on the source side. Further, as will be described with reference to FIG. 10, the threshold voltage can be returned to the initial state by extracting the carriers injected into the side spacer 108S. As a result, the storage transistor stores data in a nonvolatile manner.

この記憶トランジスタは、構造的に標準CMOSプロセスで製造可能なものであり、標準的な初期しきい電圧は0.8Vであるが、特殊な構造のトランジスタであるためしきい値のバラツキが大きいため、この記憶トランジスタを単独で記憶素子として用いて信頼性を確保することは困難である。このため、この実施形態のメモリセルユニットでは、この記憶トランジスタをペア(MCN1、MCN2)で用い、そのしきい値を比較することにより信頼性を向上している。   This storage transistor can be structurally manufactured by a standard CMOS process, and the standard initial threshold voltage is 0.8 V. However, since it is a transistor having a special structure, the variation in threshold value is large. Therefore, it is difficult to ensure reliability by using this memory transistor alone as a memory element. For this reason, in the memory cell unit of this embodiment, the reliability is improved by using the storage transistors in pairs (MCN1, MCN2) and comparing their threshold values.

≪実施形態1≫
図6〜図14を参照して本発明の第1の実施形態に係るメモリセルユニット(不揮発性半導体記憶素子)およびこのメモリセルユニットを備えたメモリデバイス(不揮発性半導体記憶装置)について説明する。なお、以下の説明において、信号線と、その信号線に現れる信号・電圧は同じ記号で呼ぶこととする。
Embodiment 1
A memory cell unit (nonvolatile semiconductor memory element) and a memory device (nonvolatile semiconductor memory device) including the memory cell unit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, a signal line and a signal / voltage appearing on the signal line are referred to by the same symbol.

図6はメモリデバイスの1セルを構成するメモリセルユニットの回路図である。このメモリセルユニットは、1本のワード線WLおよび2本のビット線BLT(BitLine−True),BLB(BitLine−Bar)を介して書き込みおよび読み出しが行われる。   FIG. 6 is a circuit diagram of a memory cell unit constituting one cell of the memory device. In this memory cell unit, writing and reading are performed via one word line WL and two bit lines BLT (BitLine-True) and BLB (BitLine-Bar).

N型MOSトランジスタである記憶トランジスタMCN1,MCN2は、ソース側のサイドスペーサ部が電荷蓄積領域として形成されたトランジスタである。記憶トランジスタMCN1、MCN2は、サイドスペーサ部にチャネルホットエレクトロンによりマイナス電荷が注入されてしきい値が上昇することにより、書き込み(プログラム)が行われる。記憶トランジスタMCN1、MCN2は、しきい値電圧をソース線SLを共有している。記憶トランジスタMCN1のゲートにはゲート制御線MGTが接続されており、記憶トランジスタMCN2のゲートには他のゲート制御線MGBが接続されている。MCN1のドレイン部(nodeT)は、N型MOSトランジスタであるトランスファゲートMN1を介してビットラインBLTと接続される。また、MCN2のドレイン部(nodeB)は、N型MOSトランジスタであるトランスファゲートMN2を介してビットラインBLBと接続される。これらのトランスファゲートMN1,MN2のゲートにはワード線WLが接続されている。   The memory transistors MCN1 and MCN2 which are N-type MOS transistors are transistors in which the side spacer portion on the source side is formed as a charge storage region. The memory transistors MCN1 and MCN2 are written (programmed) when negative charges are injected into the side spacer portions by channel hot electrons and the threshold value rises. The memory transistors MCN1 and MCN2 share the threshold voltage with the source line SL. A gate control line MGT is connected to the gate of the storage transistor MCN1, and another gate control line MGB is connected to the gate of the storage transistor MCN2. The drain portion (nodeT) of MCN1 is connected to the bit line BLT via a transfer gate MN1 that is an N-type MOS transistor. The drain part (nodeB) of MCN2 is connected to the bit line BLB via a transfer gate MN2 which is an N-type MOS transistor. A word line WL is connected to the gates of these transfer gates MN1 and MN2.

図7は図6で示した複数のメモリセルユニットを行(ロウ:X),列(カラム:Y)のアレイ状に接続したメモリデバイスの構成を示す図である。このメモリデバイスにおいて、ワード線WLは各行ごとに設けられており、ワード線ドライバにより各々独立に制御される。また、ビット線BLT、BLBは各列ごとに設けられており、カラム選択回路により各々独立に制御される。これら以外の信号線(SL、MGT、MGB)は全メモリセルユニット(ブロック)に共通に設けられ、共通に制御される。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a memory device in which a plurality of memory cell units shown in FIG. 6 are connected in a row (row: X) and column (column: Y) array. In this memory device, a word line WL is provided for each row and is controlled independently by a word line driver. The bit lines BLT and BLB are provided for each column, and are controlled independently by the column selection circuit. Other signal lines (SL, MGT, MGB) are provided in common to all memory cell units (blocks) and controlled in common.

この実施形態のメモリデバイスはメモリセルユニットそのものにフリップフロップを有しない構成であるため、フリップフロップがメモリアレイの外、すなわちセンスアンプ回路の外側に設けられており、センスアンプが読み出したメモリセルの情報が、フリップフロップに転送され、外部から読み取り可能となる。   Since the memory device of this embodiment has a configuration in which the memory cell unit itself does not have a flip-flop, the flip-flop is provided outside the memory array, that is, outside the sense amplifier circuit, and the memory cell read by the sense amplifier The information is transferred to the flip-flop and can be read from the outside.

図8はメモリセルユニットへの書き込み電圧印加条件を示す図である。この図はデータ“0”を書き込む場合、すなわち、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を上げる場合の条件を示している。“0”の書き込み時には、ソース電圧SL、ゲート電圧MGT、MGBを6Vに設定した条件下で、ワード線WLをVcc、True側ビット線BLTを0V、Bar側ビット線BLBをVccにする。これにより、True側のトランスファゲートMN1がオンすることでnodeTは例えば1Vとなり、記憶トランジスタMCN1には例えば300μAの電流が流れる。この電流により記憶トランジスタMCN1のソースSL側でチャネルホットエレクトロンが発生し、SL側のサイドスペーサ部に電子が注入されることで、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧が上昇する(プログラムされる)。   FIG. 8 is a diagram showing conditions for applying a write voltage to the memory cell unit. This figure shows the condition when data “0” is written, that is, when the threshold voltage of the memory transistor MCN1 is increased. When “0” is written, the word line WL is set to Vcc, the True side bit line BLT is set to 0 V, and the Bar side bit line BLB is set to Vcc under the condition that the source voltage SL and the gate voltages MGT and MGB are set to 6 V. As a result, when the True-side transfer gate MN1 is turned on, the node T becomes 1 V, for example, and a current of, for example, 300 μA flows through the storage transistor MCN1. This current causes channel hot electrons to be generated on the source SL side of the storage transistor MCN1, and electrons are injected into the side spacer portion on the SL side, whereby the threshold voltage of the storage transistor MCN1 rises (programs).

書き込み対象外である記憶トランジスタMCN2はトランスファゲートMN2がオフしていることで、nodeBがソース線SL側からの充電で約5V(6V−Vthn:Vthn=MCN2のしきい値電圧)に上昇するが、電流パスが無いのでチャネルホットエレクトロン注入は発生せず、しきい値電圧はそのままである。   Since the transfer gate MN2 is turned off, the storage transistor MCN2 that is not the target of writing has its node B raised to about 5V (6V-Vthn: Vthn = MCN2 threshold voltage) by charging from the source line SL side. Since there is no current path, channel hot electron injection does not occur and the threshold voltage remains unchanged.

また、データ“1”を書き込む場合の電圧印加条件、すなわち、記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧を上げるための電圧印加条件は、True側ビット線BLTの電圧とBar側ビット線BLBの電圧を交換し、BLT=Vcc、BLB=0Vに設定する。他の条件はデータ“0”書き込み時と同じである。   In addition, the voltage application condition for writing data “1”, that is, the voltage application condition for increasing the threshold voltage of the memory transistor MCN2, exchanges the voltage on the True side bit line BLT and the voltage on the Bar side bit line BLB. Then, BLT = Vcc and BLB = 0V are set. Other conditions are the same as when data “0” is written.

なお、本実施例では、記憶トランジスタMCN1のゲートMGT、ドレインSLにともに6Vを印加しているが、この電圧は6Vに限定されず、また、ゲートMGT、ドレインSL異なる電圧でも良い。   In this embodiment, 6V is applied to both the gate MGT and the drain SL of the memory transistor MCN1, but this voltage is not limited to 6V, and may be a voltage different from the gate MGT and the drain SL.

図9はメモリセルユニットへの消去電圧印加条件を示す図である。消去動作は全メモリセル(ブロック)一括で行われる。ソース線SLを9V、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0Vに設定した条件下で、ワード線WLをVcc、ビット線BLT、BLBを0Vにする。この電圧配置でトランスファゲートMN1、MN2がオンすることでnodeT、nodeBは0Vとなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2内では、ソース(ソース線SL)側からアバランシェホットホールHHがソース側サイドスペーサへ注入される。この正電荷により、図8の書き込み動作でトラップされている負電荷(エレクトロン)を中和することにより、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧を書き込み前の状態まで低下させる。   FIG. 9 is a diagram showing conditions for applying an erase voltage to the memory cell unit. The erase operation is performed for all memory cells (blocks) at once. Under the condition that the source line SL is set to 9V and the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 are set to 0V, the word line WL is set to Vcc and the bit lines BLT and BLB are set to 0V. When the transfer gates MN1 and MN2 are turned on with this voltage arrangement, nodeT and nodeB become 0V, and in the storage transistors MCN1 and MCN2, an avalanche hot hole HH is injected from the source (source line SL) side to the source side spacer. . The negative charges (electrons) trapped in the write operation of FIG. 8 are neutralized by the positive charges, thereby lowering the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 to the state before writing.

