JP2021047938A - Nonvolatile semiconductor storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a non-volatile semiconductor storage device.
電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置においては、メモリ素子に記憶したデータの劣化を防いてデータの寿命を延ばすように自動でデータのリフレッシュをするものが提案されている。 In an electrically rewritable non-volatile semiconductor storage device, a device that automatically refreshes data so as to prevent deterioration of data stored in a memory element and extend the life of the data has been proposed.
このような不揮発性半導体記憶装置においては、メモリ素子に書込み電圧または消去電圧が印加された後、またはリフレッシュ電圧印加後から所定の時間が経過すると自動でリフレッシュ電圧が生成され、リフレッシュ電圧が印加されるように構成されている。また、不揮発性半導体記憶装置においては、メモリ素子の閾値の変化を読み取って、その閾値の計測結果によってもリフレッシュ電圧を生成、印加されるように制御されている。 In such a non-volatile semiconductor storage device, a refresh voltage is automatically generated and a refresh voltage is applied after a predetermined time elapses after a write voltage or an erasure voltage is applied to the memory element or after a refresh voltage is applied. It is configured to. Further, in the non-volatile semiconductor storage device, the change in the threshold value of the memory element is read, and the refresh voltage is controlled to be generated and applied according to the measurement result of the threshold value.
上記したリフレッシュ電圧は、例えば書込み電圧または消去電圧の半分程度の弱い電圧である。これにより、消去状態のメモリ素子に影響を与えずにメモリ素子のリフレッシュを行うことができ、メモリ素子が書込み状態であるか消去状態であるかに関わらず、書込み状態のメモリ素子のみの閾値電圧を変動させ、メモリ素子のデータ寿命を延ばすことができる。 The above-mentioned refresh voltage is, for example, a weak voltage of about half of the write voltage or the erase voltage. As a result, the memory element can be refreshed without affecting the memory element in the erased state, and the threshold voltage of only the memory element in the written state regardless of whether the memory element is in the write state or the erased state. Can be varied to extend the data life of the memory element.
しかしながら、上記のような不揮発性半導体記憶装置においては、所定の時間が経過するか、あるいはメモリ素子のデータを読出し劣化状態を判定するモードに移行し劣化状態を確認した後にリフレッシュモードに移行するため、リフレッシュが完了するまでに時間がかかってしまうものであった。 However, in the non-volatile semiconductor storage device as described above, since a predetermined time elapses or the data of the memory element is read and the mode shifts to the mode for determining the deterioration state and the deterioration state is confirmed, the mode shifts to the refresh mode. , It took a long time to complete the refresh.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数のモードを経ることなしにメモリ素子の状態を確認し、書込みメモリ素子であれば読出動作の度に同時、あるいは1クロック内でリフレッシュを行うことができる不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to confirm the state of a memory element without going through a plurality of modes, and if it is a write memory element, simultaneously or at each read operation. An object of the present invention is to provide a non-volatile semiconductor storage device capable of performing refresh in a clock.
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置は、メモリ素子(20、20a、20b)へのデータの書込みおよび消去が電気的に可能な不揮発性半導体記憶装置であって、前記メモリ素子が書込状態であるか消去状態であるかを読出基準との比較に基づいて検出して出力信号を出力する読出用センスアンプ(10、70)と、前記メモリ素子のデータを読出すときに通常読出電圧を読出電圧として設定し、前記出力信号に基づいて前記メモリ素子に印加する読出電圧を前記通常読出電圧よりも高電圧の劣化改善電圧を設定する電圧設定回路(40、510、710)とを備え、前記読出用センスアンプは、前記メモリ素子に前記電圧設定回路により前記読出電圧を印加したときに、前記メモリ素子がNチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子の電流が前記読出基準以下で書込状態と判定し、前記メモリ素子の電流が前記読出基準よりも大きいと消去状態と判定し、前記メモリ素子がPチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子の電流が前記読出基準以上で書込状態と判定し、前記メモリ素子の電流が前記読出基準よりも小さいと消去状態と判定し、上記判定後の読出動作では、前記メモリ素子が消去状態である場合には前記通常読出電圧の印加状態を継続し、前記メモリ素子が書込状態である場合には前記電圧設定回路に出力信号を与えて前記劣化改善電圧の印加状態に切り替える。
The non-volatile semiconductor storage device according to
上記構成を採用することにより、読出用センスアンプによる読出動作で、メモリ素子が書込状態である場合に、判定後の読出動作では、電圧設定回路に出力信号を与えて劣化改善電圧の印加状態に切り替える。これにより、複数のモードを経ることなしにメモリ素子の状態を確認し、読出動作の度に同時、あるいは1クロック内でリフレッシュを行うことができ、メモリ素子の書込データ劣化を抑制できるとともに、メモリ素子の読出動作速度を向上させることができる。 By adopting the above configuration, when the memory element is in the write state in the read operation by the read sense amplifier, in the read operation after the determination, an output signal is given to the voltage setting circuit to apply the deterioration improvement voltage. Switch to. As a result, the state of the memory element can be confirmed without going through a plurality of modes, and refreshing can be performed simultaneously or within one clock for each read operation, and deterioration of write data of the memory element can be suppressed. The read operation speed of the memory element can be improved.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。
基本ブロック構成図を示す図1において、不揮発性半導体記憶装置100は、読出用SA(センスアンプ)10、メモリ素子としてのメモリセル20、読出基準設定部30および電圧設定回路40を備えている。
(First Embodiment)
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
In FIG. 1, which shows a basic block configuration diagram, the non-volatile
読出用SA10はメモリセル20の記憶内容を判定するためのものであり、ここではメモリセル20の電流Ioによる判定を行う構成としている。読出基準設定部30は読出用SA10に比較用の読出基準電流Ithを出力するものである。
The read SA10 is for determining the stored contents of the
電圧設定回路40は、読出用SA10の出力信号FBによってメモリセル20へ与える電圧を決定して出力するものである。ここで読出用SA10の反転入力端子にはメモリセル20が接続され、非反転入力端子には読出基準設定部30が接続されており、読出用SA10の出力端子は電圧設定回路40に出力信号FBを与えるように接続されている。
