JP2010079977A - Nonvolatile semiconductor memory device with constant current type power supply circuit - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device with constant current type power supply circuit Download PDF

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JP2010079977A JP2008246229A JP2008246229A JP2010079977A JP 2010079977 A JP2010079977 A JP 2010079977A JP 2008246229 A JP2008246229 A JP 2008246229A JP 2008246229 A JP2008246229 A JP 2008246229A JP 2010079977 A JP2010079977 A JP 2010079977A
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Masamichi Asano
正通 浅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device of small variations by suppressing variations in load characteristics by a transistor in write operation and erase operation in a memory cell. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor memory device 10 includes a constant current circuit 500 to which write or erase is performed by a current which is subjected to constant current control in writing or erasure in electric processing to the memory cell Mmn in a memory cell array section 100. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、標準CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)プロセスで製造できる1層ポリシリコンのセル構造で書き込みあるいは消去が可能な不揮発性半導体メモリにおいて、書き込みあるいは消去を定電流により行うことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置に関する。   The present invention is characterized in that writing or erasing is performed with a constant current in a nonvolatile semiconductor memory capable of writing or erasing in a single-layer polysilicon cell structure that can be manufactured by a standard CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) process. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device.

EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)に代表される不揮発性半導体メモリは、電源を切っても情報が消えないことから、多くの用途に用いられてきた。例えば、EEPROMの代表的な用途としては、ICカードがある。また、いつでも用途に応じて書き換えができる便利さから、マイコン内のマスクROMの置き換えとしてEEPROMやフラッシュメモリが使われている。さらに、近年では、システムLSIや、論理ICの一部に不揮発性半導体メモリを取り込んだ、埋め込み型の所謂、ロジック混載メモリ(Embedded Memory)が必要になってきた。さらには、アナログ回路に組み込んで、高精度のアナログ回路のチューニングなどを行うための調整用スイッチとして、数百ビットから数K(キロ)ビット程度の小規模の不揮発性半導体メモリも必要になってきている。   Nonvolatile semiconductor memories represented by EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) have been used in many applications because information is not lost even when the power is turned off. For example, a typical application of an EEPROM is an IC card. In addition, EEPROM or flash memory is used as a replacement for the mask ROM in the microcomputer because it can be rewritten at any time according to the application. Furthermore, in recent years, there has been a need for a so-called embedded logic memory (embedded type) in which a nonvolatile semiconductor memory is incorporated in a part of a system LSI or logic IC. Furthermore, a small-sized non-volatile semiconductor memory of several hundred bits to several K (kilo) bits is also required as an adjustment switch that is incorporated into an analog circuit and performs tuning of a high-precision analog circuit. ing.

小規模の不揮発性半導体メモリを実現させる手段として、1層ポリシリコンを用いたEEPROMが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この1層ポリシリコンEEPROMを用いれば、従来の不揮発性半導体メモリにおける2層ポリシリコンプロセスに比べ製造工程を削減することができる。
特開平10−289959号公報
As means for realizing a small-scale nonvolatile semiconductor memory, an EEPROM using single-layer polysilicon has been proposed (for example, see Patent Document 1). If this one-layer polysilicon EEPROM is used, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the two-layer polysilicon process in the conventional nonvolatile semiconductor memory.
JP-A-10-289959

ところで、これまで開示されている技術に基づく不揮発性半導体メモリ装置の書き込み特性、消去特性について説明する。
図18は、これまで開示されている技術に基づく不揮発性半導体メモリ装置60のブロック図である。
不揮発性半導体メモリ装置60におけるメモリセルアレイ部100は、メモリセルM11〜Mmnがマトリックス上に配列されてメモリセルアレイを形成する。これらのメモリセルM11〜Mmnは、1層ポリシリコンプロセスによる不揮発性半導体メモリ素子である。
メモリセルM11〜Mmnには、ワード線WL1、WL2、〜WLm(以下、ワード線WL1、WL2、〜WLmをまとめて表すときはワード線WLmと記載する)が接続され、入力される行アドレスに応じて行デコーダ200が選択した行選択信号を、接続されるワード線WLmに出力する。接続されるメモリセルが選択され、選択されたメモリセルはbit線Bit1〜Bitnに接続される。
By the way, write characteristics and erase characteristics of the nonvolatile semiconductor memory device based on the technology disclosed so far will be described.
FIG. 18 is a block diagram of a nonvolatile semiconductor memory device 60 based on the technology disclosed so far.
In the memory cell array unit 100 in the nonvolatile semiconductor memory device 60, memory cells M11 to Mmn are arranged on a matrix to form a memory cell array. These memory cells M11 to Mmn are nonvolatile semiconductor memory elements by a one-layer polysilicon process.
The memory cells M11 to Mmn are connected to word lines WL1, WL2, and WLm (hereinafter, the word lines WL1, WL2, and WLm are collectively referred to as word lines WLm) and are connected to input row addresses. In response, the row selection signal selected by the row decoder 200 is output to the connected word line WLm. A memory cell to be connected is selected, and the selected memory cell is connected to the bit lines Bit1 to Bitn.

行デコーダ200にはワード線WLmが接続され、行デコーダ200は、選択した行選択信号をワード線WLmに出力する。ワード線WLmからの信号で選択されたメモリセルMmnは活性化し、bit線Bit1、Bit2、〜Bitnに接続される。
列選択回路300は列選択用のNMOS型のトランジスタ301、302、〜300nで構成される。列デコーダ400は、入力される列アドレスに応じて列選択信号を生成し、列線C1、C2、〜Cnを介して接続される列選択回路300のトランジスタ301、302、〜300nを制御する。定電圧回路500eは書き込みまたは消去用の定電圧電源を出力する。書き込み制御回路600は、入力される信号に応じて、メモリセルに書き込む制御信号を出力する。センスアンプ部700はメモリセルからデータを読み出すためのセンスアンプである。電源回路800は、不揮発性半導体メモリ装置60内の各回路に電源を供給する電源回路である。
図示されるように、メモリセルに対する書き込み動作・消去動作における電力の供給は、定電圧制御回路500eによって定電圧制御された電源によって制御されるものである。
A word line WLm is connected to the row decoder 200, and the row decoder 200 outputs a selected row selection signal to the word line WLm. The memory cell Mmn selected by the signal from the word line WLm is activated and connected to the bit lines Bit1, Bit2,.
The column selection circuit 300 includes NMOS transistors 301, 302, to 300n for column selection. The column decoder 400 generates a column selection signal according to the input column address, and controls the transistors 301, 302, and 300n of the column selection circuit 300 connected through the column lines C1, C2, and Cn. The constant voltage circuit 500e outputs a constant voltage power source for writing or erasing. The write control circuit 600 outputs a control signal to be written to the memory cell in accordance with the input signal. The sense amplifier unit 700 is a sense amplifier for reading data from the memory cell. The power supply circuit 800 is a power supply circuit that supplies power to each circuit in the nonvolatile semiconductor memory device 60.
As shown in the figure, the supply of power in the write / erase operations for the memory cells is controlled by a power source controlled at a constant voltage by a constant voltage control circuit 500e.

図19は、従来の書き込み動作を示す概略ブロック図である。電源回路800から書き込み電圧7Vが出力される。メモリセルM11のドレイン耐圧(ブレークダウン電圧)が7Vであるので、メモリセルM11のドレイン電圧を5Vに設定するために、定電圧回路500eより5Vを出力して、これを第一の負荷となるNMOS型のトランジスタT1のゲートに入力する。このトランジスタT1は閾値が0Vのトランジスタである。次に、書き込みデータの書き込み制御回路600から書き込みデータDin*が出力され、第二の負荷となるNMOS型のトランジスタT2に入力される。トランジスタT2はトランスファーゲートとして機能することが目的のスイッチであり、ゲートには9Vの電圧が入力される。選択された列デコーダの出力が第三の負荷となるNMOS型のトランジスタ301に入力される。トランジスタ301もスイッチとして機能するために、ゲートには9Vの電圧が入力される。メモリセルM11への書き込み電流は、トランジスタT1、トランジスタT2、トランジスタ301の各NMOS型トランジスタを介して供給される。このトランジスタT2、トランジスタ301は、スイッチング動作により機能するため、十分小さな抵抗値を示す。このときトランジスタT1は、飽和領域で動作することになり、この電流経路の負荷特性を決定する。   FIG. 19 is a schematic block diagram showing a conventional write operation. A write voltage 7 V is output from the power supply circuit 800. Since the drain withstand voltage (breakdown voltage) of the memory cell M11 is 7V, in order to set the drain voltage of the memory cell M11 to 5V, 5V is output from the constant voltage circuit 500e and this becomes the first load. Input to the gate of the NMOS transistor T1. The transistor T1 is a transistor having a threshold value of 0V. Next, write data Din * is output from the write data write control circuit 600 and input to the NMOS transistor T2 serving as the second load. The transistor T2 is a switch intended to function as a transfer gate, and a voltage of 9 V is input to the gate. The output of the selected column decoder is input to the NMOS transistor 301 serving as a third load. Since the transistor 301 also functions as a switch, a voltage of 9 V is input to the gate. A write current to the memory cell M11 is supplied via each of the NMOS transistors of the transistor T1, the transistor T2, and the transistor 301. Since the transistor T2 and the transistor 301 function by a switching operation, they have a sufficiently small resistance value. At this time, the transistor T1 operates in the saturation region, and determines the load characteristic of this current path.

図20に、従来の定電圧回路の例を示す。定電圧回路500eは、出力電圧Vconstを出力する定電圧回路である。定電圧回路500eにおける出力電圧検知回路501eは、オペアンプで構成され参照電圧Vrefと出力電圧Vconstからのフィードバック信号とを比較して偏差を出力する。出力電圧検知回路501eには、電源回路800から入力される電圧を安定化して出力するレギュレータ502eが接続され、安定化した出力電圧Vconstを出力する。レギュレータ502eの出力には、直列接続された抵抗Raと抵抗Rbを介して基準電位に接続される。抵抗Raと抵抗Rbでは、出力電圧Vconstを分圧する。その分圧された電圧がフィードバック信号として出力電圧検知回路501eに入力される。   FIG. 20 shows an example of a conventional constant voltage circuit. The constant voltage circuit 500e is a constant voltage circuit that outputs the output voltage Vconst. The output voltage detection circuit 501e in the constant voltage circuit 500e is composed of an operational amplifier and compares the reference voltage Vref with a feedback signal from the output voltage Vconst to output a deviation. The output voltage detection circuit 501e is connected to a regulator 502e that stabilizes and outputs a voltage input from the power supply circuit 800, and outputs a stabilized output voltage Vconst. The output of the regulator 502e is connected to a reference potential via a resistor Ra and a resistor Rb connected in series. The resistors Ra and Rb divide the output voltage Vconst. The divided voltage is input to the output voltage detection circuit 501e as a feedback signal.

図21は、メモリセルMmnの書き込み動作時の動作点を示すグラフである。このグラフには、NMOS(Negative channel Metal Oxide Semiconductor)負荷線1とNMOS負荷線2とメモリセルMmnの書き込み特性のグラフが示される。このグラフの横軸はメモリセルのドレイン電圧を示し、縦軸はドレイン電流を示す。
動作点1eと動作点2eは、NMOS負荷線1とNMOS負荷線2およびメモリセルMmnの書き込み特性線との交点で示される。
FIG. 21 is a graph showing operating points during a write operation of the memory cell Mmn. This graph shows a graph of write characteristics of an NMOS (Negative channel Metal Oxide Semiconductor) load line 1, an NMOS load line 2, and a memory cell Mmn. The horizontal axis of this graph indicates the drain voltage of the memory cell, and the vertical axis indicates the drain current.
The operating point 1e and the operating point 2e are indicated by the intersections of the NMOS load line 1, the NMOS load line 2, and the write characteristic line of the memory cell Mmn.

メモリセルMmnの書き込み特性線で示される特性は、ドレイン電圧に3Vの電圧が印加されたところでホットエレクトロンの注入が発生し、メモリセルMmnの閾値が高くなるので、メモリセルMmnにドレイン電流が流れにくくなり、静特性としては、急激にドレイン電流が減少する。さらにドレイン電圧を高くすると、ドレイン電圧が7Vに達するとブレークダウン(VBD)を起こし、大電流が流れる。
ここに、図19で示したブロック図による電流経路で、NMOS型のトランジスタT1のゲート電圧、すなわち電圧Vconstを5Vとしたときの負荷特性を示す負荷特性線を重ねると、NMOS負荷線1のような特性を示す。このときのメモリセルMmnの書き込み特性線と負荷特性を示すNMOS負荷線1の交点が動作点1eとなる。
また、上記に示した負荷特性の設定方法とは異なる設定方法がある。例えば、NMOS型のトランジスタT1のトランジスタのゲート幅を小さくして負荷抵抗を大きく設定し、NMOSトランジスタT1のゲートに入力される定電圧を9Vとすると、図21に示されるNMOS負荷線2のように、メモリセルMmnの書き込み特性においてブレークダウンを起こした状態のところに示される動作点2eに動作点が移動する。このときの書き込み電流には大電流が流れるが、メモリセルMmnへの書き込み特性は良好となる。
The characteristic indicated by the write characteristic line of the memory cell Mmn is that injection of hot electrons occurs when a voltage of 3 V is applied to the drain voltage, and the threshold value of the memory cell Mmn increases, so that a drain current flows through the memory cell Mmn. As a static characteristic, the drain current rapidly decreases. When the drain voltage is further increased, breakdown (VBD) occurs when the drain voltage reaches 7 V, and a large current flows.
When the load characteristic line indicating the load characteristic when the gate voltage of the NMOS transistor T1, that is, the voltage Vconst is 5 V, is superimposed on the current path according to the block diagram shown in FIG. The characteristic is shown. At this time, the intersection of the write characteristic line of the memory cell Mmn and the NMOS load line 1 indicating the load characteristic is the operating point 1e.
Further, there is a setting method different from the setting method of the load characteristic described above. For example, assuming that the gate resistance of the NMOS transistor T1 is reduced to increase the load resistance and the constant voltage input to the gate of the NMOS transistor T1 is 9 V, the NMOS load line 2 shown in FIG. In addition, the operating point moves to the operating point 2e shown in the state where breakdown occurs in the write characteristics of the memory cell Mmn. A large current flows in the write current at this time, but the write characteristics to the memory cell Mmn are good.

図22は、メモリセルMmnの書き込み特性について、異なるドレイン電圧によって生じる書き込み時間の違いを示したグラフである。
この図には、ドレイン電圧が高い「VD高」とドレイン電圧が低い「VD低」によって示される2つのドレイン電圧を設定し、それぞれの閾値電圧の変化を示すグラフが示されている。このグラフの横軸は経過時間(logt)を示し、縦軸は書き込まれたメモリセルMmnの閾値電圧を示す。
この図に示されるドレイン電圧が高い条件(VD高)のほうが、ドレイン電圧が低い条件(VD低)に比べて閾値電位が早く上昇する。それゆえ、ドレイン電圧が高い条件(VD高)のほうが、早期に書き込みが完了し、書き込み特性は良好であるとことが示される。
FIG. 22 is a graph showing the difference in write time caused by different drain voltages for the write characteristics of the memory cell Mmn.
In this figure, two drain voltages indicated by “VD high” having a high drain voltage and “VD low” having a low drain voltage are set, and graphs showing changes in respective threshold voltages are shown. The horizontal axis of this graph represents elapsed time (logt), and the vertical axis represents the threshold voltage of the written memory cell Mmn.
The threshold potential rises faster when the drain voltage is higher (VD high) as shown in this figure than when the drain voltage is lower (VD low). Therefore, it is shown that the writing is completed earlier and the writing characteristics are better when the drain voltage is high (VD high).

しかしながら、ドレイン電圧が高い条件(VD高)としたときには、以下に示すようにその負荷特性が大きくばらつくという欠点がある。
図23に、NMOS型のトランジスタT1の負荷特性のばらつきについて示す。図21に示したグラフに、NMOS負荷線1、2で示される特性のばらつきを重ねて示す。それぞれのNMOS負荷線1、2について、それぞれの代表特性(図では実線で示す)の電圧に対するばらつきの下限値(図では点線で示す)と上限値(図では一点鎖線で示す)を示す。図に示されるようにNMOS負荷線1における動作点1eでは、定電圧回路500eの出力電圧のばらつきに加えて、トランジスタT1の特性のばらつき(基板バイアス効果にばらつきも含む)も加わり、メモリセルMmnのドレイン電圧(動作点)が大きくばらつくことになる。一方、条件を変えたNMOS負荷線2における動作点2eにおいては、ドレイン電流が大きくばらつくことになり、どちらの条件を選択しても安定な動作点を確保することは困難であることが示される。
However, when the drain voltage is high (VD high), there is a drawback that the load characteristics vary greatly as shown below.
FIG. 23 shows variations in load characteristics of the NMOS transistor T1. The characteristic variation indicated by the NMOS load lines 1 and 2 is superimposed on the graph shown in FIG. For each of the NMOS load lines 1 and 2, the lower limit value (indicated by the dotted line in the figure) and the upper limit value (indicated by the alternate long and short dash line in the figure) of the variation of each representative characteristic (indicated by the solid line) with respect to the voltage are shown. As shown in the figure, at the operating point 1e in the NMOS load line 1, in addition to variations in the output voltage of the constant voltage circuit 500e, variations in the characteristics of the transistor T1 (including variations in the substrate bias effect) are also added, and the memory cell Mmn. The drain voltage (operating point) varies greatly. On the other hand, at the operating point 2e in the NMOS load line 2 in which the conditions are changed, the drain current varies greatly, and it is difficult to secure a stable operating point regardless of which condition is selected. .

