JP2987105B2 - Flash EEprom memory system and its use - Google Patents

Flash EEprom memory system and its use

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JP2987105B2
JP2987105B2 JP17180696A JP17180696A JP2987105B2 JP 2987105 B2 JP2987105 B2 JP 2987105B2 JP 17180696 A JP17180696 A JP 17180696A JP 17180696 A JP17180696 A JP 17180696A JP 2987105 B2 JP2987105 B2 JP 2987105B2
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threshold voltage
level
cell
floating gate
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  • Computer Hardware Design (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

(産業上の利用分野)この発明は一般的には電気的にプ
ログラム可能なリードオンリーメモリ(Eprom)半
導体と、電気的に消去可能でプログラム可能なリードオ
ンリーメモリ(EEprom)、さらに詳しく言えばそ
れを利用する技術に関する。
The present invention generally relates to electrically programmable read only memory (Eprom) semiconductors and electrically erasable and programmable read only memory (EEprom), and more particularly to such semiconductors. Related to technology that utilizes

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior art]

(発明の背景)電気的にプログラム可能なリードオンリ
ーメモリ(Eprom)は、フィールドイフェクトトラ
ンジスタ構造で、半導体基板領域のチャンネルから絶縁
されてソースとドレイン領域間に設けられているフロー
ティング導通ゲート(無接続)を用いている。コントロ
ールゲートはフローティングゲートの上に設けられてお
り、それから絶縁されている。そのトランジスタのしき
い値電圧特性はそのフローティングゲート上に引き留め
られる電荷の量によってコントロールされる。すなわ
ち、そのソースとドレイン領域間の導通を許容するため
に、トランジスタがターンオンされる前にそのコントロ
ールゲートに加えられなくてはならない電圧、すなわち
その電圧がしきい値電圧、その最小の電圧(しきい値電
圧)である。トランジスタは、その基板のチャンネル領
域の薄い誘電体のゲートを通してフローティングゲート
に電子を加速することによって、2つの状態のうちの1
つをプログラムすることができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION An electrically programmable read only memory (Eprom) has a field effect transistor structure and a floating conductive gate (disconnected) provided between a source and a drain region insulated from a channel of a semiconductor substrate region. ) Is used. The control gate is provided above the floating gate and is insulated therefrom. The threshold voltage characteristics of the transistor are controlled by the amount of charge trapped on the floating gate. That is, to allow conduction between its source and drain regions, the voltage that must be applied to its control gate before the transistor is turned on, ie, its voltage is its threshold voltage, its minimum voltage Threshold voltage). Transistors operate in one of two states by accelerating electrons to the floating gate through a thin dielectric gate in the channel region of the substrate.
You can program one.

【0003】メモリセルのトランジスタの状態は、その
トランジスタのソースとドレインとコントロールゲート
に動作電圧を与えることによって読むことができ、それ
から制御ゲート電圧が選択された時にソースとドレイン
間を流れる電流を検出することによりその装置がオンに
プログラムされているか、またはオフにプログラムされ
ているかを知ることができる。Epromセルの二次元
アレイの中の特定の1つのセルを読み出しのためにアド
レスするためには、そのセルがアドレスされるべきセル
が含まれている列のソースとドレイン線間にソースとド
レイン電圧を与えること、およびアドレスされるべきセ
ルが含まれている行列のコントロールゲートにコントロ
ール電圧を与えることによりなされる。
[0003] The state of a transistor in a memory cell can be read by applying operating voltages to the source, drain and control gate of the transistor, and then detecting the current flowing between the source and drain when the control gate voltage is selected. By doing so, it is possible to know whether the device is programmed on or off. To address a particular cell in a two-dimensional array of Eprom cells for reading, the source and drain voltages are applied between the source and drain lines of the column containing the cell to be addressed. And applying a control voltage to the control gate of the matrix containing the cell to be addressed.

【0004】そのようなメモリセルの例として三重ポリ
シリコン、チャンネル分離形電気的消去可能でかつプロ
グラム可能なリードオンリーメモリ(Eprom)があ
る。フローティングとコントロールゲートがチャンネル
の近接部分上に延びているので、これはスプリットチャ
ンネル装置と言われている。これにより、トランジスタ
構造は直列の2つのトランジスタとして働き、その1つ
はフローティングゲート上の電荷レベルに応答する可変
しきいチャンネルを持ち、他の1つはそのフローティン
グゲートの電荷には影響されないで、むしろ通常のフィ
ールドイフェクトトランジスタと同様にそのコントロー
ルゲートに印加される電圧に応答して働く。
[0004] Examples of such memory cells are triple polysilicon, channel-separated electrically erasable and programmable read only memory (Eprom). Since the floating and control gates extend over adjacent portions of the channel, which is split Cha
It is called a channel device . Thus, the transistor structure acts as two transistors in series, one having a variable threshold channel responsive to the charge level on the floating gate, the other being unaffected by the charge on the floating gate, Rather, it works in response to the voltage applied to its control gate, similar to a normal field effect transistor.

【0005】そのようなメモリセルは三重ポリシリコン
といわれている。なぜらなそれは、ポリシリコン材料の
三重の導電層をもっているからである。フローティング
とコントロールゲートに加えるにさらに消去ゲートが含
まれている。消去ゲートは各メモリセルトランジスタの
フローティングゲート表面に近接して通過しているが、
それらからは薄いトンネル誘電体(トンネル効果を持
つ)によって絶縁されている。セルのフローティングゲ
ートから電荷が消去ゲートにすべてのトランジスタに適
当な電圧が印加されたときに除去される。セルの全体の
アレイまたは特別のセルのグループが同時に消去される
とき、(すなわちフラッシュによって)ときに、そのよ
うなEpromのセルをフラッシュEpromアレイと
いう。
[0005] Such a memory cell is called triple polysilicon. This is because it has a triple conductive layer of polysilicon material. An erase gate is included in addition to the floating and control gates. The erase gate passes close to the floating gate surface of each memory cell transistor,
They are insulated from them by a thin tunnel dielectric (having a tunnel effect). Charge is removed from the floating gate of the cell to the erase gate when the appropriate voltage is applied to all transistors. When the entire array of cells or a particular group of cells are erased at the same time (ie, by flash), such Eprom's cells are referred to as flash Eprom arrays.

【0006】EEpromは有効寿命が有限であるとい
うことが知られるに到った。性能が劣化する前に、その
ような装置において、プログラムと消去ができる回数は
有限である。その特徴は特定の構造に依存するものであ
るが、10,000回を越える使用サイクルの後にそのプログ
ラム可能性は減少する。そのような装置が、100,000 回
を越える使用サイクルの後には、もはやそのような装置
はプログラムすることもできないし、適性に消去するこ
ともできなくなる。これは、プログラミングまたは消去
のためにフローティングゲートに移送され、または取り
去られる電荷が誘電体内に捕らわれる結果によるものと
信じられている。
EEprom has become known to have a finite useful life. The number of times such devices can be programmed and erased before performance degrades is finite. Its features are dependent on the particular structure, but its programmability decreases after more than 10,000 use cycles. After such a device has been used for more than 100,000 cycles, it can no longer be programmed and properly erased. This is believed to be the result of the charge being transferred or removed to the floating gate for programming or erasing being trapped in the dielectric.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ep
romまたはEEpromのアレイの中に蓄積される情
報の量を増加する技術、方法およびシステム、を提供す
ることにある。
The object of the present invention is to provide an Ep
It is an object of the present invention to provide techniques, methods and systems for increasing the amount of information stored in an array of roms or EEproms.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明による方法は、 (1) 状態を変化させることができ、読むためにアド
レス可能である電気的に変更可能なメモリセルのアレイ
で、個々のメモリセルはフローティングゲートをもつ電
界効果トランジスタを含み、しきい値電圧レベルを持
ち、そのレベルは前記フローティングゲートに正味の電
荷が存在しないときにある与えられたレベルをもつが、
前記フローティングゲートによって保持される正味の電
荷量により可変的であるメモリアレイに関して、前記ア
レイのアドレスされたセルの状態を変更する方法におい
て:2を超える複数の検出可能な個々のセルの状態に対
応する2を超える複数の実効しきい値電圧レベルを確立
するステップであり、ここにおいて少なくとも2つの前
記複数の実効しきい値レベルは前記フローテイングゲー
トの正味の正電荷に由来するものであるステップと、お
よびアドレスされたセルの実効しきい値電圧が前記複数
の実効しきい値電圧レベルの1つに略等しくなるまで、
アドレスされたセルのフローテイングゲートの上の電荷
量を変化させることにより、アドレスされたセルの検出
可能な状態をセットするステップとを含む。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, a method according to the present invention comprises: (1) an array of electrically changeable memory cells that can change state and are addressable for reading. Wherein each memory cell includes a field effect transistor having a floating gate and has a threshold voltage level, the level having a given level when there is no net charge on said floating gate,
For a memory array that is variable by the net amount of charge held by the floating gate, in a method of changing the state of addressed cells of the array: corresponding to the state of more than two detectable individual cells Establishing a plurality of more than two effective threshold voltage levels, wherein at least two of the plurality of effective threshold voltage levels are derived from a net positive charge of the floating gate. And until the effective threshold voltage of the addressed cell is substantially equal to one of the plurality of effective threshold voltage levels.
Setting the detectable state of the addressed cell by changing the amount of charge on the floating gate of the addressed cell.

【0009】(2)前記(1)記載の方法において、前
記検出可能な状態のセットは、アドレスされたセルのフ
ローティングゲートに負の電荷を加えることによってア
ドレスされたセルの実効しきい値の電圧レベルを変化さ
せるステップを含む。 (3)前記(1)記載の方法において、前記アドレスさ
れたセルの検出可能な状態をセットする前に、アドレス
されたセルの実効しきい値電圧をプリセットレベルにプ
リセットするステップを付加的に含む。 (4)前記(1)記載の方法において、前記アドレスさ
れたセルの検出可能な状態をセットする前に、セルのグ
ループのフローテイングゲートの電荷を変化させるこ
とによりアドレスされたセルを含むアレイにあるセルの
グループの実効しきい値電圧レベルをプリセットレベル
にプリセットするステップを含む。
(2) The method according to (1), wherein the set of detectable states is the voltage of the effective threshold of the addressed cell by applying a negative charge to the floating gate of the addressed cell. Changing the level. (3) The method according to (1), further comprising, before setting the detectable state of the addressed cell, presetting an effective threshold voltage of the addressed cell to a preset level. . (4) The method according to (1), wherein prior to setting the detectable state of the addressed cells, an array including cells addressed by varying the amount of charge on a floating gate of the group of cells. Presetting the effective threshold voltage level of the group of cells at a preset level.

