JP3225258B2 - 不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回路及びこれを用いた不揮発性メモリセルのプログラム及び消去状態の確認方法 - Google Patents
不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回路及びこれを用いた不揮発性メモリセルのプログラム及び消去状態の確認方法Info
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Description
に係り、特にフラッシュEEPROMセルのプログラム
(program)及び消去(erase)モード時のメモリセルのフロ
ーティングゲートに注入される電荷(electron charge)
量の変化に応じてメモリセルのしきい値電圧(threshold
voltage)が検出されるようにした不揮発性メモリセル
のしきい値電圧検出回路及びこれを用いた不揮発性メモ
リセルのプログラム及び消去状態の確認方法に関する。
機能をもつフラッシュEEPROM(Electorically Era
sable Programable Read Only Memory)セルは、その固
有の長所のため次第に需要が増加しつつある。
Mセルをプログラムする際、図1(A)に図示されたよ
うにバイアス電圧ゼネレータ(Bias Voltage Generator
:BVG)1を用いて、まず一定時間(図1(B)に
おいてt1〜t2時間)の間、セルのコントロールゲー
ト端子2にプログラムバイアス電圧(12V)を印加
し、セルのソース端子5を接地すると共に、ドレーン端
子6に一定電圧(VD )を印加するとセルのフローティ
ング端子3に電荷(electron charge) が注入されること
になる。
れたかを確認するため、前記バイアス電圧ゼネレータ1
からメモリセルのコントロールゲート端子2に一定時間
(図1Bにおいてt2〜t3時間)の間、読出(read)バ
イアス電圧(5V)を印加してセル電流(即ち、メモリ
セルのしきい値電圧:Vtx)を検出することになる。
定められた水準に到達していない場合には、前記バイア
ス電圧ゼネレータ1からプログラムバイアス電圧(12
V)を再び印加して(図1Bにおいてt3〜t4時間)
しきい値電圧を検出(図1Bのt4〜t5)することに
なる。
達するまで反復的にプログラムバイアス電圧を印加して
フローティングゲートに電荷を注入した後、しきい値電
圧を検出することになる。
ゲート端子2に供給されるバイアス電圧がプログラムモ
ード(Vcg=12V)において確認モード(Vcg=5
V)に或いはその反対方向にかわるがわる変化するため
コントロール電圧(Vcg)をチャージング(charging :
C)、デイスチャージング(discharging:D)すること
に多くの時間を消耗し、バイトプログラムをする際、時
間が増加する問題点があると共に、これを回路化するの
が難しくなる短所がある。又、消去時にはオーバイレイ
ズ(over erase)が発生する問題もある。
発性メモリセルのプログラム及び消去モード時、メモリ
セルのフローティングゲートに注入される電荷量の変化
に応じてしきい値電圧が検出されるようにした不揮発性
メモリセルのしきい値電圧検出回路及びこれを用いた不
揮発性メモリセルのプログラム及び消去状態の確認方法
を提供することに目的がある。
めの本発明による不揮発性メモリセルのしきい値電圧検
出回路は、ゲート、ドレーン及びソース端子を備えた不
揮発性メモリセルと、前記のゲート、ドレーン及びソー
ス端子にプログラム又は消去用バイアス電圧を供給する
ためのバイアス電圧供給手段と、前記メモリセルのドレ
ーン端子に接続され、前記メモリセルのしきい値電圧が
所望のレベルに到達したときにロジック状態が反転され
るように構成されたインバータとからなることを特徴と
する。
ラム状態の確認方法は、不揮発性メモリセルのゲート、
ドレーン及びソース端子にプログラム用バイアス電圧を
印加する段階と、前記不揮発性メモリセルのしきい値電
圧が所望のレベルに到達したときにロジック状態が反転
されるように構成されたインバータにより、前記不揮発
性メモリセルのしきい値電圧が検出されるようにする段
階とからなることを特徴とする。
