JP4200912B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する2層ゲート構造の不揮発性半導体メモリセルを使用した不揮発性半導体記憶装置に関し、特にメモリセルのしきい値電圧が温度変化しても読み出し電圧のマージンに大きな変化が生じないようにした不揮発性半導体記憶装置に関する。 The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory device using a non-volatile semiconductor memory cell having a two-layer gate structure having a floating gate and a control gate, and more particularly to a read voltage margin even if the threshold voltage of the memory cell changes in temperature. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device in which a large change is not caused.
電気的に情報の書込み、消去及び読出しが可能な不揮発性半導体メモリセルはEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory )として知られており、代表的なものとしてフラッシュメモリ、従来型EEPROMがある。これらのメモリは浮遊ゲートと制御ゲートを有する2層ゲート構造のMOS型トランジスタをメモリセルとして使用している。 Nonvolatile semiconductor memory cells that can electrically write, erase, and read information are known as EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory). Typical examples include flash memory and conventional EEPROM. These memories use a MOS transistor having a two-layer gate structure having a floating gate and a control gate as a memory cell.
情報の書き込みは、消去して電荷を取り去った浮遊ゲートに何らかの手段により新たな電荷を蓄積させるか否かによって行なわれる。例えば、電子を蓄積させた状態をデータ“1 "とすれば、電子が蓄積されていない消去の状態はデータ“0 "となる。
データの読み出しは、浮遊ゲートに電子が蓄積されているか否かによって制御ゲートを基準にしたしきい値電圧が変化することを利用して行なわれる。通常、メモリのドレインに約1V、制御ゲートに数Vの電圧を印加して行ない、メモリがONするか否かによりデータの“0 "、“1 "を判定する。つまり、メモリのしきい値電圧よりも読み出し電圧(読み出し時に制御ゲートに印加する電圧)が高ければメモリはONするので、これを検出してデータ“0 "と判定する。反対に、メモリのしきい値電圧よりも読み出し電圧が低ければ、メモリはOFFとなるのでデータ“1 "と判定する。
Information is written depending on whether or not new charges are accumulated by some means in the floating gate that has been erased to remove charges. For example, if the state in which electrons are accumulated is data “1”, the erased state in which no electrons are accumulated is data “0”.
Data is read using the fact that the threshold voltage changes with reference to the control gate depending on whether electrons are accumulated in the floating gate. Usually, a voltage of about 1 V is applied to the drain of the memory and a voltage of several volts is applied to the control gate, and data “0” or “1” is determined depending on whether the memory is turned on. That is, if the read voltage (voltage applied to the control gate at the time of reading) is higher than the threshold voltage of the memory, the memory is turned on, and this is detected to determine data “0”. On the other hand, if the read voltage is lower than the threshold voltage of the memory, the memory is turned off, and therefore data “1” is determined.
このような判定を正確に行なうには、読み出し電圧に対してメモリのしきい値電圧が十分余裕を持って高く、又は低くなっていること、即ち、読み出し電圧マージンが大きいことが重要である。しかし、しきい値電圧は図4に示すように高温ほど小さく、低温ほど大きくなるという温度依存性を持っている。従って、例えば読み出し電圧を、基準温度T1における消去状態しきい値電圧と書き込み状態しきい値電圧との平均値Vrに固定したとすると、温度T2では読み出し電圧のマージンが低下して誤判定が生じやすいという問題がある。 In order to make such a determination accurately, it is important that the threshold voltage of the memory is high or low with a sufficient margin relative to the read voltage, that is, the read voltage margin is large. However, as shown in FIG. 4, the threshold voltage has a temperature dependency such that it is smaller as the temperature is higher and is larger as the temperature is lower. Therefore, for example, if the read voltage is fixed to the average value Vr of the erase state threshold voltage and the write state threshold voltage at the reference temperature T1, the read voltage margin decreases at the temperature T2 and an erroneous determination occurs. There is a problem that it is easy.
このような問題を解決するには、読み出し電圧にしきい値電圧の温度変化と同程度の温度依存性をもたせればよい。このような読み出し電圧を発生させる方法としては、例えば特許文献1に開示されている方法がある。この方法は、メモリのしきい値電圧の温度変動量とほぼ等しい温度変動量を持つMOSトランジスタを用意し、その発生する電圧と、温度変動量の小さい一定電圧とを加算して読み出し電圧とするものである。 In order to solve such a problem, it is only necessary to make the read voltage have the same temperature dependence as the temperature change of the threshold voltage. As a method of generating such a read voltage, for example, there is a method disclosed in Patent Document 1. In this method, a MOS transistor having a temperature fluctuation amount approximately equal to the temperature fluctuation amount of the threshold voltage of the memory is prepared, and the voltage generated and a constant voltage having a small temperature fluctuation amount are added to obtain a read voltage. Is.
