JP3875345B2 - Nonvolatile memory device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性記憶装置に関し、特に、電気的にデータの書き込み、消去が可能な不揮発性記憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、不揮発性記憶装置の一つとして、電気的に情報の書込み、消去が可能なEEPROMがある。
【0003】
図11は、従来の不揮発性記憶装置(EEPROM)900の要部の基本構成を概略的に示すブロック図である。図11を参照して、不揮発性記憶装置900は、メモリセルアレイ70、Xデコーダ71、Yゲート69、データ出力バッファ68、およびYデコーダ72を含む。
【0004】
メモリセルアレイ70は、行方向および列方向にマトリックス状に配列された複数のメモリセルを含む。メモリセルアレイ70は、Xデコーダ71とYゲート69とに接続されている。Yゲート69には、Yデコーダ72、およびデータ出力バッファ68が接続されている。
【0005】
Xデコーダ71とYゲート69は、メモリセルアレイ70の行方向および列方向をそれぞれ選択する。Yデコーダ72は、列方向の選択を制御する。データ出力バッファ68は、読み出し回路(センスアンプ)を有し、図示しない外部出力端子に接続されている。
【0006】
次に、従来の不揮発性記憶装置900におけるメモリセルを構成する不揮発性記憶素子910の構造について説明する。
【0007】
図12は、従来の不揮発性記憶装置900を構成する不揮発性記憶素子910の基本的な構成を示した部分断面図である。
【0008】
図12に示した不揮発性記憶素子910は、FLOTOX型(Floating gate Tunnel Oxide)のEEPROMを構成する記憶素子である。図12を参照して、不揮発性記憶素子910は、フローティングゲート電極層51、コントロールゲート電極層53、層間絶縁膜54、絶縁膜55、トンネル酸化膜52、ソース/ドレイン領域56、57、58、および不純物拡散領域59を有している。
【0009】
ソース/ドレイン領域56、57、58、および不純物拡散領域59は、P型シリコン基板40の主表面上に所定の間隔を隔てて形成される。
【0010】
フローティングゲート電極層51は、ソース/ドレイン領域56から不純物拡散領域59に至る領域の上に、絶縁膜55を介在して形成される。
【0011】
コントロールゲート電極層53は、フローティングゲート電極層51上に、層間絶縁膜54を介在して形成される。
【0012】
さらに、フローティングゲート電極層51は突出部分を有する。この突出部分は、トンネル酸化膜52を介在して不純物拡散領59上に形成されている。
【0013】
図12を参照して、不揮発性記憶素子910はさらに、選択ゲート50、およびビット線61を有している。
【0014】
選択ゲート50は、ソース/ドレイン領域57からソース/ドレイン領域58に至る領域上に形成される。ソース/ドレイン領域57とソース/ドレイン領域58とに挟まれる領域は、選択ゲート50に与えられる信号に応答して導通/非導通状態になる。
【0015】
ソース/ドレイン領域58上には、電位を取出すためのコンタクト孔62が形成されている。ソース/ドレイン領域58は、コンタクト孔62を介して、ビット線61に接続される。フローティングゲート電極層51、およびコントロールゲート電極層53を構成要素とするメモリトランジスタの有する情報は、ビット線61から図11に示すYゲート69を介して外部の周辺回路に出力される。
【0016】
次に、図12に示す不揮発性記憶素子910の動作について説明する。不揮発性記憶素子910は、書込み、消去、そして読出の3つの動作モードを有する。不揮発性記憶素子910は、フローティングゲート電極層51の帯電状態によって情報(書込み、消去状態)を記憶する。フローティングゲート電極層51への電荷の注入、放出は、トンネル酸化膜52を通過するF−N(Fowler−Nordheim)トンネル電流を利用して行なわれる。
【0017】
消去動作では、コントロールゲート電極層53および選択ゲート50に消去電圧VPP(高電圧)を印加する。同時に、ビット線61を接地して、ソース/ドレイン領域58を接地電位にする。この結果、不純物拡散領域59からフローティングゲート電極層51に電子が注入され、フローティングゲート電極層51が、負に帯電する。
【0018】
フローティングゲート電極層51が、負に帯電すると、コントロールゲート電極層53の下方に形成されるメモリトランジスタのしきい値電圧Vthが高くなる。この状態を、消去状態(”1”状態)と呼ぶ。
【0019】
書込み動作では、コントロールゲート電極層53を接地電位とし、選択ゲート50およびソース/ドレイン領域58に高電圧を印加する。この結果、フローティングゲート電極層51に蓄積された電子が不純物拡散領域59に放出され、フローティングゲート電極層51が、正に帯電する。
【0020】
フローティングゲート電極層51が、正に帯電すると、しきい値電圧Vthが低くなる。この状態を、書込み状態(”0”状態)と呼ぶ。
【0021】
読出動作では、コントロールゲート電極層53に、消去状態と書込み状態のしきい値電圧Vthの中間の電圧を供給する。フローティングゲート電極層51が正に帯電している(”0”)状態であれば、不純物拡散領域59とソース/ドレイン領域56との間の領域ER3にチャネルが形成される。一方、フローティングゲート電極層51が負に帯電している(”1”)状態であれば、領域ER3にチャネルは形成されない。
【0022】
従って、コントロールゲート電極層53に電圧を印加した場合に、ビット線61に流れる電流によって、”0”(領域ER3が導通状態)、もしくは”1”(領域ER3が非導通状態)の情報が読み出される。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の不揮発性記憶素子910は、トンネル電流を利用してフローティングゲート電極層51の帯電状態を変化させることにより、情報の記憶を行なう。
【0024】
しかしながら、フローティングゲート電極層51への電子の注入、放出を行なうためには、上述のように、高電圧を印加する必要がある。このため、何回も、書込み、および消去を行なうと、高電圧のストレスによって、トンネル酸化膜52に劣化、破損が生じてしまう。
【0025】
この結果として、フローティングゲート電極層51に注入されている電子が、トンネル酸化膜52の微少なリークを通じて抜けるといった現象、すなわち、データ保持不良が発生するという問題があった。
【0026】
図13は、従来の不揮発性記憶素子910の故障率と、使用頻度との関係を示した図である。図13は、バスタブカーブと呼ばれ、横軸は、使用時間を、縦軸は、故障率をそれぞれ示している。
【0027】
図13を参照して、期間T0は、初期故障期間と呼ばれる。使用開始直後、比較的早い時期に発生する故障であって、製造工程等に起因して発生する。
【0028】
期間T1は、偶発故障期間と呼ばれる。初期故障期間後、散発的に発生する故障である。故障率は、設計によって決定され、製品固有の信頼度を表わす。
【0029】
期間T2は、摩耗故障期間と呼ばれる。時間と共に増加する故障であって、摩耗や、疲労現象(トンネル酸化膜52の破損を含む)に起因して発生する。
【0030】
図13の期間T2に示すように、従来の不揮発性記憶素子910のトンネル酸化膜52の破損等による故障は、使用頻度に応じて急激に増加する。
【0031】
すなわち、使用頻度が高くなるにつれて、データ保持不良が発生する頻度が高くなるため、従来の不揮発性記憶素子910を構成要素とする不揮発性記憶装置900の信頼性は、使用と共に急激に低下するという問題があった。
【0032】
従って、本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、データ保持不良の発生を抑えて、信頼性の高い不揮発性記憶素子を備える不揮発性記憶装置を提供することにある。
【0033】
さらに、本発明は、不揮発性記憶素子のデータ保持状態(不良の発生)を判定することができる不揮発性記憶装置を提供することにある。
【0034】
さらに、本発明は、不揮発性記憶素子のデータ保持状態を判定して結果に基づき、記憶した情報を正確に読み出すことができる信頼性の高い不揮発性記憶装置を提供することにある。
【0035】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る不揮発性記憶装置は、トランジスタのしきい値電圧を変化させることによりデータを記憶する不揮発性記憶素子から構成される不揮発性記憶装置であって、複数の不揮発性記憶素子を含む第1の記憶手段と、第1の記憶手段の記憶状態を判定する判定手段とを備え、不揮発性記憶素子は、電荷を帯電するための第1のフローティングゲート電極層と、第1のフローティングゲート電極層から絶縁された、電荷を帯電するための第2のフローティングゲート電極層と、第1のフローティングゲート電極層および第2のフローティングゲート電極層の上方に、絶縁膜を介在させて形成されるコントロールゲート電極層とを備え、記第1のフローティングゲート電極層と、第2のフローティングゲート電極層とは、トランジスタの電流の流れる方向に沿って配置され、判定手段は、第1のフローティングゲート電極層および第2のフローティングゲート電極層の帯電状態を判定する。
【0036】
請求項2に係る不揮発性記憶装置は、請求項1に係る不揮発性記憶装置であって、さらに、判定手段の判定結果に基づき、不揮発性記憶素子のコントロールゲート電極層に供給する電圧を発生する電圧発生手段を備え、電圧発生手段は、帯電状態が第1の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧を発生し、第1の状態と異なる第2の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧よりも低い電圧を発生する。
【0037】
請求項3に係る不揮発性記憶装置は、請求項1に係る不揮発性記憶装置であって、さらに、判定手段の判定結果を記憶する第2の記憶手段と、第2の記憶手段に記憶された判定結果に基づき、不揮発性記憶素子のコントロールゲート電極層に供給する電圧を発生する電圧発生手段を備え、電圧発生手段は、第2の記憶手段から帯電状態が第1の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧を発生し、第1の状態と異なる第2の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧よりも低電圧を発生する、請求項1記載の不揮発性記憶装置。
【0038】
請求項4に係る不揮発性記憶装置は、請求項2または請求項3に係る不揮発性記憶装置であって、第1の状態とは、第1のフローティングゲート電極層および第2のフローティングゲート電極層が、ともに電荷を帯電している状態であり、第2の状態とは、第1のフローティングゲート電極層もしくは第2のフローティングゲート電極層のいずれか一方から、電荷が抜けた状態である。