図24は、従来の定電圧制御による消去回路を示すブロック図である。図に示される消去回路は、メモリセルM11のドレイン側に接続された消去回路によって消去を行う構成の回路である。
メモリセルの消去動作を行うには、メモリセルM11のドレインに9Vの電圧設定が必要とされるため、入力される消去信号(Erase)に応じて電源回路500eから出力される消去電圧設定信号Erase*(9V)がNMOS型のトランジスタT1のゲートに入力される。NMOS型のトランジスタT1によって、ドレイン電圧(12V)が、消去電圧設定信号Erase*の電圧9Vに定電圧制御され、メモリセルM11に供給される。
第二のNMOS負荷トランジスタであるトランジスタ301のゲートには、列デコーダの出力C1によってスイッチとして機能するもので、12Vが入力される。
FIG. 24 is a block diagram showing a conventional erase circuit based on constant voltage control. The erase circuit shown in the figure is a circuit having a configuration in which erase is performed by an erase circuit connected to the drain side of the memory cell M11.
In order to perform the erase operation of the memory cell, it is necessary to set a voltage of 9V to the drain of the memory cell M11. Therefore, the erase voltage setting signal Erase output from the power supply circuit 500e in accordance with the input erase signal (Erase). * (9V) is input to the gate of the NMOS transistor T1. The drain voltage (12V) is controlled to a constant voltage of 9V of the erase voltage setting signal Erase * by the NMOS transistor T1, and supplied to the memory cell M11.
The gate of the transistor 301, which is the second NMOS load transistor, functions as a switch by the output C1 of the column decoder and receives 12V.

図25は、上記と異なる構成による従来の定電圧制御による消去回路を示すブロック図である。メモリセルMmnのソース側に接続された消去回路によって消去を行う構成を示すブロック図である。消去用NMOS負荷トランジスタT1は、複数のメモリセルのソースに接続されるソース線Sを介して各メモリセルに接続される。この図に示される消去回路は、図19に示した書き込み回路と組み合わせて用いられる。   FIG. 25 is a block diagram showing an erasing circuit by conventional constant voltage control having a configuration different from the above. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration in which erasing is performed by an erasing circuit connected to the source side of the memory cell Mmn. The erasing NMOS load transistor T1 is connected to each memory cell via a source line S connected to the sources of the plurality of memory cells. The erase circuit shown in this figure is used in combination with the write circuit shown in FIG.

図26に、消去時のメモリセルMmnの電流の変化を示す消去特性と、その動作点を示す。
メモリセルMmnのドレインあるいはソースに電圧を印加すると、まず初めに、ドレイン近傍にて空乏層の電界集中が起こり、いわゆる高エネルギーによるBand to Band(BtoB)の電流が流れ、ホールと電子のペアが発生する。高エネルギーを持ったホール(ホットホール)が一部フローティングゲートに取り込まれる。さらに電圧を上げ、フローティングゲートとの間の酸化膜に過電界が印加されると、ファウラーノルトハイム(Fauler-Nordheim)のトンネル電流が流れ、フローティングゲートFGからドレインDへ電子が放出される。さらに電圧を上げると、ジャンクションブレークダウンが起こり、大電流が基板に流れる。このブレークダウン電圧をVBD(=8V)とする。
NMOS型のトランジスタ(図24のあるいは図25のT1)による負荷特性を、NMOS負荷線として重ねて表示する。消去特性を示す消去特性線とNMOS負荷線の交点が動作点になる。
FIG. 26 shows an erase characteristic indicating a change in the current of the memory cell Mmn at the time of erase and an operating point thereof.
When a voltage is applied to the drain or source of the memory cell Mmn, first, electric field concentration in the depletion layer occurs in the vicinity of the drain, a so-called high energy band-to-band (BtoB) current flows, and a hole-electron pair is generated. appear. Some high-energy holes (hot holes) are taken into the floating gate. When the voltage is further increased and an over electric field is applied to the oxide film between the floating gate and the Fowler-Nordheim tunnel current, electrons flow from the floating gate FG to the drain D. When the voltage is further increased, a junction breakdown occurs and a large current flows through the substrate. This breakdown voltage is assumed to be VBD (= 8V).
The load characteristic of the NMOS transistor (T1 in FIG. 24 or FIG. 25) is displayed as an NMOS load line. The operating point is the intersection of the erase characteristic line indicating the erase characteristic and the NMOS load line.

図27に、NMOS型のトランジスタによる負荷特性のばらつきを示す。メモリセルの消去特性とNMOS型トランジスタの負荷特性のばらつきをそれぞれ考慮すると、動作点の移動範囲が広くなるため、動作点の移動に伴うメモリセルへの消去電流も大きくばらつくことになる。
図28に、NMOS型のトランジスタによる負荷の場合の消去特性のばらつきを示す。電流を多く流すことになるファウラーノルトハイム(Fauler-Nordheim)領域での消去特性では、早く消去することができる。一方、電流を少なく流すことになるBand to Band領域での消去特性では、消去時間がかかるため消去完了時間が遅くなることになる。
FIG. 27 shows variations in load characteristics due to NMOS transistors. Taking into account variations in the erase characteristics of the memory cell and the load characteristics of the NMOS transistor, the range of movement of the operating point is widened, so that the erase current to the memory cell accompanying the movement of the operating point also varies greatly.
FIG. 28 shows variations in erase characteristics in the case of a load due to an NMOS transistor. Erasing characteristics in the Fowler-Nordheim region where a large amount of current flows can be erased quickly. On the other hand, in the erasing characteristic in the Band to Band area where a small amount of current flows, the erasing completion time is delayed because it takes erasing time.

以上に示したように、1層ポリシリコンを用いたEEPROMの技術では、書き込み処理と消去処理において、不揮発性半導体メモリセルの特性がばらつくことが生じる。また、不揮発性半導体メモリセルに供給する電圧制御回路におけるNMOS型のトランジスタによる負荷特性にもばらつくことが生じる。
これらの要因により、不揮発性半導体メモリセルにおける書き込み処理特性と消去処理特性での動作点がばらつくことになる。不揮発性半導体メモリセルごとの動作点のばらつきは、それぞれの不揮発性半導体メモリセルごとに行われる書き込み処理および消去処理において特性がばらつくことになる。このことは、不揮発性半導体メモリ装置における記憶特性の不均一性を意味することと等価であり、不揮発性半導体メモリ装置全体における特性の不均一性となって現れる現象は品質面での問題となる。
As described above, in the EEPROM technology using one-layer polysilicon, the characteristics of the nonvolatile semiconductor memory cell vary in the writing process and the erasing process. In addition, the load characteristic due to the NMOS transistor in the voltage control circuit supplied to the nonvolatile semiconductor memory cell also varies.
Due to these factors, the operating points in the write processing characteristics and the erase processing characteristics in the nonvolatile semiconductor memory cell vary. The variation of the operating point for each nonvolatile semiconductor memory cell varies in characteristics in the writing process and the erasing process performed for each nonvolatile semiconductor memory cell. This is equivalent to meaning non-uniformity of storage characteristics in the nonvolatile semiconductor memory device, and a phenomenon that appears as non-uniformity of characteristics in the entire nonvolatile semiconductor memory device becomes a problem in quality. .

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、メモリセルにおける書き込み動作および消去動作におけるトランジスタによる負荷特性のばらつきを抑えて、ばらつきの少ない不揮発性半導体メモリ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device with less variation by suppressing variation in load characteristics due to transistors in a write operation and an erase operation in a memory cell. There is.

上記課題を解決するため、本発明は、電気的処理により書き込みあるいは消去が可能な複数の不揮発性半導体メモリ素子と、前記不揮発性半導体メモリ素子の書き込みあるいは消去を行う定電流制御された電流を出力する定電流回路と、を備えること特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   In order to solve the above problems, the present invention outputs a plurality of nonvolatile semiconductor memory elements that can be written or erased by electrical processing, and a constant current controlled current for performing writing or erasing of the nonvolatile semiconductor memory elements. A non-volatile semiconductor memory device.

また、本発明は、ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、電源と前記bit線との間に配置され、前記bit線に定電流制御された電流を出力する定電流回路と、入力される信号に応じて書き込み動作時あるいは消去動作時に、前記定電流回路の出力電流を前記不揮発性半導体メモリ素子に供給するか否かを選択する選択素子と、を備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   According to the present invention, the bit line is set in a nonvolatile semiconductor memory element that is arranged at an intersection of a matrix composed of a word line, a source line, and a bit line and is selected by the word line and the bit line. A non-volatile semiconductor memory device in which writing or erasing is performed according to a signal, a constant current circuit disposed between a power supply and the bit line, and outputting a constant current controlled current to the bit line, and an input A selection element that selects whether or not to supply the output current of the constant current circuit to the nonvolatile semiconductor memory element during a write operation or an erase operation in accordance with a signal to be performed A semiconductor memory device.

また、本発明は、上記発明において、前記定電流回路は、前記bit線ごとに設けられることを特徴とする。   In the invention described above, the constant current circuit is provided for each bit line.

また、本発明は、上記発明において、前記定電流回路は、列制御線によって同時に選択される複数の前記bit線に前記電流を出力し、選択された複数の前記メモリセルに書き込みあるいは消去を行うことを特徴とする。   In addition, according to the present invention, in the above invention, the constant current circuit outputs the current to a plurality of the bit lines selected simultaneously by a column control line, and performs writing or erasing to the plurality of selected memory cells. It is characterized by that.

また、本発明は、ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、基準電位と前記ソース線との間に配置され、前記ソース線に定電流制御された電流を出力する定電流回路と、を備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   According to the present invention, the bit line is set in a nonvolatile semiconductor memory element that is arranged at an intersection of a matrix composed of a word line, a source line, and a bit line and is selected by the word line and the bit line. A nonvolatile semiconductor memory device in which writing or erasing is performed in response to a signal, the constant current circuit being arranged between a reference potential and the source line and outputting a constant current controlled current to the source line; A non-volatile semiconductor memory device comprising:

また、本発明は、ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、電源と前記bit線との間に配置され、前記bit線に定電流制御された電流を出力する第1の定電流回路と、入力される信号に応じて書き込み動作時あるいは消去動作時に、前記定電流回路の出力電流を前記不揮発性半導体メモリ素子に供給することを選択する選択素子と、基準電位と前記ソース線との間に配置され、前記ソース線に定電流制御された電流を出力する第2の定電流回路と、を備え、前記第1の定電流回路は前記メモリセルの書き込みを行い、前記第2の定電流回路は前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   According to the present invention, the bit line is set in a nonvolatile semiconductor memory element that is arranged at an intersection of a matrix composed of a word line, a source line, and a bit line and is selected by the word line and the bit line. A non-volatile semiconductor memory device in which writing or erasing is performed in response to a signal, the first constant current circuit being arranged between a power supply and the bit line and outputting a current subjected to constant current control to the bit line A selection element that selects supply of the output current of the constant current circuit to the nonvolatile semiconductor memory element during a write operation or an erase operation according to an input signal, a reference potential, and a source line And a second constant current circuit that outputs a constant current controlled current to the source line, wherein the first constant current circuit writes the memory cell Was carried out, the second constant current circuit is a nonvolatile semiconductor memory device characterized by erasing the memory cell.

また、本発明は、上記発明において、前記第2の定電流回路は、前記ソース線に接続された前記メモリセルを範囲とする所定のブロック毎に前記メモリセルの消去を行うことを特徴とする。   Also, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the second constant current circuit erases the memory cell for each predetermined block including the memory cell connected to the source line. .

また、本発明は、上記発明において、前記定電流回路は、同時に選択された前記メモリセル数に応じて、前記メモリセルに供給される定電流制御された電流値が設定される出力電流設定部とを備えること特徴とする。   Further, the present invention is the output current setting unit according to the above invention, wherein the constant current circuit sets a constant current controlled current value supplied to the memory cells according to the number of the memory cells selected simultaneously. It is characterized by providing.

また、本発明は、上記発明において、前記不揮発性半導体メモリ素子は、フローティングゲートタイプの構造を有することを特徴とする。   The present invention is also characterized in that, in the above invention, the nonvolatile semiconductor memory element has a floating gate type structure.

また、本発明は、上記発明において、前記不揮発性半導体メモリ素子は、MONOSタイプの構造を有することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the nonvolatile semiconductor memory element has a MONOS type structure.

また、本発明は、上記発明において、前記不揮発性半導体メモリ素子は、ナノクリスタルタイプの構造を有することを特徴とする。   The present invention is the above invention, wherein the nonvolatile semiconductor memory element has a nanocrystal type structure.

本発明によれば、不揮発性半導体メモリ装置では、電気的処理による書き込み動作あるいは消去動作において定電流制御された電流によって不揮発性半導体メモリ素子の書き込みあるいは消去が行われることとする。
これにより、負荷変動に影響されにくい定電流制御として、電流が定電流制御される領域において、書き込み動作ならびに消去動作における動作点を選択することが可能となる。また、電流が定電流制御される領域では、負荷変動に影響されることなく動作点の変動範囲を制限することができる。書き込み動作ならびに消去動作の特性にばらつきを生じる標準ロジックのCMOSプロセスを用いても、その特性のばらつきの影響を低減することができる。さらに、標準ロジックのCMOSプロセスを用いた場合であっても高信頼性の不揮発性半導体メモリ装置が実現でき、ロジック混載型不揮発性半導体メモリ装置を容易に、また安価に実現することができる。
According to the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device, writing or erasing of a nonvolatile semiconductor memory element is performed by a current controlled at a constant current in a writing operation or an erasing operation by electrical processing.
As a result, as constant current control that is not easily affected by load fluctuations, it is possible to select an operation point in a write operation and an erase operation in a region where the current is constant current controlled. Further, in a region where the current is controlled at a constant current, the operating point fluctuation range can be limited without being affected by the load fluctuation. Even if a standard logic CMOS process that causes variations in the characteristics of the write operation and the erase operation is used, the influence of the variations in the characteristics can be reduced. Further, even when a standard logic CMOS process is used, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device can be realized, and a logic-embedded nonvolatile semiconductor memory device can be realized easily and inexpensively.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[不揮発性半導体メモリ素子の動作]
本発明の実施の形態で用いる不揮発性半導体メモリ素子(「メモリセル」ともいう)について説明する。
図1(a)には不揮発性半導体メモリ素子を構成する1個のトランジスタの断面図を、(b)にはその等価回路図を示す。図1(a)、(b)に示す不揮発性半導体メモリ素子は、1層ポリシリコンのセル構造を用いて半導体基板SUB(電位Vsub)上に形成されたトランジスタTr、ドレインD、ソースS、フローティングゲートFG、コントロールゲートCG、およびフローティングゲートFGとコントロールゲートCGとの間のキャパシタC(FC)から構成される。このフローティングゲートFGが電荷保持領域となるものである。フローティングゲートFGには、直接接続される電極は設けられておらずキャパシタC(FC)を介してコントロールゲートCGが接続され、基板SUB上に形成されたゲート絶縁層の上にポリシリコンからなるフローティングゲートFGが形成されている。
また、ドレインDおよびソースSは、それぞれ基板SUB上に形成された拡散領域であり、それぞれコンタクトを介して電極が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Operation of Nonvolatile Semiconductor Memory Device]
A nonvolatile semiconductor memory element (also referred to as “memory cell”) used in the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A shows a cross-sectional view of one transistor constituting a nonvolatile semiconductor memory element, and FIG. 1B shows an equivalent circuit diagram thereof. The nonvolatile semiconductor memory element shown in FIGS. 1A and 1B includes a transistor Tr, a drain D, a source S, a floating layer formed on a semiconductor substrate SUB (potential Vsub) using a single-layer polysilicon cell structure. The gate FG includes a control gate CG, and a capacitor C (FC) between the floating gate FG and the control gate CG. This floating gate FG becomes a charge holding region. The floating gate FG is not provided with an electrode to be directly connected, but is connected with a control gate CG via a capacitor C (FC), and a floating made of polysilicon on a gate insulating layer formed on the substrate SUB. A gate FG is formed.
The drain D and the source S are diffusion regions formed on the substrate SUB, and electrodes are provided through contacts.