態の確認方法は、不揮発性メモリセルのゲート、ドレー
ン及びソース端子に消去用バイアス電圧を印加する段階
と、前記不揮発性メモリセルのしきい値電圧が所望のレ
ベルに到達したときにロジック状態が反転されるように
構成されたインバータにより、前記不揮発性メモリセル
のしきい値電圧が検出されるようにする段階とからなる
ことを特徴とする。
発明を詳細に説明する。図2(A)及び図2(B)は、
本発明による不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回
路であり、図3(A)及び図3(B)によりその動作を
次のように説明する。
ーン端子を通じて流れるセル電流(Id )はセルのチャ
ネル反転(channel inversion) 程度により決定され、こ
れはチャネルに対し実際に、ゲートの役割をするフロー
ティングゲート電圧(Vfg)によって決まる。
外部の印加電圧であるコントロールゲート電圧(Vcg
及びドレーン電圧Vd)がキャパシタを通じてフローテ
ィングゲート端子に誘起される電圧(Vfg)を図3
(A)及び図3(B)により求めると、以下のようにな
る。
端子間の結合比 Kd:ドレーン端子とフローティングゲート端子間の結
合比 Qfg:フローティングゲートに注入された電荷量 Ct:キャパシタ(Cp)とキャパシタ(Cox=C1
+C2)の並列静電容量 Vtx:メモリセルのしきい値電圧
は次の簡単な式で表現される。
ルのしきい値電圧(Vtx)の変化がフローティングゲ
ート電圧(Vfg)に線形比例して現れることがわか
る。
値電圧(Vfg)が2V−5Vでプログラムされる場合
のメモリセルのしきい値電圧(Vfg)の変化を推定し
て見ると、以下のようになる。
領域(Linear region) において動作すると仮定した場
合、セル電流(Id )はフローティングゲート電圧(V
fg)に比例するため、セル電流(Id )は最小限25%
(6V/8V)以上減少することになる。
tx)の変化及びメモリセルのドレーン電流(Id)の
変化を示し、図5はフローティングゲート電圧(Vf
g)の変化によるメモリセルのドレーン電流(Id)の
変化を示す。従って、プログラムを実施する間にメモリ
セルを通じて流れる電流、即ちメモリセルのしきい値電
圧(Vtx)を検出するため図2(A)の如く回路を構
成すると、メモリセルのドレーン電圧(Vd(t))は
以下のようになる。
d)が初期値(I0)からt=t1時間の間プログラム
され、△I0程度減少されると仮定した場合、このとき
のドレーン電圧(Vd(t1))は以下のようになる。
タ(I1)の入力が前記式(C)の如く成るようにす
る。そうすると、メモリセルがプログラムされる時点、
即ちメモリセルのしきい値電圧(Vtx)が一定レベル
以上となる時点で前記インバータ(I1)の出力(Vo
ut)が瞬間的に反転されるので、メモリセルのしきい
値電圧(Vtx)を正確に検出することができる。
アス(Bias)条件を表示する。消去モード時にもプ
ログラム時と同様に構成することにより、所望の消去状
態を得ることが出来る。但し、消去モード時にはオーバ
ーイレーズ(Over Erase)現象を防止し、こ
れを検出するために前記インバータI1の他に異なるイ
ンバータ(図示せず)、即ちオーバーイレーズされるセ
ルを検出するためのインバータをさらにメモリセルのド
レーン端子に連結する。
ログラム及び消去動作を実施する際、所望のしきい値電
圧を検出できるようにした別の実施例を図6により説明
する。
にはバイアス電圧ゼネレータ1からプログラム(5V)
がセルアレイ4に供給されメモリセルがプログラムされ
る。前記セルアレイ4から一つのバイト内の全てのメモ
リセルが予め定められたしきい値電圧(Vtx)以上に
充分プログラムされると、反転ゲート(G1〜G3)に
よって前記メモリセルのしきい値電圧(Vtx)が反転
され、前記反転ゲート(G1〜G3)の出力をそれぞれ
入力とするNORゲート(NOR)の出力信号(S1)
によってプログラム状態を確認することになる。
バイアス電圧ゼネレータ1から消去電圧(12V)が前
記セルアレイ4に供給されメモリセルが消去される。前
記セルアレイ4から一つのバイト内の全てのメモリセル
が予め定められたしきい値電圧(Vtx)に到達すれ
ば、反転ゲート(G4〜G6)によって前記メモリセル
のしきい値電圧(Vtx)が反転され、前記反転ゲート