図10はメモリセルユニットへの読み出し電圧印加条件を示す図である。この図で示す電圧印加条件は、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。まず、記憶トランジスタMCN1、MCN2のソース電圧SLを0Vとし、ゲート電圧MGT、MGBをVccとする。この条件では、記憶トランジスタMCN1、MCN2のうち、プログラムされていない(しきい値電圧の低い)記憶トランジスタがオンし、プログラムされている(しきい値電圧の高い)記憶トランジスタはオフのままである。この状態でワード線WLをVccにしてトランスファゲートMN1、MN2をオンさせると、記憶トランジスタがオンしている側のみ電流が流れるため、この電流差がビット線BLT、BLBの電圧変化として現れる。この電位差を差動型センスアンプで読み出して、メモリアレイ外に設けられたフリップフロップに転送することにより、データの読み出しが完了する。データをフリップフロップに転送した後は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0Vにすることで、記憶トランジスタへの電界ストレスを緩和することができる。   FIG. 10 is a diagram showing conditions for applying a read voltage to the memory cell unit. The voltage application condition shown in this figure is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. First, the source voltage SL of the storage transistors MCN1 and MCN2 is set to 0V, and the gate voltages MGT and MGB are set to Vcc. Under this condition, of the storage transistors MCN1 and MCN2, the storage transistor that is not programmed (low threshold voltage) is turned on, and the storage transistor that is programmed (high threshold voltage) remains off. . In this state, when the word line WL is set to Vcc and the transfer gates MN1 and MN2 are turned on, a current flows only on the side where the storage transistor is turned on, so this current difference appears as a voltage change of the bit lines BLT and BLB. This potential difference is read by a differential sense amplifier and transferred to a flip-flop provided outside the memory array, whereby data reading is completed. After the data is transferred to the flip-flop, the electric field stress on the storage transistor can be reduced by setting the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 to 0V.

図11は、上記書き込み動作によって記憶トランジスタMCN1,MCN2に設定されるしきい値電圧を説明する図、すなわち、不揮発性メモリセルに対するデータ設定の方式を説明する図である。ここで、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧が低い状態(オン)で且つ記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧が高い状態(オフ)のときデータは"1"であり、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧が高い状態(オフ)で且つ記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧が低い状態(オン)のときデータは"0"である。   FIG. 11 is a diagram for explaining threshold voltages set in the memory transistors MCN1 and MCN2 by the write operation, that is, a diagram for explaining a data setting method for a nonvolatile memory cell. Here, when the threshold voltage of the storage transistor MCN1 is low (on) and the threshold voltage of the storage transistor MCN2 is high (off), the data is “1” and the threshold of the storage transistor MCN1 When the voltage is high (off) and the threshold voltage of the storage transistor MCN2 is low (on), the data is “0”.

同図(A)は、データ設定前、すなわち記憶トランジスタMCN1,MCN2のしきい値電圧が両方とも初期状態Vth0の場合を示す。この状態でも図26または図28に示す手順により、この不揮発性メモリセルの状態がデータ"1"に確定される。   FIG. 6A shows a case before data setting, that is, when the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both in the initial state Vth0. Even in this state, the state of the nonvolatile memory cell is determined to be data "1" by the procedure shown in FIG.

同図(B)は、不揮発性メモリセルにデータ"0"を設定したときのしきい値電圧を示している。データ"0"の書き込みは、同図(A)の初期状態から記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧をVth2(Vth2>Vth0)まで上げることで実現する。   FIG. 5B shows the threshold voltage when data “0” is set in the nonvolatile memory cell. Writing of data “0” is realized by raising the threshold voltage of the storage transistor MCN1 from the initial state in FIG. 5A to Vth2 (Vth2> Vth0).

同図(C)は、不揮発性メモリセルにデータ"1"を設定したときのしきい値電圧を示している。データ"1"の書き込みは、同図(A)の初期状態から記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧をVth2(Vth2>Vth0)まで上げることで実現する。   FIG. 3C shows the threshold voltage when data “1” is set in the nonvolatile memory cell. Writing of data “1” is realized by raising the threshold voltage of the memory transistor MCN2 from the initial state in FIG. 5A to Vth2 (Vth2> Vth0).

図9で説明した消去動作を行うと、同図(B),(C)のようにしきい値電圧が制御されていても、同図(A)に示す状態に復帰する。   When the erase operation described with reference to FIG. 9 is performed, the state shown in FIG. 9A is restored even if the threshold voltage is controlled as shown in FIGS.

このように、このメモリセルは、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧を上げても、再度初期状態Vth0まで下げることが可能であるため、また、記憶トランジスタMCN1、MCN2が共に初期状態Vth0の場合でも、強制的にデータを"1"に確定することができるため、複数回のデータの書き換えが要求される用途に用いても、True側(記憶トランジスタMCN1)とBar側(記憶トランジスタMCN2)のしきい値電圧の差である読み出しマージンを十分に大きく取ることができる。   Thus, since this memory cell can be lowered again to the initial state Vth0 even if the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are increased, both the storage transistors MCN1 and MCN2 are in the initial state Vth0. Even in this case, the data can be forcibly determined to be “1”. Therefore, even if the data is used for a plurality of times of rewriting, the True side (storage transistor MCN1) and the Bar side (storage transistor MCN2) are used. The read margin, which is the difference between the threshold voltages, can be made sufficiently large.

前述の制御方法においては、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。しかし、実際の用途ではデータ不定でないことが不明のメモリセルユニットに対して読み出しを行わなければならない場合があり得る。   The above-described control method is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. However, it may be necessary to read data from a memory cell unit whose data is not determined to be undefined in actual applications.

図12は、データ不定のメモリセルユニットが混在している場合においても、この不定データをデータ“1”と認識させつつ、既にデータ書き込み済みの不揮発性データ記憶部については、その書き込まれたデータどおりにデータを確定する電圧印加条件を示す図である。まず、記憶トランジスタMCN1、MCN2のソース電圧SLを0Vとし、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTをVcc、記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBをVcc−ΔV(例えばΔV=0.2V)とする。記憶トランジスタMCN1のゲート電位を記憶トランジスタMCN2のゲート電位よりもΔVだけ高く設定することで、記憶トランジスタMCN1が記憶トランジスタMCN2よりもオンしやすくなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合に、データを“1”と強制的に認識させることができる。一方、既にデータが書き込まれている場合には、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧の差に基づきデータを確定する。その動作は、図10で説明したものと同様である。   FIG. 12 shows a case where a non-volatile data storage unit in which data is already written while recognizing the indefinite data as data “1” even when there are mixed data indefinite memory cell units. It is a figure which shows the voltage application conditions which determine data as usual. First, the source voltage SL of the storage transistors MCN1 and MCN2 is set to 0V, the gate voltage MGT of the storage transistor MCN1 is set to Vcc, and the gate voltage MGB of the storage transistor MCN2 is set to Vcc−ΔV (for example, ΔV = 0.2V). By setting the gate potential of the memory transistor MCN1 higher than the gate potential of the memory transistor MCN2 by ΔV, the memory transistor MCN1 is more easily turned on than the memory transistor MCN2, and the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. When the data is indefinite, the data can be forcibly recognized as “1”. On the other hand, if data has already been written, the data is determined based on the difference between the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2. The operation is the same as that described in FIG.

ここで、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるような場合は、記憶トランジスタMCN1、MCN2に対して書き換えが行われていないことを示しており、書き換えに伴う記憶トランジスタの劣化もないと考えられる。このため、ΔVの大きさは、トランジスタの初期的なしきい値電圧のばらつきだけを考慮して決定すればよく、例えば0.2V程度で十分と考えられる。ここでは、データが不定の場合に、読み出されるデータを強制的に“1”に確定する場合について説明したが、MGT−MGBの電位差を反転させることで、データを“0”に確定させることも可能である。   Here, when the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0, this indicates that the memory transistors MCN1 and MCN2 are not rewritten, and the memory transistor deteriorates due to the rewrite. It is thought that there is not. For this reason, the magnitude of ΔV may be determined in consideration only of the initial threshold voltage variation of the transistor, and for example, about 0.2 V is considered sufficient. Here, the case where the data to be read is forcibly fixed to “1” when the data is indefinite has been described. However, the data may be fixed to “0” by inverting the potential difference of MGT-MGB. Is possible.

図13は、図12に示した電圧印加手順を行う場合のデータ確定のマージンを説明する図である。MCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるような初期状態においては、前述したように、MGB電圧をMGT電圧よりもΔVだけ低くすることで、MCN2側の見かけのしきい値電圧をΔVだけ高くし、強制的にデータ"1"と認識させている。既にデータ"0"が書き込まれているメモリセルにおいては、ΔV分だけマージンが減少することになるが、仮にVth2−Vth0=1V、ΔV=0.2Vとした場合のマージンは0.8Vとなる。既にデータ"1"が書き込まれているメモリセルにおいては、逆にΔV分だけマージンが増加することになり、仮にVth2−Vt h0=1V、 ΔV=0.2Vとした場合のマージンは1.2Vとなる。   FIG. 13 is a diagram for explaining a margin for determining data when the voltage application procedure shown in FIG. 12 is performed. In the initial state where the threshold voltages of MCN1 and MCN2 are both Vth0, as described above, the apparent threshold voltage on the MCN2 side is set to ΔV by making the MGB voltage lower by ΔV than the MGT voltage. The data is forcibly recognized as data “1”. In a memory cell in which data “0” has already been written, the margin decreases by ΔV. However, if Vth2−Vth0 = 1V and ΔV = 0.2V, the margin becomes 0.8V. . In the memory cell in which data “1” has already been written, the margin is increased by ΔV. If Vth2−Vth0 = 1V and ΔV = 0.2V, the margin is 1.2V. It becomes.

図14は記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を検出する方法を説明する図である。この図は、しきい値電圧検出時の電圧印加条件を示している。この方法を用いて記憶トランジスタのしきい値電圧を検出することにより、初期状態でのしきい値電圧ばらつき、書き込み・消去動作におけるしきい値電圧変化量、書き換え後のしきい値電圧の高温保持特性などの評価を行うことが可能となる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a method for detecting the threshold voltage of the memory transistor MCN1. This figure shows the voltage application conditions when the threshold voltage is detected. By detecting the threshold voltage of the memory transistor using this method, the threshold voltage variation in the initial state, the amount of change in threshold voltage during write / erase operations, and the threshold voltage after rewriting are maintained at a high temperature It is possible to evaluate characteristics and the like.

記憶トランジスタMCN1のソース電圧SLに0V、ドレイン(nodeT)に1Vを供給する。ドレインにはトランスファゲートMN1を介してビット線BLTから1Vが供給される。この条件下で、記憶トランジスタのゲートにMAP電圧(可変)を印加する。MAP電圧を可変とすることで、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧(ある一定電流を流すのに必要なゲート電圧)判定が可能となる。   0 V is supplied to the source voltage SL and 1 V is supplied to the drain (nodeT) of the memory transistor MCN1. The drain is supplied with 1V from the bit line BLT via the transfer gate MN1. Under this condition, a MAP voltage (variable) is applied to the gate of the storage transistor. By making the MAP voltage variable, it is possible to determine the threshold voltage of the memory transistor MCN1 (the gate voltage necessary to flow a certain current).