図2に、図1に示す不揮発性半導体メモリ素子の容量カップリング系の等価回路を示す。フローティングゲートFGにある電荷Qが入っているとすると、この系のトータルチャージがQとなり式(1)として示すことができる。   FIG. 2 shows an equivalent circuit of the capacitive coupling system of the nonvolatile semiconductor memory element shown in FIG. If there is a charge Q in the floating gate FG, the total charge of this system becomes Q, which can be expressed as equation (1).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(1)において、VCG、VFG、VD、VS、Vchは、それぞれコントロールゲートCGの電位、フローティングゲートFGの電位、ドレインDの電位、ソースSの電位、チャネルCHの電位である。また、C(FC)はフローティングゲートFGとコントロールゲートCG間の容量、C(FD)はフローティングゲートFGとドレインD間の容量、C(FS)はフローティングゲートFGとソースS間の容量、C(FB)はフローティングゲートFGと基板SUB間の容量である。ここで、容量の合計をCT(トータル)と定義すれば、各容量の関係を式(2)で示すことができる。   In Expression (1), VCG, VFG, VD, VS, and Vch are the control gate CG potential, floating gate FG potential, drain D potential, source S potential, and channel CH potential, respectively. C (FC) is a capacitance between the floating gate FG and the control gate CG, C (FD) is a capacitance between the floating gate FG and the drain D, C (FS) is a capacitance between the floating gate FG and the source S, C ( FB) is a capacitance between the floating gate FG and the substrate SUB. Here, if the sum of the capacities is defined as CT (total), the relationship between the capacities can be expressed by equation (2).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

また、各電位の関係を式(3)で示すことができる。   Further, the relationship between the potentials can be expressed by Expression (3).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(3)において、Q/CTはフローティングゲートに電荷が注入されているときの電位を示す。ここで、VS=Vch=0V(基準電位、以下同じ)、VD×C(FD)≒0とすると、式(4)で示すことができる。   In Equation (3), Q / CT represents the potential when charge is injected into the floating gate. Here, when VS = Vch = 0V (reference potential, the same applies hereinafter) and VD × C (FD) ≈0, it can be expressed by Expression (4).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(4)により、フローティングゲートの電位VFGは、注入された電荷量Qに依存することが示される。
また、Q=0の場合は、式(5)で示すことができる。
Equation (4) shows that the potential VFG of the floating gate depends on the injected charge amount Q.
Further, when Q = 0, it can be expressed by Expression (5).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

各容量の比は、概略、C(FC)/CT≒0.6に設定され、式(6)で示すことができる。   The ratio of each capacity is roughly set to C (FC) /CT≈0.6, and can be expressed by Expression (6).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

例えば、各カプリング容量のバランスをC(FC):C(FD):C(FS):C(FB)=1.6:0.2:0.2:0.6に設定する。
書き込み動作の場合は、VCG=9V、VD=5V、VS=0V、Vch=0.5VD、Q=0とすると、式(7)によって書き込み動作時のフローティングゲートの電位VFGを得る。
For example, the balance of each coupling capacity is set to C (FC): C (FD): C (FS): C (FB) = 1.6: 0.2: 0.2: 0.6.
In the case of the write operation, if VCG = 9V, VD = 5V, VS = 0V, Vch = 0.5VD, and Q = 0, the potential VFG of the floating gate at the time of the write operation is obtained by the equation (7).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(7)に示されるように、このメモリセルを構成するトランジスタでは、飽和領域で動作を行うことになるので、ホットエレクトロンが大量に発生して、フローティングゲートに電子が注入され書き込み動作が行われる。
消去動作の場合には、VCG=0V、VD=8V、VS=open、Vch=0Vとすると、式(8)によって消去動作時のフローティングゲートの電位VFGを得る。
As shown in the equation (7), the transistor constituting this memory cell operates in the saturation region, so that a large amount of hot electrons are generated, electrons are injected into the floating gate, and the write operation is performed. Is called.
In the case of the erase operation, if VCG = 0V, VD = 8V, VS = open, and Vch = 0V, the potential VFG of the floating gate at the time of the erase operation is obtained by Expression (8).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(8)に示されるように、フローティングゲートの電位が約0.6Vとなるので、ドレインとフローティングゲート間に約7.4Vの電位がかかり、トンネル電流が流れて消去動作が行われる。   As shown in Expression (8), since the potential of the floating gate is about 0.6 V, a potential of about 7.4 V is applied between the drain and the floating gate, and a tunnel current flows to perform the erase operation.

図を参照して、この消去状態および書き込み状態のトランジスタ特性を説明する。
図3は、フローティングゲート型不揮発性半導体メモリ素子の閾値電圧の変化を示すグラフである。この図は、横軸がコントロールゲート電位VCG、縦軸がドレインDの電流Idで、消去状態、中性状態および書き込み状態の3つの状態においてフローティングゲート電位VFGを変化させた場合、すなわち、フローティングゲート中の電子の数を変化させた場合の、ドレイン電流Idの変化を模式的に表したものである。
中性状態では、約0.5V付近でドレイン電流Idが立ちあがり、中性状態における閾値が示されている。消去状態および書き込み状態の特性は、中性状態の特性を示すグラフをそれぞれ平行移動した特性になる。中性状態に比べ、消去状態では、フローティングゲート電位VFGが約2.2V低くなり、書き込み状態では、フローティングゲート電位VFGが約2.0V高くなる。
The transistor characteristics in the erased state and the written state will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a graph showing changes in the threshold voltage of the floating gate type nonvolatile semiconductor memory device. In this figure, the horizontal axis is the control gate potential VCG, the vertical axis is the current Id of the drain D, and the floating gate potential VFG is changed in three states of the erased state, the neutral state and the written state. 4 schematically shows a change in drain current Id when the number of electrons in the inside is changed.
In the neutral state, the drain current Id rises in the vicinity of about 0.5 V, and the threshold value in the neutral state is shown. The characteristics of the erased state and the written state are obtained by translating the graphs showing the characteristics of the neutral state. Compared to the neutral state, the floating gate potential VFG is about 2.2 V lower in the erased state, and the floating gate potential VFG is about 2.0 V higher in the written state.

(第1実施形態)
図を参照して、本発明の第1実施形態として定電流回路を用いた不揮発性半導体メモリ装置について説明する。
図4は、第1実施形態における不揮発性半導体メモリ装置10を示すブロック図である。図に示される不揮発性半導体メモリ装置10は、メモリセルアレイ部100、行デコーダ200、列選択回路300、列デコーダ400、定電流回路500、書き込み制御回路600、接続制御回路601、センスアンプ部700、電源回路800、ワード線WL1、WL2,〜WLm(以下、ワード線WL1、WL2,〜WLmをまとめて表すときはWLmと記載する)、bit線Bit1、Bit2、〜Bitn(以下、bit線Bit1、Bit2、〜Bitnをまとめて表すときはBitnと記載する)、列線C1、C2,〜Cn(以下、列線C1、C2,〜Cnをまとめて表すときはCnと記載する)、データ線DL、ソース線S、および制御電源線PSを備える。
(First embodiment)
A nonvolatile semiconductor memory device using a constant current circuit will be described as a first embodiment of the present invention with reference to the drawings.
FIG. 4 is a block diagram showing the nonvolatile semiconductor memory device 10 in the first embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 10 shown in the figure includes a memory cell array unit 100, a row decoder 200, a column selection circuit 300, a column decoder 400, a constant current circuit 500, a write control circuit 600, a connection control circuit 601, a sense amplifier unit 700, Power supply circuit 800, word lines WL1, WL2,... WLm (hereinafter, word lines WL1, WL2,... WLm are collectively referred to as WLm), bit lines Bit1, Bit2, .about.Bitn (hereinafter, bit lines Bit1,. Bit2 and -Bitn are collectively expressed as Bitn), column lines C1, C2, and -Cn (hereinafter, when column lines C1, C2, and -Cn are collectively expressed are described as Cn), data line DL Source line S and control power supply line PS.

不揮発性半導体メモリ装置10におけるメモリセルアレイ部100は、メモリセルM11〜Mmn(メモリセルM11〜Mmnをまとめて表すときはMmnと記載する)がマトリックス上に配列されてメモリセルアレイを形成する。メモリセルMmnは、ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される。これらのメモリセルMmnは、フローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子である。
行デコーダ200に接続されるワード線WLmに接続されるメモリセルが選択され、また、列デコーダ400により列線Cnが選択され、選択されたメモリセルはbit線Bitnに接続される。
The memory cell array unit 100 in the nonvolatile semiconductor memory device 10 forms a memory cell array by arranging memory cells M11 to Mmn (referred to as Mmn when the memory cells M11 to Mmn are collectively shown) on a matrix. The memory cell Mmn is arranged at an intersection of a word line, a source line, and a bit line, and is selected by the word line and the bit line. These memory cells Mmn are floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements.
A memory cell connected to the word line WLm connected to the row decoder 200 is selected, and the column line Cn is selected by the column decoder 400, and the selected memory cell is connected to the bit line Bitn.

ワード線WL1に、メモリセルM11、M12、〜M1nのコントロールゲートCGが接続される。ワード線WL2に、メモリセルM21、M22、〜M2nのコントロールゲートCGが接続される。同様にワード線WLmに、メモリセルMm1、Mm2、〜MmnのコントロールゲートCGが接続される。bit線Bit1に、メモリセルM11、M21、〜Mm1のドレインDが接続される。bit線Bit2に、メモリセルM12、M22、〜Mm2のドレインDが接続される。同様に、bit線Bitnに、メモリセルM1n、M2n、〜MmnのドレインDが接続される。ソース線Sに、各メモリセルMmnのソースSが接続される。   The control gate CG of the memory cells M11, M12,... M1n is connected to the word line WL1. Control gates CG of memory cells M21, M22,... M2n are connected to word line WL2. Similarly, control gates CG of memory cells Mm1, Mm2,... Mmn are connected to word line WLm. The drains D of the memory cells M11, M21, to Mm1 are connected to the bit line Bit1. The drains D of the memory cells M12, M22, to Mm2 are connected to the bit line Bit2. Similarly, drains D of the memory cells M1n, M2n, .about.Mmn are connected to the bit line Bitn. A source S of each memory cell Mmn is connected to the source line S.

行デコーダ200は、入力された行アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部100の行を選択する信号をワード線WLmに出力する。
列デコーダ400は、入力された列アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部100の列を選択する信号を列線Cnに出力する。
列選択回路300は、トランジスタ301、302、〜300n(以下、トランジスタ301、302、〜300nをまとめて示すときにはトランジスタ300nと記載する)を備える。列選択回路300におけるトランジスタ300nは、列線Cnを介して入力される信号によって選択されるbit線Bitnをデータ線DLに接続する。
The row decoder 200 decodes the input row address information and outputs a signal for selecting a row of the memory cell array unit 100 to the word line WLm.
The column decoder 400 decodes the input column address information and outputs a signal for selecting a column of the memory cell array unit 100 to the column line Cn.
The column selection circuit 300 includes transistors 301, 302, to 300n (hereinafter referred to as transistors 300n when the transistors 301, 302, to 300n are collectively shown). The transistor 300n in the column selection circuit 300 connects the bit line Bitn selected by a signal input via the column line Cn to the data line DL.

書き込み制御回路600は、入力回路602を備える。書き込み制御回路600における入力回路602は、Din線から入力される信号を検出すると、入力信号に基づく信号をDin*線に出力する。接続制御回路601は、書き込み制御回路600がDin*線に出力した信号に基づいて、電源からの制御電源線PSをデータ線DLに接続する。センスアンプ部700は、データ線DLの信号を検出し、必要な増幅を行って、増幅した信号をDout線に出力する。
電源回路800は、不揮発性半導体メモリ装置10を構成する行デコーダ200、列デコーダ400、定電流回路500、書き込み制御回路600などの各構成要素に電源を供給する電源である。電源回路800には、定電流回路500が接続され、定電流回路500は、制御電源線PSに所要の定電流を供給する。
The write control circuit 600 includes an input circuit 602. When the input circuit 602 in the write control circuit 600 detects a signal input from the Din line, the input circuit 602 outputs a signal based on the input signal to the Din * line. The connection control circuit 601 connects the control power supply line PS from the power supply to the data line DL based on the signal output from the write control circuit 600 to the Din * line. The sense amplifier unit 700 detects the signal on the data line DL, performs necessary amplification, and outputs the amplified signal to the Dout line.
The power supply circuit 800 is a power supply that supplies power to each component such as the row decoder 200, the column decoder 400, the constant current circuit 500, and the write control circuit 600 that configure the nonvolatile semiconductor memory device 10. A constant current circuit 500 is connected to the power supply circuit 800, and the constant current circuit 500 supplies a required constant current to the control power supply line PS.

不揮発性半導体メモリ装置10における定電流回路500は、トランジスタ501とトランジスタ503とトランジスタ504とトランジスタ505、および、抵抗502を備える。
定電流回路500においてトランジスタ501は、メモリセルアレイ部100に定電流を供給するための定電流負荷トランジスタである。また、抵抗502は、負荷に供給する電流を設定する抵抗である。トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ501とで、それぞれカレントミラー回路を構成する。
抵抗502の抵抗値と、トランジスタ503とトランジスタ504とトランジスタ505とトランジスタ501の増幅率とで定められる出力電流が、トランジスタ501から制御電源線PSに供給される。
The constant current circuit 500 in the nonvolatile semiconductor memory device 10 includes a transistor 501, a transistor 503, a transistor 504, a transistor 505, and a resistor 502.
In the constant current circuit 500, the transistor 501 is a constant current load transistor for supplying a constant current to the memory cell array unit 100. The resistor 502 is a resistor that sets a current supplied to the load. The transistor 503 and the transistor 504 and the transistor 505 and the transistor 501 form a current mirror circuit, respectively.
An output current determined by the resistance value of the resistor 502 and the amplification factors of the transistors 503, 504, 505, and 501 is supplied from the transistor 501 to the control power supply line PS.

図を参照し、不揮発性半導体メモリ装置10における書き込み動作について説明する。
図5は、不揮発性半導体メモリ装置10における書き込み動作を説明する概略ブロック図である。この図に示す構成要素において、図4に示した構成要素と同じものには同じ符号を付け、前述の説明を参照することとする。
A write operation in the nonvolatile semiconductor memory device 10 will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a write operation in the nonvolatile semiconductor memory device 10. In the constituent elements shown in this figure, the same constituent elements as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the above description is referred to.

この図は、入力された行アドレスに応じて行デコーダ200によってワード線WL1が選択(制御信号電圧9V)され、入力された列アドレスに応じて列デコーダ400によって列線C1が選択(制御信号電圧9V)されることとする。これにより、列デコーダ400に接続される列選択回路300のトランジスタ301によって、データ線DLにbit線Bit1が接続される。また、行デコーダ200に接続されるメモリセルアレイ部100のメモリセルM11が選択され、選択されたbit線Bit1にはメモリセルM11が接続される。この図では、それぞれ複数ある構成要素の中から、上記条件によって選択された構成要素を示している。   In this figure, the word line WL1 is selected by the row decoder 200 according to the input row address (control signal voltage 9V), and the column line C1 is selected by the column decoder 400 according to the input column address (control signal voltage). 9V). Thus, the bit line Bit1 is connected to the data line DL by the transistor 301 of the column selection circuit 300 connected to the column decoder 400. Further, the memory cell M11 of the memory cell array unit 100 connected to the row decoder 200 is selected, and the memory cell M11 is connected to the selected bit line Bit1. In this figure, components selected according to the above conditions from among a plurality of components are shown.

また、ここで説明する書き込み動作では、書き込み制御回路600にDin線から入力される制御信号として書き込み動作を示す信号が入力される。書き込み制御回路600における入力回路602によって書き込み動作を示す信号を検出すると、接続制御回路601に書き込み動作を示す制御信号(制御信号電圧9V)を入力する。書き込み動作を示す制御信号が入力された接続制御回路601は、データ線DLと制御電源線PSを接続される状態となるように制御され、メモリセルM11への書き込みが行われることになる。   In the write operation described here, a signal indicating the write operation is input to the write control circuit 600 as a control signal input from the Din line. When a signal indicating a write operation is detected by the input circuit 602 in the write control circuit 600, a control signal (control signal voltage 9 V) indicating the write operation is input to the connection control circuit 601. The connection control circuit 601 to which the control signal indicating the write operation is input is controlled so as to connect the data line DL and the control power supply line PS, and writing to the memory cell M11 is performed.

定電流回路500が出力する電流は、次に示す関係によって定められる。
トランジスタ503のサイズは幅W1、長さL1とし、トランジスタ504は幅W2、長さL2とし、トランジスタ505は幅W3、長さL3とし、トランジスタ501は幅W4、長さL4とする。トランジスタ501を流れる電流Ioutは、Rを流れる電流IREFに基づいて、式(9)で示される。
The current output from the constant current circuit 500 is determined by the following relationship.
The transistor 503 has a width W1 and a length L1, the transistor 504 has a width W2 and a length L2, the transistor 505 has a width W3 and a length L3, and the transistor 501 has a width W4 and a length L4. The current Iout flowing through the transistor 501 is expressed by Expression (9) based on the current IREF flowing through R.