The
上記した読出用SA10は、図2に示すように、電流の大きさを比較する電流比較型のアンプが電源VDとグランドとの間に接続されている。反転入力となるメモリセル20の電流Ioは、カレントミラー回路を構成するPチャネル型のMOSトランジスタ11、12に入力される。非反転入力となる読出基準設定部30の読出基準電流Ithは、カレントミラー回路を構成するPチャネル型のMOSトランジスタ13、14に入力される。
As shown in FIG. 2, in the above-mentioned reading SA10, a current comparison type amplifier for comparing the magnitudes of currents is connected between the power supply VD and ground. The current Io of the
Nチャネル型のMOSトランジスタ15、16により、電流Ioと読出基準電流Ithとが比較されて出力信号FBが出力される。この出力信号FBは、電圧設定回路40に入力される。
The N-channel
上記構成では、メモリセル20の記憶内容の読出動作において、メモリセル20に流れる電流Ioの大きさを、読出用SA10を用いて読出基準設定部30による読出基準電流Ithと比較することによりメモリセル20が書込み状態であるか消去状態であるかを判別する。ここで読出用SA10は、読出基準電流Ith以上の大きな電流Ioが流れるときに“0”を出力し、読出基準電流Ithよりも小さな電流Ioが流れるときに“1”を出力する。
In the above configuration, in the read operation of the stored contents of the
図3は、上記構成の不揮発性半導体記憶装置100の1サイクルの読出モードの処理の流れを示している。読出モードの実行では、まずステップS100で、通常の読出基準電圧によりメモリセル20の状態が確認される。この後、ステップS110で、メモリセル20の記憶状態が消去状態の場合には劣化改善が不要であるから、これにより1サイクルの読出モードが終了し、この後、ステップS100に戻って次の読出モードのサイクルに移行する。
FIG. 3 shows the flow of processing in the read mode of one cycle of the non-volatile
一方、ステップS110で、メモリセル20の記憶状態が書込状態の場合には劣化改善が必要となり、ステップS120に進み、電圧設定回路40により高い読出電圧に変更され、変更後の読出電圧で読出を実行する。これにより、1サイクルの読出モードの実行中に、劣化改善が必要と判定される場合には、リードディスターブを利用したリフレッシュを迅速に実行することができる。
On the other hand, in step S110, when the storage state of the
次に、上記構成におけるメモリセル20におけるリードディスターブの動作について説明する。メモリセル20を構成するメモリセルトランジスタは、例えばホットエレクトロン注入方式としたものである場合、書込む際は大電流を流してホットエレクトロンを発生させ、メモリセルトランジスタ内の電荷保持領域であるFG(フローティングゲート)に電子を注入する。
Next, the operation of the read disturb in the
そのため、メモリセル20で使用するメモリセルトランジスタをNチャネル型のMOSトランジスタとした場合では、書込み状態では伝達特性の閾値電圧が大きく正にシフトするため、読出し電圧を印加しても電流が流れないことが特徴となる。
Therefore, when the memory cell transistor used in the
一方、消去方式はFowler−Nordheim(FN)トンネル方式を採用しており、MOSトランジスタのソース・ゲート間に大きな電位差を与えることでFG内にある電子を排出する。そのため、消去状態では、伝達特性の閾値電圧が負にシフトするため、読出し電圧を印加すると書込み状態と異なり電流が流れることが特徴となる。 On the other hand, the erasing method employs the Folder-Nodeheim (FN) tunnel method, and emits electrons in the FG by giving a large potential difference between the source and gate of the MOS transistor. Therefore, in the erased state, the threshold voltage of the transmission characteristic shifts negatively, so that when a read voltage is applied, a current flows unlike the write state.
書込み状態ではFG内に電子が多く存在しているが、時間や読出し動作などが原因でFG内の電子が外部へ抜け出し、シフトした伝達特性の閾値が元の状態に戻ろうとする。消去状態も同様にFG内の電子が少ないため時間などにより、FG内に電子が入ってきてしまい、伝達特性の閾値が元の状態に戻ろうとする。これをメモリの劣化と呼び、この劣化を改善する方法が重要な課題となる。 In the writing state, many electrons are present in the FG, but due to time, reading operation, etc., the electrons in the FG escape to the outside, and the threshold value of the shifted transmission characteristic tries to return to the original state. Similarly, in the erased state, since there are few electrons in the FG, electrons enter the FG due to time or the like, and the threshold value of the transmission characteristic tries to return to the original state. This is called memory deterioration, and a method for improving this deterioration is an important issue.
次に読出し時では読出基準電圧を印加してメモリセル20に読出し電流Ioを流すため、メモリセル20のメモリセルトランジスタは少しだが書込みされることになる。これは、一般的にリードディスターブと呼ばれている。一般的に消去メモリセルでは読出し電流が多く流れるため、このリードディスターブによりデータの寿命は短くなるが書込みメモリセルではリードディスターブにより弱く書込まれるため寿命が多少長くなる。このため、メモリセル20が書込状態のときに、リードディスターブを利用することで劣化改善を行うことができる。
Next, at the time of reading, since the reading reference voltage is applied and the reading current Io is passed through the
次に、図4を参照して、図1に示した不揮発性半導体記憶装置100の具体的な構成としての不揮発性半導体記憶装置200について説明する。不揮発性半導体記憶装置200は、図1の構成に加えて、プリチャージ回路50および読出用FF(フリップフロップ)60を付加した構成である。
Next, with reference to FIG. 4, the non-volatile
メモリセル20は、メモリセルトランジスタ21と選択トランジスタ22を直列に接続した構成として概略的に示している。ここでは、メモリセルトランジスタ21は、例えばFG(フローティングゲート)を有するNチャンネル型のMOSトランジスタを用いている。メモリセル20は電圧設定回路40を介して読出用SA10の反転入力端子に接続されている。メモリセル20は、実際には、多数のものが並列に接続されたメモリセルアレイとして構成されており、読出の対象となるメモリセル20を選択トランジスタ22により選択する構成である。
The
電圧設定回路40は、メモリセル20と読出用SA10とを結合するMOSトランジスタ41を備えるとともに、スイッチ42、通常電圧設定部43および劣化改善電圧設定部44を備える。通常電圧設定部43は、直流電源VDとグランドとの間に接続された分圧抵抗43a、43bの直列回路により分圧された電圧を読出基準電圧V0として設定する。劣化改善電圧設定部44は、直流電源VDとグランドとの間に接続された分圧抵抗44a、44bの直列回路により分圧された電圧を劣化改善電圧V1として設定する。劣化改善電圧V1は読出基準電圧V0よりも高い電圧に設定されている。
The
スイッチ42は、読出用SA10の出力電圧FBが「1」を出力したときにMOSトランジスタ41のゲート電圧の切り替え動作を行う。スイッチ42は、読出用SA10の出力電圧FBが「0」では読出基準電圧V0をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与え、出力電圧FBが「1」になると劣化改善電圧V1をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与えるように切り替え動作を行う。
The
読出用SA10の反転入力端子にはプリチャージ回路50が接続されている。プリチャージ回路50は、読出用SA10が読出命令を受信した後の最初のクロック立ち上がり時点から、読出しが実行されて読出基準電圧V0との比較結果が出力されるまでの間、出力信号FBが不定とならないように電位を固定する。
A
ここでは、プリチャージ回路50は、クロックの立ち上がり時に、一度読出用SA10の反転入力端子の電位を読出基準電圧V0よりも低くすることで出力信号FBを特定の論理レベル(論理値)に固定している。この実施形態においては、例えば、読出用SA10の出力信号FBが「0」となるように固定している。出力信号FBが「0」のとき、電圧設定回路40のスイッチ42は読出基準電圧V0を出力する状態に設定されている。
読出用FF60は、読出用SA10の出力信号FBが入力されるように設けられ、クロックの立ち上がり時に出力信号FBを記憶する。
Here, the
The read FF60 is provided so that the output signal FB of the read SA10 is input, and stores the output signal FB at the rising edge of the clock.
