JP2010238278A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device including a plurality of OTPs, and a function of a pseudo MTP having an access speed improved. <P>SOLUTION: The nonvolatile semiconductor memory device 100s includes a storage area 132s, a select decoder 131s, and a select address processing part 12s. The storage area 132s includes m+1 storage elements of an n bit width (n>1). The select decoder 131a selects one of other m storage elements according to a select address stored in one of the storage elements in the storage area 132s. The select address processing unit 12s updates the select addresses when wiring data in the storage area 132s, and outputs the updated select addresses to the select decoder 131s. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ワンタイムプログラマブル(OTP)の不揮発性メモリ素子を用いたメモリ装置に関する。   The present invention relates to a memory device using a one-time programmable (OTP) nonvolatile memory element.

EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)に代表される不揮発性メモリは、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、EPROMの代表的な用途としては、中容量のマスクROMマイコン内のマスクROMの置き換えとして使われている。また、EPROMは、紫外線で情報を消去可能であり複数回書き換えができるが、透明ガラスを使用したパッケージが高価なため、安価なプラスチックパッケージに封入し、消去はできないが安価な不揮発性メモリとして、OTP(One Time Programmable ROM)が普及してきた。更に、近年では、システムLSIや、論理ICの一部に不揮発性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)の需要が高まってきている。特に、一回の書き込みのみを必要とするOTPは、書き込んだデータを消去するための消去回路を必要とせず、書き込み回路及び読出し回路のみで十分であり、回路構成を簡単化できるのでMTP(Multi Time Programmable ROM)より、製造コストが低くできる。また、OTPは、実装面積を小さくできるため需要が拡大している。   Nonvolatile memories represented by EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) have been used for many purposes because information does not disappear even when the power is turned off. For example, a typical use of EPROM is used as a replacement for a mask ROM in a medium capacity mask ROM microcomputer. EPROM is erasable with UV light and can be rewritten multiple times. However, since a package using transparent glass is expensive, it can be sealed in an inexpensive plastic package and cannot be erased. OTP (One Time Programmable ROM) has become widespread. Furthermore, in recent years, there has been an increasing demand for embedded type so-called embedded logic memories in which a nonvolatile memory is incorporated in a part of a system LSI or logic IC. In particular, an OTP that requires only one writing does not require an erasing circuit for erasing written data, and only a writing circuit and a reading circuit are sufficient, and the circuit configuration can be simplified. Manufacturing costs can be reduced compared to Time Programmable ROM). In addition, demand for OTP is increasing because the mounting area can be reduced.

ところで、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等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ビット程度の小規模の不揮発性メモリも必要になっており、調整用スイッチ用途では複数回のデータの書き換えが可能なMTP(Multi Time Programmable ROM)の需要も拡大している。このような需要に対して、複数のOTPを含む構成を用いた擬似MTPを構成する技術がある(特許文献1)。   By the way, a small-sized non-volatile memory of about several hundred bits to several kilobits is also required as an adjustment switch for tuning a high-precision analog circuit incorporated in an analog circuit. In applications, the demand for MTP (Multi Time Programmable ROM) capable of rewriting data multiple times is increasing. In response to such demand, there is a technique for configuring a pseudo MTP using a configuration including a plurality of OTPs (Patent Document 1).

特開2006−323981号公報JP 2006-323981 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、擬似MTPであるメモリ装置が備える複数のOTPのうちのいずれのデータを読み出せばよいのかを判定するため、及び、新たなデータを書き込む際に複数のOTPのうちのいずれにデータを書き込めばよいのかを判定するために、複数のOTPそれぞれが記憶している書き込みを示す情報を読み出す必要がある。そのため、上述の判定を行うために、複数のOTP各々に記憶されている書き込みを示す情報を読み出す時間が必要となり、アクセス速度を高速化できないという問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, in order to determine which data among a plurality of OTPs included in a memory device that is a pseudo MTP should be read, and when writing new data, In order to determine which of the OTPs should be written with data, it is necessary to read information indicating writing stored in each of the plurality of OTPs. Therefore, in order to perform the above-described determination, it takes time to read information indicating writing stored in each of the plurality of OTPs, and there is a problem that the access speed cannot be increased.

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、複数のOTPを備え、アクセス速度を改善した擬似MTPの機能を有する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 to solve the above problem, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device having a plurality of OTPs and having a pseudo-MTP function with improved access speed.

(1)上記問題を解決するために、本発明は、nビット幅(n>1)のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含まれる記憶領域と、前記記憶領域のうちのいずれか1つの前記記憶素子群に記憶されるセレクトアドレスに応じて、他のm個の前記記憶素子群のいずれか1つを選択するセレクトデコーダと、前記他のm個の記憶素子群のいずれか1つの記憶素子群にデータを書き込む場合、前記セレクトアドレスを更新して、前記セレクトデコーダに更新した前記セレクトアドレスを出力するセレクトアドレス処理部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。   (1) In order to solve the above problem, the present invention provides a storage area including n + 1 (m> 1, n ≧ m) n storage element groups storing n-bit width (n> 1) data. A select decoder that selects any one of the other m memory element groups according to a select address stored in any one of the memory element groups in the storage area; and a select address processing unit that updates the select address and outputs the updated select address to the select decoder when data is written to any one of the m memory element groups. A nonvolatile semiconductor memory device.

(2)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群が有するnビット中のmビットそれぞれは、前記他のm個の記憶素子群がデータを書き込まれたか否かと対応付けられることを特徴とする。   (2) Further, according to the present invention, in the above-described invention, each of m bits in the n bits of the storage element group storing the select address is written by the other m storage element groups. It is characterized by being associated with whether or not it has been made.

(3)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記nビット幅の記憶素子群を構成するn個の1ビット幅のメモリ素子それぞれは、p型半導体基板上に形成されるMOSトランジスタであり、ドレインを形成する第1のn型拡散層と、チャネル領域と、ソースを形成する第2のn型拡散層とが順に直列方向に配置されたトランジスタ形成領域と、前記第1のn型拡散層とコンタクトを介して接続され、前記直列方向に配置される第1のメタル配線と、前記第2のn型拡散層とコンタクトを介して接続され、前記直列方向と直交する水平方向に配置される第2のメタル配線と、前記トランジスタ形成領域と前記水平方向に一定間隔をあけて配置されるn型ウエルと、前記n型ウエル上に形成される第3のn型拡散層と、前記n型ウエル上に形成される第4のn型拡散層と、前記第3のn型拡散層と前記第4のn型拡散層それぞれとコンタクトを介して接続され、前記水平方向に配置されたコントロールゲートを形成する第3のメタル配線と、前記第3のメタル配線と平行に、かつ、前記n型ウエル及び前記チャネル領域の一部を覆うように配置されたポリシリコンとを有することを特徴とする。   (3) Further, the present invention is the above-described invention, wherein each of the n 1-bit width memory elements constituting the n-bit width storage element group is formed on a p-type semiconductor substrate. A first n-type diffusion layer that forms a drain, a channel region, and a second n-type diffusion layer that forms a source are arranged in series in this order, and the first n-type diffusion layer A first metal wiring connected to the mold diffusion layer via a contact, and connected to the second n-type diffusion layer via a contact in a horizontal direction perpendicular to the series direction. A second metal wiring disposed, an n-type well disposed at a constant interval in the horizontal direction with respect to the transistor formation region, a third n-type diffusion layer formed on the n-type well, Above the n-type well The fourth n-type diffusion layer to be formed, the third n-type diffusion layer, and the fourth n-type diffusion layer are connected to each other through contacts, and the control gates arranged in the horizontal direction are formed. And a third metal wiring, and a polysilicon arranged in parallel with the third metal wiring and covering the n-type well and a part of the channel region.

(4)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記メモリ素子にデータを書き込む場合、前記ドレインに第1の電圧を印加し、前記コントロールゲートに第1の電圧より高い第2の電圧を印加し、前記ソースに接地電位を印加することで、前記ドレイン近傍に空乏層を形成すると共にホットエレクトロンを発生させ、前記ホットエレクトロンをフローティングゲートを形成する前記ポリシリコンに注入して閾値電圧を高く変化させ、前記メモリ素子からデータを読み出す場合、前記ドレインに第3の電圧を印加し、前記コントロールゲートに前記第3の電圧より低く、前記メモリ素子の書き込みを行う前の初期状態の閾値より高い電圧を印加し、前記ソースに接地電位を印加して、前記ドレインと前記ソースとの間に電流が流れるか否かによりデータを読み出すことを特徴とする。   (4) According to the present invention, in the above-described invention, when data is written to the memory element, a first voltage is applied to the drain, and a second voltage higher than the first voltage is applied to the control gate. And a ground potential is applied to the source, thereby forming a depletion layer near the drain and generating hot electrons, and injecting the hot electrons into the polysilicon forming the floating gate to set a threshold voltage. When data is read out from the memory element, the third voltage is applied to the drain, the control gate is lower than the third voltage, and the threshold value of the initial state before writing the memory element is changed. Whether a high voltage is applied, a ground potential is applied to the source, and current flows between the drain and the source Wherein the read data by.

(5)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記記憶領域は、前記メモリ素子をマトリックス状に配置し、配置された前記メモリ素子それぞれは、行方向に隣接するメモリ素子と行方向に対して対称に配置され、かつ、列方向に隣接するメモリ素子と列方向に対して対称に配置され、行方向に対して隣接する一方の前記メモリ素子と前記第4のn型拡散層を共有し、同一の行方向に配置される前記メモリ素子は、前記第2のメタル配線と、前記第3のメタル配線とを共有し、同一の列方向に配置される前記メモリ素子は、前記第1のメタル配線を共有することを特徴とする。   (5) Further, according to the present invention, in the invention described in the above, the memory area has the memory elements arranged in a matrix, and each of the arranged memory elements has a memory element adjacent to the row direction. The memory element adjacent to the column direction and the memory element adjacent to the column direction and the memory element adjacent to the row direction and the fourth n-type diffusion layer The memory elements shared and arranged in the same row direction share the second metal wiring and the third metal wiring, and the memory elements arranged in the same column direction One metal wiring is shared.

(6)また、本発明は、n(n>1)ビット幅のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含む記憶領域と、前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つに記憶されているセレクトアドレスを前記センスアンプ部を介して読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、前記セレクトアドレス処理部から入力される前記セレクトアドレスをデコードして、前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちから1つの前記記憶素子群を選択するセレクトデコーダと、前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群が出力したnビット幅のデータを増幅してデータ入出力部を介して入出力端子に出力するセンスアンプ部と、前記入出力端子からデータ入出力部を介して入力されるnビット幅のデータを増幅して、増幅したnビット幅のデータを前記セレクトデコーダにより選択された記憶素子群に書き込み記憶させるライトアンプ部と、外部から読み出し命令が入力されると、前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群に記憶されているnビット幅のデータを前記センスアンプ及び前記データ入出力部を介して入出力端子から出力する制御をし、外部から書き込み命令が入力されると、前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群に記憶させる制御を行うアクセス制御部と、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。   (6) Further, the present invention includes a storage area including n + 1 (m> 1, n ≧ m) n storage element groups storing n (n> 1) bit width data, and the storage area includes A select address processing unit that reads out and stores a select address stored in one of the m + 1 storage element groups via the sense amplifier unit, and the select address input from the select address processing unit And a select decoder that selects one of the m + 1 storage element groups included in the storage area, and n bits output by the storage element group selected by the select decoder A sense amplifier that amplifies the width data and outputs the amplified data to the input / output terminal via the data input / output unit; and n-type input from the input / output terminal via the data input / output unit. A write amplifier unit that amplifies the n-bit width data and writes and stores the amplified n-bit width data in the storage element group selected by the select decoder; and when a read command is input from the outside, Control to output n-bit width data stored in one storage element group of the included m + 1 storage element groups from an input / output terminal via the sense amplifier and the data input / output unit; When a write command is input from the outside, the m + 1 storage element groups included in the storage area include n-bit width data input from the input / output terminal via the data input / output unit and the write amplifier unit. And an access control unit that performs control to be stored in one of the memory element groups.

(7)また、本発明は、上記に記載の発明において、外部から前記書き込み命令が入力されると、前記アクセス制御部は、前記セレクトアドレス処理部が、記憶している前記セレクトアドレスを前記セレクトデコーダに出力し、出力した前記セレクトアドレスに応じて前記セレクトデコーダに1つの前記記憶素子群を選択させ、前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群に出力して記憶させる制御をし、続いて、前記アクセス制御部は、前記セレクトアドレス処理部が、前記セレクトアドレスを記憶している前記記憶素子群を選択する信号を前記セレクトデコーダに出力すると共に、更新した前記セレクトアドレスを該記憶素子群に前記ライトアンプ部を介して出力して該記憶素子群に更新したセレクトアドレスを記憶させる制御をし、更に、前記アクセス制御部は、前記セレクトアドレス処理部が、前記セレクトアドレスを記憶している前記記憶素子群を選択する信号をセレクトデコーダに出力すると共に、該記憶素子群が記憶している前記セレクトアドレスを前記センスアンプを介して読み込んで記憶する制御をし、外部から前記読み出し命令が入力されると、前記アクセス制御部は、前記セレクトアドレス処理部が、記憶している前記セレクトアドレスを前記セレクトデコーダに出力し、出力した前記セレクトアドレスに応じて前記セレクトデコーダに1つの前記記憶素子群を選択させ、選択された前記記憶素子群に記憶されているnビット幅のデータを読み出して前記センスアンプ部及び前記データ入出力部を介して前記入出力端子に出力する制御をすることを特徴とする。   (7) Further, in the present invention described above, when the write command is input from the outside, the access control unit is configured to select the select address stored in the select address processing unit. N bits output from the input / output terminal via the data input / output unit and the write amplifier unit, and output to the decoder, causing the select decoder to select one storage element group according to the output select address Control is performed to output and store the width data to the storage element group selected by the select decoder, and then the access control unit stores the select address in the select address processing unit. A signal for selecting a storage element group is output to the select decoder, and the updated select address is stored in the memory. The device group is controlled to output the select address updated via the write amplifier unit and stored in the memory device group. Further, the access control unit stores the select address in the select address processing unit. A signal for selecting the storage element group is output to a select decoder, and the select address stored in the storage element group is read and stored via the sense amplifier, and the read command is externally transmitted. Is input, the access control unit outputs the select address stored in the select address processing unit to the select decoder, and stores the one select memory in the select decoder according to the output select address. Select an element group, and store n-bit width data stored in the selected storage element group. Via the sense amplifier portion and the data input-output unit out look, characterized in that the control output to the input and output terminals.

(8)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記セレクトアドレス処理部は、前記セレクトアドレスをエンコードして記憶するカウンタを備え、前記セレクトアドレスを更新する場合、前記カウンタが記憶している値を1増加させ、前記セレクトデコーダは、前記セレクトアドレス処理部の前記カウンタが出力する値をデコードして、前記m個の記憶素子群それぞれに対応する選択信号のうち1つのみを選択すると共に、前記セレクトアドレス処理部から前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群を選択する信号が入力されると該記憶素子群を選択する選択信号を出力するデコーダを備えることを特徴とする。   (8) Further, in the present invention described above, the select address processing unit includes a counter that encodes and stores the select address. When the select address is updated, the counter stores And the select decoder decodes the value output by the counter of the select address processing unit and selects only one of the selection signals corresponding to each of the m memory element groups. And a decoder that outputs a selection signal for selecting the storage element group when a signal for selecting the storage element group for storing the selection address is input from the select address processing unit.

(9)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記セレクトアドレス処理部は、前記セレクトアドレスを記憶するシフトレジスタを備え、前記セレクトアドレスを更新する場合、前記シフトレジスタが記憶している値をシフトすると共に1をシフトインし、前記セレクトデコーダは、前記セレクトアドレス処理部の前記シフトレジスタが出力する値の0と1との境界を検出して、前記m個の記憶素子群それぞれに対応する選択信号を出力すると共に、前記セレクトアドレス処理部から前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群を選択する信号が入力されると該記憶素子群を選択する選択信号を出力するデコーダを備えることを特徴とする。   (9) In the present invention described above, the select address processing unit includes a shift register that stores the select address, and the shift register stores the select address when the select address is updated. The select decoder shifts in the value and shifts in 1. The select decoder detects a boundary between the values 0 and 1 output from the shift register of the select address processing unit, and each of the m memory element groups is detected. A decoder for outputting a corresponding selection signal and outputting a selection signal for selecting the storage element group when a signal for selecting the storage element group for storing the selection address is input from the select address processing unit; It is characterized by.

(10)また、本発明は、n(n>1)ビット幅のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含む記憶領域と、前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群を除くm個の記憶素子群から1つを選択するセレクトアドレスをデコードするセレクトデコーダとを含み構成されるk(k>1)個の記憶ブロック部と、外部から入力される行アドレスをデコードして、前記k個の記憶ブロック部のうち1つの記憶ブロック部を選択する行デコーダと、前記k個の記憶ブロック部のうち、前記行デコーダにより選択された前記記憶ブロック部に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうち1つの記憶素子群から読み出されたnビット幅のデータを増幅してデータ入出力部に出力するセンスアンプ部と、前記データ入出力部から入力されるnビット幅のデータを増幅して、前記行デコーダにより選択された前記記憶ブロック部に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうち1つの記憶素子群に書き込み記憶させるライトアンプ部と、前記k個の記憶ブロック部それぞれに対応した前記セレクトアドレスを記憶し、前記k個の記憶ブロック部がnビット幅のデータを新たに記憶する際に、対応する前記セレクトアドレスを更新し、更新した前記セレクトアドレスを前記記憶ブロック部の前記セレクトデコーダに出力するセレクトアドレス処理部と、外部から読み出し命令と前記行アドレスとが入力されると、入力された該行アドレスを前記行デコーダに出力し、前記セレクトアドレス処理部に記憶している前記セレクトアドレスを出力させ、前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群から読み出されたnビット幅のデータを前記センスアンプ部及び前記データ入出力部を介して入出力端子から出力する制御をし、外部から書き込み命令と前記行アドレスとが入力されると、前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記行デコーダに選択された前記記憶領域に含まれる前記セレクトデコーダに選択された前記記憶素子群に記憶させる制御を行うアクセス制御部と、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。   (10) Further, according to the present invention, there are provided a storage area including n + 1 (m> 1, n ≧ m) n storage element groups storing n (n> 1) bit width data, and the m + 1 storages. K (k> 1) storage block units each including a select decoder that decodes a select address for selecting one of the m storage element groups excluding one storage element group of the element groups; A row decoder that decodes a row address input from the outside and selects one of the k storage block units, and a row decoder selected from the k storage block units by the row decoder A sense amplifier unit that amplifies n-bit width data read from one of the m + 1 storage element groups included in the storage block unit and outputs the amplified data to a data input / output unit; and the data input unit Output section A write amplifier unit that amplifies the n-bit width data input from the row decoder and writes and stores the data in one storage element group among the m + 1 storage element groups included in the storage block unit selected by the row decoder; , Storing the select address corresponding to each of the k storage block units, and updating the corresponding select address when the k storage block units newly store n-bit width data. The select address processing unit that outputs the selected address to the select decoder of the storage block unit, and when a read command and the row address are input from the outside, the input row address is output to the row decoder. And outputting the select address stored in the select address processing unit, by the select decoder. The n-bit width data read from the selected storage element group is controlled to be output from the input / output terminal via the sense amplifier section and the data input / output section, and a write command, the row address, Is input to the select decoder included in the storage area selected by the row decoder via the data input / output unit and the write amplifier unit. And an access control unit that performs control to be stored in the selected memory element group.

(11)また、本発明は、i(i>1)本のデータ線ごとに設けられたi個のセンスアンプと、複数の選択信号線と複数のビット線との交点それぞれに記憶素子が行方向と列方向とのマトリックス状に配置されると共に、前記記憶素子が前記i本のデータ線ごとに対応付けられ前記列方向に分割されたi個のメモリブロックからなるメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイの一部に記憶されているセレクトアドレスを読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、前記i個のメモリブロックそれぞれの複数のビット線と、前記i個のメモリブロックそれぞれに対応する前記データ線との接続を切り替える複数のスイッチ素子と、前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数の選択信号線のうち1つの選択信号線を活性化させるセレクトデコーダと、前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数のスイッチ素子のオン/オフを切り替える複数の列デコーダと、外部から入力される前記メモリセルアレイに書き込むデータに応じて前記i本のデータ線に電圧を印加するデータ入力変換回路とを備え、前記記憶素子それぞれは、半導体基板上に形成されるフローティングゲートを有するトランジスタからなり、コントロールゲートが前記選択信号線に接続され、ドレインが前記ビット線に接続され、ソースが消去制御回路に共通接続されることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   (11) Further, according to the present invention, a storage element is provided at each intersection of i sense amplifiers provided for each i (i> 1) data lines, a plurality of selection signal lines, and a plurality of bit lines. A memory cell array including i memory blocks which are arranged in a matrix with a direction and a column direction, and the storage elements are associated with the i data lines and divided in the column direction, and the memory cell array A select address processing unit that reads and stores a select address stored in a part of the memory, a plurality of bit lines of each of the i memory blocks, and a data line corresponding to each of the i memory blocks A plurality of switch elements for switching connection and one of the plurality of selection signal lines according to a select address stored in the select address processing unit A select decoder for activating a selection signal line; a plurality of column decoders for switching on / off of the plurality of switch elements in accordance with a select address stored in the select address processing unit; and the memory input from outside A data input conversion circuit for applying a voltage to the i data lines in accordance with data to be written in the cell array. Each of the storage elements comprises a transistor having a floating gate formed on a semiconductor substrate. The nonvolatile semiconductor memory device is characterized in that it is connected to the selection signal line, a drain is connected to the bit line, and a source is commonly connected to an erase control circuit.