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(9)において、αは式(10)で示される。   In the formula (9), α is represented by the formula (10).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

接続制御回路601(トランジスタ)とトランジスタ301のそれぞれのゲートには十分高い9Vが入力されるので、トランジスタ501と接続制御回路601(トランジスタ)とトランジスタ301を介してメモリセルにつながる負荷電流経路の負荷電流は、トランジスタ501によって設定される電流によって決まり、上記Ioutに設定された定電流が流れる。   Since sufficiently high 9 V is input to the gates of the connection control circuit 601 (transistor) and the transistor 301, the load of the load current path connected to the memory cell via the transistor 501, the connection control circuit 601 (transistor) and the transistor 301 The current is determined by the current set by the transistor 501, and the constant current set to Iout flows.

図6は、書き込み動作時の動作点を示すグラフである。このグラフには、PMOS(Positive channel Metal Oxide Semiconductor)負荷線1とPMOS負荷線2とメモリセルM11の書き込み特性のグラフが示される。また、PMOS負荷線1とPMOS負荷線2には、変動幅を示す下限値と上限値がそれぞれ示される。このグラフの横軸はメモリセルのドレイン電圧Vdを示し、縦軸はドレイン電流Idを示す。
PMOS負荷線1とPMOS負荷線2およびメモリセルM11の書き込み特性との交点で示される動作点1から動作点3が示される。
メモリセルM11の書き込み特性は、ドレイン電圧が3V印加されたところでホットエレクトロン注入が発生し、メモリセルM11の閾値が高くなるので、メモリセルM11に電流が流れにくくなり、静特性としては、急激に電流が減少する。さらにドレイン電圧を高くすると、ドレイン電圧が7Vでブレークダウン(VBD)を起こし、大電流が流れる。
FIG. 6 is a graph showing operating points during a write operation. This graph shows a graph of the write characteristics of the PMOS (Positive channel Metal Oxide Semiconductor) load line 1, the PMOS load line 2, and the memory cell M11. The PMOS load line 1 and the PMOS load line 2 show a lower limit value and an upper limit value indicating the fluctuation range, respectively. The horizontal axis of this graph represents the drain voltage Vd of the memory cell, and the vertical axis represents the drain current Id.
The operating point 1 to the operating point 3 indicated by the intersections of the PMOS load line 1, the PMOS load line 2, and the write characteristics of the memory cell M11 are shown.
As for the write characteristics of the memory cell M11, hot electron injection occurs when a drain voltage of 3 V is applied, and the threshold value of the memory cell M11 becomes high, so that it is difficult for a current to flow through the memory cell M11. The current decreases. When the drain voltage is further increased, breakdown (VBD) occurs when the drain voltage is 7V, and a large current flows.

PMOS負荷線1とPMOS負荷線2で示されるPMOSトランジスタであるトランジスタ501のドレイン電流特性は、定電流制御されているのでドレイン電流の変動幅は狭くなる。その変動幅を、下限値(図では点線で示す)と上限値(図では一点鎖線で示す)で示す。それぞれのグラフは代表特性(図では実線で示す)に接近している。また、PMOS型のトランジスタ501から出力される電流は、定電流動作が安定している領域、すなわちPMOS負荷線が直線で示される領域に動作点が配置されることが望ましい。また、PMOS負荷線1とPMOS負荷線2の変動幅で示されるように、トランジスタ501における定電流動作の動作点のばらつく範囲を狭くできる。その結果、動作を安定させることができる。
なお、PMOS負荷線1で示される動作の場合は、動作点がひとつ(動作点1)であるが、電流を絞ると、PMOS負荷線2で示される動作となり、動作点が2個(動作点2、動作点3)現れることになる。この動作点2と動作点3とで示される2つの動作点を比べると、ドレイン電圧の高いほうの動作点2とすることが望ましい。動作点2に設定するには、ドレイン電圧を先に印加してから、ゲート電圧を印加すれば、ドレイン電圧の高い動作点2で安定させることができる。これにより、ブレークダウン(VBD)が生じた領域で、安定した定電流特性での電流を供給させることにより安定な動作点2を選択することができる。
Since the drain current characteristic of the transistor 501 which is a PMOS transistor indicated by the PMOS load line 1 and the PMOS load line 2 is controlled at a constant current, the fluctuation range of the drain current becomes narrow. The fluctuation range is indicated by a lower limit value (indicated by a dotted line in the figure) and an upper limit value (indicated by a one-dot chain line in the figure). Each graph is close to the representative characteristic (indicated by the solid line in the figure). The operating point of the current output from the PMOS transistor 501 is preferably arranged in a region where the constant current operation is stable, that is, a region where the PMOS load line is indicated by a straight line. Further, as indicated by the fluctuation range of the PMOS load line 1 and the PMOS load line 2, the range in which the operating point of the constant current operation in the transistor 501 varies can be narrowed. As a result, the operation can be stabilized.
In the case of the operation indicated by the PMOS load line 1, there is one operating point (operating point 1). However, when the current is reduced, the operation is indicated by the PMOS load line 2, and there are two operating points (operating point). 2. Operating point 3) will appear. When the two operating points indicated by the operating point 2 and the operating point 3 are compared, it is desirable that the operating point 2 has a higher drain voltage. In order to set the operating point 2, if the gate voltage is applied after the drain voltage is applied first, the operating point 2 having a high drain voltage can be stabilized. Thus, a stable operating point 2 can be selected by supplying a current with a stable constant current characteristic in a region where breakdown (VBD) occurs.

図を参照し、不揮発性半導体メモリ装置10における消去動作について説明する。
図7は、不揮発性半導体メモリ装置10における消去動作を説明する概略ブロック図である。この図に示す構成要素において、図4に示した構成要素と同じものには同じ符号を付け、前述の説明を参照することとする。
消去動作の場合、書き込み動作の場合と異なり、書き込み動作での処理のように接続制御回路601における選択処理はなく、接続制御回路601は不要であり、制御電源線PSとデータ線DLとを直接接続する。図では接続制御回路601を破線で示し、直接接続されるものとする。
同図において、入力された行アドレスに応じて行デコーダ200によってワード線WL1が選択(制御信号電圧0V)され、入力された列アドレスに応じて列デコーダ400によって列線C1が選択(制御信号電圧9V)されることとする。これにより、列デコーダ400に接続される列選択回路300のトランジスタ301によって、データ線DLにbit線Bit1が接続される。また、行デコーダ200に接続されるメモリセルアレイ部100のメモリセルM11が選択され、選択されたbit線Bit1にはメモリセルM11が接続される。この図では、それぞれ複数ある構成要素の中から、上記条件によって選択された構成要素を示している。
メモリセルM11は、定電流回路500から消去動作を行う電流が供給され、消去処理が行われる。定電流回路500の消去時の動作は、図5に示した書き込み処理における動作と同じである。
An erasing operation in the nonvolatile semiconductor memory device 10 will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a schematic block diagram for explaining an erase operation in the nonvolatile semiconductor memory device 10. In the constituent elements shown in this figure, the same constituent elements as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the above description is referred to.
In the case of the erasing operation, unlike the case of the writing operation, there is no selection processing in the connection control circuit 601 unlike the processing in the writing operation, the connection control circuit 601 is unnecessary, and the control power supply line PS and the data line DL are directly connected. Connecting. In the figure, the connection control circuit 601 is indicated by a broken line and is directly connected.
In the figure, the word line WL1 is selected by the row decoder 200 according to the input row address (control signal voltage 0V), and the column line C1 is selected by the column decoder 400 according to the input column address (control signal voltage). 9V). Thus, the bit line Bit1 is connected to the data line DL by the transistor 301 of the column selection circuit 300 connected to the column decoder 400. Further, the memory cell M11 of the memory cell array unit 100 connected to the row decoder 200 is selected, and the memory cell M11 is connected to the selected bit line Bit1. In this figure, components selected according to the above conditions from among a plurality of components are shown.
The memory cell M11 is supplied with a current for performing an erasing operation from the constant current circuit 500, and an erasing process is performed. The operation at the time of erasing of the constant current circuit 500 is the same as the operation in the writing process shown in FIG.

図8は、消去動作時の動作点を示すグラフである。このグラフには、PMOS負荷線とメモリセルM11の消去特性のグラフが示される。また、PMOS負荷線と消去特性は、変動幅を示す下限値と上限値がそれぞれ示される。このグラフの横軸はメモリセルのドレイン電圧Vdを示し、縦軸はドレイン電流Idを示す。
PMOS負荷線とメモリセルM11の消去特性との交点で示される動作点1と動作点2が示される。
FIG. 8 is a graph showing operating points during the erasing operation. This graph shows a graph of erase characteristics of the PMOS load line and the memory cell M11. In addition, the PMOS load line and the erasing characteristic have a lower limit value and an upper limit value indicating the fluctuation range, respectively. The horizontal axis of this graph represents the drain voltage Vd of the memory cell, and the vertical axis represents the drain current Id.
An operating point 1 and an operating point 2 indicated by the intersection of the PMOS load line and the erase characteristic of the memory cell M11 are shown.

PMOS負荷線で示されるPMOS型のトランジスタ501から出力される電流は、定電流制御されているのでドレイン電流の変動幅は狭くなる。その変動幅を、下限値(図では点線で示す)と上限値(図では一点鎖線で示す)で示す。それぞれのグラフは代表特性(図では実線で示す)に接近している。また、PMOS型のトランジスタ501から出力される電流は、定電流動作が安定している領域、すなわちPMOS負荷線が直線で示される定電流制御が行えている領域に動作点が配置されることが望ましい。また、PMOS負荷線の変動幅で示されるように、PMOSトランジスタにおける定電流動作の動作点のばらつく変動範囲を狭くすることができる。
消去特性を示すグラフで示される消去特性の電圧変動幅を、下限値(図では点線で示す)と上限値(図では一点鎖線で示す)で示す。それぞれのグラフは代表特性(図では実線で示す)に接近している。これにより、消去特性で示される消去動作でのばらつきによる動作点の変動範囲を狭くすることができ、消去特性のばらつきによる影響を低減することができる。
なお、PMOS負荷線と消去特性の交点で示される動作点は、それぞれの特性により1点に決定する。決定される動作点は、PMOS負荷線と消去特性のそれぞれのばらつきによって変化することになる。PMOS負荷線と消去特性のそれぞれのばらつきを考慮しても、図に示す動作点1が示すメモリセル電流の最小値と、動作点2が示すメモリセル電流の最大値の範囲に限られる。特性のばらつきによって動作点が変動することがあっても、その変動範囲は図示されるように狭くすることができ、動作点を安定化することが容易であることが示される。
Since the current output from the PMOS transistor 501 indicated by the PMOS load line is controlled at a constant current, the fluctuation range of the drain current becomes narrow. The fluctuation range is indicated by a lower limit value (indicated by a dotted line in the figure) and an upper limit value (indicated by a one-dot chain line in the figure). Each graph is close to the representative characteristic (indicated by the solid line in the figure). The operating point of the current output from the PMOS transistor 501 is located in a region where the constant current operation is stable, that is, a region where constant current control is performed in which the PMOS load line is indicated by a straight line. desirable. Further, as indicated by the fluctuation width of the PMOS load line, the fluctuation range in which the operating point of the constant current operation in the PMOS transistor varies can be narrowed.
The voltage fluctuation range of the erasing characteristic shown in the graph showing the erasing characteristic is indicated by a lower limit value (indicated by a dotted line in the figure) and an upper limit value (indicated by a dashed line in the figure). Each graph is close to the representative characteristic (indicated by the solid line in the figure). Thereby, the variation range of the operating point due to the variation in the erase operation indicated by the erase characteristic can be narrowed, and the influence due to the variation in the erase characteristic can be reduced.
Note that the operating point indicated by the intersection of the PMOS load line and the erasing characteristic is determined to be one point according to each characteristic. The determined operating point varies depending on variations in the PMOS load line and the erase characteristic. Even considering variations in the PMOS load line and the erasing characteristic, they are limited to the range of the minimum value of the memory cell current indicated by the operating point 1 and the maximum value of the memory cell current indicated by the operating point 2 shown in the drawing. Even if the operating point fluctuates due to variations in characteristics, the fluctuation range can be narrowed as shown in the figure, indicating that it is easy to stabilize the operating point.

(第2実施形態)
図を参照し、本発明の第2実施形態として、定電流回路における電流設定と切換方法について説明する。
図9は、第2実施形態における不揮発性半導体メモリ装置20を示すブロック図である。図に示される不揮発性半導体メモリ装置20は、メモリセルアレイ部120、行デコーダ220、列選択回路320、列デコーダ420、定電流回路520、書き込み制御回路600、接続制御回路601a、センスアンプ部700、電源回路820、ワード線WL1、bit線Bit1、Bit2、〜Bit8(以下、bit線Bit1、Bit2、〜Bit8をまとめて表すときはBitnと記載する)、列線C1、C2、〜C8(以下、列線C1、C2、〜C8をまとめて表すときはCnと記載する)、データ線DL、ソース線S、および制御電源線PS1、PS2を備える。
不揮発性半導体メモリ装置20のうち、メモリセルアレイ部120、行デコーダ220、列選択回路320、列デコーダ420、定電流回路520、接続制御回路601a、電源回路820、ワード線WL1、bit線Bitn、列線Cn、および制御電源線PS1、PS2以外は、第1実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置10と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第1実施形態における説明を参照する。
不揮発性半導体メモリ装置10におけるメモリセルアレイ部120は、メモリセルM11、M12、〜M18がマトリックス上に配列されてメモリセルアレイを形成する。これらのメモリセルM11、M12、〜M18は、フローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子である。
ワード線WL1に、メモリセルM11、M12、〜M18のコントロールゲートCGが接続される。ソース線Sに、メモリセルM11、M12、〜M18のソースが接続される。
(Second Embodiment)
A current setting and switching method in a constant current circuit will be described as a second embodiment of the present invention with reference to the drawings.
FIG. 9 is a block diagram showing the nonvolatile semiconductor memory device 20 in the second embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 20 shown in the figure includes a memory cell array unit 120, a row decoder 220, a column selection circuit 320, a column decoder 420, a constant current circuit 520, a write control circuit 600, a connection control circuit 601a, a sense amplifier unit 700, Power supply circuit 820, word line WL1, bit line Bit1, Bit2, to Bit8 (hereinafter, bit lines Bit1, Bit2, and Bit8 are collectively expressed as Bitn), column lines C1, C2, and C8 (hereinafter, Column lines C1, C2,..., C8 are collectively referred to as Cn), data line DL, source line S, and control power supply lines PS1, PS2.
In the nonvolatile semiconductor memory device 20, the memory cell array unit 120, the row decoder 220, the column selection circuit 320, the column decoder 420, the constant current circuit 520, the connection control circuit 601a, the power supply circuit 820, the word line WL1, the bit line Bitn, the column Since the configuration other than the line Cn and the control power supply lines PS1 and PS2 is the same as that of the nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment, the same reference numerals are given and the description in the first embodiment is referred to.
The memory cell array unit 120 in the nonvolatile semiconductor memory device 10 includes memory cells M11, M12, and M18 arranged on a matrix to form a memory cell array. These memory cells M11, M12 to M18 are floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements.
Control gates CG of memory cells M11, M12,... M18 are connected to word line WL1. Sources of the memory cells M11, M12, to M18 are connected to the source line S.

bit線Bit1にはメモリセルM11のドレインDが接続される。bit線Bit2にはメモリセルM12のドレインDが接続される。同様に、bit線Bitnには、メモリセルM18のドレインDが接続される。   The drain D of the memory cell M11 is connected to the bit line Bit1. The drain D of the memory cell M12 is connected to the bit line Bit2. Similarly, the drain D of the memory cell M18 is connected to the bit line Bitn.

行デコーダ220に接続されるワード線WL1に接続されるメモリセルが選択され、選択されたメモリセルはbit線Bitnに接続される。   A memory cell connected to the word line WL1 connected to the row decoder 220 is selected, and the selected memory cell is connected to the bit line Bitn.

行デコーダ220は、入力された行アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部120の行を選択する信号をワード線WL1に出力する。
列デコーダ420は、入力された列アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部120の列を選択する信号を列線Cnに出力する。列を選択する信号が出力される列線Cnの数は、入力される信号マルチ選択信号MS2、MS4、MS8によって指定され、入力された信号に応じた数の列線Cnが選択される。また、列デコーダ420は、定電流制御回路520の出力電流を制御する切換信号SWnを出力する。
列選択回路320は、トランジスタ321と322と328(以下、トランジスタ321と322と328をまとめて示すときにはトランジスタ320nと記載する)を備える。列選択回路320は、列線Cnを介して入力される信号によって選択されるbit線Bitnにトランジスタ320nを介してデータ線DLに接続する。
接続制御回路601aは、書き込み制御回路600がDin*線に出力した信号に基づいて、電源からの制御電源線PSをデータ線DLに接続する。センスアンプ部700は、データ線DLの信号を検出し、必要な増幅を行って、増幅した信号をDout線に出力する。
電源回路820は、不揮発性半導体メモリ装置20を構成する各構成要素に電源を供給する電源である。
電源回路820には、定電流回路520、接続制御回路601aなどが接続され、定電流回路520は、制御電源線PS1〜PS2に所要の定電流を出力する。
The row decoder 220 decodes the input row address information and outputs a signal for selecting a row of the memory cell array unit 120 to the word line WL1.
The column decoder 420 decodes the input column address information and outputs a signal for selecting a column of the memory cell array unit 120 to the column line Cn. The number of column lines Cn from which a signal for selecting a column is output is specified by the input signal multi-select signals MS2, MS4, and MS8, and the number of column lines Cn corresponding to the input signals is selected. Further, the column decoder 420 outputs a switching signal SWn for controlling the output current of the constant current control circuit 520.
The column selection circuit 320 includes transistors 321, 322, and 328 (hereinafter referred to as a transistor 320 n when the transistors 321, 322, and 328 are collectively shown). The column selection circuit 320 connects a bit line Bitn selected by a signal input via the column line Cn to the data line DL via the transistor 320n.
The connection control circuit 601a connects the control power supply line PS from the power supply to the data line DL based on the signal output from the write control circuit 600 to the Din * line. The sense amplifier unit 700 detects a signal on the data line DL, performs necessary amplification, and outputs the amplified signal to the Dout line.
The power supply circuit 820 is a power supply that supplies power to each component constituting the nonvolatile semiconductor memory device 20.
A constant current circuit 520, a connection control circuit 601a, and the like are connected to the power supply circuit 820, and the constant current circuit 520 outputs a required constant current to the control power supply lines PS1 to PS2.