次に、図5を参照して不揮発性半導体記憶装置200の読出モードの動作について説明する。図5はメモリセル20が書込み状態であったときの動作を表している。また、対比として消去メモリセル20についても示している。不揮発性半導体記憶装置200の読出モードでは、クロックCLKの立ち上がり時刻t0、t1、t2のそれぞれの間すなわち、クロック周期を1サイクルとしており、読出動作自体は読出モードにて一度プリチャージが行われた後に実行される。つまり、ここでの読出モードはプリチャージと読出動作で構成されているとする。
Next, the operation of the read mode of the non-volatile
外部から読出命令が与えられると、クロックCLKの立ち上がり直後にプリチャージ回路50によりプリチャージが行われる。これにより、読出用SA10の出力信号FBの初期信号は「0」となり、スイッチ42が通常電圧設定部43に接続されているので、MOSトランジスタ41のゲートにはVbiasとして最初は読出基準電圧V0が印加された状態となる。
When a read command is given from the outside, the
続いて読出動作が実行されると、読出用SA10によって読出基準電流Ithとメモリセル20に流れる電流Ioとが比較される。メモリセル20が消去状態のメモリセルであった場合には、読出基準電流Ithよりも大きな電流Ioが流れるのでその時の出力信号FBは「0」のままである。
When the read operation is subsequently executed, the read SA10 compares the read reference current Is with the current Io flowing through the
一方、メモリセル20が書込み状態のメモリセルの場合には、読出基準電流Ithよりも小さな電流Ioが流れるので出力信号FBは「1」に変化する。電圧設定回路40においては、読出用SA10から「1」の出力信号FBが入力されるので、スイッチ42がMOSトランジスタ41のゲートに与えるVbiasを読出基準電圧V0からこれよりも高い電圧の劣化改善電圧V1に切り替える。これにより、メモリセル20は読出基準電圧V0より高電圧で読出動作が行われることで、リードディスターブがかけられることになり、データの劣化改善を行うことができる。
On the other hand, when the
次に、図6を参照して、本実施形態におけるメモリセル20の劣化の進行度合いについて従来方式との比較をする。図6では、本実施形態を採用したメモリセルの電流の時間経過に伴う劣化の進行を実線で示し、比較のために従来方式における劣化の進行を点線で示している。また、図6中、読出基準電流Ithのレベルを破線で示している。読出基準電流Ithのレベルは、書込状態のメモリセル20の電流Ioがこれを超えると書込状態と判定することができず、消去状態のメモリセル20であると誤判定されるレベルであり、いわゆる「データ化け」状態となるレベルである。
Next, with reference to FIG. 6, the degree of progress of deterioration of the
上記の現象について説明する。メモリセル20を構成するメモリセルトランジスタ21は、書込み直後はFG内に電子が多く注入された状態であるため、メモリセル20に電流がほとんど流れないので、リードディスターブによる書込み効果はほとんどないものと考えられる。しかし、時間が経過するにつれてメモリセルトランジスタ21のFG内の電子が抜けてくるため、電子が抜けた分メモリセル20に電流が流れ易くなる状態となる。
The above phenomenon will be described. Immediately after writing, the
このため、本実施形態におけるメモリセル20は、書込状態の場合に高い電圧の劣化改善電圧を印加するので、リードディスターブによる劣化改善効果が大きくなってくる。本実施形態のリードディスターブを利用した方式では、通常の劣化の進行に比べて、データ化けが発生するまでの時間が長くなり、劣化が抑制されていることがわかる。
Therefore, since the
このような本実施形態においては、電圧設定回路40を設け、メモリセル20が書込状態である場合で読出用SA10の出力信号FBが「1」になると、Vbiasを読出基準電圧V0からこれよりも高い電圧の劣化改善電圧V1に切り替えて出力するように構成した。これにより、メモリセル20が書込状態である場合に、読出動作の1サイクル中に、リードディスターブによってリフレッシュすることができ、メモリセル20のデータ劣化を抑制できるとともに、メモリ読出し速度を向上させることができる。
In such an embodiment, when the
なお、本実施形態で使用したメモリセル20はNチャネル型のMOSトランジスタを用いた構成のものであったが、Pチャネル型のMOSトランジスタを用いたメモリセルを使用してもよい。この場合には、読出し時にメモリセルに流れる電流Ioが読出基準電流Ithよりも大きな場合には書込状態となり、電流Ioが読出基準電流Ith以下である場合には消去状態となる。
Although the
したがって、読出用SA10の出力信号FBは、上記した場合とは逆に、読出用SA10の設定を、読出基準電流Ithよりも大きな電流Ioが流れたときは「1」を出力し、読出基準電流Ith以下の電流Ioが流れたときは「0」を出力するように変更すれば良い。 Therefore, the output signal FB of the read SA10 outputs "1" when the current Io larger than the read reference current Is flows, and the read SA10 is set to the read reference current, contrary to the above case. When a current Io of Is or less flows, it may be changed to output "0".
また、上記実施形態においては、読出用SA10は、電流比較型のものを用いた場合で説明したが、図7に示すように電圧比較型の読出用SA70としても良い。読出用SA70は、Pチャネル型のMOSトランジスタ71、72、Nチャネル型のMOSトランジスタ73、74、75およびプルアップ抵抗76を備える。
Further, in the above embodiment, the reading SA10 has been described in the case where a current comparison type reading SA10 is used, but as shown in FIG. 7, a voltage comparison type reading SA70 may be used. The read SA70 includes P-channel
MOSトランジスタ71、72は、ソースが共通に直流電源VDに接続され、カレントミラー回路を構成している。MOSトランジスタ71、72はそれぞれドレインがMOSトランジスタ73、74を直列に介してソースが共通に接続され、さらにMOSトランジスタ75を直列に介してグランドに接続される。
The sources of the
MOSトランジスタ73のゲートは、反転入力端子としてプルアップ抵抗76を介して直流電源VDに接続され、メモリセル20の電流Ioが電圧Voとして入力されるように設けられる。一方、MOSトランジスタ74のゲートは、非反転入力端子として読出基準電圧Vthが入6されるように設けられる。
The gate of the
また、読出用SA70を用いる場合には、電圧設定回路40は、読出用SA70の出力信号FBによってメモリセル20に与える読出電圧を決定している。したがって、このような読出用SA70によっても、電流に代えて電圧比較型として構成したことを除いて、前述の読出用SA10と同様の動作を行うことができる。
When the read SA70 is used, the
(第2実施形態)
図8から図10は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。第1実施形態においては、メモリセル20が書込状態のときには、常に劣化改善電圧V1を印加するように切り替える構成としたのに対して、この実施形態では、書込状態であってもメモリセル20の電流Ioが劣化検出基準以下の場合には実施しない構成としている。
(Second Embodiment)
8 to 10 show the second embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In the first embodiment, when the
図8は、不揮発性半導体記憶装置300の電気的構成を示している。第1実施形態の図4の構成に加えて、劣化検出用SA(センスアンプ)310、劣化検出基準設定部320および論理回路としてのアンド回路330を付加した構成である。また、メモリセル20は、説明の都合で2つのメモリセル20a、20bを示している。
FIG. 8 shows the electrical configuration of the non-volatile
劣化検出用SA310は、読出用SA10と同様に、反転入力端子に電圧設定回路40を介してメモリセル20が接続され、メモリセル20の電流Ioが入力される。また、劣化検出用SA310は、非反転入力端子に劣化検出基準設定部320が接続され、劣化検出基準電流Ixが入力される。劣化検出基準電流Ixは、書込基準電流Iwよりも大きく、読出基準電流Ithよりも小さい電流値に設定されている。
Similar to the read SA10, the deterioration detection SA310 is connected to the
アンド回路330は、読出用SA10の出力信号と劣化検出用SA310の出力信号が入力される。ここでは、劣化検出用SA310の出力信号はアンド回路330に反転入力される。アンド回路330は、読出用SA10からの出力信号がハイレベルで、且つ、劣化検出用SA310からの出力信号がローレベルである場合に、ハイレベルつまり「1」の出力信号FBを出力する。アンド回路330の出力信号FBは、電圧設定回路40に入力される。
The AND
次に、上記構成の作用について説明する。この実施形態では、新たに劣化検出基準を導入してリフレッシュをする条件を、メモリセル20が書込状態の場合に電流Ioが劣化検出基準電流Ixを超えているかどうかを判定して行うようにしている。