【0010】(5)前記(4)記載の方法において、前
記セルのグループのプリセッティングは、前記複数の実
効しきい値電圧レベルの範囲外にあるプリセット実効し
きい値電圧レベルにセルのグループをプリセットするス
テップを含む。 (6)前記(4)記載の方法において、セルのグループ
のプリセッティングは、前記フローティングゲートの負
の電荷を除去することにより、複数のセルの状態に対応
する前記複数の実効しきい値レベルの最低のものよりも
低いあるレベルに前記セルのグループのプリセット実効
しきい値電圧レベルを確立するステップと、および前記
アドレスされたセルの検出可能な状態のセットは、前記
アドレスされたセルのフローティングゲートに負の電荷
を加えるステップを含む。 (7)前記(4)記載方法において、前記アドレスされ
たセルの検出可能な状態をセットした後で、前記アドレ
スされたセルがセットされた状態を読むステップを付加
的に含む。 (8)前記(7)記載の方法において、前記アドレスさ
れたセルがセットされた状態の読み取りは、前記アドレ
スされたセルを介して電流を流し、そして同時に前記電
流のレベルと2以上の参照電流レベルとを比較するステ
ップを含む。 (9)前記(1)記載の方法において、前記アドレスさ
れたセルの検出可能な状態をセットした後で、前記アド
レスされたセルを介して電流を流しそして同時に前記電
流のレベルを2以上の参照電流レベルと比較することに
よって、アドレスされたセルがセットされた状態を読み
出すステップを付加的に含む。 (10)前記 (9)記載の方法において、前記電流の
レベルは、前記複数の実効しきい値レベルよりも1つだ
け少ない複数の参照電流レベルと同時に比較されるステ
ップを含む。
(5) The method according to (4), wherein the presetting of the group of cells includes setting the group of cells to a preset effective threshold voltage level that is outside the range of the plurality of effective threshold voltage levels. Including the step of presetting. (6) In the method according to (4), the presetting of the group of cells is performed by removing a negative charge of the floating gate to thereby reduce the plurality of effective threshold levels corresponding to the states of the plurality of cells. Establishing a preset effective threshold voltage level of the group of cells at a level lower than a lowest one, and a set of detectable states of the addressed cell is determined by a floating gate of the addressed cell Applying a negative charge to (7) The method according to (4), further comprising, after setting the detectable state of the addressed cell, reading the set state of the addressed cell. (8) The method according to (7), wherein the reading of the set state of the addressed cell includes flowing a current through the addressed cell, and at the same time, a level of the current and two or more reference currents. Comparing with the level. (9) In the method according to (1), after setting the detectable state of the addressed cell, flowing a current through the addressed cell and simultaneously referring to the level of the current by more than one reference. An additional step of reading the set state of the addressed cell by comparing with the current level is included. (10) The method according to (9), wherein the level of the current is compared with a plurality of reference current levels one less than the plurality of effective threshold levels.

【0011】(11)前記(1〜10)記載のいずれか
1つに記載の方法において、複数の実効しきい値電圧レ
ベルを確立するステップは、前記フローティングゲート
上の正味の正電荷から発生する前記しきい値レベルの大
部分を確立するステップを含む方法。 (12)前記(1〜10)記載のいずれか1つに記載の
方法において、複数の実効しきい値電圧レベルを確立す
るステップは少なくとも4つのそのようなしきい値電圧
レベルを確立するステップを含む。 (13)前記(1〜10)記載のいずれか1つに記載の
方法において、前記個々のセルの前記与えられたしきい
値レベルは少なくとも3ボルトに設定されている方法。
(11) In the method according to any one of (1) to (10), the step of establishing a plurality of effective threshold voltage levels is generated from a net positive charge on the floating gate. Establishing a majority of said threshold level. (12) In the method according to any one of the above (1-10), establishing a plurality of effective threshold voltage levels comprises establishing at least four such threshold voltage levels. . (13) The method according to any one of (1 to 10), wherein the given threshold level of the individual cell is set to at least 3 volts.

【0012】(14)前記(3〜5)記載のいずれか1
つに記載の方法において、前記セルのグループがプリセ
ットされる回数の総計のカウントを加算するステップを
付加的に含む。 (15)前記(3〜5)記載のいずれか1つに記載の方
法において、前記セルのグループが使用不能になったと
きに、前記アレイ中のセルの補助ブロックに置き換える
ステップを含む。 (16)前記(1または3)記載のいずれかの方法にお
いて、前記アドレスされたセルが破壊されている場合に
対応して、前記アレイ中の補助的な良いセルに置き換え
るステップを含む方法。
(14) Any one of the above (3-5)
The method of any one of the preceding claims, further comprising the step of adding a total count of the number of times the group of cells is preset. (15) The method according to any one of (3 to 5), further comprising the step of replacing the group of cells with an auxiliary block of cells in the array when the group of cells becomes unavailable. (16) The method according to any one of (1) and (3), further comprising a step of replacing the addressed cell with an auxiliary good cell in the array in a case where the addressed cell is destroyed.

【0013】前記目的を達成するために本発明によるシ
ステムは、 (17) 複数の電気的に消去およびプログラム可能な
リードオンリメモリセルのアレイで、個々のセルは半導
体基板に形成され、前記基板は、チャンネル領域で分離
されたソースとドレインと、チャンネル領域の少なくと
も1部分上に位置されかつそれから絶縁されたフローテ
ィングゲートと、そして前記フローティングゲート上に
延びかつそれから絶縁されたコントロールゲートをも
ち、前記トランジスタは自然しきい値電圧とそのフロー
ティングゲート上の制御可能な電荷のレベルに対応する
電圧との組み合わせに由来する実効しきい値電圧を持つ
もので、ここにおいて前記自然しきい値電圧は前記フロ
ーティングゲートが零に等しい電荷レベルをもつとき、
それに対応するもので、前記アレイ中のセルのメモリ状
態を消去し、プログラムし、そして読み出すシステムに
おいて:複数のメモリセルの選択された1またはグルー
プをアドレスするために前記アレイに動作的に接続され
る手段と、アドレスされたセルまたはセルのグループの
実効しきい値電圧を各々アドレスされたセルのフローテ
ィングゲートの電荷を変更することにより基底レベルに
駆動するために、前記アレイに動作的に接続される消去
手段と、前記アレイに動作的に接続されるプログラム手
段で、アドレスされたセルのフローティングゲート上の
電荷を変更するために、2を超える複数の個々の検出可
能な状態に対応する2を超える複数の実効しきい値電圧
レベルの1つに前記実効しきい値電圧が実質的に等しく
なるまで変更し、ここにおいて前記複数の実効しきい値
電圧レベルの少なくとも2つは正であるフローティング
ゲート上の制御可能な電荷レベルに由来するプログラム
手段と、およびアドレスされたセル中を流れる電流の量
を決定するために、前記アレイに動作的に接続される読
み取り手段で、これによりアドレスされたセルの状態が
そこを流れる測定された電流レベルによって決定される
読み取り手段を含む。
To achieve the above object, a system according to the present invention comprises: (17) an array of a plurality of electrically erasable and programmable read-only memory cells, each cell formed on a semiconductor substrate, wherein said substrate is A transistor having a source and a drain separated by a channel region, a floating gate located on and insulated from at least a portion of the channel region, and a control gate extending over and insulated from the floating gate. Has an effective threshold voltage derived from a combination of a natural threshold voltage and a voltage corresponding to the level of controllable charge on its floating gate, wherein the natural threshold voltage is Has a charge level equal to zero,
Correspondingly, in a system for erasing, programming and reading memory states of cells in said array: operatively connected to said array to address a selected one or group of memory cells. Means for driving the effective threshold voltage of the addressed cell or group of cells to a ground level by altering the charge on the floating gate of each addressed cell. Erasing means and programming means operatively connected to the array, for changing the charge on the floating gate of the addressed cell, providing two corresponding to more than two individual detectable states. Changing to one of a plurality of exceeding effective threshold voltage levels until the effective threshold voltage is substantially equal; Wherein at least two of the plurality of effective threshold voltage levels are derived from a controllable charge level on the floating gate that is positive, and to determine an amount of current flowing through the addressed cell. And read means operably connected to said array, whereby the state of the cell addressed is determined by the measured current level flowing therethrough.

【0014】(18) 前記(17)記載のメモリシス
テムにおいて、前記プログラム手段は、その実効しきい
値電圧が少なくとも4つの実効しきい値電圧レベルの1
つに実質的に等しくなるまで、アドレスされたセルのフ
ローティングゲート上の電荷を変更するための手段を含
み、これにより前記アレイの個々のセルは4以上の状態
にプログラム可能である。 (19)前記(17)記載のメモリシステムにおいて、
前記自然しきい値電圧レベルは少なくとも3ボルトであ
る。 (20) 前記(17)記載のメモリシステムにおい
て、前記消去手段に応答する手段は前記アドレスされた
セルまたはセルのグループの実効しきい値電圧を基底レ
ベルに駆動し、前記アドレスされたセルまたはセルのグ
ループが消去された回数の前記アレイ中に記憶されてい
るランニングカウントを蓄積し、1つだけ上昇させる手
段を付加的に含む。
(18) In the memory system according to (17), the program means has an effective threshold voltage of one of at least four effective threshold voltage levels.
And means for altering the charge on the floating gate of the addressed cell until they are substantially equal, whereby the individual cells of said array are programmable to four or more states. (19) In the memory system according to (17),
The natural threshold voltage level is at least 3 volts. (20) In the memory system of (17), the means responsive to the erasing means drives an effective threshold voltage of the addressed cell or group of cells to a ground level, and the addressed cell or cell Additionally includes means for accumulating the running count stored in the array for the number of times that the group has been erased and increasing by one.