不揮発性半導体メモリ装置20における定電流回路520は、トランジスタ501−1、501−2と、トランジスタ503と、トランジスタ504と、トランジスタ505と、トランジスタ507−1、507−2、507−3と、トランジスタ508−1、508−2および抵抗502−1、502−2、502−3を備える。   The constant current circuit 520 in the nonvolatile semiconductor memory device 20 includes transistors 501-1 and 501-2, a transistor 503, a transistor 504, a transistor 505, transistors 507-1, 507-2, and 507-3, and a transistor. 508-1 and 508-2 and resistors 502-1, 502-2, and 502-3.

定電流回路520においてトランジスタ501−1と501−2は、メモリセルアレイ部100に定電流を出力するためのPMOS形の定電流負荷トランジスタである。また、抵抗502−1、502−2、502−3は、負荷に流れる電流を設定する抵抗である。
電源回路820の出力に、トランジスタ507−1を介して抵抗502−1が直列に接続される。トランジスタ507−1は、そのゲートに入力される切換信号SW1によって抵抗502−1に流れる電流を遮断するスイッチングトランジスタである。電源回路820の出力に、トランジスタ507−2を介して抵抗502−2が直列に接続される。トランジスタ507−2は、そのゲートに入力される切換信号SW2によって抵抗502−2に流れる電流を遮断するスイッチングトランジスタである。電源回路820の出力に、トランジスタ507−3を介して抵抗502−3が直列に接続される。トランジスタ507−3は、そのゲートに入力される切換信号SW3によって抵抗502−3に流れる電流を遮断するスイッチングトランジスタである。抵抗502−1〜502−3でそれぞれ制限される電流が合わさって、トランジスタ503に流れ込む。
また、トランジスタ503とトランジスタ504、トランジスタ505とトランジスタ501−1、および、トランジスタ505とトランジスタ501−2とで、それぞれカレントミラー回路を構成する。
In the constant current circuit 520, transistors 501-1 and 501-2 are PMOS type constant current load transistors for outputting a constant current to the memory cell array unit 100. Further, the resistors 502-1, 502-2, and 502-3 are resistors that set the current flowing through the load.
A resistor 502-1 is connected in series to the output of the power supply circuit 820 through a transistor 507-1. The transistor 507-1 is a switching transistor that cuts off the current flowing through the resistor 502-1 by the switching signal SW1 input to the gate thereof. A resistor 502-2 is connected in series to the output of the power supply circuit 820 through a transistor 507-2. The transistor 507-2 is a switching transistor that blocks a current flowing through the resistor 502-2 by the switching signal SW2 input to the gate thereof. A resistor 502-3 is connected in series to the output of the power supply circuit 820 through a transistor 507-3. The transistor 507-3 is a switching transistor that cuts off the current flowing through the resistor 502-3 by the switching signal SW3 input to the gate thereof. The currents limited by the resistors 502-1 to 502-3 are combined and flow into the transistor 503.
Further, the transistor 503 and the transistor 504, the transistor 505 and the transistor 501-1, and the transistor 505 and the transistor 501-2 constitute a current mirror circuit, respectively.

出力される電流は、式(10)に準じて、抵抗502−1〜502−3と、トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ501−1、トランジスタ505とトランジスタ501−2の増幅率で定められる出力電流値に基づく値となる。   The output current is determined by the amplification factors of the resistors 502-1 to 502-3, the transistor 503 and the transistor 504, the transistor 505 and the transistor 501-1, and the transistor 505 and the transistor 501-2 according to the equation (10). The value is based on the output current value.

これらのトランジスタにおける設定された値によって決まる定電流がトランジスタ501−1から制御電源線PS1に、また、トランジスタ501−2から制御電源線PS2に出力される。
また、制御電源線PS1とPS2に出力された電流は、定電流回路520の電流出力を制御するトランジスタ508−1と508−2を介して出力される。
トランジスタ508−1は、そのゲートに入力される切換信号SWaによって制御電源線PS1に供給される電流の通電と遮断を切り換える。トランジスタ508−2は、そのゲートに入力される切換信号SWbによって制御電源線PS2に供給される電流の通電と遮断を切り換える。
A constant current determined by values set in these transistors is output from the transistor 501-1 to the control power supply line PS1, and from the transistor 501-2 to the control power supply line PS2.
The current output to the control power supply lines PS1 and PS2 is output via the transistors 508-1 and 508-2 that control the current output of the constant current circuit 520.
The transistor 508-1 switches between energization and interruption of the current supplied to the control power supply line PS1 by the switching signal SWa input to the gate thereof. The transistor 508-2 switches between energization and interruption of the current supplied to the control power supply line PS2 by the switching signal SWb input to its gate.

例えば、メモリセルアレイ120の列選択線が、列線C1〜C8まで8本の構成とする。
第1の条件として、メモリセル1個を選択する通常モードの場合では、例えば、列線C1のみが選択され、メモリセルM11が選択される。
第2の条件として、メモリセル2個同時に選択する場合では、信号マルチ選択信号MS2を列デコーダに入力すると、2つの列線が選択される。例えば、列線C1と列線C2が同時に選択され、同時にメモリセルM11とM12が選択される。
第3の条件として、メモリセル4個同時に選択する場合では、信号マルチ選択信号MS4を入力すると、4つの列線が選択される。例えば、列線C1〜C4までが同時に選択され、同時にメモリセルM11〜M14が選択される。
第4の条件として、メモリセル8個同時に選択する場合では、信号マルチ選択信号MS8を入力すると、8つの列線全てが選択される。図に示す、列線C1〜C8までが同時に選択され、同時にメモリセルM11〜M18が選択される。
このように、設定される条件が複数設定できる場合において、同時に選択されるメモリセルの数が増えることは、設定されている定電流値が各メモリセルに分散されることになる。すなわち、1メモリセルあたりに供給される定電流は、同時に接続するメモリセルの数の逆数に比例し、分配数が多くなるにつれ電流値が小さくなるので、所望の動作点で動作させることができなくなることになる。
For example, the memory cell array 120 has eight column selection lines including column lines C1 to C8.
As a first condition, in the normal mode in which one memory cell is selected, for example, only the column line C1 is selected, and the memory cell M11 is selected.
As a second condition, when two memory cells are selected at the same time, when the signal multi-select signal MS2 is input to the column decoder, two column lines are selected. For example, the column line C1 and the column line C2 are simultaneously selected, and the memory cells M11 and M12 are simultaneously selected.
As a third condition, when four memory cells are simultaneously selected, four column lines are selected when the signal multi-select signal MS4 is input. For example, the column lines C1 to C4 are simultaneously selected, and the memory cells M11 to M14 are simultaneously selected.
As a fourth condition, when eight memory cells are selected simultaneously, when the signal multi-select signal MS8 is input, all eight column lines are selected. In the figure, column lines C1 to C8 are simultaneously selected, and memory cells M11 to M18 are simultaneously selected.
In this way, when a plurality of conditions can be set, an increase in the number of memory cells that are simultaneously selected means that the set constant current value is distributed to each memory cell. That is, the constant current supplied per memory cell is proportional to the reciprocal of the number of memory cells connected at the same time, and the current value decreases as the number of distributions increases. Therefore, the constant current can be operated at a desired operating point. It will disappear.

このようなときの対処方法として次に示す2つの処置を組み合わせることにより解決でき、1メモリセルあたりに供給される定電流を所望の値とすることができる。その第1の方法は、定電流回路520の基準とされる抵抗の値で定まる基準電流の値を増加させる方法である。第2の方法は、メモリセルアレイ部120に出力する定電流回路の出力回路を増強する方法である。
以下の説明では、先に示した4つの条件を例として、メモリセル1個、2個、4個、8個の書き込みおよび消去を同時に行うこととする。その際に、定電流回路520の電流が、トランジスタ501−1の1つの回路による出力電流値では、メモリセル8個同時に処理することができず、メモリセル4個同時までは許容できるという構成条件として説明する。
上記条件から、定電流回路520は、トランジスタ502−1だけでは所定の電流を供給しきれず、メモリセル8個同時のときには並列に接続されるトランジスタ502−2を同時に利用することとする。
As a coping method in such a case, it can be solved by combining the following two measures, and the constant current supplied per memory cell can be set to a desired value. The first method is a method of increasing the value of the reference current determined by the resistance value used as the reference of the constant current circuit 520. The second method is a method of enhancing the output circuit of the constant current circuit that outputs to the memory cell array unit 120.
In the following description, the four conditions described above are taken as an example, and writing, erasing of one, two, four, and eight memory cells are performed simultaneously. At that time, if the current of the constant current circuit 520 is an output current value of one circuit of the transistor 501-1, it is not possible to process eight memory cells at the same time, and up to four memory cells can be allowed simultaneously. Will be described.
From the above conditions, the constant current circuit 520 cannot supply a predetermined current only with the transistor 502-1 and simultaneously uses the transistors 502-2 connected in parallel when eight memory cells are used simultaneously.

図10は、定電流回路520における各スイッチングトランジスタの動作を示す表である。以下、図に示される各条件における動作について説明する。
以下、電流設定のスイッチとして動作するトランジスタに、それぞれスイッチとしての対応付けを行って説明する。それらの対応づけにおいてトランジスタ507−1、507−2、507−3、508−1および508−2は、スイッチSW1、SW2、SW3、SWaおよびSWbとする。また、各トランジスタの導通状態と遮断状態は、対応するスイッチの導通状態を示す「オン」と遮断状態を示す「オフ」とで示すこととする。
条件1で示される状態は、列デコーダ420において1つの列線(例えば、列線C1)のみが選択される状態になる。この状態での定電流回路520において、SW1がオン、SW2とSW3がオフとした場合、トランジスタ503を流れる電流はIREFとなる。このとき、SWaがオン、SWbがオフとなっており、定電流負荷トランジスタ501−1に定電流αIREFが流れ、定電流負荷トランジスタ501−2は遮断される。
FIG. 10 is a table showing the operation of each switching transistor in the constant current circuit 520. Hereinafter, the operation under each condition shown in the figure will be described.
Hereinafter, description will be made by associating each transistor operating as a current setting switch as a switch. In these correspondences, the transistors 507-1, 507-2, 507-3, 508-1 and 508-2 are switches SW1, SW2, SW3, SWa and SWb. In addition, the conduction state and the cutoff state of each transistor are indicated by “ON” indicating the conduction state of the corresponding switch and “OFF” indicating the cutoff state.
The state indicated by the condition 1 is a state where only one column line (for example, the column line C1) is selected in the column decoder 420. In the constant current circuit 520 in this state, when SW1 is turned on and SW2 and SW3 are turned off, the current flowing through the transistor 503 becomes IREF. At this time, SWa is on and SWb is off, the constant current αIREF flows through the constant current load transistor 501-1, and the constant current load transistor 501-2 is cut off.

条件2で示される状態は、列デコーダ420において2つの列線(例えば、列線C1とC2)が選択される状態になる。この状態での定電流回路520において、SW1とSW2がオン、SW3がオフとした場合、トランジスタ503を流れる電流は2IREFとなる。このとき、SWaがオン、SWbがオフとなっており、定電流負荷トランジスタ501−1に定電流2αIREFが流れ、定電流負荷トランジスタ501−2は遮断される。  The state indicated by condition 2 is a state in which two column lines (for example, column lines C1 and C2) are selected in the column decoder 420. In the constant current circuit 520 in this state, when SW1 and SW2 are on and SW3 is off, the current flowing through the transistor 503 is 2IREF. At this time, SWa is on and SWb is off, the constant current 2αIREF flows through the constant current load transistor 501-1, and the constant current load transistor 501-2 is cut off.

条件3で示される状態は、列デコーダ420において4つの列線(例えば、列線C1〜C4)が選択される状態になる。この状態での定電流回路520において、SW1とSW2とSW3を全てオンとした場合、トランジスタ503を流れる電流は4IREFとなる。このとき、SWaがオン、SWbがオフとなっており、定電流負荷トランジスタ501−1に定電流4αIREFが流れ、定電流負荷トランジスタ501−2は遮断される。先に定めた仮定により、この条件でトランジスタ501−1は、許容限界となる。  The state indicated by condition 3 is a state in which four column lines (for example, column lines C1 to C4) are selected in the column decoder 420. In the constant current circuit 520 in this state, when all of SW1, SW2, and SW3 are turned on, the current flowing through the transistor 503 is 4IREF. At this time, SWa is on and SWb is off, the constant current 4αIREF flows through the constant current load transistor 501-1, and the constant current load transistor 501-2 is cut off. Based on the assumptions made earlier, transistor 501-1 is at an acceptable limit under this condition.

条件4で示される状態は、列デコーダ420において8つの列線(例えば、列線C1〜C8)が選択される状態になる。この状態での定電流回路520において、SW1とSW2とSW3を全てオンとした場合、トランジスタ503を流れる電流は4IREFとなる。また、SWaとSWbの双方をオンとすると、定電流負荷トランジスタ501−1とトランジスタ501−2の双方にそれぞれ定電流4αIREFが流れることになる。このように、8つの列線を選択した場合においても、条件1のときの8倍の電流を確保することができ、それぞれのメモリセルに対して適した電流値を出力することが可能となる。  The state indicated by condition 4 is a state in which eight column lines (for example, column lines C1 to C8) are selected in the column decoder 420. In the constant current circuit 520 in this state, when all of SW1, SW2, and SW3 are turned on, the current flowing through the transistor 503 is 4IREF. When both SWa and SWb are turned on, the constant current 4αIREF flows through both the constant current load transistor 501-1 and the transistor 501-2. As described above, even when eight column lines are selected, it is possible to secure eight times as much current as in condition 1, and it is possible to output a current value suitable for each memory cell. .

また、書き込み動作と消去動作とで設定する電流値を切り換える場合や、メモリセルの特性に応じて電流値を切り換えるような場合においても、定電流制御に必要とされる抵抗値を備えた抵抗とその切り換え手段によって選択することにより電流値を切り換えることができる。その切り換え手段として、本実施形態を応用し実現することも可能である。  In addition, even when the current value set between the write operation and the erase operation is switched or when the current value is switched according to the characteristics of the memory cell, a resistor having a resistance value necessary for constant current control is provided. The current value can be switched by selecting with the switching means. As this switching means, the present embodiment can be applied and realized.

(第3実施形態)
図を参照し、本発明の第3実施形態としてbit線ごとに定電流回路を設けた形態について説明する。
図11は、第3実施形態における不揮発性半導体メモリ装置30を示すブロック図である。図に示される不揮発性半導体メモリ装置30は、メモリセルアレイ部100、行デコーダ230、列選択回路300、列デコーダ430、定電流回路530、書き込み制御回路600、接続制御回路601−1〜601−n、センスアンプ部700、電源回路830、ワード線WL1、WL2、〜WLm(以下、ワード線WL1、WL2、〜WLmをまとめて表すときはWLmと記載する)、bit線Bit1、Bit2、〜Bitn(以下、bit線Bit1、Bit2、〜Bitnをまとめて表すときはBitnと記載する)、列線C1〜Cn(以下、列線C1〜Cnをまとめて表すときはCnと記載する)、データ線DL、ソース線Sを備える。
不揮発性半導体メモリ装置30のうち、行デコーダ230、列デコーダ430、定電流回路530、接続制御回路601−1、601−2、〜601−n(以下、接続制御回路601−1、601−2、〜601−nをまとめて表すときは601−nと記載する)、電源回路830以外は、第1実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置10と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第1実施形態における説明を参照する。
(Third embodiment)
With reference to the drawings, a mode in which a constant current circuit is provided for each bit line will be described as a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing the nonvolatile semiconductor memory device 30 in the third embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 30 shown in the figure includes a memory cell array unit 100, a row decoder 230, a column selection circuit 300, a column decoder 430, a constant current circuit 530, a write control circuit 600, and connection control circuits 601-1 to 601-n. , Sense amplifier unit 700, power supply circuit 830, word lines WL1, WL2, .about.WLm (hereinafter, word lines WL1, WL2, .about.WLm are collectively expressed as WLm), bit lines Bit1, Bit2, .about.Bitn ( Hereinafter, the bit lines Bit1, Bit2,..., Bitn are collectively expressed as Bitn), the column lines C1 to Cn (hereinafter, the column lines C1 to Cn are collectively expressed as Cn), and the data line DL. The source line S is provided.
Of the nonvolatile semiconductor memory device 30, the row decoder 230, the column decoder 430, the constant current circuit 530, the connection control circuits 601-1, 601-2, to 601-n (hereinafter referred to as the connection control circuits 601-1 and 601-2). ˜601-n are collectively described as 601-n), except for the power supply circuit 830, since it has the same configuration as the nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment, the same reference numerals are given, Reference is made to the description in the first embodiment.