Next, the operation of the above configuration will be described. In this embodiment, the condition for newly introducing the deterioration detection reference and refreshing is determined by determining whether or not the current Io exceeds the deterioration detection reference current Ix when the
図9は、図5に示したものと同様に、不揮発性半導体記憶装置300の読出モードの動作タイミングチャートを示している。図9はメモリセル20aが書込状態で選択された場合の動作を表している。また、ここでは、読出動作を行う対象としてのメモリセル20aが、劣化した書込状態の場合と、非劣化の書込状態の場合についても示している。
FIG. 9 shows an operation timing chart of the read mode of the non-volatile
前述同様に、不揮発性半導体記憶装置300の読出モードでは、クロックCLKの立ち上がり時刻t0、t1、t2間すなわち、クロック周期を1サイクルとしており、読出動作自体は読出モードにて一度プリチャージが行われた後に実行される。
Similarly to the above, in the read mode of the non-volatile
読出命令信号が出された直後のクロックCLKの立ち上がりで、プリチャージ回路50によるプリチャージが実施された後、読出用SA10による読出動作と、劣化検出用SA310による劣化検出動作が同時に並行して開始される。プリチャージのため、読出用SA10の出力信号は最初「0」に設定される。これにより、アンド回路330の出力信号FBの初期値も「0」となり、電圧設定回路40はMOSトランジスタ41のゲートに対して読出基準電圧V0を出力する状態である。
At the rising edge of the clock CLK immediately after the read command signal is issued, the
続いて読出動作が実行されると、読出用SA10および劣化検出用SA310によって読出基準電流Ithとメモリセル20aに流れる電流Ioが比較される。メモリセル20aが消去状態であった場合には、読出基準電流Ithよりも大きな電流Ioが流れるのでその時の読出用SA10および劣化検出用SA310の出力信号は共に「0」のままである。この結果、アンド回路330の出力信号FBは「0」のままとなり、電圧設定回路40はMOSトランジスタ41のゲートに対して読出基準電圧V0を出力する状態が継続される。
When the read operation is subsequently executed, the read reference current Is and the current Io flowing through the
一方、メモリセル20aが書込状態である場合には、読出基準電流Ithよりも小さい電流Ioが流れるので読出用SA10の出力信号は「1」に変化する。このとき、メモリセル20aの電流Ioが劣化検出基準電流Ixよりも大きい場合には、劣化検出用SA310の出力信号が「0」のままであるから、アンド回路330は出力信号FBを「1」として出力する。
On the other hand, when the
この結果、電圧設定回路40においては、アンド回路330から「1」の出力信号FBが入力されるので、スイッチ42がMOSトランジスタ41のゲートに与えるVbiasを読出基準電圧V0からこれよりも高い電圧の劣化改善電圧V1に切り替える。これにより、メモリセル20のメモリセルトランジスタ21にディスターブをかけることになり、データの劣化改善を行うことができる。
As a result, in the
なお、メモリセル20aが書込状態で、読出基準電流Ithよりも小さい電流Ioが流れて読出用SA10の出力信号は「1」に変化する場合でも、メモリセル20aの電流Ioが劣化検出基準電流Ix以下である場合には次のように動作する。すなわち、この場合には、劣化検出用SA310の出力信号が「1」となり、アンド回路330は出力信号FBを「0」として出力する。この結果、アンド回路330の出力信号FBは「0」のままとなり、電圧設定回路40はMOSトランジスタ41のゲートに対して読出基準電圧V0を出力する状態が継続される。
Even when the
図10は、上記の動作を説明するもので、劣化検出基準電流Ixは書込電圧印加直後の電流値である書込基準電流Iwと読出基準電流Ithとの間に設けられている。読出基準電流Ithと劣化検出基準電流Ixの間は、劣化改善実施区間とされ、メモリセル20aの電流Ioが流れた場合に、劣化改善電圧V1を印加することで、リードディスターブを利用した劣化の抑制を行うようにしている。
FIG. 10 illustrates the above operation, and the deterioration detection reference current Ix is provided between the write reference current Iw and the read reference current Is, which are current values immediately after the write voltage is applied. The section between the read reference current Is and the deterioration detection reference current Ix is defined as a deterioration improvement implementation section, and when the current Io of the
このように、本実施形態では、新たに劣化検出用SA310を設け、メモリセル20aが記憶状態である場合でも、電流Ioが劣化検出基準Ixよりも小さい場合には非劣化状態として劣化改善電圧V1を印加しないようにした。これにより、ある程度まで劣化した書込状態のメモリセル20aを選んで劣化改善電圧V1を印加することができ、非選択状態のメモリセル20bが高電圧にさらされる回数を減らすことができる。
As described above, in the present embodiment, the deterioration detection SA310 is newly provided, and even when the
上記の効果は、つぎのような理由によるものである。すなわち、複数のメモリセル20a、20bなどが設けられたメモリセルアレイにおいて、読出のために選択したメモリセル20aが書込状態であった場合に、無条件で劣化改善電圧V1を印加する場合には、メモリセルアレイの非選択のメモリセル20bにも高電圧の劣化改善電圧V1が印加される状態となる。このことは、不揮発性半導体記憶装置の種類や特性あるいは使用形態によっては、メモリの構造自体の劣化につながることがある。
The above effect is due to the following reasons. That is, in a memory cell array provided with a plurality of
このため、このような不揮発性半導体記憶装置に適用する場合には、非選択のメモリセルに劣化改善電圧V1が印加されるのをできるだけ少なくした方が良い。また、メモリセル20bの選択トランジスタ22bに電流を流さないようにしても、何らかの誤動作で非選択の消去メモリセル20bの選択トランジスタ22bもオンされてしまうと、劣化改善電圧V1が印加されたことで強いリードディスターブが起こり寿命を縮めてしまう恐れがあるからである。
Therefore, when applied to such a non-volatile semiconductor storage device, it is preferable to minimize the application of the deterioration improvement voltage V1 to the non-selected memory cells. Further, even if the current is not passed through the
(第3実施形態)
図11は第3実施形態を示すもので、以下、第2実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、不揮発性半導体記憶装置400として、劣化検出用SA310を設ける代わりに、メモリセル20の電流Ioを劣化検出基準で判定する簡易的な回路を設ける構成としている。
(Third Embodiment)
FIG. 11 shows a third embodiment, and the parts different from the second embodiment will be described below. In this embodiment, instead of providing the deterioration detection SA310 as the non-volatile
すなわち、図11に示すように、メモリセル20の電流をコピーするためのカレントミラー回路をPチャネル型のMOSトランジスタ410、420を設けている。メモリセル20の電流のレベルを判定するためのNチャネル型のMOSトランジスタ430は、ソースがグランドに接続され、ドレインがプルアップ抵抗440を介して直流電源VDに接続している。
That is, as shown in FIG. 11, P-channel
電流レベルを検出する抵抗450は、カレントミラー回路を構成するMOSトランジスタ420から電流が流されるように設けられ、端子電圧をMOSトランジスタ430のゲートに与えるように接続される。
The
この場合抵抗450の抵抗値は、劣化検出基準Ixよりも小さい電流が流れる状態では、MOSトランジスタ430の閾値電圧に達する端子電圧とならないように設定されている。この状態では、MOSトランジスタ430はオフ状態であり、ドレインはプルアップ抵抗440により直流電源VDのレベルつまりハイレベルの出力状態となり、アンド回路330にはローレベルが入力される。これにより、出力信号FBを「0」のローレベルにすることができる。
In this case, the resistance value of the
一方、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準Ix以上になると、抵抗450の端子電圧がMOSトランジスタ430の閾値電圧以上となり、MOSトランジスタ430がオンする。これにより、MOSトランジスタ430のドレインはグランドレベルつまりローレベルの出力状態となり、アンド回路330にはハイレベルが入力される。これにより、出力信号FBを「1」のハイレベルにすることができる。
On the other hand, when the current Io of the