(G4〜G6)の出力をそれぞれ入力とするANDゲー
ト(AND)の出力信号(S2)により消去状態を確認
することになる。
れかであってもオーバーイレーズのしきい値電圧以下に
なる場合、例えばインバータG7の入力端子に連結され
たメモリセルがオーバーイレーズされる場合、インバー
タG7の出力信号は「L」常態から「H」状態に変化
し、インバータG8及びインバータG9の出力信号は
「L」状態を保持することにより、インバータG7〜G
9の出力を入力とするNORゲートNORの出力信号G
3は「H」状態から「L」状態に遷移してメモリセルオ
ーバーイレーズが検出される。
記出力信号(S1〜S3)を用いて高電圧を発生するバ
イアス電圧ゼネレータを適切に制御することにより、大
変速い時間内にメモリセルのしきい値電圧を検出するこ
とが可能になる。
ッシュEEPROMメモリセルのプログラム及び消去モ
ード時、メモリセルのフローティングゲートに注入され
る電荷量の変化に応じて、しきい値電圧が検出されるよ
うにすることにより、メモリセルのプログラム及び消去
時間が大きく短縮され、スタック(Stack)形のメモリセ
ルにしばしば現れるオーバーイレーズ問題が解決でき、
別のしきい値電圧検出回路が不要となり、全体の回路構
成を単純化することが出来る卓越した効果がある。
を示す断面図、(B)は(A)の動作を説明するための
波形図である。
リセルのしきい値電圧検出回路である。
ルの等価回路図である。
(Vtx)及びドレーン電流(Id)を比較した波形図
である。
ゲート電圧(Vfg)の変化に応じて変化するドレーン
電流(Id)の変化量を示す波形図である。
ラム及び消去状態の確認方法を説明するための回路図で
ある。
ート端子、 3・・フローティングゲート端子、4・・セルアレイ(c
ell array)
Claims (7)
- 【請求項1】不揮発性メモリセルのしきい値電圧が予め
設定された電圧に到達したときにロジック状態が反転さ
れるように構成された多数のインバータからなり、プロ
グラム時選択されたメモリセルのそれぞれのドレーン電
流により論理信号を生成する第1手段と、 前記第1手段からの論理信号の組み合わせによりプログ
ラム確認信号を生成する手段と、 不揮発性メモリセルのしきい値電圧が予め設定された電
圧に到達したときにロジック状態が反転されるように構
成された多数のインバータからなり、消去時選択された
メモリセルのそれぞれのドレーン電流により多数の論理
信号を生成する第2手段と、 前記第2手段からの論理信号の組み合わせにより消去確
認信号を生成する手段からなることを特徴とする不揮発
性メモリセルのしきい値電圧検出回路。 - 【請求項2】請求項1において、前記プログラム確認信
号を生成する手段はNORゲートから構成されることを
特徴とする不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回
路。 - 【請求項3】請求項1において、前記消去確認信号を生
成する手段はANDゲートから構成されることを特徴と
する不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回路。 - 【請求項4】請求項1において、消去時選択されたメモ
リセルのそれぞれのドレーン電流により多数の論理信号
を生成する第3手段と、 前記第3手段からの論理信号の組み合わせによりオーバ
ーイレーズ信号を生成する手段を更に包括することを特
徴とする不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回路。 - 【請求項5】請求項4において、前記第3手段は多数の
インバータで構成されることを特徴とする不揮発性メモ
リセルのしきい値電圧検出回路。 - 【請求項6】請求項4において、前記オーバーイレーズ
信号を生成する手段はNORゲートから構成されること
を特徴とする不揮発性メモリセルのしきい値電圧検出回
路。 - 【請求項7】請求項5において、前記インバータは、前
記不揮発性メモリセルのしきい値電圧が予め定められた
電圧に到達したときにロジック状態が反転されるように
構成されることを特徴とする不揮発性メモリセルのしき
い値電圧検出回路。
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