記憶トランジスタMCN1側のしきい値電圧を測定している時は、記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBを0Vに設定してオフさせておく。記憶トランジスタMCN2のソース、ドレイン間電圧は0Vであるため、トランジスタがオンしていても電流は流れないが、何らかのリーク電流でソース電圧SLが引き上げられないように記憶トランジスタMCN2をオフしておくものである。記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBは、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTと同じMAP電圧にしていても動作上問題は無い。   When the threshold voltage on the storage transistor MCN1 side is being measured, the gate voltage MGB of the storage transistor MCN2 is set to 0 V and turned off. Since the voltage between the source and drain of the storage transistor MCN2 is 0V, no current flows even if the transistor is turned on, but the storage transistor MCN2 is turned off so that the source voltage SL is not raised by some leakage current. It is. Even if the gate voltage MGB of the storage transistor MCN2 is the same MAP voltage as the gate voltage MGT of the storage transistor MCN1, there is no problem in operation.

図14は、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を測定する場合の電圧印加条件を示しているが、記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧を測定する場合は、ビット線BLT、BLBの制御およびゲート電圧MGT、MGBの制御をそれぞれ逆にすればよい。   FIG. 14 shows voltage application conditions when measuring the threshold voltage of the storage transistor MCN1, but when measuring the threshold voltage of the storage transistor MCN2, the control of the bit lines BLT and BLB and the gate voltage are shown. The control of MGT and MGB may be reversed.

≪実施形態2≫
図15はメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態2)を示す図である。図6に示した実施形態1と異なる点は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGを共通にした点である。この構成では、図12に示したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT,MGBを別々に制御することができないため、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にデータを“1”または“0”に確定することはできないが、このようなデータ不定のメモリセルが混在しない場合には、構造が簡略化されるため有用である。
<< Embodiment 2 >>
FIG. 15 is a diagram showing another embodiment (Embodiment 2) of the memory cell unit. The difference from the first embodiment shown in FIG. 6 is that the gate voltages MG of the storage transistors MCN1 and MCN2 are made common. In this configuration, since the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately as shown in FIG. 12, data in which the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. Data cannot be determined to be “1” or “0” when indefinite, but it is useful when such data indefinite memory cells are not mixed because the structure is simplified.

図15に示したメモリセルを図7に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。このメモリセルの書き込み、消去、読み出しの動作は、実施形態1の図8、図9、図10に示した動作と同様である。また、しきい値電圧検出時は、図14のように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧を別々に制御できないため、測定対象でない側の記憶トランジスタのゲート電圧もMAP電圧に制御されるが、測定対象でない側の記憶トランジスタのソース、ドレイン間の電位差は0Vであり、リーク電流は流れないので、動作上問題は無い。   A memory device is configured by connecting the memory cells shown in FIG. 15 in an array as shown in FIG. The writing, erasing, and reading operations of this memory cell are the same as the operations shown in FIGS. 8, 9, and 10 of the first embodiment. Further, when the threshold voltage is detected, the gate voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately as shown in FIG. 14, and therefore the gate voltage of the storage transistor on the non-measurement side is also controlled by the MAP voltage. Since the potential difference between the source and drain of the storage transistor on the non-target side is 0 V and no leakage current flows, there is no problem in operation.

この実施形態の構成は、上述したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧制御が共通化されるため、記憶トランジスタのゲート制御用ドライバ数を実施形態1に比して約1/2に削減できるというメリットを有する。   In the configuration of this embodiment, since the gate voltage control of the storage transistors MCN1 and MCN2 is shared as described above, the number of gate control drivers for the storage transistors can be reduced to about ½ compared to the first embodiment. It has the merit that.

≪実施形態3≫
図16はメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態3)を示す図である。図6に示した実施形態1と異なる点は、フューズ出力用途で使用する場合を想定して、フリップフロップ及び各フリップフロップ出力を反転出力するインバータをメモリアレイの各メモリセルの中に各々配置している点である。記憶トランジスタMCN1,MCN2、トランスファゲートMN1,MN2の接続形態は、図6に示した実施形態1と同様である。
<< Embodiment 3 >>
FIG. 16 is a diagram showing another embodiment (third embodiment) of the memory cell unit. The difference from the first embodiment shown in FIG. 6 is that a flip-flop and an inverter that inverts each flip-flop output are arranged in each memory cell of the memory array, assuming that the fuse output is used. It is a point. The connection form of the memory transistors MCN1, MCN2 and transfer gates MN1, MN2 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

フリップフロップ部は、Nウエル電位、ソース電位をVccとするPMOSトランジスタMP1、MP2、および、Pウエル電位をGND、ソース電位をNCSとするNMOSトランジスタMN5、MN6で形成される。PMOSトランジスタMP1、NMOSトランジスタMN5がTRUE側インバータを構成し、PMOSトランジスタMP2、NMOSトランジスタMN6がBAR側インバータを構成する。   The flip-flop section is formed of PMOS transistors MP1 and MP2 having an N well potential and a source potential of Vcc, and NMOS transistors MN5 and MN6 having a P well potential of GND and a source potential of NCS. The PMOS transistor MP1 and the NMOS transistor MN5 constitute a TRUE side inverter, and the PMOS transistor MP2 and the NMOS transistor MN6 constitute a BAR side inverter.

フリップフロップのTRUE側入出力部LATTは、NMOSトランジスタMN3を介してnodeTに接続される。フリップフロップのBAR側入出力部LATBは、NMOSトランジスタMN4を介してnodeBに接続される。NMOSトランジスタMN3、MN4のゲート電位は、制御信号RESPで制御される。   The TRUE side input / output unit LATT of the flip-flop is connected to the nodeT via the NMOS transistor MN3. The BAR side input / output unit LATB of the flip-flop is connected to the nodeB via the NMOS transistor MN4. The gate potentials of the NMOS transistors MN3 and MN4 are controlled by a control signal RESP.

また、フリップフロップのTRUE側入出力部LATTは、PMOSトランジスタMP3を介してVccに接続される。フリップフロップのBAR側入出力部LATBは、PMOSトランジスタMP4を介してVccに接続される。PMOSトランジスタMP3、MP4のゲート電位は、制御信号PRENで制御される。   Further, the TRUE side input / output unit LATT of the flip-flop is connected to Vcc via the PMOS transistor MP3. The BAR side input / output unit LATB of the flip-flop is connected to Vcc via the PMOS transistor MP4. The gate potentials of the PMOS transistors MP3 and MP4 are controlled by a control signal PREN.

フリップフロップのTRUE側出力LATTはPMOSトランジスタMP5、NMOSトランジスタMN7で形成されるインバータの入力となり、反転出力OUTとなって出力される。一方、フリップフロップのBAR側出力LATBはPMOSトランジスタMP6、NMOSトランジスタMN8で形成されるインバータの入力となり、反転出力IOUTとなって出力される。ヒューズ用途で使用する場合はOUT及びIOUTのどちらか一方を使用することとなるが、フリップフロップへのデータ転送時にLATT、LATBの寄生容量のバランスをとり、動作安定性を確保するために両方に配置している。   The TRUE output LATT of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP5 and the NMOS transistor MN7, and is output as an inverted output OUT. On the other hand, the BAR side output LATB of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP6 and the NMOS transistor MN8, and is output as an inverted output IOUT. When using for fuses, either OUT or IOUT will be used, but to balance the parasitic capacitances of LATT and LATB when transferring data to the flip-flops, both to ensure operational stability It is arranged.

図17は図16に示した複数のメモリセルユニットを行(ロウ:X),列(カラム:Y)のアレイ状に接続したメモリデバイスの構成を示す図である。このメモリデバイスにおいては、ワード線WLは各行ごとに設けられており、ワード線ドライバにより各々独立に制御される。また、ビット線BLT、BLBは各列ごとに設けられており、カラム選択回路により各々独立に制御される。これら以外の信号線(SL、MGT、MGB、PREN、NCS、RESP)は全メモリセルユニット(ブロック)に共通に設けられ、共通に制御される。   FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a memory device in which a plurality of memory cell units shown in FIG. 16 are connected in a row (row: X) and column (column: Y) array. In this memory device, a word line WL is provided for each row and is controlled independently by a word line driver. The bit lines BLT and BLB are provided for each column, and are controlled independently by the column selection circuit. Other signal lines (SL, MGT, MGB, PREN, NCS, RESP) are provided in common to all the memory cell units (blocks) and controlled in common.

図18はメモリセルユニットへの書き込み電圧印加条件を示す図である。この図はデータ“0”を書き込む場合、すなわち、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を上げる場合の条件を示している。不揮発性データ記憶部に対する動作は実施形態1と同様である。フリップフロップ部は、NMOSトランジスタMN3、MN4のゲート電位RESPを0Vにしてオフしていることで、不揮発性データ記憶部からは電気的に切り離されている。   FIG. 18 is a diagram showing conditions for applying a write voltage to the memory cell unit. This figure shows the condition when data “0” is written, that is, when the threshold voltage of the memory transistor MCN1 is increased. The operation for the nonvolatile data storage unit is the same as that of the first embodiment. The flip-flop unit is electrically disconnected from the nonvolatile data storage unit by turning off the gate potential RESP of the NMOS transistors MN3 and MN4 with 0V.

“0”の書き込み時には、ソース電圧SL、ゲート電圧MGT、MGBを6Vに設定した条件下で、ワード線WLをVcc、True側ビット線BLTを0V、Bar側BLBをVccにする。これにより、True側のトランスファゲートMN1がオンすることでnodeTは例えば1Vとなり、記憶トランジスタMCN1には例えば300μAの電流が流れる。この電流により記憶トランジスタMCN1のソースSL側でチャネルホットエレクトロンが発生し、SL側のサイドスペーサ部に電子が注入されることで、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧が上昇する(プログラムされる)。   At the time of writing “0”, the word line WL is set to Vcc, the True side bit line BLT is set to 0 V, and the Bar side BLB is set to Vcc under the condition that the source voltage SL and the gate voltages MGT and MGB are set to 6 V. As a result, when the True-side transfer gate MN1 is turned on, the node T becomes 1 V, for example, and a current of, for example, 300 μA flows through the storage transistor MCN1. This current causes channel hot electrons to be generated on the source SL side of the storage transistor MCN1, and electrons are injected into the side spacer portion on the SL side, whereby the threshold voltage of the storage transistor MCN1 rises (programs).