【0015】さらに、他の付加的な目的とか、この発明
の利点、好適な実施例とともに添付された図面を参照し
て説明される。
Further and other advantages and advantages of the present invention, together with the preferred embodiments, will be described with reference to the accompanying drawings.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】 (実施例についての記述)図1を参照すると、チャンネ
ル分離形EpromまたはEEpromセルの構造が示
されており、この構造は本発明による改良されたメモリ
アレイとその動作に適するものである。半導体基板11
はソース領域13とドレイン15をもっており、通常こ
れらはイオン打ち込みによって形成される。ソースとド
レインの間にはチャンネル領域17が設けられている。
チャンネル領域でL1が付されている部分の上にフロー
ティングゲート19が設けられており、それは基板から
薄いゲート酸化物21により分離されている。チャンネ
ル領域のL2が付されている上の部分にコントロールゲ
ート23が形成されており、基板11から薄いゲート酸
化物層25により分離されている。コントロール23も
また、フローティングゲート19から酸化物層27によ
り電気的に分離されている。セル内に蓄積されるべきも
のである希望する状態に対応するようにフローティング
ゲート19上の電荷の量がプログラムされる。もし、こ
の電荷のレベルがある決められたしきい値を越えていれ
ば、このセルは1つの状態にある、とみなされる。も
し、そのしきい値以下であれば、それは他の状態にある
と定義される。希望する電荷のレベルは、適当な電圧の
組合せをソースとドレインと基板とコントロールゲート
に定められた一定の期間加えることにより電子を基板1
1からフローティングゲート19に移動させることによ
って希望する電荷がプログラムされる。フローティング
ゲートは、1つのメモリセルの中に閉じ込められてお
り、そして、そのゲートはその構造のすべての他の部分
から電気的に分離されている。これに対して、コントロ
ールゲート23は多くのセルの上に横切って延びてお
り、共通のワード線としての機能を果たしている。以後
言及されるように、チャンネル分離形は2つの電界効果
トランジスタを直列に接続したものと同じ機能を提供す
るものであり、その1つはフローティングゲート19を
そのコントロールゲートとし、他のものはコントロール
ゲート23をそのコントロールゲートとするものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, there is shown the structure of a channel-separated Eprom or EEprom cell, which is an improved memory array and its operation according to the present invention. It is suitable. Semiconductor substrate 11
Has a source region 13 and a drain 15, which are usually formed by ion implantation. A channel region 17 is provided between the source and the drain.
A floating gate 19 is provided above the portion of the channel region labeled L1 and is separated from the substrate by a thin gate oxide 21. A control gate 23 is formed in an upper portion of the channel region where L2 is attached, and is separated from the substrate 11 by a thin gate oxide layer 25. Control 23 is also electrically isolated from floating gate 19 by oxide layer 27. The amount of charge on floating gate 19 is programmed to correspond to the desired state to be stored in the cell. If the level of this charge exceeds a predetermined threshold, the cell is considered to be in one state. If it is below that threshold, it is defined to be in another state. The desired charge level is achieved by applying electrons to the substrate 1 by applying a suitable combination of voltages to the source, drain, substrate and control gate for a fixed period of time.
Moving from 1 to floating gate 19 programs the desired charge. The floating gate is confined within one memory cell, and the gate is electrically isolated from all other parts of the structure. On the other hand, the control gate 23 extends over many cells and functions as a common word line. As will be mentioned hereinafter, the channel-separated type provides the same function as two field-effect transistors connected in series, one of which has floating gate 19 as its control gate and the other has a control gate. The gate 23 is used as the control gate.

【0017】図1に示されている原始的なチャンネル分
離形のEpromまたはEEpromは、図示されてい
ない消去ゲートが付加されることによってフラッシュE
Eprom装置になる。消去ゲートは分離された電極で
あって、前記フローティングゲートのそば27に位置さ
せられており、それからトンネル誘電体によって分離さ
れている。適当な電圧がソースとドレインと基板とコン
トロールゲートと消去ゲートに印加されたときに、フロ
ーティングゲート上の電荷の量は減少させられる。1つ
の消去ゲートが多くのメモリセルの上に延びているの
で、全体のアレイでないとしても、それらは同時に消去
される。ある従来技術のフラッシュEEpromセルに
おいては、フローティングゲートの下に設けられている
ソースまたはドレイン拡散領域が消去電極として用いら
れて、一方他のセルにおいては、消去電極は、コントロ
ールゲートとしての層と同じ層、または分離された導電
層に設けられている。
The primitive channel-separated Eprom or EEProm shown in FIG. 1 has a flash E by adding an erase gate (not shown).
It becomes an Eprom device. The erase gate is a separate electrode located beside the floating gate 27 and separated therefrom by a tunnel dielectric. When an appropriate voltage is applied to the source, drain, substrate, control gate, and erase gate, the amount of charge on the floating gate is reduced. Since one erase gate extends over many memory cells, they are erased at the same time, if not the entire array. In one prior art flash EEprom cell, a source or drain diffusion region provided below the floating gate is used as an erase electrode, while in other cells the erase electrode is the same as the layer as the control gate. Layers or separated conductive layers.

【0018】〔多状態記憶〕 チャンネル分離形フラッシュEEprom装置は、図2
に示されているように、2つのトランジスタT1とT2
を直列にしたものから構成される合成トランジスタとみ
ることができる。トランジスタT1はフローティングゲ
ートトランジスタであって、有効チャンネルの長さL1
をもち、可変しきい値電圧VT1をもつトランジスタであ
る。トランジスタT2は固定された(エンハンスメン
ト)しきい値電圧VT2をもち、有効チャンネルの長さL
2をもつトランジスタである。合成トランジスタのEp
romのプログラム特性を図3の曲線(a)に示す。プ
ログラムされたしきい値電圧Vtxは、プログラム条件が
与えられているときに時間tの関数として描かれてい
る。これらのプログラム条件は典型的に言えば、VCG
12V,VD =9V,VS =VBB=0Vである。VCG
たはVD のいずれかが0Vであるときには、プログラム
は起きない(プログラムされていない、消去されていな
い)装置は、VT1は+1.5Vで、VT2は+1.0Vをも
つ。略100ミリセコンドのプログラムの後で、前記装
置はしきい値電圧Vtx≧+6.0Vに達する。これは、オ
フ(“0”)状態を示す。なぜならば、複合装置は CG
=+5.0 Vでは導通しないからである。従来の装置で
は、いわゆる“インテリジェントプログラミング”アル
ゴリズムを用いていた。これにより代表的にはそれぞれ
100マイクロセコンドから1ミリセコンド持続するプ
ログラミングパルスが与えられ、引き続いて検知(読
み)動作がなされる。パルスはその装置が全くオフ状態
になったということが検出されるまで与え続けられ、そ
れから3発の余分なプログラミングパルスが供給され
て、確実なプログラム可能性をもっているかということ
が確かめられる。先行技術のチャンネル分離形のフラッ
シュEEprom装置では、十分な電圧VERASE と十分
な期間をもつ1つのパルスで消去を行い、VT1が VT2
(図3のカーブ(b))以下の電圧に消去されたかどう
かを確かめる。フローティングゲートトランジスタはデ
ィプリーションモード動作(図3の線(c))に消去さ
れるまで、消去を続けるのであるが、直列トランジスタ
T2の存在がこのディプリーションしきい値電圧を不明
確にしている。したがって、(“1”)状態に消去され
た状態はしきい値電圧Vtx=VT2=+1.0Vによって代
表される。メモリの記憶貯蔵“ウィンドウ”はΔV=V
tx(“0”)−Vtx(“1”)=6.0−1.0=5.0Vに
より与えられる。しかしながら、真の記憶貯蔵ウィンド
ウはトランジスタT1のVtxの全スウィングによって代
表されるべきである。例えば、もし、トランジスタT1
がディプリーションしきい値電圧VT1=−3.0Vに消去
されたとすると、その結果、真のウィンドウはΔV=6.
0V−(−3.0)=9.0Vで与えられるべきである。先
行技術のフラッシュEEprom装置では、この真の記
憶ウィンドウを利用しているものは、ひとつもない。事
実、先行技術のそれらは、(図3でハッチングがほどこ
された領域Dとして示されている領域)での装置の動
作、ここでは、VT1はVT2よりもより低くなっている領
域をみんな無視している。
[Multi-State Storage] The channel separation type flash EEprom device is shown in FIG.
, Two transistors T1 and T2
Can be regarded as a synthetic transistor composed of a series of The transistor T1 is a floating gate transistor and has an effective channel length L1.
And has a variable threshold voltage V T1 . Transistor T2 has a fixed (enhancement) threshold voltage V T2 and an effective channel length L
2. Ep of synthetic transistor
The program characteristics of the rom are shown in the curve (a) of FIG. The programmed threshold voltage V tx is plotted as a function of time t when program conditions are given. These program conditions are typically described as V CG =
12V, V D = 9V, a V S = V BB = 0V. When either V CG or V D is 0V, the program (not programmed, has not been cleared) not occur devices, V T1 is + 1.5V, V T2 has a + 1.0 V. After approximately 100 milliseconds of programming, the device reaches a threshold voltage V tx ≧ + 6.0V. This indicates an off ("0") state. This is because, the composite device V CG
This is because conduction does not occur at +5.0 V. Conventional devices use a so-called "intelligent programming" algorithm. This typically means
A programming pulse lasting 1 microsecond from 100 microseconds is provided, followed by a sensing (reading) operation. The pulse continues to be applied until it is detected that the device has turned off altogether, and then three extra programming pulses are provided to verify that the programmability is assured. In the prior art channel-separated flash EEprom device, erasing is performed with one pulse having a sufficient voltage V ERASE and a sufficient period, and V T1 is set to V T2
(Curve (b) in FIG. 3) It is checked whether or not the voltage has been erased. The floating gate transistor continues to erase until it is erased to depletion mode operation (line (c) in FIG. 3), but the presence of series transistor T2 obscures this depletion threshold voltage. I have. Therefore, the state erased to the (“1”) state is represented by the threshold voltage V tx = V T2 = + 1.0 V. The memory storage “window” is ΔV = V
tx (“0”) − V tx (“1”) = 6.0−1.0 = 5.0V However, the true storage window should be represented by the full swing of V tx of transistor T1. For example, if the transistor T1
Has been erased to a depletion threshold voltage V T1 = −3.0 V, so that the true window is ΔV = 6.
It should be given at 0V-(-3.0) = 9.0V. None of the prior art flash EEprom devices utilize this true storage window. In fact, those of the prior art show that the operation of the device in (the area shown as the hatched area D in FIG. 3), here the area where V T1 is lower than V T2 Ignored.