しかし、この方法はメモリのしきい値電圧の温度変動量とほぼ等しい温度変動量を持つMOSトランジスタを準備しなければならない。また、加算する温度変動量の小さい基準電圧の生成回路、2つの電圧の加算回路を必要とするなど回路が複雑になる。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、温度によって変化する消去状態しきい値電圧と書き込み状態しきい値電圧の平均値にほぼ等しい電圧を簡単な回路構成により生成させ、その電圧を読み出し電圧として使用することで読み出し電圧マージンの温度変化が小さくなるようにした不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and the problem is that the voltage is approximately equal to the average value of the erase state threshold voltage and the write state threshold voltage which change with temperature. Is generated with a simple circuit configuration, and the voltage is used as a read voltage to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which the temperature change of the read voltage margin is reduced.
前記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲートを有するMOSトランジスタをメモリセルとして使用した不揮発性半導体記憶装置(1)において、メモリセルをなす前記トランジスタのソース電位と同じ電位の電位基準線(4)と該電位基準線の電位を基準に温度変化の小さい基準電圧(Vs)を供給する基準電圧供給線(6)との間に、該基準電圧供給線側から順に第1、第2、第3の抵抗温度係数の異なる3個の抵抗(R1、R2、R3)を直列に接続し、該第2、第3の抵抗の相互接続点(7)の電圧(Vr)が第1の基準温度(T1)及び第2の基準温度(T2)において、同じ基準温度における前記トランジスタの浮遊ゲートに電子が蓄積されている状態のしきい値電圧と蓄積されていない状態のしきい値電圧との平均値に等しくなるように前記第1、第2、第3の抵抗の値と前記基準電圧とを決定して該電圧を前記トランジスタの制御ゲートに読み出し電圧として印加することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置である。 The invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is that a nonvolatile semiconductor memory device (1) using a MOS transistor having a two-layer gate of a floating gate and a control gate as a memory cell forms the memory cell. Between the potential reference line (4) having the same potential as the source potential of the transistor and the reference voltage supply line (6) for supplying a reference voltage (Vs) having a small temperature change with reference to the potential of the potential reference line, the reference Three resistors (R1, R2, and R3) having different first, second, and third resistance temperature coefficients are connected in series from the voltage supply line side, and an interconnection point of the second and third resistors ( 7) is a threshold voltage in a state where electrons are accumulated in the floating gate of the transistor at the same reference temperature at the first reference temperature (T1) and the second reference temperature (T2). Accumulated The values of the first, second, and third resistors and the reference voltage are determined so as to be equal to the average value of the threshold voltage of the current state, and the voltage is read to the control gate of the transistor. A nonvolatile semiconductor memory device is characterized by being applied.
このような構成の不揮発性半導体記憶装置によれば、読み出し電圧の値が、第1の基準温度T1と第2の基準温度T2において、メモリトランジスタの消去状態におけるしきい値電圧と書き込み状態におけるしきい値電圧との平均値に一致し、それらの基準温度において十分な読み出し電圧マージンが確保される。また、それらの中間温度域においても前記しきい値電圧の平均値に近い読み出し電圧が出力されるため、基準温度T1、T2間においても十分な読み出し電圧マージンが確保される効果を奏する。 According to the nonvolatile semiconductor memory device having such a configuration, the values of the read voltage are the threshold voltage in the erase state and the write state in the write state at the first reference temperature T1 and the second reference temperature T2. It matches the average value with the threshold voltage, and a sufficient read voltage margin is ensured at these reference temperatures. In addition, since a read voltage close to the average value of the threshold voltages is output even in the intermediate temperature range, there is an effect that a sufficient read voltage margin is ensured between the reference temperatures T1 and T2.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記相互接続点(7)の電圧(Vr)が、第1の基準温度(T1)及び第2の基準温度(T2)のそれぞれにおいて、書き込み、消去動作を所定回数実行した後の同じ基準温度における前記トランジスタの浮遊ゲートに電子が蓄積されている状態のしきい値電圧と蓄積されていない状態のしきい値電圧とを予想してそれらの平均値に等しくなるように前記第1、第2、第3の抵抗の値と前記基準電圧とを決定することを特徴とする。
このような構成によれば、書き込み、消去動作の繰り返しによるしきい値電圧の変化を見越した読み出し電圧の設定が可能になり、しきい値電圧が変化しても読み出し電圧マージンが確保されるような読み出し電圧の設定が可能になる効果を奏する。
According to a second aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first aspect, the voltage (Vr) at the interconnection point (7) is equal to the first reference temperature (T1) and the second reference temperature (T1). At each reference temperature (T2) , the threshold voltage of the state in which electrons are accumulated in the floating gate of the transistor at the same reference temperature after performing the write and erase operations a predetermined number of times and the state in which the electrons are not accumulated. The threshold voltage is estimated, and the values of the first, second, and third resistors and the reference voltage are determined so as to be equal to the average value thereof .
