JP4183290B2 - Nonvolatile semiconductor device having verify function - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、ベリファイ機能を備えた不揮発性半導体メモリ装置に係り、特にベリファイ用のメモリセルを備えた不揮発性半導体メモリ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
EEPROM、或いはフラッシュメモリ等の不揮発性メモリでは、データの書き・消し後、本当にデータの書き・消しが行われたかを確認する必要がある。この確認動作をベリファイと呼ぶ。ベリファイは、書き・消し後のセルの電流をリファレンスセルの電流とをセンスアンプ介して比較することで実行される。一般には、書き・消しを一定時間行い、次にベリファイが実行される。この繰り返しでセルの電流値が規定値に入ると、ベリファイが終了され、書き・消しが終了される。
【0003】
ここで、単に書き・消しと記載しているが、一般に書き込み動作と消去動作は、独立であり、書き込みに関しては、プログラムベリファイ及び消去に関しては、イレーザブルベリファイの用語が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
フラッシュメモリの集積度が高まるにつれ、書き込み及び消去動作に占めるベリファイの割合が増加し、書き込み、或いは、消去に要する時間が増加している。特に、プログラムベリファイは、ビット単位で実行されるために書き込み時間を低減する阻害要因となっている。
【0005】
この発明の目的は、上述のような事情に鑑みなされたものであって、高集積フラッシュメモリの書き込み時間、消去時間を大幅に短縮できる不揮発性半導体メモリ装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、行列配置されたプログラム可能な多数のフラッシュメモリセルと、行列配置された前記フラッシュメモリセルを接続するワード線及びビット線と、前記フラッシュメモリセルに並列して配置されて共通のビット線で接続され、前記ワード線に夫々が接続され、その夫々が前記フラッシュメモリセルと略同一のフローティングゲートを備えるフローティングゲート型メモリ構造に形成され、そのゲートカップル比が異なるベリファイセルと、前記ベリファイセルをベリファイするベリファイ手段と、を具備することを特徴とするベリファイ機能を備えた不揮発性半導体装置が提供される。
【0007】
この発明の実施例によれば、前記ベリファイ手段は、前記ワード線を選択する手段と、選択された前記ワード線に接続された前記ベリファイセルから前記ビット線を介して前記ベリファイセルの出力を読み出す読み出し手段と、を含むことを特徴とする不揮発性半導体装置が提供される。
【0008】
また、この発明の実施例によれば、前記読み出し手段は、参照信号を発生するリファレンスセルと、該リファレンスセルからの参照信号と前記ベリファイセルからの出力を比較するセンスアンプと、を含むことを特徴とする不揮発性半導体装置が提供される。
【0009】
更に、この発明の実施例によれば、前記ベリファイセルは、前記フラッシュメモリセルに並列された第1列及び第2列のベリファイセルを含むこと、を特徴とする不揮発性半導体装置が提供される。
【0010】
【作用】
ベリファイセルをベリファイするだけでワード線に接続されたメモリセルのベリファイができ、ワード線毎にベリファイが可能であることから、ベリファイ時間を大幅に短縮することができる。
【0011】
【実施例】
以下図面を参照してこの発明の一実施例に係る不揮発性半導体装置を説明する。
【0012】
図1に示されるようにこの発明の一実施例に係る不揮発性半導体装置においては、不揮発性メモリセル、図1に示す例においては、ビットデータが書き込まれ、消去されるフラッシュメモリセル2nkがX行Y列に配置されている。このX行Y列配置のフラッシュメモリセル2nkをベリファイするためのベリファイセル4nが更に1列付加されている。メモリセル2nkとベリファイセル4nは、後に説明するように略同一のフローティングゲートを備えるフローティングゲート型メモリ構造に形成されるが、そのゲートカップル比が異なるように製造される。メモリセル2nk及びベリファイセル4nのコントロールゲートは、図1に示されるように夫々ワード線WLi 、WLi+1、WLi+2 、…を介してX−デコーダ10に接続され、メモリセル2nkのドレインは、ビット線BLi 、BLi+1、…及びビット線選択用トランジスタ8nを介して書き込み及びセンスアンプ6に接続され、メモリセル2nkのソースは、ソース線SLi 、SLi+1 、…を介してグランドに接続されている。ビット線選択用のトランジス8nのゲートは、Yデコーダ12に接続されている。
