JP2009230793A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in conventional electronic devices that the user has to protect data with careful attention by himself or herself. <P>SOLUTION: In this nonvolatile semiconductor storage device, the data stored in an undecided data storing memory area which is constituted of EEPROM are replaced with a determined data storing memory area which is constituted of memory elements capable of writing the data only once, after the lapse of predetermined period. The determined data can be protected without making the user be conscious of the replacement by forming such a configuration. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、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 a nonvolatile semiconductor memory device.

不揮発性半導体記憶装置は、電荷を電荷蓄積膜に蓄積することでデータを記憶する。EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory:電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ)には、大別して電荷蓄積膜の種類が異なる2つの構造がある。
1つは、ゲート絶縁膜上に電荷蓄積膜となる浮遊ゲートと呼ばれる導電体を酸化膜などで囲って電気的に絶縁された状態で設け、その浮遊ゲートに電荷を蓄積するFG(Floating Gate:フローティングゲート)型である。
A nonvolatile semiconductor memory device stores data by accumulating electric charges in a charge accumulation film. EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory: electrically rewritable non-volatile memory) is roughly divided into two structures with different types of charge storage films.
One is an FG (Floating Gate) in which a conductor called a floating gate serving as a charge storage film is surrounded by an oxide film and electrically insulated on a gate insulating film, and charges are stored in the floating gate. Floating gate) type.

もう1つは、複数の絶縁膜を積層させた電荷蓄積膜を有し、この電荷蓄積膜内の電荷トラップに蓄積する電荷量を制御することによって情報の記憶を行うMNOS(Metal−Nitride−Oxide−Silicon)型やMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Silicon)型である。   The other is a MNOS (Metal-Nitride-Oxide) that has a charge storage film in which a plurality of insulating films are stacked and stores information by controlling the amount of charge stored in a charge trap in the charge storage film. -Silicon) type and MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon) type.

電荷蓄積膜に電子を蓄積した状態、すなわち書き込みデータを記憶している状態のしきい値電圧をVtw、電荷蓄積膜にホールを蓄積した状態、すなわち消去データを記憶している状態のしきい値電圧をVte、電荷蓄積膜に電子もホールも蓄積していない状態のしきい値電圧、つまり、熱平衡状態しきい値電圧をV0と呼ぶ。
ここで、メモリ素子に記憶されているデータを読み出す時にメモリ素子のゲート電極に印加する電圧Vcgの値を、Vte<Vcg<Vtwの関係が成り立つように設定すると、メモリ素子のドレイン電流が、書き込みデータを記憶している状態では流れず、消去データを記憶している状態では流れるため、書き込みデータと消去データとの判別が可能となる。
The threshold voltage in the state where electrons are stored in the charge storage film, that is, in the state where write data is stored, is Vtw, and the threshold voltage in the state where holes are stored in the charge storage film, that is, where erase data is stored The voltage is Vte, and the threshold voltage in a state where neither electrons nor holes are accumulated in the charge storage film, that is, the thermal equilibrium state threshold voltage is called V0.
Here, when the value of the voltage Vcg applied to the gate electrode of the memory element when reading the data stored in the memory element is set so that the relationship of Vte <Vcg <Vtw is established, the drain current of the memory element is Since it does not flow in a state where data is stored but flows in a state where erase data is stored, it is possible to discriminate between write data and erase data.

しかし、VtwやVteの値は常に一定ではない。メモリ素子は、時間の経過と供にエネルギーの安定状態である熱平衡状態に徐々に近づいていく。すなわち、電荷蓄積膜に蓄積した電荷を時間の経過とともに放出するため、VtwやVteの値はV0に近づいていき、最終的には、Vtw=Vte=V0となる。
VtwやVteの値がV0に近づいていく過程において、Vte<Vcg<Vtwの関係が成り立たなくなると、データを正しく読み出すことができなくなる。
However, the values of Vtw and Vte are not always constant. The memory element gradually approaches a thermal equilibrium state that is a stable state of energy with the passage of time. That is, since the charge accumulated in the charge storage film is released over time, the values of Vtw and Vte approach V0, and finally Vtw = Vte = V0.
If the relationship of Vte <Vcg <Vtw does not hold in the process in which the values of Vtw and Vte approach V0, data cannot be read correctly.

また、データの書き込みと消去とをくり返すことで、半導体基板と電荷蓄積膜とを絶縁している酸化膜には、書き込み電圧や消去電圧の印加によるダメージおよび電荷がくり返し通過することによるダメージが蓄積し、欠陥が発生する。
欠陥が発生した場合もVtwやVteの値はV0に近づくため、Vte<Vcg<Vtwの関係が成り立たなくなり、データを正しく読み出すことができない。
In addition, by repeatedly writing and erasing data, the oxide film that insulates the semiconductor substrate from the charge storage film is damaged by the application of the write voltage and the erase voltage and by the repeated passage of charge. Accumulate and cause defects.
Even when a defect occurs, the values of Vtw and Vte approach V0, so the relationship of Vte <Vcg <Vtw does not hold and data cannot be read correctly.

EEPROMには、こうした事情から、記憶したデータを保持できる時間の限界および書き込みや消去の回数の限界がある。これをメモリ寿命と呼ぶ。一般に、メモリ寿命が長いということは、記憶したデータを保持できる時間が長い場合や、書き込みや消去の回数が多い場合のことを指す。
EEPROMの使用上、これら2つの限界が近づいてきた場合の対処の方法としてはいくつかの提案を見るところである(例えば、特許文献1参照。)。
Due to these circumstances, the EEPROM has a limit of time for storing stored data and a limit of the number of times of writing and erasing. This is called memory life. In general, a long memory life means that the stored data can be held for a long time or the number of times of writing and erasing is large.
Several proposals are being seen as a method of coping with these two limitations when approaching the use of EEPROM (see, for example, Patent Document 1).

次に、図面を用いて説明する。図7は、特許文献1に示した従来技術に記載の不揮発性半導体記憶装置における主要部の構成の説明図であって、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直した図である。   Next, it demonstrates using drawing. FIG. 7 is an explanatory diagram of the configuration of the main part of the nonvolatile semiconductor memory device described in the prior art disclosed in Patent Document 1, and is a diagram rewritten without departing from the gist thereof for easy explanation.

図7において、500はフラッシュメモリカード、50はカードコントローラ、51はフラッシュメモリ、52はXデコーダ、53は不良検出回路、BADは不良検出信号、60はフラッシュメモリセル群である。61,62はフラッシュメモリセル群のセクタである。63はデータ領域、64は管理領域である。65a,65bはモニタビットである。   In FIG. 7, 500 is a flash memory card, 50 is a card controller, 51 is a flash memory, 52 is an X decoder, 53 is a defect detection circuit, BAD is a defect detection signal, and 60 is a flash memory cell group. 61 and 62 are sectors of the flash memory cell group. 63 is a data area, and 64 is a management area. 65a and 65b are monitor bits.