【0019】本発明は、この全記憶ウィンドウの特徴を
利用した計画を最初に提案するものである。これは、よ
り広い記憶ウィンドウを用いることにより、2つのバイ
ナリー状態より以上の貯蔵を可能にし、その結果として
1つのセルあたりに1ビット以上の記憶を可能にするも
のである。例えば、1つのセルに2ではなく、4を貯蔵
することが可能であり、この状態は以下のしきい値電圧
をもつものである。 状態“3”: −VT1=−3.0V,VT2=+1.0V (最も導通している状態)=1,1とする。 状態“2”:−V T1 =−0.5 V ,VT2=+1.0V (中間の導通)=1,0とする。 状態“1”: −VT1=+2.0V,VT2=+1.0V (低い導通)=0,1とする。 状態“0”:−V T1 =+4.5V ,VT2=+1.0V (不導通)=0,0とする。 この4つの状態のいずれかを検知するために、コントロ
ールゲートはVCG=+5.0Vに上昇させられる。そし
て、ソースドレイン電流IDSが複合装置を介して検知さ
れる。すべての4つのしきい値状態に対して、VT2=+
1.0Vであるから、トランジスタT2は単に直列抵抗と
してふるまう。合成トランジスタの4つの状態に対応す
る導通電流IDSについて、図4にVCGの関数として示し
てある。電流検出増幅器は、これら4つの導通状態間を
容易に区別することができる。現実問題として可能性の
ある状態の数は、検知増幅器の雑音の感度と、温度が上
昇したときの期待される時間経過による電荷の損失によ
って、影響を受ける。1つのセルあたりの3ビットの貯
蔵のためには8つの識別できる導通状態が必要であり、
1つのセルに4ビットの貯蔵をするためには16の識別
できる導通状態が必要となる。多状態記憶セルについて
は、すでにROM(リードオンリーメモリ)とDRAM
(ダイナミックランダムアクセスメモリ)に関連して提
案されてきている。ROMにおいては、異なったチャン
ネルイオン打ち込みをすることにより、2つ以上の恒久
的なしきい値電圧を形成することにより、いくつかの固
定的な導通状態の1つをもつことができる。先行技術で
ある多段階DRAMセルが提案されているが、ここにお
いては、アレイの各セルは物理的には他のセルと全く同
一である。しかしながら、各セルのキャパシタに貯蔵さ
れる電荷は量子化されており、その結果としていつくか
の異なった読み出し信号レベルを得るものである。その
ような先行技術の多段階DRAMの貯蔵については、ア
イイーイーイーのジャーナル ソリッドステイト サー
キット(IEEE Journal of Solid-State Circuits),1988
年第27頁にエム.ホリグチ(M.Horiguchi)等の論文とし
て「セルの貯蔵を16レベル用いることによる大容量半
導体ファイルメモリ」(“An Experimental Large-Capa
citySemiconductor File Memory Using 16-Levels/Cell
Storage”)、第2の多段階DRAMの例はアイイーイ
ーイーのカスタム集積回路会議において、1988年の 5月
のP4.4.1にティー. フルヤマ(T. Furuyama) 等による
「マクロセルまたは論理記憶 用途のための1セルあた
り2ビットの記憶をするDRAMについての実験」
(“An Experimental 2-Bit/Cell Storage DRAM for Ma
crocell or Mem-ory-on-Logic Applications”)に記述
されている。
The present invention first proposes a plan that makes use of the features of this full storage window. This allows for more than two binary states of storage by using a wider storage window, and consequently more than one bit per cell. For example, it is possible to store 4 instead of 2 in one cell, and this state has the following threshold voltage. State “3”: −V T1 = −3.0 V, V T2 = + 1.0 V (most conductive state) = 1,1. State "2": a -V T1 = -0.5 V, V T2 = + 1.0V ( intermediate conduction) = 1,0. State "1": the -V T1 = + 2.0V, V T2 = + 1.0V ( lower conduction) = 0. State "0": and -V T1 = + 4.5V, V T2 = + 1.0V ( non-conductive) = 0,0. To detect any of these four conditions, the control gate is raised to V CG = + 5.0V. Then, the source / drain current I DS is detected via the composite device. For all four threshold states, V T2 = +
Since it is 1.0V, transistor T2 simply acts as a series resistor. FIG. 4 shows the conduction current I DS corresponding to the four states of the composite transistor as a function of V CG . The current sense amplifier can easily distinguish between these four conduction states. The number of possible states in practice is affected by the sensitivity of the noise of the sense amplifier and the loss of charge over the expected time course when the temperature rises. Eight identifiable conduction states are required for storage of three bits per cell,
Storing 4 bits in one cell requires 16 identifiable conduction states. For multi-state storage cells, ROM (read only memory) and DRAM
(Dynamic Random Access Memory) has been proposed. In ROM, different channel ion implantations can have one of several fixed conduction states by creating two or more permanent threshold voltages. Prior art multi-stage DRAM cells have been proposed, where each cell of the array is physically identical to the other cells. However, the charge stored in each cell capacitor is quantized, resulting in several different read signal levels. For storage of such prior art multi-stage DRAMs, see IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1988.
M. on page 27 of the year. A paper by M. Horiguchi et al., “A large-scale semiconductor file memory using 16 levels of cell storage” (“An Experimental Large-Capa
citySemiconductor File Memory Using 16-Levels / Cell
Storage ”), a second example of a multi-stage DRAM is described at the IEE Custom Integrated Circuits Conference on P4.4.1 in May 1988 by T. Furuyama et al. Experiment on DRAM that Stores 2 Bits per Cell for Operation "
(“An Experimental 2-Bit / Cell Storage DRAM for Ma
crocell or Mem-ory-on-Logic Applications ”).

【0020】Epromにおいて多段階記憶を有効に利
用するためには、その装置のプログラムのアルゴリズム
がいくつかの導通状態のいずれかもプログラムを許容す
ることが必要となる。まず始めに、“3”の状態(この
実施例では+3.0 V)よりもより負の電圧VT1までに消
去できる必要がある。それから装置は、短いプログラム
パルス(典型的には持続時間が1から10マイクロセコ
ンドのパルス)でプログラムされる。プログラム条件
は、1つのパルスがその装置のしきい値を引き続く2つ
の状態間のしきい値の差の2分の1を越えるような影響
を移動させないことである。その装置は、その導通電流
DSと参照電源IREF のi(i=0,1,2,3)は希
望する導通状態に対応する(4つの状態に対応するため
には、4つの参照レベルが必要である)と電流比較する
ことにより、検出される。プログラミングパルスは、検
出電流(図4の実線)が希望する4つの情況に対応する
参照電流より僅かの下の値になるまで持続させられる
(図4における破線)。この点をよりよく図解するため
に各プログラミングパルスは直線的に200ミリボルト
でVtxに立ち上がる。そしてさらに、この装置は最初に
T1=−3.2Vにより消去されていると仮定する。そう
すると必要とされるプログラミング/センシングパルス
次のとおりである。 状態“3”に対して(VT1=−3.0V) パルスの数=(3.2−3.0)/.2=1 状態“2”に対して(VT1=−0.5V) パルスの数=(3.2−0.5)/.2=14 状態“1”に対して(VT1=+2.0V) パルスの数=(3.2−(−2.0))/.2=26状態
“0”に対して(VT1=+4.5V) パルスの数=(3.2−(−4.5))/.2=39 現実の問題としてVtxは時間に対して直線ではない。そ
のことは図3の曲線(a)に示されている。その結果、
状態“1”または“0”に指示されているよりもより多
くのパルスが必要となる。もし、2マイクロセコンド
プログラミングパルスの幅であり、0.1マイクロセコン
が検出のために必要な時間だとするならば、その装置
を4状態のいずれかにプログラムするのに必要な最大時
間は概ね39×2+39×0.1=81.9マイクロセコン
となる。これは先行技術による装置“インテリジェン
ト プログラミング アルゴリズム”によって要求され
る時間よりも短い時間である。事実、新しいプログラミ
ングのアルゴリズムにおいては注意深く計測された1群
の電子のみがプログラムの期間に注入される。このアプ
ローチのさらに他の利点は、読み取りのときの検知はプ
ログラムのときのセンシングと同じセンシングである。
そして、同じ参照電流源が両方のプログラミングと読み
取りの操作に使用できるのである。このことは、アレイ
中のすべてのメモリが同じ参照レベルによってプログラ
ムおよびセンスができるということである。これは、非
常に大きなメモリのアレイにおいてさえも優れた追跡を
提供する。大形のメモリシステムは、典型的には、誤り
検出と修正の手順を内蔵しており、それらはフラッシュ
に対して悪い反応を示すセルのようなハードウェア上の
僅かな数の欠陥に対して耐えれるように設計されてい
る。この理由において、セルがプログラムされてそれが
希望するしきい値まで達せずにメモリセルが誤動作して
いるという表示があるときにさえも、ある一定量の最大
数のプログラムサイクルが実行された後に、プログラミ
ングとセンシングのサイクルのアルゴリズムが自動的に
停止させられることができる。
In order to make effective use of multi-stage storage in Eprom, it is necessary for the algorithm of the program of the device to allow programming in any of several conduction states. First, "3" state of (in this example +3.0 V) needs to be erased to a negative voltage V T1 more than. The device is then programmed with a short program pulse (typically 1 to 10 microseconds in duration).
Command pulse). The program condition is that one pulse does not transfer effects that exceed the threshold of the device by more than half the threshold difference between the two states that follow it. In the device, the conduction current I DS and i (i = 0, 1, 2, 3) of the reference power supply I REF correspond to a desired conduction state (in order to correspond to four states, four reference levels are required). Is required) and the current is compared. The programming pulse is sustained (dashed line in FIG. 4) until the sensed current (solid line in FIG. 4) is slightly below the reference current corresponding to the four desired situations. To better illustrate this point, each programming pulse rises linearly to V tx at 200 millivolts. And further assume that the device is initially erased by V T1 = −3.2V. Then the required programming / sensing pulses are as follows: Relative state "3" (V T1 = -3.0V ) number of pulses = (3.2-3.0) /. 2 = 1 For state "2" (V T1 = -0.5 V) Number of pulses = (3.2-0.5) /. 2 = 14 For state “1”, (V T1 = + 2.0 V) Number of pulses = (3.2 − (− 2.0)) /. 2 = 26 For state “0” (V T1 = + 4.5 V) Number of pulses = (3.2 − (− 4.5)) /. 2 = 39 As a practical matter, V tx is not linear with time. This is shown in curve (a) of FIG. as a result,
More pulses are required than indicated in state "1" or "0". If 2 microseconds is the width of the programming pulse, 0.1 microseconds
If de is it was time required for detection, the maximum time required to program any of the device 4 states is approximately 39 × 2 + 39 × 0.1 = 81.9 micro cell con
The de. This is less than the time required by prior art devices "intelligent programming algorithms". In fact, in the new programming algorithm only a carefully measured group of electrons is injected during the program. Yet another advantage of this approach is that sensing when reading is the same sensing as when programming.
And the same reference current source can be used for both programming and reading operations. This means that all memories in the array can be programmed and sensed with the same reference level. This provides good tracking even in very large arrays of memory. Larger memory systems typically have built-in error detection and correction procedures, which are designed to handle a small number of hardware defects, such as cells that respond badly to flash. Designed to withstand. For this reason, after a certain amount of the maximum number of program cycles have been performed, even when there is an indication that the memory cell is malfunctioning without the cell being programmed to the desired threshold. The algorithm of the programming and sensing cycle can be stopped automatically.