According to such a configuration, it is possible to set a read voltage in anticipation of a change in threshold voltage due to repeated writing and erasing operations, and a read voltage margin can be secured even if the threshold voltage changes. As a result, it is possible to set various read voltages.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記第2、第3の抵抗として抵抗値の温度係数が等しい抵抗を使用することを特徴とする。
このような構成によれば、第1、第2、第3の抵抗の抵抗値、及び前記基準電圧Vsの決定が容易となる上、併せて請求項1に記載の発明と同様の効果を奏する。
According to a third aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to the first or second aspect, a resistor having an equal resistance temperature coefficient is used as the second and third resistors. To do.
According to such a configuration, the resistance values of the first, second, and third resistors and the reference voltage Vs can be easily determined, and the same effect as in the first aspect of the invention can be achieved. .
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れかに記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記第2、第3の抵抗として抵抗値が等しい抵抗を使用することを特徴とする。
このような構成によれば、第1、第2、第3の抵抗の抵抗値、及び前記基準電圧Vsの決定が容易となる上、併せて請求項1に記載の発明と同様の効果を奏する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the first to third aspects, resistors having the same resistance value are used as the second and third resistors. To do.
According to such a configuration, the resistance values of the first, second, and third resistors and the reference voltage Vs can be easily determined, and the same effect as in the first aspect of the invention can be achieved. .
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れかに記載の不揮発性半導体記憶装置において、前記第1の抵抗としてPMOSトランジスタのチャネル抵抗を、第2、第3の抵抗としてポリシリコン抵抗を使用することを特徴とする。
このような抵抗を用いれば、請求項1乃至3に記載の発明において必要な第1、第2、第3の抵抗を容易に実現することができ、それぞれの請求項に記載した発明の効果を奏する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of the first to fourth aspects, the channel resistance of a PMOS transistor is used as the first resistance, and the second and third resistances are used. It is characterized by using a polysilicon resistor.
If such a resistor is used, the first, second, and third resistors required in the inventions of claims 1 to 3 can be easily realized, and the effects of the invention described in each claim can be achieved. Play.
以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は、その不揮発性半導体記憶装置1の回路構成を示したものである。この回路は、4個のメモリセルM11、M12、M21、M22からなる2行×2列構成のメモリアレー2の読み出し時の回路構成を示したものである。この回路は、行単位の並列読み出しができるように構成されている。説明を簡単にするため2ビット×2ビット構成の記憶装置にしてあるが、行数、列数を増やすことにより大容量の不揮発性半導体記憶装置に容易に拡張することができる。書き込み及び消去に必要な回路は、本発明のポイントである読み出し電圧生成回路3とは無関係であるため省略してある。
Hereinafter, an embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration of the nonvolatile semiconductor memory device 1. This circuit shows a circuit configuration at the time of reading from a memory array 2 having a configuration of 2 rows × 2 columns composed of four memory cells M11, M12, M21, and M22. This circuit is configured to perform parallel reading in units of rows. In order to simplify the description, the memory device has a 2-bit × 2-bit configuration, but can be easily expanded to a large-capacity nonvolatile semiconductor memory device by increasing the number of rows and columns. Circuits necessary for writing and erasing are omitted because they are irrelevant to the read