【0013】
ベリファイセル4nのドレインは、ビット線BLvi及びビット線選択用トランジスタ8vを介してベリファイ用のセンスアンプ14に接続され、ベリファイセル4nのソースは、メモリセル2nkと同様にソース線SLviを介してグランドに接続されている。センスアンプ14には、メモリセル2nk或いは、ベリファイセル4nと同様の構造を有するリファレンスセル16の出力側が接続されている。
【0014】
図1に示したメモリセル2nk及びベリファイセル4n は、図2及び図3に示すようなEEPROM構造に形成されている。即ち、図2及び図3に示すうにこれらのセル2nk、4n においては、p型のシリコン基板20上にn型の不純物イオンをドープして高濃度不純物拡散領域(n+)としてドレイン領域21及びソース領域22が形成されている。このドレイン及びソース領域21、22を含むシリコン基板20上には、トンネル酸化膜23が形成されている。ソース及びドレイン領域21、22間のチャネル領域上であってこのトンネル酸化膜23上には、ポリシリコン膜から成るフローティングゲート24が形成されている。フローテイングゲート24以外のトンネル酸化膜23上には、シリコン酸化物から成る層間絶縁膜25が形成されている。
【0015】
フローティングゲート24の露出面を覆い、且つ、層間絶縁膜25の表面上であってソース領域及びドレイン領域22、21の上方の領域まで覆うポリシリコンから成るキャップ26(Cap) が形成されている。このキャップ26及び層間絶縁膜25上には、更に、このキャップ26を含む層間絶縁膜25の表面には、酸化シリコン/窒化シリコンが積層された構造を有する絶縁層としてのONO膜27が形成されている。また、このONO膜27上には、ポリシリコンからなるコントロールゲート28が形成されている。
【0016】
図2及び図3に示すメモリセル2nkとベリファイセル4n では、キャップ26のデメンションが異なっている。即ち、図2に示すメモリセル2nkでは、キャップ26は、ソース領域22及びドレイン21領域が並ぶ方向に沿った長さLx1と、このソース領域22及びドレイン領域21が並ぶ方向に対して直交方向に沿った長さLy1を有し、Lx1×Ly1で表される略長方形のキャップ面積S1(=Lx1×Ly1)を有している。これに対して、図3に示すベリファイセル4n では、ソース領域22及びドレイン領域21が並ぶ方向に沿った長さLx2と、このソース領域及びドレイン領域が並ぶ方向に対して直交方向に沿った長さLy2を有し、Lx2×Ly2で表される略長方形のキャップ面積S2 (=Lx2×Ly2)を有している。図2及び図3の比較から明らかなように、メモリセル2nkのキャップ長Lx1は、ベリファイセル4n のキャップ長Lx2より大きく設定されている。また、メモリセル2nkのキャップ長Ly1は、ベリファイセル4n のキャップ長Ly2に等しく設定されていることから、メモリセル2nkのキャップ面積S1 は、ベリファイセル4n のキャップ面積S2 よりも大きくなる。
【0017】
上述したような構造を有するメモリセル2nk及びベリファイセル4 nでは、ベリファイセル4nのゲートカップル比がメモリセル2nkのゲートカップル比に比べて小さく設定されている。ゲートカップル比は、チャネル領域及びフローティングゲート24間のキャパシタンス及びフローティングゲート24及びコントロールゲート28間のキャパシタンスにより規定される。図2及び図3に示されるメモリセル2nk及びベリファイセル4nにおいては、チャネル領域及びフローティングゲート24が対向する面積は、同一であることから、両者のチャネル領域及びフローティングゲート24間のキャパシタンスは、等しい。これに対して、メモリセル2nk及びベリファイセル4 nにおいては、フローティングゲート24及びコントロールゲート28が対向する面積S1 、S2 は、異なり、メモリセル2nkの方がベリファイセル4 nに比べてフローティングゲート24及びコントロールゲート28が対向する面積S1 が大きく、従って、メモリセル2nkの方がベリファイセル4 nに比べてフローティングゲート24及びコントロールゲート28間のキャパシタンスが大きくなる。メモリセル2nkのゲートカップル比がベリファイセル4 nのゲートカップル比よりも大きくなっている。