フラッシュメモリセル群60は、同時に選択される複数の不揮発性メモリセルを含んで成る複数のセクタを有する。1セクタは1ワードに対応する。図7においては、代表的なセクタを61、62で示す。
フラッシュメモリセル群60は、データを記憶するために使用するデータ領域63とこのデータ領域63を管理するための管理領域64とで構成する。モニタビット65a,65bは、管理領域64に形成する。モニタビット65a,65bは、データ領域63の不揮発性メモリセルよりもデータ保持特性におけるしきい値マージンが少ない不揮発性メモリセルである。
The flash memory cell group 60 has a plurality of sectors each including a plurality of nonvolatile memory cells that are selected simultaneously. One sector corresponds to one word. In FIG. 7, representative sectors 61 and 62 are shown.
The flash memory cell group 60 includes a data area 63 used for storing data and a management area 64 for managing the data area 63. The monitor bits 65a and 65b are formed in the management area 64. The monitor bits 65a and 65b are nonvolatile memory cells that have a smaller threshold margin in data retention characteristics than the nonvolatile memory cells in the data area 63.

特許文献1に示した従来技術の消去および書き込み動作について説明する。
データの消去および書き込みは、データ領域63および管理領域64にかかわらず、セクタ単位、つまりワード単位で行う。モニタビット65a,65bには、互いに相反するデータを記憶する。つまり、モニタビット65aに消去データ(論理値‘0’)を記憶する場合は、モニタビット65bには書き込みデータ(論理値‘1’)を記憶する。
The conventional erasing and writing operations described in Patent Document 1 will be described.
Data erasing and writing are performed in units of sectors, that is, in units of words, regardless of the data area 63 and the management area 64. The monitor bits 65a and 65b store mutually contradictory data. That is, when erasing data (logical value “0”) is stored in the monitor bit 65a, write data (logical value “1”) is stored in the monitor bit 65b.

次に、不良検出および不良を検出した場合の対処動作について説明する。
データを記憶してからの時間の経過、またはデータの消去および書き込みをくり返すことにより、不揮発性メモリセルのしきい値マージンは徐々に少なくなっていき、やがて、データ領域63の不揮発性メモリセルよりもデータ保持特性におけるしきい値マージンの少ないモニタビット65a,65bの方が、より早く寿命に到達する。
Next, a defect detection and a coping operation when a defect is detected will be described.
By repeating the lapse of time after data is stored or repeatedly erasing and writing data, the threshold margin of the nonvolatile memory cell gradually decreases, and eventually the nonvolatile memory cell in the data area 63 The monitor bits 65a and 65b having a smaller threshold margin in the data retention characteristic reach the lifetime earlier.

不良検出回路53は、特に制限されないが、モニタビット65a,65bの論理値を比較するための排他的論理和回路によって構成することができる。モニタビット65a,65bが、それぞれ論理値‘0’,‘1’になっていれば、未だ寿命には達していない。しかし、モニタビット65a,65bが、それぞれ論理値‘0’,‘0’または ‘1’,‘1’になると、不良検出回路53の排他的論理和回路の出力論理が反転されて、モニタビット65a,65bが属するセクタ61の寿命が近づいていることが検出される。   The defect detection circuit 53 is not particularly limited, but can be configured by an exclusive OR circuit for comparing the logical values of the monitor bits 65a and 65b. If the monitor bits 65a and 65b are logical values “0” and “1”, respectively, the lifetime has not yet been reached. However, when the monitor bits 65a and 65b become logic values “0” and “0” or “1” and “1”, respectively, the output logic of the exclusive OR circuit of the defect detection circuit 53 is inverted, and the monitor bits It is detected that the life of the sector 61 to which 65a and 65b belong is approaching.

セクタ61の寿命が近づいていることを検出した不良検出回路53は、不良検出信号BADをカードコントローラ50に送る。
不良検出信号BADを受けたカードコントローラ50は、セクタ61に記憶されているデータを、使用していないセクタ62に置き換える。
The defect detection circuit 53 that has detected that the life of the sector 61 is approaching, sends a defect detection signal BAD to the card controller 50.
Upon receiving the defect detection signal BAD, the card controller 50 replaces the data stored in the sector 61 with the unused sector 62.

これ以降、フラッシュメモリカード500の外部より、カードコントローラ50に対して、セクタ61に記憶したデータの読み出しを指示する信号が来ると、カードコントローラ50は、Xデコーダ52にセクタ61に換わってセクタ62へのアクセスを指示する信号を送る。
そして、セクタ61に記憶したデータに換わってセクタ62に記憶したデータが、フラッシュメモリカード500の外部に出力される。
Thereafter, when a signal for instructing the card controller 50 to read the data stored in the sector 61 is received from the outside of the flash memory card 500, the card controller 50 replaces the sector 61 with the sector 62 in the X decoder 52. Send a signal to access to.
Then, the data stored in the sector 62 instead of the data stored in the sector 61 is output to the outside of the flash memory card 500.

特許文献1に示された従来技術は、データを記憶するために使用するデータ領域63の
不揮発性メモリセルよりもデータ保持特性におけるしきい値マージンが少ないモニタビット65a,65bを設けたことにより、セクタ61の寿命が近づいていることを検出することができ、カードコントローラ50により、セクタ61に記憶されているデータを使用していないセクタ62に置き換えることにより、フラッシュメモリカード500の信頼性が向上するという特徴を有している。
The prior art disclosed in Patent Document 1 is provided with monitor bits 65a and 65b having a smaller threshold margin in data retention characteristics than the nonvolatile memory cells in the data area 63 used for storing data. It is possible to detect that the life of the sector 61 is approaching, and the reliability of the flash memory card 500 is improved by replacing the data stored in the sector 61 with the unused sector 62 by the card controller 50. It has the feature of doing.

特開2000−173275号公報(第5−7頁、第7図)JP 2000-173275 A (pages 5-7, FIG. 7)

ところで、不揮発性半導体記憶装置には、書き換えの必要のない確定データと書き換えや消去の必要のある未確定データという2種類のデータを記憶する。
例えば、電子機器に不揮発性半導体記憶装置を組み込む場合、電子機器の動作プログラムなどは、改変してしまうと動作しなくなるなどの問題があるため、確定データである。一方、その電子機器を使用するユーザの固有情報などは、改変自在でなければ不都合が生じるため未確定データである。
By the way, the nonvolatile semiconductor memory device stores two types of data: definite data that does not need to be rewritten and unconfirmed data that needs to be rewritten or erased.
For example, when a non-volatile semiconductor storage device is incorporated in an electronic device, the operation program of the electronic device is deterministic data because there is a problem that it will not operate if it is modified. On the other hand, the unique information of the user who uses the electronic device is unconfirmed data because it causes inconvenience if it cannot be altered.

電子機器側(または不揮発性半導体記憶装置)では、記憶されたデータが確定データか未確定データかを判別することができないため、電子機器の使用者にあっては、確定データを誤って消去したり上書きなどの改変を行ったりしてしまわないように、自己で注意を払ってデータ保護を行っていた。   On the electronic device side (or non-volatile semiconductor memory device), it is impossible to determine whether the stored data is confirmed data or unconfirmed data. In order to prevent modification such as overwriting or overwriting, data protection was carried out by self-care.

特許文献1に示した従来技術を電子機器に搭載すると、データをフラッシュメモリセル群60のデータ領域に記憶したあと、モニタビット65a,65bによりメモリの寿命が近づいていることが検出されると、そのデータが確定データであっても未確定データであっても、カードコントローラ50により、セクタ61に記憶されているデータを別のセクタ62に置き換える。これにより、メモリ寿命に起因するデータ消失の問題は解決しているが、データの種類に応じたデータ保護に関しては、なんらの対策もなされていなかった。   When the conventional technique shown in Patent Document 1 is mounted on an electronic device, after the data is stored in the data area of the flash memory cell group 60, the monitor bits 65a and 65b detect that the memory life is approaching. Whether the data is confirmed data or unconfirmed data, the card controller 50 replaces the data stored in the sector 61 with another sector 62. As a result, the problem of data loss due to the memory life has been solved, but no measures have been taken for data protection according to the type of data.