(12)また、本発明は、i(i>1)本のデータ線ごとに設けられたi個のセンスアンプと、複数の選択信号線と複数のビット線との交点それぞれに記憶素子が行方向と列方向とのマトリックス状に配置されると共に、前記記憶素子が前記i本のデータ線ごとに前記列方向にi個に分割され、更に、それぞれが前記行方向にk(k>1)個に分割されたi×k個のメモリブロックからなるメモリセルアレイと、前記メモリセルアレイの一部に記憶されているセレクトアドレスを読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、前記i本のデータ線それぞれと、該データ線に対応して前記列方向に分割された前記メモリブロックの前記複数のビット線との接続を切り替える複数のスイッチ素子と、前記行方向に分割されたi個のメモリブロックからなるメモリブロック群ごとに設けられ、該メモリブロック群に対応する前記複数の選択信号線のうち1つの選択信号線を活性化させるk個のセレクトデコーダと、前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数のスイッチ素子のオン/オフを切り替える複数の列デコーダと、前記k個のセレクトデコーダに対応して設けられ、外部から入力される行アドレスに応じて前記k個のセレクトデコーダのうちから1つのセレクトデコーダを選択して動作させる複数の行デコーダと、外部から入力される前記メモリセルアレイに書き込むデータに応じて前記i本のデータ線に電圧を印加するデータ入力変換回路とを備え、前記記憶素子それぞれは、半導体基板上に形成されるフローティングゲートを有するトランジスタからなり、コントロールゲートが前記選択信号線に接続され、ドレインが前記ビット線に接続され、ソースが消去制御回路に共通接続されることを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置である。   (12) Further, according to the present invention, a storage element is provided at each intersection of i sense amplifiers provided for each i (i> 1) data lines, a plurality of selection signal lines, and a plurality of bit lines. The memory elements are arranged in a matrix of directions and column directions, and the storage elements are divided into i pieces in the column direction for each of the i data lines, and each of them is k (k> 1) in the row direction. A memory cell array composed of i × k memory blocks divided into pieces, a select address processing unit for reading and storing a select address stored in a part of the memory cell array, and each of the i data lines A plurality of switch elements for switching connection of the memory blocks divided in the column direction corresponding to the data lines with the plurality of bit lines, and i memory blocks divided in the row direction. Provided in each memory block group consisting of: k select decoders for activating one select signal line among the plurality of select signal lines corresponding to the memory block group; and the select address processing unit storing the select signal lines. A plurality of column decoders for switching on / off of the plurality of switch elements according to the selected select address, and the k select decoders, and the k number of the decoder elements according to a row address inputted from the outside. A plurality of row decoders for selecting and operating one select decoder among the select decoders, and a data input conversion circuit for applying a voltage to the i data lines in accordance with data written to the memory cell array inputted from the outside Each of the storage elements includes a floating gate formed on a semiconductor substrate. A nonvolatile semiconductor memory device comprising: a transistor; a control gate connected to the selection signal line; a drain connected to the bit line; and a source commonly connected to an erase control circuit.

(13)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記記憶素子である前記トランジスタのドレインに第1の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに前記第1の電圧より高い第2の電圧を印加し、該トランジスタのソースを接地電位にすることにより書き込み動作を行い、また、前記トランジスタのドレインに前記第2の電圧より高い第4の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートを接地電位にし、該トランジスタのソースをオープン状態か接地電位より高く前記第1の電圧より低い電圧を印加することにより消去動作を行い、また、前記トランジスタのドレインに前記接地電位か第4の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに接地電位か第3の電圧を印加し、該トランジスタのソースに接地電位を印加するか、あるいは、前記トランジスタのドレインに前記第1の電圧を印加し、該トランジスタのソースに接地電位を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに印加する電圧を前記第3の電圧から予め定められた電位まで徐々に高くすることにより書き戻し動作を行うことを特徴とする。   (13) According to the present invention, in the invention described above, a first voltage is applied to a drain of the transistor that is the memory element, and a second voltage higher than the first voltage is applied to a control gate of the transistor. A write operation is performed by applying a voltage and setting the source of the transistor to the ground potential, and applying a fourth voltage higher than the second voltage to the drain of the transistor, and grounding the control gate of the transistor An erase operation is performed by setting the potential of the transistor open or applying a voltage higher than the ground potential and lower than the first voltage, and applying the ground potential or the fourth voltage to the drain of the transistor. Apply a ground potential or a third voltage to the control gate of the transistor, and ground the source of the transistor The first voltage is applied to the drain of the transistor, the ground potential is applied to the source of the transistor, and the voltage to be applied to the control gate of the transistor is preliminarily determined from the third voltage. The writing back operation is performed by gradually increasing the potential to a predetermined potential.

(14)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記記憶素子に対して書き込み動作を行って閾値が予め定めた書き込み基準値を超えたことを確認するテストを行った後に、消去動作を少なくとも1回以上行い、前記記憶素子である前記トランジスタの閾値が初期の閾値以下に変更されたか否かを検証し、更に、前記トランジスタの閾値が予め定められた判定基準値より低いとき書き戻し動作を少なくとも1回以上行い、閾値が、前記初期の閾値以下、かつ、前記判定基準値以上となるか否かにより前記記憶素子の動作検証を行い、予め定めた回数の前記消去動作を行っても前記トランジスタの閾値が前記初期の閾値以下にならないとき、前記記憶素子を不良と判断し、また、予め定めた回数の前記書き戻し動作を行っても、前記トランジスタの閾値が前記判定基準以上とならないとき、前記記憶素子を不良と判断することを特徴とする。   (14) Further, in the invention described above, the erasing operation may be performed after performing a test to confirm that the threshold value exceeds a predetermined writing reference value by performing a writing operation on the memory element. At least once to verify whether or not the threshold value of the transistor as the storage element has been changed to an initial threshold value or less, and rewrite when the threshold value of the transistor is lower than a predetermined criterion value The operation is performed at least once, the operation of the memory element is verified by checking whether the threshold is equal to or lower than the initial threshold and equal to or higher than the determination reference value, and the erase operation is performed a predetermined number of times. If the threshold value of the transistor does not fall below the initial threshold value, it is determined that the memory element is defective, and even if the write-back operation is performed a predetermined number of times, the When the threshold value of the register is not said criterion above, characterized by determining said storage element defective.

(15)また、本発明は、上記に記載の発明において、前記消去制御回路は、前記複数の記憶素子の共通接続されたソースに接地電位のみを印加することを特徴とする。   (15) Further, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the erase control circuit applies only a ground potential to the commonly connected sources of the plurality of storage elements.

この発明によれば、記憶領域が有する記憶素子(OTP)にセレクトアドレスを記憶し、セレクトデコーダがセレクトアドレスに応じた記憶素子(OTP)を選択することで、セレクトアドレスを記憶したOTPを1回読み出すことで、最後にデータを記憶した記憶素子を検出することができる。また、データを書き込む際に、セレクトアドレスを更新するようにしたので、最後にデータが書き込まれた記憶素子を検出することができる。これにより、データの読み出し及びデータの書き込みにおいて、最後にデータが書き込まれた記憶素子を検出するために、記憶領域が有する記憶素子を順に読み出すことなく、アクセス回数を減らすことができるので、アクセス速度を改善することが可能となる。   According to the present invention, the select address is stored in the storage element (OTP) included in the storage area, and the select decoder selects the storage element (OTP) corresponding to the select address, so that the OTP storing the select address is stored once. By reading the data, it is possible to detect the memory element that last stored the data. In addition, since the select address is updated when data is written, it is possible to detect the memory element to which data was last written. As a result, in data reading and data writing, the number of accesses can be reduced without sequentially reading the memory elements included in the storage area in order to detect the memory element in which the data has been written last. Can be improved.

第1実施形態における不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment. 同実施形態におけるセレクトデコーダとセレクトアドレス処理部との構成例を示す回路図である。3 is a circuit diagram showing a configuration example of a select decoder and a select address processing unit in the same embodiment. FIG. 同実施形態におけるデータD<7:0>、A<2:0>、及び、SEL<7:0>の関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship of data D <7: 0>, A <2: 0>, and SEL <7: 0> in the embodiment. 第2実施形態におけるセレクトアドレス処理部とセレクトデコーダの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the select address process part and select decoder in 2nd Embodiment. 第3実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the non-volatile semiconductor memory device of 3rd Embodiment. OTPアレイに用いるメモリ素子の構成図である。It is a block diagram of the memory element used for an OTP array. OTPアレイに用いるメモリ素子の構成図である。It is a block diagram of the memory element used for an OTP array. メモリ素子の動作表を示すテーブルである。It is a table which shows the operation | movement table | surface of a memory element. メモリ素子の書き込み、消去、及び、書き戻しそれぞれの動作による特性の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the characteristic by each operation | movement of writing, erasing, and writing back of a memory element. メモリ素子の弱書き込みの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of weak writing of a memory element. メモリ素子のカップリング系の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the coupling type | system | group of a memory element. 第4実施形態におけるメモリ素子を用いたマトリックスアレイ(メモリアレイ)を有するOTPとしての図1に示した第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the non-volatile semiconductor memory device of 1st Embodiment shown in FIG. 1 as OTP which has a matrix array (memory array) using the memory element in 4th Embodiment. 第5実施形態におけるメモリ素子を用いたマトリックスアレイ(メモリアレイ)を有するMTPとしての図5に示した第3実施形態の不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す概略ブロック図である。FIG. 6 is a schematic block diagram showing a configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of the third embodiment shown in FIG. 5 as an MTP having a matrix array (memory array) using memory elements in the fifth embodiment. 第6実施形態における不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the non-volatile semiconductor memory device in 6th Embodiment. 第7実施形態における不揮発性半導体メモリ装置の構成を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structure of the non-volatile semiconductor memory device in 7th Embodiment. 第8実施形態におけるメモリ素子によるメモリブロックの構成例を示したレイアウト図である。It is the layout figure which showed the structural example of the memory block by the memory element in 8th Embodiment. 第9実施形態における不揮発性半導体メモリ装置が有するメモリ素子の消去動作及び書き戻し動作に対する不揮発性半導体メモリ装置が行う検証シーケンスのフローチャートである。It is a flowchart of the verification sequence which the non-volatile semiconductor memory device performs with respect to the erase operation and write-back operation of the memory element which the non-volatile semiconductor memory device in 9th Embodiment has. 第9実施形態における不揮発性半導体メモリ装置が有するメモリ素子の消去動作及び書き戻し動作に対する不揮発性半導体メモリ装置が行う検証シーケンスのフローチャートである。It is a flowchart of the verification sequence which the non-volatile semiconductor memory device performs with respect to the erase operation and write-back operation of the memory element which the non-volatile semiconductor memory device in 9th Embodiment has.

以下、本発明の実施形態による不揮発性半導体メモリ装置を図面を参照して説明する。   Hereinafter, a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における不揮発性半導体メモリ装置100sの構成を示す概略ブロック図である。不揮発性半導体メモリ装置100sは、アクセス制御部11s、セレクトアドレス処理部12s、MTPブロック部13s、ライトアンプ部14s、センスアンプ部15s、データ入出力部16s、及び、入出力端子17sを備える。
アクセス制御部11sは、外部から入力されるデータの読み出し命令と、外部から入力されるデータの書き込み命令とに応じて、セレクトアドレス処理部12s、ライトアンプ部14s、センスアンプ部15s、及び、データ入出力部16sそれぞれの動作順序を制御する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 100s in the first embodiment. The non-volatile semiconductor memory device 100s includes an access control unit 11s, a select address processing unit 12s, an MTP block unit 13s, a write amplifier unit 14s, a sense amplifier unit 15s, a data input / output unit 16s, and an input / output terminal 17s.
The access control unit 11 s selects a select address processing unit 12 s, a write amplifier unit 14 s, a sense amplifier unit 15 s, and a data according to an externally input data read command and an externally input data write command. The operation order of each input / output unit 16s is controlled.

セレクトアドレス処理部12sは、MTPブロック部13sから読み出したセレクトアドレスを記憶し、アクセス制御部11sが出力する読み出し動作を示す情報に応じて、記憶しているセレクトアドレスをMTPブロック部13sに出力すると共に、アクセス制御部11sが出力する書き込み動作を示す情報に応じて、セレクトアドレスを更新し、更新したセレクトアドレスをMTPブロック部13sに出力する。
MTPブロック部13sは、nビット幅(nは、n>1を満たす整数である。)のデータを記憶するm+1個(m>1、n≧m)のOTPアレイ(記憶素子群)133s−1、…、133s−(m+1)を含み構成されるデータ記憶部(記憶領域)132sと、セレクトデコーダ131sとを備える。ここで、m+1個のOTPアレイ133s−1、…、133s−(m+1)は、同じ構成を有し、いずれか1つ、あるいは、全てを代表して示す場合に、OTPアレイ133sという。
The select address processing unit 12s stores the select address read from the MTP block unit 13s, and outputs the stored select address to the MTP block unit 13s according to the information indicating the read operation output from the access control unit 11s. At the same time, the select address is updated according to the information indicating the write operation output from the access control unit 11s, and the updated select address is output to the MTP block unit 13s.
The MTP block unit 13s stores m + 1 (m> 1, n ≧ m) OTP arrays (storage element group) 133s-1 that store data of n-bit width (n is an integer satisfying n> 1). ,..., 133s- (m + 1) includes a data storage unit (storage area) 132s and a select decoder 131s. Here, m + 1 OTP arrays 133s-1,..., 133s- (m + 1) have the same configuration, and when one or all of them are shown as representatives, they are referred to as OTP arrays 133s.

なお、OTPアレイ133s−(m+1)は、MTPブロック部13sの使用状態を示す情報であるセレクトアドレス、すなわち、いずれのOTPアレイ133sが既にデータを書き込まれているか否かを判定するために用いられる情報を記憶する。ここで、OTPアレイ133s−(m+1)は、使用状態レジスタといい、nビット幅のデータを記憶でき、各ビットがOTPアレイ133s−1、…、OTPアレイ133s−mそれぞれに対応する。OTPアレイ133s−(m+1)が記憶しているデータのビットが「0」のとき、当該ビットに対応するOTPアレイ133sは、データが書き込まれていないことを示し、OTPアレイ133s−(m+1)が記憶しているデータのビットが「1」のとき、当該ビットに対応するOTPアレイ133sは、既にデータが書き込まれていることを示す。   The OTP array 133s- (m + 1) is used to determine a select address that is information indicating the usage state of the MTP block unit 13s, that is, which OTP array 133s has already been written with data. Store information. Here, the OTP array 133s- (m + 1) is called a use state register, can store n-bit width data, and each bit corresponds to the OTP array 133s-1, ..., OTP array 133s-m. When the bit of data stored in the OTP array 133s- (m + 1) is “0”, the OTP array 133s corresponding to the bit indicates that data is not written, and the OTP array 133s- (m + 1) When the bit of the stored data is “1”, the OTP array 133s corresponding to the bit indicates that data has already been written.

ここで、OTPアレイ133s−(m+1)は、初期状態、すなわち、不揮発性半導体メモリ装置100sにまだデータが書き込まれていない状態において、全てのビットが「0」であり、OTPアレイ133s−1から133s−mの順にデータが書き込まれるのに応じて1ビット目から順に「1」が書き込まれる。例えば、OTPアレイ133s−(m+1)の記憶しているデータが、1ビット目(bit0)から8ビット目(bit7)まで「1」であり、9ビット目以降が「0」のとき、OTPアレイ133s−1からOTPアレイ133s−8には、既にデータが書き込まれ、最後に書き込まれたデータはOTPアレイ133s−8に記憶されているデータであることを示す。
また、OTPアレイ133s−(m+1)のnビットの内、mビット全てが「1」のとき、不揮発性半導体メモリ装置100sは、新たなデータを記憶するOTPアレイ133sが存在せず、新たなデータを記憶することができない状態であることを示す。
Here, in the initial state, that is, in the state where data is not yet written in the nonvolatile semiconductor memory device 100s, the OTP array 133s- (m + 1) is “0”, and the OTP array 133s- (m + 1) As data is written in the order of 133 s-m, “1” is written in order from the first bit. For example, when the data stored in the OTP array 133s- (m + 1) is “1” from the first bit (bit 0) to the eighth bit (bit 7) and the ninth bit and subsequent bits are “0”, the OTP array Data from 133s-1 to the OTP array 133s-8 has already been written, and the last written data is data stored in the OTP array 133s-8.
Further, when all m bits of the n bits of the OTP array 133s- (m + 1) are “1”, the non-volatile semiconductor memory device 100s has no OTP array 133s for storing new data, and new data Indicates that it cannot be stored.

セレクトデコーダ131sは、セレクトアドレス処理部12sが出力する使用状態を示すデータをデコードして、データ記憶部132sが含むOTPアレイ133s−1、…、133s−(m+1)のいずれか1つのOTPアレイ133sを選択する。
OTPアレイ133sは、読み出し動作のとき、記憶するnビット幅のデータをセンスアンプ部15sに出力し、書き込み動作のとき、ライトアンプ部14sから出力されるデータを読み込んで記憶する。
The select decoder 131s decodes the data indicating the usage state output from the select address processing unit 12s, and any one of the OTP arrays 133s-1,..., 133s- (m + 1) included in the data storage unit 132s. Select.
The OTP array 133s outputs n-bit width data to be stored to the sense amplifier unit 15s during a read operation, and reads and stores data output from the write amplifier unit 14s during a write operation.

ライトアンプ部14sは、アクセス制御部11sが書き込み動作を示す情報を出力すると、セレクトアドレス処理部12s又はデータ入出力部16sが出力したデータをMTPブロック部13sのOTPアレイ133sに出力する。センスアンプ部15sは、アクセス制御部11sが読み出し動作を示す情報を出力すると、MTPブロック部13sのOTPアレイ133sが出力するデータを読み取り、増幅してデータ入出力部16sに出力する。データ入出力部16sは、アクセス制御部11sが書き込み動作を示す情報を出力すると、データ入出力端子17sを介して外部から入力されるデータを読み取り、読み取ったデータをライトアンプ部14sに出力し、アクセス制御部11sが読み出し動作を示す情報を出力すると、センスアンプ部15sが出力するデータを読み取り、入出力端子17sを介して外部に読み取ったデータを出力する。   When the access control unit 11s outputs information indicating the write operation, the write amplifier unit 14s outputs the data output from the select address processing unit 12s or the data input / output unit 16s to the OTP array 133s of the MTP block unit 13s. When the access control unit 11s outputs information indicating a read operation, the sense amplifier unit 15s reads, amplifies, and outputs the data output from the OTP array 133s of the MTP block unit 13s to the data input / output unit 16s. When the access control unit 11s outputs information indicating a write operation, the data input / output unit 16s reads data input from the outside via the data input / output terminal 17s, and outputs the read data to the write amplifier unit 14s. When the access control unit 11s outputs information indicating a read operation, the data output by the sense amplifier unit 15s is read, and the read data is output to the outside through the input / output terminal 17s.

次に、不揮発性半導体メモリ装置100sの動作について説明する。   Next, the operation of the nonvolatile semiconductor memory device 100s will be described.

(電源の供給開始時における初期化動作)
まず、不揮発性半導体メモリ装置100sに電源の供給が開始されると、アクセス制御部11sは、セレクトアドレス処理部12sにOTPアレイ133s−(m+1)が記憶するセレクトアドレスを読み出すため、セレクトアドレス処理部12sに当該OTPアレイ133s−(m+1)を選択するセレクトアドレスをセレクトデコーダ131sの中の131s−(m+1)に出力させる制御を行う。また、アクセス制御部11sは、センスアンプ部15sが、データ記憶部132sのOTPアレイ133s−(m+1)から出力されるデータを読み込んで出力する制御を行い、セレクトアドレス処理部12sがセンスアンプ部15sから出力されるデータを読み込んで記憶する制御を行う。
(Initialization operation at the start of power supply)
First, when the supply of power to the nonvolatile semiconductor memory device 100s is started, the access control unit 11s reads the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1) into the select address processing unit 12s. Control is performed so that the select address for selecting the OTP array 133s- (m + 1) is output to 131s- (m + 1) in the select decoder 131s in 12s. The access control unit 11s controls the sense amplifier unit 15s to read and output data output from the OTP array 133s- (m + 1) of the data storage unit 132s, and the select address processing unit 12s controls the sense amplifier unit 15s. Control to read and store data output from.

セレクトデコーダ131sは、セレクトアドレス処理部12sが出力したアドレスをデコードして、OTPアレイ133s−(m+1)を選択する読み出し信号をデータ記憶部132sのOTPアレイ133s−(m+1)に出力する。OTPアレイ133s−(m+1)は、セレクトデコーダ131sが出力した読み出し信号に応じて、記憶しているデータをセンスアンプ部15sに出力する。センスアンプ部15sは、OTPアレイ133s−(m+1)が出力したデータを読み込み、読み込んだデータを増幅してセレクトアドレス処理部12sに出力する。セレクトアドレス処理部12sは、センスアンプ部15sが出力したデータを記憶する。ここで、読み出し信号とは、OTPアレイ133sのいずれか1つを選択すると共に、OTPアレイ133sが記憶しているデータを出力すること示す信号である。   The select decoder 131s decodes the address output by the select address processing unit 12s and outputs a read signal for selecting the OTP array 133s- (m + 1) to the OTP array 133s- (m + 1) of the data storage unit 132s. The OTP array 133s- (m + 1) outputs the stored data to the sense amplifier unit 15s in accordance with the read signal output from the select decoder 131s. The sense amplifier unit 15s reads the data output from the OTP array 133s- (m + 1), amplifies the read data, and outputs the amplified data to the select address processing unit 12s. The select address processing unit 12s stores the data output from the sense amplifier unit 15s. Here, the read signal is a signal indicating that any one of the OTP arrays 133s is selected and the data stored in the OTP array 133s is output.

上述の動作により、セレクトアドレス処理部12sは、OTPアレイ133sのうち最後にデータを書き込まれたOTPアレイ133sを示す情報をセレクトアドレスに記憶する。この動作により、セレクトアドレス処理部12sがセレクトアドレスを記憶して、初期化動作が完了する。   Through the above-described operation, the select address processing unit 12s stores, in the select address, information indicating the OTP array 133s in which data is written last in the OTP array 133s. With this operation, the select address processing unit 12s stores the select address, and the initialization operation is completed.