【0018】
上述のようにメモリセル2nkとは、異なるゲートカップル比を有するベリファイセル4nを半導体装置に組み込み、このベリファイセル4nをベリファイするだけでこのベリファイセル4nが接続されたワード線WLi 、WLi+1 、…のメモリセル2nkをベリファイすることができる。
【0019】
尚、上述したゲートカップル比の異なるセルは、単純には、セルのトンネル酸化膜部分の面積とフローティングゲートの表面積を整調して形成するのが最も簡便である。即ち、図2及び図3に示した構造は、TIのUSパテント4, 833, 514に示されたものであるが、斜線で示したポリシリコンキャップをフォトマスク上の工夫でアレイセルよりベリファイセルでより短くすれば、ゲートカップル比の小さいセルとすることができることは明かである。
【0020】
一般に、フラッシュメモリセル2nkへの書き込み或いは、消去は、ファウラーノードハイムトンネル電流(以下、F−N電流)或いは、ホットエレクトロン注入(以下、HE注入)によって行われる。アレイメモリセル2nkに比べてゲートカップル比の小さいベリファイセル4nを準備し、各々のフローティングゲート24への電子注入特性、フローティングゲート24からの電子引き抜き特性及びフローティングゲート24へのホットエレクトロンの電子注入特性を調べると図4(a)、(b)及び(c)のようになる。この図4(a)、(b)及び(c)から明らかなようにF−N電流でもHE注入でも、ゲートカップル比の大きいアレイセルの方がその閾値Vthの変化が速く、所定時間経過後には、夫々閾値が異なっていることが判る。この性質を利用してベリファイセル4nへのプログラムの書き込み、及びベリファイセル4nからのプログラムの消去をベリファイするだけで各ワード線WLi 、WLi+1、WLi+2 、…に接続されたメモリセル2nkをベリファイすることができる。
【0021】
まず、プログラムベリファイについて説明する。
【0022】
始めに書き込み動作が実行される。即ち、ワード線WLi がXデコーダ10で選択されてワード線WLi に書き込み選択電圧が印加されるとともに書き込みしたいメモリセル2nkのビット線BLi 、BLi+1 …いずれかとベリファイセル4nのビット線BLviに接続された選択用トランジスタ8v、8nがYデコーダ12によって選択され、ビット線BLi 、BLi+1 …いずれかとビット線BLviに書き込み電圧が印加される。このようにして、書き込みしたいメモリセル2nkとベリファイセル4nにデータ、例えば、データ”1”が書き込まれる。この書き込み動作では、一定時間の間、選択電圧及び書き込み電圧が印加されてメモリセル2nk及びベリファイセル4nに夫々所定範囲の閾値が与えられる。
【0023】
この書き込み動作の後にベリファイ動作が開始される。ベリファイ動作では、プログラムされたメモリセル2nkが接続されたワード線WLi のベリファイセル4nがXデコーダ10によって選択され、ベリファイ電圧が印加される。このベリファイ電圧は、後に説明するようにプログラムされたベリファイセル4nの閾値電圧に対応している。その後、ビット線BLviに接続された選択用トランジスタ8vがYデコーダ12で選択される。従って、プログラムされたベリファイセル4nからの出力がセンスアンプ14に供給される。このベリファイ動作の際には、リファレンスセル16もまたONされることから、このリファレンスセル16から参照出力がセンスアンプ14に供給される。センスアンプ14では、参照出力とベリファイセル4nからの出力が比較される。ここで、ベリファイセル4nが正しくプログラムされている場合には、例えば、参照出力のレベルに比べてベリファイセル4nからの出力のレベルが大きく、センスアンプ14からは、正しくプログラムされた旨を意味する出力”1”が出力される。また、ベリファイセル4nが正しくプログラムされていない場合には、例えば、参照出力のレベルに比べてベリファイセル4nからの出力のレベルが小さく、センスアンプ14からは、正しくプログラムされていない旨を意味する出力”0”が出力される。
【0024】