したがって、このような第3実施形態によっても、第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記実施形態において、抵抗450の抵抗値を変えることで、劣化検出基準Ixを適宜のレベルに調整して設定することができる。
Therefore, even with such a third embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
In the above embodiment, the deterioration detection reference Ix can be adjusted and set to an appropriate level by changing the resistance value of the
(第4実施形態)
図12および図13は第4実施形態を示すもので、以下、第2実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、不揮発性半導体記憶装置500は、劣化改善実施区間を複数段階で設けるように構成し、劣化改善電圧を複数設けて、メモリセル20の状態に応じて細かく印加する電圧を変えるようにしている。
(Fourth Embodiment)
12 and 13 show the fourth embodiment, and the parts different from the second embodiment will be described below. In this embodiment, the non-volatile
図12において、不揮発性半導体記憶装置500は、電圧設定回路40に代えて電圧設定回路510を備える。電圧設定回路510は、スイッチ42に代えて、2つのスイッチ42a、42bを備える。また、通常電圧設定部43、第1劣化改善電圧設定部44および第2劣化改善電圧設定部45を備える。通常電圧設定部43および第1劣化改善電圧設定部44は、第1実施形態の図4における通常電圧設定部43および劣化改善電圧設定部44と同じである。
In FIG. 12, the non-volatile
第1劣化改善電圧設定部44は、直流電源VDとグランドとの間に接続された分圧抵抗44a、44bの直列回路により分圧された電圧を第1劣化改善電圧V1として設定する。また、第2劣化改善電圧設定部45は、直流電源VDとグランドとの間に接続された分圧抵抗45a、45bの直列回路により分圧された電圧を第2劣化改善電圧V2として設定する。
The first deterioration improvement
スイッチ42aは、読出用SA10の出力電圧FB1がローレベル「0」の出力状態では、読出基準電圧V0をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与える。すなわちメモリセル20の読出時および読出結果が消去状態のときには読出基準電圧V0がVbiasとなる。また、スイッチ42aは、読出用SA10の出力電圧FB1がハイレベルの「1」になるとスイッチ42bに接続し、劣化改善電圧V1あるいはV2をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与えるように切り替え動作を行う。すなわち、メモリセル20が書込状態のときには第1劣化改善電圧V1、第2劣化改善電圧V2のいずれかがVbiasとなる。
The
スイッチ42bは、読出用SA10の出力電圧FB1がハイレベル「1」の出力状態で、スイッチ42aを介してMOSトランジスタ41のゲートに第1劣化改善電圧V1あるいは第2劣化改善電圧V2のいずれかのVbiasを与える選択スイッチである。この場合、スイッチ42bは、アンド回路330からの出力信号FB2がローレベル「0」の出力状態では、第1劣化改善電圧V1をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与える。また、スイッチ42bは、アンド回路330からの出力信号FB2がハイレベル「1」の出力状態では、第2劣化改善電圧V2をMOSトランジスタ41のゲートにVbiasとして与える。
The
上記構成において、メモリセル20の電流Ioが読出基準電流Ith以下で、書込状態である場合には、スイッチ42aがスイッチ42b側に接続された状態となる。この状態では、スイッチ42bにより劣化改善電圧V1あるいはV2を選択する状態である。
In the above configuration, when the current Io of the
ここでは、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ixより小さい場合には、劣化検出用SA310がハイレベル「1」の信号を出力するので、アンド回路330はローレベルの出力信号FBをスイッチ42bに出力する。これにより、スイッチ42bは、第1劣化改善電圧V1をMOSトランジスタ41のゲートに与えるように設定される。メモリセル20は、このとき第1劣化改善電圧V1でリフレッシュがなされ、弱い劣化改善がされる。
Here, when the current Io of the
一方、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ix以上の場合には、劣化検出用SA310がローレベル「0」の信号を出力するので、アンド回路330はハイレベルの出力信号FBをスイッチ42bに出力する。これにより、スイッチ42bは、第2劣化改善電圧V2をMOSトランジスタ41のゲートに与えるように切り替えられる。メモリセル20は、このとき第1劣化改善電圧V1よりも高電圧の第2劣化改善電圧V2でリフレッシュがなされ、強い劣化改善がされる。
On the other hand, when the current Io of the
このような第4実施形態においては、メモリセル20が書込状態のときにメモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ix以下であるか、超えているかに応じて第1劣化改善電圧V1および第2劣化改善電圧V2を切り替えてリフレッシュを行う構成とした。これにより、書込状態にあるメモリセル20の劣化状態に応じて劣化改善電圧V1、V2を使い分けるので、常に高い劣化改善電圧でリフレッシュをする場合に比べて、隣接するメモリセルへの影響をより低減させることができる。
In such a fourth embodiment, when the
なお、上記実施形態においては、2個のスイッチ42a、42bにより3種類の電圧V0、V1、V2を選択的に印加する構成としているが、スイッチを1個の3入力スイッチを設ける構成として、読出用SA10および劣化検出用SA310の出力信号を論理演算することで切り替えるように構成することもできる。
In the above embodiment, the two
また、上記実施形態においては、劣化検出基準電流を設けて劣化状態を2段階に分けて劣化改善電圧V1、V2を印加するようにしたが、劣化検出基準電流を複数段階で設定して劣化状態を3段階以上に分けて劣化改善電圧を印加する構成としても良い。さらに、メモリセル20の電流Ioの大きさに応じて連続的な値の劣化改善電圧を割り当てて印加する構成とすることもできる。
Further, in the above embodiment, the deterioration detection reference current is provided and the deterioration state is divided into two stages to apply the deterioration improvement voltages V1 and V2. However, the deterioration detection reference current is set in a plurality of stages and the deterioration state is applied. May be configured to apply the deterioration improvement voltage in three or more stages. Further, it is also possible to allocate and apply a continuous value of deterioration improvement voltage according to the magnitude of the current Io of the
(第5実施形態)
図14および図15は第5実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。上記したクロックCLKの立ち上がりで読出動作と劣化検出をパラレルで実行する方式に代えて、この実施形態の不揮発性半導体記憶装置600は、読出動作と劣化検出をシリアルで実行する方式を採用している。
(Fifth Embodiment)
14 and 15 show the fifth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. Instead of the method of executing the read operation and the deterioration detection in parallel at the rising edge of the clock CLK described above, the non-volatile
図14に示すように、不揮発性半導体記憶装置600は、劣化検出用SA310に代えて、スイッチ610を設け、読出用SA10の非反転入力端子への入力を読出基準設定部30あるいは劣化検出基準設定部320のいずれかを選択的に接続する構成としている。また、読出用SA10の出力信号を一時的に記憶する劣化用FF620および論理回路としてのアンド回路630を設けている。
As shown in FIG. 14, the non-volatile
スイッチ610の切り替わり動作としては、スイッチ610が劣化検出基準設定部320側にオンされてからある一定の遅延を発生させた後、読出基準設定部30側へ切り替わる。劣化検出結果のデータを一時記憶させておくラッチ回路としての劣化用FF620は、スイッチ620が劣化検出基準設定部320側から読出基準設定部30側に切り替わるタイミングで読出用SA10からの出力信号のレベルを記憶する。
As the switching operation of the
アンド回路630は、読出用SA10の出力信号が入力されるとともに、劣化用FF620の出力信号が反転入力される。アンド回路630は、入力信号に基づいて電圧設定回路40のスイッチ42に出力信号FBを与える。
次に、上記構成の作用について図15も参照して説明する。
In the AND
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIG.