【0039】
請求項5に係る不揮発性記憶装置は、請求項1に係る不揮発性記憶装置であって、さらに、比較するためのデバイス手段を備え、判定手段は、不揮発性記憶素子と、デバイス手段とを比較することによって、第1の記憶手段の記憶状態を判定する。
【0040】
請求項6に係る不揮発性記憶装置は、請求項5に係る不揮発性記憶装置であって、第1の記憶手段の不揮発性記憶素子の電気的特性は、デバイス手段の電気的特性と異なる。
【0041】
請求項7に係る不揮発性記憶装置は、請求項5に係る不揮発性記憶装置であって、デバイス手段は、第1のフローティングゲート電極層、または第2のフローティングゲート電極層のいずれか一方が電荷を失った状態の不揮発性記憶素子と等価である。
【0042】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
本発明の実施の形態1は、不揮発性記憶装置において、信頼性の高い不揮発性記憶素子を備えると共に、その信頼性(データ保持不良の発生状況)について判定を可能とするものである。
【0043】
本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置100の基本構成の一例を示す図である。図11の不揮発性記憶装置900と同じ構成要素については、同じ符号を用いてその説明を省略する。
【0044】
図1を参照して、不揮発性記憶装置100は、メモリセルアレイ70、Xデコーダ71、Yデコーダ72、Y選択回路73、基準電圧発生回路74、および読出判定回路75を含む。
【0045】
メモリセルアレイ70は、Xデコーダ71、およびY選択回路73と接続されている。Y選択回路73は、Yデコーダ72、基準電圧発生回路74、および読出判定回路75と接続されている。読出判定回路55は、図示しないデータ出力バッファと接続されている。
【0046】
図1に示すメモリセルアレイ70について説明する。図1を参照して、不揮発性記憶装置100のメモリセルアレイ70は、トランジスタT、およびメモリセルM(i)を含む。メモリセルM(i)は、次の図2〜図3に示す不揮発性記憶素子から構成されている。
【0047】
図2は、本発明の実施の形態1で使用する不揮発性記憶素子110の構成の一例を示す断面図であり、図3は、図1のZ−Z’線に沿って不揮発性記憶素子110を切断した場合に得られる断面図を表わしている。
【0048】
図2〜図3を参照して、不揮発性記憶素子110は、フローティングゲート電極層1、2、コントロールゲート電極層3、層間絶縁膜4、絶縁膜5、ソース/ドレイン領域30、31、32、および不純物拡散領域33、34、35を有している。
【0049】
ソース/ドレイン領域30、31、32、および不純物拡散領域33、34、35は、P型シリコン基板40の主表面上に所定の間隔を隔てて形成される。
【0050】
フローティングゲート電極層2は、不純物拡散領域34から不純物拡散領域35に至る領域の上に、絶縁膜5を介在して形成される。
【0051】
フローティングゲート電極層1は、不純物拡散領域33、34および35に至る領域の上に、絶縁膜5を介在して形成される。
【0052】
コントロールゲート電極層3は、フローティングゲート電極層1、2上に層間絶縁膜4を介在して形成される。
【0053】
さらに、フローティングゲート電極層1、2は共に突出部分を有する。フローティングゲート電極層1の突出部分は、トンネル酸化膜20を介在して不純物拡散領域35上に形成されている。フローティングゲート電極層2の突出部分は、トンネル酸化膜21を介在して、同じく不純物拡散領域35上に形成されている。
【0054】
図2〜図3を参照して、不揮発性記憶素子110はさらに、選択ゲート10、ビット線11、および絶縁膜13を有している。
【0055】
選択ゲート10は、ソース/ドレイン領域31からソース/ドレイン領域32に至る領域上に形成される。
【0056】
ソース/ドレイン領域32の上には、電極を取出すためのコンタクト孔12が形成されている。ソース/ドレイン領域32は、コンタクト孔12を介して、ビット線11に接続される。
【0057】
絶縁膜13は、コントロールゲート電極層3を覆うように形成されている。
続いて、本発明の実施の形態1における不揮発性記憶素子110の動作について説明する。
【0058】
不揮発性記憶素子110は、フローティングゲート電極層1、2の帯電状態によって情報(書込み、消去状態)を記憶する。フローティングゲート電極層1、2への電荷の注入、放出は、トンネル酸化膜20、21を通過して流れるF−Nトンネル電流を利用して行なわれる。
【0059】
消去動作では、フローティングゲート電極層1、2への電子の注入によって行なう。まず、コントロールゲート電極層3および選択ゲート10に、消去電圧VPPを与える。同時に、ビット線11を接地して、ソース/ドレイン領域32を接地電位とする。
【0060】
この結果、不純物拡散領域35から流れるF−Nトンネル電流により、フローティングゲート電極層1、2に電子が注入(負に帯電)される。
【0061】
これにより、読出動作時、コントロールゲート電極層3に読出電圧を供給すると、不純物拡散領域33と不純物拡散領域34とに挟まれる領域ER1、および不純物拡散領域34と不純物拡散領域35とに挟まれる領域ER2は、共に非導通状態になる。すなわち、不揮発性記憶素子110は、情報として、”1”(消去状態)を保持していることになる。
【0062】
ここで、一方のフローティングゲート電極層1において、データ保持不良(電子が抜ける)が発生したとする。フローティングゲート電極層1から電子が抜けた状態でコントロールゲート電極層3に電圧を印加すると、領域ER1は導通状態になる。
【0063】
しかし、他方のフローティングゲート電極層2は、正常であれば負の帯電状態を保持している。従って、コントロールゲート電極層3に電圧を印加しても、領域ER2は、やはり非導通状態のままである。
【0064】
この結果、読出動作時に、コントロールゲート電極層3に読出電圧を供給しても不揮発性記憶素子110は導通せず、情報として、”1”(消去状態)を保持していることになる。特に記載しないが、フローティングゲート電極層2においてデータ保持不良が発生した場合でも、不揮発性記憶素子110は情報として”1”を保持することができる。
【0065】
すなわち、フローティングゲート電極層1で電子が抜けたとしても、他方のフローティングゲート電極層2が正常であれば、メモリセルM(i)は、全体として”1”の情報を保持することができる。この不揮発性記憶素子110をメモリセルM(i)に用いることにより、不揮発性記憶装置100の信頼性は通常より高くすることができる。
【0066】
ここで、参考のため図4に、メモリセルM(i)と、各配線との接続関係を示す。図4の記号は、図2〜図3に示した不揮発性記憶素子のコントロールゲート電極層3、フローティングゲート電極層1、2、および選択ゲート10に対応している。図2〜図4を参照して、コントロールゲート電極層3は、トランジスタTの一方の導通端子と接続され、他方の導通端子からセンス線SLj(jは整数)に接続されている。フローティングゲート電極層1、2とコントロールゲート電極層3から構成されるメモリトランジスタの一方の導通端子は、アレーソースASGに接続されている。さらに、選択ゲート10から構成される選択トランジスタの一方の導通端子は、ビット線BLn(nは整数)と接続されている。また、選択ゲート10は、ワード線WLm(mは整数)と接続されている。
【0067】
続いて、図1に示すY選択回路73について説明する。Y選択回路73は、メモリセルアレイ70のビット線BL0、BL1、…と接続され、さらに、センスラインSL0、SL1、…と接続されている。Y選択回路73は、Yデコーダ72の制御を受けて、所定のビット線BL0(、またはBL1、…)と、所定のセンスラインSL0(、またはSL1、…)を選択する。
【0068】
基準電圧発生回路74は、メモリセルM(i)のコントロールゲート電極層3に供給する所定の基準電圧Vrefを発生する。
【0069】
読出判定回路75は、メモリセルアレイ70から読み出したデータを図示しないデータ出力バッファに送るとともに、外部から判定信号を受けると所定のメモリセルM(i)のデータ保持状態を判定する。
【0070】
読出判定回路75としては、例えば、バイアス電流を用いて、メモリセルM(i)から読み出した電流に応じてメモリセルM(i)の導通状態を検証するように構成する。
【0071】
次に、図1〜図4を参照して、本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置100でのデータ保持不良を判定する判定動作について説明する。不揮発性記憶装置100は、外部から判定信号を受けると、所定のメモリセルM(i)のデータ保持状態を判定する。
【0072】
Xデコーダ71の制御により、ワード線WL0が、Yデコーダ72の制御により、ビット線BL0、およびセンスラインSL0がそれぞれ選択されたものとする。この場合、メモリセルアレイ70のメモリセルM(1)が選択状態となり、メモリセルM(1)に記憶されたデータの読出が行なわれる。
【0073】
基準電圧発生回路74から出力される基準電圧Vrefが、メモリセルM(1)のコントロールゲート電極層3に供給される。メモリセルM(1)の内部では、フローティングゲート電極層1、2の帯電状態に基づき、領域ER1、ER2にチャネルが形成される。そして、メモリセルM(1)は、チャネルに応じたインピーダンスをもつことになる。
【0074】
ここで、フローティングゲート電極層1、2の少なくとも一方に電子が注入されている状態であれば、チャネルは形成され難くい(導通状態になり難い)。従って、インピーダンスが大きくなる。一方、フローティングゲート電極層1、2から電子が抜けている状態であるならば、チャネルが形成され易くなる(導通状態になる)。従って、インピーダンスが小さくなる。
【0075】
読出判定回路75は、Y選択回路73を介して、メモリセルM(1)が出力する電流を受けこれを検証する。そして、この結果を判定結果(データ保持状態か、否か)として出力する。
【0076】
読出判定回路75、および基準電圧発生回路74の構成は、上記に示したものに限られない。上記に説明した方法に従えば、フローティングゲート電極層1、2のいずれか一方における電子抜け(データ保持不良)の発生を確認することができない。
【0077】
したがって、以下の方法を用いて、フローティングゲート電極層1、2のいずれか一方で発生するデータ保持不良を確認するように構成してもよい。
【0078】
図5は、本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置200の基本構成の一例を示すブロック図である。図1の不揮発性記憶装置100と同じ構成要素については、同じ符号を用いてその説明を省略する。
【0079】
図5を参照して、不揮発性記憶装置200は、基準電圧発生回路76、および読出判定回路77を含む。
【0080】