消去ベリファイは、書き込みベリファイと略同様に下記のように実行される。ここで、消去動作は、共通ソースや共通ウエル毎に実行される。即ち、ワード線WLi 、WLi+1 、…に消去ゲート電圧が印加されるとともに共通ウエル又は、共通ソースに消去ウエル電圧又は消去電圧が印加され、或いは、共通ウエル及び共通ソースに夫々消去ウエル電圧及び消去電圧が印加される。このようにして、メモリセル2nk及びベリファイセル4n のデータが消去される。この消去動作では、一定時間の間、選択電圧及び消去電圧が印加されてメモリセル2nk及びベリファイセル4nに夫々所定範囲の閾値が与えられる。
【0025】
この消去動作の後にベリファイ動作が開始される。ベリファイ動作では、データが消去されたベリファイセル4nがXデコーダ10によって次々に選択され、ベリファイ電圧が印加される。このベリファイ電圧は、後に説明するように消去時のベリファイセル4nの閾値電圧に対応している。ビット線BLviに接続された選択用トランジスタ8vがYデコーダ12で選択されると、消去されたベリファイセル4nからの出力がセンスアンプ14に供給される。このベリファイ動作の際には、ONされているリファレンスセル16からの参照出力がセンスアンプ14によってベリファイセル4nからの出力と比較される。ここで、ベリファイセル4nが正しく消去されている場合には、例えば、参照出力のレベルに比べてベリファイセル4nからの出力のレベルが小さく、センスアンプ14からは、正しく消去された旨を意味する出力”0”が出力される。また、ベリファイセル4nが消去されていない場合には、例えば、参照出力のレベルに比べてベリファイセル4nからの出力のレベルが大きく、センスアンプ14からは、正しく消去されていない旨を意味する出力”1”が出力される。このようにしてベリファイセル4nのすべてが消去されているか否かがベリファイされる。
【0026】
上述したように、ベリファイセル4nをベリファイすることによってこのベリファイセル4nとワード線WLi を共有するメモリセル2nkのプログラム、或いは、消去がベリファイされる。これは、下記のような理由に基づいている。
【0027】
図5(a)は、多数のセルの閾値の分布を示し、横軸は、セルの数に対応するセルカウントが示され、縦軸には、スレショルド電圧Vthが示されている。グラフA1 及びB1 は、フローティングゲート24に電子を注入したある時点でのメモリセル2nk及びベリファイセル4nの閾値の分布を示している。また、グラフA2 及びB2 は、フローティングゲート24から電子を引き抜いたある時点でのメモリセル2nk及びベリファイセル4nの閾値の分布を示している。
【0028】
図4(a)及び図5(a)のグラフA1 及びB1 から明らかなようにフローティングゲート24に電子を注入した場合には、ベリファイセル4nの閾値がある値まで上がれば、ゲートカップル比がベリファイセルより大きいメモリセル2nkでは、閾値変化がベリファイセル4nよりも速い為より高い閾値レベルに達している。従って、ベリファイセル4nがその閾値で導通するか否かを調べれば、他のメモリセル2nkは、ベリファイセル4nの閾値よりも大きな閾値を有する所定の閾値を有していることとなり、このベリファイセル4nに対応するメモリセル2nkがその閾値で導通するか否かを調べる必要がないこととなる。
【0029】
また、図4(b)及び図5(a)のグラフA2 及びB2 から明らかなようにフローティングゲート24から電子を引き抜いた場合には、ベリファイセルの閾値がある値まで下がれば、ゲートカップル比がベリファイセルより大きいアレイセルでは、閾値変化がベリファイセルよりも速い為より低い閾値レベルに達している。従って、ベリファイセル4nがその閾値で導通するか否かを調べれば、他のメモリセル2nkは、ベリファイセル4nの閾値よりも小さな閾値を有する所定の閾値を有していることとなり、このベリファイセル4nに対応するメモリセル2nkがその閾値で導通するか否かを調べる必要がないこととなる。このような原理から、ワード線WLを共有するビットに対してベリファイセル4n を1つ調べるだけでメモリセル2nkのベリファイは、保証されることとなる。
【0030】
ホットエレクトロンをフローティングゲート4n に注入する場合にあっても図5(a)のグラフA1 及びB1 に示したと同様な分布を示すことから、同様にホットエレクトロンを注入してデータをメモリセル2nkに書き込む場合、或いは、消去する場合にあっても、単にベリファイセル4n をベリファイするだけでメモリセル2nkをベリファイすることができる。
【0031】