つまり、本来書き換えの必要がない確定データであっても、特許文献1に示した従来技術は、それを確定データであると認識することができないため、未確定データと同様にセクタの置き換えを行うのみである。使用者からすれば、フラッシュメモリセル群60の中でのセクタの置き換えは意識しないから、単にデータが記憶されているだけに見える。したがって、記憶したデータを誤って上書きしてしまうなどの改変の危険性がある。   In other words, even if the data is originally determined that does not need to be rewritten, the prior art disclosed in Patent Document 1 cannot recognize the data as determined data, and thus performs sector replacement in the same manner as unconfirmed data. Only. From the user's point of view, since it is not conscious of sector replacement in the flash memory cell group 60, it appears that data is simply stored. Therefore, there is a risk of modification such as accidentally overwriting stored data.

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、不揮発性半導体記憶装置を使用する使用者が意識することなくデータ保護が行えることを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to perform data protection without being conscious of a user who uses a nonvolatile semiconductor memory device.

上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を採用する。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

確定データ格納メモリ領域および未確定データ格納メモリ領域を備えるメモリ領域と、書き込み回路と、読み出し回路と、タイマと、を有し、タイマは、タイマ用メモリ素子と履歴メモリとを備え、書き込み回路は、メモリ領域にデータを記憶するとき、データを未確定データ格納メモリ領域とタイマ用メモリ素子とに同時に記憶するとともに、履歴メモリに履歴情報を記憶し、タイマは、タイマ用メモリ素子に記憶したデータの変動を検出すると、履歴情報を参照し、未確定データ格納メモリ領域に記憶したデータを特定し、データ置き換え信号を出力し、読み出し回路は、データ置き換え信号を受信すると、未確定データ格納メモリ領域に記憶しているデータを読み出して書き込み回路にデータを送信し、
書き込み回路は、確定データ格納メモリ領域にデータを書き込むことを特徴とする。
A memory area including a deterministic data storage memory area and an indeterminate data storage memory area, a write circuit, a read circuit, and a timer; the timer includes a timer memory element and a history memory; When storing data in the memory area, the data is simultaneously stored in the indeterminate data storage memory area and the timer memory element, and history information is stored in the history memory, and the timer stores the data stored in the timer memory element. When the change is detected, the history information is referred to, the data stored in the undetermined data storage memory area is specified, the data replacement signal is output, and when the reading circuit receives the data replacement signal, the undetermined data storage memory area Read the data stored in and send the data to the writing circuit,
The writing circuit writes data in the definite data storage memory area.

確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が長いことを特徴とする。   The memory element constituting the definite data storage memory area has a longer memory life than the memory element constituting the undetermined data storage memory area.

確定データ格納メモリ領域は、1回だけデータ書き込みを行うことができるメモリ素子であることを特徴とする。   The definite data storage memory area is a memory element in which data can be written only once.

タイマ用メモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が短いことを特徴とする。   The timer memory element is characterized in that the memory life is shorter than that of the memory element constituting the undetermined data storage memory area.

タイマ用メモリ素子と未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子とは、同一構造であることを特徴とする。   The timer memory element and the memory element constituting the undetermined data storage memory area have the same structure.

タイマ用メモリ素子と未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子とは、複数の絶縁膜を積層してなる積層膜を有していることを特徴とする。   The timer memory element and the memory element constituting the undetermined data storage memory area have a stacked film formed by stacking a plurality of insulating films.

タイマ用メモリ素子へデータを書き込むとき、未確定データ格納メモリ領域にデータを書き込むときよりも書き込み電圧を低くするか、または書き込み時間を短くすることで、
タイマ用メモリ素子のしきい値マージンを、未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子のしきい値マージンよりも少なくすることを特徴とする。
When writing data to the timer memory element, by lowering the write voltage or shortening the write time than when writing data to the indeterminate data storage memory area,
The threshold margin of the timer memory element is made smaller than the threshold margin of the memory elements constituting the undetermined data storage memory area.

タイマ用メモリ素子へデータを書き込むとき、少なくとも2回のデータ書き込みを行うことで書き込みダメージを蓄積し、タイマ用メモリ素子のメモリ寿命を短くすることを特徴とする。   When writing data to the timer memory element, writing damage is accumulated by performing data writing at least twice, and the memory life of the timer memory element is shortened.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、EEPROMで構成する未確定データ格納メモリ領域に記憶したデータを、所定の時間が経過した後に、1回だけデータ書き込みを行うことができるメモリ素子で構成する確定データ格納メモリ領域に置き換える。
このようにすることによって、本来書き換えの必要がない確定データを確定データ格納メモリ領域に置き換えるため、使用者が意識することなく、確定データを保護することができる。
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is a fixed semiconductor memory device that can store data stored in an undetermined data storage memory area composed of an EEPROM with a memory element that can write data only once after a predetermined time has elapsed. Replace with the data storage memory area.
In this way, since the confirmed data that originally does not need to be rewritten is replaced with the confirmed data storage memory area, the confirmed data can be protected without the user being aware of it.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、データを未確定データ格納メモリ領域に記憶する。その後に、そのデータが確定データか未確定データかを判別し、確定データのみを確定データ格納メモリ領域に置き換える。
書き込まれたデータが確定データであるか未確定データであるかは、タイマによって判別する。この判別は、データの書き込み時からの時間経過によってなされるものであって、所定の時間経過しても書き換え(上書き)がないデータは、書き換えの必要のない確定データであると判別するのである。
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention stores data in an indeterminate data storage memory area. Thereafter, it is determined whether the data is confirmed data or unconfirmed data, and only the confirmed data is replaced with a confirmed data storage memory area.
Whether the written data is confirmed data or undefined data is determined by a timer. This determination is made with the passage of time from the time of data writing, and it is determined that data that has not been rewritten (overwritten) even after a predetermined time has passed is determined data that does not need to be rewritten. .

所定の時間経過とは、タイマが有するタイマ用メモリ素子のメモリ寿命を検出するものであって、データを記憶する際に同時にタイマ用メモリ素子にもデータを記憶することで、そのタイマ用メモリ素子の寿命が尽きるまでの時間を用いるのである。一般に、メモリの寿命は長く、例えば、数ヶ月から10年を超える程度である。その時間に亘り、データの書き換え(上書き)がないデータは、書き換えの必要がないデータと判断する。   The predetermined time elapses is to detect the memory life of the timer memory element of the timer, and when the data is stored, the data is also stored in the timer memory element. The time until the end of the service life is used. In general, a memory has a long lifetime, for example, several months to over 10 years. Data that has not been rewritten (overwritten) over that time is determined as data that does not need to be rewritten.

なお、タイマ用メモリ素子の寿命は、上記の数ヶ月から10年を超える期間のうち、自
由に選択することができる。つまり、メモリ素子としての寿命を予め選択しておくのである。書き込まれたデータが確定データであるか未確定データであるかは、タイマによる判定、すなわちタイマ用メモリ素子の寿命で決めることができるから、この寿命を迎えるまでの時間を自由に設定しておけば、データを保護するまでの時間を決めることができる。
It should be noted that the lifetime of the timer memory element can be freely selected from the above-mentioned period of several months to over 10 years. That is, the lifetime as a memory element is selected in advance. Whether the written data is confirmed data or unconfirmed data can be determined by the determination by the timer, that is, the lifetime of the timer memory element, so you can freely set the time until this lifetime is reached. For example, you can decide how long it takes to protect your data.