4個のメモリセルM11、M12、M21、M22は、浮遊ゲートと制御ゲートの2層ゲートを有するNチャネル型のMOSトランジスタである。各メモリセル(以下、メモリトランジスタともいう。)M11、M12、M21、M22のソースは、電位基準線4に共通に接続した上で接地されている。1行目のメモリトランジスタM11、M12のゲートは共通に接続され、アナログスイッチS10を介して読み出し電圧生成回路3の出力電圧である読み出し電圧Vrの印加を受ける。同じように2行目のメモリトランジスタM21、M22のゲートも共通に接続され、アナログスイッチS20を介して読み出し電圧Vrの印加を受ける。
The four memory cells M11, M12, M21, and M22 are N-channel MOS transistors having a two-layer gate of a floating gate and a control gate. The sources of the memory cells (hereinafter also referred to as memory transistors) M11, M12, M21, and M22 are connected to the
1列目のメモリトランジスタM11、M21のドレインは、それぞれアナログスイッチS11、S12を介して抵抗R10に接続されている。抵抗R10の他端には電源電圧Vddが供給されている。同じように2列目のメモリトランジスタM21、M22のドレインも、それぞれアナログスイッチS21、S22を介して抵抗R20に接続されている。抵抗R20の他端にも電源電圧Vddが供給されている。抵抗R10とアナログスイッチS11の共通接続点は、センスアンプQ1の反転入力端子に接続されている。同じように、抵抗R20とアナログスイッチS21の共通接続点は、センスアンプQ2の反転入力端子に接続されている。センスアンプQ1、Q2の非反転入力端子には基準電圧Vref が入力されている。基準電圧Vref の値は、電源電圧Vddの約1/2に設定してある。なお、電源電圧Vdd、基準電圧Vref は共に、電位基準線4の電位を基準として与えられる。
The drains of the memory transistors M11 and M21 in the first column are connected to the resistor R10 via analog switches S11 and S12, respectively. A power supply voltage Vdd is supplied to the other end of the resistor R10. Similarly, the drains of the memory transistors M21 and M22 in the second column are also connected to the resistor R20 via the analog switches S21 and S22, respectively. The power supply voltage Vdd is also supplied to the other end of the resistor R20. A common connection point between the resistor R10 and the analog switch S11 is connected to the inverting input terminal of the sense amplifier Q1. Similarly, the common connection point between the resistor R20 and the analog switch S21 is connected to the inverting input terminal of the sense amplifier Q2. A reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminals of the sense amplifiers Q1 and Q2. The value of the reference voltage Vref is set to about ½ of the power supply voltage Vdd . Both the power supply voltage V dd and the reference voltage Vref are given with the potential of the
1行目のメモリトランジスタM11、M12の記憶データを読み出す際には、アナログスイッチS10及びS11、S21を共にON状態とする。このとき、メモリトランジスタM11、M12のドレインには、それぞれ抵抗R10、R20を介して電源電圧Vddが印加される。同時に、ゲートには読み出し電圧Vrが共通に印加される。読み出し電圧Vrの値が、メモリトランジスタM11、M12のそれぞれのしきい値電圧より大きい場合にはそのメモリトランジスタはON状態となり、小さい場合にはOFF状態となる。
When reading the data stored in the first row of the memory transistors M11,
ON状態となったメモリトランジスタのドレイン電圧は電位基準線4の電位近くまで低下するため、対応するセンスアンプの出力は“High" レベルとなる。反対に、OFF状態のメモリトランジスタに対応するセンスアンプの出力は“ Low" レベルとなる。このようにしてセンスアンプQ1、Q2の出力OUT1、OUT2の電圧レベルにより、メモリトランジスタM11、M12に記憶されているデータが並列読み出しされる。2行目のメモリトランジスタM21、M22の記憶データも同様にして読み出される。
Since the drain voltage of the memory transistor in the ON state is reduced to near the potential of the
ところで、ここで問題となるのは読み出し電圧Vrの値である。読み出し電圧マージンを大きくとるためには、読み出し電圧Vrを消去状態におけるしきい値電圧と書き込み状態におけるしきい値電圧との丁度中間の値、即ち、平均値に設定することが好ましい。しかし、「背景技術」の項で説明したように、しきい値電圧は温度が上昇するに従って低下する。従って、読み出し電圧マージンを十分に確保するためには、読み出し電圧Vrの値も温度が上昇するに従って同じような温度依存性でもって低下させてやる必要がある。 Incidentally, the problem here is the value of the read voltage Vr. In order to increase the read voltage margin, it is preferable to set the read voltage Vr to an intermediate value between the threshold voltage in the erased state and the threshold voltage in the written state, that is, an average value. However, as described in the “Background Art” section, the threshold voltage decreases as the temperature increases. Therefore, in order to ensure a sufficient read voltage margin, the value of the read voltage Vr needs to be lowered with the same temperature dependence as the temperature rises.