(データ書き込み動作)
次に、不揮発性半導体メモリ装置100sにデータを記憶させる書き込み動作について説明する。
まず、不揮発性半導体メモリ装置100sは、外部からデータの書き込み命令が入力されると、アクセス制御部11sは、セレクトアドレス処理部12sが記憶しているセレクトアドレスから、新たなデータを記憶するOTPアレイ133sを示すセレクトアドレスを生成し、セレクトデコーダ131sに出力する。セレクトデコーダ131sは、セレクトアドレス処理部12sが出力したセレクトアドレスをデコードしてデータ記憶部132sが有するOTPアレイ133s−1、…、133s−mのうち1つのOTPアレイ133sに対して書き込み信号を出力する。
(Data write operation)
Next, a write operation for storing data in the nonvolatile semiconductor memory device 100s will be described.
First, in the nonvolatile semiconductor memory device 100 s, when a data write command is input from the outside, the access control unit 11 s stores the new data from the select address stored in the select address processing unit 12 s. A select address indicating 133s is generated and output to the select decoder 131s. The select decoder 131s decodes the select address output from the select address processing unit 12s and outputs a write signal to one OTP array 133s among the OTP arrays 133s-1, ..., 133s-m included in the data storage unit 132s. To do.

セレクトデコーダ131sから書き込み信号を入力されたOTPアレイ133sは、ライトアンプ部14sが出力するデータを読み込んで記憶する。ここで、ライトアンプ部14sが出力するデータは、入出力端子17sとデータ入出力部16sとを介して外部から入力されたnビット幅のデータである。ここで、書き込み信号とは、OTPアレイ133sのいずれか1つを選択すると共に、OTPアレイ133sがライトアンプ部14sから出力されているデータを読み取って、記憶することを示す信号である。
上述の動作により、外部から入力されたデータは、OTPアレイ133sに記憶される。続いて、アクセス制御部11sは、セレクトアドレス処理部12sに更新したセレクトアドレスをライトアンプ部14sに出力させて、更新したセレクトアドレスをOTPアレイ133sに記憶させる制御を行う。
The OTP array 133s to which the write signal is input from the select decoder 131s reads and stores the data output from the write amplifier unit 14s. Here, the data output from the write amplifier unit 14s is n-bit width data input from the outside via the input / output terminal 17s and the data input / output unit 16s. Here, the write signal is a signal indicating that any one of the OTP arrays 133s is selected, and that the OTP array 133s reads and stores data output from the write amplifier unit 14s.
Through the above-described operation, data input from the outside is stored in the OTP array 133s. Subsequently, the access control unit 11s performs control to cause the select address processing unit 12s to output the updated select address to the write amplifier unit 14s and to store the updated select address in the OTP array 133s.

アクセス制御部11sは、外部から入力されたデータをOTPアレイ133sに記憶させる動作が完了すると、セレクトアドレス処理部12sがOTPアレイ133s−(m+1)を選択するセレクトアドレスを出力すると共に、セレクトアドレス処理部12sが更新したセレクトアドレスをライトアンプ部14sに出力する制御を行う。また、アクセス制御部11sは、ライトアンプ部14sが入力されたセレクトアドレスをOTPアレイ133sに出力する制御を行う。   When the operation for storing data input from the outside in the OTP array 133s is completed, the access control unit 11s outputs a select address for selecting the OTP array 133s- (m + 1) and performs select address processing. The unit 12s performs control to output the updated select address to the write amplifier unit 14s. In addition, the access control unit 11s performs control to output the select address input to the write amplifier unit 14s to the OTP array 133s.

セレクトデコーダ131sは、セレクトアドレス処理部12sが出力したOTPアレイ133s−(m+1)を選択するセレクトアドレスが入力されると、OTPアレイ133s−(m+1)に対して書き込み信号を出力する。OTPアレイ133s−(m+1)は、セレクトデコーダ131sから書き込み信号が入力されると、ライトアンプ部14sが出力する更新されたセレクトアドレスをデータとして読み込んで記憶する。これにより、OTPアレイ133s−(m+1)に記憶されているセレクトアドレスが更新される。   When the select address for selecting the OTP array 133s- (m + 1) output from the select address processing unit 12s is input, the select decoder 131s outputs a write signal to the OTP array 133s- (m + 1). When a write signal is input from the select decoder 131s, the OTP array 133s- (m + 1) reads and stores the updated select address output from the write amplifier unit 14s as data. As a result, the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1) is updated.

続いて、セレクトアドレス処理部12sが記憶している不揮発性半導体メモリ装置100sの使用状態を示す情報の更新を行う。
アクセス制御部11sは、セレクトアドレス処理部12sがデータをOTPアレイ133s−(m+1)が記憶するセレクトアドレスを読み出すために、OTPアレイ133s−(m+1)を選択するセレクトアドレスをセレクトデコーダ131sに出力させる制御を行う。また、アクセス制御部11sは、センスアンプ部15sがOTPアレイ133sから出力されるデータを読み込んでセレクトアドレス処理部12sに出力する制御を行う。
Subsequently, the information indicating the use state of the nonvolatile semiconductor memory device 100s stored in the select address processing unit 12s is updated.
The access control unit 11s causes the select decoder 131s to output a select address for selecting the OTP array 133s- (m + 1) so that the select address processing unit 12s reads out the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1). Take control. In addition, the access control unit 11s performs control so that the sense amplifier unit 15s reads data output from the OTP array 133s and outputs the data to the select address processing unit 12s.

セレクトデコーダ131sは、セレクトアドレス処理部12sからセレクトアドレスが入力されると、入力されたセレクトアドレスをデコードしてOTPアレイ133s−(m+1)に読み出し信号を出力する。OTPアレイ133s−(m+1)は、セレクトデコーダ131sから読み出し信号が入力されると、記憶しているデータをセンスアンプ部15sに出力する。センスアンプ部15sは、OTPアレイ133s−(m+1)が出力するデータを増幅して、増幅したデータをセレクトアドレス処理部12sに出力する。セレクトアドレス処理部12sは、センスアンプ部15sが出力するデータ、すなわち、OTPアレイ133s−(m+1)が記憶しているセレクトアドレスを読み込んで記憶する。   When the select address is input from the select address processing unit 12s, the select decoder 131s decodes the input select address and outputs a read signal to the OTP array 133s- (m + 1). When the read signal is input from the select decoder 131s, the OTP array 133s- (m + 1) outputs the stored data to the sense amplifier unit 15s. The sense amplifier unit 15s amplifies the data output from the OTP array 133s- (m + 1), and outputs the amplified data to the select address processing unit 12s. The select address processing unit 12s reads and stores the data output from the sense amplifier unit 15s, that is, the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1).

上述のように、不揮発性半導体メモリ装置100sは、外部から入力されたデータをOTPアレイ133sに記憶させる処理、OTPアレイ133s−(m+1)に記憶されているセレクトアドレスを更新する処理、及び、セレクトアドレス処理部12sが記憶しているセレクトアドレスを更新して、OTPアレイ133s−(m+1)に記憶されているセレクトアドレスと同期をとる処理の3つの処理を行うことにより、データ書き込み動作を行う。
なお、データを書き込むOTPアレイ133sがない場合、すなわち、不揮発性半導体メモリ装置100sが有する全てのOPTアレイ133s−1〜133s−mに対して既にデータが書き込まれている場合、すなわち、新たなデータを書き込むことができない場合、セレクトアドレス処理部12sは、データの書き込み処理を行わない。また、このとき、セレクトアドレス処理部12sは、外部に対してこれ以上のデータの書き込み処理が行えない旨を通知する信号を出力しても良い。
As described above, the nonvolatile semiconductor memory device 100s includes a process for storing data input from the outside in the OTP array 133s, a process for updating the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1), and the select The data write operation is performed by updating the select address stored in the address processing unit 12s and performing three processes of synchronizing with the select address stored in the OTP array 133s- (m + 1).
When there is no OTP array 133s for writing data, that is, when data has already been written to all the OPT arrays 133s-1 to 133s-m of the nonvolatile semiconductor memory device 100s, that is, new data Cannot be written, the select address processing unit 12s does not perform the data writing process. At this time, the select address processing unit 12s may output a signal notifying the outside that data cannot be written any further.

(データ読み出し動作)
次に、不揮発性半導体メモリ装置100sのデータ読み出し動作について説明する。
まず、アクセス制御部11sは、外部からデータの読み出し命令が入力されると、セレクトアドレス処理部12sが記憶しているセレクトアドレスを、読み出しセレクトアドレスとしてセレクトデコーダ131sに出力する。セレクトデコーダ131sは、入力されたセレクトアドレスをデコードして、入力されたセレクトアドレスに対応するOTPアレイ133sに読み出し信号を出力する。読み出し信号が入力されたOTPアレイ133sは、記憶しているデータをセンスアンプ部15sに出力する。センスアンプ部15sは、OTPアレイ133sが出力したデータを読み込んで増幅し、増幅したデータをデータ入出力部16sに出力する。データ入出力部16sは、センスアンプ部15sが出力したデータを入出力端子17sを介して外部に出力する。
上述のように、不揮発性半導体メモリ装置100sは、データ読み出し動作を行う。
(Data read operation)
Next, a data read operation of the nonvolatile semiconductor memory device 100s will be described.
First, when a data read command is input from the outside, the access control unit 11s outputs the select address stored in the select address processing unit 12s to the select decoder 131s as a read select address. The select decoder 131s decodes the input select address and outputs a read signal to the OTP array 133s corresponding to the input select address. The OTP array 133s to which the read signal is input outputs the stored data to the sense amplifier unit 15s. The sense amplifier unit 15s reads and amplifies data output from the OTP array 133s, and outputs the amplified data to the data input / output unit 16s. The data input / output unit 16s outputs the data output from the sense amplifier unit 15s to the outside via the input / output terminal 17s.
As described above, the nonvolatile semiconductor memory device 100s performs a data read operation.

不揮発性半導体メモリ装置100sは、上述の構成を備えることにより、nビット幅のデータを1つ記憶し、記憶しているデータを読み出し、nビット幅のデータをm回書き換えることのできる擬似MTPとして用いることができる。
また、不揮発性半導体メモリ装置100sは、セレクトアドレス処理部12sを備え、セレクトアドレス処理部12sが使用状態を示すセレクトアドレスを記憶することにより、OTPアレイ133sのうち最後に書き込まれたデータを記憶するOTPアレイ133s、すなわち、最新のデータを記憶するOTPアレイ133sを特定してデータを読み出すことができるため、OTPアレイ133s各々の状態を検出してデータを読み出すメモリ装置に比べ、高速にデータの読み出しを行うことができる。また、不揮発性半導体メモリ装置100sは、データの書き込み動作については、OTPアレイ133sにデータを書き込みが2回と、OTPアレイ133sのデータを読み出し1回とを行うので、アクセス速度の改善はデータの読み出しほどではないが、データを書き込む対象を検出するためにOTPアレイ各々にアクセスする場合に比べ、アクセス速度を改善することができる。
The non-volatile semiconductor memory device 100s has the above-described configuration, thereby storing one piece of n-bit width data, reading the stored data, and rewriting the n-bit width data m times as a pseudo MTP. Can be used.
The non-volatile semiconductor memory device 100s includes a select address processing unit 12s, and the select address processing unit 12s stores a select address indicating a use state, thereby storing the last written data in the OTP array 133s. Since the data can be read by specifying the OTP array 133s, that is, the OTP array 133s storing the latest data, the data can be read at a higher speed than the memory device that detects the state of each OTP array 133s and reads the data. It can be performed. Further, since the nonvolatile semiconductor memory device 100s performs the data write operation twice for writing data to the OTP array 133s and once for reading data from the OTP array 133s, the access speed is improved. Although not as much as reading, the access speed can be improved as compared with the case where each OTP array is accessed in order to detect a target to which data is written.

次に、図2は、セレクトデコーダ131sとセレクトアドレス処理部12sとの構成例を示す回路図である。図2においては、OTPアレイ133sが記憶するデータのビット幅が8ビット、書き換え回数8回(m=n=8)である場合について説明する。また、データD<7:0>は、セレクトアドレスである。
セレクトアドレス処理部12sは、フリップフロップFF0〜2、排他的論理和ゲートXOR1、2、セレクタSEL0〜2、論理和ゲートOR1、4入力論理和ゲートOR2、2入力論理積ゲートAND9、12、3入力論理積ゲートAND11、4入力論理積ゲートAND10、インバータINV1〜3、バッファBUF1を有している。
Next, FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the select decoder 131s and the select address processing unit 12s. In FIG. 2, the case where the bit width of data stored in the OTP array 133s is 8 bits and the number of rewrites is 8 (m = n = 8) will be described. Data D <7: 0> is a select address.
The select address processing unit 12s includes flip-flops FF0 to FF2, exclusive OR gates XOR1 and 2, selectors SEL0 to SEL2, OR gate OR1, 4-input OR gate OR2, 2-input AND gates AND9, 12, and 3 inputs. It has an AND gate AND11, a 4-input AND gate AND10, inverters INV1 to INV3, and a buffer BUF1.

セレクタSEL2の入力Aには、バッファBUF1を介してデータD<4>が入力される。論理積ゲートAND9は、データD<4>がインバータINV1で反転された信号と、データD<2>とが入力され、論理積演算の結果を論理和ゲートOR1に出力する。論理和ゲートOR1は、論理積ゲートAND9の出力と、データD<6>とを論理和演算してセレクタSEL1の入力Aに出力する。
論理積ゲートAND10は、データD<6>がインバータINV3で反転された信号と、データD<4>がインバータINV1で反転された信号と、データ<D2>がインバータINV2で反転された信号と、データD<1>とを論理積演算して論理和ゲートOR2
に出力する。論理積ゲートAND11は、データD<6>がインバータINV3で反転された信号と、データD<4>がインバータINV1で反転された信号と、データD<3>とを論理積演算して論理和ゲートOR2に出力する。論理積ゲートAND12は、データD<6>がインバータINV3で反転された信号と、データD<5>とを論理積演算して論理和ゲートOR2に出力する。論理和ゲートOR2は、論理積ゲートAND10〜12の出力と、データD<7>とを論理積演算してセレクタSEL0の入力Aに出力する。
Data D <4> is input to the input A of the selector SEL2 via the buffer BUF1. The AND gate AND9 receives the signal obtained by inverting the data D <4> by the inverter INV1 and the data D <2>, and outputs the result of the AND operation to the OR gate OR1. The OR gate OR1 performs an OR operation on the output of the AND gate AND9 and the data D <6> and outputs the result to the input A of the selector SEL1.
The AND gate AND10 includes a signal obtained by inverting the data D <6> by the inverter INV3, a signal obtained by inverting the data D <4> by the inverter INV1, a signal obtained by inverting the data <D2> by the inverter INV2, Logical AND operation on data D <1> and OR gate OR2
Output to. The AND gate AND11 performs an AND operation on the signal obtained by inverting the data D <6> by the inverter INV3, the signal obtained by inverting the data D <4> by the inverter INV1, and the data D <3>. Output to the gate OR2. The AND gate AND12 performs an AND operation on the signal obtained by inverting the data D <6> by the inverter INV3 and the data D <5>, and outputs the result to the OR gate OR2. The OR gate OR2 performs an AND operation on the outputs of the AND gates AND10 to AND12 and the data D <7> and outputs the result to the input A of the selector SEL0.

排他的論理ゲートXOR1は、フリップフロップFF2、FF1それぞれのQ出力が入力され、排他的論理和演算の結果をセレクタSEL2の入力Bに出力する。排他的論理和ゲートXOR2は、フリップフロップFF1、FF0Q出力に対して、排他的論理和演算を行いセレクタSEL1の入力Bに出力する。
セレクタSEL0の入力Bには、フリップフロップFF0の反転出力QBと、論理和ゲートOR2の出力とが入力され、排他的論理和演算の結果をフリップフロップFF0の入力Dに出力する。
The exclusive logic gate XOR1 receives the Q outputs of the flip-flops FF2 and FF1, and outputs the result of the exclusive OR operation to the input B of the selector SEL2. The exclusive OR gate XOR2 performs an exclusive OR operation on the outputs of the flip-flops FF1 and FF0Q, and outputs the result to the input B of the selector SEL1.
The inverted output QB of the flip-flop FF0 and the output of the OR gate OR2 are input to the input B of the selector SEL0, and the result of the exclusive OR operation is output to the input D of the flip-flop FF0.

セレクタSEL0〜SEL2は、センスアンプ部15sを介して入力されるデータD<7:0>を読み込んで記憶するとき、入力Bからの信号をフリップフロップFF0〜FF2の入力Dに出力し、データを書き込むOTPアレイ133sを指し示すセレクトアドレスを生成するとき、入力Aからの信号をフリップフロップFF0〜FF2の入力Dに出力する。
上述の構成により、セレクトアドレス処理部12sは、アクセス制御部11sが動作に合わせて出力するクロック信号CLKに同期して、セレクトアドレス処理部12sにセレクトアドレスを記憶させる場合、入力されるデータD<7:0>を3ビットにエンコードしてフリップフロップFF0〜FF2に記憶し、記憶したデータをセレクトデコーダ131sにアドレスA<2:0>として出力し、セレクトアドレスを更新してデータを書き込むOTPアレイ133sを指し示す場合、フリップフロップFF0〜FF2に記憶しているデータに「+1」インクリメントしてセレクトデコーダ131sにアドレスA<2:0>として出力する。また、セレクトアドレス処理部12sは、アクセス制御部11sから入力されるOTPアレイ133s−9を選択する信号SEL8をセレクトデコーダ131sに出力する。
When the selectors SEL0 to SEL2 read and store the data D <7: 0> input via the sense amplifier unit 15s, the selectors SEL0 to SEL2 output the signal from the input B to the inputs D of the flip-flops FF0 to FF2, and store the data. When a select address indicating the OTP array 133s to be written is generated, a signal from the input A is output to the inputs D of the flip-flops FF0 to FF2.
With the configuration described above, when the select address processing unit 12s stores the select address in the select address processing unit 12s in synchronization with the clock signal CLK output in accordance with the operation of the access control unit 11s, the input data D < 7: 0> is encoded into 3 bits and stored in flip-flops FF0 to FF2, and the stored data is output to select decoder 131s as address A <2: 0>, and the select address is updated and the data is written. In the case of pointing to 133s, the data stored in the flip-flops FF0 to FF2 is incremented by “+1” and output to the select decoder 131s as the address A <2: 0>. The select address processing unit 12s outputs a signal SEL8 for selecting the OTP array 133s-9 input from the access control unit 11s to the select decoder 131s.

セレクトデコーダ131sは、図示するように、3入力論理積ゲートAND0〜8を有し、論理積ゲートAND0〜7には、セレクトアドレス処理部12sが出力するエンコードされたアドレスA<2:0>が入力される。
論理積ゲートAND0は、入力されるアドレスA<2:0>=(0,0,0)(左から順に、A<2>、A<1>、A<0>の値を示す)のとき、OTPアレイ133s−1を選択する「1(Highを表す)」レベルの選択信号SEL<0>を出力し、それ以外のとき「0(Lowを表す)」レベルの選択信号SEL<0>を出力する。論理積ゲートAND1は、入力されるアドレスA<2:0>=(0,0,1)のとき、OTPアレイ133s−2を選択する「1」レベルの選択信号SEL<1>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<1>を出力する。
As shown in the figure, the select decoder 131s has 3-input AND gates AND0 to AND8, and the encoded addresses A <2: 0> output from the select address processing unit 12s are stored in the AND gates AND0 to AND7. Entered.
The AND gate AND0 has an input address A <2: 0> = (0, 0, 0) (showing values of A <2>, A <1>, A <0> in order from the left). , A selection signal SEL <0> having a level of “1 (representing high)” for selecting the OTP array 133s-1 is output; otherwise, a selection signal SEL <0> having a level of “0 (representing low)” is output. Output. The AND gate AND1 outputs the “1” level selection signal SEL <1> for selecting the OTP array 133s-2 when the input address A <2: 0> = (0, 0, 1). In other cases, the selection signal SEL <1> of “0” level is output.

論理積ゲートAND2は、入力されるアドレスA<2:0>=(0,1,0)のとき、OTPアレイ133s−3を選択する「1」レベルの選択信号SEL<2>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<2>を出力する。論理積ゲートAND3は、入力されるアドレスA<2:0>=(0,1,1)のとき、OTPアレイ133s−4を選択する「1」レベルの選択信号SEL<3>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<3>を出力する。
論理積ゲートAND4は、入力されるアドレスA<2:0>=(1,0,0)のとき、OTPアレイ133s−5を選択する「1」レベルの選択信号SEL<4>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<4>を出力する。論理積ゲートAND5は、入力されるアドレスA<2:0>=(1,0,1)のとき、OTPアレイ133s−6を選択する「1」レベルの選択信号SEL<5>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<5>を出力する。
The AND gate AND2 outputs a “1” level selection signal SEL <2> for selecting the OTP array 133s-3 when the input address A <2: 0> = (0, 1, 0). In other cases, the selection signal SEL <2> of “0” level is output. The AND gate AND3 outputs a “1” level selection signal SEL <3> for selecting the OTP array 133s-4 when the input address A <2: 0> = (0, 1, 1). In other cases, the selection signal SEL <3> of “0” level is output.
The AND gate AND4 outputs a “1” level selection signal SEL <4> for selecting the OTP array 133s-5 when the input address A <2: 0> = (1, 0, 0). In other cases, the selection signal SEL <4> of “0” level is output. The AND gate AND5 outputs the “1” level selection signal SEL <5> for selecting the OTP array 133s-6 when the input address A <2: 0> = (1, 0, 1). In other cases, the selection signal SEL <5> of “0” level is output.

論理積ゲートAND6は、入力されるアドレスA<2:0>=(1,1,0)のとき、OTPアレイ133s−7を選択する「1」レベルの選択信号SEL<6>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<6>を出力する。論理積ゲートAND7は、入力されるアドレスA<2:0>=(1,1,1)のとき、OTPアレイ133s−8を選択する「1」レベルの選択信号SEL<7>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<7>を出力する。
論理積ゲートAND8は、「1」レベルの使用状態レジスタであるOTPアレイ133s−9を選択する選択信号D<8>が入力されると「1」レベルの選択信号SEL<8>を出力し「0」レベルの選択信号D<8>が入力されると、「0」レベルの選択信号SEL<8>を出力する。
The AND gate AND6 outputs a “1” level selection signal SEL <6> for selecting the OTP array 133s-7 when the input address A <2: 0> = (1, 1, 0). In other cases, the selection signal SEL <6> of “0” level is output. The AND gate AND7 outputs a “1” level selection signal SEL <7> for selecting the OTP array 133s-8 when the input address A <2: 0> = (1, 1, 1). In other cases, the selection signal SEL <7> of “0” level is output.
When the selection signal D <8> for selecting the OTP array 133s-9 which is the “1” level use state register is input, the AND gate AND8 outputs the “1” level selection signal SEL <8>. When the “0” level selection signal D <8> is input, the “0” level selection signal SEL <8> is output.