図5に示す基準電圧発生回路76は、判定信号を受けた場合、通常動作時での値V0よりも高い値VHの基準電圧Vrefを出力する。この値VHは、例えば、”1”状態(消去)のメモリセルM(i)であっても、導通状態となるような値に設定しておく。
【0081】
図5に示す読出判定回路77は、判定信号を受けると、通常動作時と異なるバイアス電流、および感度に設定される。
【0082】
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置200でのデータ保持不良を判定する判定動作について説明する。不揮発性記憶装置200は、外部から判定信号を受けると、所定のメモリセルM(i)のデータ保持状態を判定する。
【0083】
メモリセルM(1)が、選択状態にあるものとする。例えば、メモリセルM(1)のフローティングゲート電極層1、2のいずれにおいても電子抜けが発生していない(正常状態)場合、前述したように高い値VHの基準電圧Vrefが、メモリセルM(1)に供給される。これにより、メモリセルM(1)は導通状態になる。一方、いずれか一方で電子抜けが発生した場合、メモリセルM(1)のインピーダンスは、正常時に比べて低くなっている。これにより、メモリセルM(1)から、電流がより流れ易くなる。
【0084】
読出判定回路77は、正常状態、もしくは電子抜けが起こった状態のいずれの場合であっても、メモリセルM(1)から電流を受ける。一方、読出判定回路77は、判定信号を受けて、通常動作時よりも感度を高くする。これにより、メモリセルM(1)の帯電状態を判定することができる。
【0085】
なお、読出判定回路77を、読出判定回路75に置換えて、基準電圧判定回路76の基準電圧Vrefだけを変更して判定することも可能である。
【0086】
以上のように、本発明の実施の形態1における不揮発性記憶装置100、200は、信頼性の高い不揮発性記憶素子から構成されるとともに、判定機能を有し、不揮発性記憶素子における信頼性(データ保持不良)を判定することができる。
【0087】
[実施の形態2]
本発明の実施の形態2は、不揮発性記憶装置において、信頼性の高い不揮発性記憶素子を備え、一部でデータ保持不良が発生した場合であっても、記憶した情報を正確に読み出すことを可能とするものである。
【0088】
本発明の実施の形態2の不揮発性記憶装置300について説明する。図6は、本発明の実施の形態2の不揮発性記憶装置300の基本構成の一例を示すブロック図である。図1の不揮発性記憶装置100と同じ構成要素については、同じ符号を用いてその説明を省略する。
【0089】
図6を参照して、不揮発性記憶装置300は、基準電圧発生回路78と、読出判定回路77とを含む。
【0090】
読出判定回路77は、前述したようにメモリセルアレイ70のデータ保持状態を判定して、判定結果を出力する。
【0091】
基準電圧発生回路78は、外部から受ける制御信号に基づき、メモリセルM(i)のコントロールゲート電極層3に供給する所定の基準電圧Vrefを発生する。ここで、制御信号とは、読出判定回路75が出力する判定結果と一対一の対応関係にある信号である。具体的には、基準電圧発生回路78は、制御信号としてデータ保持不良を示す信号を受けた場合は、通常動作時よりも低い値VL(<V0)の基準電圧Vrefを発生して出力する。
【0092】
次に、図6を参照して、本発明の実施の形態2の不揮発性記憶装置300での読出動作について説明する。なお、メモリセルM(1)が選択状態にあるものとする。
【0093】
基準電圧発生回路78は、制御信号を受けると、メモリセルM(1)のコントロールゲート電極層3に供給する基準電圧Vrefを発生する。例えば、メモリセルM(1)の内部で、フローティングゲート電極層1、2のいずれか一方で電子抜けが発生した場合、基準電圧Vrefの値はVLとなる。
【0094】
この結果、メモリセルM(1)は、インピーダンスが低くなっているにも関らず、非導通状態になるので、情報として”1”を出力することができる。すなわち、電子抜けが起こっていない、正常状態にあるフローティングゲート電極層1(または2)から情報を読み出すことができる。
【0095】
以上のように、本発明の実施の形態2における不揮発性記憶装置300は、2つのフローティングゲートを備えた信頼性の高い不揮発性記憶素子から構成され、いずれかのフローティングゲート電極層でデータ保持不良が発生しても、他方のフローティングゲート電極層の帯電状態に基づき、正確に記憶した情報を読み出すことができる。
[実施の形態3]
本発明の実施の形態3は、不揮発性記憶装置において、データ保持不良を判定した結果を記憶するメモリを備え、記憶した判定結果を用いて電圧を調節することにより、記憶した情報を正確に読み出すことを可能とするものである。
【0096】
図7は、本発明の実施の形態3の不揮発性記憶装置400の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。図7を参照して、不揮発性記憶装置400は、不揮発性記憶装置300、判定結果記憶部80、判定結果書込回路81、および高電圧発生回路82を備える。
【0097】
不揮発性記憶装置300の基準電圧発生回路78は、前述したように、外部からの指示を受けて、基準電圧Vrefを調整して出力する。
【0098】
不揮発性記憶装置300の読出判定回路77は、前述したように、外部からの指示を受けて、メモリセルアレイ70のデータ保持状態を判定する。
【0099】
判定結果書込回路81は、読出判定回路77に接続されている。判定結果書込回路81は、入力として、読出判定回路77の出力と、判定信号とを受ける。
【0100】
高電圧発生回路82は、判定結果書込回路81の出力側と接続される。判定結果記憶部80は、判定結果書込回路81、高電圧発生回路82、そして基準電圧発生回路78に接続されている。
【0101】
次に、図7を参照して、本発明の実施の形態3の不揮発性記憶装置400の動作について説明する。なお、メモリセルアレイ70のメモリセルM(1)が選択状態にあるものとする。
【0102】
データ保持不良の判定動作時においては、読出判定回路77は、メモリセルM(1)のデータ保持状態を判定して判定結果を出力する。判定結果書込回路81は、判定信号を受けると、不揮発性記憶装置300から出力される判定結果を判定結果記憶部80に書込むための制御を行なう。高電圧発生回路83は、判定結果書込回路81からの書込みの指示を受けると、電圧を判定結果記憶部80に供給する。
【0103】
一方、判定結果記憶部80は、判定結果書込回路81からの書込みの指示を受け、さらに高電圧発生回路82から高電圧を受けると判定結果を記憶する。
【0104】
読出動作時においては、判定結果記憶部80は、記憶した判定結果を出力する。基準電圧発生回路78は、この判定結果を制御信号として受けて、これに基づき基準電圧Vrefを調整して出力する。
【0105】
例えば、メモリセルM(1)のフローティングゲート電極層1(または2)において電子抜けが起こっていた場合、前述したように通常の値V0よりも低い値VLの基準電圧Vrefが供給される。これにより、メモリセルM(1)は、インピーダンスが低くなっているにも関らず、非導通状態になる。この結果、メモリセルM(1)から情報”1”が読み出されることになる。
【0106】
以上のように、本発明の実施の形態3における不揮発性記憶装置400は、データ保持状態の判定結果を記憶することができ、かつこの記憶を基づきメモリセルM(i)に供給する電圧を調整することができるので、記憶した情報を正確に読み出すことができる。
【0107】
[実施の形態4]
本発明の実施の形態4は、不揮発性記憶装置において、比較判定用のデバイスを備え、本来使用するメモリセルとデバイスとを比較することにより、データ保持不良の発生を判定することを可能とするものである。
【0108】
図8は、本発明の実施の形態4の不揮発性記憶装置500の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。図1の不揮発性記憶装置100と同じ構成要素については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
【0109】
図8を参照して、不揮発性記憶装置500は、読出判定回路83と、等価回路84とを備える。
【0110】
等価回路84は、メモリセルDMから構成される。メモリセルDMのインピーダンスは、メモリセルM(i)のインピーダンスより低い。具体的には、図2〜図3に示す不揮発性記憶素子110のいずれか一方のフローティングゲート電極層1(または2)から電子が抜けた状態と等価なインピーダンスにする。
【0111】
このようなメモリセルDMとしては、例えば、図2〜図3に示す不揮発性記憶素子110であって、トンネル酸化膜20(、または21)を有しないもの、または、一方の領域ER1(、またはER2)を有しないもの、または、一方のフローティングゲート電極層1(または2)を有しないものが挙げられる。
【0112】
読出判定回路83は、メモリセルアレイ70および等価回路84に接続される。読出判定回路83は、メモリセルアレイ70から読み出したデータと、等価回路84から読み出したデータとを比較する。
【0113】
図9は、本発明の実施の形態4の読出判定回路83の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。図9を参照して、読出判定回路83は、差動増幅器AMPを備える。差動増幅器AMPの一方の入力は、メモリセルアレイ70に接続され、他方の入力は、等価回路84に接続されている。
【0114】
差動増幅器AMPは、メモリセルM(i)から出力される電流と、メモリセルDMから出力される電流との差を増幅して出力する。なお、図9の記号I0、I1は、それぞれメモリセルM(i)に対するバイアス電流、およびメモリセルDMに対するバイアス電流を示している。
【0115】
続いて、図9を参照して、不揮発性記憶装置500のデータ保持不良を判定する判定動作について説明する。ここで、メモリセルアレイ70のメモリセルM(1)および等価回路84のメモリセルDMに、予め電子を注入して”1”を記憶しておく。
【0116】
判定動作時、メモリセルM(1)と、メモリセルDMとが選択状態になったとする。図示しない基準電圧発生回路から、メモリセルM(1)とメモリセルDMとに、同じ値の基準電圧Vrefが供給される。読出判定回路83は、外部から判定信号を受けて、メモリセルM(1)およびメモリセルDMのそれぞれから出力される電流を受けてこれを比較する。
【0117】
前述したように、メモリセルDMは、インピーダンスが高いため導通状態になり難い。メモリセルM(1)は、電子抜けが起こっていなければ、メモリセルDMよりもインピーダンスが高いため、より導通し難い。従って、読出判定回路83は、メモリセルDMから出力される電流よりメモリセルM(1)から出力される電流の方が少なければ、メモリセルM(1)はデータ保持状態にあると判定する。一方、電流量に差が無ければ、メモリセルM(1)のフローティングゲート電極層1、または2で電子抜けが発生していると判定する。
【0118】