そのような温度依存性を持たせるために、本実施形態では図1中に示したような読み出し電圧生成回路3を用いて読み出し電圧Vrを生成させる。読み出し電圧生成回路3は、基準電圧生成回路5と第1の抵抗R1、第2の抵抗R2、第3の抵抗R3により構成される。基準電圧生成回路5は、電源電圧Vddの供給を受けて、電位基準線4との間に温度依存性の小さい基準電圧Vsを生成させる。基準電圧生成回路5の出力線(基準電圧供給線)6と電位基準線4との間には、基準電圧生成回路5側から順に抵抗R1、R2、R3が直列に接続され、出力である読み出し電圧Vrは抵抗R2とR3の相互接続点7から取り出される。
In order to have such temperature dependence, in this embodiment, the read voltage Vr is generated using the read
次に、このような構成の読み出し電圧生成回路3の下で、メモリトランジスタのしきい値電圧の温度変化にほぼ追随して読み出し電圧Vrが変化するような回路定数の決定の仕方について説明する。メモリアレー2に使用しているメモリトランジスタの消去状態しきい値電圧、及び書き込み状態しきい値電圧は、それぞれ図2中の曲線10、11のように変化する。従って、その2つのしきい値電圧の平均値である平均しきい値電圧は、同じ図2中の曲線12のように温度上昇に従って低下する。
Next, how to determine a circuit constant that changes the read voltage Vr almost following the temperature change of the threshold voltage of the memory transistor under the read
温度(第1の基準温度)T1における平均しきい値電圧曲線12上の点をA1、温度(第2の基準温度)T2における点をA2とし、A1点、A2点の電圧(平均しきい値電圧)をそれぞれV1、V2とする。また、温度T2は温度T1より温度差t℃だけ高い温度とする。
A1点、A2点の間における平均しきい値は、図2中の平均しきい値電圧曲線12に示すような曲線を描いて変化する。読み出し電圧Vrはこの平均しきい値電圧曲線12に一致して変化することが理想である。しかし、その曲線に完全に一致させることは困難であるため、本実施形態では読み出し電圧Vrの値が、温度T1においてV1、温度T2においてV2となるように回路定数を決定する。即ち、読み出し電圧Vrの温度変化を表わす読み出し電圧曲線13がA1点、A2点を通過するように回路定数を決定する。そのように回路定数を決定すれば、温度T1と温度T2の間において読み出し電圧Vrは平均しきい値電圧曲線12に殆ど一致するような曲線を描いて変化し、読み出し電圧Vrと平均しきい値電圧との差は小さな値となるからである。
The point on the average
The average threshold value between the points A1 and A2 changes while drawing a curve as shown by an average
温度T1、T2間における平均しきい値電圧の平均温度係数をm〔/℃〕とする。また、抵抗R1、R2、R3の温度T1における抵抗値をそれぞれR1、R2、R3とし、それら抵抗値の温度T1、T2間における平均温度係数をそれぞれa1、a2、a3〔/℃〕とする。このように定義すると、温度T2における平均しきい値電圧V2、抵抗R1、R2、R3の値は次のように表わされる。 The average temperature coefficient of the average threshold voltage between the temperatures T1 and T2 is m [/ ° C.]. The resistance values of the resistors R1, R2, and R3 at the temperature T1 are R1, R2, and R3, respectively, and the average temperature coefficients of the resistance values between the temperatures T1 and T2 are a1, a2, and a3 [/ ° C.], respectively. If defined in this way, the values of the average threshold voltage V2 and the resistors R1, R2, and R3 at the temperature T2 are expressed as follows.
温度T2における平均しきい値電圧V2=(1+m・t)・V1
温度T2における抵抗R1の値=(1+a1・t)・R1
温度T2における抵抗R2の値=(1+a2・t)・R2
温度T2における抵抗R3の値=(1+a3・t)・R3
温度T1及びT2において読み出し電圧Vrの値が平均しきい値電圧V2に一致するための条件は、次の2式で表わされる。
Average threshold voltage V2 at temperature T2 = (1 + m · t) · V1
Value of resistance R1 at temperature T2 = (1 + a1 · t) · R1
Value of resistance R2 at temperature T2 = (1 + a2 · t) · R2
Value of resistance R3 at temperature T2 = (1 + a3 · t) · R3
Conditions for the value of the read voltage Vr to coincide with the average threshold voltage V2 at the temperatures T1 and T2 are expressed by the following two expressions.