行デコーダ230は、入力された行アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部100の行を選択する信号をワード線WLnに出力する。また、行デコーダ230は、メモリセルアレイ部100における全てのメモリセルMmnを一括して消去させる時には、全てのワード線WLnに、「0」を出力する。
列デコーダ430は、入力された列アドレス情報をデコードし、メモリセルアレイ部100の列を選択する信号を列線Cnに出力する。また、列デコーダ430は、ページ消去制御信号Pageが入力されると、メモリセルアレイ部100の列を選択する信号を全ての列線Cnに出力する。
The row decoder 230 decodes the input row address information and outputs a signal for selecting a row of the memory cell array unit 100 to the word line WLn. The row decoder 230 outputs “0” to all the word lines WLn when erasing all the memory cells Mmn in the memory cell array unit 100 at a time.
The column decoder 430 decodes the input column address information and outputs a signal for selecting a column of the memory cell array unit 100 to the column line Cn. Further, when the page erase control signal Page is input, the column decoder 430 outputs a signal for selecting a column of the memory cell array unit 100 to all the column lines Cn.

電源回路830は、不揮発性半導体メモリ装置30を構成する行デコーダ230、列デコーダ430、定電流回路530、書き込み制御回路600などの各構成要素に電源を供給する電源である。電源回路830には、定電流回路530とデータ線DLが接続され、書き込み動作時ならびに消去動作時に所定の電圧が出力される。
電源回路830には、定電流回路530が接続され、定電流回路530は、制御電源線PS−1、PS−2、〜PS−n(以下、制御電源線PS−1、PS−2、〜PS−nをまとめて表すときは制御電源線PS−nと記載する。)に所要の定電流を出力する。
書き込み制御回路600には、接続制御回路601−nが接続される。その接続制御回路601−nは、書き込み制御回路600がDin*線に出力した信号に基づいて、定電流回路530からの制御電源線PS−nを各bit線Bitnに接続する。
不揮発性半導体メモリ装置30における定電流回路530は、トランジスタ531−1、531−2、〜531−n(以下、トランジスタ531−1、531−2、〜531−nをまとめて表すときはトランジスタ531−nと記載する)と、トランジスタ503と、トランジスタ504と、トランジスタ505、トランジスタ506および抵抗502を備える。
定電流回路530においてトランジスタ531−nは、メモリセルアレイ部100に定電流を出力するための定電流負荷トランジスタである。また、抵抗502は、負荷に流れる電流を設定する抵抗である。トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ531−nとで、それぞれカレントミラー回路を構成する。
The power supply circuit 830 is a power supply that supplies power to each component such as the row decoder 230, the column decoder 430, the constant current circuit 530, and the write control circuit 600 that constitute the nonvolatile semiconductor memory device 30. A constant current circuit 530 and a data line DL are connected to the power supply circuit 830, and a predetermined voltage is output during a write operation and an erase operation.
A constant current circuit 530 is connected to the power supply circuit 830. The constant current circuit 530 includes control power supply lines PS-1, PS-2, to PS-n (hereinafter referred to as control power supply lines PS-1, PS-2,. When PS-n is collectively expressed, it is described as a control power supply line PS-n.) A required constant current is output.
A connection control circuit 601-n is connected to the write control circuit 600. The connection control circuit 601-n connects the control power supply line PS-n from the constant current circuit 530 to each bit line Bitn based on the signal output from the write control circuit 600 to the Din * line.
The constant current circuit 530 in the nonvolatile semiconductor memory device 30 includes transistors 531-1, 531-2, to 531-n (hereinafter referred to as transistors 531 when the transistors 531-1, 531-2, to 531-n are collectively shown). -N), a transistor 503, a transistor 504, a transistor 505, a transistor 506, and a resistor 502 are provided.
In the constant current circuit 530, the transistor 531-n is a constant current load transistor for outputting a constant current to the memory cell array unit 100. The resistor 502 is a resistor that sets a current flowing through the load. The transistor 503 and the transistor 504, and the transistor 505 and the transistor 531-n constitute current mirror circuits, respectively.

出力される電流は、式(10)に準じて、抵抗502と、トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ531−nとの増幅率で定められる出力電流に基づいて出力される。組み合わされたこれらのトランジスタによって設定される定電流がトランジスタ531―nから制御電源線PS−nに供給される。
なお、トランジスタ531−nから供給される定電流は、トランジスタ506に入力される制御信号線RWの信号状態に基づいて解除することができる。トランジスタ506に入力される制御信号線RWの信号は、メモリセルアレイ部100からの読み出し動作またはメモリセルアレイ部100への書き込み動作を示す状態信号である。制御信号線RWの信号が有意となる読み出し動作時と書き込み動作時のときにトランジスタ506はオン状態となり、メモリセルアレイ部100への定電流の供給を解除し、トランジスタ531−nをオン状態とする。
The output current is output based on the output current determined by the amplification factors of the resistor 502, the transistor 503, the transistor 504, the transistor 505, and the transistor 531-n according to the equation (10). A constant current set by these combined transistors is supplied from the transistor 531-n to the control power supply line PS-n.
Note that the constant current supplied from the transistor 531-n can be released based on the signal state of the control signal line RW input to the transistor 506. A signal on the control signal line RW input to the transistor 506 is a status signal indicating a read operation from the memory cell array unit 100 or a write operation to the memory cell array unit 100. During a read operation and a write operation in which the signal of the control signal line RW becomes significant, the transistor 506 is turned on, the constant current supply to the memory cell array unit 100 is released, and the transistor 531 -n is turned on. .

定電流負荷トランジスタをbit線Bitn毎に、トランジスタ531−1、531−2、531−nをそれぞれ接続し、それぞれのbit線Bitn毎に定電流αIREFを出力する。例えば、行デコーダ230と列デコーダ430によりワード線WL1および列線C1が選択されれば、メモリセルM11に書き込み、消去が行われる。このとき、ページ消去、あるいはページ書き込みを行う場合には、列デコーダ430が列線C1〜Cnを同時に選択すれば、メモリセルM11〜M1n全てのメモリセルに、同時書き込み、同時消去ができる。また、特に消去時、全てのWL1〜WLmを0Vにしておけば、メモリセルアレイ部100の全てのメモリセルMmnが消去される。ページ選択を行う場合は、列デコーダ430に、ページ選択信号Pageを入力すると、列デコーダが全選択モードになり、列線C1〜Cnが全て選択され、接続制御回路601−nにそれぞれ定電流が流れることになる。   A constant current load transistor is connected to each of the transistors 531-1, 531-2, and 531-n for each bit line Bitn, and a constant current αIREF is output for each bit line Bitn. For example, if the word line WL1 and the column line C1 are selected by the row decoder 230 and the column decoder 430, the memory cell M11 is written and erased. At this time, when performing page erase or page write, if the column decoder 430 simultaneously selects the column lines C1 to Cn, simultaneous write and erase can be performed on all the memory cells M11 to M1n. In particular, at the time of erasing, if all WL1 to WLm are set to 0V, all the memory cells Mmn in the memory cell array unit 100 are erased. When page selection is performed, when the page selection signal Page is input to the column decoder 430, the column decoder enters the all selection mode, all the column lines C1 to Cn are selected, and a constant current is applied to each of the connection control circuits 601-n. Will flow.

(第4実施形態)
図を参照し、本発明の第4実施形態として、消去用定電流回路をメモリセルのソース側に設けた形態について説明する。
図12は、第4実施形態における不揮発性半導体メモリ装置40のブロック図である。
図に示される不揮発性半導体メモリ装置40は、メモリセルアレイ部100、行デコーダ230、列選択回路300、列デコーダ400、定電流回路500a、書き込み制御回路600、接続制御回路601a、センスアンプ部700、電源回路840、ワード線WL1、WL2、〜WLm(以下、ワード線WL1、WL2、〜WLmをまとめて表すときはWLmと記載する)、bit線Bit1、Bit2、〜Bitn(以下、bit線Bit1、Bit2、〜Bitnをまとめて表すときはBitnと記載する)、列線C1、C2、〜Cn(以下、列線C1、C2、〜Cnをまとめて表すときはCnと記載する)、データ線DL、ソース線Sを備える。
不揮発性半導体メモリ装置40のうち、行デコーダ230、定電流回路500a、接続制御回路601a、電源回路840以外は、第1実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置10と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第1実施形態における説明を参照する。また、接続制御回路601aは、第2実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置20と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第2実施形態における説明を参照する。また、行デコーダ230は、第3実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置30と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第3実施形態における説明を参照する。
(Fourth embodiment)
With reference to the drawings, a description will be given of a mode in which an erasing constant current circuit is provided on the source side of a memory cell as a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device 40 in the fourth embodiment.
The nonvolatile semiconductor memory device 40 shown in the figure includes a memory cell array unit 100, a row decoder 230, a column selection circuit 300, a column decoder 400, a constant current circuit 500a, a write control circuit 600, a connection control circuit 601a, a sense amplifier unit 700, Power supply circuit 840, word lines WL1, WL2, .about.WLm (hereinafter, word lines WL1, WL2, .about.WLm are collectively described as WLm), bit lines Bit1, Bit2, .about.Bitn (hereinafter, bit lines Bit1,. Bit2 and ~ Bitn are collectively expressed as Bitn), column lines C1, C2 and ~ Cn (hereinafter, when column lines C1, C2 and ~ Cn are collectively expressed are denoted as Cn), data line DL The source line S is provided.
Since the nonvolatile semiconductor memory device 40 has the same configuration as the nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment except for the row decoder 230, the constant current circuit 500a, the connection control circuit 601a, and the power supply circuit 840, the same reference numerals are used. Reference is made to the description in the first embodiment. Further, since the connection control circuit 601a has the same configuration as that of the nonvolatile semiconductor memory device 20 according to the second embodiment, the same reference numerals are given and the description in the second embodiment is referred to. Moreover, since the row decoder 230 has the same configuration as that of the nonvolatile semiconductor memory device 30 according to the third embodiment, the same reference numerals are given and the description in the third embodiment is referred to.

不揮発性半導体メモリ装置40における電源回路840は、不揮発性半導体メモリ装置40を構成する各構成要素に電源を供給する電源である。電源回路840には、定電流回路500a、接続制御回路601aなどが接続され、定電流回路500aは、ソース線Sに所要の定電流を出力する。
定電流回路500aは、トランジスタ501と、トランジスタ503と、トランジスタ504と、トランジスタ505、トランジスタ509、トランジスタ510、および抵抗502を備える。
定電流回路500aにおいてトランジスタ501は、メモリセルアレイ部100に定電流を出力するための定電流負荷トランジスタである。また、抵抗502は、負荷に流れる電流を設定する抵抗である。トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ501とで、それぞれカレントミラー回路を構成する。
The power supply circuit 840 in the nonvolatile semiconductor memory device 40 is a power supply that supplies power to each component that constitutes the nonvolatile semiconductor memory device 40. A constant current circuit 500a, a connection control circuit 601a, and the like are connected to the power supply circuit 840, and the constant current circuit 500a outputs a required constant current to the source line S.
The constant current circuit 500a includes a transistor 501, a transistor 503, a transistor 504, a transistor 505, a transistor 509, a transistor 510, and a resistor 502.
In the constant current circuit 500a, the transistor 501 is a constant current load transistor for outputting a constant current to the memory cell array unit 100. The resistor 502 is a resistor that sets a current flowing through the load. The transistor 503 and the transistor 504 and the transistor 505 and the transistor 501 form a current mirror circuit, respectively.

抵抗502と、トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ501の増幅率で定められる出力電流に基づいて、これらのトランジスタにおける設定された値によって決まる定電流がトランジスタ501からソース線Sに供給される。   Based on the output current determined by the amplification factor of the resistor 502, the transistor 503, the transistor 504, the transistor 505, and the transistor 501, a constant current determined by a set value in these transistors is supplied from the transistor 501 to the source line S. .

なお、トランジスタ509に入力される制御信号線RWの信号状態に基づいて、ソース線Sを基準電位に接続する。それとともに、トランジスタ501から供給する定電流出力を解除することができる。トランジスタ509に入力される制御信号線RWの信号は、メモリセルアレイ部100からの読み出し動作またはメモリセルアレイ部100への書き込み動作を示す状態信号である。制御信号線RWの信号が有意となる読み出し動作時と書き込み動作時のときにトランジスタ509はオン状態となる。
また、トランジスタ510に入力される制御信号線EBの信号によって、トランジスタ501、503、504、505で構成されるカレントミラー回路の動作を停止して、定電流回路500aからの定電流出力を停止させることができる。すなわち、定電流出力を停止し、かつ制御信号線RWでトランジスタ509をオフ状態とすることにより、ソース線SをOPEN(オープン)状態とすることができる。
Note that the source line S is connected to the reference potential based on the signal state of the control signal line RW input to the transistor 509. At the same time, the constant current output supplied from the transistor 501 can be canceled. A signal on the control signal line RW input to the transistor 509 is a state signal indicating a read operation from the memory cell array unit 100 or a write operation to the memory cell array unit 100. The transistor 509 is turned on during a read operation and a write operation in which the signal of the control signal line RW becomes significant.
Further, the operation of the current mirror circuit constituted by the transistors 501, 503, 504, and 505 is stopped by the signal of the control signal line EB input to the transistor 510, and the constant current output from the constant current circuit 500a is stopped. be able to. That is, by stopping the constant current output and turning off the transistor 509 with the control signal line RW, the source line S can be in an OPEN (open) state.

なお、第4実施形態の構成は、不揮発性半導体メモリ装置40の消去動作を行うためのもので、書き込み動作を行う第1実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置10における定電流回路500、第2実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置20における定電流回路520、第3実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置30における定電流回路530などと組み合わせることにより、書き込み動作を行うことができる。   The configuration of the fourth embodiment is for performing an erasing operation of the nonvolatile semiconductor memory device 40. The constant current circuit 500 and the second current in the nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment performing a writing operation are the second and second configurations. A write operation can be performed by combining the constant current circuit 520 in the nonvolatile semiconductor memory device 20 according to the embodiment, the constant current circuit 530 in the nonvolatile semiconductor memory device 30 according to the third embodiment, and the like.

図を参照し、不揮発性半導体メモリ装置40における消去動作について説明する。
図13は、不揮発性半導体メモリ装置40における消去動作を説明する概略ブロック図である。この図に示す構成要素において、図12に示した構成要素と同じものには同じ符号を付け、前述の説明を参照することとする。
The erase operation in the nonvolatile semiconductor memory device 40 will be described with reference to the drawings.
FIG. 13 is a schematic block diagram for explaining an erase operation in the nonvolatile semiconductor memory device 40. In the components shown in this figure, the same components as those shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals, and the above description is referred to.

この図は、入力された行アドレスによってワード線WL1が選択(制御信号電圧0V)され、入力された列アドレスによって列線C1が選択(制御信号電圧0V)されることとする。これにより、列デコーダ400に接続される列選択回路300のトランジスタ301によってデータ線DLにbit線Bit1が遮断される。また、行デコーダ230に接続されるメモリセルアレイ部100のメモリセルM11が選択され、選択されたメモリセルM11に対して消去処理が行われる。この図では、それぞれ複数ある構成要素の中から、上記条件によって選択された構成要素を示している。   In this figure, the word line WL1 is selected (control signal voltage 0V) by the input row address, and the column line C1 is selected (control signal voltage 0V) by the input column address. As a result, the bit line Bit1 is cut off from the data line DL by the transistor 301 of the column selection circuit 300 connected to the column decoder 400. Further, the memory cell M11 of the memory cell array unit 100 connected to the row decoder 230 is selected, and the selected memory cell M11 is erased. In this figure, components selected according to the above conditions from among a plurality of components are shown.

定電流回路500aが出力する電流は、次に示す関係によって定められる。
トランジスタ503のサイズは幅W1、長さL1とし、トランジスタ504は幅W2、長さL2とし、トランジスタ504は幅W2、長さL2とし、トランジスタ501は幅W4、長さL4とする。トランジスタ501を流れる電流Ioutは、Rを流れる電流をIREFに基づいて、式(11)で示される。
The current output from the constant current circuit 500a is determined by the following relationship.
The transistor 503 has a width W1 and a length L1, the transistor 504 has a width W2 and a length L2, the transistor 504 has a width W2 and a length L2, and the transistor 501 has a width W4 and a length L4. The current Iout that flows through the transistor 501 is expressed by Expression (11) based on the current that flows through R as IREF.