以上のように、本発明の実施の形態4における不揮発性記憶装置500は、ダミーのメモリセルを備えることにより、本来使用するメモリセルアレイのデータ保持状態を判定することができる。
【0119】
なお、読出判定回路83の差動増幅器AMPにおけるバイアス電流I0、I1のバランスをずらすことによって、さらにメモリセルM(i)の各種状態を検出することができる。
【0120】
例えば、等価回路84に対応するイアス電流I1を大きくして、メモリセルアレイ70に対応するバイアス電流I0を少なくする方法が挙げられる。
【0121】
[実施の形態5]
本発明の実施の形態5は、不揮発性記憶装置において、比較判定用のデバイスを備え、本来使用するメモリセルとデバイスとを比較することにより、メモリセルから徐々に電子が抜けていく状態を判定することを可能とするものである。
【0122】
図13で説明したように、不揮発性記憶素子においては、データを正常に書込み記憶したとしても、時間とともに徐々に電子が抜けていき、後発的にデータ保持不良を発生することがある。本発明の実施の形態5の不揮発性記憶装置600は、このような徐々に電子が抜けている状態を判定することを可能とする。
【0123】
図10は、本発明の実施の形態5の不揮発性記憶装置600の要部の基本構成をの一例を示すブロック図である。図1の不揮発性記憶装置100と同じ構成要素については、同じ符号を用いて、その説明を省略する。
【0124】
図10を参照して、不揮発性記憶装置600は、読出判定回路85と、等価回路86とを備える。
【0125】
等価回路86は、メモリセルDNから構成される。メモリセルDNは、並列に接続した2つの記憶素子X1、X2から構成される。ここで、記憶素子X2は、図2に示すフローティングゲート電極層1、2を有する不揮発性記憶素子110に対応し、記憶素子X1は、図12に示す1つのフローティングゲート電極層51からなる不揮発性記憶素子910に対応している。X1は等価回路84としても良い。
【0126】
ここで、メモリセルDNのインピーダンスZ0は、以下の式(1)で表される。
【0127】
Z0=(Z1+Z2)/2 …(1)
Z1とは、記憶素子X1のインピーダンスを、Z2とは、記憶素子X2のインピーダンスをそれぞれ示している。
【0128】
読出判定回路85は、差動増幅器AMPを備える。図10の記号I0は、バイアス電流を示している。メモリセルM(i)に対するバイアス電流をI0とし、メモリセルDNに対するバイアス電流を、2×I0とする。差動増幅器AMPは、メモリセルM(i)から出力される電流と、メモリセルDN(i)から出力される電流との差を増幅して出力する。
【0129】
続いて、図10を参照して、不揮発性記憶装置600ののデータ保持不良を判定する判定動作について説明する。ここで、メモリセルアレイ70のメモリセルM(1)および等価回路86のメモリセルDNには、予め電子が注入されて”1”が記憶されているものとする。
【0130】
判定動作時、メモリセルM(1)と、メモリセルDNとが選択状態になったとする。図示しない基準電圧発生回路から、メモリセルM(1)とメモリセルDN(1)とに同じ値の基準電圧Vrefが供給される。読出判定回路85は、外部から判定信号を受けて、メモリセルM(1)およびメモリセルDNのそれぞれから出力される電流を受けてこれを比較する。
【0131】
前述したように、メモリセルDNのインピーダンスは、記憶素子X1のインピーダンスと記憶素子X2のインピーダンスとの中間の値になる。一方、メモリセルM(1)のインピーダンスは、書込み直後は記憶素子X2のインピーダンスと等価である。そして、一方のフローティングゲート電極層1(または2)から徐々に電子が抜けていった場合、そのインピーダンスは、メモリセルDNのインピーダンスに近づいていく。
【0132】
従って、読出判定回路85を用いて、メモリセルM(1)の出力電流と、メモリセルDNの出力電流とを比較することにより、メモリセルM(1)の一方のフローティングゲート電極層1(または2)において、半分の電子が抜けている状態を検出することができることになる。
【0133】
なお、メモリセルDNの構成は、上記に示したものに限られない。すなわち、判定の対象となるメモリセルM(i)の特性(インピーダンス)とメモリセルDNの特性とをずらせることにより、さらにメモリセルM(i)の各種状態を判定することが可能となる。
【0134】
【発明の効果】
以上のように、本発明の不揮発性記憶装置によれば、複数のフローティングゲート電極層を有する不揮発性記憶素子を備えることにより、信頼性を向上することができる。
【0135】
さらに、本発明によれば、不揮発性記憶素子のデータ保持状態(不良の発生)を判定することができる。
【0136】
さらに、本発によれば、不揮発性記憶素子のデータ保持状態を判定した結果を用いて電圧を調整することにより、記憶した情報を正確に読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置100の基本構成の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態1の不揮発性記憶素子110の基本構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図3】本発明の実施の形態1の不揮発性記憶素子110の基本構成の一例を概略的に示す断面図である。
【図4】本発明の実施の形態1のメモリセルにおける不揮発性記憶素子110と、各配線との関係を示した図である。
【図5】本発明の実施の形態1の不揮発性記憶装置200の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図6】本発明の実施の形態2の不揮発性記憶装置300の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図7】本発明の実施の形態3の不揮発性記憶装置400の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図8】本発明の実施の形態4の不揮発性記憶装置500の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図9】本発明の実施の形態4の読出判定回路83の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図10】本発明の実施の形態5の読出判定回路85の要部の基本構成の一例を示すブロック図である。
【図11】従来の不揮発性記憶装置900の要部の基本構成の一例を示す図である。
【図12】従来の不揮発性記憶素子910の基本構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図13】従来の不揮発性記憶素子における故障率を説明するためのである。
【符号の説明】
100〜600、900 不揮発性記憶装置
1、2 フローティングゲート電極層
3 コントロールゲート電極層
4 層間絶縁膜
5、13 絶縁膜
10 選択ゲート
11 ビット線
20、21 トンネル酸化膜
30、31、32 ソース/ドレイン領域
33、34、35 不純物拡散領域
40 P型シリコン基板
68 データ出力バッファ
69 Yゲート
70 メモリセルアレイ
71 Xデコーダ
72 Yデコーダ
73 Y選択回路
74、76、78 基準電圧発生回路
75、77、83、85 読出判定回路
80 判定結果記憶部
81 判定結果書込回路
82 高電圧発生回路
84、86 等価回路
110、910 不揮発性記憶素子
M(i)、DM、DN メモリセル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile memory device, and more particularly to a nonvolatile memory device capable of electrically writing and erasing data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is an EEPROM that can electrically write and erase information as one of nonvolatile storage devices.
[0003]
FIG. 11 is a block diagram schematically showing a basic configuration of a main part of a conventional nonvolatile memory device (EEPROM) 900. Referring to FIG. 11, nonvolatile storage device 900 includes a memory cell array 70, an X decoder 71, a Y gate 69, a data output buffer 68, and a Y decoder 72.
[0004]
Memory cell array 70 includes a plurality of memory cells arranged in a matrix in the row direction and the column direction. The memory cell array 70 is connected to the X decoder 71 and the Y gate 69. A Y decoder 72 and a data output buffer 68 are connected to the Y gate 69.
[0005]
X decoder 71 and Y gate 69 select the row direction and column direction of memory cell array 70, respectively. The Y decoder 72 controls selection in the column direction. The data output buffer 68 has a read circuit (sense amplifier) and is connected to an external output terminal (not shown).
[0006]
Next, the structure of the nonvolatile memory element 910 constituting the memory cell in the conventional nonvolatile memory device 900 will be described.
[0007]
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a basic configuration of a nonvolatile memory element 910 that constitutes a conventional nonvolatile memory device 900.