この実施形態においては、読出動作と劣化検出をシリアルで実施するので、クロックCLKの1サイクル中にまず劣化検出を実施し、この後読出動作を実施する。また、それぞれ劣化検出および読出動作に先立ってプリチャージ回路50を動作させてプリチャージを実施している。
In this embodiment, since the read operation and the deterioration detection are performed serially, the deterioration detection is first performed during one cycle of the clock CLK, and then the read operation is performed. Further, the
まず、メモリセル20が消去状態である場合について簡単に説明する。メモリセル20の電流Ioは、読出基準電流Ithよりも大である。クロックCLKが立ち上がるタイミングで、スイッチ610は劣化検出基準設定部320に接続するように切り替えられる。また、プリチャージ動作によりアンド回路630を介した出力信号FBは初期値がローレベル「0」となるように設定されている。
First, a case where the
この後、読出用SA10において、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ixとの比較結果がローレベル「0」となるので、スイッチ610の切り替わりタイミングで劣化用FF620に「0」が一時記憶される。
After that, in the read SA10, the comparison result of the current Io of the
次に、スイッチ610切り替えの間の出力状態が不明な状態となるのを抑制するため、再度プリチャージ回路50によるプリチャージ動作が行われる。これにより、読出基準電流Ithとの比較を実施するまでの間は、読出用SA10の出力信号はローレベル「0」の状態となる。この後、読出用SA10においては、メモリセル20の電流Ioと読出基準電流Ithとの比較が実施され、出力信号はローレベル「0」となる。この結果、アンド回路630は、出力信号FBをローレベル「0」とし、これによってスイッチ610は読出基準電圧V0が出力される状態に保持される。
Next, in order to prevent the output state from becoming unknown during the switching of the
次に、図15に示すように、書込状態のメモリセル20の電流Ioが劣化検出基準Ixを超える状態である場合について説明する。クロックCLKが立ち上がるタイミングでは、前述同様にアンド回路630の出力信号FBは初期値がローレベル「0」となるように設定されている。
Next, as shown in FIG. 15, a case where the current Io of the
この後、読出用SA10において、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ixとの比較結果がハイレベル「1」となるので、スイッチ610の切り替わりタイミングで劣化用FF620に「1」が一時記憶される。
After that, in the read SA10, the comparison result of the current Io of the
次に、スイッチ610が切り替わる間、プリチャージによって出力信号FBがローレベル「0」に保持された状態で、読出用SA10は、メモリセル20の電流Ioと読出基準電流Ithとの比較を実施する。メモリセル20は書込状態であるから、このときの出力信号はローレベル「0」となる。この結果、アンド回路630は、出力信号FBをハイレベル「1」とし、これによってスイッチ610は劣化改善電圧V1が出力される状態に切り替わる。
Next, while the output signal FB is held at the low level “0” by precharging while the
この状態は、メモリセル20が書込状態であるが、電流Ioが劣化検出基準Ixを超えている状態であるから、劣化改善電圧V1によってリフレッシュを行うことで劣化状態を改善している。
In this state, the
一方、図15に示すように、書込状態のメモリセル20の電流Ioが劣化検出基準Ix以下である場合には、読出用SA10において、メモリセル20の電流Ioが劣化検出基準電流Ixとの比較結果がローレベル「0」となるので、スイッチ610の切り替わりタイミングで劣化用FF620に「0」が一時記憶される。
On the other hand, as shown in FIG. 15, when the current Io of the
次に、読出用SA10は、メモリセル20の電流Ioと読出基準電流Ithとの比較を実施すると、出力信号はローレベル「0」となる。この結果、アンド回路630は、出力信号FBをローレベル「0」とし、これによってスイッチ610は読出基準電圧V0が出力される状態を保持する。
Next, when the read SA10 compares the current Io of the
この状態は、メモリセル20が書込状態であるが、電流Ioが劣化検出基準Ix以下の状態であるから、劣化改善電圧V1によってリフレッシュを行う必要がないので、読出基準電圧V0を印加した状態が保持される。
In this state, the
このような第5実施形態によっても、第2実施形態と同様の効果を得ることができ、また、読出用SA10に対して、読出基準設定部30と劣化検出基準設定部320とをスイッチ610により切り替え接続可能な構成とし、劣化検出と読出動作とをシリアルで実施する構成としたので、劣化検出用SA310を省略した構成とすることができ、回路面積の省スペース化を図ることができる。
The same effect as that of the second embodiment can be obtained by such a fifth embodiment, and the read
(第6実施形態)
図16および図17は第6実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、図4に示した不揮発性半導体記憶装置200に代えて、クロックCLKの1サイクル内の立ち下がりタイミングを利用して劣化改善電圧を印加する構成の不揮発性半導体記憶装置700としている。
(Sixth Embodiment)
16 and 17 show the sixth embodiment, and the parts different from the first embodiment will be described below. In this embodiment, instead of the non-volatile
図16に示すように、不揮発性半導体記憶装置700は、電圧設定回路40に代えて電圧設定回路710として、スイッチ42、通常電圧設定部43を備える構成である。この実施形態では、劣化改善電圧設定部44に代えて、スイッチ42を介して直流電源VDの電圧を劣化改善電圧として直接メモリセル20に印加可能な構成としている。直流電源VDの電圧は、読出基準電圧V0よりも高く、且つ、劣化改善電圧V1よりも高い。
As shown in FIG. 16, the non-volatile
スイッチ42に与える出力信号FBは、アンド回路720から出力される。アンド回路720は、FF(フリップフロップ)回路730を介して読出用SA10から出力信号が与えられるとともに、クロック回路740からクロックCLKを反転させた信号が与えられる。
The output signal FB given to the
上記構成においては、スイッチ42が直流電源VD側に接続される状態では、読出用SA10の反転入力端子にメモリセル20が接続されない状態となる。このため、読出用SA10の出力が不定になるので、クロックCLKの立ち上がりタイミングで読出用FF60およびFF730に読出用SA10の出力状態を記憶させている。
In the above configuration, when the
また、読出用SA10の出力信号を読出用FF60およびFF730に記憶させておくことで、FF730とクロックCLKがともに「1」の状態では、アンド回路720の出力信号FBが「0」となるように、クロック回路740を設けている。これによって、この実施形態においては、プリチャージ回路50を省略した構成とすることができる。
次に、上記構成の作用について図17も参照して説明する。
Further, by storing the output signal of the read SA10 in the read FF60 and FF730, the output signal FB of the AND
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIG.