【0021】しかし、EEpromトランジスタのアレ
イに関連して多状態記憶の概念のいくつかが存在してい
る。そのような回路の例が図6に示されている。この回
路において、メモリセルの1つのアレイは、デコードさ
れたワードラインとデコードされたビットラインをもっ
ており、それぞれは、行と列のセルのコントロールゲー
トとドレインにそれぞれ接続されている。各ビットライ
ンは読み,プログラムまたは消去の時間の間に通常1.0
Vから2.0Vの間電圧に予めチャージされている。4段
階の蓄積のために、4つの検出増幅器がそれぞれ固有の
参照レベルでIREF0,IREF 1,IREF 2,IREF
をそれぞれのビットラインの解読された出力のための参
照電圧をもっている。読み出しの期間において、フラッ
シュEEpromトランジスタを流れる電流はこれらの
4つの参照レベルと同時に(平列的に)比較される。こ
の動作は同様にして、4つの連続する読みの期間(つま
り、1つの検出増幅器をもち、それぞれ異なった参照が
それぞれのサイクルに適用されるようにすることにより
実行できるものである。もし、読み出しのために付加的
な時間が要求されても問題にならないときは有用であ
る。)についても行われる。データ出力は4つの検出増
幅器を介して4つのDiバッファ(D0,D1,D2と
D3)から供給される。プログラムの間4つのデータ入
力Ii(I0,I1,I2とI3)は比較回路に提供さ
れ、比較回路にはまた前記4つのセンサアンプの出力が
アクセスされたセルのために供給されている。もし、D
iとIiが一致したならば、そのときには前記セルは正
しい状態にあり、プログラミングは不必要である。しか
しながら、もし、すべての4つのDiがすべての4つの
Iiと一致しないときは、比較器の出力はプログラムコ
ントロール回路を付勢する。この回路はビットライン
(VPBL)とワードライン(VPWL)のプログラム
パルス発生器を制御する。1つの短いプログラミングパ
ルスが選択されたワードラインと選択されたビットライ
ンの両方に供給される。これはDiとIiとが一致した
かどうかを決定するための第2の読みのサイクルによっ
て従わされる。このシーケンスは多重プログラムと読み
出しのパルス、それが一致するまで繰り返される(また
は初めの段階において、一致がみられないで、その後、
予めセットした最大数のパルスに達したときにもとめら
れる)。そのような多段階プログラミングのアルゴリズ
ムの結果、各セルは4つの導通状態に前記参照導通状態
REF ,iに直接に関連してプログラムされる。事実、
同じ検知増幅器がプログラムと読みのパルス発生器に用
いられ、そしてそれが検出期間(通常の読み取りの期
間)にも用いられる。これが、参照レベル(図4の破
線)とプログラムされた導通レベル(図4の実線)との
間に大きなメモリのアレイ中でかつ、非常に広い動作温
度範囲内において優れた追跡を許容される。加うるに、
注意深く測られた電子がフローティングゲートにプログ
ラミングの期間または消去の期間に注入されたり、それ
に取り除かれたりするのであるから、装置は、最小の量
の耐えられるストレスを受けることになる。事実、4つ
の参照レベルと4つの検知増幅器が、セルを4つのうち
の1つを導通状態に導くために用いられているが、単に
3つの検知増幅器と3つの参照レベルが4つの蓄積条の
中の1つの正しい状態を検出するために必要である。例
えば図4において、IREF (“2”)は導通状態“3”
と“2”との間で正しく差別され、IREF (“1”)は
導通状態“2”と“1”との間で正しく差別でき、そし
て、IREF (“0”)は導通状態“1”と“0”との間
で正しく差別される。図6の回路の現実的な構成におい
て、参照レベルIREF ,i(i=0,1,2)はその期
間にそれらを対応するより低いものとより高いセルの導
通状態を検知するために、それらの中心点により近づけ
るように移動させてもよい。図6の回路で用いられたと
同じ原理が2段階の蓄積または1セルについて4段階以
上の状態をとるものにも適用されることに注意された
い。もちろん、図6に示された以外の回路についても同
様に可能である。例えば、導通レベルのセンシングでは
なく、むしろ電圧レベルのセンシングにも同様に利用で
きる。
However, there are several concepts of multi-state storage associated with an array of EEprom transistors. An example of such a circuit is shown in FIG. In this circuit, one array of memory cells has a decoded word line and a decoded bit line, each connected to the control gate and drain of a row and column cell, respectively. Each bit line is usually 1.0 during read or program or erase time.
It is pre-charged to a voltage between V and 2.0V. Due to the four stages of accumulation, the four sense amplifiers each have their own reference level at I REF 0, I REF 1, I REF 2, I REF 3
Has a reference voltage for the decoded output of each bit line. During a read, the current through the flash EEprom transistor is compared (in parallel) with these four reference levels. This operation can also be performed during four successive reading periods (i.e., having one sense amplifier and having a different reference applied to each cycle). This is useful when it does not matter if additional time is required for this purpose.). The data output is supplied from four Di buffers (D0, D1, D2 and D3) via four detection amplifiers. During programming, four data inputs Ii (I0, I1, I2 and I3) are provided to a comparator circuit, which also supplies the outputs of the four sensor amplifiers for the accessed cell. If D
If i and Ii match then the cell is in the correct state and no programming is required. However, if all four Dis do not match all four Ii, the output of the comparator will activate the program control circuit. This circuit controls the bit line (VPBL) and word line (VPWL) program pulse generators. One short programming pulse is applied to both the selected word line and the selected bit line. This is followed by a second reading cycle to determine if Di and Ii match. This sequence is repeated until the multiplexed program and readout pulses match (or in the first step, no match is found, then
(Determined when the preset maximum number of pulses has been reached). As a result of such a multi-stage programming algorithm, each cell is programmed to four conduction states directly related to said reference conduction state I REF , i. fact,
The same sense amplifier is used for the program and read pulse generator, and it is also used for the detection period (during normal reading). This allows good tracking in large memory arrays between the reference level (dashed line in FIG. 4) and the programmed conduction level (solid line in FIG. 4) and within a very wide operating temperature range. In addition,
Because carefully metered electrons are injected into and removed from the floating gate during programming or erasing, the device is subjected to a minimal amount of tolerable stress. In fact, four reference levels and four sense amplifiers are used to bring the cell into one of the four conducting states, but only three sense amplifiers and three reference levels are required for the four storage strips. Needed to detect one of the correct states. For example, in FIG. 4, I REF (“2”) is in the conductive state “3”.
And "2", I REF ("1") can be correctly distinguished between conducting states "2" and "1", and I REF ("0") can be distinguished between conducting states "2" and "1". It is correctly discriminated between "1" and "0". In a practical configuration of the circuit of FIG. 6, the reference levels I REF , i (i = 0,1,2) are used to detect the corresponding lower and higher cell conduction states during that period. They may be moved closer to their center points. Note that the same principles used in the circuit of FIG. 6 apply to two-stage storage or to more than three states per cell. Of course, a circuit other than that shown in FIG. 6 is also possible. For example, the present invention can be similarly used not for sensing the conduction level but for sensing the voltage level.

【0022】 〔電荷保持力についての改善〕 前述した例において、状態“3”と“2”はフローティ
ングゲートにおける正の電荷の結果によるものであるの
に対し、状態“1”と“0”はフローティングゲート上
の負の電荷(電子)によるものである。この装置の寿命
(125℃で10年のように規定することができる)の
間に正しい導通状態を適性に検知するためには、この電
荷がフローティングゲートから略前記VT2において20
0ミリボルトのシフトと等価以上にリークしないことが
必要である。この条件は、貯蔵された電子について、こ
の実施例またはすべての先行する技術におけるEpro
mとかフラッシュEEpromについて容易に適用でき
るものである。装置の物理学的な配慮からいって前記フ
ローティングゲートに捕捉されたホールの保持力は捕捉
された電子の保持力よりも明確に優れているべきであ
る。これは、捕捉されたホールは電子がフローティング
ゲートへ電子が注入された場合のみ、中性化されるから
である。前述のような注入が存在しないかぎりにおい
て、シリコンと二酸化シリコンの界面における電界障壁
である約5.0エレクトロンボルトに打ち勝つことはホー
ルにとっては、ほとんど不可能である(捕捉されたエレ
クトロンの電界障壁は3.1Vである)。したがって、こ
の装置の保持力を改良することは、導通状態で捕捉され
たホールが関連する領域を用いることによって改善する
ことができる。例えば、前記状態“1”において、VT1
は+2.0Vであり、それは捕捉された電子に関連するも
のであり、処女装置においてはVT1は1.5Vである。し
かしながら、処女装置において、そのVT1をより高いし
きい値電圧、例えば、VT1=+3.0V(チャンネル領域
のpタイプのドーピング濃度を増すことにより)を上昇
させるならば、同じ状態“1”はVT1=+2.0Vとな
り、捕捉されたホールにより行われることになる。この
T1の値はよりよい保持力を与えることになるであろ
う。もちろん、参照レベルをほとんどの、またはすべて
の状態が処女装置のVT1よりもより低いVT1の値をもつ
ように参照電圧をセットすることも可能である。
[Improvement of Charge Holding Power] In the above-described example, states “3” and “2” are the result of positive charges in the floating gate, whereas states “1” and “0” are This is due to negative charges (electrons) on the floating gate. In order to properly detect the correct conduction during the life of the device (which can be specified as 10 years at 125 ° C.), this charge must be transferred from the floating gate to the V T2 at approximately 20 V.
It is necessary not to leak more than equivalent to a shift of 0 millivolt. This condition applies to the stored electrons in this example or in all prior art Epro.
m or flash EEprom. Due to the physical considerations of the device, the retention of holes trapped in the floating gate should be clearly better than the retention of trapped electrons. This is because the trapped holes are neutralized only when electrons are injected into the floating gate. Without the injection described above, it is almost impossible for a hole to overcome the electric field barrier at the silicon-silicon dioxide interface of about 5.0 electron volts (the electric field barrier of trapped electrons is 3.1V). Therefore, improving the retention of this device can be improved by using the area where the holes captured in conduction are relevant. For example, in the state “1”, V T1
Is + 2.0V, which is associated with the trapped electrons, and in a virgin device V T1 is 1.5V. However, in a virgin device, its V T1 is raised to a higher threshold voltage, for example, V T1 = + 3.0 V ( channel region
(By increasing the p-type doping concentration ), the same state "1" results in V T1 = + 2.0V, which is caused by trapped holes. This value of V T1 will provide better retention. Of course, it is also possible to the reference level most or all of the state set a reference voltage to have a value of lower V T1 than V T1 of the virgin device.