[0008]
A nonvolatile memory element 910 illustrated in FIG. 12 is a memory element that configures an FLOTOX type (Floating gate Tunnel Oxide) EEPROM. Referring to FIG. 12, nonvolatile memory element 910 includes floating gate electrode layer 51, control gate electrode layer 53, interlayer insulating film 54, insulating film 55, tunnel oxide film 52, source / drain regions 56, 57, 58, And an impurity diffusion region 59.
[0009]
Source / drain regions 56, 57, 58 and impurity diffusion region 59 are formed on the main surface of P-type silicon substrate 40 at a predetermined interval.
[0010]
Floating gate electrode layer 51 is formed on the region from source / drain region 56 to impurity diffusion region 59 with insulating film 55 interposed.
[0011]
The control gate electrode layer 53 is formed on the floating gate electrode layer 51 with an interlayer insulating film 54 interposed.
[0012]
Further, the floating gate electrode layer 51 has a protruding portion. This protruding portion is formed on impurity diffusion region 59 with tunnel oxide film 52 interposed.
[0013]
Referring to FIG. 12, nonvolatile memory element 910 further includes select gate 50 and bit line 61.
[0014]
The select gate 50 is formed on a region from the source / drain region 57 to the source / drain region 58. A region sandwiched between the source / drain region 57 and the source / drain region 58 becomes conductive / non-conductive in response to a signal applied to the select gate 50.
[0015]
On the source / drain region 58, a contact hole 62 for taking out a potential is formed. Source / drain region 58 is connected to bit line 61 via contact hole 62. Information held in the memory transistor having the floating gate electrode layer 51 and the control gate electrode layer 53 as constituent elements is output from the bit line 61 to an external peripheral circuit via the Y gate 69 shown in FIG.
[0016]
Next, the operation of the nonvolatile memory element 910 illustrated in FIG. 12 will be described. The nonvolatile memory element 910 has three operation modes: writing, erasing, and reading. The nonvolatile memory element 910 stores information (written or erased state) according to the charged state of the floating gate electrode layer 51. Charges are injected into and discharged from the floating gate electrode layer 51 by using an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current passing through the tunnel oxide film 52.
[0017]
In the erase operation, an erase voltage VPP (high voltage) is applied to the control gate electrode layer 53 and the select gate 50. At the same time, the bit line 61 is grounded, and the source / drain region 58 is set to the ground potential. As a result, electrons are injected from the impurity diffusion region 59 into the floating gate electrode layer 51, and the floating gate electrode layer 51 is negatively charged.
[0018]
When the floating gate electrode layer 51 is negatively charged, the threshold voltage Vth of the memory transistor formed below the control gate electrode layer 53 increases. This state is called an erased state (“1” state).
[0019]
In the write operation, the control gate electrode layer 53 is set to the ground potential, and a high voltage is applied to the select gate 50 and the source / drain region 58. As a result, electrons accumulated in the floating gate electrode layer 51 are emitted to the impurity diffusion region 59, and the floating gate electrode layer 51 is positively charged.
[0020]
When the floating gate electrode layer 51 is positively charged, the threshold voltage Vth decreases. This state is referred to as a write state (“0” state).
[0021]
In the read operation, a voltage intermediate between the threshold voltage Vth in the erase state and the write state is supplied to the control gate electrode layer 53. If the floating gate electrode layer 51 is positively charged (“0”), a channel is formed in the region ER 3 between the impurity diffusion region 59 and the source / drain region 56. On the other hand, if the floating gate electrode layer 51 is negatively charged (“1”), a channel is not formed in the region ER3.
[0022]
Therefore, when a voltage is applied to the control gate electrode layer 53, information of “0” (the region ER3 is in a conductive state) or “1” (the region ER3 is in a nonconductive state) is read by the current flowing through the bit line 61. It is.
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional nonvolatile memory element 910 stores information by changing the charged state of the floating gate electrode layer 51 using the tunnel current.
[0024]
However, in order to inject and emit electrons to the floating gate electrode layer 51, it is necessary to apply a high voltage as described above. For this reason, when writing and erasing are performed many times, the tunnel oxide film 52 is deteriorated or broken due to high voltage stress.
[0025]
As a result, there is a problem that electrons injected into the floating gate electrode layer 51 escape through a minute leak in the tunnel oxide film 52, that is, a data retention failure occurs.
[0026]
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the failure rate of the conventional nonvolatile memory element 910 and the usage frequency. FIG. 13 is called a bathtub curve, where the horizontal axis indicates the usage time, and the vertical axis indicates the failure rate.
[0027]
Referring to FIG. 13, the period T0 is called an initial failure period. A failure that occurs relatively early immediately after the start of use, and is caused by a manufacturing process or the like.
[0028]
The period T1 is called an accidental failure period. It is a failure that occurs sporadically after the initial failure period. The failure rate is determined by design and represents a product-specific reliability.
[0029]
The period T2 is called a wear failure period. This failure increases with time, and is caused by wear and fatigue (including damage to the tunnel oxide film 52).
[0030]
As shown in a period T2 in FIG. 13, failures due to damage or the like of the tunnel oxide film 52 of the conventional nonvolatile memory element 910 increase rapidly according to the frequency of use.
[0031]
That is, as the frequency of use increases, the frequency of occurrence of data retention failures increases, and the reliability of the nonvolatile memory device 900 including the conventional nonvolatile memory element 910 as a constituent element is drastically reduced with use. There was a problem.
[0032]
Accordingly, the present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile memory device including a highly reliable nonvolatile memory element that suppresses occurrence of data retention failure. It is to provide.
[0033]
It is another object of the present invention to provide a nonvolatile memory device that can determine the data retention state (occurrence of failure) of a nonvolatile memory element.
[0034]
Another object of the present invention is to provide a highly reliable non-volatile memory device that can accurately read stored information based on the result of determining the data holding state of the non-volatile memory element.
[0035]
[Means for Solving the Problems]
The nonvolatile memory device according to claim 1 is a nonvolatile memory device including a nonvolatile memory element that stores data by changing a threshold voltage of a transistor, and includes a plurality of nonvolatile memory elements. The nonvolatile memory element includes a first floating gate electrode layer for charging a charge, a first floating gate, and a determination unit that determines a storage state of the first storage unit. A second floating gate electrode layer for charging electric charges, insulated from the electrode layer, and an insulating film interposed above the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer A control gate electrode layer, and the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer are electrically connected to the transistor. Are arranged along the direction of flow of the determination means determines a charge state of the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer.
[0036]
The nonvolatile memory device according to claim 2 is the nonvolatile memory device according to claim 1, and further generates a voltage to be supplied to the control gate electrode layer of the nonvolatile memory element based on the determination result of the determining means. Voltage generating means, and when receiving the determination result that the charging state is the first state, the voltage generating means generates a predetermined voltage and is in a second state different from the first state. When the determination result is received, a voltage lower than a predetermined voltage is generated.
[0037]
The non-volatile storage device according to claim 3 is the non-volatile storage device according to claim 1, and is further stored in a second storage unit that stores a determination result of the determination unit, and a second storage unit Based on the determination result, voltage generation means for generating a voltage to be supplied to the control gate electrode layer of the nonvolatile memory element is provided, and the voltage generation means determines that the charged state from the second storage means is the first state. When a result is received, a predetermined voltage is generated, and when a determination result that the second state is different from the first state is received, a voltage lower than the predetermined voltage is generated. Item 10. The nonvolatile memory device according to Item 1.
[0038]
The nonvolatile memory device according to claim 4 is the nonvolatile memory device according to claim 2 or 3, wherein the first state is the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer. Are both charged, and the second state is a state in which the charge is released from either the first floating gate electrode layer or the second floating gate electrode layer.
[0039]
The non-volatile memory device according to claim 5 is the non-volatile memory device according to claim 1, further comprising device means for comparison, and the determining means compares the non-volatile memory element with the device means. By doing so, the storage state of the first storage means is determined.
[0040]
A nonvolatile memory device according to a sixth aspect is the nonvolatile memory device according to the fifth aspect, wherein the electrical characteristics of the nonvolatile memory element of the first memory means are different from the electrical characteristics of the device means.
[0041]
A nonvolatile memory device according to a seventh aspect is the nonvolatile memory device according to the fifth aspect, wherein the device means is configured such that one of the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer is charged. It is equivalent to a nonvolatile memory element in a state of having lost.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
The first embodiment of the present invention is a nonvolatile memory device that includes a highly reliable nonvolatile memory element and makes it possible to determine its reliability (occurrence of data retention failure).
[0043]
A nonvolatile memory device according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of a basic configuration of the nonvolatile memory device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. The same components as those of the nonvolatile memory device 900 of FIG.
[0044]
Referring to FIG. 1, nonvolatile memory device 100 includes a memory cell array 70, an X decoder 71, a Y decoder 72, a Y selection circuit 73, a reference voltage generation circuit 74, and a read determination circuit 75.
[0045]
The memory cell array 70 is connected to the X decoder 71 and the Y selection circuit 73. Y selection circuit 73 is connected to Y decoder 72, reference voltage generation circuit 74, and read determination circuit 75. Read determination circuit 55 is connected to a data output buffer (not shown).
[0046]
The memory cell array 70 shown in FIG. 1 will be described. Referring to FIG. 1, memory cell array 70 of nonvolatile memory device 100 includes a transistor T and a memory cell M (i). The memory cell M (i) is composed of a nonvolatile memory element shown in FIGS.