まず、クロックCLKの立ち上がり時点t0までは、アンド回路720の出力信号FBは不定となるが、クロック信号CLKの立ち上がりタイミングt0で、FF730の「1」の出力信号と、クロック回路740の「0」のクロック信号により、ローレベル「0」の出力信号FBが出力される。
First, the output signal FB of the AND
これにより、スイッチ42はメモリセル20側に接続され、MOSトランジスタ41のゲートに読出基準電圧V0が印加され、クロックCLKの立ち下がりタイミングまで読出動作が行われる。読出用SA10は、メモリセル20の電流Ioと読出基準設定部30からの読出基準電流Ithとの比較を行い、この後、クロックCLKの立ち下がりタイミングでその結果を読出用FF60およびFF730に記憶させる。
As a result, the
ここでは、読出用SA10は、メモリセル20が消去状態では読出結果を「0」とし、書込状態では読出結果を「1」として記憶され、次のクロックCLKの立ち上がりタイミングt1まで保持される。これにより、クロックCLKの立ち下がりタイミングでクロック回路720からハイレベル「1」のクロック信号が出力されると、アンド回路720は、FF730に記憶された内容が入力され、これを出力信号FBとしてスイッチ42に与える。
Here, the read SA10 stores the read result as “0” in the erased state of the
メモリセル20が消去状態の場合には、アンド回路720の出力信号FBはローレベル「0」のままであるから、読出基準電圧V0をMOSトランジスタ41のゲートに印加した状態が保持される。
When the
一方、メモリセル20が書込状態の場合には、アンド回路720の出力信号FBはハイレベル「1」に変化するので、スイッチ42は切り替えられ、メモリセル20に直流電源VDを印加する状態が次のクロックCLKの立ち上がりタイミングまで継続される。これにより、書込状態のメモリセル20は、直流電圧VDによってリフレッシュがなされ、劣化が抑制される。
On the other hand, when the
このような第6実施形態においては、メモリセル20が書込状態のときに、劣化改善電圧V1ではなく、直流電圧VDをメモリセル20に印加して劣化改善を行うので、劣化改善電圧がMOSトランジスタ41のゲート・ソース間電圧Vgs分だけ減少した値となるのを避けて、高い電圧を印加することができる。
In such a sixth embodiment, when the
なお、この実施形態では、読出動作が十分早い場合に有効なもので、クロックCLKの立ち下りタイミングすなわちクロック回路740の出力信号の立ち上がりタイミングで読出動作を終了すれば、メモリセル20のドレイン端子に直接直流電源VDの高電圧を劣化改善電圧として印加できるようにしたことで、少しでも高い電圧である電源電圧VDによる劣化改善を行うことができる。
In this embodiment, it is effective when the read operation is sufficiently fast, and if the read operation is completed at the falling timing of the clock CLK, that is, the rising timing of the output signal of the
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof. For example, the present invention can be modified or extended as follows.
上記各実施形態においては、メモリセル20として、Nチャネル型のMOSトランジスタを用いた例を示しているが、Pチャネル型のMOSトランジスタを用いたものでも同様の考え方を適用することで実施することができる。
In each of the above embodiments, an example in which an N-channel type MOS transistor is used as the
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 Although the present disclosure has been described in accordance with the examples, it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various modifications and modifications within an equal range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are also within the scope of the present disclosure.
図面中、10、70は読出用SA(読出用センスアンプ)、20、20a、20bはメモリセル(メモリ素子)、21はメモリセルトランジスタ、22は選択トランジスタ、30は読出基準設定部、40、510、710は電圧設定回路、41はMOSトランジスタ、42、42a、42b、610、715はスイッチ、43は通常電圧設定部、44は劣化改善電圧設定部(第1劣化改善電圧設定部)、45は第2劣化改善電圧設定部、50はプリチャージ回路、60は読出用FF、100、200、300、400、500、600、700は不揮発性半導体記憶装置、310は劣化検出用SA(劣化検出用センスアンプ)、320は劣化検出基準設定部、330、630、720はアンド回路(論理回路)、430はMOSトランジスタ、450は抵抗、620は劣化用FF(記憶回路)、730はFF(記憶回路)、740はクロック回路である。 In the drawings, 10 and 70 are read SAs (read sense amplifiers), 20, 20a and 20b are memory cells (memory elements), 21 are memory cell transistors, 22 are selection transistors, and 30 are read reference setting units, 40, 510 and 710 are voltage setting circuits, 41 are MOS transistors, 42, 42a, 42b, 610 and 715 are switches, 43 is a normal voltage setting unit, 44 is a deterioration improvement voltage setting unit (first deterioration improvement voltage setting unit), 45. Is a second deterioration improvement voltage setting unit, 50 is a precharge circuit, 60 is a read FF, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700 are non-volatile semiconductor storage devices, and 310 is a deterioration detection SA (deterioration detection). Sense amplifier), 320 is the deterioration detection reference setting unit, 330, 630, 720 is the AND circuit (logic circuit), 430 is the MOS transistor, 450 is the resistor, 620 is the deterioration FF (memory circuit), 730 is the FF (memory). Circuit), 740 is a clock circuit.
Claims (6)
前記メモリ素子が書込状態であるか消去状態であるかを読出基準との比較に基づいて検出して出力信号を出力する読出用センスアンプ(10、70)と、
前記メモリ素子のデータを読出すときに通常読出電圧を読出電圧として設定し、前記出力信号に基づいて前記メモリ素子に印加する読出電圧として前記通常読出電圧よりも高電圧の劣化改善電圧を設定する電圧設定回路(40、510、710)とを備え、
前記読出用センスアンプは、
前記メモリ素子に前記電圧設定回路により前記通常読出電圧を印加したときに、
前記メモリ素子がNチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子の電流が前記読出基準以下で書込状態と判定し、前記メモリ素子の電流が前記読出基準よりも大きいと消去状態と判定し、
前記メモリ素子がPチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子の電流が前記読出基準以上で書込状態と判定し、前記メモリ素子の電流が前記読出基準よりも小さいと消去状態と判定し、
上記判定後の読出動作では、前記メモリ素子が消去状態である場合には前記通常読出電圧の印加状態を継続し、前記メモリ素子が書込状態である場合には前記電圧設定回路に出力信号を与えて前記劣化改善電圧の印加状態に切り替える不揮発性半導体記憶装置。 A non-volatile semiconductor storage device that is electrically capable of writing and erasing data to memory elements (20, 20a, 20b).
A reading sense amplifier (10, 70) that detects whether the memory element is in a writing state or an erasing state based on a comparison with a reading standard and outputs an output signal.
When reading the data of the memory element, the normal read voltage is set as the read voltage, and the deterioration improvement voltage higher than the normal read voltage is set as the read voltage applied to the memory element based on the output signal. Equipped with a voltage setting circuit (40, 510, 710)
The reading sense amplifier is
When the normal read voltage is applied to the memory element by the voltage setting circuit,
When the memory element is an N-channel type MOS transistor, it is determined that the current of the memory element is below the read reference and is in the write state, and when the current of the memory element is larger than the read reference, it is in the erase state. Judge,
When the memory element is a P-channel type MOS transistor, it is determined that the current of the memory element is equal to or higher than the read reference and is in the write state, and when the current of the memory element is smaller than the read reference, it is in the erase state. Judge,
In the read operation after the determination, when the memory element is in the erase state, the normal read voltage application state is continued, and when the memory element is in the write state, an output signal is sent to the voltage setting circuit. A non-volatile semiconductor storage device that is given and switched to an applied state of the deterioration improvement voltage.