書き込み対象外である記憶トランジスタMCN2はトランスファゲートMN2がオフしていることで、nodeBがソース線SL側からの充電で約5V(6V−Vthn:Vthn=MCN2のしきい値電圧)に上昇するが、電流パスが無いのでチャネルホットエレクトロン注入は発生せず、しきい値電圧はそのままである。   Since the transfer gate MN2 is turned off, the storage transistor MCN2 that is not the target of writing has its node B raised to about 5V (6V-Vthn: Vthn = MCN2 threshold voltage) by charging from the source line SL side. Since there is no current path, channel hot electron injection does not occur and the threshold voltage remains unchanged.

また、データ“1”を書き込む場合の電圧印加条件、すなわち、記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧を上げるための電圧印加条件は、True側ビット線BLTの電圧とBar側ビット線BLBの電圧を交換し、BLT=Vcc、BLB=0Vに設定する。他の条件はデータ“0”書き込み時と同じである。   In addition, the voltage application condition for writing data “1”, that is, the voltage application condition for increasing the threshold voltage of the memory transistor MCN2, exchanges the voltage on the True side bit line BLT and the voltage on the Bar side bit line BLB. Then, BLT = Vcc and BLB = 0V are set. Other conditions are the same as when data “0” is written.

なお、本実施例では、記憶トランジスタMCN1のゲートMGT、ドレインSLにともに6Vを印加しているが、この電圧は6Vに限定されず、また、ゲートMGT、ドレインSL異なる電圧でも良い。   In this embodiment, 6V is applied to both the gate MGT and the drain SL of the memory transistor MCN1, but this voltage is not limited to 6V, and may be a voltage different from the gate MGT and the drain SL.

図19はメモリセルユニットへの消去電圧印加条件を示す図である。不揮発性データ記憶部に対する動作は、実施形態1の図9に示したものとほぼ同様である。フリップフロップ部は、NMOSトランジスタMN3、MN4のゲート電圧RESPを0Vにしてオフしていることで、記憶トランジスタ部からは電気的に切り離されている。   FIG. 19 is a diagram showing conditions for applying an erase voltage to the memory cell unit. The operation for the nonvolatile data storage unit is substantially the same as that shown in FIG. 9 of the first embodiment. The flip-flop section is electrically disconnected from the storage transistor section by turning off the gate voltages RESP of the NMOS transistors MN3 and MN4 by setting them to 0V.

消去動作は全メモリセル(ブロック)一括で行われる。ソース線SLを9V、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0Vに設定した条件下で、ワード線WLをVcc、ビット線BLT、BLBを0Vにする。この電圧配置でトランスファゲートMN1、MN2がオンすることでnodeT、nodeBは0Vとなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2ないでは、ソース(ソース線SL)側からアバランシェホットホールHHがソース側サイドスペーサへ注入される。この正電荷により、図18の書き込み動作でトラップされている負電荷(エレクトロン)を中和することにより、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧を書き込み前の状態まで低下させる。   The erase operation is performed for all memory cells (blocks) at once. Under the condition that the source line SL is set to 9V and the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 are set to 0V, the word line WL is set to Vcc and the bit lines BLT and BLB are set to 0V. When the transfer gates MN1 and MN2 are turned on with this voltage arrangement, the nodes T and nodeB become 0 V, and without the storage transistors MCN1 and MCN2, the avalanche hot hole HH is injected from the source (source line SL) side to the source side spacer. . This positive charge neutralizes the negative charges (electrons) trapped in the write operation of FIG. 18, thereby lowering the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 to the state before writing.

図20はメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送する場合の動作電圧条件を示す。この図で示す電圧印加条件は、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。フリップフロップ部へのデータ転送は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のソース電圧SLを0Vとした条件下で、以下の手順で行う。時刻t0に記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0VからVccに昇圧し、フリップフロップ部のNMOS側ソース電圧NCSを0VからVcc−Vthに昇圧してセンス動作の準備をする。時刻t1に、PREN信号を0Vに設定することで、プリチャージ用PMOSトランジスタMP3、MP4がオンし、LATT、LATBはVccにプリチャージされる。続いて時刻t2にRESP信号をVccに設定することで、NMOSトランジスタMN3、MN4がオンし、記憶トランジスタMCN1、MCN2のドレイン側電位であるnodeT、nodeBはVcc−Vthに充電される。時刻t3にPREN信号をVccに戻すことで、プリチャージ動作は完了し、記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流差に応じた電位差がLATT、LATBに現れる。あるセンス時間だけ待った後の時刻t4にNCS電位を0Vに戻すことでフリップフロップ部の状態を確定し、時刻t5にRESP信号及び記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0Vに戻すことで動作完了となる。動作完了後は記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBは0Vであり、記憶トランジスタへの電界ストレスを緩和することが可能である。   FIG. 20 shows operating voltage conditions when transferring data in the nonvolatile data storage unit to the flip-flop unit in the memory cell unit. The voltage application condition shown in this figure is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. Data transfer to the flip-flop unit is performed in the following procedure under the condition that the source voltage SL of the memory transistors MCN1 and MCN2 is 0V. At time t0, the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 are boosted from 0V to Vcc, and the NMOS side source voltage NCS of the flip-flop unit is boosted from 0V to Vcc-Vth to prepare for the sensing operation. By setting the PREN signal to 0 V at time t1, the precharging PMOS transistors MP3 and MP4 are turned on, and LATT and LATB are precharged to Vcc. Subsequently, by setting the RESP signal to Vcc at time t2, the NMOS transistors MN3 and MN4 are turned on, and the nodeT and nodeB which are the drain side potentials of the memory transistors MCN1 and MCN2 are charged to Vcc−Vth. By returning the PREN signal to Vcc at time t3, the precharge operation is completed, and a potential difference corresponding to the current difference between the storage transistors MCN1 and MCN2 appears in LATT and LATB. The state of the flip-flop unit is determined by returning the NCS potential to 0V at time t4 after waiting for a certain sensing time, and the RESP signal and the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 are returned to 0V at time t5. The operation is complete. After the operation is completed, the gate voltages MGT and MGB of the memory transistors MCN1 and MCN2 are 0 V, and it is possible to reduce the electric field stress on the memory transistors.

前述の制御方法においては、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。しかし、実際の用途ではデータ不定でないことが不明のメモリセルユニットに対して読み出しを行わなければならない場合があり得る。   The above-described control method is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. However, it may be necessary to read data from a memory cell unit whose data is not determined to be undefined in actual applications.

図21は、データ不定のメモリセルユニットが混在している場合においても、この不定データをデータ“1”と認識させつつ、既にデータ書き込み済みの不揮発性データ記憶部については、その書き込まれたデータどおりにデータを確定する電圧印加条件を示す図である。図20に示した電圧印加条件と異なる点は、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTをVcc、記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBをVcc−ΔV(例えばΔV=0.2V)として、MCN1のゲート電圧をMCN2のゲート電圧よりもΔVだけ高く設定している点である。これにより、記憶トランジスタMCN1が記憶トランジスタMCN2よりもオンしやすくなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にも、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”に設定することができる。一方、既にデータが書き込まれている場合には、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧の差に基づきデータを確定する。その動作は図20に示したものと同様である。   FIG. 21 shows that even when a memory cell unit with indefinite data is mixed, the indefinite data is recognized as data “1”, and the non-volatile data storage unit to which data has already been written is written data. It is a figure which shows the voltage application conditions which determine data as usual. 20 is different from the voltage application condition shown in FIG. 20 in that the gate voltage MGT of the memory transistor MCN1 is Vcc, the gate voltage MGB of the memory transistor MCN2 is Vcc−ΔV (for example, ΔV = 0.2 V), and the gate voltage of MCN1 is MCN2. That is, it is set higher than the gate voltage by ΔV. As a result, the memory transistor MCN1 is more likely to be turned on than the memory transistor MCN2, and the data set in the flip-flop unit can be obtained even when the data is indefinite such that the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. It can be forcibly set to “1”. On the other hand, if data has already been written, the data is determined based on the difference between the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2. The operation is the same as that shown in FIG.

ここで、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるような場合は、記憶トランジスタMCN1、MCN2に対して書き換えが行われていないことを示しており、書き換えに伴うトランジスタ劣化もないと考えられる。このため、ΔVの大きさは、トランジスタの初期的なしきい値電圧のばらつきだけを考慮して決定すればよく、例えば0.2V程度で十分と考えられる。   Here, when the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0, it indicates that the memory transistors MCN1 and MCN2 have not been rewritten, and there is no transistor deterioration due to rewriting. it is conceivable that. For this reason, the magnitude of ΔV may be determined in consideration only of the initial threshold voltage variation of the transistor, and for example, about 0.2 V is considered sufficient.

ここでは、データが不定の場合に、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”とする場合について説明したが、MGT−MGBの電位差を反転させることで、設定データを“0”とすることも可能である。   Although the case where the data set in the flip-flop unit is forcibly set to “1” when the data is indefinite has been described here, the setting data is set to “0” by inverting the potential difference of MGT-MGB. It is also possible.

図22は記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を検出する方法を説明する図である。不揮発性データ記憶部に対する電圧印加条件は、実施形態1の図14に示した電圧印加条件と同様である。フリップフロップ部は、NMOSトランジスタMN3、MN4をゲート電圧RESPを0Vにしてオフしていることにより、不揮発性データ記憶部からは電気的に切り離されている。   FIG. 22 is a diagram illustrating a method for detecting the threshold voltage of the memory transistor MCN1. The voltage application conditions for the nonvolatile data storage unit are the same as the voltage application conditions shown in FIG. 14 of the first embodiment. The flip-flop unit is electrically disconnected from the nonvolatile data storage unit by turning off the NMOS transistors MN3 and MN4 with the gate voltage RESP being 0V.

この方法を用いて記憶トランジスタのしきい値電圧を検出することにより、初期状態でのしきい値電圧ばらつき、書き込み・消去動作におけるしきい値電圧変化量、書き換え後のしきい値電圧の高温保持特性などの評価を行うことが可能となる。   By detecting the threshold voltage of the memory transistor using this method, the threshold voltage variation in the initial state, the amount of change in threshold voltage during write / erase operations, and the threshold voltage after rewriting are maintained at a high temperature It is possible to evaluate characteristics and the like.