図3は、データD<7:0>、アドレスA<2:0>、及び、SEL<7:0>の関係を示す表である。図示するように、データD<7:0>は、OTPアレイ133sにデータを書き込む度に、0ビットから順に「0」が「1」に書き換えられる。セレクトアドレス処理部12sは、入力されるデータD<7:0>を3ビットのアドレスA<2:0>にエンコードして記憶すると共に、セレクトデコーダ131sにアドレスA<2:0>を出力する。セレクトデコーダ131sは、入力されたアドレスA<2:0>をデコードして、アドレスA<2:0>の値に対応した選択信号SEL<7:0>をデータ記憶部132sに出力する。
不揮発性半導体メモリ装置100sは、上述のような、セレクトアドレス処理部12sとセレクトデコーダ131sとを設けることにより、書き込み回数に応じたOTPアレイ133sを選択することができる。
FIG. 3 is a table showing the relationship between data D <7: 0>, address A <2: 0>, and SEL <7: 0>. As shown in the figure, the data D <7: 0> is rewritten from “0” to “1” in order from 0 bit each time data is written to the OTP array 133s. The select address processing unit 12s encodes and stores the input data D <7: 0> into a 3-bit address A <2: 0>, and outputs the address A <2: 0> to the select decoder 131s. . The select decoder 131s decodes the input address A <2: 0> and outputs a selection signal SEL <7: 0> corresponding to the value of the address A <2: 0> to the data storage unit 132s.
The nonvolatile semiconductor memory device 100 s can select the OTP array 133 s according to the number of times of writing by providing the select address processing unit 12 s and the select decoder 131 s as described above.

(第2実施形態)
第2実施形態において、セレクトアドレス処理部12sとセレクトデコーダ131sの異なる構成例を示す。以下、m=n=8、すなわち、OTPアレイ133sは、8ビット幅のデータを記憶し、データ記憶部132sは、9つのOTPアレイ133s−1〜133s−9を含み構成されるとして説明する。
図4は、第2実施形態におけるセレクトアドレス処理部12sAとセレクトデコーダ131sAの構成を示す回路図である。セレクトアドレス処理部12sAは、フリップフロップFF20〜FF27、及び、セレクタSEL20〜SEL27を有している。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, different configuration examples of the select address processing unit 12s and the select decoder 131s are shown. In the following description, it is assumed that m = n = 8, that is, the OTP array 133s stores 8-bit data, and the data storage unit 132s includes nine OTP arrays 133s-1 to 133s-9.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the select address processing unit 12sA and the select decoder 131sA in the second embodiment. The select address processing unit 12sA includes flip-flops FF20 to FF27 and selectors SEL20 to SEL27.

セレクタSEL20〜SEL27は、フリップフロップFF20〜FF27にセレクトアドレスを記憶させる場合、入力Aに入力される信号を出力し、データを書き込むOTPアレイ133sを指し示すセレクトアドレスを生成する場合、入力Bに入力される信号を出力する。
セレクタSEL20は、入力AにデータD<0>が入力され、入力BにVDD電位の「1」レベルの信号が入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF20の入力Dに出力する。セレクタSEL21は、入力AにデータD<1>が入力され、入力BにフリップフロップF20の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF21に入力Dに出力する。
The selectors SEL20 to SEL27 output a signal input to the input A when storing the select address in the flip-flops FF20 to FF27, and are input to the input B when generating a select address indicating the OTP array 133s to which data is written. Output a signal.
In the selector SEL20, the data D <0> is input to the input A, the signal of the “1” level of the VDD potential is input to the input B, and one of the input signals is selected and the input D of the flip-flop FF20 is selected. Output to. In the selector SEL21, the data D <1> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F20 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF21. .

セレクタSEL22は、入力AにデータD<2>が入力され、入力BにフリップフロップF21の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF22に入力Dに出力する。セレクタSEL23は、入力AにデータD<3>が入力され、入力BにフリップフロップF22の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF23に入力Dに出力する。
セレクタSEL24は、入力AにデータD<4>が入力され、入力BにフリップフロップF23の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF24に入力Dに出力する。セレクタSEL25は、入力AにデータD<5>が入力され、入力BにフリップフロップF24の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF25に入力Dに出力する。
In the selector SEL22, the data D <2> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F21 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF22. . In the selector SEL23, data D <3> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F22 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF23. .
In the selector SEL24, the data D <4> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F23 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF24. . In the selector SEL25, data D <5> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F24 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF25. .

セレクタSEL26は、入力AにデータD<6>が入力され、入力BにフリップフロップF25の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF26に入力Dに出力する。セレクタSEL27は、入力AにデータD<7>が入力され、入力BにフリップフロップF25の出力Qが入力され、入力された信号のいずれか一方を選択してフリップフロップFF26に入力Dに出力する。   In the selector SEL 26, the data D <6> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F25 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF26. . In the selector SEL27, data D <7> is input to the input A, the output Q of the flip-flop F25 is input to the input B, and one of the input signals is selected and output to the input D to the flip-flop FF26. .

フリップフロップFF20〜FF27には、アクセス制御部11sが出力するクロック信号が入力され、クロック信号に同期して入力Dから入力される信号を記憶し、記憶した信号を出力Qから出力すると共に、記憶した信号を反転した信号を出力QBから出力する。フリップフロップFF20〜FF27は、各々がセレクタSEL20〜SEL27を介して直列に接続され、シフトレジスタを形成しており、セレクトアドレスを記憶する場合、データD<7:0>をセレクタSEL20〜SEL27を介して読み込んで記憶し、データを書き込むセレクトアドレスを生成する場合、記憶しているデータをフリップフロップFF20からフリップフロップFF27に向かって、図面上では左にデータをシフトする動作をする。また、フリップフロップFF20〜F27は、データをシフトするとき、最下位ビットを記憶するフリップフロップFF20に「1」をシフトインする動作をする。また、セレクトアドレス処理部12sAは、フリップフロップFF20〜FF27の出力QをデータDT<7:0>としてセレクトデコーダ131sAに出力する。   The flip-flops FF20 to FF27 receive the clock signal output from the access control unit 11s, store the signal input from the input D in synchronization with the clock signal, output the stored signal from the output Q, and store the signal. The inverted signal is output from the output QB. Each of the flip-flops FF20 to FF27 is connected in series via the selectors SEL20 to SEL27 to form a shift register. When the select address is stored, the data D <7: 0> is transmitted via the selectors SEL20 to SEL27. In the case of generating a select address for reading, storing and writing data, the stored data is shifted from the flip-flop FF20 toward the flip-flop FF27, and the data is shifted to the left in the drawing. The flip-flops FF20 to F27 operate to shift “1” into the flip-flop FF20 that stores the least significant bit when shifting data. Further, the select address processing unit 12sA outputs the output Q of the flip-flops FF20 to FF27 as data DT <7: 0> to the select decoder 131sA.

セレクトデコーダ131sAは、9つの2入力の論理積ゲートAND21〜AND29を有している。
論理積ゲートAND21は、データDT<0:1>=(0,1)(左から順に、DT<0>、DT<1>の値を示す)のとき、OTPアレイ133s−1を選択する「1」レベルの選択信号SEL<0>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<0>を出力する。理積ゲートAND22は、データDT<1:2>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−2を選択する「1」レベルの選択信号SEL<1>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<1>を出力する。
The select decoder 131sA has nine 2-input AND gates AND21 to AND29.
The AND gate AND21 selects the OTP array 133s-1 when the data DT <0: 1> = (0, 1) (indicating values of DT <0> and DT <1> in order from the left). The 1 ”level selection signal SEL <0> is output, otherwise the“ 0 ”level selection signal SEL <0> is output. The AND gate AND22 outputs the “1” level selection signal SEL <1> for selecting the OTP array 133s-2 when the data DT <1: 2> = (0, 1), and otherwise “ A selection signal SEL <1> of “0” level is output.

論理積ゲートAND23は、データDT<2:3>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−3を選択する「1」レベルの選択信号SEL<2>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<2>を出力する。論理積ゲートAND24は、データDT<3:4>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−4を選択する「1」レベルの選択信号SEL<3>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<3>を出力する。
論理積ゲートAND25は、データDT<4:5>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−5を選択する「1」レベルの選択信号SEL<4>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<4>を出力する。論理積ゲートAND26は、データDT<5:6>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−6を選択する「1」レベルの選択信号SEL<5>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<5>を出力する。
The AND gate AND23 outputs a selection signal SEL <2> of “1” level for selecting the OTP array 133s-3 when the data DT <2: 3> = (0, 1), and otherwise “ A selection signal SEL <2> of “0” level is output. The AND gate AND24 outputs the “1” level selection signal SEL <3> for selecting the OTP array 133s-4 when the data DT <3: 4> = (0, 1), and otherwise “ The selection signal SEL <3> of “0” level is output.
The AND gate AND25 outputs a “1” level selection signal SEL <4> for selecting the OTP array 133s-5 when the data DT <4: 5> = (0, 1), and otherwise “ The selection signal SEL <4> of “0” level is output. The AND gate AND26 outputs the selection signal SEL <5> of “1” level for selecting the OTP array 133s-6 when the data DT <5: 6> = (0, 1), and otherwise “ A selection signal SEL <5> of “0” level is output.

論理積ゲートAND27は、データDT<6:7>=(0,1)のとき、OTPアレイ133s−7を選択する「1」レベルの選択信号SEL<6>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<6>を出力する。論理積ゲートAND28は、データDT<7>が「1」レベルのとき、OTPアレイ133s−8を選択する「1」レベルの選択信号SEL<7>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<7>を出力する。
論理ゲートAND29は、セレクトアドレス処理部12sAから「1」レベルの選択信号D<8>が入力されると、セレクトアドレスを記憶するOPTアレイ133s−8を選択する「1」レベルの選択信号SEL<8>を出力し、それ以外のとき「0」レベルの選択信号SEL<8>を出力する。
本実施形態においては、セレクトアドレス処理部12sAとセレクトデコーダ131sAとを、第1実施形態のセレクトアドレス処理部12sとセレクトデコーダ131sに比べ、少ない論理素子で構成することができる。
The AND gate AND27 outputs a selection signal SEL <6> of “1” level for selecting the OTP array 133s-7 when the data DT <6: 7> = (0, 1), and otherwise “ The selection signal SEL <6> of “0” level is output. The AND gate AND28 outputs a selection signal SEL <7> of “1” level for selecting the OTP array 133s-8 when the data DT <7> is “1” level, and “0” level otherwise. The selection signal SEL <7> is output.
When the selection signal D <8> of “1” level is input from the select address processing unit 12sA, the logic gate AND29 selects the “1” level selection signal SEL <that selects the OPT array 133s-8 storing the selection address. 8> is output. Otherwise, a selection signal SEL <8> of “0” level is output.
In the present embodiment, the select address processing unit 12sA and the select decoder 131sA can be configured with fewer logic elements than the select address processing unit 12s and the select decoder 131s of the first embodiment.

(第3実施形態)
図5は、第3実施形態の不揮発性半導体メモリ装置200sの構成を示す概略ブロック図である。不揮発性半導体メモリ装置200sは、アクセス制御部21s、セレクトアドレス処理部22s、行デコーダ23s、データ記憶部24s、ライトアンプ部14s、センスアンプ部15s、データ入出力部16s、及び、入出力端子17sを備える。
データ記憶部24sは、k個(k>1を満たす整数である。)のMTPブロック部13s−1〜13s−kを含み構成される。MTPブロック部13s−1〜13s−kは、図1に図示する第1実施形態のMTPブロック部13sと同じ構成を有しており、以下、いずれか1つ、あるいは、全てを代表して示す場合に、MTPブロック部13sという。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 200s of the third embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 200s includes an access control unit 21s, a select address processing unit 22s, a row decoder 23s, a data storage unit 24s, a write amplifier unit 14s, a sense amplifier unit 15s, a data input / output unit 16s, and an input / output terminal 17s. Is provided.
The data storage unit 24s includes k MTP block units 13s-1 to 13s-k (an integer satisfying k> 1). The MTP block units 13s-1 to 13s-k have the same configuration as that of the MTP block unit 13s of the first embodiment illustrated in FIG. 1, and one or all of them are shown as representatives below. In this case, the MTP block unit 13s is referred to.

セレクトアドレス処理部22sは、第1実施形態のセレクトアドレス処理部12sと同様に、MTPブロック部13s−1、…、13s−kそれぞれから読み出した不揮発性半導体メモリ装置200sの使用状態を示す情報であるk個のセレクトアドレスを記憶し、アクセス制御部21sが出力する読み出し動作を示す情報に応じて、セレクトアドレスをMTPブロック部13sに出力すると共に、アクセス制御部21sが出力する書き込み動作を示す情報に応じて、セレクトアドレスを更新してMTPブロック部13sに出力する。
不揮発性半導体メモリ装置200sにおいて、アクセス制御部21s、セレクトアドレス処理部22s、行デコーダ23s、データ記憶部24s以外は、第1実施形態の対応する構成と同じであるため、同じ符号(14s〜17s)を付して、その説明を省略する。
The select address processing unit 22s is information indicating the usage state of the nonvolatile semiconductor memory device 200s read from each of the MTP block units 13s-1,..., 13s-k, similarly to the select address processing unit 12s of the first embodiment. Information indicating a write operation output from the access control unit 21s while storing a certain k select addresses and outputting the select address to the MTP block unit 13s according to the information indicating the read operation output from the access control unit 21s. Accordingly, the select address is updated and output to the MTP block unit 13s.
Since the nonvolatile semiconductor memory device 200s is the same as the corresponding configuration of the first embodiment except for the access control unit 21s, the select address processing unit 22s, the row decoder 23s, and the data storage unit 24s, the same reference numerals (14s to 17s) are used. ) And description thereof is omitted.

アクセス制御部21sは、第1実施形態のアクセス制御部11sと同様に、外部から入力されるデータの読み出し命令と、外部から入力されるデータの書き込み命令とに応じて、セレクトアドレス処理部22s、ライトアンプ部14s、センスアンプ部15s、及び、データ入出力部16sそれぞれの動作順序を制御し、更に、行アドレス信号が入力され、データの読み出し及びデータの書き込みに合わせて、当該行アドレスを行デコーダ23sに出力する。行デコーダ23sは、入力された行アドレス信号をデコードして、データ記憶部24sに含まれるk個のMTPブロック部13sから当該行アドレス信号に対応するMTPブロック部13sのいずれか1つを選択する。読み出し命令において、行デコーダ23sに選択されたMTPブロック部13sは、記憶しているデータをセンスアンプ部15sに出力する。また、書きこみ命令において、行デコーダ23sに選択されたMTPブロック部13sには、ライトアンプ部14sからデータが入力されて、当該データが記憶される。   Similarly to the access control unit 11 s of the first embodiment, the access control unit 21 s selects the select address processing unit 22 s according to the data read command input from the outside and the data write command input from the outside. The operation order of each of the write amplifier unit 14s, the sense amplifier unit 15s, and the data input / output unit 16s is controlled. Further, a row address signal is input, and the row address is set to the row address in accordance with data reading and data writing. Output to the decoder 23s. The row decoder 23s decodes the input row address signal and selects any one of the MTP block units 13s corresponding to the row address signal from the k MTP block units 13s included in the data storage unit 24s. . In the read command, the MTP block unit 13s selected by the row decoder 23s outputs the stored data to the sense amplifier unit 15s. In the write instruction, data is input from the write amplifier unit 14s to the MTP block unit 13s selected by the row decoder 23s, and the data is stored.

上述のように構成された、不揮発性半導体メモリ装置200sは、第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100sの動作に比べ、行アドレス信号が入力され、行デコーダ23sが入力された行アドレス信号に対応したMTPブロック部13sを選択して動作する点が異なる。選択されたMTPブロック部13sに対しては、第1実施形態と同様の動作により、データの読み出し及び書き込みを行う。これにより、不揮発性半導体メモリ装置200sは、不揮発性半導体メモリ装置100sが1個のnビット幅のデータを記憶するのに対して、k個のnビット幅のデータを記憶することができ、各々別にデータを読み出し、及び、書き換えを行うことができる。このとき、行デコーダ23sが、外部から入力される行アドレスに応じて、k個のMTPブロック部13s−1〜13s−kのうちいずれか1つのMTPブロック部13sを選択する。   Compared to the operation of the nonvolatile semiconductor memory device 100s of the first embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device 200s configured as described above receives the row address signal and the row address signal input by the row decoder 23s. The difference is that the corresponding MTP block unit 13s is selected and operated. The selected MTP block unit 13s reads and writes data by the same operation as in the first embodiment. Accordingly, the non-volatile semiconductor memory device 200s can store k n-bit width data, whereas the non-volatile semiconductor memory device 100s stores one n-bit width data. Separately, data can be read and rewritten. At this time, the row decoder 23s selects any one MTP block unit 13s from the k MTP block units 13s-1 to 13s-k according to a row address input from the outside.

次に、不揮発性半導体メモリ装置100s、200sに用いる不揮発性のメモリ素子(記憶素子)30について説明する。
図6、7は、上述の第1実施形態から第3実施形態のOTPアレイ133sに用いるメモリ素子30の構成図である。図6(a)は、メモリ素子30のレイアウトを示す図である。図6(b)は、図6(a)の等価回路を示す図である。図示するように、メモリ素子30は、フローティングゲートFGを有するトランジスタT1である。図7(a)は、図6(a)におけるA−A’に沿った断面図を示し、図7(b)は、図6(a)におけるB−B’に沿った断面図を示す。
Next, the nonvolatile memory element (memory element) 30 used in the nonvolatile semiconductor memory devices 100s and 200s will be described.
6 and 7 are configuration diagrams of the memory element 30 used in the OTP array 133s of the first to third embodiments described above. FIG. 6A is a diagram showing a layout of the memory element 30. FIG. 6B is a diagram illustrating an equivalent circuit of FIG. As shown in the drawing, the memory element 30 is a transistor T1 having a floating gate FG. FIG. 7A shows a cross-sectional view along AA ′ in FIG. 6A, and FIG. 7B shows a cross-sectional view along BB ′ in FIG. 6A.

構造的には、図6(a)及び(b)、図7(a)及び(b)において、トランジスタT1は、p型半導体基板1上に形成(配置)される。トランジスタT1は、ドレインを形成するn型拡散層5(第1のn型拡散層)、チャネル領域4、ソースを形成するn型拡散層7(第2のn型拡散層)が、順に直列方向(第1の方向)に配置され、n型拡散層5とn型拡散層7とが、チャネル領域4を挟んで対向して配置され、トランジスタT1のトランジスタ形成領域8を形成する。
n型拡散層5は、コンタクト10を介して直列方向に配置されるドレイン配線であるメタル配線12(第1のメタル配線)と接続する。n型拡散層7は、コンタクト11を介して直列方向と直交する同一平面上の水平方向に配置されるソース配線であるメタル配線13(第2のメタル配線)と接続する。
Structurally, in FIGS. 6A and 6B and FIGS. 7A and 7B, the transistor T1 is formed (arranged) on the p-type semiconductor substrate 1. In the transistor T1, an n-type diffusion layer 5 (first n-type diffusion layer) that forms a drain, a channel region 4, and an n-type diffusion layer 7 (second n-type diffusion layer) that forms a source are arranged in series. The n-type diffusion layer 5 and the n-type diffusion layer 7 are arranged opposite to each other with the channel region 4 interposed therebetween to form a transistor formation region 8 of the transistor T1.
The n-type diffusion layer 5 is connected via a contact 10 to a metal wiring 12 (first metal wiring) that is a drain wiring arranged in series. The n-type diffusion layer 7 is connected via a contact 11 to a metal wiring 13 (second metal wiring) which is a source wiring arranged in the horizontal direction on the same plane orthogonal to the series direction.

トランジスタ形成領域8に対して水平方向に一定の間隔をあけて、p型半導体基板1上にn型ウエル2が形成され、n型ウエル2上にn型拡散層17(第3のn型拡散層)とp型拡散層15(第1のp型拡散層)とが形成される。n型拡散層17は、コンタクト18を介して水平方向(第2の方向)に配置されるコントロールゲート配線であるメタル配線19(第3のメタル配線)と接続される。p型拡散層15は、n型拡散層17と同様に、コンタクト16を介してメタル配線19と接続される。
メタル配線19と平行に配置されるポリシリコン9は、フローティングゲートFGを形成し、n型ウエル2の領域の一部と、あるいは、p型拡散層15の領域の一部と、チャネル領域4の一部とを覆うように配置され、n型ウエル2との間に容量を形成すると共に、チャネル領域4との間に容量を形成する。
なお、20と21とで示される領域は、分離用絶縁酸化膜である。
An n-type well 2 is formed on the p-type semiconductor substrate 1 at a certain interval in the horizontal direction with respect to the transistor formation region 8, and an n-type diffusion layer 17 (third n-type diffusion) is formed on the n-type well 2. Layer) and p-type diffusion layer 15 (first p-type diffusion layer) are formed. The n-type diffusion layer 17 is connected via a contact 18 to a metal wiring 19 (third metal wiring) which is a control gate wiring arranged in the horizontal direction (second direction). The p-type diffusion layer 15 is connected to the metal wiring 19 through the contact 16 similarly to the n-type diffusion layer 17.
Polysilicon 9 arranged in parallel with metal wiring 19 forms floating gate FG, and forms part of n-type well 2 region or part of p-type diffusion layer 15 region and channel region 4. A capacitor is formed between the n-type well 2 and a capacitor with the channel region 4.
The region indicated by 20 and 21 is an isolation insulating oxide film.