確定データ格納メモリ領域は、1回だけデータ書き込みを行うことができるメモリ素子で構成するが、その素子は、OTPROM(One Time PROM)を用いるものとして説明する。OTPROMは、知られている構成を用いることができる。例えば、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型トランジスタ素子構造であり、そのゲート絶縁膜を絶縁破壊することにより1回だけ書き込みを行う絶縁破壊型OTPROMを用いることができる。   The definite data storage memory area is configured by a memory element that can write data only once. The element is described as using an OTPROM (One Time PROM). A known configuration can be used for the OTPROM. For example, a dielectric breakdown type OTPROM which has a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type transistor element structure and performs writing only once by dielectric breakdown of the gate insulating film can be used.

このように、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、記憶したデータが書き換えの必要のない確定データか書き換えの必要のある未確定データかを判別することができる。確定データのみを確定データ格納メモリ領域に置き換えることで、使用者が意識することなく確定データを保護することができる。また、確定データの置き換え後は、未確定データ格納メモリ領域の確定データを記憶していた領域を、新たな未確定データを記憶する領域として利用できるため、メモリ領域の面積効率が良くなるのである。   As described above, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention can determine whether stored data is determined data that does not need to be rewritten or unconfirmed data that needs to be rewritten. By replacing only the confirmed data with the confirmed data storage memory area, the confirmed data can be protected without the user being aware of it. In addition, after replacement of the confirmed data, the area in which the confirmed data in the unconfirmed data storage memory area is stored can be used as an area for storing new unconfirmed data, which improves the area efficiency of the memory area. .

なお、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、タイマ用メモリ素子と未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子とは、同一構造の素子であるとして説明する。   In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the timer memory element and the memory element constituting the undetermined data storage memory area will be described as elements having the same structure.

次に、本発明の不揮発性半導体記憶装置について図面を用いて詳述する。なお図面は、同一の構成には同一の番号を付与している。   Next, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same numbers are assigned to the same components.

[不揮発性半導体記憶装置の全体説明:図1]
図1は、本発明による不揮発性半導体記憶装置を説明するためのブロック図である。
図1において、1は確定データ格納メモリ領域、2は未確定データ格納メモリ領域、3は書き込み回路、4はタイマ、5は読み出し回路、6はタイマ用メモリ、7,8はデータ判別回路、10,20は使用領域、11,21は空白領域、40は履歴メモリ、100はこれらを有する不揮発性半導体記憶装置である。
[Overall Description of Nonvolatile Semiconductor Memory Device: FIG. 1]
FIG. 1 is a block diagram for explaining a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
In FIG. 1, 1 is a confirmed data storage memory area, 2 is an unconfirmed data storage memory area, 3 is a write circuit, 4 is a timer, 5 is a read circuit, 6 is a memory for timer, 7 and 8 are data discrimination circuits, 10 , 20 are used areas, 11 and 21 are blank areas, 40 is a history memory, and 100 is a nonvolatile semiconductor memory device having these.

確定データ格納メモリ領域1において、データを格納している領域を使用領域10、データを格納していない領域を空白領域11と呼ぶ。
同じく、未確定データ格納メモリ領域2において、データを格納している領域を使用領域20、データを格納していない領域を空白領域21と呼ぶ。
In the fixed data storage memory area 1, an area in which data is stored is referred to as a use area 10, and an area in which no data is stored is referred to as a blank area 11.
Similarly, in the undetermined data storage memory area 2, an area storing data is referred to as a use area 20, and an area not storing data is referred to as a blank area 21.

確定データ格納メモリ領域1を構成するメモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が長いものとする。例えば、未確定データ格納メモリ領域2をEEPROMで構成し、確定データ格納メモリ領域1をOTPROMで構成する。   It is assumed that the memory element that constitutes the confirmed data storage memory area 1 has a longer memory life than the memory element that constitutes the indeterminate data storage memory area 2. For example, the unconfirmed data storage memory area 2 is composed of an EEPROM, and the confirmed data storage memory area 1 is composed of an OTPROM.

読み出し回路5は、データ判別回路7を有している。タイマ4は、タイマ用メモリ6とデータ判別回路8と、履歴メモリ40とを有している。
タイマ用メモリ6を構成するメモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が短いものとする。なお、このタイマ用メモリ6を構成するメモリ素子の寿命は、すでに説明した通り、予め設定しておく。例えば、本発明による不揮発性半導体記憶装置を、比較的商品寿命の短い電子機器に搭載したとき、このメモリ素子の寿命は長くする必要はないのである。なお、履歴メモリ40の寿命は、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子と同等でよい。
The read circuit 5 has a data discrimination circuit 7. The timer 4 includes a timer memory 6, a data determination circuit 8, and a history memory 40.
The memory elements constituting the timer memory 6 are assumed to have a shorter memory life than the memory elements constituting the indeterminate data storage memory area 2. The lifetime of the memory elements constituting the timer memory 6 is set in advance as described above. For example, when the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is mounted on an electronic device having a relatively short product life, it is not necessary to extend the life of the memory element. The lifetime of the history memory 40 may be the same as that of the memory elements that constitute the undetermined data storage memory area 2.

[データ書き込み動作の説明:図1]
次に、本発明の不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み動作を引き続き図1を用いて説明する。
すでに説明したように、データには、そのデータがその後の書き換えをする必要のない動作プログラムなどの確定データか、ユーザデータなどの未確定データがある。例えば、動作プログラムであっても、その後の仕様変更やバグの発生によって書き換えをする可能性のある場合は、未確定データとなる。
不揮発性半導体記憶装置100へデータを書き込むときには、そのデータが確定データか未確定データかは、分からない。そこで、データはすべて書き込み回路3によって未確定データ格納メモリ領域2の使用領域20へ書き込まれる。
正確には、データを書き込む前の未確定データ格納メモリ領域2はすべて空白領域21であり、その空白領域21にデータを書き込むことで、その部分が使用領域20となるのである。
[Description of data write operation: FIG. 1]
Next, the data write operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG.
As already described, the data includes confirmed data such as an operation program that does not need to be rewritten thereafter, or unconfirmed data such as user data. For example, even an operation program becomes unconfirmed data if there is a possibility of rewriting due to subsequent specification changes or bugs.
When data is written to the nonvolatile semiconductor memory device 100, it is not known whether the data is confirmed data or unconfirmed data. Therefore, all the data is written into the use area 20 of the undefined data storage memory area 2 by the writing circuit 3.
Precisely, the undetermined data storage memory area 2 before the data is written is all the blank area 21, and by writing data in the blank area 21, the portion becomes the use area 20.