【0023】〔改良された持久力のための情報の消去〕
フラッシュEEprom装置の耐久性はそれらの書込
み,消去のサイクルの与えられた数に対する抵抗する能
力である。先行技術としてのフラッシュEEprom装
置の耐久力を制限する物理的な現象は、装置の活性誘電
体フィルム中に電子が捕捉されることである。プログラ
ミングの間中に使用された誘電体素子は熱電子チャンネ
ル注入の間中注入された電子の一部を捕捉する。消去の
期間においてトンネル消去誘電体は同様にトンネル電子
のあるものを捕捉する。捕捉された電子は引き続く書き
消しサイクルにおいて、印加された電界に抗するので、
しきい値電圧の減少、Vtxのシフトの原因となる。これ
は、“0”と“1”の状態の間の電圧の窓の次第に閉じ
ていく様(図5参照)として観察されることができる。
略1×104 プログラム消去サイクルを越えると、窓の
閉じる具合が検出回路の誤動作を発生させる程度にな
る。もし、このサイクルが次第に続けられていくと、装
置は誘電体の損傷,腐敗によって、危機的な崩壊現象を
経験することになる。これは、典型的には1×106
1×107 サイクルの間に発生する。そしてそれは、こ
の装置の不純物によるブレイクダウンとして知られてい
る。先行技術としてのメモリ素子においては、窓の閉じ
方が略1×104 サイクルが現実的な限界となってい
た。与えられた消去電圧VERASE において、前記装置を
十分に消去するのに必要な時間は、当初の100ミリ秒
(すなわち、処女装置において)から1×104 回行っ
た装置においては10秒に達する。そのような先行技術
のフラッシュEEprom装置における品質の劣化が1
×104 回以上使用した後に十分な消去を許容するため
には、極めて十分に長い消去パルス時間を規定しなけれ
ばならなかった。しかしながら、このことは、処女装置
においては過剰の消去であり、その結果として不必要な
過剰な歪みを受けることになっていた。先行技術におけ
る装置にける第2の問題は、消去パルスの期間中におい
て、前記トンネル誘電体が不必要に高い尖頭ストレスに
曝されることであった。これは、予め状態“0”(VT1
=+4.5Vまたはそれ以上高い)にプログラムされた装
置において発生している。この装置は大きな負の電荷Q
をもっている。VERASE が印加されると、前記トンネル
誘電体はVERASE と同様にQからの影響による尖頭電界
に瞬間的に曝されることになる。この尖頭電界は、トン
ネル消去の過程において電荷Qが0に変化するときに次
第に減少していく。それにもかかわらず、永久的な、か
つ累積的な損傷がこの消去の過程において加えられる。
これにより、早期の装置の崩壊がもたらされる。このス
トレス過剰と窓の閉じることの2つの問題を克服するた
めに、新しい消去のアルゴリズムが開示された。それ
は、先行するフラッシュEEpromのいずれにも適用
できるものなのである。そのような新しい消去のアルゴ
リズムがなかったら、多状態の装置を実現することは図
5の曲線(b)から導通状態がVT1がVT2よりもより負
であるならば、1×104 から1×105 の書込み/消
去サイクルにおいて消滅させられるであろう。
[Erase of Information for Improved Endurance]
The endurance of flash EEprom devices is their ability to resist a given number of write and erase cycles. A physical phenomenon that limits the durability of prior art flash EEprom devices is that electrons are trapped in the active dielectric film of the device. The dielectric element used during programming captures some of the injected electrons during thermionic channel injection. During the erase, the tunnel erase dielectric also captures some of the tunnel electrons. Since the captured electrons will resist the applied electric field in the subsequent erase cycle,
This causes a decrease in threshold voltage and a shift in V tx . This can be observed as a progressive closing of the voltage window between the "0" and "1" states (see FIG. 5).
Beyond approximately 1 × 10 4 program erase cycles, the degree of closing of the window is such that the detection circuit may malfunction. If this cycle is continued, the device will experience a critical collapse phenomenon due to dielectric damage and decay. This typically occurs between 1 × 10 6 and 1 × 10 7 cycles. And it is known as breakdown due to impurities in this device. In the prior art memory device, the practical limit of how to close the window is approximately 1 × 10 4 cycles. At a given erase voltage V ERASE , the time required to fully erase the device can reach from the original 100 milliseconds (ie, in a virgin device) to 10 seconds in a device that has been performed 1 × 10 4 times. . The quality degradation in such prior art flash EEprom devices is 1
In order to allow sufficient erasure after use of × 10 4 times or more, an extremely long erasing pulse time had to be specified. However, this was excessive erasure in the virgin device, resulting in unnecessary excessive distortion. A second problem with prior art devices was that the tunnel dielectric was exposed to unnecessarily high peak stress during the erase pulse. This is because the state “0” (V T1
= + 4.5V or higher). This device has a large negative charge Q
Have. When V ERASE is applied, the tunnel dielectric, like V ERASE , is momentarily exposed to a sharp electric field due to the influence of Q. This peak electric field gradually decreases when the charge Q changes to 0 in the tunnel erasing process. Nevertheless, permanent and cumulative damage is added in the course of this erasure.
This results in premature device collapse. To overcome the two problems of overstress and window closing, a new erasure algorithm has been disclosed. It is applicable to any of the preceding flash EEproms. Without such a new erasure algorithm, implementing a multi-state device would result from curve (b) of FIG. 5 where the conduction state would be from 1 × 10 4 if V T1 is more negative than V T2. It will be extinguished in 1 × 10 5 write / erase cycles.

【0024】図7は新しい消去のアルゴリズムの主たる
ステップを示したものである。m×nのメモリセルのブ
ロックアレイが、フラッシュ消去により状態“3”(こ
れは最も高い導電状態で最も低いVT1の状態である)に
完全に消去されたと仮定する。あるパラメータは消去の
アルゴリズムに関連して設定されるものである。それら
は図7にリストされており、V1 は最初の消去パルスの
消去電圧である。V1 は処女装置を状態“3”に1秒の
消去パルスによって消去するに要求される消去電圧か
ら、たぶん5Vばかりより低い。tは処女装置を状態
“3”に完全に消去するのに要求される時間の略1/1
0に選ばれる。典型的に、V1 は10Vから20Vの間
にあり、一方tは10から100ミリ秒の間にある。こ
のアルゴリズムは、このシステムが耐えられるある小さ
い数Xの悪いビットを仮定している(一例としてのエラ
ー検出と修正の過程においてこのシステムレベルが決定
される。全くエラーの検出と補正がなければ、その場合
にはX=0である)。これらは、ショートされていると
か、非常に漏れの多いトンネル誘電体であって、それが
十分に長い消去パルスを印加しても消去されないという
ビッツである。過度な消去を防止するために、消去パル
スの全個数は全ブロックの消去サイクルにおいて予めプ
リセットされたnmax に制限することができる。ΔVは
電圧であって、それにより引き続く消去パルスが増強さ
せられるのである。典型的には、ΔVは0.25Vから1.
0Vの間にある。一例として、もし、V1 =15.0Vで
ΔV=1.0Vであるならば、その結果、第7番目の消去
パルスは、VERASE =21.0Vの大きさで持続時間はt
である。1つのセルが完全に消去されたものとみなされ
る。つまり、それは読みのコンダクタンスがI"3" より
も大きくなったときである。各ブロックによって経験さ
せられた完全消去サイクルの回数Sはそのシステムレベ
ルにおいては大変重要な情報である。もし、各ブロック
について、Sが知られているならば、前記Sが1×10
6 (または他のセットされた数字)のプログラム消去サ
イクルに達したならば、それらの素子は自動的に新しい
補助的なブロックと交換することができる。Sは、当初
0にセットされており、そして、各完全なブロック消去
の多数のパルスサイクルごとに順次繰り上げられてい
く。Sの値は、各回ごとに、例えば20ビット(220
略1×106 に相当する)を各ブロックに用意しておい
て蓄積することができる。その方法により各ブロックは
それ自身の耐久の記録を保持することができる。これに
代替して、前記Sはチップから離れたシステムの中に保
存することもできる。
FIG. 7 shows the main steps of the new erasure algorithm. Assume that a block array of m × n memory cells has been completely erased by flash erase to state “3”, which is the highest conductive state and the lowest VT1 state. Certain parameters are set in connection with the erasure algorithm. They are listed in FIG. 7, where V 1 is the erase voltage of the first erase pulse. V 1 is probably less than 5 volts from the erase voltage required to erase the virgin to state “3” with an erase pulse of 1 second. t is approximately 1/1 of the time required to completely erase the virgin device to state "3".
Selected as 0. Typically, V 1 is between from 10V to 20V, whereas t is between 10 and 100 ms. The algorithm assumes a small number X of bad bits that the system can withstand (this system level is determined in the process of error detection and correction as an example. Without any error detection and correction, In that case, X = 0). These are bits that are shorted or very leaky tunnel dielectrics that are not erased by applying a sufficiently long erase pulse. To prevent over-erasure, the total number of erase pulses can be limited to a preset n max in the erase cycle of all blocks. ΔV is the voltage by which the subsequent erase pulse is boosted. Typically, ΔV is from 0.25V to 1.
Between 0V. As an example, if V 1 = 15.0 V and ΔV = 1.0 V, then the seventh erase pulse has a magnitude of V ERASE = 21.0 V and a duration of t
It is. One cell is considered completely erased. That is, when the conductance of the reading becomes greater than I "3" . The number of complete erase cycles S experienced by each block is very important information at the system level. If S is known for each block, S is 1 × 10
If a program erase cycle of 6 (or another set number) is reached, those elements can be automatically replaced with new auxiliary blocks. S is initially set to 0, and is incremented sequentially for each complete block erase multiple pulse cycles. As the value of S, for example, 20 bits (2 20 corresponds to approximately 1 × 10 6 ) can be prepared and accumulated in each block, for each time. In that way, each block can maintain its own durable record. Alternatively, the S can be stored in a system remote from the chip.