次に、図8は、メモリ素子30の動作表を示すテーブルである。図8(a)は、メモリ素子30をOTPとして用いる場合の動作表である。メモリ素子30に対する書き込み動作は、コントロールゲートCGに6V(第2の電圧)の電圧を印加し、ドレインDに5V(第1の電圧)の電圧を印加し、ソースSに0Vの電圧を印加する。これにより、高電圧が印加されたドレインD近傍に空乏層が形成されてホットエレクトロンが発生し、発生したホットエレクトロンがフローティングゲートFGに注入されて蓄積する。その結果、メモリ素子30のフローティングゲートトランジスタT1の閾値電圧が初期状態より高い電圧に変化し、書き込み状態となる。   Next, FIG. 8 is a table showing an operation table of the memory element 30. FIG. 8A is an operation table when the memory element 30 is used as an OTP. In the write operation to the memory element 30, a voltage of 6V (second voltage) is applied to the control gate CG, a voltage of 5V (first voltage) is applied to the drain D, and a voltage of 0V is applied to the source S. . As a result, a depletion layer is formed in the vicinity of the drain D to which a high voltage is applied, and hot electrons are generated. The generated hot electrons are injected into the floating gate FG and accumulated. As a result, the threshold voltage of the floating gate transistor T1 of the memory element 30 changes to a voltage higher than the initial state, and a write state is entered.

次に、メモリ素子30に対する読み出し動作は、コントロールゲートCGに3Vの電圧を印加し、ドレインDに1V(第3の電圧)の電圧を印加し、ソースSに0Vの電圧を印加する。このとき、メモリ素子30のドレインDとソースSとの間に電流が流れるか否かにより、消去状態であるか、あるいは、書き込み状態であるかを判断し、情報を読み出す。メモリ素子30の初期状態における閾値電圧は、1V程度であり、コントロールゲートCGに3Vを印加するとオン状態となり通電する。一方、書き込み状態では、メモリ素子30の閾値電圧は、フローティングゲートFGに電子が注入されて5V程度であり、コントロールゲートCGに3Vを印加してもオフ状態であり、通電しない。   Next, in the read operation for the memory element 30, a voltage of 3V is applied to the control gate CG, a voltage of 1V (third voltage) is applied to the drain D, and a voltage of 0V is applied to the source S. At this time, whether an erase state or a write state is determined according to whether or not a current flows between the drain D and the source S of the memory element 30 and information is read. The threshold voltage in the initial state of the memory element 30 is about 1V, and when 3V is applied to the control gate CG, it is turned on and energized. On the other hand, in the write state, the threshold voltage of the memory element 30 is about 5 V when electrons are injected into the floating gate FG. Even if 3 V is applied to the control gate CG, it is in an off state and is not energized.

続いて、図8(b)は、メモリ素子30をMTPとして用いる場合の動作表である。メモリ素子30に対する書き込み及び読み出し動作は、図8(a)に図示した動作と同じなので、その説明を省略する。
メモリ素子30に対する消去動作は、コントロールゲートCGに0Vの電圧を印加し、ドレインDに8V(第4の電圧)の電圧を印加し、ソースSをオープン状態にするか、あるいは、ソースSに2V(第5の電圧)の電圧を印加する。これにより、コントロールゲートCGとドレインDとの間に高電界が加わり、FN電流が流れると共に、フローティングゲートFGから電子がドレインDに放出される。これにより、メモリ素子30の閾値電圧が初期状態より低い電圧に変化した状態、データが消去された状態である消去状態になる。
Next, FIG. 8B is an operation table when the memory element 30 is used as an MTP. Write and read operations on the memory element 30 are the same as those illustrated in FIG.
In the erasing operation on the memory element 30, a voltage of 0V is applied to the control gate CG, a voltage of 8V (fourth voltage) is applied to the drain D, and the source S is opened, or 2V is applied to the source S. A voltage of (fifth voltage) is applied. As a result, a high electric field is applied between the control gate CG and the drain D, an FN current flows, and electrons are emitted from the floating gate FG to the drain D. As a result, the memory device 30 enters an erased state in which the threshold voltage has changed to a voltage lower than the initial state, and data has been erased.

次に、メモリ素子30の消去動作により閾値電圧が初期状態の閾値電圧より低くなった状態(過消去状態)のうち、閾値電圧が負になってしまう場合がある。この場合、メモリ素子30は、コントロールゲートCGが0Vでも、常にオン状態となるので、ドレインDとソースSとに電圧を印加するとドレインDとソースSとの間に常に電流が流れる状態となり、コントロールゲートCG印加する電圧による選択性がなくなり、メモリアレイに組み込んだ場合、不良となってしまう。そこで、低くなりすぎた閾値電圧を初期状態の閾値電圧近傍に戻す書き戻し動作を行う。書き戻し動作には、以下に示すように2通りある。   Next, the threshold voltage may become negative in a state where the threshold voltage is lower than the threshold voltage in the initial state (over-erased state) by the erase operation of the memory element 30. In this case, the memory element 30 is always in an on state even when the control gate CG is 0 V. Therefore, when a voltage is applied to the drain D and the source S, a current always flows between the drain D and the source S. The selectivity due to the voltage applied to the gate CG is lost, and when it is incorporated in the memory array, it becomes defective. Therefore, a write-back operation is performed to return the threshold voltage that has become too low to the vicinity of the threshold voltage in the initial state. There are two write-back operations as shown below.

1つ目の書き戻し動作(第1の書き戻し動作)は、図示するように、コントロールゲートCGに0V又は1V(第3の電圧)の電圧を印加し、ドレインDに8V(第4の電圧)の電圧を印加し、ソースSに0Vの電圧を印加する。このとき、メモリ素子30が過消去されていれば、オン状態となりドレインDとソースSとの間には、チャネル電流が流れると共に、ドレインDに高電圧を印加しているので、ドレインD近傍にホットエレクトロンが発生し、フローティングゲートFGにホットエレクトロンが注入される書き込みが行われる。これにより、メモリ素子30の閾値電圧は上昇して、正の閾値電圧となる。このとき、コントロールゲートCGには、書き込み動作に比べ低い電圧が印加されているので、書き込み動作に比べフローティングゲートFGに注入されるホットエレクトロンの量は少ない。この書き込みを、弱書き込み(ドレインストレス)という。   In the first write-back operation (first write-back operation), as shown in the figure, a voltage of 0 V or 1 V (third voltage) is applied to the control gate CG, and 8 V (fourth voltage) is applied to the drain D. ) And a voltage of 0 V is applied to the source S. At this time, if the memory element 30 is over-erased, the memory element 30 is turned on, a channel current flows between the drain D and the source S, and a high voltage is applied to the drain D. Writing is performed in which hot electrons are generated and hot electrons are injected into the floating gate FG. As a result, the threshold voltage of the memory element 30 increases and becomes a positive threshold voltage. At this time, since a voltage lower than that in the write operation is applied to the control gate CG, the amount of hot electrons injected into the floating gate FG is smaller than that in the write operation. This writing is called weak writing (drain stress).

2つ目の書き戻し動作(第2の書き戻し動作)は、基本的に書き込み動作であるが、時間をかけて徐々に書き込みを行う必要があるので、コントロールゲートCGに印加する電圧を1V程度から3V程度まで、電圧を徐々に上げて複数回書き込みを行うことにより、閾値電圧を正の値、1V程度に変化させる。このとき、コントロールゲートCGに印加する電圧は、予め定められたステップで電圧を徐々に高くしてもよいし、電圧を印加する時間に応じて線形的に増加させてもよい。   The second write-back operation (second write-back operation) is basically a write operation, but since it is necessary to write gradually over time, the voltage applied to the control gate CG is about 1V. The threshold voltage is changed to a positive value of about 1V by gradually increasing the voltage from 1 to about 3V and performing writing a plurality of times. At this time, the voltage applied to the control gate CG may be gradually increased in a predetermined step, or may be increased linearly according to the voltage application time.

次に、図9は、メモリ素子30の書き込み、消去、及び、書き戻しそれぞれの動作による特性の変化を示すグラフ及びメモリ素子30の等価回路であるフローティングゲートトランジスタT1を示す図である。縦軸方向は、ドレイン電流を示し、横軸方向は、コントロールゲート電圧を示す。メモリ素子30は、初期状態において閾値電圧は1Vであるが、書き込み動作により閾値電圧は5Vに変化する。その後に、メモリ素子30の閾値電圧は、消去動作により−1Vに変化し、書き戻し動作により1Vに変化させることができる。このように、メモリ素子30の閾値電圧を変化させることにより、メモリ素子30に情報を記憶させることができる。   Next, FIG. 9 is a graph showing changes in characteristics due to operations of writing, erasing, and writing back of the memory element 30, and a diagram showing the floating gate transistor T1 that is an equivalent circuit of the memory element 30. The vertical axis direction represents the drain current, and the horizontal axis direction represents the control gate voltage. The memory device 30 has a threshold voltage of 1V in the initial state, but the threshold voltage changes to 5V by the write operation. Thereafter, the threshold voltage of the memory element 30 can be changed to −1V by the erase operation and can be changed to 1V by the write-back operation. As described above, information can be stored in the memory element 30 by changing the threshold voltage of the memory element 30.

次に、図10は、メモリ素子30の弱書き込みの特性を示すグラフ、及び、メモリ素子30の等価回路であるフローティングゲートトランジスタT1と印加する電圧とを示す図である。縦軸方向は、メモリ素子30の閾値電圧であり、横軸方向は、弱書き込みを行う時間である。例えば、コントロールゲートCGに0Vの電圧を印加する弱書き込みを行うと、ドレイン近傍の高電界により高エネルギーを有するホットエレクトロンが発生し、その一部のホットエレクトロンがフローティングゲートFGに注入されて弱書き込みとなり、メモリ素子30の閾値電圧は、最終的には初期状態の閾値電圧に自己収束する。ここで、コントロールゲートCGに1Vの電圧を印加すると、コントロールゲートCGに印加した電圧に応じて収束する閾値電圧がシフトするので、収束する閾値電圧を制御することができる。この特性を用いて、消去動作により過消去状態となったメモリ素子30に対して書き戻しを行うことにより、メモリ素子30の閾値電圧を正の閾値電圧に自己収束させることができ、過消去状態を解消することができる。   Next, FIG. 10 is a graph showing the weak write characteristics of the memory element 30, and a diagram showing a voltage applied to the floating gate transistor T1 which is an equivalent circuit of the memory element 30. The vertical axis direction is the threshold voltage of the memory element 30, and the horizontal axis direction is the time for performing weak writing. For example, when weak writing is performed by applying a voltage of 0 V to the control gate CG, hot electrons having high energy are generated by a high electric field in the vicinity of the drain, and some of the hot electrons are injected into the floating gate FG to weakly write. Thus, the threshold voltage of the memory element 30 eventually self-converges to the initial threshold voltage. Here, when a voltage of 1V is applied to the control gate CG, the threshold voltage that converges in accordance with the voltage applied to the control gate CG shifts, so that the threshold voltage that converges can be controlled. By using this characteristic, the threshold voltage of the memory element 30 can be self-converged to a positive threshold voltage by writing back to the memory element 30 that has been over-erased by the erasing operation. Can be eliminated.

図11は、メモリ素子30のカップリング系の等価回路を示す図である。コントロールゲートCGに印加される電位をVCG、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGの静電容量をC(FC)、ソースSに印加される電位をVS、ソースSとフローティングゲートFGとの間の静電容量をC(FS)、半導体基板Subに印加される電位をVsub、半導体基板SubとフローティングゲートFGとの間の静電容量をC(FB)、ドレインDに印加される電位をVD、ドレインDとフローティングゲートFGとの間の静電容量をC(FD)、フローティングゲートに印加される電位をVFGとする。
フローティングゲートFGの状態が初期状態(中性状態)のとき、この系のトータルチャージは、ゼロであるから次式(1)が成り立つ。
FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of the coupling system of the memory element 30. The potential applied to the control gate CG is VCG, the electrostatic capacity of the control gate CG and the floating gate FG is C (FC), the potential applied to the source S is VS, and the electrostatic potential between the source S and the floating gate FG. The capacitance is C (FS), the potential applied to the semiconductor substrate Sub is Vsub, the capacitance between the semiconductor substrate Sub and the floating gate FG is C (FB), the potential applied to the drain D is VD, and the drain D And the floating gate FG is C (FD), and the potential applied to the floating gate is VFG.
When the state of the floating gate FG is the initial state (neutral state), the total charge of this system is zero, so the following equation (1) holds.

Figure 2010238278
Figure 2010238278

この系の総静電容量をCTとすると、CTは次式(2)で表される。   When the total capacitance of this system is CT, CT is expressed by the following equation (2).

Figure 2010238278
Figure 2010238278

式(2)を用いて、式(1)をVFGについて変形すると次式(3)と表せる。   When Expression (1) is transformed with respect to VFG using Expression (2), it can be expressed as the following Expression (3).

Figure 2010238278
Figure 2010238278

ここで、C(FD)=C(FS)≒0,Vsub=VS=0とすると、式(3)は次式(4)のように表される。   Here, assuming that C (FD) = C (FS) ≈0 and Vsub = VS = 0, Expression (3) is expressed as the following Expression (4).

Figure 2010238278
Figure 2010238278

ここで、C(FG)/{C(FC)}+C(FB)=α(カップリング比)とすると、式(4)は、次式(5)で表される。   Here, when C (FG) / {C (FC)} + C (FB) = α (coupling ratio), Expression (4) is expressed by the following Expression (5).

Figure 2010238278
Figure 2010238278

通常α≒0.6に設定し、フローティングゲートFGなどの静電容量を定めて、不揮発性半導体メモリセルの設計を行う。   Normally, α≈0.6 is set, and the capacitance of the floating gate FG and the like is determined, and the nonvolatile semiconductor memory cell is designed.

上述のメモリ素子30は、標準的なCMOSプロセスで製造可能な記憶素子である。メモリ素子30を記憶素子として用いた第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100s及び第2実施形態の不揮発性半導体メモリ装置200sは、製造工程を増やさずにシステムLSIなどに混載することができる。   The memory element 30 described above is a memory element that can be manufactured by a standard CMOS process. The nonvolatile semiconductor memory device 100s according to the first embodiment and the nonvolatile semiconductor memory device 200s according to the second embodiment using the memory element 30 as a memory element can be mixedly mounted on a system LSI or the like without increasing the manufacturing process.

(第4実施形態)
図12は、第4実施形態におけるメモリ素子30を用いたマトリックスアレイ(メモリアレイ)を有するOTPとしての図1に示した第1実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100sの構成例を示す概略図である。
メモリアレイは、図示するように、セレクト信号線(選択信号線)SEL1〜SELm+1と、ビット線BIT1−0、…、BITj−0、…、BIT1−7、…、BITj−7との交点それぞれメモリ素子30が配置され構成される。また、メモリアレイは、読み出し及び書き込みを8ビット単位で行う構成とし、すなわち、データの入出を8ビット単位で行う構成とする。不揮発性半導体メモリ装置100sは、メモリ素子30であるメモリセルM11−0〜M11−7、…、M(m+1)j−0〜M(m+1)j−7からなるメモリアレイ、セレクトデコーダ131sに相当するセレクトデコーダ2000、列デコーダ300−1〜300−j、データ入力変換回路400、センスアンプ部15sに相当するセンスアンプ500−0〜500−7、セレクトアドレス処理部12sに相当するセレクトアドレス処理部600、列デコーダ300−1〜300−jの出力に応じてオン/オフを切り替えるスイッチ素子CG1−0〜CGj−0、…、CG1−7〜CGj−7を含み構成される。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration example of the nonvolatile semiconductor memory device 100s of the first embodiment shown in FIG. 1 as an OTP having a matrix array (memory array) using the memory elements 30 in the fourth embodiment. is there.
As shown in the figure, the memory array has memory at intersections of select signal lines (selection signal lines) SEL1 to SELm + 1 and bit lines BIT1-0,..., BITj-0, ..., BIT1-7, ..., BITj-7. An element 30 is arranged and configured. The memory array is configured to perform reading and writing in units of 8 bits, that is, configured to perform data input / output in units of 8 bits. The non-volatile semiconductor memory device 100s corresponds to a memory array and select decoder 131s composed of memory cells M11-0 to M11-7,..., M (m + 1) j-0 to M (m + 1) j-7, which are memory elements 30. Select decoder 2000, column decoders 300-1 to 300-j, data input conversion circuit 400, sense amplifiers 500-0 to 500-7 corresponding to sense amplifier unit 15s, and select address processing unit corresponding to select address processing unit 12s 600, switching elements CG1-0 to CGj-0,... CG1-7 to CGj-7 that are turned on / off according to the outputs of the column decoders 300-1 to 300-j.

1ビット目に相当するデータを記憶する(m+1)×j個のメモリセルM11−0〜M(m+1)j−0は、メモリブロック100−0を構成する。2〜8ビット目それぞれのデータを記憶するメモリセルM11−1〜M(m+1)j−1、…、M11−7〜M(m+1)j−7は、1ビット目と同様に、メモリブロック100−1、…、100−7を構成する。
メモリブロック100−0において、メモリセルM11−0〜M(m+1)1−0のドレインDは、ビット線BIT1−0に接続される。メモリセルM12−0〜M(m+1)j−0のドレインDは、メモリセルM11−0〜M(m+1)1−0と同様に、ビット線BIT2−0〜BITj−0に接続される。メモリブロック100−1〜100−7においても、メモリブロック100−0と同様に、それぞれのメモリセルM11−1〜M(m+1)j−1、…、M11−7〜M(m+1)j−7のドレインDは、ビット線BIT1−1〜BITj−1、…、BIT1−7〜BITj−7に接続される。ビット線BIT1−0〜BITj−0、…、BIT1−7〜BITj−7は、スイッチ素子CG1−0〜CGj−0、…、CG1−7〜CGj−7を介してデータ線D0〜D7に接続される。
The (m + 1) × j memory cells M11-0 to M (m + 1) j-0 storing data corresponding to the first bit constitute the memory block 100-0. The memory cells M11-1 to M (m + 1) j-1,..., M11-7 to M (m + 1) j-7 that store the data of the second to eighth bits are similar to the first bit in the memory block 100. -1, ..., 100-7.
In the memory block 100-0, the drain D of the memory cells M11-0 to M (m + 1) 1-0 is connected to the bit line BIT1-0. The drains D of the memory cells M12-0 to M (m + 1) j-0 are connected to the bit lines BIT2-0 to BITj-0 similarly to the memory cells M11-0 to M (m + 1) 1-0. Also in the memory blocks 100-1 to 100-7, similarly to the memory block 100-0, each of the memory cells M11-1 to M (m + 1) j-1,..., M11-7 to M (m + 1) j-7 Are connected to bit lines BIT1-1 to BITj-1,... BIT1-7 to BITj-7. Bit lines BIT1-0 to BITj-0,... BIT1-7 to BITj-7 are connected to data lines D0 to D7 via switch elements CG1-0 to CGj-0,... CG1-7 to CGj-7. Is done.

セレクトデコーダ2000は、m+1個のセレクトデコーダ回路200−1〜200−m+1を有し、セレクトデコーダ回路200−1〜200−m+1がセレクトアドレス処理部600から出力されるセレクトアドレスをデコードして、セレクト信号線SEL1〜SELm+1のいずれか1つのセレクト信号線を活性化する。セレクト信号線SEL1は、各メモリブロック100−0〜100−7に含まれるメモリセルM11−0〜M1j−0、…、M11−7〜M1j−7のコントロールゲートCGに接続され、データの読み出し又は書き込みをするメモリセルを選択する。セレクト信号線SEL2〜SELm+1は、セレクト信号線SEL1と同様に、各メモリブロック100−0〜100−7に含まれるメモリセルのコントロールゲートCGに接続され、データの読み出し又は書き込みをするメモリセルを選択する。セレクトデコーダ回路200−1〜200−m+1は、それぞれアドレスデコード回路201、インバータ202、レベルシフト回路203を含み構成される。   The select decoder 2000 includes m + 1 select decoder circuits 200-1 to 200-m + 1. The select decoder circuits 200-1 to 200-m + 1 decode the select address output from the select address processing unit 600 and select the select address. Any one of the signal lines SEL1 to SELm + 1 is activated. The select signal line SEL1 is connected to the control gate CG of the memory cells M11-0 to M1j-0,..., M11-7 to M1j-7 included in each of the memory blocks 100-0 to 100-7 to read data or A memory cell to be written is selected. Like the select signal line SEL1, the select signal lines SEL2 to SELm + 1 are connected to the control gates CG of the memory cells included in the memory blocks 100-0 to 100-7, and select the memory cell from which data is read or written. To do. Each of the select decoder circuits 200-1 to 200-m + 1 includes an address decode circuit 201, an inverter 202, and a level shift circuit 203.

列デコーダ300−1〜300−jは、それぞれ列デコーダ回路301、インバータ302、レベルシフト回路303を含み構成され、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスをデコードして、カラム線COL1〜COLjのいずれか1つのカラム線を活性化してビット線を選択し、スイッチ素子CG1−0〜CGj−0、…、CG1−7〜CGj−7のオン/オフを切り替える。
データ入力変換回路400は、入力データDin0〜Din7が入力され、書き込み動作に応じた高電圧Vp3(5V)を、データ線D0〜D7に出力してカラム線COL1〜COLj、及び、セレクト信号線SEL1〜SELm+1により選択されるメモリセルに印加する。センスアンプ500−0〜500−7は、データ線D0〜D7に接続されカラム線COL1〜COLj、及び、セレクト信号線SEL1〜SELm+1により選択されるメモリセルから読み出したデータを増幅して出力データDout0〜Dout7として出力する。全てのメモリセルM11−0〜Mmj−7のソースSは、共通接続され接地される。
Each of the column decoders 300-1 to 300-j includes a column decoder circuit 301, an inverter 302, and a level shift circuit 303. The column decoders 300-1 to 300-j decode the select address output from the select address processing unit 600 and output the column lines COL1 to COLj. Any one column line is activated to select a bit line, and switching elements CG1-0 to CGj-0,..., CG1-7 to CGj-7 are turned on / off.
The data input conversion circuit 400 receives input data Din0 to Din7, outputs a high voltage Vp3 (5 V) corresponding to the write operation to the data lines D0 to D7, and outputs the column lines COL1 to COLj and the select signal line SEL1. Apply to the memory cell selected by ~ SELm + 1. The sense amplifiers 500-0 to 500-7 are connected to the data lines D0 to D7, amplify the data read from the memory cells selected by the column lines COL1 to COLj and the select signal lines SEL1 to SELm + 1, and output data Dout0. Output as ~ Dout7. The sources S of all the memory cells M11-0 to Mmj-7 are commonly connected and grounded.