使用領域20へデータの書き込みをするときには、同時にタイマ用メモリ6へもデータの書き込みを行う。
タイマ用メモリ6は、図示はしないが複数のブロックに分かれており、使用領域20への1回のデータの書き込みに対して、1つのブロックを使用する。
使用領域20へ新たなデータの書き込みをするときには、タイマ用メモリ6の使用していないブロックへデータの書き込みを行い、使用領域20に書き込んだデータの上書きをするときには、タイマ用メモリ6の対応するブロックもデータの上書きを行う。
タイマ用メモリ6の特定のブロックが、使用領域20のどのアドレスに書き込んだデータと対応するのかについての情報は、履歴情報としてタイマ4の履歴メモリ40に記憶する。
When data is written to the use area 20, data is also written to the timer memory 6 at the same time.
Although not shown, the timer memory 6 is divided into a plurality of blocks, and one block is used for writing data into the use area 20 once.
When new data is written to the use area 20, data is written to an unused block of the timer memory 6, and when data written to the use area 20 is overwritten, the timer memory 6 corresponds. The block also overwrites the data.
Information about which address in the use area 20 corresponds to the data written in a specific block of the timer memory 6 is stored in the history memory 40 of the timer 4 as history information.

履歴メモリ40に記憶される履歴情報は、未確定データ格納メモリ領域2に記憶されているデータのうち、データ置き換えの対象となるデータを選択するための情報である。
例えば、未確定データ格納メモリ領域2に記憶されたデータと同じデータが、タイマ用メモリ6の第1ブロックに書き込まれたとすると、この「第1ブロックに書き込まれたデータが未確定データ格納メモリ領域2に記憶されているデータである」という関連付け情報である。
The history information stored in the history memory 40 is information for selecting data to be replaced from data stored in the undetermined data storage memory area 2.
For example, if the same data as the data stored in the undetermined data storage memory area 2 is written in the first block of the timer memory 6, this "data written in the first block is the undetermined data storage memory area. The association information is “the data stored in 2”.

ところで、使用領域20へのデータを書き込みするとき、タイマ用メモリ6へも「同時に書き込む」と説明したが、実際には、後述するメモリ素子への書き込みには書き込み回路3の駆動や書き込み電圧の発生、それらの伝達などにより、若干の時間差が生じることがある。厳密に言えば、「ほぼ同時に書き込む」と表現する方が正しいのであろうが、説明を簡略化するために同時に書き込むと表現している。   By the way, when writing data to the use area 20, it has been described that “the data is simultaneously written” to the timer memory 6. A slight time difference may occur due to generation, transmission thereof, and the like. Strictly speaking, it would be more correct to write “write almost at the same time”, but to write at the same time to simplify the explanation.

[データ読み出し動作の説明:図1、図2]
次に、本発明の不揮発性半導体記憶装置のデータ読み出し動作を引き続き図1を用いて説明する。
不揮発性半導体記憶装置100へ記憶したデータを読み出すときには、読み出し回路5から確定データ格納メモリ領域1と未確定データ格納メモリ領域2とに読み出し信号Sを送る。
[Description of data read operation: FIGS. 1 and 2]
Next, the data read operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG.
When reading data stored in the nonvolatile semiconductor memory device 100, a read signal S is sent from the read circuit 5 to the confirmed data storage memory area 1 and the undefined data storage memory area 2.

確定データ格納メモリ領域1の使用領域10へ読み出し信号Sが到達すると、使用領域10から、格納したデータに応じた記憶データaを読み出し回路5へ送り、読み出し回路5の有するデータ判別回路7で判別された結果を、読み出し回路5から、不揮発性半導体記憶装置100の外部へ出力する。   When the read signal S reaches the use area 10 of the definite data storage memory area 1, the storage data a corresponding to the stored data is sent from the use area 10 to the read circuit 5 and is discriminated by the data discrimination circuit 7 of the read circuit 5. The result is output from the read circuit 5 to the outside of the nonvolatile semiconductor memory device 100.

未確定データ格納メモリ領域2の使用領域20へ読み出し信号Sが到達すると、使用領域20から、格納したデータに応じた記憶データbを読み出し回路5へ送り、読み出し回路5の有するデータ判別回路7で判別された結果を、読み出し回路5から、不揮発性半導体記憶装置100の外部へ出力する。   When the read signal S reaches the use area 20 of the undefined data storage memory area 2, the storage data b corresponding to the stored data is sent from the use area 20 to the read circuit 5, and the data discrimination circuit 7 included in the read circuit 5 The determined result is output from the read circuit 5 to the outside of the nonvolatile semiconductor memory device 100.

ここで、読み出し回路5のデータ判別について、さらに詳細な説明を行う。
図2は、本発明の読み出し回路5が有しているデータ判別回路7の構成を説明するためのブロック図である。図示はしないが、データ判別回路8も同じ構成である。
図2において、70は読み出し負荷素子、71は読み出しコンパレータ、PGは読み出し電圧入力端子、INはデータ入力端子、OUTはデータ出力端子である。
Here, the data discrimination of the read circuit 5 will be described in more detail.
FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the data discriminating circuit 7 included in the reading circuit 5 of the present invention. Although not shown, the data discrimination circuit 8 has the same configuration.
In FIG. 2, 70 is a read load element, 71 is a read comparator, PG is a read voltage input terminal, IN is a data input terminal, and OUT is a data output terminal.

図1における確定データ格納メモリ領域1および未確定データ格納メモリ領域2の指定するビットの記憶データは、図2におけるデータ入力端子INより入力する。
読み出し負荷素子70は、読み出し電圧入力端子PGに入力する読み出し電圧Vpgの電圧の値に応じて負荷値が決まる。
The stored data of the bits designated in the determined data storage memory area 1 and the undefined data storage memory area 2 in FIG. 1 are input from the data input terminal IN in FIG.
The load value of the read load element 70 is determined according to the value of the read voltage Vpg input to the read voltage input terminal PG.

決定した負荷値を用いてデータ入力端子INから入力する記憶データが判別され、その結果は読み出しコンパレータ71を介して、データ出力端子OUTより、データ判別回路7の外部へ出力する。
ここで、記憶データを判別するための境界がセンスレベルである。
Stored data input from the data input terminal IN is determined using the determined load value, and the result is output from the data output terminal OUT to the outside of the data determination circuit 7 via the read comparator 71.
Here, the boundary for discriminating stored data is the sense level.

[データ置き換え動作の説明:図1]
次に、本発明の不揮発性半導体記憶装置のデータ置き換え動作を引き続き図1を用いて説明する。
[Description of data replacement operation: FIG. 1]
Next, the data replacement operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIG.

タイマ用メモリ6を構成するメモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が短いものである。
タイマ4が、データ判別回路8を用いてタイマ用メモリ6の特定のブロックが寿命に到達したことを感知すると、タイマ4の履歴メモリ40に記憶した履歴情報と照合し、未確定データ格納メモリ領域2の使用領域20のどのアドレスに書き込んだデータがデータ置き換えの対象となるのかを判断し、データ置き換え信号SUを読み出し回路5へ送り、本発明のデータ置き換え動作が始まる。
The memory element that constitutes the timer memory 6 has a shorter memory life than the memory element that constitutes the indeterminate data storage memory area 2.
When the timer 4 senses that a specific block of the timer memory 6 has reached the end of its life using the data discriminating circuit 8, it collates with the history information stored in the history memory 40 of the timer 4, and the unconfirmed data storage memory area It is determined to which address in the second use area 20 the data written is to be replaced, and a data replacement signal SU is sent to the read circuit 5 to start the data replacement operation of the present invention.

データ置き換え信号SUを受け取った読み出し回路5は、使用領域20のデータ置き換えの対象となるアドレスへ読み出し信号Sを送る。
読み出し信号Sを受け取った使用領域20は対象となるアドレスに記憶されている記憶データbを読み出し回路5へ送る。
The read circuit 5 that has received the data replacement signal SU sends the read signal S to an address that is the target of data replacement in the use area 20.
The use area 20 that has received the read signal S sends the storage data b stored at the target address to the read circuit 5.