V1=Vs・R3/(R1+R2+R3) (1)式
(1+m・t)・V1=Vs・(1+a3・t)・R3/((1+a1・t)・R1
+(1+a2・t)・R2+(1+a3・t)・R3)
この2式より次の条件が導き出される。
m・(a1・R1+a2・R2+a3・R3)・t−a3・(R1+R2+R3)
+(m+a1)・R1+(m+a2)・R2+(m+a3)・R3=0 (2)式 即ち、この(2)式が満足されるように抵抗R1、R2、R3の抵抗材料及び各抵抗値を決定すれば、読み出し電圧Vrの値は温度T1、T2においてそれぞれ平均しきい値電圧V1、V2に一致することになる。
V1 = Vs · R3 / (R1 + R2 + R3) (1) Formula (1 + m · t) · V1 = Vs · (1 + a3 · t) · R3 / ((1 + a1 · t) · R1
+ (1 + a2 · t) · R2 + (1 + a3 · t) · R3)
The following conditions are derived from these two equations.
m. (a1.R1 + a2.R2 + a3.R3) .t-a3. (R1 + R2 + R3)
+ (M + a1) .R1 + (m + a2) .R2 + (m + a3) .R3 = 0 (2) That is, the resistance materials and the resistance values of the resistors R1, R2, and R3 are determined so that the equation (2) is satisfied. Thus, the value of the read voltage Vr becomes equal to the average threshold voltages V1 and V2 at the temperatures T1 and T2, respectively.
(2)式は一般的すぎてこの式から抵抗R1、R2、R3の値を決定することは容易でないため、制約条件を追加して抵抗R1、R2、R3の値を決定する。
制約条件として、抵抗R2、R3には同じ抵抗材料を使用することとする。即ち、
a2=a3
また、
R2+R3=2R
とおくと、(2)式より次の関係が導かれる。
Since the equation (2) is too general and it is not easy to determine the values of the resistors R1, R2, and R3 from this equation, a constraint is added to determine the values of the resistors R1, R2, and R3.
As a constraint, the same resistance material is used for the resistors R2 and R3. That is,
a2 = a3
Also,
R2 + R3 = 2R
Then, the following relationship is derived from the equation (2).
R1/2R=−m・(1+a3・t)/(m・(1+a1・t)+a1−a3)
(3)式
この式の左辺は正数でなければならないので、右辺も正数である必要がある。従って、温度係数m、a1、a2、a3と温度差tには、(3)式の右辺を正にする関係が存在することが必要条件となる。
R1 / 2R = −m · (1 + a3 · t) / (m · (1 + a1 · t) + a1−a3)
(3) Expression Since the left side of this expression must be a positive number, the right side must also be a positive number. Accordingly, it is a necessary condition for the temperature coefficients m, a1, a2, a3 and the temperature difference t to have a relationship in which the right side of the equation (3) is positive.
ここで、
R1/2R=1/β (4)式
とおくと、(1)、(4)式より抵抗R2、R3は次のように計算される。
R2=R1・(β−(1+β)・V1/Vs) (5)式
R3=R1・(1+β)・V1/Vs (6)式
この(5)、(6)式において、βの値は温度係数m、a1、a2、a3と温度差tの値が決まれば(3)、(4)式を使用して計算できる定数である。また、V1は温度T1におけるメモリトランジスタの2つのしきい値電圧の平均値であり既知である。従って、抵抗R1の抵抗値と基準電圧Vsの値を決めれば、抵抗R2、R3の抵抗値はそれぞれ(5)式、(6)式により決定されることになる。次にその数値例をあげる。
〔数値例1〕
m=−0.002 〔/℃〕
a1=0.05 〔/℃〕
a2=a3=0.0005 〔/℃〕
t=100 〔℃〕
V1=1 〔V〕
Vs=3 〔V〕
R1=5 〔kΩ〕
とした場合には、(5)、(6)式より、
R2=58 〔kΩ〕
R3=31 〔kΩ〕
となる。
here,
R1 / 2R = 1 / β If the equation (4) is set, the resistors R2 and R3 are calculated as follows from the equations (1) and (4).
R2 = R1 · (β− (1 + β) · V1 / Vs) (5) Equation R3 = R1 · (1 + β) · V1 / Vs (6) Equation In these Equations (5) and (6), the value of β is the temperature If the values of the coefficients m, a1, a2, a3 and the temperature difference t are determined, they are constants that can be calculated using the equations (3) and (4). V1 is an average value of two threshold voltages of the memory transistor at the temperature T1, and is known. Therefore, if the resistance value of the resistor R1 and the value of the reference voltage Vs are determined, the resistance values of the resistors R2 and R3 are determined by the equations (5) and (6), respectively. Here are some numerical examples.