次に、本実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100sの動作を説明する。
書き込み動作において、例えば、セレクトデコーダ回路200−1と列デコーダ300−1が、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスにより、セレクト信号線SEL1とカラム線COL1とを活性化する。このとき、セレクト信号線SEL1には、電圧Vp1(6V)が印加され、メモリセルM11−0〜M1j−0、…、M11−7〜M1j−7のコントロールゲートCGに電圧Vp1(6V)が印加される。データ入力変換回路400は、入力データDin0〜Din7に応じてデータ線D0〜D7に電圧Vp3(5V)を印加する。また、列デコーダ300−1は、カラム線COL1に電圧Vp3より高い電圧Vp2が列デコーダ300−1のレベルシフト回路303により印加し、スイッチ素子CG1−0、CG1−1、…、CG1−7をオンにすることで、データ線D0〜D7とビット線BIT1−0、BIT1−1、…、BIT1−7とを接続し、メモリセルのドレインDに電圧Vp3を印加する。
Next, the operation of the nonvolatile semiconductor memory device 100s of this embodiment will be described.
In the write operation, for example, the select decoder circuit 200-1 and the column decoder 300-1 activate the select signal line SEL1 and the column line COL1 by the select address output from the select address processing unit 600. At this time, the voltage Vp1 (6V) is applied to the select signal line SEL1, and the voltage Vp1 (6V) is applied to the control gate CG of the memory cells M11-0 to M1j-0,..., M11-7 to M1j-7. Is done. The data input conversion circuit 400 applies a voltage Vp3 (5 V) to the data lines D0 to D7 according to the input data Din0 to Din7. Further, the column decoder 300-1 applies a voltage Vp2 higher than the voltage Vp3 to the column line COL1 by the level shift circuit 303 of the column decoder 300-1, and the switch elements CG1-0, CG1-1,. By turning on, the data lines D0 to D7 and the bit lines BIT1-0, BIT1-1,... BIT1-7 are connected, and the voltage Vp3 is applied to the drain D of the memory cell.

例えば、書き込みデータをDin0=Din2=Din4=Din6=「0」データ(書き込みをする)、Din1=Din3=Din5=Din7=「1」(書き込みをしない)が入力された場合、データ線D0,D2,D4,D6には、電圧Vp3が印加され、データ線D1,D3,D5,D7には、0Vの電圧が印加される。カラム線COL1が選択されているので、ビット線BIT1−0、BIT1−2、BIT1−4、BIT1−6には電圧Vp3(5V)が印加され、ビット線BIT1−1、BIT1−3、BIT1−5、BIT1−7には、0Vの電圧が印加される。これにより、メモリセルM11−0、M11−2、M11−4、M11−6には、書き込みが行われ、メモリセルM11−1、M11−3、M11−5、M11−7には書き込みが行われない。
上述のように、セレクトアドレスに応じてメモリセルが選択され、選択されたメモリセルにデータが記憶される。
For example, when write data is input as Din0 = Din2 = Din4 = Din6 = “0” data (write), Din1 = Din3 = Din5 = Din7 = “1” (not write), the data lines D0, D2 , D4, D6 are applied with voltage Vp3, and data lines D1, D3, D5, D7 are applied with 0V voltage. Since the column line COL1 is selected, the voltage Vp3 (5V) is applied to the bit lines BIT1-0, BIT1-2, BIT1-4, BIT1-6, and the bit lines BIT1-1, BIT1-3, BIT1- 5, 0V is applied to BIT1-7. As a result, the memory cells M11-0, M11-2, M11-4, and M11-6 are written, and the memory cells M11-1, M11-3, M11-5, and M11-7 are written. I will not.
As described above, a memory cell is selected according to the select address, and data is stored in the selected memory cell.

読み出し動作は、上述のようにセレクトアドレスに応じてメモリセルが選択され、選択されたメモリセルに流れる電流をセンスアンプ500−0〜500−7が検出し、検出した電流を増幅してデータを検出して「0」又は「1」に対応する電圧を出力データDout0〜Dout7として出力する。このとき、メモリセルが消去状態(「1」;オン)であればメモリセルに電流が流れ、選択されたメモリセルが書き込み状態(「0」;オフ)であればメモリセルに電流が流れない。
なお、図1の第1実施形態では、nビット幅のデータを1度に読み出し及び書き込みを行う構成を示したが、本実施形態では、不揮発性半導体メモリ装置100sは、n>8の場合、nビット幅のデータを8ビットごとに読み出し及び書き込みを複数回行い、その複数回の切り替えを列デコーダ300−1〜300−jが行う。このとき、セレクトアドレス処理部600は、読み出すデータ又は書き込むデータの順序を制御するために、セレクトアドレスの一部、例えば、セレクトアドレスの上位ビットを順次切り替えて8ビットごとのデータに対する読み出し及び書き込みを行う。
もちろん、セレクトアドレス処理部600は、セレクトアドレスの一部の順次切り替えずに、外部アドレス端子より入力する列アドレスに応じて、任意の列アドレスを選択しても良い。
In the read operation, a memory cell is selected according to the select address as described above, the sense amplifiers 500-0 to 500-7 detect the current flowing through the selected memory cell, and the detected current is amplified to obtain data. The voltage corresponding to “0” or “1” is detected and output as output data Dout0 to Dout7. At this time, if the memory cell is in the erased state (“1”; on), a current flows through the memory cell, and if the selected memory cell is in the written state (“0”; off), no current flows through the memory cell. .
In the first embodiment of FIG. 1, the configuration in which the n-bit width data is read and written at a time is shown. However, in the present embodiment, the nonvolatile semiconductor memory device 100s has n> 8 when n> 8. The n-bit width data is read and written every 8 bits a plurality of times, and the column decoders 300-1 to 300-j perform the switching a plurality of times. At this time, in order to control the order of data to be read or written, the select address processing unit 600 sequentially switches a part of the select address, for example, the upper bits of the select address, and reads and writes data for every 8 bits. Do.
Of course, the select address processing unit 600 may select an arbitrary column address according to the column address input from the external address terminal without sequentially switching a part of the select address.

(第5実施形態)
図13は、第5実施形態におけるメモリ素子30を用いたマトリックスアレイ(メモリアレイ)を有するMTPとしての図5に示した第3実施形態の不揮発性半導体メモリ装置200sの構成を示す概略ブロック図である。不揮発性半導体メモリ装置200sは、図12に示した第4実施形態が1個のnビット幅(n=8)のデータをm回書き換え可能なOTPであるのに対して、k個のnビット幅のデータをm回書き換え可能なOTPである。不揮発性半導体メモリ装置200sは、不揮発性半導体メモリ装置100sと比べ、k個の行デコーダ700−1〜700−kと、k個のセレクトデコーダ2000−1〜2000−kと、k×8個のメモリブロック100−10〜100−17、…、100−k0〜100−k7を有する点と、セレクトアドレス処理部600に替えてセレクトアドレス処理部601を有する点が異なる。不揮発性半導体メモリ装置100sと同じ構成については、対応する構成と同じ符号(300−1〜300−j、400、500−0〜500−7)を付して、その説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a schematic block diagram showing a configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 200s of the third embodiment shown in FIG. 5 as an MTP having a matrix array (memory array) using the memory elements 30 in the fifth embodiment. is there. The non-volatile semiconductor memory device 200s is k n bits, whereas the fourth embodiment shown in FIG. 12 is an OTP that can rewrite one n-bit width (n = 8) data m times. The OTP can rewrite the width data m times. The non-volatile semiconductor memory device 200s includes k row decoders 700-1 to 700-k, k select decoders 2000-1 to 2000-k, and k × 8, as compared with the non-volatile semiconductor memory device 100s. The memory blocks 100-10 to 100-17,..., 100-k0 to 100-k7 are different from the memory blocks 100-10 to 100-17 in that a select address processing unit 601 is provided instead of the select address processing unit 600. The same components as those of the non-volatile semiconductor memory device 100s are denoted by the same reference numerals (300-1 to 300-j, 400, 500-0 to 500-7) as the corresponding components, and the description thereof is omitted.

メモリブロック100−10〜100−17からなるメモリブロック群には、1つセレクトアドレスが記憶される。同様に、メモリブロック100−20〜27、…、メモリブロック100−k0〜100−k7からなる7個のメモリブロック群それぞれには、1つのセレクトアドレスが記憶され、k個のセレクトアドレスがメモリブロック100−10〜100−17、…、100−k0〜100−k7に記憶されている。
セレクトアドレス処理部601は、図5に示すセレクトアドレス処理部22sに相当し、k個のセレクトアドレスを読み出して記憶すると共に、不図示のアクセス制御部が出力する読み出し動作を示す情報に応じて、データを読み出すメモリブロック群に対応するセレクトアドレスをセレクトデコーダ2000−1〜2000−kに出力し、アクセス制御部が出力する書き込み動作を示す情報に応じて、データを書き込むメモリブロック群に対応したセレクトアドレスを更新してセレクトデコーダ2000−1〜2000−kに出力する。
One select address is stored in the memory block group including the memory blocks 100-10 to 100-17. Similarly, one select address is stored in each of seven memory block groups including memory blocks 100-20 to 27,..., Memory blocks 100-k0 to 100-k7, and k select addresses are stored in the memory block. 100-10 to 100-17, ..., 100-k0 to 100-k7.
The select address processing unit 601 corresponds to the select address processing unit 22s shown in FIG. 5, reads and stores k select addresses, and according to information indicating a read operation output by an access control unit (not shown). A select address corresponding to the memory block group from which data is read is output to select decoders 2000-1 to 2000-k, and the select corresponding to the memory block group to which data is written is output according to the information indicating the write operation output from the access control unit. The address is updated and output to the select decoders 2000-1 to 2000-k.

行デコーダ700−1〜700−kそれぞれには、セレクトデコーダ2000−1〜2000−kと、メモリブロック100−10〜100−17、…、100−k0〜100−k7とが対応付けられて接続される。セレクトデコーダ2000−1〜2000−kは、同じ構成を有しており、図12に示した第4実施形態のセレクトデコーダ2000と同じ構成である。
外部から入力される行アドレスにより、行デコーダ700−1〜700−kのうち1つが活性化され、活性化された行デコーダは、対応したセレクトデコーダとメモリブロックとを選択して活性化し、第4実施形態で説明した動作(書き込み、読み出し、消去、書き戻し)を行う。不揮発性半導体メモリ装置200sは、セレクトアドレス処理部601と、行デコーダ700−1〜700−kとを備えることにより、nビット幅のk個のデータを記憶し、読み出すことができる。これにより、不揮発性半導体メモリ装置200sは、異なるk個のデータを記憶することができ複数のデータが要求されるOTPに用いることが可能となる。
The row decoders 700-1 to 700-k are connected to the select decoders 2000-1 to 2000-k and the memory blocks 100-10 to 100-17, ..., 100-k0 to 100-k7 in association with each other. Is done. The select decoders 2000-1 to 2000-k have the same configuration and the same configuration as the select decoder 2000 of the fourth embodiment shown in FIG.
One of row decoders 700-1 to 700-k is activated by a row address input from the outside, and the activated row decoder selects and activates a corresponding select decoder and memory block, and The operations (writing, reading, erasing, writing back) described in the fourth embodiment are performed. The nonvolatile semiconductor memory device 200s includes the select address processing unit 601 and the row decoders 700-1 to 700-k, thereby storing and reading k pieces of data having an n-bit width. As a result, the non-volatile semiconductor memory device 200s can store k different pieces of data and can be used for OTPs that require a plurality of pieces of data.

(第6実施形態)
図14は、第6実施形態における不揮発性半導体メモリ装置101sの構成を示す概略ブロック図である。不揮発性半導体メモリ装置101sは、第4実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100sが有するメモリ素子30それぞれをOTPとしてではなく、MTPとして使用する構成が特徴である。メモリ素子30をMTPとして使用するために、不揮発性半導体メモリ装置101sは、メモリ素子30のソースSに消去動作用の電圧を印加する消去制御回路800を備えること以外、図12に示した第4実施形態の不揮発性半導体メモリ装置100sと同じ構成であり、対応する構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 14 is a schematic block diagram showing the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 101s in the sixth embodiment. The nonvolatile semiconductor memory device 101s is characterized in that each of the memory elements 30 included in the nonvolatile semiconductor memory device 100s of the fourth embodiment is used not as OTP but as MTP. In order to use the memory element 30 as an MTP, the non-volatile semiconductor memory device 101 s includes the erase control circuit 800 that applies a voltage for erase operation to the source S of the memory element 30. The configuration is the same as that of the nonvolatile semiconductor memory device 100 s of the embodiment, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

消去制御回路800は、レベルシフト回路により構成され、不揮発性半導体メモリ装置101sが有する全てのメモリ素子30のソースSと接続され、消去動作に用いられる電圧Vp4をメモリ素子30のソースSに印加する。消去回路800は、書き込み、書き戻し、及び、消去の動作の場合、接地電位である0Vをメモリ素子30のソースSに印加し、消去動作の場合、電圧Vp4(2V)をメモリ素子30のソースSに印加する。この印加する電位の切り替えは、外部から入力される非消去信号EBにより切り替えられる。   The erase control circuit 800 includes a level shift circuit, is connected to the sources S of all the memory elements 30 included in the nonvolatile semiconductor memory device 101s, and applies the voltage Vp4 used for the erase operation to the sources S of the memory elements 30. . The erase circuit 800 applies a ground potential of 0 V to the source S of the memory element 30 in the case of write, write-back, and erase operations, and applies the voltage Vp4 (2 V) to the source of the memory element 30 in the case of the erase operation. Apply to S. The applied potential is switched by a non-erasing signal EB input from the outside.

この構成により、不揮発性半導体メモリ装置101sは、OTPである複数のメモリ素子30を切り替えて使用する擬似MTPとして用いるだけでなく、OTPである複数のメモリ素子30をMTPとして用いることができる。このとき、OTPであるメモリ素子30の記憶するデータを正しく保持できるか否かの信頼性に応じて、メモリ素子30を切り替えて用いることができる。
更に、以下の利点もある。OTPの最大の問題点は、出荷時に書き込みテストができないことである。書き込みテストができないため、信頼性に問題が残る。図14の第6実施形態に示した不揮発性半導体メモリ装置101sでは、出荷時に書き込みテストを行った後に、最後に消去を行うことにより、書き込みテストにより動作検証された信頼性の高いOTPが提供できる。
With this configuration, the non-volatile semiconductor memory device 101s can use not only a plurality of memory elements 30 that are OTPs but also a pseudo MTP that is used by switching, as well as a plurality of memory elements 30 that are OTPs. At this time, the memory element 30 can be switched and used in accordance with the reliability of whether or not the data stored in the memory element 30 that is an OTP can be correctly held.
Furthermore, there are the following advantages. The biggest problem with OTP is that a write test cannot be performed at the time of shipment. Since writing tests are not possible, there remains a problem with reliability. In the nonvolatile semiconductor memory device 101 s shown in the sixth embodiment in FIG. 14, after performing a write test at the time of shipment, erasing is performed last, thereby providing a highly reliable OTP whose operation has been verified by the write test. .

(第7実施形態)
図15は、第7実施形態における不揮発性半導体メモリ装置201sの構成を示す概略ブロック図である。不揮発性半導体メモリ装置201sは、図13に示した第5実施形態の不揮発性半導体メモリ装置200sが有するメモリ素子30それぞれをOTPとしてではなく、MTPとして使用する構成が特徴である。メモリ素子30をMTPとして使用するために、不揮発性半導体メモリ装置201sは、メモリ素子30のソースSに消去動作用の電圧を印加する消去制御回路800−1〜800−kを備えること以外、図13に示した第5実施形態の不揮発性半導体メモリ装置200sと同じ構成であり、対応する構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。
(Seventh embodiment)
FIG. 15 is a schematic block diagram showing the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 201s in the seventh embodiment. The non-volatile semiconductor memory device 201s is characterized in that each of the memory elements 30 included in the non-volatile semiconductor memory device 200s of the fifth embodiment shown in FIG. 13 is used as an MTP instead of an OTP. In order to use the memory element 30 as an MTP, the non-volatile semiconductor memory device 201s includes an erase control circuit 800-1 to 800-k that applies a voltage for an erase operation to the source S of the memory element 30. The configuration is the same as that of the nonvolatile semiconductor memory device 200 s of the fifth embodiment shown in FIG. 13, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

消去制御回路800−1〜800−kは、レベルシフト回路により構成され、行デコーダ700−1〜700−kそれぞれに対応して設けられ、行デコーダ700−1〜700−kそれぞれに対応して接続されるメモリブロック100−10〜100−k7それぞれに含まれるメモリ素子30のソースSに共通接続される。消去制御回路800−1〜800−kは、同じ構成を有し、それぞれには、メモリ素子30のソースSに印加する電位を切り替える非消去信号EB1〜EBkが入力される。   Erase control circuits 800-1 to 800-k are constituted by level shift circuits, are provided corresponding to the respective row decoders 700-1 to 700-k, and correspond to the respective row decoders 700-1 to 700-k. Commonly connected to the source S of the memory element 30 included in each of the connected memory blocks 100-10 to 100-k7. Erase control circuits 800-1 to 800-k have the same configuration, and non-erase signals EB1 to EBk for switching the potential applied to the source S of the memory element 30 are input to each.

この構成により、不揮発性半導体メモリ装置201sは、OTPである複数のメモリ素子30を切り替えて使用する擬似MTPとして用いるだけでなく、OTPである複数のメモリ素子30をMTPとして用いることができる。このとき、OTPであるメモリ素子30の記憶するデータを正しく保持できるか否かの信頼性に応じて、メモリ素子30を切り替えて用いることができる。
なお、本実施例では、行アドレス記憶部として、冗長メモリOTPアレイ(SELm+1で選択されるメモリアレイ)を設けたが、列アドレス記憶部として、更に、冗長メモリアレイ部(例えば、SELm+2で選択されるメモリアレイ)を設けても良い。
With this configuration, the non-volatile semiconductor memory device 201s can use not only a plurality of memory elements 30 that are OTPs but also a pseudo MTP that is used by switching, as well as a plurality of memory elements 30 that are OTPs. At this time, the memory element 30 can be switched and used in accordance with the reliability of whether or not the data stored in the memory element 30 that is an OTP can be correctly held.
In this embodiment, a redundant memory OTP array (a memory array selected by SELm + 1) is provided as a row address storage unit. However, a redundant memory array unit (for example, SELm + 2 is selected as a column address storage unit). A memory array) may be provided.

(第8実施形態)
図16は、第8実施形態として、上述の第4実施形態から第7実施形態におけるメモリ素子30によるメモリブロック100−0の構成例を示したレイアウト図である。
メモリブロック100−0において、メモリ素子30であるメモリセルM11、…、Mmjは、行方向及び列方向にマトリックス状に配置される。また、図の上下方向(列方向、トランジスタ形成領域の直列方向)に隣接するメモリセルM11、…、Mmjは、互いに直列方向に直交する水平方向に対して対称に配置され、直列方向に隣接する一方のメモリセルとソース線(S1、S2)であるメタル配線13を共有する。
(Eighth embodiment)
FIG. 16 is a layout diagram showing a configuration example of the memory block 100-0 by the memory element 30 in the fourth to seventh embodiments described above as the eighth embodiment.
In the memory block 100-0, the memory cells M11,..., Mmj which are the memory elements 30 are arranged in a matrix in the row direction and the column direction. In addition, the memory cells M11,..., Mmj adjacent in the vertical direction (column direction, series direction of transistor formation region) in the figure are arranged symmetrically with respect to the horizontal direction orthogonal to the serial direction and are adjacent to each other in the serial direction. One memory cell and the metal wiring 13 which is the source line (S1, S2) are shared.

また、図の左右方向(行方向、トランジスタ形成領域の直列方向に対して直交する水平方向)に隣接するメモリセルM11、…、M(m+1)jは、互いに水平方向に対して対称に配置され、垂直方向に隣接する一方のメモリセルとn型拡散層17及びコンタクト18を共有し、互いのn型ウエル2の間に境界を設けることなく接続して配置される。更に、メモリセルM11、…、M(m+1)jの行方向を同じにするメモリセルは、コントロールゲート線(SEL1、SEL2、SEL3、SEL4)であるメタル配線19を共有し、ソース線(S1、S2)であるメタル配線13を共有して配置される。
このようにして、メモリセルM11、…、M(m+1)jを配置することで配置面積を削減することが可能となる。
Further, the memory cells M11,..., M (m + 1) j adjacent in the left-right direction (row direction, horizontal direction orthogonal to the series direction of the transistor formation region) in the figure are arranged symmetrically with respect to the horizontal direction. The n-type diffusion layer 17 and the contact 18 are shared with one memory cell adjacent in the vertical direction, and are connected and connected without providing a boundary between the n-type wells 2. Further, the memory cells in which the row directions of the memory cells M11,..., M (m + 1) j are the same share the metal wiring 19 that is the control gate line (SEL1, SEL2, SEL3, SEL4), and the source line (S1, The metal wiring 13 which is S2) is shared and arranged.
In this manner, the arrangement area can be reduced by arranging the memory cells M11,..., M (m + 1) j.

(第9実施形態)
第9実施形態として、上述の第6実施形態の不揮発性半導体メモリ装置101sは、内部あるいは外部に閾値検証回路を有し、メモリ素子30に対する消去動作及び第1の書き戻し動作の2通りの検証シーケンスについて説明する。
まず、図17は、第9実施形態として、上述の不揮発性半導体メモリ装置101sが有するメモリ素子30の消去動作及び書き戻し動作に対する不揮発性半導体メモリ装置101sが行う検証シーケンスのフローチャートである。なお、閾値検証回路(不図示)は、以下の動作を制御する。また、検証シーケンスは、書き込みテストを行った後に行われる。ここで、書き込みテストとは、メモリ素子30に対してデータの書き込みを行い、閾値が予め定めた値より高くなっているか否かを判定することにより行う検証である。
(Ninth embodiment)
As the ninth embodiment, the non-volatile semiconductor memory device 101s of the sixth embodiment described above has a threshold verification circuit inside or outside, and has two types of verification: an erase operation for the memory element 30 and a first write-back operation. The sequence will be described.
First, FIG. 17 is a flowchart of a verification sequence performed by the nonvolatile semiconductor memory device 101s for the erase operation and write-back operation of the memory element 30 included in the nonvolatile semiconductor memory device 101s described above as the ninth embodiment. Note that a threshold verification circuit (not shown) controls the following operations. The verification sequence is performed after the write test is performed. Here, the write test is verification performed by writing data to the memory element 30 and determining whether or not the threshold value is higher than a predetermined value.