【0025】新しいアルゴリズムの完全消去のサイクル
のシーケンスは、次のとおりである(図7参照)。 1. Sを読め。この値はレジスタファイルに蓄積するこ
とができる。(このステップは、もしSがこの装置の動
作寿命の中でその制限に達しないものと期待されている
ときには省略することができる)。 1a.最初の消去パルスVERASE =V1 +nΔV,n=
0,パルス持続時間=tを印加せよ。このパルス(およ
び次の数個の連続するパルス)はすべてのメモリセルを
消去するのに十分であるが、それはプログラムされたセ
ルの電荷Qを減少させることになり、それは比較的に低
い消去フィールドストレスである。すなわち、それは1
つの“条件作り”のパルスに相当するものである。 1b.アレイの中のまばらなパターンを読め。対角線の
読みパターンは、例えば、m+n個(m×nによる完全
な読みよりはむしろ)のセルを読むことになり、そし
て、少なくとも各行からの1つのセル、そして各列から
の1つのセルを取り出したことになる。状態“3”まで
に完全に消去されていないセルの数NとXを比較する。 1c.もし、Nがx(十分に消去されていないアレイ)
よりも大きければ、第2の消去パルスを第1のパルスよ
りもΔVだけ大きく、同じ持続時間tをもつ第2の消去
パルスを印加する。対角線のセルを読め、カウントN。
この消去のサイクルにおいて、パルス/読み/加算の消
去パルスはN≦Xまたは消去パルスの数nがnmax を越
えるまで消去パルスが連続させられる。この2つの条件
のうちの最初の1つが最終の消去パルスにつながる。 2a.最後の消去パルスが、アレイが完全に、そして十
分に消去されたことを確認するために印加される。この
ERASE の大きさは前のパルスよりもΔVだけの端数だ
け大きくなる。持続時間は1tから5tの間にすること
ができる。 2b.100%のアレイが読まれる。完全に消去されて
いないセルの数Nが数えられる。もしNがXに等しい
か、または、より小さいときは、消去のためのパルス発
生はこの時点において完成させられる。 2c.もしNがXより大きければ、そのときには消去さ
れていないビットNの存在のアドレスが発生させられ
る。それは、このシステムレベルにおいて予備のよいビ
ット交換するためである。もし、NがかなりXより大き
い場合(もし、Nが全セルの5%にあたる場合)、その
ような場合にはフラグを立てて、ユーザーにこのアレイ
はその忍耐の限界に達し、生命の終わりになったことを
示す。 2d.消去のためのパルスは終了させられる。 3a.Sが1つ加えられる。そして、新しいSが将来の
参考のために保存される。このステップはオプションで
ある。新しいSは新しく消去されたブロックの中に書き
込まれるか、またはチップから分離されているレジスタ
ファイルに貯蔵される。 3b.消去サイクルが終了させられる。完全なサイクル
は10から20の消去パルスで、だいたい1秒間で消去
されることが期待されている。
The sequence of the complete erase cycle of the new algorithm is as follows (see FIG. 7). 1. Read S. This value can be stored in a register file. (This step can be omitted if S is not expected to reach that limit during the operating life of the device). 1a. First erase pulse V ERASE = V 1 + nΔV, n =
Apply 0, pulse duration = t. Although this pulse (and the next few consecutive pulses) is sufficient to erase all memory cells, it will reduce the charge Q of the programmed cell, which is a relatively low erase field. It is stress. That is, it is 1
This is equivalent to two "condition making" pulses. 1b. Read the sparse patterns in the array. A diagonal reading pattern would read, for example, m + n cells (rather than a complete reading by m × n), and retrieve at least one cell from each row, and one cell from each column It will be. The number N and X of the cells that have not been completely erased by the state “3” are compared. 1c. If N is x (not fully erased array)
If so, the second erase pulse is larger than the first pulse by ΔV and a second erase pulse having the same duration t is applied. Read diagonal cells, count N.
In this erasing cycle, the erasing pulse of pulse / read / addition is continued until N ≦ X or the number n of erasing pulses exceeds nmax . The first one of these two conditions leads to the final erase pulse. 2a. A final erase pulse is applied to confirm that the array has been completely and fully erased. The magnitude of V ERASE is larger than the previous pulse by a fraction of ΔV. The duration can be between 1t and 5t. 2b. 100% of the array is read. The number N of cells that have not been completely erased is counted. If N is less than or equal to X, pulsing for erasure is completed at this point. 2c. If N is greater than X, then the address of the presence of the unerased bit N is generated. It is to exchange spare good bits at this system level. If N is significantly greater than X (if N equals 5% of all cells), flag in such a case and let the user reach the limit of their patience and at the end of life Indicates that it has become. 2d. The pulse for erasing is terminated. 3a. One S is added. The new S is then saved for future reference. This step is optional. The new S is written into the newly erased block or stored in a register file separate from the chip. 3b. The erase cycle is terminated. A complete cycle is 10 to 20 erase pulses and is expected to be erased in about 1 second.

【0026】新しいアルゴリズムは以下のような特徴を
もっている。 (a)アレイ中のどのようなセルも尖頭的な電界のスト
レスを受けない。時間VERASE までには、比較的高い電
圧といかなる電荷Qも前記フローティングゲートからす
でに前の低い電圧消去によって除去されている。 (b)全消去時間は従来技術の固定的VERASE パルスを
用いるものに比べてかなりより短かくなっている。処女
装置にあっては、必要な消去時間は最小のパルスであ
る。1×104 サイクル以上に耐えた装置でも、誘電体
捕捉電荷に打ち勝つためにΔVの数倍の電圧増加を要求
されない。そし て、誘電体に捕捉された電荷は、その
全消去時間を数100ミリ秒増加させるにすぎない。 (c)消去側で窓が狭くなるということ(図5の曲線
(b)参照)を無限(その装置が突然の破壊によりだめ
になるまで)に避けることができる。なぜらなば、装置
が消去された適性な状態“3”になるまでVERASE は単
に増大させられるからである。新しい消去のアルゴリズ
ムは全記憶窓を保存することができる。
The new algorithm has the following features. (A) No cells in the array are subject to peak electric field stress. By time V ERASE , the relatively high voltage and any charge Q has already been removed from the floating gate by a previous low voltage erase. (B) The total erase time is much shorter than in the prior art using fixed V ERASE pulses. In a virgin device, the required erasing time is a minimum pulse. Even in a device that has survived 1 × 10 4 cycles or more, a voltage increase several times ΔV is not required to overcome the dielectric trapped charge. And the charge trapped in the dielectric only increases its total erase time by a few hundred milliseconds. (C) The narrowing of the window on the erasing side (see curve (b) in FIG. 5) can be avoided indefinitely (until the device fails due to sudden destruction). This is because V ERASE is simply increased until the device is in the correct erased state “3”. The new erasure algorithm can save the entire storage window.

【0027】図8は本発明によるフラッシュEEpro
m装置の4つの導通状態をプログラム消去回数の数の関
数として示したものである。すべての4つの状態は、常
にプログラムまたは消去によって参照導通状態を固定す
ることが完成されるから、いずれの状態においても、少
なくとも1×106 サイクルまでに窓が狭められるとい
うことはない。フラッシュEEpromメモリチップに
おいて、新しい消去プログラムを効果的に実行するため
にチップ上に(または別の制御チップの上に)必要な電
圧V1と電圧の増加分ΔVからnΔVを発生する電圧増
加装置、Nをカウントし貯蔵されている値Xと比較する
係数回路、不良ビットの位置のアドレスを蓄積するレジ
スタ、および前述した消去シーケンスを実行するための
命令を含む制御およびシーケンス回路を提供することが
できる。この発明の実施例として詳述されたものは、好
ましい実施例であり、当業者はこれに関連して多くの変
形を理解することができるであろう。そこで、本発明
は、ここに記載された特許請求の範囲の全範囲内の保護
を受ける資格を有するものである。
FIG. 8 shows a flash EEpro according to the present invention.
4 shows the four conduction states of the m device as a function of the number of program erase times. All four states, always is possible to fix the reference conduction states by the program or erase is complete, in any state, not that at least 1 × 10 6 cycles window until is narrowed. In a flash EEprom memory chip, a voltage increasing device for generating nΔV from a voltage V 1 and a voltage increment ΔV required on the chip (or on another control chip) to effectively execute a new erase program; It is possible to provide a coefficient circuit for counting N and comparing it with a stored value X, a register for storing an address of a position of a defective bit, and a control and sequence circuit including an instruction for executing the aforementioned erase sequence. . What has been described in detail as embodiments of the present invention are preferred embodiments, and those skilled in the art will recognize many variations in this regard. Accordingly, the present invention is entitled to protection within the full scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】チャンネル分離形EpromまたはEEpro
mの実施例の断面図である。
FIG. 1 Channel-separated type Eprom or EEpro
m is a sectional view of an embodiment.

【図2】チャンネル分離形のEpromトランジスタを
形成する具体的なトランジスタ表現を示す略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a specific transistor representation for forming a channel-separated Eprom transistor.

【図3】チャンネル分離形のフラッシュEEprom装
置のプログラムと消去の特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of programming and erasing of a flash EEprom device of a channel separation type.

【図4】本発明によるチャンネル分離形のフラッシュE
Eprom装置の4つの導通状態を示す図である。
FIG. 4 shows a channel-separated flash E according to the invention.
It is a figure showing four conduction states of an Eprom device.

【図5】従来のフラッシュEEprom装置のプログラ
ム消去サイクルの寿命特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a life characteristic of a program erase cycle of a conventional flash EEprom device.

【図6】回路図と多段階記憶装置において要求されるプ
ログラム書込み電圧パルスを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a circuit diagram and a program write voltage pulse required in the multi-stage storage device.

【図7】最小のストレスで消去することができる新しい
アルゴリズムにおける基本的な状態を示す略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a basic state in a new algorithm that can be erased with minimum stress.

【図8】多段階のプログラムと消去時のストレスを減少
するための情報アルゴリズムを用いたチャンネル分離形
のフラッシュEEprom装置のプログラム消去サイク
ルの寿命特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a program erase cycle life characteristic of a channel separation type flash EEprom device using a multi-stage program and an information algorithm for reducing stress at the time of erase.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板 13…ソース領域 15…ドレーン領域 17…チャンネル領域 19…フローティングゲート 21…ゲート酸化物 23…コントロールゲート DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Substrate 13 ... Source region 15 ... Drain region 17 ... Channel region 19 ... Floating gate 21 ... Gate oxide 23 ... Control gate