[Numerical example 1]
m = −0.002 [/ ° C.]
a1 = 0.05 [/ ° C]
a2 = a3 = 0.0005 [/ ° C.]
t = 100 [° C]
V1 = 1 [V]
Vs = 3 [V]
R1 = 5 [kΩ]
In this case, from equations (5) and (6)
R2 = 58 [kΩ]
R3 = 31 [kΩ]
It becomes.
なお、このように抵抗R1の値と基準電圧Vsの値を先に決定して求めた抵抗R2、R3の値が実現困難な抵抗値となった場合には、抵抗R1の値または基準電圧Vsの値に変更を加えて実現可能な抵抗値になるように調整を行なう。
また、このように基準電圧Vsの値を先に決定し、その値に基づいて抵抗R2、R3の値を決める方式を採用する場合には、基準電圧Vsとして図1中の電源電圧Vdd、即ち、メモリセルの記憶データを読み出す際にメモリセルに印加する電圧をそのまま使用してもよい。そのように電源電圧Vddを基準電圧Vs として使用すれば、基準電圧生成回路5を設ける必要がなくなる。
In addition, when the values of the resistors R2 and R3 obtained by previously determining the value of the resistor R1 and the value of the reference voltage Vs are difficult to realize, the value of the resistor R1 or the reference voltage Vs The value is adjusted so as to obtain a feasible resistance value.
Further, when the method of determining the value of the reference voltage Vs first and determining the values of the resistors R2 and R3 based on the value is adopted, the power supply voltage Vdd in FIG. The voltage applied to the memory cell when reading the stored data of the memory cell may be used as it is. If the power supply voltage Vdd is used as the reference voltage Vs as described above, it is not necessary to provide the reference voltage generation circuit 5.
また、上述のように抵抗R1の値と基準電圧Vsの値を先に決定し、その値に基づいて抵抗R2、R3の値を決定する方法の代わりに次のようにして決めてもよい。基準電圧Vsの値を先に決定することをせず、代わりに R2=R3 の制約条件を与えて抵抗R2、R3の値及び基準電圧Vsの値を決めるようにする。この場合の抵抗R2、R3の値及び基準電圧Vsの値は次式で計算される。 In addition, as described above, the value of the resistor R1 and the value of the reference voltage Vs may be determined first, and instead of the method of determining the values of the resistors R2 and R3 based on the values, the values may be determined as follows. Instead of determining the value of the reference voltage Vs first, a constraint condition of R2 = R3 is given instead to determine the values of the resistors R2, R3 and the value of the reference voltage Vs. In this case, the values of the resistors R2 and R3 and the value of the reference voltage Vs are calculated by the following equations.
R2=R3=0.5・β・R1 (7)式
Vs=2・(1+1/β)・V1 (8)式
〔数値例2〕
m=−0.002 〔/℃〕
a1=0.05 〔/℃〕
a2=a3=0.0005 〔/℃〕
t=100 〔℃〕
V1=1 〔V〕
R1=5 〔kΩ〕
R2=R3
とした場合には、(7)、(8)式より、
R2=R3=45 〔kΩ〕
Vs=2.1 〔V〕
となる。
R2 = R3 = 0.5 · β · R1 (7) Equation Vs = 2 · (1 + 1 / β) · V1 (8) Equation [Numerical Example 2]
m = −0.002 [/ ° C.]
a1 = 0.05 [/ ° C]
a2 = a3 = 0.0005 [/ ° C.]
t = 100 [° C]
V1 = 1 [V]
R1 = 5 [kΩ]
R2 = R3
In this case, from equations (7) and (8)
R2 = R3 = 45 [kΩ]
Vs = 2.1 [V]
It becomes.
この場合も抵抗R2、R3の値または基準電圧Vsの値が実現困難な数値となった場合には、抵抗R1の値に変更を加えて実現可能な数値になるように調整を行なう。 Also in this case, if the values of the resistors R2 and R3 or the value of the reference voltage Vs are difficult to realize, adjustment is performed so that the value of the resistor R1 is changed to be a realizable value .