まず、消去動作において、列デコーダ300−1〜300−jは、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたカラム線を選択する。データ入力変換回路400は、データ線D0〜D7を介して、選択されたメモリ素子30のドレインDに電圧Vp3(8V)を印加する。また、セレクトデコーダ2000は、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたメモリ素子30のコントロールゲートCGに0Vの電圧を印加する。消去制御回路800は、メモリ素子30のソースが共通接続されたソース線Sに電圧Vp4(2V)を印加する。これにより、選択されたメモリ素子30のそれぞれの端子には、消去状態の電圧が印加され消去が行われる(ステップS101)。   First, in the erase operation, the column decoders 300-1 to 300-j select a column line corresponding to the select address output from the select address processing unit 600. The data input conversion circuit 400 applies the voltage Vp3 (8 V) to the drain D of the selected memory element 30 through the data lines D0 to D7. The select decoder 2000 applies a voltage of 0 V to the control gate CG of the memory element 30 corresponding to the select address output from the select address processing unit 600. The erase control circuit 800 applies a voltage Vp4 (2 V) to the source line S to which the sources of the memory elements 30 are commonly connected. As a result, an erase state voltage is applied to each terminal of the selected memory element 30 to perform erasure (step S101).

ステップS101における消去動作により、閾値検証回路は、正しく消去が行われたか否かをかの確認として閾値電圧が初期状態の閾値電圧である1Vより高いか否かを判定する(ステップS102)。
ステップS102において、閾値電圧が初期状態の閾値電圧より高い場合(ステップS102:Yes)、閾値検証回路は、ステップS101における消去回数Nを「1」カウントアップし、消去回数Nが100回以下か否かを判定する(ステップS103)。
なお、消去回数Nは、当該シーケンス開始時において「0」に初期化される。
By the erasing operation in step S101, the threshold verification circuit determines whether or not the threshold voltage is higher than 1V which is the threshold voltage in the initial state as a confirmation as to whether or not the erasure has been correctly performed (step S102).
In step S102, when the threshold voltage is higher than the threshold voltage in the initial state (step S102: Yes), the threshold verification circuit increments the erase count N in step S101 by “1”, and whether the erase count N is 100 or less. Is determined (step S103).
The erase count N is initialized to “0” at the start of the sequence.

消去回数が100回以下の場合(ステップS103;N≦100)、閾値検証回路は、ステップS101を実行する制御を行う。
一方、一方消去回数が100回を越える場合(ステップS103;N>100)、閾値検証回路は、テスト対象となっているメモリ素子30は、消去が正しく行えなかったとして不良判定を行い外部に通知する(ステップS108)。
また、ステップS102において、閾値電圧が初期状態の閾値電圧未満の場合(ステップS102;No)、閾値検証回路は、メモリ素子30の閾値電圧が0.5V以上か否かを判定する(ステップS104)。
なお、ステップS104における判定基準とする閾値電圧0.5Vは、非選択状態において、コントロールゲートCGに印加する電圧(0V)に対してメモリ素子30がオフ状態であるためのマージンがあるか否かを判定するステップである。なお、判定基準とする閾値電圧0.5Vは、メモリ素子30に用いるプロセスと、非選択状態においてメモリ素子30のコントロールゲートCGに印加する電圧に応じて定められる判定基準値である。
When the number of erases is 100 or less (step S103; N ≦ 100), the threshold value verification circuit performs control to execute step S101.
On the other hand, if the number of erases exceeds 100 (step S103; N> 100), the threshold verification circuit determines that the memory element 30 to be tested has failed to be erased correctly and notifies the outside. (Step S108).
In step S102, when the threshold voltage is lower than the threshold voltage in the initial state (step S102; No), the threshold verification circuit determines whether or not the threshold voltage of the memory element 30 is 0.5 V or more (step S104). .
Whether or not the threshold voltage 0.5V as the determination criterion in step S104 has a margin for turning off the memory element 30 with respect to the voltage (0V) applied to the control gate CG in the non-selected state. It is a step which determines. Note that the threshold voltage 0.5 V as a determination reference is a determination reference value determined according to a process used for the memory element 30 and a voltage applied to the control gate CG of the memory element 30 in a non-selected state.

ステップS104において、閾値電圧が0.5V未満の場合(ステップS104;No)、閾値検証回路は、データ入力変換回路400が、データ線D0〜D7を介して、選択されたメモリ素子30のドレインDに電圧Vp3(8V)を印加し、セレクトデコーダ2000が、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたメモリ素子30のコントロールゲートCGに1Vの電圧を印加し、消去制御回路800が、メモリ素子30のソースが共通接続されたソース線Sに電圧Vp4(0V)を印加する制御を行う。これにより、検証対象のメモリ素子30が有するそれぞれの端子には、第1の書き戻し動作に対応する電圧が100msの間印加され、書き戻しが行われる(ステップS105)。
閾値検証回路は、ステップS105における書き戻し回数をカウントするMを「1」カウントアップし、書き戻し回数が10回以下であるか否かを判定する(ステップS106)。
In step S104, when the threshold voltage is less than 0.5 V (step S104; No), the threshold verification circuit uses the data input conversion circuit 400 to connect the drain D of the selected memory element 30 via the data lines D0 to D7. The voltage Vp3 (8V) is applied to the memory cell 30, the select decoder 2000 applies a voltage of 1V to the control gate CG of the memory element 30 corresponding to the select address output from the select address processing unit 600, and the erase control circuit 800 Control is performed to apply the voltage Vp4 (0 V) to the source line S to which the sources of the elements 30 are commonly connected. Thereby, the voltage corresponding to the first write-back operation is applied to each terminal of the memory element 30 to be verified for 100 ms, and the write-back is performed (step S105).
The threshold verification circuit increments M, which counts the number of write-backs in step S105, by “1”, and determines whether the number of write-backs is 10 or less (step S106).

ステップS106において、書き戻し回数が10回以下の場合(ステップS106;M≦10)、閾値検証回路は、再度ステップS104を実行する制御をし、メモリ素子30の閾値電圧を判定する。
一方、ステップS106において書き戻し回数が10回を越える場合(ステップS106;M>10)、閾値検証回路は、テスト対象となっているメモリ素子30が、消去が正しく行えなかったとして不良判定を行い外部に通知する(ステップS108)。
なお、書き戻し回数をカウントするMは、当該シーケンス開始時において「0」に初期化される。
ステップS104において、閾値電圧が0.5V以上の場合(ステップS104;Yes)、閾値検証回路は、メモリ素子30が正しく消去動作を行えるとして外部に通知する(ステップS107)。
以上の処理により、閾値検証回路は、メモリ素子30が正しく動作することを検証することができる。
In step S106, when the number of write-back times is 10 or less (step S106; M ≦ 10), the threshold verification circuit performs control to execute step S104 again, and determines the threshold voltage of the memory element 30.
On the other hand, when the number of write-backs exceeds 10 in step S106 (step S106; M> 10), the threshold verification circuit determines that the memory element 30 to be tested has failed to be erased correctly and determines a failure. Notify the outside (step S108).
Note that M for counting the number of write-backs is initialized to “0” at the start of the sequence.
In step S104, when the threshold voltage is 0.5 V or more (step S104; Yes), the threshold verification circuit notifies the outside that the memory element 30 can correctly perform the erasing operation (step S107).
Through the above processing, the threshold verification circuit can verify that the memory element 30 operates correctly.

次に、異なる検証シーケンスとして、図18は、上述の不揮発性半導体メモリ装置101sが有するメモリ素子30の消去動作及び書き戻し動作に対する不揮発性半導体メモリ装置101sが行う検証シーケンスのフローチャートである。
まず、消去動作において、列デコーダ300−1〜300−jは、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたカラム線を選択する。データ入力変換回路400は、データ線D0〜D7を介して、選択されたメモリ素子30のドレインDに電圧Vp3(8V)を印加する。また、セレクトデコーダ2000は、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたメモリ素子30のコントロールゲートCGに0Vの電圧を印加する。消去制御回路800は、メモリ素子30のソースが共通接続されたソース線Sに電圧Vp4(2V)を印加する。閾値検証回路は、データ入力変換回路400、セレクトデコーダ2000、及び、消去制御回路800が上述の電圧を印加する制御を行い、選択されたメモリ素子30に10msの間電圧を印加して消去を行う(ステップS201)。
Next, as a different verification sequence, FIG. 18 is a flowchart of a verification sequence performed by the nonvolatile semiconductor memory device 101s for the erase operation and the write back operation of the memory element 30 included in the nonvolatile semiconductor memory device 101s.
First, in the erase operation, the column decoders 300-1 to 300-j select a column line corresponding to the select address output from the select address processing unit 600. The data input conversion circuit 400 applies the voltage Vp3 (8 V) to the drain D of the selected memory element 30 through the data lines D0 to D7. The select decoder 2000 applies a voltage of 0 V to the control gate CG of the memory element 30 corresponding to the select address output from the select address processing unit 600. The erase control circuit 800 applies a voltage Vp4 (2 V) to the source line S to which the sources of the memory elements 30 are commonly connected. In the threshold verification circuit, the data input conversion circuit 400, the select decoder 2000, and the erase control circuit 800 perform control to apply the above-described voltage, and erase is performed by applying a voltage to the selected memory element 30 for 10 ms. (Step S201).

ステップS201における消去動作により、閾値検証回路は、正しく消去が行われたか否かをかの確認として閾値電圧が初期状態の閾値電圧である1Vより高いか否かを判定する(ステップS202)。
ステップS202において、閾値電圧が初期状態の閾値電圧より高い場合(ステップS202:Yes)、閾値検証回路は、ステップS201における消去回数Nを「1」カウントアップし、消去回数Nが1000回以下か否かを判定する(ステップS103)。
なお、消去回数Nは、当該シーケンス開始時において「0」に初期化される。
Through the erasing operation in step S201, the threshold verification circuit determines whether or not the threshold voltage is higher than 1V which is the threshold voltage in the initial state as a check as to whether or not the erasure has been correctly performed (step S202).
In step S202, when the threshold voltage is higher than the threshold voltage in the initial state (step S202: Yes), the threshold verification circuit increments the number of erases N in step S201 by “1”, and whether the number of erases N is 1000 or less. Is determined (step S103).
The erase count N is initialized to “0” at the start of the sequence.

消去回数が1000回以下の場合(ステップS203;N≦1000)、閾値検証回路は、ステップS201を実行する制御を行う。
一方、消去回数が1000回を越える場合(ステップS203;N>1000)、閾値検証回路は、テスト対象となっているメモリ素子30が、消去が正しく行えなかったとして不良判定を行い外部に通知する(ステップS208)。
また、ステップS202において、閾値電圧が初期状態の閾値電圧未満の場合(ステップS202;No)、閾値検証回路は、メモリ素子30の閾値電圧が0.5V以上か否かを判定する(ステップS204)。
なお、ステップS204における判定は、非選択状態において、コントロールゲートCGに印加する電圧(0V)に対してメモリ素子30がオフ状態であるためのマージンがあるか否かを判定するステップである。
When the erase count is 1000 times or less (step S203; N ≦ 1000), the threshold value verification circuit performs control to execute step S201.
On the other hand, when the number of erases exceeds 1000 (step S203; N> 1000), the threshold verification circuit determines that the memory element 30 to be tested has not been correctly erased and notifies the outside of the failure. (Step S208).
In step S202, when the threshold voltage is lower than the threshold voltage in the initial state (step S202; No), the threshold verification circuit determines whether or not the threshold voltage of the memory element 30 is 0.5 V or more (step S204). .
Note that the determination in step S204 is a step of determining whether or not there is a margin for the memory element 30 to be in an off state with respect to the voltage (0 V) applied to the control gate CG in the non-selected state.

ステップS204において、閾値電圧が0.5V未満の場合(ステップS204;No)、閾値検証回路は、データ入力変換回路400が、データ線D0〜D7を介して、選択されたメモリ素子30のドレインDに電圧Vp3(8V)を印加し、セレクトデコーダ2000が、セレクトアドレス処理部600が出力するセレクトアドレスに応じたメモリ素子30のコントロールゲートCGに(1+0.5M)Vの電圧を印加し、消去制御回路800が、メモリ素子30のソースが共通接続されたソース線Sに電圧Vp4(0V)を印加する制御を行う。これにより、検証対象のメモリ素子30が有するそれぞれの端子には、第1の書き戻し動作に対応する電圧が1msの間印加され、書き戻しが行われる(ステップS205)。
なお、Mは、書き戻し回数のカウント値であり、書き戻し動作(ステップS205)を行うごとに、セレクトデコーダ2000は、コントロールゲートCGに印加する電圧を高くして、書き戻し動作を行う。
閾値検証回路は、ステップS205における書き戻し回数をカウントするMを「1」カウントアップし、書き戻し回数が5回以下であるか否かを判定する(ステップS206)。
In step S204, when the threshold voltage is less than 0.5 V (step S204; No), the threshold verification circuit uses the drain D of the selected memory element 30 by the data input conversion circuit 400 via the data lines D0 to D7. Is applied with a voltage Vp3 (8V), and the select decoder 2000 applies a voltage of (1 + 0.5M) V to the control gate CG of the memory element 30 corresponding to the select address output from the select address processing unit 600 to control the erase. The circuit 800 performs control to apply the voltage Vp4 (0 V) to the source line S to which the sources of the memory elements 30 are commonly connected. As a result, a voltage corresponding to the first write-back operation is applied to each terminal of the memory element 30 to be verified for 1 ms, and the write-back is performed (step S205).
Note that M is a count value of the number of write-back times. Each time the write-back operation (step S205) is performed, the select decoder 2000 increases the voltage applied to the control gate CG and performs the write-back operation.
The threshold verification circuit increments M, which counts the number of write-backs in step S205, by “1”, and determines whether the number of write-backs is 5 or less (step S206).

ステップS206において、書き戻し回数が5回以下の場合(ステップS206;N≦5)、閾値検証回路は、再度ステップS204を実行する制御をし、メモリ素子30の閾値電圧を判定する。
一方、ステップS206において書き戻し回数が5回を越える場合(ステップS206;N>5)、閾値検証回路は、テスト対象となっているメモリ素子30が、消去が正しく行えなかったとして不良判定を行い外部に通知する(ステップS208)。
ステップS204において、閾値電圧が0.5V以上の場合(ステップS204;Yes)、閾値検証回路は、メモリ素子30が正しく消去動作を行えるとして外部に通知する(ステップS207)。
In step S206, when the number of write-back times is 5 or less (step S206; N ≦ 5), the threshold value verification circuit performs control to execute step S204 again, and determines the threshold voltage of the memory element 30.
On the other hand, if the number of write-backs exceeds 5 in step S206 (step S206; N> 5), the threshold verification circuit determines that the memory element 30 to be tested has not been erased correctly and determines a failure. Notify the outside (step S208).
In step S204, when the threshold voltage is 0.5 V or higher (step S204; Yes), the threshold verification circuit notifies the outside that the memory element 30 can correctly perform the erase operation (step S207).

以上の処理により、閾値検証回路は、メモリ素子30が正しく動作することを検証することができる。当該シーケンスは、図17の検証シーケンスに比べ、書き戻し動作の時間を長く設定することにより、過消去により閾値電圧が負の電圧になり常にオン状態となる不良を防ぐ動作を行うことで、不良発生を削減することができる。
なお、上述の2つの検証シーケンスは、図15に図示する第7実施形態の不揮発性半導体メモリ装置201sにおいても同様に行われる。
Through the above processing, the threshold verification circuit can verify that the memory element 30 operates correctly. In this sequence, the write back operation time is set longer than that in the verification sequence of FIG. 17, and an operation for preventing a failure in which the threshold voltage becomes a negative voltage due to over-erasing and is always on is performed. Occurrence can be reduced.
The two verification sequences described above are similarly performed in the nonvolatile semiconductor memory device 201s of the seventh embodiment illustrated in FIG.

上述の図17及び図18で行った検証シーケンスは、不揮発性半導体メモリ装置101sが行うものであるが、テスト装置などを使って、閾値検証回路及び消去制御回路を備えず、メモリ素子30をOTPとして用いる不揮発性半導体メモリ装置100s、200sに対しても行うことができる。これにより、メモリ素子30の信頼性を十分に保証した製品を出荷することができる。また、上述のシーケンスを処理する閾値検証回路と、消去制御回路800とを備える不揮発性半導体メモリ装置101s、201sは、回路規模が大きくなり製造コストが高くなるため、数回程度の書き換えを要するシステムなどには、メモリ素子30をOTPとして用い、擬似MTPを実現する不揮発性半導体メモリ装置100s、200sが好適である。
また、不揮発性半導体メモリ装置100s、200sは、アンチヒューズ型のCMOSプロセスを用いたOTP用のメモリ素子と異なり、キャパシタを形成する酸化膜に高電圧を印加して非可逆的な破壊を用いないので、上述のような閾値の検証を行うことができ、製品の信頼性を向上させることが可能である。
The verification sequence performed in FIG. 17 and FIG. 18 described above is performed by the nonvolatile semiconductor memory device 101s. However, using a test device or the like, the threshold verification circuit and the erase control circuit are not provided, and the memory element 30 is replaced with the OTP. This can also be performed for the non-volatile semiconductor memory devices 100s and 200s used. As a result, a product that sufficiently guarantees the reliability of the memory element 30 can be shipped. In addition, the nonvolatile semiconductor memory devices 101s and 201s including the threshold value verification circuit for processing the above-described sequence and the erase control circuit 800 increase the circuit scale and increase the manufacturing cost. For example, the non-volatile semiconductor memory devices 100s and 200s that use the memory element 30 as the OTP and realize the pseudo MTP are suitable.
Further, unlike the OTP memory device using the antifuse type CMOS process, the nonvolatile semiconductor memory devices 100s and 200s do not use irreversible destruction by applying a high voltage to the oxide film forming the capacitor. Therefore, the threshold value can be verified as described above, and the reliability of the product can be improved.

100s、200s、101s、201s…不揮発性半導体メモリ装置
11s…アクセス制御部、12s、12sA…セレクトアドレス処理部
13s、13s−1、13s−k…MTPブロック部
14s…ライトアンプ部、15s…センスアンプ部
16s…データ入出力部、17s…入出力端子
131s、131sA…セレクトデコーダ、132s…データ記憶部
133s、133s−1、133s−(m+1)…OTPアレイ
21s…アクセス制御部、22s…セレクトアドレス処理部、23s…行デコーダ
24s…データ記憶部
1…p型半導体基板、2…n型ウエル、4…チャネル領域
5、7、17…n型拡散層、15…p型拡散層、9…ポリシリコン
10、11、16、18…コンタクト
12、13、19…メタル配線
30…メモリ素子
100−0、100−1、100−7、100−10、100−17…メモリブロック
100−20〜100−27、100−k0〜100−k7…メモリブロック
200−1、200−m+1…セレクトデコーダ回路
2000、2000−1、2000−k…セレクトデコーダ
300−1、300−j…列デコーダ、400…データ入力変換回路
500−0、500−7…センスアンプ、600、601…セレクトアドレス処理部
700−1、700−k…行デコーダ
100s, 200s, 101s, 201s ... Nonvolatile semiconductor memory device 11s ... Access control unit, 12s, 12sA ... Select address processing unit 13s, 13s-1, 13s-k ... MTP block unit 14s ... Write amplifier unit, 15s ... Sense amplifier Unit 16s ... Data input / output unit, 17s ... Input / output terminal 131s, 131sA ... Select decoder, 132s ... Data storage unit 133s, 133s-1, 133s- (m + 1) ... OTP array 21s ... Access control unit, 22s ... Select address processing Part, 23s ... row decoder 24s ... data storage part 1 ... p-type semiconductor substrate, 2 ... n-type well, 4 ... channel region 5, 7, 17 ... n-type diffusion layer, 15 ... p-type diffusion layer, 9 ... polysilicon 10, 11, 16, 18 ... contact 12, 13, 19 ... metal wiring 30 ... Memory elements 100-0, 100-1, 100-7, 100-10, 100-17 ... Memory blocks 100-20 to 100-27, 100-k0 to 100-k7 ... Memory blocks 200-1, 200-m + 1 ... Select decoder circuit 2000, 2000-1, 2000-k ... select decoder 300-1, 300-j ... column decoder, 400 ... data input conversion circuit 500-0, 500-7 ... sense amplifier, 600, 601 ... select address processing 700-1, 700-k, row decoder