記憶トランジスタMCN1のソース電圧SLに0V、ドレイン(nodeT)に1Vを供給する。ドレインにはトランスファゲートMN1を介してビット線BLTから1Vが供給される。この条件下で、記憶トランジスタのゲートにMAP電圧(可変)を印加する。MAP電圧を可変とすることで、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧(ある一定電流を流すのに必要なゲート電圧)判定が可能となる。   0 V is supplied to the source voltage SL and 1 V is supplied to the drain (nodeT) of the memory transistor MCN1. The drain is supplied with 1V from the bit line BLT via the transfer gate MN1. Under this condition, a MAP voltage (variable) is applied to the gate of the storage transistor. By making the MAP voltage variable, it is possible to determine the threshold voltage of the memory transistor MCN1 (the gate voltage necessary to flow a certain current).

記憶トランジスタMCN1側のしきい値電圧を測定している時は、記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBを0Vに設定してオフさせておく。記憶トランジスタMCN2のソース、ドレイン間電圧は0Vであるため、トランジスタがオンしていても電流は流れないが、何らかのリーク電流でソース電圧SLが引き上げられないように記憶トランジスタMCN2をオフしておくものである。記憶トランジスタMCN2のゲート電圧MGBは、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTと同じMAP電圧にしていても動作上問題は無い。   When the threshold voltage on the storage transistor MCN1 side is being measured, the gate voltage MGB of the storage transistor MCN2 is set to 0 V and turned off. Since the voltage between the source and drain of the storage transistor MCN2 is 0V, no current flows even if the transistor is turned on, but the storage transistor MCN2 is turned off so that the source voltage SL is not raised by some leakage current. It is. Even if the gate voltage MGB of the storage transistor MCN2 is the same MAP voltage as the gate voltage MGT of the storage transistor MCN1, there is no problem in operation.

図22は、記憶トランジスタMCN1のしきい値電圧を測定する場合の電圧印加条件を示しているが、記憶トランジスタMCN2のしきい値電圧を測定する場合は、ビット線BLT、BLBの制御およびゲート電圧MGT、MGBの制御をそれぞれ逆にすればよい。   FIG. 22 shows voltage application conditions when measuring the threshold voltage of the storage transistor MCN1, but when measuring the threshold voltage of the storage transistor MCN2, the control of the bit lines BLT and BLB and the gate voltage are shown. The control of MGT and MGB may be reversed.

≪実施形態4≫
図23はメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態4)を示す図である。図16に示した実施形態3と異なる点は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGを共通にした点である。この構成では、図21に示したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT,MGBを別々に制御することができないため、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にデータを“1”または“0”に確定することはできないが、このようなデータ不定のメモリセルが混在しない場合には、構造が簡略化されるため有用である。
<< Embodiment 4 >>
FIG. 23 is a diagram showing another embodiment (embodiment 4) of the memory cell unit. A difference from the third embodiment shown in FIG. 16 is that the gate voltages MG of the memory transistors MCN1 and MCN2 are made common. In this configuration, as shown in FIG. 21, since the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately, data in which the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. Data cannot be determined to be “1” or “0” when indefinite, but it is useful when such data indefinite memory cells are not mixed because the structure is simplified.

図23に示したメモリセルを図17に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。このメモリセルの書き込み、消去、読み出しの動作は、実施形態3の図18、図19、図20に示した動作と同様である。また、しきい値電圧検出時は、図22のように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧を別々に制御できないため、測定対象でない側の記憶トランジスタのゲート電圧もMAP電圧に制御されるが、測定対象でない側の記憶トランジスタのソース、ドレイン間の電位差は0Vであり、リーク電流は流れないので、動作上問題は無い。   The memory cells shown in FIG. 23 are connected in an array as shown in FIG. 17 to form a memory device. The writing, erasing and reading operations of this memory cell are the same as the operations shown in FIGS. 18, 19 and 20 of the third embodiment. Further, when the threshold voltage is detected, the gate voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately as shown in FIG. 22, so the gate voltage of the storage transistor on the non-measurement side is also controlled to the MAP voltage. Since the potential difference between the source and drain of the storage transistor on the non-target side is 0 V and no leakage current flows, there is no problem in operation.

この実施形態の構成は、上述したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧制御が共通化されるため、記憶トランジスタのゲート制御用ドライバ数を実施形態1に比して約1/2に削減できるというメリットを有する。   In the configuration of this embodiment, since the gate voltage control of the storage transistors MCN1 and MCN2 is shared as described above, the number of gate control drivers for the storage transistors can be reduced to about ½ compared to the first embodiment. It has the merit that.

≪実施形態5≫
図24はメモリデバイスのメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態5)を示す図である。図16に示した実施形態3と同様、フューズ出力用途で使用する場合を想定して、フリップフロップ及び各フリップフロップ出力を反転出力するインバータを各メモリセルユニット内に設けた構成になっている。記憶トランジスタMCN1,MCN2、トランスファゲートMN1,MN2の接続形態は、図6に示した実施形態1と同じである。
<< Embodiment 5 >>
FIG. 24 is a diagram showing another embodiment (fifth embodiment) of the memory cell unit of the memory device. As in the third embodiment shown in FIG. 16, assuming that the fuse output is used, a flip-flop and an inverter for inverting and outputting each flip-flop output are provided in each memory cell unit. The connection form of the memory transistors MCN1, MCN2 and transfer gates MN1, MN2 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

フリップフロップ部は、Nウエル電位をVcc、ソース電位をPCSとするPMOSトランジスタMP1、MP2、並びに、Pウエル電位をGND、ソース電位をNCSとするNMOSトランジスタMN5、MN6で形成される。PMOSトランジスタMP1、NMOSトランジスタMN5がTRUE側インバータを構成し、PMOSトランジスタMP2、NMOSトランジスタMN6がBAR側インバータを構成する。   The flip-flop section is formed by PMOS transistors MP1 and MP2 having an N well potential of Vcc and a source potential of PCS, and NMOS transistors MN5 and MN6 having a P well potential of GND and a source potential of NCS. The PMOS transistor MP1 and the NMOS transistor MN5 constitute a TRUE side inverter, and the PMOS transistor MP2 and the NMOS transistor MN6 constitute a BAR side inverter.

フリップフロップのTRUE側入出力部LATTは、PMOSトランジスタMP7およびNMOSトランジスタMN9を介してSENSETに接続される。フリップフロップのBAR側入出力部LATBは、PMOSトランジスタMP8およびNMOSトランジスタMN10を介してSENSEBに接続される。PMOSトランジスタMP7、MP8のゲート電位はLATPによって制御される、NMOSトランジスタMN9、MN10のゲート電位はLATNで制御される。SENSET、SENSEBは各々カレントミラー接続されたPMOSトランジスタMP3、MP4のドレイン電位であり、SENSETはNMOSトランジスタMN3を介してnodeTに接続され、SENSEBはNMOSトランジスタMN4を介してnodeBに接続される。NMOSトランジスタMN3MN4のゲート電位はRESPで制御される。   The TRUE side input / output unit LATT of the flip-flop is connected to SENSE via the PMOS transistor MP7 and the NMOS transistor MN9. The BAR side input / output unit LATB of the flip-flop is connected to SENSEB through the PMOS transistor MP8 and the NMOS transistor MN10. The gate potentials of the PMOS transistors MP7 and MP8 are controlled by LATP, and the gate potentials of the NMOS transistors MN9 and MN10 are controlled by LATN. SENSSET and SENSEB are the drain potentials of the PMOS transistors MP3 and MP4 that are current-mirror connected, SENSE is connected to nodeT via the NMOS transistor MN3, and SENSEB is connected to nodeB via the NMOS transistor MN4. The gate potential of the NMOS transistors MN3MN4 is controlled by RESP.

フリップフロップのTRUE側出力LATTはPMOSトランジスタMP5、NMOSトランジスタMN7で形成されるインバータの入力となり、反転出力OUTとなって出力される。一方、フリップフロップのBAR側出力LATBはPMOSトランジスタMP6、NMOSトランジスタMN8で形成されるインバータの入力となり、反転出力IOUTとなって出力される。ヒューズ用途で使用する場合はOUT及びIOUTのどちらか一方を使用することとなるが、フリップフロップへのデータ転送時にLATT、LATBの寄生容量のバランスをとり、動作安定性を確保するために両方に配置している。   The TRUE output LATT of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP5 and the NMOS transistor MN7, and is output as an inverted output OUT. On the other hand, the BAR side output LATB of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP6 and the NMOS transistor MN8, and is output as an inverted output IOUT. When using for fuses, either OUT or IOUT will be used, but to balance the parasitic capacitances of LATT and LATB when transferring data to the flip-flops, both to ensure operational stability It is arranged.

この実施形態のメモリセルユニットの動作においてが実施形態3のメモリセルユニットの動作と異なる点は、不揮発性データ記憶部からフリップフロップ部へのデータ転送方法のみであり、書込動作、消去動作はRESPを0Vにしてフリップフロップ部を電気的に切り離して行うので全く同じ動作となる。フリップフロップ部へのデータ転送時には、記憶素子MCN1、MCN2の電流差に応じた電圧差がSENSET、SENSEBに安定して出力され、その電圧がフリップフロップ部に転送される。   The operation of the memory cell unit of this embodiment is different from the operation of the memory cell unit of the third embodiment only in the data transfer method from the nonvolatile data storage unit to the flip-flop unit. Since RESP is set to 0V and the flip-flop is electrically disconnected, the operation is exactly the same. At the time of data transfer to the flip-flop unit, a voltage difference corresponding to the current difference between the memory elements MCN1 and MCN2 is stably output to SENSE and SENSEB, and the voltage is transferred to the flip-flop unit.

なお、図24に示した複数のメモリセルを図17に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。   A memory device is configured by connecting a plurality of memory cells shown in FIG. 24 in an array as shown in FIG.