記憶データbを受け取った読み出し回路5は、記憶データbの情報を書き込み回路3へ送り、書き込み回路3は、記憶データbの情報を確定データ格納メモリ領域1の空白領域11へ書き込み、本発明のデータ置き換え動作が終了する。この様子は、図1では書き込み回路3から確定データ格納メモリ領域1へ点線矢印で示す。   The read circuit 5 that has received the storage data b sends the information of the storage data b to the write circuit 3, and the write circuit 3 writes the information of the storage data b to the blank area 11 of the defined data storage memory area 1, The data replacement operation ends. This state is indicated by a dotted arrow from the write circuit 3 to the defined data storage memory area 1 in FIG.

タイマ用メモリ6が寿命に到達した時点では、未確定データ格納メモリ領域2はまだ寿命に到達はしておらず、格納したデータは不良の混在していない正確なものである。
正確なデータを未確定データ格納メモリ領域2よりもさらにメモリ寿命の長い確定データ格納メモリ領域1へ置き換えることにより、データの保護を行うことができる。
When the timer memory 6 reaches the end of its life, the unconfirmed data storage memory area 2 has not yet reached its end of life, and the stored data is accurate with no mixed defects.
Data can be protected by replacing accurate data with the confirmed data storage memory area 1 having a longer memory life than the unconfirmed data storage memory area 2.

[タイマ用メモリの説明:図2、図3、図4、図5、図6]
ここで、タイマ用メモリ6のメモリ寿命を、未確定データ格納メモリ領域2のメモリ寿命よりも短くする方法を説明する。それは、第1の手段から第4の手段がある。
[Explanation of timer memory: FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6]
Here, a method for making the memory life of the timer memory 6 shorter than the memory life of the unconfirmed data storage memory area 2 will be described. There are first to fourth means.

[第1の手段の説明:図3]
図3は、本発明の未確定データ格納メモリ領域2およびタイマ用メモリ6を構成するメモリ素子の構造を説明するための断面図である。先の説明の通り、本発明の実施形態では、これら2つのメモリ素子は同一の構造を有する。
図3において、30はゲート電極、31はトップ絶縁膜、32は電荷蓄積膜、33はボトム絶縁膜、34は半導体基板、35はソース、36はドレイン、300はこれらを有するメモリ素子である。
[Explanation of first means: FIG. 3]
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of the memory elements constituting the undetermined data storage memory area 2 and the timer memory 6 of the present invention. As described above, in the embodiment of the present invention, these two memory elements have the same structure.
In FIG. 3, 30 is a gate electrode, 31 is a top insulating film, 32 is a charge storage film, 33 is a bottom insulating film, 34 is a semiconductor substrate, 35 is a source, 36 is a drain, and 300 is a memory element having them.

ボトム絶縁膜33の膜厚により、メモリ素子300のメモリ寿命は変動する。
ボトム絶縁膜33の膜厚を厚くするとメモリ素子300のメモリ寿命は長くなり、ボトム絶縁膜33の膜厚を薄くするとメモリ素子300のメモリ寿命は短くなる。
よって、タイマ用メモリ6を構成するメモリ素子は、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子よりもボトム絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、メモリ寿命を短くする。
The memory life of the memory element 300 varies depending on the film thickness of the bottom insulating film 33.
Increasing the thickness of the bottom insulating film 33 increases the memory life of the memory element 300, and decreasing the thickness of the bottom insulating film 33 decreases the memory life of the memory element 300.
Therefore, the memory life of the memory element constituting the timer memory 6 is shortened by making the bottom insulating film thinner than the memory element constituting the undetermined data storage memory area 2.

[第2の手段の説明:図4、図5]
図4は、図3におけるメモリ素子300のしきい値電圧の値の、書き込み時間に対する変化と、センスレベルとの関係を示す説明図であり、書き込み電圧の異なる場合について表している。横軸はデータの書き込み電圧の印加時間を対数軸で表し、縦軸はしきい値電圧の値を表す。
Vppw1、Vppw2、Vppw3は書き込み電圧の値であり、その値の大きさは、Vppw1<Vppw2<Vppw3である。
しきい値電圧の値とセンスレベルの値との差をしきい値マージンと呼ぶ。しきい値電圧の値がセンスレベルの値よりも大きい状態をデータ書き込み状態と呼ぶ。
[Description of Second Means: FIGS. 4 and 5]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the change in the threshold voltage value of the memory element 300 in FIG. 3 with respect to the write time and the sense level, and shows the case where the write voltage is different. The horizontal axis represents the data write voltage application time on the logarithmic axis, and the vertical axis represents the threshold voltage value.
Vppw1, Vppw2, and Vppw3 are values of the write voltage, and the magnitudes of the values are Vppw1 <Vppw2 <Vppw3.
The difference between the threshold voltage value and the sense level value is called a threshold margin. A state in which the threshold voltage value is larger than the sense level value is referred to as a data write state.

書き込み電圧、または、書き込み時間により、しきい値マージンは変動する。
データ書き込み状態において、書き込み時間を長くする、または、書き込み電圧を大きくするとしきい値マージンは大きくなり、書き込み時間を短くする、または、書き込み電圧を小さくするとしきい値マージンは小さくなる。
The threshold margin varies depending on the write voltage or the write time.
In the data writing state, the threshold margin is increased when the writing time is increased or the writing voltage is increased, and the threshold margin is decreased when the writing time is shortened or the writing voltage is decreased.

図示はしないが、しきい値マージンは、データを書き込んでからの時間の経過、または、データの上書きをくり返すことにより、徐々に小さくなっていく。そして、しきい値マージンが0になると、書き込んだデータは消滅、つまりメモリ寿命に到達することになる。   Although not shown, the threshold margin gradually decreases as time elapses after data is written or data is repeatedly overwritten. When the threshold margin becomes 0, the written data disappears, that is, the memory life is reached.

よって、タイマ用メモリ6を構成するメモリ素子にデータ書き込み状態を記憶するときは、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子にデータ書き込み状態を記憶するときよりも書き込み時間を短く、または、書き込み電圧を小さくすることにより、メモリ寿命を短くする。   Therefore, when the data write state is stored in the memory element constituting the timer memory 6, the write time is shorter than when the data write state is stored in the memory element constituting the undetermined data storage memory area 2, or The memory life is shortened by reducing the write voltage.

図5は、図3におけるメモリ素子300のしきい値電圧の値の、消去時間に対する変化と、センスレベルとの関係を示す説明図であり、消去電圧の異なる場合について表している。横軸はデータの消去電圧の印加時間を対数軸で表し、縦軸はしきい値電圧の値を表す。
Vppe1、Vppe2、Vppe3は消去電圧の値であり、その値の大きさは、Vppe1<Vppe2<Vppe3である。
しきい値電圧の値がセンスレベルの値よりも小さい状態をデータ消去状態と呼ぶ。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the change of the threshold voltage value of the memory element 300 in FIG. 3 with respect to the erase time and the sense level, and shows the case where the erase voltage is different. The horizontal axis represents the data erase voltage application time on a logarithmic axis, and the vertical axis represents the threshold voltage value.
Vppe1, Vppe2, and Vppe3 are erase voltage values, and the magnitudes of the values are Vppe1 <Vppe2 <Vppe3.
A state in which the threshold voltage value is smaller than the sense level value is referred to as a data erase state.