[0047]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the nonvolatile memory element 110 used in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 3 shows the nonvolatile memory element 110 along the line ZZ ′ of FIG. Sectional drawing obtained when cutting is shown.
[0048]
2 to 3, the nonvolatile memory element 110 includes floating gate electrode layers 1, 2, a control gate electrode layer 3, an interlayer insulating film 4, an insulating film 5, source / drain regions 30, 31, 32, And impurity diffusion regions 33, 34, and 35.
[0049]
Source / drain regions 30, 31, 32 and impurity diffusion regions 33, 34, 35 are formed on the main surface of P-type silicon substrate 40 at a predetermined interval.
[0050]
Floating gate electrode layer 2 is formed on a region from impurity diffusion region 34 to impurity diffusion region 35 with insulating film 5 interposed.
[0051]
Floating gate electrode layer 1 is formed on the region reaching impurity diffusion regions 33, 34 and 35 with insulating film 5 interposed.
[0052]
Control gate electrode layer 3 is formed on floating gate electrode layers 1 and 2 with interlayer insulating film 4 interposed.
[0053]
Further, both floating gate electrode layers 1 and 2 have protruding portions. The protruding portion of floating gate electrode layer 1 is formed on impurity diffusion region 35 with tunnel oxide film 20 interposed. The protruding portion of the floating gate electrode layer 2 is also formed on the impurity diffusion region 35 with the tunnel oxide film 21 interposed therebetween.
[0054]
With reference to FIGS. 2 to 3, the nonvolatile memory element 110 further includes a select gate 10, a bit line 11, and an insulating film 13.
[0055]
The select gate 10 is formed on a region from the source / drain region 31 to the source / drain region 32.
[0056]
On the source / drain region 32, a contact hole 12 for taking out an electrode is formed. The source / drain region 32 is connected to the bit line 11 through the contact hole 12.
[0057]
The insulating film 13 is formed so as to cover the control gate electrode layer 3.
Subsequently, an operation of the nonvolatile memory element 110 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
[0058]
The nonvolatile memory element 110 stores information (written or erased state) according to the charged state of the floating gate electrode layers 1 and 2. Charges are injected into and released from the floating gate electrode layers 1 and 2 by using an FN tunnel current flowing through the tunnel oxide films 20 and 21.
[0059]
In the erase operation, electrons are injected into the floating gate electrode layers 1 and 2. First, erase voltage VPP is applied to control gate electrode layer 3 and select gate 10. At the same time, the bit line 11 is grounded, and the source / drain region 32 is set to the ground potential.
[0060]
As a result, electrons are injected (negatively charged) into the floating gate electrode layers 1 and 2 by the FN tunnel current flowing from the impurity diffusion region 35.
[0061]
Thus, when a read voltage is supplied to control gate electrode layer 3 during a read operation, region ER1 sandwiched between impurity diffusion region 33 and impurity diffusion region 34, and region sandwiched between impurity diffusion region 34 and impurity diffusion region 35. Both ER2 are in a non-conductive state. That is, the nonvolatile memory element 110 holds “1” (erased state) as information.
[0062]
Here, it is assumed that in one of the floating gate electrode layers 1, a data retention failure (electron escape) occurs. When a voltage is applied to the control gate electrode layer 3 in a state where electrons have escaped from the floating gate electrode layer 1, the region ER1 becomes conductive.
[0063]
However, if the other floating gate electrode layer 2 is normal, it holds a negatively charged state. Therefore, even when a voltage is applied to the control gate electrode layer 3, the region ER2 remains in a non-conductive state.
[0064]
As a result, even when a read voltage is supplied to the control gate electrode layer 3 during the read operation, the nonvolatile memory element 110 is not turned on and holds “1” (erased state) as information. Although not particularly described, even when a data retention failure occurs in the floating gate electrode layer 2, the nonvolatile memory element 110 can retain “1” as information.
[0065]
That is, even if electrons escape from the floating gate electrode layer 1, if the other floating gate electrode layer 2 is normal, the memory cell M (i) can hold information of “1” as a whole. By using the nonvolatile memory element 110 for the memory cell M (i), the reliability of the nonvolatile memory device 100 can be made higher than usual.
[0066]
For reference, FIG. 4 shows a connection relationship between the memory cell M (i) and each wiring. The symbols in FIG. 4 correspond to the control gate electrode layer 3, the floating gate electrode layers 1 and 2, and the select gate 10 of the nonvolatile memory element shown in FIGS. 2 to 4, control gate electrode layer 3 is connected to one conduction terminal of transistor T, and is connected to sense line SLj (j is an integer) from the other conduction terminal. One conduction terminal of the memory transistor composed of the floating gate electrode layers 1 and 2 and the control gate electrode layer 3 is connected to the array source ASG. Furthermore, one conduction terminal of the selection transistor formed of the selection gate 10 is connected to the bit line BLn (n is an integer). The selection gate 10 is connected to a word line WLm (m is an integer).
[0067]
Next, the Y selection circuit 73 shown in FIG. 1 will be described. The Y selection circuit 73 is connected to the bit lines BL0, BL1,... Of the memory cell array 70, and is further connected to the sense lines SL0, SL1,. The Y selection circuit 73 selects a predetermined bit line BL0 (or BL1,...) And a predetermined sense line SL0 (or SL1,...) Under the control of the Y decoder 72.
[0068]
The reference voltage generation circuit 74 generates a predetermined reference voltage Vref to be supplied to the control gate electrode layer 3 of the memory cell M (i).
[0069]
Read determination circuit 75 sends data read from memory cell array 70 to a data output buffer (not shown), and determines a data holding state of a predetermined memory cell M (i) when receiving a determination signal from the outside.
[0070]
The read determination circuit 75 is configured to verify the conduction state of the memory cell M (i) according to the current read from the memory cell M (i), for example, using a bias current.
[0071]
Next, with reference to FIGS. 1 to 4, a determination operation for determining a data retention failure in the nonvolatile memory device 100 according to Embodiment 1 of the present invention will be described. When receiving the determination signal from the outside, the nonvolatile memory device 100 determines the data retention state of the predetermined memory cell M (i).
[0072]
It is assumed that the word line WL0 is selected by the control of the X decoder 71, and the bit line BL0 and the sense line SL0 are respectively selected by the control of the Y decoder 72. In this case, memory cell M (1) of memory cell array 70 is selected, and data stored in memory cell M (1) is read.
[0073]
The reference voltage Vref output from the reference voltage generation circuit 74 is supplied to the control gate electrode layer 3 of the memory cell M (1). Inside the memory cell M (1), channels are formed in the regions ER1 and ER2 based on the charged state of the floating gate electrode layers 1 and 2. The memory cell M (1) has an impedance corresponding to the channel.
[0074]
Here, if electrons are injected into at least one of the floating gate electrode layers 1 and 2, a channel is difficult to be formed (it is difficult to be in a conductive state). Accordingly, the impedance is increased. On the other hand, if electrons are removed from the floating gate electrode layers 1 and 2, a channel is easily formed (becomes conductive). Therefore, the impedance is reduced.
[0075]
Read determination circuit 75 receives the current output from memory cell M (1) via Y selection circuit 73 and verifies it. Then, this result is output as a determination result (whether or not the data is held).
[0076]
The configurations of read determination circuit 75 and reference voltage generation circuit 74 are not limited to those shown above. According to the method described above, it is impossible to confirm the occurrence of electron loss (data retention failure) in either one of the floating gate electrode layers 1 and 2.
[0077]
Therefore, the following method may be used to check for data retention failure that occurs in one of floating gate electrode layers 1 and 2.
[0078]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the basic configuration of the nonvolatile memory device 200 according to Embodiment 1 of the present invention. The same components as those in the nonvolatile memory device 100 in FIG.
[0079]
Referring to FIG. 5, nonvolatile memory device 200 includes a reference voltage generation circuit 76 and a read determination circuit 77.
[0080]
When receiving the determination signal, the reference voltage generation circuit 76 shown in FIG. 5 outputs a reference voltage Vref having a value VH higher than the value V0 in the normal operation. For example, this value VH is set to a value that makes the memory cell M (i) in the “1” state (erased) conductive.
[0081]
When receiving the determination signal, read determination circuit 77 shown in FIG. 5 is set to a bias current and sensitivity different from those during normal operation.
[0082]
Next, with reference to FIG. 5, a determination operation for determining a data retention failure in the nonvolatile memory device 200 according to Embodiment 1 of the present invention will be described. When receiving the determination signal from the outside, the nonvolatile memory device 200 determines the data holding state of the predetermined memory cell M (i).
[0083]
It is assumed that the memory cell M (1) is in a selected state. For example, when no electron leakage occurs in any of the floating gate electrode layers 1 and 2 of the memory cell M (1) (normal state), the reference voltage Vref having a high value VH is set to the memory cell M (( 1). As a result, the memory cell M (1) becomes conductive. On the other hand, when any one of the electrons is lost, the impedance of the memory cell M (1) is lower than that in the normal state. This makes it easier for current to flow from the memory cell M (1).
[0084]
Read determination circuit 77 receives a current from memory cell M (1) in either a normal state or a state in which an electron loss has occurred. On the other hand, the read determination circuit 77 receives the determination signal and makes the sensitivity higher than that in the normal operation. Thereby, the charged state of the memory cell M (1) can be determined.
[0085]
It is also possible to replace the read determination circuit 77 with the read determination circuit 75 and change only the reference voltage Vref of the reference voltage determination circuit 76 for determination.