図25は不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送する場合の動作電圧条件を示す図である。この図で示す電圧印加条件は、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。フリップフロップ部へのデータ転送は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のソース電圧SLを0Vとした条件下で、以下の手順で行う。時刻t0に記憶素子トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0VからVccに昇圧し、フリップフロップ部のPMOS側ソース電圧PCSをVccから1/2Vccに降圧し、NMOS側ソース電圧NCSを0Vから1/2Vccに昇圧してセンス動作の準備をする。時刻t1にRESP信号をVccにしてNMOSトランジスタMN3、MN4をオンすることにより、記憶トランジスタMCN1、MCN2のドレイン側電位であるSENSET、SENSEBはカレントミラー接続されたPMOSトランジスタMP3、MP4を介して流れる記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流の差に応じた電位となる。SENSEBは記憶トランジスタMCN2側の電流値だけで決まり、SENSETは記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流差で決まる。例えば、記憶トランジスタMCN1側の電流が記憶トランジスタMCN2側の電流より大きい場合はSENSET<SENSEBとなり、逆の場合は、SENSET>SENSEBとなる。SENSET、SENSEBの電位差が確保された時刻t2にLATPをVccから0V、LATNを0VからVccにすることで、SENSET、SENSEBの電位をフリップフロップ部の入力であるLATT、LATBに転送する。時刻t3にLATP、LATNを各々Vcc、0Vに戻し、時刻t4にNCSを0V、時刻t5にPCSをVccにすることで、フリップフロップ部のデータが確定する。   FIG. 25 is a diagram showing operating voltage conditions when data in the nonvolatile data storage unit is transferred to the flip-flop unit. The voltage application condition shown in this figure is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. Data transfer to the flip-flop unit is performed in the following procedure under the condition that the source voltage SL of the memory transistors MCN1 and MCN2 is 0V. At time t0, the gate voltages MGT and MGB of the memory element transistors MCN1 and MCN2 are boosted from 0V to Vcc, the PMOS side source voltage PCS of the flip-flop is lowered from Vcc to 1 / 2Vcc, and the NMOS side source voltage NCS is decreased from 0V. The voltage is boosted to 1/2 Vcc to prepare for the sensing operation. By turning the NMOS transistors MN3 and MN4 on at time t1 by setting the RESP signal to Vcc, the memory side MCN1 and MCN2 drain side potentials SENSE and SENSEB flow through the current mirror-connected PMOS transistors MP3 and MP4. The potential is in accordance with the difference in current between the transistors MCN1 and MCN2. SENSEB is determined only by the current value on the storage transistor MCN2 side, and SENSE is determined by the current difference between the storage transistors MCN1 and MCN2. For example, when the current on the storage transistor MCN1 side is larger than the current on the storage transistor MCN2 side, SENSE <SENSEB, and vice versa. By changing LATP from Vcc to 0 V and LATN from 0 V to Vcc at time t2 when the potential difference between SENSE and SENSEB is ensured, the potentials SENSE and SENSEB are transferred to LATT and LATB which are inputs to the flip-flop unit. At time t3, LATP and LATN are returned to Vcc and 0 V, respectively, NCS is set to 0 V at time t4, and PCS is set to Vcc at time t5, so that data in the flip-flop unit is determined.

なお、SENSET、SENSEBの電位差をフリップフロップに転送した後は記憶素子MCN1、MCN2側に電流を流す必要は無いので、時刻t4にRESP及び記憶トランジスタのゲート電位MGT、MGBは0Vに戻しており、記憶トランジスタへの電界ストレスを緩和することが可能となる。   After the potential difference between SENSET and SENSEB is transferred to the flip-flop, it is not necessary to pass a current to the storage elements MCN1 and MCN2, so that the RESP and the gate potentials MGT and MGB of the storage transistors are returned to 0 V at time t4. It becomes possible to alleviate electric field stress on the memory transistor.

実施形態3では、フリップフロップ部の入力であるLATT、LATNは記憶素子MCN1、MCN2の電流により、どちらも引き下げられていく過程での過渡状態をフリップフロップ部でセンスするのに対し、本実施形態では、カレントミラー部で十分な電位差をSENSET、SENSEBに発生させ、その安定した電位をLATT、LATBに転送することで、センスマージンを改善できるメリットを有する。   In the third embodiment, LATT and LATN, which are inputs to the flip-flop unit, sense a transient state in the process in which both of them are pulled down by the currents of the storage elements MCN1 and MCN2, while the flip-flop unit senses this embodiment. Then, there is a merit that the sense margin can be improved by generating a sufficient potential difference in SENSET and SENSEB in the current mirror section and transferring the stable potential to LATT and LATB.

前述の制御方法においては、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。しかし、実際の用途ではデータ不定でないことが不明のメモリセルユニットに対して読み出しを行わなければならない場合があり得る。   The above-described control method is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. However, it may be necessary to read data from a memory cell unit whose data is not determined to be undefined in actual applications.

図26は、データ不定のメモリセルユニットが混在している場合においても、この不定データをデータ“1”と認識させつつ、既にデータ書き込み済みの不揮発性データ記憶部については、その書き込まれたデータどおりにデータを確定する電圧印加条件を示す図である。この電圧印加条件が、図25に示した電圧印加条件と異なる点は、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTをVcc、MCN2のゲート電圧MGBをVcc−ΔV(例えばΔV=0.2V)として、MCN1のゲート電圧をMCN2のゲート電圧よりもΔVだけ高く設定している点である。これにより、MCN1がMCN2よりもオンしやすくなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にも、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”とすることができる。一方、既にデータが書き込まれている場合には、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧の差に基づきデータを確定する。   In FIG. 26, even in the case where memory cell units with undefined data are mixed, the non-volatile data storage unit that has already written data while recognizing the undefined data as data “1”. It is a figure which shows the voltage application conditions which determine data as usual. This voltage application condition differs from the voltage application condition shown in FIG. 25 in that the gate voltage MGT of the memory transistor MCN1 is Vcc and the gate voltage MGB of MCN2 is Vcc−ΔV (eg, ΔV = 0.2V). The gate voltage is set higher by ΔV than the gate voltage of MCN2. As a result, MCN1 becomes easier to turn on than MCN2, and the data set in the flip-flop section is forcibly changed even when data is uncertain such that the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. 1 ". On the other hand, if data has already been written, the data is determined based on the difference between the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2.

ここで、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるような場合は、記憶トランジスタMCN1、MCN2に対して書き換えが行われていないことを示しており、書き換えに伴うトランジスタ劣化もないと考えられる。このため、ΔVの大きさは、トランジスタの初期的なしきい値電圧のばらつきだけを考慮して決定すればよく、例えば0.2V程度で十分と考えられる。   Here, when the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0, it indicates that the memory transistors MCN1 and MCN2 have not been rewritten, and there is no transistor deterioration due to rewriting. it is conceivable that. For this reason, the magnitude of ΔV may be determined in consideration only of the initial threshold voltage variation of the transistor, and for example, about 0.2 V is considered sufficient.

ここでは、データが不定の場合に、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”とする場合について説明したが、MGT−MGBの電位差を反転させることで、設定データを“0”とすることも可能である。   Although the case where the data set in the flip-flop unit is forcibly set to “1” when the data is indefinite has been described here, the setting data is set to “0” by inverting the potential difference of MGT-MGB. It is also possible.

≪実施形態6≫
図27はメモリデバイスのメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態6)を示す図である。図24に示した実施形態5と異なる点は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGを共通にした点である。この構成では、図26に示したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT,MGBを別々に制御することができないため、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にデータを“1”または“0”に確定することはできないが、このようなデータ不定のメモリセルが混在しない場合には、構造が簡略化されるため有用である。なお、図27に示した複数のメモリセルを図17に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。
Embodiment 6
FIG. 27 is a diagram showing another embodiment (embodiment 6) of the memory cell unit of the memory device. A difference from the fifth embodiment shown in FIG. 24 is that the gate voltages MG of the storage transistors MCN1 and MCN2 are made common. In this configuration, since the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately as shown in FIG. 26, data in which the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. Data cannot be determined to be “1” or “0” when indefinite, but it is useful when such data indefinite memory cells are not mixed because the structure is simplified. A memory device is configured by connecting a plurality of memory cells shown in FIG. 27 in an array as shown in FIG.

≪実施形態7≫
図28はメモリデバイスのメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態7)を示す図である。図16に示した実施形態3と同様、フューズ出力用途で使用する場合を想定して、フリップフロップ及び各フリップフロップ出力を反転出力するインバータを各メモリセルユニット内に設けた構成になっている。記憶トランジスタMCN1,MCN2、トランスファゲートMN1,MN2の接続形態は、図6に示した実施形態1と同じである。
<< Embodiment 7 >>
FIG. 28 is a diagram showing another embodiment (Embodiment 7) of the memory cell unit of the memory device. As in the third embodiment shown in FIG. 16, assuming that the fuse output is used, a flip-flop and an inverter for inverting and outputting each flip-flop output are provided in each memory cell unit. The connection form of the memory transistors MCN1, MCN2 and transfer gates MN1, MN2 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.

フリップフロップ部は、Nウエル電位をVcc、ソース電位をPCS とするPMOSトランジスタMP1、MP2、並びに、Pウエル電位をGND、ソース電位をNCSとするNMOSトランジスタMN5、MN6で形成される。PMOSトランジスタMP1、NMOSトランジスタMN5がTRUE側インバータを構成し、PMOSトランジスタMP2、NMOSトランジスタMN6がBAR側インバータを構成する。   The flip-flop section is formed by PMOS transistors MP1 and MP2 having an N well potential of Vcc and a source potential of PCS, and NMOS transistors MN5 and MN6 having a P well potential of GND and a source potential of NCS. The PMOS transistor MP1 and the NMOS transistor MN5 constitute a TRUE side inverter, and the PMOS transistor MP2 and the NMOS transistor MN6 constitute a BAR side inverter.

フリップフロップのTRUE側入出力部LATTおよびBAR側入出力部LATBは、各々カレントミラー接続されたPMOSトランジスタMP3、MP4のドレイン電位となる。TRUE側入出力部LATTはNMOSトランジスタMN3を介してnodeTに接続され、BAR側入出力部LATBはNMOSトランジスタMN4を介してnodeBに接続される。NMOSトランジスタMN3、MN4のゲート電位はRESPによって制御される。PMOSトランジスタMP3、MP4のソース側には、ゲート電位をSENSENで制御されるPMOSトランジスタMP7、MP8が、電源との間に各々直列に接続される。   The TRUE-side input / output unit LATT and the BAR-side input / output unit LATB of the flip-flop become the drain potentials of the PMOS transistors MP3 and MP4 that are current mirror-connected. The TRUE side input / output unit LATT is connected to the node T via the NMOS transistor MN3, and the BAR side input / output unit LATB is connected to the node B via the NMOS transistor MN4. The gate potentials of the NMOS transistors MN3 and MN4 are controlled by RESP. On the source side of the PMOS transistors MP3 and MP4, PMOS transistors MP7 and MP8 whose gate potentials are controlled by SENSEN are connected in series with the power supply.