前記読出用センスアンプおよび前記劣化検出用センスアンプの各検出信号が入力され前記電圧設定回路に出力信号を与える論理回路(330)とを備え、
前記論理回路は、
前記メモリ素子がNチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記読出用センスアンプにより前記メモリ素子が書込状態と判定され、且つ前記劣化検出用センスアンプにより前記劣化検出基準よりも大きい電流値と判定されたときに、前記電圧設定回路に前記出力信号を与えて上記判定後の読出動作で前記劣化改善用電圧による読出しを行わせ、
前記メモリ素子がPチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記読出用センスアンプにより前記メモリ素子が書込状態と判定され、且つ前記劣化検出用センスアンプにより前記劣化検出基準よりも小さい電流値と判定されたときに、前記電圧設定回路に前記出力信号を与えて上記判定後の読出動作で前記劣化改善用電圧による読出しを行わせる請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 Deterioration detection sense amplifier (310) that determines whether the memory element is in a deteriorated state or a non-deteriorated state based on a comparison between the current of the memory element and the deterioration detection standard by the deterioration detection standard setting unit (320). )When,
A logic circuit (330) to which each detection signal of the read sense amplifier and the deterioration detection sense amplifier is input and an output signal is given to the voltage setting circuit is provided.
The logic circuit
When the memory element is an N-channel type MOS transistor, the read sense amplifier determines that the memory element is in a writing state, and the deterioration detection sense amplifier determines a current value larger than the deterioration detection reference. When it is determined, the output signal is given to the voltage setting circuit so that the read operation after the determination performs reading by the deterioration improving voltage.
When the memory element is a P-channel type MOS transistor, the read sense amplifier determines that the memory element is in a writing state, and the deterioration detection sense amplifier determines a current value smaller than the deterioration detection reference. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1, wherein when the determination is made, the output signal is given to the voltage setting circuit to perform reading by the deterioration improving voltage in the reading operation after the determination.
前記劣化検出用センスアンプおよび前記読出用センスアンプの各出力が入力される論理回路(330)とを備え、
前記電圧設定回路(510)は、
前記劣化改善電圧として第1劣化改善電圧およびこれよりも高電圧の第2劣化改善電圧を設定するように構成され、
前記メモリ素子がNチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子が消去状態のときに前記読出電圧を前記通常読出電圧とし、前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準以下のときに前記読出電圧を前記第1劣化改善電圧に設定し、前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準よりも大きくかつ書込状態であるときに前記読出電圧を前記第2劣化改善電圧に設定し、
前記メモリ素子がPチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子が消去状態のときに前記読出電圧を前記通常読出電圧とし、前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準以上のときに前記読出電圧を前記第1劣化改善電圧に設定し、前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準よりも小さくかつ書込状態であるときに前記読出電圧を前記第2劣化改善電圧に設定する請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 Deterioration detection sense that detects and outputs whether the memory element is in a deteriorated state or a non-deteriorated state based on a comparison between the current of the memory element and the deterioration detection standard of the deterioration detection standard setting unit (320). With the amplifier (310)
A logic circuit (330) to which each output of the deterioration detection sense amplifier and the reading sense amplifier is input is provided.
The voltage setting circuit (510)
It is configured to set the first deterioration improvement voltage and the second deterioration improvement voltage higher than this as the deterioration improvement voltage.
When the memory element is an N-channel type MOS transistor, the read voltage is set to the normal read voltage when the memory element is in the erased state, and the current of the memory element is equal to or less than the deterioration detection reference. The read voltage is set to the first deterioration improvement voltage, and when the current of the memory element is larger than the deterioration detection reference and is in the writing state, the read voltage is set to the second deterioration improvement voltage.
When the memory element is a P-channel type MOS transistor, the read voltage is set to the normal read voltage when the memory element is in the erased state, and the current of the memory element is equal to or higher than the deterioration detection reference. Claim 1 in which the read voltage is set to the first deterioration improvement voltage, and the read voltage is set to the second deterioration improvement voltage when the current of the memory element is smaller than the deterioration detection reference and is in the writing state. The non-volatile semiconductor storage device according to.
前記読出用センスアンプにおいて前記メモリ素子の電流を前記劣化検出基準と比較したときの比較結果を一時記憶させておく記憶回路(620)と、
前記読出用センスアンプにおいて前記メモリ素子の電流と前記読出基準と比較した比較結果信号と、前記記憶回路に記憶された比較結果信号とが入力されこれらに基づいて前記電圧設定回路に出力信号を与える論理回路(630)とを備え、
前記論理回路は、
前記メモリ素子がNチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子が書込状態で且つ前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準以上のときに、前記電圧設定回路に前記出力信号を与えて前記劣化改善電圧による読出動作を継続させ、前記メモリ素子が消去状態もしくは前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準よりも小さいときに、前記通常読出電圧で前記読出動作を継続させ、
前記メモリ素子がPチャネル型のMOSトランジスタである場合には、前記メモリ素子が書込状態で且つ前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準以下の電流値のときに、前記電圧設定回路に前記出力信号を与えて前記劣化改善電圧による読出動作を継続させ、前記メモリ素子が消去状態もしくは前記メモリ素子の電流が前記劣化検出基準よりも大きいときに、前記通常読出電圧で前記読出動作を継続させる請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A switch (610) that outputs either the read standard or the deterioration detection standard to the read sense amplifier, and
A storage circuit (620) that temporarily stores the comparison result when the current of the memory element is compared with the deterioration detection reference in the read sense amplifier.
In the read sense amplifier, a comparison result signal comparing the current of the memory element with the read reference and a comparison result signal stored in the storage circuit are input, and an output signal is given to the voltage setting circuit based on these. Equipped with a logic circuit (630)
The logic circuit
When the memory element is an N-channel type MOS transistor, the output signal is given to the voltage setting circuit when the memory element is in a writing state and the current of the memory element is equal to or higher than the deterioration detection reference. The read operation by the deterioration improvement voltage is continued, and when the memory element is in the erased state or the current of the memory element is smaller than the deterioration detection reference, the read operation is continued at the normal read voltage.
When the memory element is a P-channel type MOS transistor, the output to the voltage setting circuit is obtained when the memory element is in a writing state and the current of the memory element is equal to or less than the deterioration detection reference. A request for giving a signal to continue the read operation by the deterioration improvement voltage and continuing the read operation at the normal read voltage when the memory element is in the erased state or the current of the memory element is larger than the deterioration detection reference. Item 2. The non-volatile semiconductor storage device according to Item 1.
前記読出用センスアンプにおいて前記メモリ素子の電流と前記読出基準との比較結果を次の読出動作の前まで記憶する記憶回路(730)と、
前記記憶回路の記憶信号と前記読出用センスアンプの比較結果が入力され、これらに基づいて前記スイッチに出力信号を与える論理回路(720)とを備え、
前記論理回路は、前記メモリ素子が書込状態のときに、前記読出用センスアンプによる読出動作を終えた後に前記スイッチに切り替えの出力信号を与えて前記メモリ素子を前記劣化改善電源に接続させる請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 A deterioration improving power supply that connects the memory element so as to perform reading by the reading sense amplifier and applies the deterioration improving voltage to the memory element in the writing state after the state determination by the reading sense amplifier. Switch (715) to connect to
A storage circuit (730) that stores the comparison result between the current of the memory element and the read reference in the read sense amplifier before the next read operation.
A logic circuit (720) for inputting a comparison result between the storage signal of the storage circuit and the reading sense amplifier and giving an output signal to the switch based on these is provided.
The logic circuit claims that when the memory element is in the writing state, after the reading operation by the reading sense amplifier is completed, an output signal for switching is given to the switch to connect the memory element to the deterioration improving power supply. Item 2. The non-volatile semiconductor storage device according to Item 1.
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JP2019168336A JP2021047938A (en) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | Nonvolatile semiconductor storage device |
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