ここで、リファレンスセル16がアレイメモリセル2nkと同型のセルに形成し、リファレンスセル16のゲートカップル比をアレイメモリセル2nkのゲートカップル比に等しくした場合には、ベリファイセル4nとのオフセットを調整するためのセンスアンプ14のセンス比調整をTEGプロセスで調べておく必要がある。尚、リファレンスセル16もベリファイセル4nと同型のセルとすると、その調整は容易となる。
【0032】
さて、以上から以下のような応用が可能となる。
【0033】
(1) アレイセル2nkよりゲートカップル比の大きいベリファイセル4nからなるビット線を追加する。
【0034】
このベリファイセル4nは、オーバイレース、オーバプログラムのチエック用に用いることができる。即ち、図5(b)に示すようにベリファイセル4nとアレイセル2nkの閾値分布は、図5(a)とは異なっている。即ち、フローティングゲート24に電子を注入した場合におけるある時点でのメモリセル2nk及びベリファイセル4nの閾値の関係は、グラフC1 及びD1 から明らかなようにメモリセル2nkの閾値がある値まで上がれば、ゲートカップル比がメモリセル2n より大きいベリファイセル4nでは、閾値変化がメモリセル4n よりも速い為より高い閾値レベルに達している。また、フローティングゲート24から電子を引き抜いた場合におけるある時点でのメモリセル2nk及びベリファイセル4nの閾値の関係は、グラフC2 及びD2 から明らかなようにメモリセル2nkの閾値がある値まで下がれば、ゲートカップル比がメモリセル2nkより大きいベリファイセル4nでは、閾値変化がメモリセル2nkよりも速い為より低い閾値レベルに達している。
【0035】
この性質を利用して図1に示されるベリファイセル4nをアレイセル2nkよりゲートカップル比を大きくすることによってベリファイセル4nをメモリセル2nkのオーバイレース及びオーバプログラムのチエックに用いることができる。
【0036】
(2) 図1に示す回路においてメモリセルが異なる閾値を有する第1及び第2メモリセルに分類され、これらの第1及び第2メモリセルの夫々よりもゲートカップル比の小さい第1及び第2ベリファイセルからなるビット線を2本以上付加することによって多値化メモリに対処することができる。
【0037】
ワード線に印加する電圧を変えて多値化メモリを作る場合、第1レベルを第1ベリファイセルで、また、第2レベルを第2ベリファイセルでというふうにベリファイする。このとき、第1ベリファイセルと第2ベリファイセルのゲートカップル比は、必ずしも同じ必要はない。
【0038】
【発明の効果】
プログラムベリファイ、イレースベリファイがベリファイセル又は、ベリファイビット線だけで行えるので高集積フラッシュメモリの書き込み時間、消去時間を大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る不揮発性半導体装置の回路構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示されたフラッシュメモリセルの構造を概略的に示す断面図である。
【図3】図1に示されたベリファイセルの構造を概略的に示す断面図である。
【図4】(a)、(b)及び(c)は、夫々フラッシュメモリセル及びベリファイセルの電子注入特性、電子引き抜き特性及びホットエレクトロン注入特性を示すグラフである。
【図5】(a)、(b)及び(c)は、夫々フラッシュメモリセル及びベリファイセルにおいてゲートカップル比を変えた場合における多数のセルに関する閾値の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
2nk … フラッシュメモリセル
4n … ベリファイセル
WLi 、WLi+1、WLi+2 、… ワード線
BLi 、BLi+1 、… ビット線
8n 、8v … ビット選択用トランジスタ
SLvi … ソース線
16 … リファレンスセル
20 … 基板
21 … ソース領域
22 … ドレイン領域
23 … トンネル酸化膜
24 … フローティングゲート
26 … キャップ
28 … コントロールゲート[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having a verify function, and more particularly to a nonvolatile semiconductor memory device having a verifying memory cell.