フリップフロップのTRUE側出力LATTはPMOSトランジスタMP5、NMOSトランジスタMN7で形成されるインバータの入力となり、反転出力OUTとなって出力される。一方、フリップフロップのBAR側出力LATBはPMOSトランジスタMP6、NMOSトランジスタMN8で形成されるインバータの入力となり、反転出力IOUTとなって出力される。ヒューズ用途で使用する場合はOUT及びIOUTのどちらか一方を使用することとなるが、フリップフロップへのデータ転送時にLATT、LATBの寄生容量のバランスをとり、動作安定性を確保するために両方に配置している。   The TRUE output LATT of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP5 and the NMOS transistor MN7, and is output as an inverted output OUT. On the other hand, the BAR side output LATB of the flip-flop becomes an input of an inverter formed by the PMOS transistor MP6 and the NMOS transistor MN8, and is output as an inverted output IOUT. When using for fuses, either OUT or IOUT will be used, but to balance the parasitic capacitances of LATT and LATB when transferring data to the flip-flops, both to ensure operational stability It is arranged.

この実施形態のメモリセルユニットの動作において実施形態3のメモリセルユニットの動作と異なる点は、フリップフロップ部へのデータ転送時の動作のみであり、書込動作、消去動作はRESPを0Vにしてフリップフロップ部を電気的に切り離して行うので全く同じ動作となる。また、この実施形態のメモリセルユニットのデータ転送時の動作において実施形態5のそれと異なる点は、カレントミラー回路を介して流れる記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流の差に応じた電圧差がフリップフロップ部入出力LATT、LATBに直接印加される点、および、この電圧差が安定して出力されフリップフロップ部の状態が確定したのち、PMOSカレントミラー部の電流パスがPMOSトランジスタMP7、MP8によってカットオフされる点である。   The operation of the memory cell unit of this embodiment is different from the operation of the memory cell unit of the third embodiment only in the operation at the time of data transfer to the flip-flop unit, and the write operation and the erase operation are performed by setting RESP to 0V. Since the flip-flop section is electrically separated, the operation is exactly the same. Further, the operation at the time of data transfer of the memory cell unit of this embodiment is different from that of the fifth embodiment in that the voltage difference corresponding to the current difference between the storage transistors MCN1 and MCN2 flowing through the current mirror circuit is a flip-flop unit. The point that is directly applied to the input / output LATT and LATB, and the voltage difference is output stably and the state of the flip-flop unit is determined. Then, the current path of the PMOS current mirror unit is cut off by the PMOS transistors MP7 and MP8. It is a point.

なお、図28に示した複数のメモリセルを図17に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。   A memory device is configured by connecting a plurality of memory cells shown in FIG. 28 in an array as shown in FIG.

図29は不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送する場合の動作電圧条件を示す図である。この図で示す電圧印加条件は、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。フリップフロップ部へのデータ転送は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のソース電圧SLを0Vとした条件下で、以下の手順で行う。時刻t0に記憶素子トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT、MGBを0VからVccに昇圧し、フリップフロップ部のPMOS側ソース電位PCSをVccから1/2Vccに降圧し、NMOS側ソース電位NCSを0Vから1/2Vccに昇圧し、PMOSカレントミラー部のSENSEN信号をVccから0Vにしてセンス動作の準備をする。時刻t1にRESP信号をVccにしてNMOSトランジスタMN3、MN4をオンすることで、記憶トランジスタMCN1、MCN2のドレイン側電位であるLATT、LATBはカレントミラー接続されたPMOSトランジスタMP3、MP4を介して流れる各々の記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流の差に応じた電位となる。LATBは記憶トランジスタMCN2側の電流値だけで決まり、LATTは記憶トランジスタMCN1、MCN2の電流差で決まる。例えば、記憶トランジスタMCN1側の電流がMCN2側の電流より多い場合はLATT<LATBとなり、逆の場合は、LATT>LATBとなる。LATT、LATBの電位差が確保された時刻t2にNCSを0V、時刻t3にPCSをVccにすることで、フリップフロップ部のデータが確定する。フリップフロップ部のデータ確定後は、フリップフロップ部入出力とPMOSカレントミラー部及び記憶素子部との貫通電流をなくすために、時刻t4にRESPを0V、SENSEN信号をVcc、記憶素子MCN1、MCN2のゲート電位MGT、MGBを0Vに戻す。これにより、記憶トランジスタへの電界ストレスを緩和することが可能となる。   FIG. 29 is a diagram showing operating voltage conditions when data in the nonvolatile data storage unit is transferred to the flip-flop unit. The voltage application condition shown in this figure is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. Data transfer to the flip-flop unit is performed in the following procedure under the condition that the source voltage SL of the memory transistors MCN1 and MCN2 is 0V. At time t0, the gate voltages MGT and MGB of the memory element transistors MCN1 and MCN2 are boosted from 0V to Vcc, the PMOS side source potential PCS of the flip-flop is lowered from Vcc to 1 / 2Vcc, and the NMOS side source potential NCS is decreased from 0V. The voltage is boosted to 1/2 Vcc, and the SENSEN signal of the PMOS current mirror unit is set from Vcc to 0 V to prepare for the sensing operation. At time t1, the RESP signal is set to Vcc to turn on the NMOS transistors MN3 and MN4, so that the drain side potentials LATT and LATB of the storage transistors MCN1 and MCN2 flow through the current mirror-connected PMOS transistors MP3 and MP4, respectively. It becomes a potential corresponding to the difference in current between the storage transistors MCN1 and MCN2. LATB is determined only by the current value on the storage transistor MCN2 side, and LATT is determined by the current difference between the storage transistors MCN1 and MCN2. For example, when the current on the storage transistor MCN1 side is larger than the current on the MCN2 side, LATT <LATB, and in the opposite case, LATT> LATB. By setting NCS to 0 V at time t2 when the potential difference between LATT and LATB is secured, and setting PCS to Vcc at time t3, the data in the flip-flop unit is determined. After the data in the flip-flop unit is determined, in order to eliminate the through current between the flip-flop unit input / output, the PMOS current mirror unit, and the storage element unit, RESP is set to 0 V, the SENSEN signal is set to Vcc, and the storage elements MCN1 and MCN2 The gate potentials MGT and MGB are returned to 0V. As a result, the electric field stress on the memory transistor can be reduced.

実施形態5(図25参照)と同様、PMOSカレントミラー部で十分な電位差を発生させることで、センスマージンを改善できるメリットを有する。また、実施形態5と比較してトランジスタ素子数を2個、制御信号本数を1本削減できるメリットも有する。   Similar to the fifth embodiment (see FIG. 25), it is possible to improve the sense margin by generating a sufficient potential difference in the PMOS current mirror section. Further, as compared with the fifth embodiment, there is an advantage that the number of transistor elements and the number of control signals can be reduced by one.

前述の制御方法においては、読み出し対象のメモリセルユニットがデータ不定でないこと、すなわち、不揮発性データ記憶部の記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧がともにVth0でないことを前提としている。しかし、実際の用途ではデータ不定でないことが不明のメモリセルユニットに対して読み出しを行わなければならない場合があり得る。   The above-described control method is based on the premise that the memory cell unit to be read is not indefinite, that is, the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 of the nonvolatile data storage unit are not Vth0. However, it may be necessary to read data from a memory cell unit whose data is not determined to be undefined in actual applications.

図30は、データ不定のメモリセルユニットが混在している場合においても、この不定データをデータ“1”と認識させつつ、既にデータ書き込み済みの不揮発性データ記憶部については、その書き込まれたデータどおりにデータを確定する電圧印加条件を示す図である。この電圧印加条件が、図29に示した電圧印加条件と異なる点は、記憶トランジスタMCN1のゲート電圧MGTをVcc、MCN2のゲート電位MGBをVcc−ΔV(例えばΔV=0.2V)として、MCN1のゲート電圧をMCN2のゲート電圧よりもΔVだけ高く設定している点である。これにより、MCN1がMCN2よりもオンしやすくなり、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にも、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”とすることができる。一方、既にデータが書き込まれている場合には、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧の差に基づきデータを確定する。   FIG. 30 shows the data written in the non-volatile data storage unit in which data is already written while recognizing the indefinite data as data “1” even in the case where data indefinite memory cell units are mixed. It is a figure which shows the voltage application conditions which determine data as usual. This voltage application condition differs from the voltage application condition shown in FIG. 29 in that the gate voltage MGT of the memory transistor MCN1 is Vcc and the gate potential MGB of MCN2 is Vcc−ΔV (for example, ΔV = 0.2V). The gate voltage is set higher by ΔV than the gate voltage of MCN2. As a result, MCN1 becomes easier to turn on than MCN2, and the data set in the flip-flop section is forcibly changed even when data is uncertain such that the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. 1 ". On the other hand, if data has already been written, the data is determined based on the difference between the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2.

ここで、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるような場合は、記憶トランジスタMCN1、MCN2に対して書き換えが行われていないことを示しており、書き換えに伴うトランジスタ劣化もないと考えられる。このため、ΔVの大きさは、トランジスタの初期的なしきい値電圧のばらつきだけを考慮して決定すればよく、例えば0.2V程度で十分と考えられる。   Here, when the threshold voltages of the memory transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0, it indicates that the memory transistors MCN1 and MCN2 have not been rewritten, and there is no transistor deterioration due to rewriting. it is conceivable that. For this reason, the magnitude of ΔV may be determined in consideration only of the initial threshold voltage variation of the transistor, and for example, about 0.2 V is considered sufficient.

ここでは、データが不定の場合に、フリップフロップ部に設定されるデータを強制的に“1”とする場合について説明したが、MGT−MGBの電位差を反転させることで、設定データを“0”とすることも可能である。   Although the case where the data set in the flip-flop unit is forcibly set to “1” when the data is indefinite has been described here, the setting data is set to “0” by inverting the potential difference of MGT-MGB. It is also possible.