[0086]
As described above, the nonvolatile memory devices 100 and 200 according to the first embodiment of the present invention are configured with highly reliable nonvolatile memory elements, have a determination function, and have reliability in the nonvolatile memory elements ( Data retention failure) can be determined.
[0087]
[Embodiment 2]
Embodiment 2 of the present invention provides a nonvolatile memory device that includes a highly reliable nonvolatile memory element and accurately reads stored information even when a data retention failure occurs in part. It is possible.
[0088]
A nonvolatile memory device 300 according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the basic configuration of the nonvolatile memory device 300 according to Embodiment 2 of the present invention. The same components as those in the nonvolatile memory device 100 in FIG.
[0089]
Referring to FIG. 6, nonvolatile memory device 300 includes a reference voltage generation circuit 78 and a read determination circuit 77.
[0090]
Read determination circuit 77 determines the data holding state of memory cell array 70 as described above, and outputs a determination result.
[0091]
The reference voltage generation circuit 78 generates a predetermined reference voltage Vref to be supplied to the control gate electrode layer 3 of the memory cell M (i) based on a control signal received from the outside. Here, the control signal is a signal having a one-to-one correspondence with the determination result output from the read determination circuit 75. Specifically, when the reference voltage generation circuit 78 receives a signal indicating a data retention failure as a control signal, the reference voltage generation circuit 78 generates and outputs a reference voltage Vref having a value VL (<V0) lower than that during normal operation.
[0092]
Next, with reference to FIG. 6, a read operation in nonvolatile memory device 300 according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Note that the memory cell M (1) is in a selected state.
[0093]
When receiving the control signal, the reference voltage generation circuit 78 generates a reference voltage Vref to be supplied to the control gate electrode layer 3 of the memory cell M (1). For example, when an electron drop occurs in one of the floating gate electrode layers 1 and 2 inside the memory cell M (1), the value of the reference voltage Vref is VL.
[0094]
As a result, the memory cell M (1) becomes non-conductive although the impedance is low, so that “1” can be output as information. That is, information can be read from the floating gate electrode layer 1 (or 2) in a normal state in which no electrons are missing.
[0095]
As described above, the nonvolatile memory device 300 according to the second embodiment of the present invention includes a highly reliable nonvolatile memory element including two floating gates, and data retention failure occurs in any one of the floating gate electrode layers. Even if this occurs, the stored information can be read accurately based on the charged state of the other floating gate electrode layer.
[Embodiment 3]
Embodiment 3 of the present invention includes a memory for storing a result of determining a data retention failure in a nonvolatile storage device, and the stored information is accurately read out by adjusting the voltage using the stored determination result. It is possible to do that.
[0096]
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a main part of the nonvolatile memory device 400 according to Embodiment 3 of the present invention. Referring to FIG. 7, nonvolatile storage device 400 includes nonvolatile storage device 300, determination result storage unit 80, determination result writing circuit 81, and high voltage generation circuit 82.
[0097]
As described above, the reference voltage generation circuit 78 of the nonvolatile memory device 300 adjusts and outputs the reference voltage Vref in response to an instruction from the outside.
[0098]
As described above, the read determination circuit 77 of the nonvolatile memory device 300 determines the data holding state of the memory cell array 70 in response to an instruction from the outside.
[0099]
The determination result writing circuit 81 is connected to the read determination circuit 77. Determination result writing circuit 81 receives an output of read determination circuit 77 and a determination signal as inputs.
[0100]
High voltage generation circuit 82 is connected to the output side of determination result writing circuit 81. The determination result storage unit 80 is connected to the determination result writing circuit 81, the high voltage generation circuit 82, and the reference voltage generation circuit 78.
[0101]
Next, the operation of the nonvolatile memory device 400 according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. It is assumed that the memory cell M (1) of the memory cell array 70 is in a selected state.
[0102]
At the time of data retention failure determination operation, read determination circuit 77 determines the data retention state of memory cell M (1) and outputs the determination result. When receiving the determination signal, the determination result writing circuit 81 performs control for writing the determination result output from the nonvolatile storage device 300 into the determination result storage unit 80. When receiving a write instruction from the determination result writing circuit 81, the high voltage generation circuit 83 supplies a voltage to the determination result storage unit 80.
[0103]
On the other hand, the determination result storage unit 80 stores a determination result upon receiving a write instruction from the determination result writing circuit 81 and further receiving a high voltage from the high voltage generation circuit 82.
[0104]
During the read operation, the determination result storage unit 80 outputs the stored determination result. The reference voltage generation circuit 78 receives this determination result as a control signal, and adjusts and outputs the reference voltage Vref based on this control signal.
[0105]
For example, when electrons are lost in the floating gate electrode layer 1 (or 2) of the memory cell M (1), the reference voltage Vref having a value VL lower than the normal value V0 is supplied as described above. As a result, the memory cell M (1) becomes non-conductive although the impedance is low. As a result, information “1” is read from the memory cell M (1).
[0106]
As described above, the nonvolatile memory device 400 according to Embodiment 3 of the present invention can store the determination result of the data holding state, and adjusts the voltage supplied to the memory cell M (i) based on this storage Therefore, the stored information can be read out accurately.
[0107]
[Embodiment 4]
Embodiment 4 of the present invention includes a device for comparison and determination in a nonvolatile memory device, and makes it possible to determine the occurrence of a data retention failure by comparing a memory cell and a device that are originally used. Is.
[0108]
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a main part of the nonvolatile memory device 500 according to Embodiment 4 of the present invention. The same components as those of the nonvolatile memory device 100 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0109]
Referring to FIG. 8, nonvolatile storage device 500 includes a read determination circuit 83 and an equivalent circuit 84.
[0110]
The equivalent circuit 84 is composed of memory cells DM. The impedance of the memory cell DM is lower than the impedance of the memory cell M (i). Specifically, the impedance is equivalent to a state in which electrons are removed from one of the floating gate electrode layers 1 (or 2) of the nonvolatile memory element 110 shown in FIGS.
[0111]
As such a memory cell DM, for example, the nonvolatile memory element 110 shown in FIGS. 2 to 3 that does not have the tunnel oxide film 20 (or 21), or one region ER1 (or And those not having one floating gate electrode layer 1 (or 2).
[0112]
Read determination circuit 83 is connected to memory cell array 70 and equivalent circuit 84. Read determination circuit 83 compares the data read from memory cell array 70 with the data read from equivalent circuit 84.
[0113]
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a basic configuration of a main part of the read determination circuit 83 according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, read determination circuit 83 includes a differential amplifier AMP. One input of the differential amplifier AMP is connected to the memory cell array 70, and the other input is connected to the equivalent circuit 84.
[0114]
The differential amplifier AMP amplifies and outputs the difference between the current output from the memory cell M (i) and the current output from the memory cell DM. Note that symbols I0 and I1 in FIG. 9 indicate a bias current for the memory cell M (i) and a bias current for the memory cell DM, respectively.
[0115]
Next, with reference to FIG. 9, a determination operation for determining a data retention failure of the nonvolatile memory device 500 will be described. Here, “1” is stored by injecting electrons into the memory cell M (1) of the memory cell array 70 and the memory cell DM of the equivalent circuit 84 in advance.
[0116]
Assume that the memory cell M (1) and the memory cell DM are in a selected state during the determination operation. A reference voltage Vref having the same value is supplied to the memory cell M (1) and the memory cell DM from a reference voltage generation circuit (not shown). Read determination circuit 83 receives a determination signal from the outside, receives currents output from each of memory cell M (1) and memory cell DM, and compares them.
[0117]
As described above, since the memory cell DM has a high impedance, it is difficult to be in a conductive state. The memory cell M (1) has a higher impedance than the memory cell DM and is less likely to be conductive unless electrons are lost. Therefore, if the current output from memory cell M (1) is less than the current output from memory cell DM, read determination circuit 83 determines that memory cell M (1) is in the data holding state. On the other hand, if there is no difference in the amount of current, it is determined that electron leakage has occurred in the floating gate electrode layer 1 or 2 of the memory cell M (1).
[0118]
As described above, the nonvolatile memory device 500 according to the fourth embodiment of the present invention includes the dummy memory cell, so that the data holding state of the originally used memory cell array can be determined.
[0119]
Note that various states of the memory cell M (i) can be further detected by shifting the balance of the bias currents I0 and I1 in the differential amplifier AMP of the read determination circuit 83.
[0120]
For example, there is a method of increasing the bias current I0 corresponding to the memory cell array 70 by increasing the bias current I1 corresponding to the equivalent circuit 84.
[0121]
[Embodiment 5]
Embodiment 5 of the present invention includes a device for comparison and determination in a nonvolatile memory device, and determines the state in which electrons are gradually removed from the memory cell by comparing the originally used memory cell and the device. It is possible to do.
[0122]
As described with reference to FIG. 13, in the nonvolatile memory element, even when data is normally written and stored, electrons are gradually lost over time, and data retention failure may occur later. The nonvolatile memory device 600 according to the fifth embodiment of the present invention can determine such a state where electrons are gradually removed.
[0123]
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the basic configuration of the main part of the nonvolatile memory device 600 according to Embodiment 5 of the present invention. The same components as those of the nonvolatile memory device 100 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0124]
Referring to FIG. 10, nonvolatile storage device 600 includes a read determination circuit 85 and an equivalent circuit 86.
[0125]
The equivalent circuit 86 is composed of memory cells DN. The memory cell DN is composed of two storage elements X1 and X2 connected in parallel. Here, the memory element X2 corresponds to the nonvolatile memory element 110 having the floating gate electrode layers 1 and 2 shown in FIG. 2, and the memory element X1 is a nonvolatile memory composed of one floating gate electrode layer 51 shown in FIG. This corresponds to the memory element 910. X1 may be an equivalent circuit 84.