[0002]
[Prior art]
In a nonvolatile memory such as an EEPROM or a flash memory, it is necessary to confirm whether data has been actually written or erased after the data has been written or erased. This confirmation operation is called verify. The verify is executed by comparing the current of the cell after writing / erasing with the current of the reference cell through a sense amplifier. In general, writing / erasing is performed for a predetermined time, and then verification is executed. When the current value of the cell reaches the specified value by repeating this, the verification is finished and the writing / erasing is finished.
[0003]
Here, it is simply described as write / erase, but generally, the write operation and the erase operation are independent, and the term “erasable verify” is used for the program verify and the erase for the write.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As the degree of integration of the flash memory increases, the proportion of verification in the writing and erasing operations increases, and the time required for writing or erasing increases. In particular, since program verify is executed in units of bits, it is an impediment to reducing the write time.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of significantly reducing the writing time and erasing time of a highly integrated flash memory.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a large number of programmable flash memory cells arranged in a matrix, word lines and bit lines connecting the flash memory cells arranged in a matrix, and the flash memory cells arranged in parallel to the flash memory cells are common. Are connected to the word lines , each connected to the word line , each of which is formed in a floating gate type memory structure having a floating gate substantially the same as the flash memory cell, and a verify cell having a different gate couple ratio ; There is provided a non-volatile semiconductor device having a verify function, comprising verify means for verifying the verify cell.
[0007]
According to an embodiment of the present invention, the verifying means includes means for selecting said word line, reads the output of the verify cells from being connected to the word line selected the verify cells via the bit lines And a reading means. A non-volatile semiconductor device is provided.
[0008]
Further, according to an embodiment of the present invention, the reading means, the reference cell for generating a reference signal, a sense amplifier for comparing the output from the reference signal and the verify cell from the reference cells, to include A non-volatile semiconductor device is provided.
[0009]
Furthermore, according to an embodiment of the present invention, there is provided a non-volatile semiconductor device, wherein the verify cell includes a first column and a second column verify cell in parallel with the flash memory cell. .
[0010]
[Action]
Verify cells can verify the memory cell connected to a word line simply by verifying, since verification is possible for each word line can significantly reduce the verify time.