Claims (15)

nビット幅(n>1)のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含まれる記憶領域と、
前記記憶領域のうちのいずれか1つの前記記憶素子群に記憶されるセレクトアドレスに応じて、他のm個の前記記憶素子群のいずれか1つを選択するセレクトデコーダと、
前記他のm個の記憶素子群のいずれか1つの記憶素子群にデータを書き込む場合、前記セレクトアドレスを更新して、前記セレクトデコーダに更新した前記セレクトアドレスを出力するセレクトアドレス処理部と
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 storage area including n + 1 (m> 1, n ≧ m) n storage element groups storing n-bit width (n> 1) data;
A select decoder that selects any one of the other m memory element groups according to a select address stored in any one of the memory element groups in the storage area;
A select address processing unit that updates the select address and outputs the updated select address to the select decoder when data is written to any one of the other m memory element groups. A non-volatile semiconductor memory device.
前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群が有するnビット中のmビットそれぞれは、前記他のm個の記憶素子群がデータを書き込まれたか否かと対応付けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
2. Each of the m bits in the n bits of the storage element group that stores the select address is associated with whether or not the other m storage element groups have been written with data. The nonvolatile semiconductor memory device described.
前記nビット幅の記憶素子群を構成するn個の1ビット幅のメモリ素子それぞれは、
p型半導体基板上に形成されるMOSトランジスタであり、
ドレインを形成する第1のn型拡散層と、チャネル領域と、ソースを形成する第2のn型拡散層とが順に直列方向に配置されたトランジスタ形成領域と、
前記第1のn型拡散層とコンタクトを介して接続され、前記直列方向に配置される第1のメタル配線と、
前記第2のn型拡散層とコンタクトを介して接続され、前記直列方向と直交する水平方向に配置される第2のメタル配線と、
前記トランジスタ形成領域と前記水平方向に一定間隔をあけて配置されるn型ウエルと、
前記n型ウエル上に形成される第3のn型拡散層と、
前記n型ウエル上に形成される第1のp型拡散層と、
前記第3のn型拡散層と前記第1のp型拡散層それぞれとコンタクトを介して接続され、前記水平方向に配置されたコントロールゲートを形成する第3のメタル配線と、
前記第3のメタル配線と平行に、かつ、前記第1のp型各拡散及び前記チャネル領域の一部を覆うように配置されたポリシリコンと
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
Each of the n 1-bit width memory elements constituting the n-bit width storage element group includes:
a MOS transistor formed on a p-type semiconductor substrate;
A transistor forming region in which a first n-type diffusion layer that forms a drain, a channel region, and a second n-type diffusion layer that forms a source are arranged in series,
A first metal wiring connected to the first n-type diffusion layer via a contact and disposed in the series direction;
A second metal wiring connected to the second n-type diffusion layer through a contact and disposed in a horizontal direction orthogonal to the series direction;
An n-type well disposed at a constant interval in the horizontal direction with the transistor formation region;
A third n-type diffusion layer formed on the n-type well;
A first p-type diffusion layer formed on the n-type well;
A third metal wiring that is connected to each of the third n-type diffusion layer and the first p-type diffusion layer via a contact, and forms a control gate disposed in the horizontal direction;
2. The device according to claim 1, further comprising: polysilicon arranged in parallel with the third metal wiring and covering the first p-type diffusions and a part of the channel region. 3. A nonvolatile semiconductor memory device according to 2.
前記メモリ素子にデータを書き込む場合、
前記ドレインに第1の電圧を印加し、前記コントロールゲートに第1の電圧より高い第2の電圧を印加し、前記ソースに接地電位を印加することで、前記ドレイン近傍に空乏層を形成すると共にホットエレクトロンを発生させ、前記ホットエレクトロンをフローティングゲートを形成する前記ポリシリコンに注入して閾値電圧を高く変化させ、
前記メモリ素子からデータを読み出す場合、
前記ドレインに第3の電圧を印加し、前記コントロールゲートに前記第3の電圧より低く、前記メモリ素子の書き込みを行う前の初期状態の閾値より高い電圧を印加し、前記ソースに接地電位を印加して、前記ドレインと前記ソースとの間に電流が流れるか否かによりデータを読み出す
ことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
When writing data to the memory element,
A depletion layer is formed in the vicinity of the drain by applying a first voltage to the drain, applying a second voltage higher than the first voltage to the control gate, and applying a ground potential to the source. Generating hot electrons, injecting the hot electrons into the polysilicon forming the floating gate to change the threshold voltage high,
When reading data from the memory element,
A third voltage is applied to the drain, a voltage lower than the third voltage and higher than an initial threshold value before writing to the memory element is applied to the control gate, and a ground potential is applied to the source 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein data is read based on whether or not a current flows between the drain and the source. 5.
前記記憶領域は、
前記メモリ素子をマトリックス状に配置し、配置された前記メモリ素子それぞれは、行方向に隣接するメモリ素子と行方向に対して対称に配置され、かつ、列方向に隣接するメモリ素子と列方向に対して対称に配置され、
行方向に対して隣接する一方の前記メモリ素子と前記第3のn型拡散層を共有し、
同一の行方向に配置される前記メモリ素子は、前記第2のメタル配線と、前記第3のメタル配線とを共有し、
同一の列方向に配置される前記メモリ素子は、前記第1のメタル配線を共有する
ことを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The storage area is
The memory elements are arranged in a matrix, and each of the arranged memory elements is arranged symmetrically with respect to the memory element adjacent in the row direction and in the column direction with the memory element adjacent in the column direction. Are symmetrically arranged,
Sharing the third n-type diffusion layer with one of the memory elements adjacent to the row direction;
The memory elements arranged in the same row direction share the second metal wiring and the third metal wiring,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the memory elements arranged in the same column direction share the first metal wiring.
n(n>1)ビット幅のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含む記憶領域と、
前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つに記憶されているセレクトアドレスを前記センスアンプ部を介して読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、
前記セレクトアドレス処理部から入力される前記セレクトアドレスをデコードして、前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちから1つの前記記憶素子群を選択するセレクトデコーダと、
前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群が出力したnビット幅のデータを増幅してデータ入出力部を介して入出力端子に出力するセンスアンプ部と、
前記入出力端子からデータ入出力部を介して入力されるnビット幅のデータを増幅して、増幅したnビット幅のデータを前記セレクトデコーダにより選択された記憶素子群に書き込み記憶させるライトアンプ部と、
外部から読み出し命令が入力されると、前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群に記憶されているnビット幅のデータを前記センスアンプ及び前記データ入出力部を介して入出力端子から出力する制御をし、外部から書き込み命令が入力されると、前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記記憶領域に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群に記憶させる制御を行うアクセス制御部と、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 storage area including n + 1 (m> 1, n ≧ m) n storage element groups storing n (n> 1) bit width data;
A select address processing unit that reads out and stores a select address stored in one of the m + 1 storage element groups included in the storage area via the sense amplifier unit;
A select decoder that decodes the select address input from the select address processing unit to select one of the m + 1 storage element groups included in the storage area;
A sense amplifier unit that amplifies the n-bit width data output from the storage element group selected by the select decoder and outputs the amplified data to an input / output terminal via a data input / output unit;
A write amplifier unit that amplifies n-bit width data input from the input / output terminal via a data input / output unit, and writes and stores the amplified n-bit width data in the storage element group selected by the select decoder When,
When a read command is input from the outside, n-bit width data stored in one storage element group among the m + 1 storage element groups included in the storage area is input to the sense amplifier and the data input / output When a write command is input from the outside through the input / output terminal via the unit, n-bit width data input from the input / output terminal is passed through the data input / output unit and the write amplifier unit. A non-volatile semiconductor memory device, comprising: an access control unit that performs control of storing in one of the m + 1 storage element groups included in the storage area.
外部から前記書き込み命令が入力されると、
前記アクセス制御部は、
前記セレクトアドレス処理部が、記憶している前記セレクトアドレスを前記セレクトデコーダに出力し、出力した前記セレクトアドレスに応じて前記セレクトデコーダに1つの前記記憶素子群を選択させ、前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群に出力して記憶させる制御をし、
続いて、前記アクセス制御部は、
前記セレクトアドレス処理部が、前記セレクトアドレスを記憶している前記記憶素子群を選択する信号を前記セレクトデコーダに出力すると共に、更新した前記セレクトアドレスを該記憶素子群に前記ライトアンプ部を介して出力して該記憶素子群に更新したセレクトアドレスを記憶させる制御をし、
更に、前記アクセス制御部は、
前記セレクトアドレス処理部が、前記セレクトアドレスを記憶している前記記憶素子群を選択する信号をセレクトデコーダに出力すると共に、該記憶素子群が記憶している前記セレクトアドレスを前記センスアンプを介して読み込んで記憶する制御をし、
外部から前記読み出し命令が入力されると、
前記アクセス制御部は、
前記セレクトアドレス処理部が、記憶している前記セレクトアドレスを前記セレクトデコーダに出力し、出力した前記セレクトアドレスに応じて前記セレクトデコーダに1つの前記記憶素子群を選択させ、選択された前記記憶素子群に記憶されているnビット幅のデータを読み出して前記センスアンプ部及び前記データ入出力部を介して前記入出力端子に出力する制御をする
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。
When the write command is input from the outside,
The access control unit
The select address processing unit outputs the stored select address to the select decoder, causes the select decoder to select one storage element group according to the output select address, and the data input / output unit and N-bit width data input from the input / output terminal via the write amplifier unit is controlled to be output and stored in the storage element group selected by the select decoder;
Subsequently, the access control unit
The select address processing unit outputs a signal for selecting the storage element group storing the select address to the select decoder, and sends the updated select address to the storage element group via the write amplifier unit. Control to output and store the updated select address in the storage element group,
Furthermore, the access control unit
The select address processing unit outputs a signal for selecting the storage element group storing the select address to a select decoder, and the select address stored in the storage element group via the sense amplifier. Control to read and memorize,
When the read command is input from the outside,
The access control unit
The select address processing unit outputs the stored select address to the select decoder, causes the select decoder to select one storage element group according to the output select address, and selects the selected storage element The nonvolatile control according to claim 6, wherein n-bit width data stored in the group is read and output to the input / output terminal via the sense amplifier unit and the data input / output unit. Semiconductor memory device.
前記セレクトアドレス処理部は、
前記セレクトアドレスをエンコードして記憶するカウンタを備え、
前記セレクトアドレスを更新する場合、前記カウンタが記憶している値を1増加させ、
前記セレクトデコーダは、
前記セレクトアドレス処理部の前記カウンタが出力する値をデコードして、前記m個の記憶素子群それぞれに対応する選択信号のうち1つのみを選択すると共に、前記セレクトアドレス処理部から前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群を選択する信号が入力されると該記憶素子群を選択する選択信号を出力するデコーダを備える
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The select address processing unit
A counter for encoding and storing the select address;
When updating the select address, the value stored in the counter is incremented by 1,
The select decoder
The value output by the counter of the select address processing unit is decoded to select only one selection signal corresponding to each of the m storage element groups, and the select address is selected from the select address processing unit. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, further comprising: a decoder that outputs a selection signal for selecting the storage element group when a signal for selecting the storage element group to be stored is input. .
前記セレクトアドレス処理部は、
前記セレクトアドレスを記憶するシフトレジスタを備え、
前記セレクトアドレスを更新する場合、前記シフトレジスタが記憶している値をシフトすると共に1をシフトインし、
前記セレクトデコーダは、
前記セレクトアドレス処理部の前記シフトレジスタが出力する値の0と1との境界を検出して、前記m個の記憶素子群それぞれに対応する選択信号を出力すると共に、前記セレクトアドレス処理部から前記セレクトアドレスを記憶する前記記憶素子群を選択する信号が入力されると該記憶素子群を選択する選択信号を出力するデコーダを備える
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The select address processing unit
A shift register for storing the select address;
When updating the select address, shift the value stored in the shift register and shift in 1;
The select decoder
The boundary between the values 0 and 1 output from the shift register of the select address processing unit is detected, a selection signal corresponding to each of the m storage element groups is output, and the selection address processing unit outputs the selection signal. The nonvolatile memory according to claim 6, further comprising a decoder that outputs a selection signal for selecting the storage element group when a signal for selecting the storage element group for storing a select address is input. Semiconductor memory device.
n(n>1)ビット幅のデータを記憶するn個の記憶素子群がm+1個(m>1、n≧m)含む記憶領域と、前記m+1個の記憶素子群のうちの1つの記憶素子群を除くm個の記憶素子群から1つを選択するセレクトアドレスをデコードするセレクトデコーダとを含み構成されるk(k>1)個の記憶ブロック部と、
外部から入力される行アドレスをデコードして、前記k個の記憶ブロック部のうち1つの記憶ブロック部を選択する行デコーダと、
前記k個の記憶ブロック部のうち、前記行デコーダにより選択された前記記憶ブロック部に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうち1つの記憶素子群から読み出されたnビット幅のデータを増幅してデータ入出力部に出力するセンスアンプ部と、
前記データ入出力部から入力されるnビット幅のデータを増幅して、前記行デコーダにより選択された前記記憶ブロック部に含まれる前記m+1個の記憶素子群のうち1つの記憶素子群に書き込み記憶させるライトアンプ部と、
前記k個の記憶ブロック部それぞれに対応した前記セレクトアドレスを記憶し、前記k個の記憶ブロック部がnビット幅のデータを新たに記憶する際に、対応する前記セレクトアドレスを更新し、更新した前記セレクトアドレスを前記記憶ブロック部の前記セレクトデコーダに出力するセレクトアドレス処理部と、
外部から読み出し命令と前記行アドレスとが入力されると、入力された該行アドレスを前記行デコーダに出力し、前記セレクトアドレス処理部に記憶している前記セレクトアドレスを出力させ、前記セレクトデコーダにより選択された前記記憶素子群から読み出されたnビット幅のデータを前記センスアンプ部及び前記データ入出力部を介して入出力端子から出力する制御をし、外部から書き込み命令と前記行アドレスとが入力されると、前記入出力端子から入力されるnビット幅のデータを前記データ入出力部及び前記ライトアンプ部を介して前記行デコーダに選択された前記記憶領域に含まれる前記セレクトデコーダに選択された前記記憶素子群に記憶させる制御を行うアクセス制御部と、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 storage region including n + 1 (m> 1, n ≧ m) memory storage groups each storing n (n> 1) bit width data, and one storage element among the m + 1 storage element groups K (k> 1) storage block units including a select decoder that decodes a select address for selecting one of the m storage element groups excluding the group;
A row decoder that decodes a row address input from the outside and selects one of the k storage block units;
Of the k storage block units, the n-bit width data read from one storage element group among the m + 1 storage element groups included in the storage block unit selected by the row decoder is amplified. And a sense amplifier unit that outputs to the data input / output unit,
The n-bit width data input from the data input / output unit is amplified and stored in one storage element group among the m + 1 storage element groups included in the storage block unit selected by the row decoder. A light amplifier section
The select address corresponding to each of the k storage block units is stored, and when the k storage block units newly store n-bit width data, the corresponding select address is updated and updated. A select address processing unit for outputting the select address to the select decoder of the storage block unit;
When a read command and the row address are input from the outside, the input row address is output to the row decoder, the select address stored in the select address processing unit is output, and the select decoder The n-bit width data read from the selected storage element group is controlled to be output from the input / output terminal via the sense amplifier section and the data input / output section, and a write command, the row address, Is input to the select decoder included in the storage area selected by the row decoder via the data input / output unit and the write amplifier unit. An access control unit that performs control to be stored in the selected memory element group. Equipment.
i(i>1)本のデータ線ごとに設けられたi個のセンスアンプと、
複数の選択信号線と複数のビット線との交点それぞれに記憶素子が行方向と列方向とのマトリックス状に配置されると共に、前記記憶素子が前記i本のデータ線ごとに対応付けられ前記列方向に分割されたi個のメモリブロックからなるメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの一部に記憶されているセレクトアドレスを読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、
前記i個のメモリブロックそれぞれの複数のビット線と、前記i個のメモリブロックそれぞれに対応する前記データ線との接続を切り替える複数のスイッチ素子と、
前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数の選択信号線のうち1つの選択信号線を活性化させるセレクトデコーダと、
前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数のスイッチ素子のオン/オフを切り替える複数の列デコーダと、
外部から入力される前記メモリセルアレイに書き込むデータに応じて前記i本のデータ線に電圧を印加するデータ入力変換回路と
を備え、
前記記憶素子それぞれは、
半導体基板上に形成されるフローティングゲートを有するトランジスタからなり、コントロールゲートが前記選択信号線に接続され、ドレインが前記ビット線に接続され、ソースが消去制御回路に共通接続される
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
i sense amplifiers provided for each of i (i> 1) data lines;
Storage elements are arranged in a matrix in a row direction and a column direction at intersections of a plurality of selection signal lines and a plurality of bit lines, and the storage elements are associated with the i data lines. A memory cell array composed of i memory blocks divided in a direction;
A select address processing unit for reading and storing a select address stored in a part of the memory cell array;
A plurality of switch elements for switching connection between a plurality of bit lines of each of the i memory blocks and the data lines corresponding to the i memory blocks;
A select decoder that activates one of the plurality of selection signal lines in accordance with a select address stored in the select address processing unit;
A plurality of column decoders for switching on / off the plurality of switch elements according to a select address stored in the select address processing unit;
A data input conversion circuit for applying a voltage to the i data lines in accordance with data written to the memory cell array input from the outside,
Each of the storage elements is
A transistor having a floating gate formed on a semiconductor substrate, wherein a control gate is connected to the selection signal line, a drain is connected to the bit line, and a source is commonly connected to an erase control circuit. Nonvolatile semiconductor memory device.
i(i>1)本のデータ線ごとに設けられたi個のセンスアンプと、
複数の選択信号線と複数のビット線との交点それぞれに記憶素子が行方向と列方向とのマトリックス状に配置されると共に、前記記憶素子が前記i本のデータ線ごとに前記列方向にi個に分割され、更に、それぞれが前記行方向にk(k>1)個に分割されたi×k個のメモリブロックからなるメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの一部に記憶されているセレクトアドレスを読み出して記憶するセレクトアドレス処理部と、
前記i本のデータ線それぞれと、該データ線に対応して前記列方向に分割された前記メモリブロックの前記複数のビット線との接続を切り替える複数のスイッチ素子と、
前記行方向に分割されたi個のメモリブロックからなるメモリブロック群ごとに設けられ、該メモリブロック群に対応する前記複数の選択信号線のうち1つの選択信号線を活性化させるk個のセレクトデコーダと、
前記セレクトアドレス処理部に記憶されているセレクトアドレスに応じて前記複数のスイッチ素子のオン/オフを切り替える複数の列デコーダと、
前記k個のセレクトデコーダに対応して設けられ、外部から入力される行アドレスに応じて前記k個のセレクトデコーダのうちから1つのセレクトデコーダを選択して動作させる複数の行デコーダと、
外部から入力される前記メモリセルアレイに書き込むデータに応じて前記i本のデータ線に電圧を印加するデータ入力変換回路と
を備え、
前記記憶素子それぞれは、
半導体基板上に形成されるフローティングゲートを有するトランジスタからなり、コントロールゲートが前記選択信号線に接続され、ドレインが前記ビット線に接続され、ソースが消去制御回路に共通接続される
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。
i sense amplifiers provided for each of i (i> 1) data lines;
Storage elements are arranged in a matrix in a row direction and a column direction at intersections of a plurality of selection signal lines and a plurality of bit lines, and the storage elements are arranged in the column direction for each of the i data lines. A memory cell array composed of i × k memory blocks each divided into k (k> 1) in the row direction;
A select address processing unit for reading and storing a select address stored in a part of the memory cell array;
A plurality of switch elements for switching connection between each of the i data lines and the plurality of bit lines of the memory block divided in the column direction corresponding to the data lines;
K selections provided for each memory block group including i memory blocks divided in the row direction and activating one selection signal line among the plurality of selection signal lines corresponding to the memory block group. A decoder;
A plurality of column decoders for switching on / off the plurality of switch elements according to a select address stored in the select address processing unit;
A plurality of row decoders provided corresponding to the k select decoders, wherein one select decoder is selected from the k select decoders according to a row address inputted from the outside and operated;
A data input conversion circuit for applying a voltage to the i data lines in accordance with data written to the memory cell array input from the outside,
Each of the storage elements is
A transistor having a floating gate formed on a semiconductor substrate, wherein a control gate is connected to the selection signal line, a drain is connected to the bit line, and a source is commonly connected to an erase control circuit. Nonvolatile semiconductor memory device.
前記記憶素子である前記トランジスタのドレインに第1の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに前記第1の電圧より高い第2の電圧を印加し、該トランジスタのソースを接地電位にすることにより書き込み動作を行い、
また、前記トランジスタのドレインに前記第2の電圧より高い第4の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートを接地電位にし、該トランジスタのソースをオープン状態か接地電位より高く前記第1の電圧より低い電圧を印加することにより消去動作を行い、
また、前記トランジスタのドレインに前記接地電位か第4の電圧を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに接地電位か第3の電圧を印加し、該トランジスタのソースに接地電位を印加するか、あるいは、前記トランジスタのドレインに前記第1の電圧を印加し、該トランジスタのソースに接地電位を印加し、該トランジスタのコントロールゲートに印加する電圧を前記第3の電圧から予め定められた電位まで徐々に高くすることにより書き戻し動作を行う
ことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
By applying a first voltage to the drain of the transistor as the memory element, applying a second voltage higher than the first voltage to the control gate of the transistor, and setting the source of the transistor to the ground potential Write operation,
Further, a fourth voltage higher than the second voltage is applied to the drain of the transistor, the control gate of the transistor is set to the ground potential, and the source of the transistor is open or higher than the ground potential than the first voltage. Erase operation by applying a low voltage,
The ground potential or the fourth voltage is applied to the drain of the transistor, the ground potential or the third voltage is applied to the control gate of the transistor, and the ground potential is applied to the source of the transistor, or The first voltage is applied to the drain of the transistor, the ground potential is applied to the source of the transistor, and the voltage applied to the control gate of the transistor is gradually increased from the third voltage to a predetermined potential. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein a write back operation is performed.
前記記憶素子に対して書き込み動作を行って閾値が予め定めた書き込み基準値を超えたことを確認するテストを行った後に、消去動作を少なくとも1回以上行い、前記記憶素子である前記トランジスタの閾値が初期の閾値以下に変更されたか否かを検証し、更に、前記トランジスタの閾値が予め定められた判定基準値より低いとき書き戻し動作を少なくとも1回以上行い、閾値が、前記初期の閾値以下、かつ、前記判定基準値以上となるか否かにより前記記憶素子の動作検証を行い、
予め定めた回数の前記消去動作を行っても前記トランジスタの閾値が前記初期の閾値以下にならないとき、前記記憶素子を不良と判断し、
また、予め定めた回数の前記書き戻し動作を行っても、前記トランジスタの閾値が前記判定基準以上とならないとき、前記記憶素子を不良と判断する
ことを特徴とする請求項13に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
After performing a write operation on the memory element and performing a test to confirm that the threshold value exceeds a predetermined write reference value, the erase operation is performed at least once, and the threshold value of the transistor serving as the memory element Whether or not the threshold value of the transistor is changed to a value equal to or lower than the initial threshold value, and when the threshold value of the transistor is lower than a predetermined criterion value, a write-back operation is performed at least once, and the threshold value is equal to or lower than the initial threshold value. And verifying the operation of the memory element depending on whether or not the determination reference value or more,
When the threshold value of the transistor does not fall below the initial threshold value even after performing the erasing operation a predetermined number of times, the memory element is determined to be defective,
14. The nonvolatile memory according to claim 13, wherein the memory element is determined to be defective when the threshold value of the transistor does not become equal to or higher than the determination criterion even if the write-back operation is performed a predetermined number of times. Semiconductor memory device.
前記消去制御回路は、前記複数の記憶素子の共通接続されたソースに接地電位のみを印加する
ことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の不揮発性半導体メモリ装置。
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 11, wherein the erase control circuit applies only a ground potential to a commonly connected source of the plurality of storage elements.
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