[0126]
Here, the impedance Z0 of the memory cell DN is expressed by the following equation (1).
[0127]
Z0 = (Z1 + Z2) / 2 (1)
Z1 represents the impedance of the memory element X1, and Z2 represents the impedance of the memory element X2.
[0128]
The read determination circuit 85 includes a differential amplifier AMP. A symbol I0 in FIG. 10 indicates a bias current. The bias current for the memory cell M (i) is I0, and the bias current for the memory cell DN is 2 × I0. The differential amplifier AMP amplifies and outputs the difference between the current output from the memory cell M (i) and the current output from the memory cell DN (i).
[0129]
Next, with reference to FIG. 10, a determination operation for determining a data retention failure of the nonvolatile storage device 600 will be described. Here, it is assumed that the memory cell M (1) of the memory cell array 70 and the memory cell DN of the equivalent circuit 86 are preliminarily injected with “1”.
[0130]
Assume that the memory cell M (1) and the memory cell DN are selected during the determination operation. A reference voltage Vref having the same value is supplied to the memory cell M (1) and the memory cell DN (1) from a reference voltage generation circuit (not shown). Read determination circuit 85 receives a determination signal from the outside, receives currents output from memory cell M (1) and memory cell DN, and compares them.
[0131]
As described above, the impedance of the memory cell DN is an intermediate value between the impedance of the memory element X1 and the impedance of the memory element X2. On the other hand, the impedance of the memory cell M (1) is equivalent to the impedance of the memory element X2 immediately after writing. When electrons gradually escape from one floating gate electrode layer 1 (or 2), the impedance approaches the impedance of the memory cell DN.
[0132]
Therefore, by comparing the output current of the memory cell M (1) with the output current of the memory cell DN using the read determination circuit 85, one floating gate electrode layer 1 (or the memory cell M (1)) (or In 2), a state in which half of the electrons are missing can be detected.
[0133]
Note that the configuration of the memory cell DN is not limited to that shown above. That is, it is possible to further determine various states of the memory cell M (i) by shifting the characteristics (impedance) of the memory cell M (i) to be determined and the characteristics of the memory cell DN.
[0134]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonvolatile memory device of the present invention, the reliability can be improved by including the nonvolatile memory element having the plurality of floating gate electrode layers.
[0135]
Furthermore, according to the present invention, it is possible to determine the data retention state (occurrence of failure) of the nonvolatile memory element.
[0136]
Furthermore, according to the present invention, the stored information can be accurately read by adjusting the voltage using the result of determining the data retention state of the nonvolatile memory element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a basic configuration of a nonvolatile memory device 100 according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing an example of a basic configuration of a nonvolatile memory element 110 according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the basic configuration of the nonvolatile memory element 110 according to Embodiment 1 of the present invention.
4 is a diagram showing a relationship between the nonvolatile memory element 110 and each wiring in the memory cell according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a basic configuration of the nonvolatile memory device 200 according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a nonvolatile memory device 300 according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a main part of a nonvolatile memory device 400 according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a basic configuration of a main part of a nonvolatile memory device 500 according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a basic configuration of a main part of a read determination circuit 83 according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a basic configuration of a main part of a read determination circuit 85 according to a fifth embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an example of a basic configuration of a main part of a conventional nonvolatile memory device 900. FIG.
12 is a plan view schematically showing an example of a basic configuration of a conventional nonvolatile memory element 910. FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining a failure rate in a conventional nonvolatile memory element.
[Explanation of symbols]
100-600, 900 Nonvolatile memory device
1, 2 Floating gate electrode layer
3 Control gate electrode layer
4 Interlayer insulation film
5, 13 Insulating film
10 Selection gate
11 bit line
20, 21 Tunnel oxide film
30, 31, 32 Source / drain regions
33, 34, 35 Impurity diffusion region
40 P-type silicon substrate
68 Data output buffer
69 Y gate
70 memory cell array
71 X decoder
72 Y decoder
73 Y selection circuit
74, 76, 78 Reference voltage generation circuit
75, 77, 83, 85 Read determination circuit
80 judgment result storage
81 Judgment result writing circuit
82 High voltage generator
84, 86 Equivalent circuit
110,910 Nonvolatile memory element
M (i), DM, DN Memory cell

Claims (7)

トランジスタのしきい値電圧を変化させることによりデータを記憶する不揮発性記憶素子から構成される不揮発性記憶装置であって、
複数の前記不揮発性記憶素子を含む第1の記憶手段と、
前記第1の記憶手段の記憶状態を判定する判定手段とを備え、
前記不揮発性記憶素子は、
電荷を帯電するための第1のフローティングゲート電極層と、
前記第1のフローティングゲート電極層から絶縁された、電荷を帯電するための第2のフローティングゲート電極層と、
前記第1のフローティングゲート電極層および前記第2のフローティングゲート電極層の上方に、絶縁膜を介在させて形成されるコントロールゲート電極層とを備え、
前記第1のフローティングゲート電極層と、前記第2のフローティングゲート電極層とは、前記トランジスタの電流の流れる方向に沿って配置され、
前記判定手段は、前記第1のフローティングゲート電極層および前記第2のフローティングゲート電極層の帯電状態を判定する、不揮発性記憶装置。
A non-volatile memory device composed of a non-volatile memory element that stores data by changing a threshold voltage of a transistor,
First storage means including a plurality of the nonvolatile storage elements;
Determination means for determining a storage state of the first storage means,
The nonvolatile memory element is
A first floating gate electrode layer for charging the charge;
A second floating gate electrode layer for charging a charge, insulated from the first floating gate electrode layer;
A control gate electrode layer formed above the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer with an insulating film interposed therebetween,
The first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer are disposed along a direction of current flow of the transistor,
The non-volatile memory device, wherein the determination unit determines a charged state of the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer.
さらに、前記判定手段の判定結果に基づき、前記不揮発性記憶素子の前記コントロールゲート電極層に供給する電圧を発生する電圧発生手段を備え、
前記電圧発生手段は、前記帯電状態が第1の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧を発生し、前記第1の状態と異なる第2の状態であるとの判定結果を受けた場合には、前記所定の電圧よりも低い電圧を発生する、請求項1記載の不揮発性記憶装置。
And a voltage generating means for generating a voltage to be supplied to the control gate electrode layer of the nonvolatile memory element based on the determination result of the determining means.
The voltage generation means generates a predetermined voltage when receiving a determination result that the charging state is the first state, and determines that the second state is different from the first state. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein when receiving the result, a voltage lower than the predetermined voltage is generated.
さらに、前記判定手段の判定結果を記憶する第2の記憶手段と、
前記第2の記憶手段に記憶された判定結果に基づき、前記不揮発性記憶素子の前記コントロールゲート電極層に供給する電圧を発生する電圧発生手段を備え、前記電圧発生手段は、前記第2の記憶手段から前記帯電状態が第1の状態であるとの判定結果を受けた場合には、所定の電圧を発生し、前記第1の状態と異なる第2の状態であるとの判定結果を受けた場合には、前記所定の電圧よりも低電圧を発生する、請求項1記載の不揮発性記憶装置。
And second storage means for storing the determination result of the determination means;
Voltage generating means for generating a voltage to be supplied to the control gate electrode layer of the nonvolatile memory element based on the determination result stored in the second memory means is provided, and the voltage generating means includes the second memory. When the determination result that the charging state is the first state is received from the means, a predetermined voltage is generated and the determination result that the second state is different from the first state is received. The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein a voltage lower than the predetermined voltage is generated.
前記第1の状態とは、前記第1のフローティングゲート電極層および前記第2のフローティングゲート電極層が、ともに前記電荷を帯電している状態であり、
前記第2の状態とは、前記第1のフローティングゲート電極層もしくは前記第2のフローティングゲート電極層のいずれか一方から前記電荷が抜けた状態である、請求項2または請求項3記載の不揮発性記憶装置。
The first state is a state in which the first floating gate electrode layer and the second floating gate electrode layer are both charged with the charge.
4. The nonvolatile state according to claim 2, wherein the second state is a state in which the electric charge is released from either the first floating gate electrode layer or the second floating gate electrode layer. 5. Storage device.
さらに、比較するためのデバイス手段を備え、
前記判定手段は、前記不揮発性記憶素子と、前記デバイス手段と比較することによって、前記第1の記憶手段の記憶状態を判定する、請求項1記載の不揮発性記憶装置。
Furthermore, it comprises device means for comparison,
The nonvolatile memory device according to claim 1, wherein the determination unit determines a storage state of the first storage unit by comparing the nonvolatile storage element with the device unit.
前記第1の記憶手段の前記不揮発性記憶素子の電気的特性は、前記デバイス手段の電気的特性と異なる、請求項5記載の不揮発性記憶装置。The nonvolatile memory device according to claim 5, wherein electrical characteristics of the nonvolatile memory element of the first memory unit are different from electrical characteristics of the device unit. 前記デバイス手段は、前記第1のフローティングゲート電極層、または前記第2のフローティングゲート電極層のいずれか一方が前記電荷を失った状態の前記不揮発性記憶素子と等価である、請求項5記載の不揮発性記憶装置。6. The device means according to claim 5, wherein the device means is equivalent to the nonvolatile memory element in a state in which either the first floating gate electrode layer or the second floating gate electrode layer has lost the charge. Non-volatile storage device.
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