[0011]
【Example】
A nonvolatile semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
As shown in FIG. 1, in a nonvolatile semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a nonvolatile memory cell, and in the example shown in FIG. 1, a flash memory cell 2nk into which bit data is written and erased is X Arranged in row Y column. One column of verify cells 4n for verifying the flash memory cells 2nk arranged in the X rows and Y columns is added. The memory cell 2nk and the verify cell 4n are formed in a floating gate type memory structure having substantially the same floating gate as will be described later, but are manufactured so that their gate couple ratios are different. As shown in FIG. 1, the control gates of the memory cell 2nk and the verify cell 4n are connected to the
[0013]
The drain of the verify cell 4n is connected to the verify sense amplifier 14 via the bit line BLvi and the bit line selection transistor 8v, and the source of the verify cell 4n is grounded via the source line SLvi in the same manner as the memory cell 2nk. It is connected to the. The sense amplifier 14 is connected to the output side of a
[0014]
The memory cell 2nk and the verify cell 4n shown in FIG. 1 are formed in an EEPROM structure as shown in FIGS. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, in these cells 2nk and 4n, a p-
[0015]
A cap 26 (Cap) made of polysilicon is formed so as to cover the exposed surface of the
[0016]
The dimensions of the
[0017]
In the memory cell 2nk and verify cell 4 n having a structure as described above, the gate couple ratio of the verify cell 4n is set smaller than the gate couple ratio of the memory cell 2nk. The gate couple ratio is defined by the capacitance between the channel region and the floating
[0018]
As described above, the verify cell 4n having a different gate coupling ratio from the memory cell 2nk is incorporated in the semiconductor device, and the word lines WLi, WLi + 1,. The memory cell 2nk of... Can be verified.
[0019]
The cells having different gate couple ratios described above are simply formed by adjusting the area of the tunnel oxide film portion of the cell and the surface area of the floating gate. That is, the structures shown in FIGS. 2 and 3 are those shown in US patents 4, 833, and 514 of TI. However, the polysilicon caps indicated by the oblique lines are changed from the array cell to the verify cell by the device on the photomask. Obviously, a shorter cell can be obtained with a smaller gate-couple ratio.
[0020]
Generally, writing or erasing to the flash memory cell 2nk is performed by Fowler node Heim tunnel current (hereinafter referred to as FN current) or hot electron injection (hereinafter referred to as HE injection). A verify cell 4n having a gate coupling ratio smaller than that of the array memory cell 2nk is prepared. Electron injection characteristics to each floating
[0021]
First, program verification will be described.
[0022]
First, a write operation is performed. That is, the word line WLi bit line BLi of the memory cell 2nk want to write with the writing selection voltage is applied is selected by
[0023]
A verify operation is started after this write operation. In the verify operation, the verify cell 4n of the word line WLi to which the programmed memory cell 2nk is connected is selected by the
[0024]
The erase verify is executed as follows in substantially the same manner as the write verify. Here, the erase operation is executed for each common source or common well. That is, the erase gate voltage is applied to the word lines WLi, WLi + 1,... And the erase well voltage or erase voltage is applied to the common well or the common source, or the erase well voltage and the common source are respectively applied to the common well and the common source. An erase voltage is applied. In this way, the data in the memory cell 2nk and the verify cell 4n are erased. In this erasing operation, a selection voltage and an erasing voltage are applied for a predetermined time, and threshold values in a predetermined range are given to the memory cell 2nk and the verify cell 4n, respectively.
[0025]
After this erase operation, the verify operation is started. In the verify operation, verify cells 4n from which data has been erased are successively selected by the
[0026]
As described above, by verifying the verify cell 4n, the program or erase of the memory cell 2nk sharing the verify cell 4n and the word line WLi is verified. This is based on the following reasons.
[0027]
FIG. 5A shows the distribution of threshold values of a large number of cells, the horizontal axis shows the cell count corresponding to the number of cells, and the vertical axis shows the threshold voltage Vth. Graphs A1 and B1 show the threshold distributions of the memory cell 2nk and the verify cell 4n at a certain point in time when electrons are injected into the floating
[0028]
As apparent from the graphs A1 and B1 in FIGS. 4A and 5A, when electrons are injected into the floating
[0029]
As is clear from graphs A2 and B2 in FIGS. 4B and 5A, when electrons are extracted from the floating
[0030]
Even when hot electrons are injected into the floating gate 4n, the distribution is similar to that shown in the graphs A1 and B1 in FIG. 5A. Therefore, hot electrons are injected and data is written into the memory cell 2nk. In this case, even in the case of erasing, the memory cell 2nk can be verified simply by verifying the verify cell 4n.