≪実施形態8≫
図31はメモリデバイスのメモリセルユニットの他の実施形態(実施形態8)を示す図である。図28に示した実施形態7と異なる点は、記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGを共通にした点である。この構成では、図30に示したように記憶トランジスタMCN1、MCN2のゲート電圧MGT,MGBを別々に制御することができないため、記憶トランジスタMCN1、MCN2のしきい値電圧が共にVth0であるようなデータ不定の場合にデータを“1”または“0”に確定することはできないが、このようなデータ不定のメモリセルが混在しない場合には、記憶トランジスタのゲート制御用のドライバ数を削減でき、構造が簡略化されるため有用である。なお、図31に示した複数のメモリセルを図17に示すようにアレイ状に接続してメモリデバイスが構成される。
<< Embodiment 8 >>
FIG. 31 is a diagram showing another embodiment (Embodiment 8) of the memory cell unit of the memory device. A difference from the seventh embodiment shown in FIG. 28 is that the gate voltages MG of the memory transistors MCN1 and MCN2 are made common. In this configuration, since the gate voltages MGT and MGB of the storage transistors MCN1 and MCN2 cannot be controlled separately as shown in FIG. 30, data in which the threshold voltages of the storage transistors MCN1 and MCN2 are both Vth0. Data cannot be fixed to “1” or “0” when indefinite, but when such memory cells with indefinite data are not mixed, the number of storage transistor gate control drivers can be reduced, and the structure Is useful because it is simplified. A plurality of memory cells shown in FIG. 31 are connected in an array as shown in FIG. 17 to constitute a memory device.

従来のメモリセル構成を示す図A diagram showing a conventional memory cell configuration 従来のメモリセルにおけるデータ設定方法および読み出しマージンを説明する図The figure explaining the data setting method and read margin in the conventional memory cell 従来のメモリセルにおける不揮発性データ記憶部への書き込み電圧印加手順を示す図The figure which shows the write-voltage application procedure to the non-volatile data storage part in the conventional memory cell 上記従来のメモリセルにおける不揮発性データ記憶部からフリップフロップ部へのデータ転送方法を説明する図The figure explaining the data transfer method from the non-volatile data storage part to the flip-flop part in the said conventional memory cell 本発明の実施形態に用いられる記憶トランジスタの断面構造の例を示す図The figure which shows the example of the cross-section of the memory transistor used for embodiment of this invention 本発明の実施形態1であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 1 of this invention. 前記実施形態1のメモリセルユニットをアレイ状に配列したメモリデバイスの構成を示す図FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a memory device in which the memory cell units according to the first embodiment are arranged in an array. 前記実施形態1のメモリセルユニットのデータ書き込み時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data writing of the memory cell unit of the said Embodiment 1. 前記実施形態1のメモリセルユニットのデータ消去時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data erasure of the memory cell unit of the said Embodiment 1. 前記実施形態1のメモリセルユニットのデータ読み出し時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data read of the memory cell unit of the said Embodiment 1. 前記メモリセルユニットにおけるデータ電位および読み出しマージンを説明する図The figure explaining the data potential and read margin in the memory cell unit 前記実施形態1のメモリセルユニットのデータ読み出し時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data read of the memory cell unit of the said Embodiment 1. 前記メモリセルユニットにおけるデータ電位および読み出しマージンを説明する図The figure explaining the data potential and read margin in the memory cell unit 前記実施形態1のメモリセルユニットの記憶トランジスタのしきい値電圧検出方法を説明する図FIG. 3 is a diagram for explaining a threshold voltage detection method of a storage transistor of the memory cell unit according to the first embodiment. 本発明の実施形態2であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 3 of this invention. 前記実施形態3のメモリセルユニットをアレイ状に配列したメモリデバイスの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory device which arranged the memory cell unit of the said Embodiment 3 in the array form. 前記実施形態3のメモリセルユニットのデータ書き込み時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data writing of the memory cell unit of the said Embodiment 3. 前記実施形態3のメモリセルユニットのデータ消去時の電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions at the time of the data erasure of the memory cell unit of the said Embodiment 3. 前記実施形態3のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 3. 前記実施形態3のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 3. 前記実施形態3のメモリセルユニットの記憶トランジスタのしきい値電圧検出方法を説明する図FIG. 6 is a diagram for explaining a threshold voltage detection method of a storage transistor of the memory cell unit according to the third embodiment. 本発明の実施形態4であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 5 of this invention. 前記実施形態5のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 5. 前記実施形態5のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 5. 本発明の実施形態6であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態7であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 7 of this invention. 前記実施形態7のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 7. 前記実施形態7のメモリセルユニットにおいて、不揮発性データ記憶部のデータをフリップフロップ部に転送するときの電圧印加条件を示す図The figure which shows the voltage application conditions when transferring the data of a non-volatile data storage part to a flip-flop part in the memory cell unit of the said Embodiment 7. 本発明の実施形態6であるメモリセルユニットの構成を示す図The figure which shows the structure of the memory cell unit which is Embodiment 6 of this invention.

Claims (8)

ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、
前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、
前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、
を備えた不揮発性半導体記憶素子。
A TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling the threshold voltage by electron injection near the gate;
A source line connected to the sources of the two storage transistors;
A TRUE side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor and the TRUE side bit line;
A BAR side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and a BAR side bit line;
A word line connected to the gates of the two select transistors;
A nonvolatile semiconductor memory element.
ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、
前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、
前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、
2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、
前記2つのインバータの各々の負荷トランジスタと並列に接続された2つのプリチャージ用トランジスタと、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインと前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインと前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、
を備えた不揮発性半導体記憶素子。
A TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling the threshold voltage by electron injection near the gate;
A source line connected to the sources of the two storage transistors;
A TRUE side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor and the TRUE side bit line;
A BAR side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and a BAR side bit line;
A word line connected to the gates of the two select transistors;
A flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters;
Two precharging transistors connected in parallel with the load transistors of each of the two inverters;
A TRUE-side gate transistor connected between the drain of the TRUE-side storage transistor and the TRUE-side input / output unit of the flip-flop;
A BAR side gate transistor connected between a drain of the BAR side storage transistor and a BAR side input / output unit of the flip-flop;
A nonvolatile semiconductor memory element.
ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、
前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、
前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、
2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、
電源に接続されたカレントミラー回路と、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、
前記TRUE側ゲートトランジスタのカレントミラー側端子と前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側アナログスイッチと、
前記BAR側ゲートトランジスタのカレントミラー側端子と前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側アナログスイッチと、
を備えた不揮発性半導体記憶素子。
A TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling the threshold voltage by electron injection near the gate;
A source line connected to the sources of the two storage transistors;
A TRUE side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor and the TRUE side bit line;
A BAR side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and a BAR side bit line;
A word line connected to the gates of the two select transistors;
A flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters;
A current mirror circuit connected to the power supply;
A TRUE side gate transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor and the current mirror circuit;
A BAR side gate transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and the current mirror circuit;
A TRUE analog switch connected between the current mirror side terminal of the TRUE side gate transistor and the TRUE side input / output unit of the flip-flop;
A BAR-side analog switch connected between a current mirror-side terminal of the BAR-side gate transistor and a BAR-side input / output unit of the flip-flop;
A nonvolatile semiconductor memory element.
ゲート近傍への電子注入によりしきい値電圧を制御可能なMOSトランジスタであるTRUE側記憶トランジスタおよびBAR側記憶トランジスタと、
前記2つの記憶トランジスタのソースに接続されたソース線と、
前記TRUE側記憶トランジスタのドレインとTRUE側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるTRUE側選択トランジスタと、
前記BAR側記憶トランジスタのドレインとBAR側ビット線との間に接続されたMOSトランジスタであるBAR側選択トランジスタと、
前記2つの選択トランジスタのゲートに接続されたワード線と、
2つのCMOSインバータをクロス接続して構成されたフリップフロップと、
スイッチングトランジスタを介して電源に接続されたカレントミラー回路と、
前記不揮発性半導体記憶素子のTRUE側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路および前記フリップフロップのTRUE側入出力部との間に接続されたTRUE側ゲートトランジスタと、
前記不揮発性半導体記憶素子のBAR側記憶トランジスタのドレインと前記カレントミラー回路および前記フリップフロップのBAR側入出力部との間に接続されたBAR側ゲートトランジスタと、
を備えた不揮発性半導体記憶素子。
A TRUE-side storage transistor and a BAR-side storage transistor, which are MOS transistors capable of controlling the threshold voltage by electron injection near the gate;
A source line connected to the sources of the two storage transistors;
A TRUE side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor and the TRUE side bit line;
A BAR side select transistor that is a MOS transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor and a BAR side bit line;
A word line connected to the gates of the two select transistors;
A flip-flop configured by cross-connecting two CMOS inverters;
A current mirror circuit connected to a power supply via a switching transistor;
A TRUE side gate transistor connected between the drain of the TRUE side storage transistor of the nonvolatile semiconductor memory element and the current side mirror circuit and the TRUE side input / output unit of the flip-flop;
A BAR side gate transistor connected between the drain of the BAR side storage transistor of the nonvolatile semiconductor memory element and the BAR side input / output unit of the current mirror circuit and the flip-flop;
A nonvolatile semiconductor memory element.
前記フリップフロップのTRUE側入出力部に接続されたTRUE出力用インバータ、および、BAR側入出力部に接続されたBAR出力用インバータを、さらに備えた請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子。   The inverter for TRUE output connected to the TRUE side input / output part of the flip-flop, and the inverter for BAR output connected to the BAR side input / output part, respectively, further comprising: Nonvolatile semiconductor memory element. 前記TRUE側記憶トランジスタのゲート電圧および前記BAR側記憶トランジスタのゲート電圧がそれぞれ独立して制御される請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子。   6. The nonvolatile semiconductor memory element according to claim 1, wherein a gate voltage of the TRUE side storage transistor and a gate voltage of the BAR side storage transistor are controlled independently. 前記TRUE側記憶トランジスタのゲート電圧および前記BAR側記憶トランジスタのゲート電圧が共通に制御される請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子。   6. The nonvolatile semiconductor memory element according to claim 1, wherein a gate voltage of the TRUE side storage transistor and a gate voltage of the BAR side storage transistor are controlled in common. 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶素子が複数行、複数列のマトリクス状に配列されたメモリアレイを有する不揮発性半導体記憶装置。   A non-volatile semiconductor memory device having a memory array in which the non-volatile semiconductor memory elements according to claim 1 are arranged in a matrix of a plurality of rows and a plurality of columns.
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