データ消去状態においてもデータ書き込み状態と同様に、消去電圧、または、消去時間により、しきい値マージンが変動する。
よって、タイマ用メモリ6を構成するメモリ素子にデータ消去状態を記憶するときは、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子にデータ消去状態を記憶するときよりも消去時間を短く、または、消去電圧を小さくすることにより、メモリ寿命を短くする。
In the data erase state, similarly to the data write state, the threshold margin varies depending on the erase voltage or the erase time.
Therefore, when the data erase state is stored in the memory element constituting the timer memory 6, the erase time is shorter than when the data erase state is stored in the memory element constituting the unconfirmed data storage memory area 2, or The memory life is shortened by reducing the erase voltage.

[第3の手段の説明:図2、図6]
図6は、図2におけるデータ判別回路7および図示しないデータ判別回路8のセンスレベルの値と読み出し電圧Vpgの値との関係を示す説明図である。横軸は読み出し電圧Vpgの値を表し、縦軸はセンスレベルの値を表す。
読み出し電圧Vpgが大きくなるとセンスレベルは小さくなり、読み出し電圧Vpgが小さくなるとセンスレベルは大きくなる。
[Explanation of third means: FIGS. 2 and 6]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the value of the sense level of the data discrimination circuit 7 and the data discrimination circuit 8 (not shown) in FIG. 2 and the value of the read voltage Vpg. The horizontal axis represents the value of the read voltage Vpg, and the vertical axis represents the value of the sense level.
When the read voltage Vpg increases, the sense level decreases, and when the read voltage Vpg decreases, the sense level increases.

データ書き込み状態においては、センスレベルが大きくなるとしきい値マージンが小さくなり、データ消去状態においては、センスレベルが小さくなるとしきい値マージンが小さくなる。
よって、データ判別回路8の読み出し電圧Vpgを、データ判別回路7の読み出し電圧Vpgより小さいものと大きいものとの2種類を用意し、2種類の読み出し電圧でデータを判別することで、タイマ用メモリ6のメモリ寿命を未確定データ格納メモリ領域2のメモリ寿命よりも短くすることができる。
In the data write state, the threshold margin decreases as the sense level increases. In the data erase state, the threshold margin decreases as the sense level decreases.
Therefore, the read voltage Vpg of the data discriminating circuit 8 is prepared in two types, that is, smaller than and larger than the read voltage Vpg of the data discriminating circuit 7, and the data is discriminated by the two types of read voltages, thereby the timer memory. 6 can be made shorter than the memory life of the undetermined data storage memory area 2.

[第4の手段の説明:図3]
図3に示すメモリ素子300において、データの書き込みと消去とをくり返すと、ボトム絶縁膜33には、書き込み電圧や消去電圧の印加によるダメージおよび電荷がくり返し通過することによるダメージが蓄積し、欠陥が発生する。欠陥が発生すると、しきい値マージンは小さく、場合によっては0になる。
よって、タイマ用メモリ6にデータを記憶させるときは、意図的に複数回の書き換えを実施した後に記憶するデータを書き込むことで、欠陥の発生確率が高まり、メモリ寿命を短くすることができる。
[Description of Fourth Meaning: FIG. 3]
In the memory element 300 shown in FIG. 3, when data writing and erasing are repeated, damage to the bottom insulating film 33 due to application of a writing voltage and an erasing voltage and damage due to repeated passage of charges accumulate. Will occur. When a defect occurs, the threshold margin is small and sometimes becomes 0.
Therefore, when data is stored in the timer memory 6, by writing the data to be stored after intentionally rewriting a plurality of times, the probability of occurrence of defects can be increased and the memory life can be shortened.

以上、第1の手段から第4の手段が、タイマ用メモリ6のメモリ寿命を、未確定データ格納メモリ領域2のメモリ寿命よりも短くするための代表的な手段である。もちろん、これらの手段を組み合わせてもよい。   As described above, the first to fourth means are representative means for making the memory life of the timer memory 6 shorter than the memory life of the unconfirmed data storage memory area 2. Of course, these means may be combined.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、データ置き換え動作の開始時間を、タイマ4が有するタイマ用メモリ6のメモリ寿命で規定しているため、未確定データ格納メモリ領域2のデータが消滅する前にデータ置き換えが可能である。
なぜならば、メモリ寿命は、データを記憶してからの経過時間だけで決まるものではなく、データの書き換え回数やメモリ素子を放置する環境、特に周辺温度の影響を強く受けるが、これらの影響は、未確定データ格納メモリ領域2のメモリ素子だけでなく、タイマ用メモリ6のメモリ素子も受けるため、メモリ寿命が短くなるような状況では、データを記憶してからの経過時間がより短い段階でデータ置き換え動作を開始するからである。
In the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, since the start time of the data replacement operation is defined by the memory life of the timer memory 6 included in the timer 4, before the data in the undetermined data storage memory area 2 disappears. Data replacement is possible.
This is because the memory life is not determined only by the elapsed time since the data was stored, but it is strongly influenced by the number of data rewrites and the environment in which the memory element is left, particularly the ambient temperature. Since not only the memory elements of the indeterminate data storage memory area 2 but also the memory elements of the timer memory 6 are received, in a situation where the memory life is shortened, the data is stored at a stage where the elapsed time after storing the data is shorter. This is because the replacement operation is started.

[確定データ格納メモリ領域のメモリ素子の説明]
ここで、確定データ格納メモリ領域1を構成するメモリ素子について説明する。
確定データ格納メモリ領域1を構成するメモリ素子としては、例えば、知られている絶縁破壊型のPROMやヒューズ型のPROM、ダイオード破壊型のPROMを用いることができる。
[Explanation of memory elements in the definite data storage memory area]
Here, the memory elements constituting the determined data storage memory area 1 will be described.
For example, a known dielectric breakdown type PROM, a fuse type PROM, or a diode breakdown type PROM can be used as the memory element constituting the definite data storage memory region 1.

絶縁破壊型のPROMは、MIS型トランジスタをメモリ素子として用いるものである。
MIS型トランジスタのゲートとソースとの間、またはゲートとドレインとの間に電流が流れるか否かが、論理値の‘0’と‘1’とに対応する。
データの書き込みは、ゲートとソースとの間、またはゲートとドレインとの間にゲート絶縁膜の絶縁耐圧より大きな破壊電圧を印加し、ゲート絶縁膜を絶縁破壊し短絡状態にすることにより行う。
The dielectric breakdown type PROM uses a MIS type transistor as a memory element.
Whether a current flows between the gate and the source of the MIS transistor or between the gate and the drain corresponds to logical values “0” and “1”.
Data is written by applying a breakdown voltage larger than the withstand voltage of the gate insulating film between the gate and the source or between the gate and the drain, thereby causing the gate insulating film to break down into a short circuit state.

ヒューズ型のPROMは、高濃度に不純物を添加したポリシリコンにより成るヒューズをメモリ素子として用いるものである。
ヒューズに電流が流れるか否かが、論理値の‘0’と‘1’とに対応する。
データの書き込みは、ヒューズに過大な電流を流し、ヒューズを溶断することにより行う。
The fuse type PROM uses a fuse made of polysilicon doped with impurities at a high concentration as a memory element.
Whether or not current flows through the fuse corresponds to logical values “0” and “1”.
Data is written by passing an excessive current through the fuse and blowing the fuse.