[0031]
Here, if the
[0032]
From the above, the following applications are possible.
[0033]
(1) A bit line composed of a verify cell 4n having a larger gate couple ratio than that of the array cell 2nk is added.
[0034]
This verify cell 4n can be used for over-erase and over-program check. That is, the threshold distribution of the verify cells 4n and array cells 2nk as shown in FIG. 5 (b) Tsu Unlike FIG 5 (a). That is, when the electrons are injected into the floating
[0035]
Using this property, the verify cell 4n shown in FIG. 1 can be used for overerasing and overprogramming the memory cell 2nk by making the gate couple ratio larger than that of the array cell 2nk.
[0036]
(2) In the circuit shown in FIG. 1, the memory cells are classified into first and second memory cells having different thresholds, and the first and second gate couple ratios are smaller than those of the first and second memory cells. A multilevel memory can be dealt with by adding two or more bit lines made of verify cells.
[0037]
When a multilevel memory is produced by changing the voltage applied to the word line , the first level is verified by the first verify cell, and the second level is verified by the second verify cell. At this time, the gate couple ratios of the first verify cell and the second verify cell are not necessarily the same.
[0038]
【The invention's effect】
Since program verify and erase verify can be performed only by a verify cell or a verify bit line , writing time and erasing time of a highly integrated flash memory can be greatly shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a nonvolatile semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a flash memory cell shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a verify cell shown in FIG. 1;
4A, 4B, and 4C are graphs showing electron injection characteristics, electron extraction characteristics, and hot electron injection characteristics of a flash memory cell and a verify cell, respectively.
FIGS. 5A, 5B, and 5C are graphs showing threshold distributions for a large number of cells when the gate couple ratio is changed in a flash memory cell and a verify cell, respectively.
[Explanation of symbols]
2 nk ... flash memory cell 4 n ... verify cells WLi, WLi + 1, WLi + 2, ... word lines BLi, BLi + 1, ...
Claims (4)
行列配置された前記フラッシュメモリセルを接続するワード線及びビット線と、
前記フラッシュメモリセルに並列して配置されて共通のビット線で接続され、前記ワード線に夫々が接続され、その夫々が前記フラッシュメモリセルと略同一のフローティングゲートを備えるフローティングゲート型メモリ構造に形成され、そのゲートカップル比が異なるベリファイセルと、
前記ベリファイセルをベリファイするベリファイ手段と、
を具備することを特徴とするベリファイ機能を備えた不揮発性半導体装置。A large number of programmable flash memory cells arranged in a matrix;
A word line and a bit line connecting the flash memory cells arranged in a matrix;
Formed in a floating gate type memory structure that is arranged in parallel to the flash memory cell and connected by a common bit line, each connected to the word line, and each having a floating gate substantially the same as the flash memory cell. And verify cells with different gate-couple ratios ,
Verify means for verifying the verify cell;
A non-volatile semiconductor device having a verify function, comprising:
前記ワード線を選択する手段と、
選択された前記ワード線に接続された前記ベリファイセルから前記ビット線を介して前記ベリファイセルの出力を読み出す読み出し手段と、
を含むことを特徴とする請求項1の不揮発性半導体装置。The verifying means includes:
Means for selecting said word lines,
Reading means for reading an output of the verify cells from connected to the selected said word line said verification cell via the bit line,
The nonvolatile semiconductor device according to claim 1, comprising:
参照信号を発生するリファレンスセルと、
該リファレンスセルからの参照信号と前記ベリファイセルからの出力を比較するセンスアンプと、
を含むことを特徴とする請求項2の不揮発性半導体装置。The reading means includes
A reference cell for generating a reference signal;
A sense amplifier for comparing the output from the reference signal and the verify cell from the reference cell,
The nonvolatile semiconductor device according to claim 2, comprising:
を特徴とする請求項1の不揮発性半導体装置。 The verify cell includes a first column and a second column verify cell in parallel with the flash memory cell;
The nonvolatile semiconductor device according to claim 1.
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