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(11)において、αは式(12)で示される。   In the formula (11), α is represented by the formula (12).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

(第5実施形態)
図を参照し、本発明の第5実施形態として、書き込み用定電流回路と消去用定電流回路をそれぞれ設けた形態について説明する。
図14は、第5実施形態における不揮発性半導体メモリ装置50のブロック図である。
図に示される不揮発性半導体メモリ装置50は、メモリセルアレイ部150、行デコーダ230、列選択回路300、列デコーダ400、定電流回路550、定電流回路500a−1、500a―2、〜500a−m、書き込み制御回路650、センスアンプ部700、電源回路850、ワード線WL1、WL2、〜WLm(以下、ワード線WL1、WL2、〜WLmまとめて表すときはWLmと記載する)、bit線Bit1、Bit2、〜Bitn(以下、bit線Bit1、Bit2、〜Bitnをまとめて表すときはBitnと記載する)、列線C1、C2、〜Cn(以下、列線C1、C2、〜Cnをまとめて表すときはCnと記載する)、データ線DL、ソース線S1、S2、〜Smを備える。
不揮発性半導体メモリ装置50のうち、メモリセルアレイ部150、行デコーダ230、定電流回路550、定電流回路500a−1、500a―2、〜500a−m(以下、定電流回路500a−1、500a―2、〜500a−mをまとめて表すときは500a−mと記載する)、書き込み制御回路650、電源回路850、ソース線S1、S2、〜Sm(以下、ソース線S1、S2、〜Smまとめて表すときはSmと記載する)以外は、第1実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置10と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第1実施形態における説明を参照する。
また、行デコーダ230は、第3実施形態に係る不揮発性半導体メモリ装置30と同じ構成であるため、同じ符号を付し、第3実施形態における説明を参照する。
(Fifth embodiment)
With reference to the drawings, as a fifth embodiment of the present invention, an embodiment in which a write constant current circuit and an erase constant current circuit are provided will be described.
FIG. 14 is a block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device 50 in the fifth embodiment.
The nonvolatile semiconductor memory device 50 shown in the figure includes a memory cell array unit 150, a row decoder 230, a column selection circuit 300, a column decoder 400, a constant current circuit 550, constant current circuits 500a-1, 500a-2, to 500a-m. , Write control circuit 650, sense amplifier unit 700, power supply circuit 850, word lines WL1, WL2, .about.WLm (hereinafter, word lines WL1, WL2, .about.WLm are collectively referred to as WLm), bit lines Bit1, Bit2. , ~ Bitn (hereinafter, when the bit lines Bit1, Bit2, and ~ Bitn are collectively expressed as Bitn), column lines C1, C2, and ~ Cn (hereinafter, when the column lines C1, C2, and ~ Cn are collectively expressed) Is described as Cn), a data line DL, and source lines S1, S2, to Sm.
In the nonvolatile semiconductor memory device 50, the memory cell array unit 150, the row decoder 230, the constant current circuit 550, the constant current circuits 500a-1, 500a-2, to 500a-m (hereinafter, the constant current circuits 500a-1, 500a- 2 and ~ 500a-m are collectively described as 500a-m), write control circuit 650, power supply circuit 850, source lines S1, S2, ~ Sm (hereinafter, source lines S1, S2, ~ Sm collectively) Since the configuration is the same as that of the nonvolatile semiconductor memory device 10 according to the first embodiment except that it is expressed as Sm), the same reference numerals are given and the description in the first embodiment is referred to.
Moreover, since the row decoder 230 has the same configuration as that of the nonvolatile semiconductor memory device 30 according to the third embodiment, the same reference numerals are given and the description in the third embodiment is referred to.

不揮発性半導体メモリ装置50におけるメモリセルアレイ部150は、メモリセルM11〜Mmnがマトリックス上に配列されてメモリセルアレイを形成する。これらのメモリセルM11〜Mmnは、本発明によるフローティングゲートタイプの不揮発性半導体メモリ素子である。第1実施形態に示したメモリセルアレイ部100との相違点となるソース線の接続について説明し、その他の同じ構成についての説明は第1実施形態を参照する。
メモリセルアレイ部150は、各メモリセルのソースは行単位で接続される。
ソース線S1には、メモリセルM11、M12、〜M1nのソースが接続される。ソース線S2には、メモリセルM21、M22、〜M2nのソースが接続される。同様にソース線Smには、メモリセルMm1、Mm2、〜Mmnのソースが接続される。
In the memory cell array unit 150 in the nonvolatile semiconductor memory device 50, memory cells M11 to Mmn are arranged on a matrix to form a memory cell array. These memory cells M11 to Mmn are floating gate type nonvolatile semiconductor memory elements according to the present invention. The connection of the source line which is different from the memory cell array unit 100 shown in the first embodiment will be described, and the description of the same configuration will refer to the first embodiment.
In the memory cell array unit 150, the sources of the memory cells are connected in units of rows.
The source of the memory cells M11, M12,... M1n is connected to the source line S1. The source of the memory cells M21, M22,... M2n is connected to the source line S2. Similarly, the sources of the memory cells Mm1, Mm2,... Mmn are connected to the source line Sm.

行デコーダ230に接続されるワード線WL1〜WLmに接続されるメモリセルが選択され、選択されたメモリセルはbit線Bit1〜Bitnに接続される。
ワード線WL1に、メモリセルM11、M12、〜M1nのコントロールゲートCGが接続される。ワード線WL2に、メモリセルM21、M22、〜M2nのコントロールゲートCGが接続される。同様にワード線WLmに、メモリセルMm1、Mm2、〜MmnのコントロールゲートCGが接続される。
bit線Bit1に、メモリセルM11、M21、〜Mm1のドレインDが接続される。bit線Bit2に、メモリセルM12、M22、〜Mm2のドレインDが接続される。同様に、bit線Bitnに、メモリセルM1n、M2n、〜MmnのドレインDが接続される。
Memory cells connected to the word lines WL1 to WLm connected to the row decoder 230 are selected, and the selected memory cells are connected to the bit lines Bit1 to Bitn.
The control gate CG of the memory cells M11, M12,... M1n is connected to the word line WL1. Control gates CG of memory cells M21, M22,... M2n are connected to word line WL2. Similarly, control gates CG of memory cells Mm1, Mm2,... Mmn are connected to word line WLm.
The drains D of the memory cells M11, M21, to Mm1 are connected to the bit line Bit1. The drains D of the memory cells M12, M22, to Mm2 are connected to the bit line Bit2. Similarly, drains D of the memory cells M1n, M2n, .about.Mmn are connected to the bit line Bitn.

電源回路850は、不揮発性半導体メモリ装置50を構成する行デコーダ230、列デコーダ400、定電流回路550、定電流回路500a―1、500a−2、〜500a−m、書き込み制御回路650などの各構成要素に電源を供給する電源である。電源回路850には、定電流回路550と書き込み制御回路650が接続され、書き込み動作時に所定の電圧が出力される。
電源回路850には、定電流回路550が接続される。定電流回路550は、制御電源線PS−1、PS−2、〜PS−nに所要の定電流を出力する。
書き込み制御回路650には、データ線DLが接続され、書き込み動作時に所定の電圧が出力される。
The power supply circuit 850 includes each of the row decoder 230, the column decoder 400, the constant current circuit 550, the constant current circuits 500a-1, 500a-2 to 500a-m, the write control circuit 650, etc. that constitute the nonvolatile semiconductor memory device 50. A power source that supplies power to the components. A constant current circuit 550 and a write control circuit 650 are connected to the power supply circuit 850, and a predetermined voltage is output during a write operation.
A constant current circuit 550 is connected to the power supply circuit 850. The constant current circuit 550 outputs a required constant current to the control power supply lines PS-1, PS-2, to PS-n.
The data line DL is connected to the write control circuit 650, and a predetermined voltage is output during a write operation.

不揮発性半導体メモリ装置50における定電流回路550は、トランジスタ531−1、531−2、〜531−n(以下、トランジスタ531−1、531−2、〜531−nをまとめて表すときはトランジスタ531−nと記載する)と、トランジスタ503と、トランジスタ504と、トランジスタ505、トランジスタ506および抵抗502を備える。
定電流回路550においてトランジスタ531−nは、メモリセルアレイ部100に定電流を出力するための定電流負荷トランジスタである。また、抵抗502は、負荷に流れる電流を設定する抵抗である。トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ531−nとで、それぞれカレントミラー回路を構成する。
The constant current circuit 550 in the nonvolatile semiconductor memory device 50 includes transistors 531-1, 531-2, to 531-n (hereinafter referred to as transistors 531 when the transistors 531-1, 531-2, to 531-n are collectively shown). -N), a transistor 503, a transistor 504, a transistor 505, a transistor 506, and a resistor 502 are provided.
In the constant current circuit 550, the transistor 531-n is a constant current load transistor for outputting a constant current to the memory cell array unit 100. The resistor 502 is a resistor that sets a current flowing through the load. The transistor 503 and the transistor 504, and the transistor 505 and the transistor 531-n constitute current mirror circuits, respectively.

抵抗502と、トランジスタ503とトランジスタ504およびトランジスタ505とトランジスタ531−nの増幅率をもとに式(11)で定められる出力電流が出力される。組み合わされたこれらのトランジスタにおける設定された値によって決まる定電流がトランジスタ531−nから制御電源線PS−1、PS−2、〜PS−nに供給される。なお、トランジスタ531−nから供給される定電流は、トランジスタ506に入力される制御信号線RWの信号状態に基づいて解除することができる。トランジスタ506に入力される制御信号線RWの信号は、メモリセルアレイ部150からの読み出し動作またはメモリセルアレイ部150への書き込み動作を示す状態信号である。制御信号線RWの信号が有意となる読み出し動作時と書き込み動作時のときにトランジスタ506はオン状態となり、メモリセルアレイ部150への定電流の供給を解除し、トランジスタ531−nをオン状態とする。   Based on the amplification factors of the resistor 502, the transistor 503, the transistor 504, the transistor 505, and the transistor 531-n, an output current defined by the equation (11) is output. A constant current determined by a set value in these combined transistors is supplied from the transistor 531-n to the control power supply lines PS-1, PS-2, to PS-n. Note that the constant current supplied from the transistor 531-n can be released based on the signal state of the control signal line RW input to the transistor 506. A signal on the control signal line RW input to the transistor 506 is a status signal indicating a read operation from the memory cell array unit 150 or a write operation to the memory cell array unit 150. During a read operation and a write operation in which the signal of the control signal line RW becomes significant, the transistor 506 is turned on, the supply of constant current to the memory cell array unit 150 is released, and the transistor 531 -n is turned on. .

定電流負荷トランジスタをbit線Bitn毎に、トランジスタ531−1、531−2、531−nを設け、それぞれのbit線Bitn毎に定電流αIREFを出力する。例えば、行デコーダ230と列デコーダ400によりワード線WL1および列線C1が選択されれば、メモリセルM11に書き込みが行われる。このとき、ページ消去、あるいはページ書き込みを行う場合には、列デコーダ430が列線C1〜Cnを同時に選択すれば、メモリセルM11〜M1n全てのメモリセルに、同時に書き込むことができる。
定電流回路550は、第3実施形態の定電流回路530と内部の構成は同じであり、メモリセルアレイ部150の書き込み動作の電流を供給する。定電流回路530との違いは、消去動作時の電流を供給しないことになる。
Transistors 531-1, 531-2, and 531-n are provided as constant current load transistors for each bit line Bitn, and a constant current αIREF is output for each bit line Bitn. For example, when the word line WL1 and the column line C1 are selected by the row decoder 230 and the column decoder 400, writing to the memory cell M11 is performed. At this time, when page erasing or page writing is performed, if the column decoder 430 simultaneously selects the column lines C1 to Cn, it is possible to simultaneously write in all the memory cells M11 to M1n.
The constant current circuit 550 has the same internal configuration as the constant current circuit 530 of the third embodiment, and supplies a current for the write operation of the memory cell array unit 150. The difference from the constant current circuit 530 is that no current is supplied during the erase operation.

定電流回路500a−mは、第4実施形態の定電流回路500aと同じ構成のものが複数設けられるものとする。定電流回路500a−mは、メモリセルアレイ部150の各ソース線に接続され、消去動作時に必要とされる定電流をメモリセルアレイ部150のそれぞれ接続されたソース線Smに出力する。定電流回路500a−mのそれぞれの詳細動作は、第4実施形態における定電流回路500aと同じである。それらの動作点上の相違点は、メモリセルアレイ部150を分割して、それぞれの定電流回路500a−mが消去する点である。   A plurality of constant current circuits 500a-m having the same configuration as the constant current circuit 500a of the fourth embodiment are provided. The constant current circuits 500a-m are connected to the respective source lines of the memory cell array unit 150, and output a constant current required for the erase operation to the connected source lines Sm of the memory cell array unit 150. The detailed operation of each of the constant current circuits 500a-m is the same as that of the constant current circuit 500a in the fourth embodiment. The difference in operating points is that the memory cell array unit 150 is divided and each constant current circuit 500a-m erases.

以上に示したように、bit線Bitmに接続されるメモリセルアレイ部150のドレインD側に配置される定電流回路550と、メモリセルアレイ部150のソースS側に配置される定電流回路500a−mとで、書き込み動作と消去動作の機能を分散させることができる。   As described above, the constant current circuit 550 disposed on the drain D side of the memory cell array unit 150 connected to the bit line Bitm, and the constant current circuit 500a-m disposed on the source S side of the memory cell array unit 150. Thus, the functions of the write operation and the erase operation can be distributed.

また、メモリセルアレイ部150において、複数のソース線Smをグループ化してグループ化したソース線Sm間を接続して、定電流回路500a―mにグループ化したソース線の単位で接続することにより、ソース線Smをグループ化した範囲ごとにメモリセルMmnを分割して消去することができる。   Further, in the memory cell array unit 150, a plurality of source lines Sm are grouped and connected to each other, and the source lines Sm are connected to each other and connected to the constant current circuit 500a-m in units of the grouped source lines. The memory cells Mmn can be divided and erased for each range in which the lines Sm are grouped.

(第6実施形態)
図を参照し、本発明の第6実施形態として、コントロールゲート端子を備えないフローティングゲート型不揮発半導体メモリ素子の適応について説明する。
図15は、第6実施形態において説明する不揮発半導体メモリ素子の構造図である。
この図に示される不揮発半導体メモリ素子は、前述の不揮発性半導体メモリ装置10〜50のそれぞれのメモリセルアレイ部のメモリセルMmnに適用することができる。
この不揮発半導体メモリ素子は、コントロールゲート端子を備えないフローティングゲート型不揮発半導体メモリ素子の構造を有している。
図15(a)に、本発明の実施の形態で用いる不揮発性半導体メモリ素子を構成する1個のトランジスタの平面図を、(b)には断面図を、(c)には等価回路図を示す。図15(a)〜(c)に示す不揮発性半導体メモリ素子は、1層ポリシリコンのセル構造を用いて半導体基板SUB(電位Vsub)上に形成されたフローティングゲートFG、ドレインDおよびソースSから構成される。このフローティングゲートFGが電荷保持領域となるものであり、電極は設けられておらず、基板SUB上に形成されたゲート絶縁層の上にポリシリコンからなるフローティングゲートFGが形成されている。
また、ドレインDおよびソースSは、それぞれ基板SUB上に形成された拡散領域であり、それぞれコンタクトを介して電極が設けられている。
(Sixth embodiment)
With reference to the drawings, as a sixth embodiment of the present invention, application of a floating gate type nonvolatile semiconductor memory device not provided with a control gate terminal will be described.
FIG. 15 is a structural diagram of the nonvolatile semiconductor memory element described in the sixth embodiment.
The nonvolatile semiconductor memory element shown in this figure can be applied to the memory cell Mmn in each memory cell array portion of the nonvolatile semiconductor memory devices 10 to 50 described above.
This nonvolatile semiconductor memory element has a structure of a floating gate type nonvolatile semiconductor memory element that does not include a control gate terminal.
FIG. 15A is a plan view of one transistor constituting the nonvolatile semiconductor memory element used in the embodiment of the present invention, FIG. 15B is a sectional view, and FIG. 15C is an equivalent circuit diagram. Show. 15A to 15C are formed from a floating gate FG, a drain D, and a source S formed on a semiconductor substrate SUB (potential Vsub) using a single-layer polysilicon cell structure. Composed. This floating gate FG serves as a charge holding region, no electrode is provided, and a floating gate FG made of polysilicon is formed on a gate insulating layer formed on the substrate SUB.
The drain D and the source S are diffusion regions formed on the substrate SUB, and electrodes are provided through contacts.