ダイオード破壊型のPROMは、pn接合ダイオードをメモリ素子として用いるものである。
ダイオードの逆方向電流が流れるか否かが、論理値の‘0’と‘1’とに対応する。
データの書き込みは、ダイオードの両端に逆方向耐圧より大きな破壊電圧を印加し、ダイオードを破壊し短絡状態にすることにより行う。
The diode destruction type PROM uses a pn junction diode as a memory element.
Whether or not the reverse current of the diode flows corresponds to logical values “0” and “1”.
Data is written by applying a breakdown voltage larger than the reverse breakdown voltage to both ends of the diode to destroy the diode and short-circuit it.

絶縁破壊型のPROMやヒューズ型のPROM、ダイオード破壊型のPROM以外にも、図3において説明したメモリ素子300をOTPROMとして用いることもできる。   In addition to the dielectric breakdown type PROM, the fuse type PROM, and the diode breakdown type PROM, the memory element 300 described with reference to FIG. 3 can also be used as the OTPROM.

メモリ素子300を、確定データ格納メモリ領域1を構成するOTPROMとして用いる場合は、ボトム絶縁膜33の膜厚を、未確定データ格納メモリ領域2を構成するメモリ素子300のボトム絶縁膜33の膜厚に対して、十分に厚く(例えば、1.5倍の厚さ)する。
そうすることにより、メモリ寿命は格段に長く(例えば、1000倍の長さ)なり、実使用上においては、データが消滅することのない、OTPROMとして機能することができる。
When the memory element 300 is used as an OTPROM constituting the determined data storage memory area 1, the thickness of the bottom insulating film 33 is set to the thickness of the bottom insulating film 33 of the memory element 300 constituting the undefined data storage memory area 2. Is sufficiently thick (for example, 1.5 times thicker).
By doing so, the memory life is remarkably long (for example, 1000 times longer), and in actual use, it can function as an OTPROM in which data is not lost.

本発明の不揮発性半導体記憶装置は、動作プログラムのような確定データと、ユーザデータのような未確定データとを記憶する必要がある電子機器用として好適である。   The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is suitable for an electronic device that needs to store confirmed data such as an operation program and unconfirmed data such as user data.

本発明による不揮発性半導体記憶装置を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. FIG. 本発明による不揮発性半導体記憶装置のデータ判別回路を説明するためのブロック図である。4 is a block diagram for explaining a data discrimination circuit of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. FIG. 本発明による不揮発性半導体記憶装置のメモリ素子の構造を説明するための断面図である。1 is a cross-sectional view for explaining a structure of a memory element of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. メモリ素子へ書き込み電圧を印加する時間としきい値電圧との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the time which applies a write voltage to a memory element, and a threshold voltage. メモリ素子へ消去電圧を印加する時間としきい値電圧との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the time which applies erase voltage to a memory element, and threshold voltage. 読み出し負荷素子へ印加する読み出し電圧とデータ判別回路のセンスレベルとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the read voltage applied to a read load element, and the sense level of a data discrimination circuit. 特許文献1に示す従来技術を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the prior art shown in patent document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols


1 確定データ格納メモリ領域
2 未確定データ格納メモリ領域
3 書き込み回路
4 タイマ
5 読み出し回路
6 タイマ用メモリ
7、8 データ判別回路
10、20 使用領域
11、21 空白領域
40 履歴メモリ
100 不揮発性半導体記憶装置
a、b 記憶データ
S 読み出し信号
SU データ置き換え信号

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Deterministic data storage memory area 2 Undetermined data storage memory area 3 Write circuit 4 Timer 5 Read circuit 6 Timer memory 7, 8 Data discrimination circuit 10, 20 Use area 11, 21 Blank area 40 History memory 100 Non-volatile semiconductor memory device a, b Stored data S Read signal SU Data replacement signal

Claims (8)

確定データ格納メモリ領域および未確定データ格納メモリ領域を備えるメモリ領域と、書き込み回路と、読み出し回路と、タイマと、を有し、
前記タイマは、タイマ用メモリ素子と履歴メモリとを備え、
前記書き込み回路は、前記メモリ領域にデータを記憶するとき、該データを前記未確定データ格納メモリ領域と前記タイマ用メモリ素子とに同時に記憶するとともに、前記履歴メモリに履歴情報を記憶し、
前記タイマは、前記タイマ用メモリ素子に記憶した前記データの変動を検出すると、前記履歴情報を参照し、前記未確定データ格納メモリ領域に記憶した前記データを特定し、データ置き換え信号を出力し、
前記読み出し回路は、前記データ置き換え信号を受信すると、前記未確定データ格納メモリ領域に記憶している前記データを読み出して前記書き込み回路に前記データを送信し、
前記書き込み回路は、前記確定データ格納メモリ領域に前記データを書き込むことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory area including a confirmed data storage memory area and an indeterminate data storage memory area, a write circuit, a read circuit, and a timer;
The timer includes a timer memory element and a history memory,
The write circuit, when storing data in the memory area, simultaneously stores the data in the unconfirmed data storage memory area and the timer memory element, and stores history information in the history memory,
When the timer detects a change in the data stored in the timer memory element, the timer refers to the history information, specifies the data stored in the indeterminate data storage memory area, and outputs a data replacement signal.
When the read circuit receives the data replacement signal, the read circuit reads the data stored in the undetermined data storage memory area and transmits the data to the write circuit.
The non-volatile semiconductor memory device, wherein the write circuit writes the data into the defined data storage memory area.
前記確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子は、前記未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が長いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a memory element constituting the definite data storage memory area has a longer memory life than a memory element constituting the undetermined data storage memory area. 前記確定データ格納メモリ領域は、1回だけデータ書き込みを行うことができるメモリ素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。   3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the determined data storage memory area is a memory element in which data can be written only once. 前記タイマ用メモリ素子は、前記未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子よりもメモリ寿命が短いことを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。   4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the timer memory element has a shorter memory life than a memory element that constitutes the indeterminate data storage memory area. 5. 前記タイマ用メモリ素子と前記未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子とは、同一構造であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。   5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the memory element for timer and the memory element that constitutes the indeterminate data storage memory area have the same structure. 6. 前記タイマ用メモリ素子と前記未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子とは、複数の絶縁膜を積層してなる積層膜を有していることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。   6. The timer memory element and the memory element constituting the undetermined data storage memory area have a laminated film formed by laminating a plurality of insulating films. The nonvolatile semiconductor memory device according to one. 前記タイマ用メモリ素子へデータを書き込むとき、前記未確定データ格納メモリ領域にデータを書き込むときよりも書き込み電圧を低くするか、または書き込み時間を短くすることで、
前記タイマ用メモリ素子のしきい値マージンを、前記未確定データ格納メモリ領域を構成するメモリ素子のしきい値マージンよりも少なくすることを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
When writing data to the memory element for timer, by lowering the write voltage or shortening the write time than when writing data to the indeterminate data storage memory area,
7. The threshold margin of the timer memory element is made smaller than a threshold margin of a memory element constituting the undefined data storage memory area. Nonvolatile semiconductor memory device.
前記タイマ用メモリ素子へデータを書き込むとき、少なくとも2回のデータ書き込みを行うことで書き込みダメージを蓄積し、
前記タイマ用メモリ素子のメモリ寿命を短くすることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
When writing data to the timer memory element, write damage is accumulated by writing data at least twice,
8. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a memory life of the timer memory element is shortened.
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