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 状態を変化させることができ、読むため
にアドレス可能である電気的に変更可能なメモリセルの
アレイで、個々のメモリセルはフローティングゲートを
もつ電界効果トランジスタを含み、しきい値電圧レベル
を持ち、そのレベルは前記フローティングゲートに正味
の電荷が存在しないときにある与えられたレベルをもつ
が、前記フローティングゲートによって保持される正味
の電荷量により可変的であるメモリアレイに関して、前
記アレイのアドレスされたセルの状態を変更する方法に
おいて: 2を超える複数の検出可能な個々のセルの状態に対応す
る2を超える複数の実効しきい値電圧レベルを確立する
ステップであり、ここにおいて少なくとも2つの前記複
数の実効しきい値レベルは前記フローテイングゲートの
正味の正電荷に由来するものであるステップと、および
アドレスされたセルの実効しきい値電圧が前記複数の実
効しきい値電圧レベルの1つに略等しくなるまで、アド
レスされたセルのフローテイングゲートの上の電荷量を
変化させることにより、アドレスされたセルの検出可能
な状態をセットするステップとを含む方法。
1. An array of electrically changeable memory cells that can change state and are addressable for reading, wherein each memory cell includes a field effect transistor having a floating gate and a threshold voltage. For a memory array having a voltage level, the level having a given level when there is no net charge on the floating gate, but being variable due to the net charge held by the floating gate, In a method of changing the state of an addressed cell of an array: establishing more than two effective threshold voltage levels corresponding to more than two detectable individual cell states, wherein: At least two of the plurality of effective threshold levels are the net positive threshold of the floating gate. The floating gate of the addressed cell until the effective threshold voltage of the addressed cell is substantially equal to one of the plurality of effective threshold voltage levels. Setting the detectable state of the addressed cell by varying the amount of charge of the cell.
【請求項2】 請求項1記載の方法において、前記検出
可能な状態のセットは、アドレスされたセルのフローテ
ィングゲートに負の電荷を加えることによってアドレス
されたセルの実効しきい値の電圧レベルを変化させるス
テップを含む方法。
2. The method of claim 1, wherein said set of detectable states comprises: applying a negative charge to a floating gate of the addressed cell to increase a voltage level of an effective threshold of the addressed cell. A method comprising the step of changing.
【請求項3】 請求項1記載の方法において、前記アド
レスされたセルの検出可能な状態をセットする前に、ア
ドレスされたセルの実効しきい値電圧をプリセットレベ
ルにプリセットするステップを付加的に含む方法。
3. The method of claim 1, further comprising the step of presetting an effective threshold voltage of the addressed cell to a preset level before setting the detectable state of the addressed cell. Including methods.
【請求項4】 請求項1記載の方法において、前記アド
レスされたセルの検出可能な状態をセットする前に、セ
ルのグループのフローテイングゲートの電荷を変化さ
せることによりアドレスされたセルを含むアレイにある
セルのグループの実効しきい値電圧レベルをプリセット
レベルにプリセットするステップを含む方法。
4. A method according to claim 1, wherein, before setting the detectable states of the addressed cells, including the addressed cell by changing the charge amount of floating gate of a group of cells A method comprising presetting an effective threshold voltage level of a group of cells in an array to a preset level.
【請求項5】 請求項4記載の方法において、前記セル
のグループのプリセッティングは、前記複数の実効しき
い値電圧レベルの範囲外にあるプリセット実効しきい値
電圧レベルにセルのグループをプリセットするステップ
を含む方法。
5. The method of claim 4, wherein presetting the group of cells presets the group of cells to a preset effective threshold voltage level that is outside the plurality of effective threshold voltage levels. A method that includes a step.
【請求項6】 請求項4記載の方法において、セルのグ
ループのプリセッティングは、前記フローティングゲー
トの負の電荷を除去することにより、複数のセルの状態
に対応する前記複数の実効しきい値レベルの最低のもの
よりも低いあるレベルに前記セルのグループのプリセッ
ト実効しきい値電圧レベルを確立するステップと、およ
び前記アドレスされたセルの検出可能な状態のセット
は、前記アドレスされたセルのフローティングゲートに
負の電荷を加えるステップを含む方法。
6. The method of claim 4, wherein the presetting of the group of cells comprises removing the negative charge on the floating gate to thereby effect the plurality of effective threshold levels corresponding to a plurality of cell states. Establishing a preset effective threshold voltage level of the group of cells at a level lower than the lowest one of the plurality of cells and a set of detectable states of the addressed cells comprises a floating of the addressed cells. A method comprising applying a negative charge to a gate.
【請求項7】 請求項4記載の方法において、前記アド
レスされたセルの検出可能な状態をセットした後で、前
記アドレスされたセルがセットされた状態を読むステッ
プを付加的に含む方法。
7. The method of claim 4, further comprising the step of reading the set state of the addressed cell after setting the detectable state of the addressed cell.
【請求項8】 請求項7記載の方法において、前記アド
レスされたセルがセットされた状態の読み取りは、前記
アドレスされたセルを介して電流を流し、そして同時に
前記電流のレベルと2以上の参照電流レベルとを比較す
るステップを含む方法。
8. The method of claim 7, wherein the reading of the set state of the addressed cell causes a current to flow through the addressed cell, and simultaneously the level of the current and two or more references. Comparing to a current level.
【請求項9】 請求項1記載の方法において、前記アド
レスされたセルの検出可能な状態をセットした後で、前
記アドレスされたセルを介して電流を流しそして同時に
前記電流のレベルを2以上の参照電流レベルと比較する
ことによって、アドレスされたセルがセットされた状態
を読み出すステップを付加的に含む方法。
9. The method of claim 1, wherein after setting the detectable state of the addressed cell, flowing a current through the addressed cell and simultaneously increasing the level of the current by more than one. A method additionally comprising reading the state in which the addressed cell is set by comparing to a reference current level.
【請求項10】 請求項9記載の方法において、前記電
流のレベルは、前記複数の実効しきい値レベルよりも1
つだけ少ない複数の参照電流レベルと同時に比較される
ステップを含む方法。
10. The method of claim 9, wherein the level of the current is one more than the plurality of effective threshold levels.
A plurality of reference current levels that are compared simultaneously.
【請求項11】 請求項1〜10のいずれか1つに記載
の方法において、複数の実効しきい値電圧レベルを確立
するステップは、前記フローティングゲート上の正味の
正電荷から発生する前記しきい値レベルの大部分を確立
するステップを含む方法。
11. The method according to claim 1, wherein the step of establishing a plurality of effective threshold voltage levels comprises the step of generating a threshold from a net positive charge on the floating gate. A method comprising establishing a majority of the value levels.
【請求項12】 請求項1〜10のいずれか1つに記載
の方法において、複数の実効しきい値電圧レベルを確立
するステップは少なくとも4つのそのようなしきい値電
圧レベルを確立するステップを含む方法。
12. The method according to claim 1, wherein establishing a plurality of effective threshold voltage levels comprises establishing at least four such threshold voltage levels. Method.
【請求項13】 請求項1〜10のいずれか1つに記載
の方法において、前記個々のセルの前記与えられたしき
い値レベルは少なくとも3ボルトに設定されている方
法。
13. The method of claim 1, wherein said given threshold level of said individual cells is set to at least 3 volts.
【請求項14】 請求項3〜5のいずれか1つに記載の
方法において、前記セルのグループがプリセットされる
回数の総計のカウントを加算するステップを付加的に含
む方法。
14. The method according to any one of claims 3 to 5, further comprising the step of adding a total count of the number of times the group of cells is preset.
【請求項15】 請求項3〜5のいずれか1つに記載の
方法において、前記セルのグループが使用不能になった
ときに、前記アレイ中のセルの補助ブロックに置き換え
るステップを含む方法。
15. The method of claim 3, further comprising the step of replacing the group of cells with an auxiliary block of cells in the array when the group of cells becomes unavailable.
【請求項16】 請求項1または3記載のいずれかの方
法において、前記アドレスされたセルが破壊されている
場合に対応して、前記アレイ中の補助的な良いセルに置
き換えるステップを含む方法。
16. The method of claim 1 or 3, further comprising the step of replacing the addressed cell with a secondary good cell in the array in response to a corrupted cell.
【請求項17】 複数の電気的に消去およびプログラム
可能なリードオンリメモリセルのアレイで、個々のセル
は半導体基板に形成され、前記基板は、チャンネル領域
で分離されたソースとドレインと、チャンネル領域の少
なくとも1部分上に位置されかつそれから絶縁されたフ
ローティングゲートと、そして前記フローティングゲー
ト上に延びかつそれから絶縁されたコントロールゲート
をもち、前記トランジスタは自然しきい値電圧とそのフ
ローティングゲート上の制御可能な電荷のレベルに対応
する電圧との組み合わせに由来する実効しきい値電圧を
持つもので、ここにおいて前記自然しきい値電圧は前記
フローティングゲートが零に等しい電荷レベルをもつと
き、それに対応するもので、前記アレイ中のセルのメモ
リ状態を消去し、プログラムし、そして読み出すシステ
ムにおいて: 複数のメモリセルの選択された1またはグループをアド
レスするために前記アレイに動作的に接続される手段
と、 アドレスされたセルまたはセルのグループの実効しきい
値電圧を各々アドレスされたセルのフローティングゲー
トの電荷を変更することにより基底レベルに駆動するた
めに、前記アレイに動作的に接続される消去手段と、 前記アレイに動作的に接続されるプログラム手段で、ア
ドレスされたセルのフローティングゲート上の電荷を変
更するために、2を超える複数の個々の検出可能な状態
に対応する2を超える複数の実効しきい値電圧レベルの
1つに前記実効しきい値電圧が実質的に等しくなるまで
変更し、ここにおいて前記複数の実効しきい値電圧レベ
ルの少なくとも2つは正であるフローティングゲート上
の制御可能な電荷レベルに由来するプログラム手段と、
およびアドレスされたセル中を流れる電流の量を決定す
るために、前記アレイに動作的に接続される読み取り手
段で、これによりアドレスされたセルの状態がそこを流
れる測定された電流レベルによって決定される読み取り
手段を含むシステム。
17. An array of a plurality of electrically erasable and programmable read-only memory cells, each cell formed on a semiconductor substrate, said substrate comprising a source and a drain separated by a channel region, and a channel region. A floating gate located on at least a portion of and isolated from the floating gate, and a control gate extending above and floating from the floating gate, wherein the transistor has a natural threshold voltage and a controllable voltage on the floating gate. Having an effective threshold voltage derived from a combination with a voltage corresponding to the charge level, wherein the natural threshold voltage corresponds to the floating gate having a charge level equal to zero when the floating gate has a charge level equal to zero. Erases the memory state of the cells in the array, and In a programming and reading system: means operatively connected to the array to address a selected one or group of memory cells; and an effective threshold voltage of the addressed cell or group of cells. Erasing means operatively connected to said array, and programming means operatively connected to said array, for driving to the ground level by changing the charge on the floating gate of each addressed cell. The effective threshold voltage to one of more than two effective threshold voltage levels corresponding to more than two individual detectable states to alter the charge on the floating gate of the addressed cell Changing until the voltages are substantially equal, wherein at least two of the plurality of effective threshold voltage levels are And program means derived from a controllable level of charge on the floating gate is,
And reading means operatively connected to the array to determine the amount of current flowing in the addressed cell, whereby the state of the addressed cell is determined by the measured current level flowing therethrough. System including a reading means.
【請求項18】 請求項17記載のメモリシステムにお
いて、前記プログラム手段は、その実効しきい値電圧が
少なくとも4つの実効しきい値電圧レベルの1つに実質
的に等しくなるまで、アドレスされたセルのフローティ
ングゲート上の電荷を変更するための手段を含み、これ
により前記アレイの個々のセルは4以上の状態にプログ
ラム可能であるシステム。
18. The memory system according to claim 17, wherein said programming means is configured to address cells until its effective threshold voltage is substantially equal to one of at least four effective threshold voltage levels. Means for altering the charge on the floating gate of the array, whereby individual cells of the array are programmable to four or more states.
【請求項19】 請求項17記載のメモリシステムにお
いて、前記自然しきい値電圧レベルは少なくとも3ボル
トであるシステム。
19. The memory system according to claim 17, wherein said natural threshold voltage level is at least 3 volts.
【請求項20】 請求項17記載のメモリシステムにお
いて、前記消去手段に応答する手段は前記アドレスされ
たセルまたはセルのグループの実効しきい値電圧を基底
レベルに駆動し、前記アドレスされたセルまたはセルの
グループが消去された回数の前記アレイ中に記憶されて
いるランニングカウントを蓄積し、1つだけ上昇させる
手段を付加的に含むシステム。
20. The memory system of claim 17, wherein the means responsive to the erasing means drives an effective threshold voltage of the addressed cell or group of cells to a ground level, and A system additionally comprising means for accumulating a running count stored in said array of the number of times a group of cells has been erased and increasing by one.
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