図16に、図15に示す不揮発性半導体メモリ素子のカップリング系の等価回路を示す。フローティングゲートFGにある電荷Qが入っているとすると、この系のトータルチャージがQとなり式(13)に示すことができる。   FIG. 16 shows an equivalent circuit of the coupling system of the nonvolatile semiconductor memory element shown in FIG. Assuming that the charge Q existing in the floating gate FG is contained, the total charge of this system becomes Q and can be expressed by the equation (13).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(13)において、VFG、VD、VS、Vchは、それぞれフローティングゲートFGの電位、ドレインDの電位、ソースSの電位、チャネルCHの電位である。また、C(FC)はフローティングゲートFGと基板SUB間の容量、C(FD)はフローティングゲートFGとドレインD間の容量であり、C(FS)はフローティングゲートFGとソースS間の容量であり、C(FB)はフローティングゲートFGとチャネルCH間の容量である。ここで、容量の合計をCT(トータル)と定義すれば、各容量の関係を式(14)で示すことができる。   In Expression (13), VFG, VD, VS, and Vch are the potential of the floating gate FG, the potential of the drain D, the potential of the source S, and the potential of the channel CH, respectively. C (FC) is a capacitance between the floating gate FG and the substrate SUB, C (FD) is a capacitance between the floating gate FG and the drain D, and C (FS) is a capacitance between the floating gate FG and the source S. , C (FB) is a capacitance between the floating gate FG and the channel CH. Here, if the sum of the capacities is defined as CT (total), the relationship between the capacities can be expressed by equation (14).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

また、各電位の関係を式(15)で示すことができる。   Further, the relationship between the potentials can be expressed by Expression (15).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(15)において、Q/CTはフローティングゲートに電荷が注入されているときのフローティングゲートの電圧VFGを示す。ここで、VS=Vsub=0V(基準電位、以下同じ)とすると、式(16)で示すことができる。   In Equation (15), Q / CT represents the voltage VFG of the floating gate when charge is injected into the floating gate. Here, when VS = Vsub = 0 V (reference potential, the same applies hereinafter), it can be expressed by Expression (16).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

また、Q=0の場合は、式(17)で示すことができる。   Further, when Q = 0, it can be expressed by Expression (17).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

例えば、各カプリング容量のバランスを、C(FC):C(FD):C(FS):C(FB)=0.1:0.2:0.2:0.6に設定する。
書き込み動作の場合は、VD=6V、VS=0V、Vch≒0.5VDとすると、式(18)によってフローティングゲートの書き込み動作時の電圧VFGを得る。
For example, the balance of each coupling capacity is set to C (FC): C (FD): C (FS): C (FB) = 0.1: 0.2: 0.2: 0.6.
In the case of the write operation, when VD = 6 V, VS = 0 V, and Vch≈0.5 VD, the voltage VFG at the time of the write operation of the floating gate is obtained by Expression (18).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(18)に示されるように、このメモリセルを構成するトランジスタでは、飽和領域で動作を行うことになるので、ホットエレクトロンが発生して、フローティングゲートに電子が注入され書き込みが行われる。
消去動作の場合には、VD=9V、VS=open、Vch=0Vとすると、式(19)によってフローティングゲートの消去動作時の電圧VFGを得る。
As shown in the equation (18), the transistor constituting this memory cell operates in the saturation region, so that hot electrons are generated, electrons are injected into the floating gate, and writing is performed.
In the case of the erase operation, if VD = 9V, VS = open, and Vch = 0V, the voltage VFG at the time of the erase operation of the floating gate is obtained by Expression (19).

Figure 2010079977
Figure 2010079977

式(19)に示されるように、ソースとフローティングゲート間に約7.4Vの電位がかかり、トンネル電流が流れて消去動作が行われる。   As shown in Expression (19), a potential of about 7.4 V is applied between the source and the floating gate, and a tunnel current flows to perform an erase operation.

(第7実施形態)
図を参照し、本発明の第7実施形態として適応可能な不揮発半導体メモリ素子について説明する。
図17は、第7実施形態において説明する不揮発半導体メモリ素子の構造図である。
この図に示される不揮発半導体メモリ素子は、前述の不揮発性半導体メモリ装置10〜50のそれぞれのメモリセルアレイ部のメモリセルMmnに適用することができる。
この不揮発半導体メモリ素子は、前述のフローティングゲートタイプと異なる構造を有する不揮発半導体メモリ素子である。
図17(a)は、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor)タイプの不揮発性半導体メモリ素子を構成する1個のトランジスタの断面図である。
この図に示すメモリセルは、半導体基板SUB上に形成されたトランジスタTr、ドレインD、ソースS、絶縁膜N、ゲートGから構成される。この絶縁膜Nによって電荷が保持されるものであり、絶縁膜Nとして、窒化物(例えば、N)を利用するものがある。また、ドレインDおよびソースSは、それぞれ基板SUB上に形成された拡散領域であり、それぞれコンタクトを介して電極が設けられている。
(Seventh embodiment)
A nonvolatile semiconductor memory device applicable as a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 17 is a structural diagram of the nonvolatile semiconductor memory element described in the seventh embodiment.
The nonvolatile semiconductor memory element shown in this figure can be applied to the memory cell Mmn in each memory cell array portion of the nonvolatile semiconductor memory devices 10 to 50 described above.
This non-volatile semiconductor memory element is a non-volatile semiconductor memory element having a structure different from the above-described floating gate type.
FIG. 17A is a cross-sectional view of one transistor constituting a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) type nonvolatile semiconductor memory element.
The memory cell shown in this figure includes a transistor Tr, a drain D, a source S, an insulating film N, and a gate G formed on a semiconductor substrate SUB. Electric charges are held by the insulating film N. As the insulating film N, there is a film using a nitride (for example, N 3 H 4 ). The drain D and the source S are diffusion regions formed on the substrate SUB, and electrodes are provided through contacts.

また、図17(b)は、ナノクリスタルタイプの不揮発性半導体メモリ素子を構成する1個のトランジスタの断面図である。
この図に示すメモリセルは、半導体基板SUB上に形成されたトランジスタTr、ドレインD、ソースS、酸化膜NC、ゲートGから構成される。この酸化膜NCには、ナノドットクリスタルが設けられる。また、ドレインDおよびソースSは、それぞれ基板SUB上に形成された拡散領域であり、それぞれコンタクトを介して電極が設けられている。
本第7実施形態で示したフローティングゲートタイプ以外の不揮発性半導体メモリ素子に対しても、書き込み動作および消去動作を行うときの電流を定電流制御することにより、それぞれの動作点を安定化させることができる。
FIG. 17B is a cross-sectional view of one transistor constituting the nanocrystal type nonvolatile semiconductor memory element.
The memory cell shown in this figure includes a transistor Tr, a drain D, a source S, an oxide film NC, and a gate G formed on a semiconductor substrate SUB. The oxide film NC is provided with a nanodot crystal. The drain D and the source S are diffusion regions formed on the substrate SUB, and electrodes are provided through contacts.
Even in the nonvolatile semiconductor memory elements other than the floating gate type shown in the seventh embodiment, the current at the time of performing the write operation and the erase operation is controlled at a constant current, thereby stabilizing each operating point. Can do.

本発明により、負荷変動に影響されにくい定電流制御とすることで、書き込み動作ならびに消去動作における動作点を設定することが可能となる。また、負荷変動に影響されることなく動作点の変動範囲を制限することができる。さらに、標準ロジックのCMOSプロセスで高信頼性の不揮発性半導体メモリ装置が実現でき、ロジック混載型不揮発性半導体メモリ装置を容易に、また安価に実現することができる。   According to the present invention, it is possible to set the operating point in the writing operation and the erasing operation by using the constant current control that is hardly influenced by the load fluctuation. In addition, it is possible to limit the fluctuation range of the operating point without being affected by the load fluctuation. Further, a highly reliable nonvolatile semiconductor memory device can be realized by a standard logic CMOS process, and a logic-embedded nonvolatile semiconductor memory device can be realized easily and inexpensively.

本発明に適用する不揮発性半導体メモリ素子を示す構造図である。1 is a structural diagram showing a nonvolatile semiconductor memory element applied to the present invention. 本発明に適用するフローティングゲート型不揮発性半導体メモリ素子の容量カップリングを示す等価回路である。3 is an equivalent circuit showing capacitive coupling of a floating gate type nonvolatile semiconductor memory element applied to the present invention. 本発明に適用するフローティングゲート型不揮発性半導体メモリ素子の閾値の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the threshold value of the floating gate type non-volatile semiconductor memory element applied to this invention. 本発明の第1実施形態である不揮発性半導体メモリ装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の動作を示す概略ブロック図(その1)である。FIG. 3 is a schematic block diagram (part 1) illustrating an operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. 第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の書き込み動作時の動作点を示すグラフである。3 is a graph showing operating points during a write operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment. 第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の動作を示す概略ブロック図(その2)である。FIG. 3 is a schematic block diagram (part 2) illustrating an operation of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment. 第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の消去動作時の動作点を示すグラフである。3 is a graph showing operating points during an erasing operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the first embodiment. 第2実施形態の不揮発性半導体メモリ装置を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the non-volatile semiconductor memory device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の動作を示す動作表である。6 is an operation table showing an operation of the nonvolatile semiconductor memory device of the second embodiment. 第3実施形態の不揮発性半導体メモリ装置を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the non-volatile semiconductor memory device of 3rd Embodiment. 第4実施形態の不揮発性半導体メモリ装置を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the non-volatile semiconductor memory device of 4th Embodiment. 第4実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の動作を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows operation | movement of the non-volatile semiconductor memory device of 4th Embodiment. 第5実施形態の不揮発性半導体メモリ装置を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the non-volatile semiconductor memory device of 5th Embodiment. 第6実施形態による不揮発性半導体メモリ素子を示す構造図である。FIG. 9 is a structural diagram illustrating a nonvolatile semiconductor memory device according to a sixth embodiment. 第6実施形態によるフローティングゲート型不揮発性メモリ素子の容量カップリングを示す等価回路である。14 is an equivalent circuit showing capacitive coupling of a floating gate type nonvolatile memory device according to a sixth embodiment. 第7実施形態による各種の不揮発性半導体メモリ素子を示す構造図である。FIG. 10 is a structural diagram illustrating various nonvolatile semiconductor memory devices according to a seventh embodiment. 従来の不揮発性半導体メモリ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional non-volatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の書き込み動作を示す等価回路である。6 is an equivalent circuit showing a write operation of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の定電圧回路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional constant voltage circuit. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の定電圧回路による書き込み時の動作点を示すグラフである。5 is a graph showing operating points at the time of writing by a constant voltage circuit of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の書き込み特性を示すグラフである。5 is a graph showing write characteristics of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の定電圧回路による書き込み時の負荷特性のばらつきを示すグラフである。5 is a graph showing variations in load characteristics during writing by a constant voltage circuit of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の消去動作を示す等価回路である。5 is an equivalent circuit showing an erase operation of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置においてソース側から消去を行う消去回路を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an erasing circuit for erasing from a source side in a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の消去時の動作点を示すグラフである。6 is a graph showing operating points at the time of erasing of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置の負荷特性のばらつきを示すグラフである。5 is a graph showing variations in load characteristics of a conventional nonvolatile semiconductor memory device. 従来の不揮発性半導体メモリ装置のNMOS負荷の場合の消去特性のばらつきを示すグラフである。5 is a graph showing variations in erase characteristics in the case of an NMOS load of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.

符号の説明Explanation of symbols

10 不揮発性半導体メモリ装置、
100 メモリセルアレイ部、M11〜Mmn メモリセル、
200 行デコーダ、300、301〜300n 列選択回路、400 列デコーダ、
500 定電流回路、501、503〜505 トランジスタ、502 抵抗、
600 書き込み制御回路、602 入力回路、601 接続制御回路、
700 センスアンプ部、800 電源回路、
WL1〜WLm ワード線、Bit1〜Bitn bit線、C1〜Cn 列線、
DL データ線、S ソース線、PS 制御電源線
10 nonvolatile semiconductor memory device,
100 memory cell array, M11 to Mmn memory cells,
200 row decoder, 300, 301 to 300n column selection circuit, 400 column decoder,
500 constant current circuit, 501, 503-505 transistor, 502 resistance,
600 Write control circuit, 602 input circuit, 601 connection control circuit,
700 sense amplifier section, 800 power supply circuit,
WL1-WLm word line, Bit1-Bitn bit line, C1-Cn column line,
DL data line, S source line, PS control power line

Claims (11)

電気的処理により書き込みあるいは消去が可能な複数の不揮発性半導体メモリ素子と、
前記不揮発性半導体メモリ素子の書き込みあるいは消去を行う定電流制御された電流を出力する定電流回路と、
を備えること特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
A plurality of nonvolatile semiconductor memory elements that can be written or erased by electrical processing;
A constant current circuit for outputting a constant current controlled current for writing or erasing the nonvolatile semiconductor memory element;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、
電源と前記bit線との間に配置され、前記bit線に定電流制御された電流を出力する定電流回路と、
入力される信号に応じて書き込み動作時あるいは消去動作時に、前記定電流回路の出力電流を前記不揮発性半導体メモリ素子に供給するか否かを選択する選択素子と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
A word line, a source line, and a bit line are arranged at intersections of a matrix, and a nonvolatile semiconductor memory element selected by the word line and the bit line is written or written according to a signal set to the bit line. A non-volatile semiconductor memory device to be erased,
A constant current circuit disposed between a power source and the bit line, and outputting a constant-current controlled current to the bit line;
A selection element that selects whether or not to supply the output current of the constant current circuit to the nonvolatile semiconductor memory element during a write operation or an erase operation according to an input signal;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
前記定電流回路は、
前記bit線ごとに設けられること
を特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The constant current circuit is:
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is provided for each bit line.
前記定電流回路は、
列制御線によって同時に選択される複数の前記bit線に前記電流を出力し、選択された複数の前記不揮発性半導体メモリ素子に書き込みあるいは消去を行うこと
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The constant current circuit is:
The current is output to a plurality of the bit lines selected simultaneously by a column control line, and writing or erasing is performed on the plurality of selected nonvolatile semiconductor memory elements. The nonvolatile semiconductor memory device described.
ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、
基準電位と前記ソース線との間に配置され、前記ソース線に定電流制御された電流を出力する定電流回路と、
を備えることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
A word line, a source line, and a bit line are arranged at intersections of a matrix, and a nonvolatile semiconductor memory element selected by the word line and the bit line is written or written according to a signal set to the bit line. A non-volatile semiconductor memory device to be erased,
A constant current circuit disposed between a reference potential and the source line and outputting a constant current controlled current to the source line;
A non-volatile semiconductor memory device comprising:
ワード線ならびにソース線と、bit線とからなるマトリクスの交点に配置され、前記ワード線と前記bit線によって選択される不揮発性半導体メモリ素子に、前記bit線に設定される信号に応じて書き込みあるいは消去が行われる不揮発性半導体メモリ装置であって、
電源と前記bit線との間に配置され、前記bit線に定電流制御された電流を出力する第1の定電流回路と、
入力される信号に応じて書き込み動作時あるいは消去動作時に、前記定電流回路の出力電流を前記不揮発性半導体メモリ素子に供給することを選択する選択素子と、
基準電位と前記ソース線との間に配置され、前記ソース線に定電流制御された電流を出力する第2の定電流回路と、
を備え、
前記第1の定電流回路は前記不揮発性半導体メモリ素子の書き込みを行い、前記第2の定電流回路は前記不揮発性半導体メモリ素子の消去を行うこと
を特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
A word line, a source line, and a bit line are arranged at intersections of a matrix, and a nonvolatile semiconductor memory element selected by the word line and the bit line is written or written according to a signal set to the bit line. A non-volatile semiconductor memory device to be erased,
A first constant current circuit disposed between a power supply and the bit line, and outputting a constant-current controlled current to the bit line;
A selection element that selects to supply an output current of the constant current circuit to the nonvolatile semiconductor memory element during a write operation or an erase operation according to an input signal;
A second constant current circuit arranged between a reference potential and the source line and outputting a constant current controlled current to the source line;
With
The nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first constant current circuit performs writing to the nonvolatile semiconductor memory element, and the second constant current circuit erases the nonvolatile semiconductor memory element.
前記第2の定電流回路は、
前記ソース線に接続された前記不揮発性半導体メモリ素子を範囲とする所定のブロック毎に前記不揮発性半導体メモリ素子の消去を行うこと
を特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The second constant current circuit includes:
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, wherein the nonvolatile semiconductor memory element is erased for each predetermined block including the nonvolatile semiconductor memory element connected to the source line.
前記定電流回路は、
同時に選択された前記不揮発性半導体メモリ素子数に応じて、前記不揮発性半導体メモリ素子に供給される定電流制御された電流値が設定される出力電流設定部と
を備えること特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The constant current circuit is:
3. An output current setting unit configured to set a constant current-controlled current value supplied to the nonvolatile semiconductor memory element according to the number of the nonvolatile semiconductor memory elements selected at the same time. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7.
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
フローティングゲートタイプの構造を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory element is
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device has a floating gate type structure.
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
MONOSタイプの構造を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory element is
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device has a MONOS type structure.
前記不揮発性半導体メモリ素子は、
ナノクリスタルタイプの構造を有する
ことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory element is
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the nonvolatile semiconductor memory device has a nanocrystal type structure.
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