なお、数値例1、2で取り上げた抵抗値の温度係数0.0005〔/℃〕の抵抗は、例えばポリシリコン抵抗で実現することができる。ポリシリコンは、不純物濃度を変更することで抵抗値、温度係数をある程度任意に調整できるからである。また、温度係数0.05〔/℃〕の抵抗は、PMOSトランジスタのチャネル抵抗で実現可能である。PMOSトランジスタのチャネル抵抗及びその温度係数は、チャネル幅、チャネル長さ、チャネル領域不純物濃度、ゲートバイアス電圧等を変更することでかなり任意に調整できるからである。
PMOSトランジスタとポリシリコン抵抗を用いた場合の読み出し電圧生成回路3の構成例を図3に示す。図中の温度依存性の小さい基準電圧生成回路5は、例えばバンドギャップ基準電圧生成回路で実現することができる。
The resistance having the temperature coefficient of 0.0005 [/ ° C.] taken up in Numerical Examples 1 and 2 can be realized by, for example, a polysilicon resistance. This is because the resistance value and temperature coefficient of polysilicon can be arbitrarily adjusted to some extent by changing the impurity concentration. Further, a resistance having a temperature coefficient of 0.05 [/ ° C.] can be realized by a channel resistance of a PMOS transistor. This is because the channel resistance and temperature coefficient of the PMOS transistor can be adjusted arbitrarily by changing the channel width, channel length, channel region impurity concentration, gate bias voltage, and the like.
FIG. 3 shows a configuration example of the read
このように本実施形態の不揮発性半導体記憶装置1では、読み出し電圧Vrの値が、第1の基準温度T1と第2の基準温度T2において、メモリトランジスタの消去状態におけるしきい値電圧と書き込み状態におけるしきい値電圧との平均値に一致するように読み出し電圧生成回路3を構成した。従って、それらの基準温度において十分な読み出し電圧マージンが確保されるのみならず、それらの中間温度域においても理想とする読み出し電圧に近い読み出し電圧が出力されることとなる。これにより、基準温度T1、T2間においても十分な読み出し電圧マージンが確保される効果を奏する。また、本実施形態の場合は、「背景技術」で述べた従来技術のように、メモリトランジスタのしきい値電圧の温度変動量とほぼ等しい温度変動量を持つMOSトランジスタを準備する必要がない利点がある。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device 1 according to the present embodiment, the value of the read voltage Vr is the threshold voltage in the erase state of the memory transistor and the write state at the first reference temperature T1 and the second reference temperature T2. The read
(変形実施態様)
以上、説明してきた実施形態では読み出し電圧Vrの値が、温度(第1の基準温度)T1においてはその温度における平均しきい値電圧に一致し、温度(第2の基準温度)T2においてはその温度における平均しきい値電圧に一致するように読み出し生成回路3の回路定数を設定するようにしてきた。
(Modified embodiment)
In the embodiment described above, the value of the read voltage Vr matches the average threshold voltage at the temperature (first reference temperature) T1, and the value at the temperature (second reference temperature) T2. The circuit constants of the
しかし、あらゆる場合にこのように平均しきい値電圧に一致するように読み出し電圧Vrを設定しておくことが最善とは限らない。例えば、しきい値電圧は書き込み、消去動作の繰り返しによって変化する。そして、その繰り返し動作による書き込み状態しきい値電圧と消去状態しきい値電圧の変化の程度は同じではない。
この場合、読み出し電圧Vrの値をメモリセル製作直後のしきい値電圧の平均値に設定しておいたのでは、しきい値電圧の変化により読み出し電圧マージンが小さくなる場合がある。こうした点を考慮すると、書き込み、消去動作を所定回数実行した後のしきい値電圧を予想し、その所定回数実行した時点での読み出し電圧マージンが最適になるように、読み出し電圧Vrの値を予め設定しておく方が好ましいともいえる。この場合の読み出し電圧Vrの値は、メモリセル製作直後のしきい値電圧の平均値より少し外れた値となる。
However, it is not always best to set the read voltage Vr to match the average threshold voltage in this way. For example, the threshold voltage changes with repeated writing and erasing operations. The degree of change of the write state threshold voltage and the erase state threshold voltage due to the repeated operation is not the same.
In this case, if the value of the read voltage Vr is set to the average value of the threshold voltage immediately after the manufacture of the memory cell, the read voltage margin may be reduced due to a change in the threshold voltage. In consideration of these points, the threshold voltage after the predetermined number of times of writing and erasing operations is predicted, and the value of the read voltage Vr is set in advance so that the read voltage margin at the time of executing the predetermined number of times is optimal. It can be said that setting is preferable. In this case, the value of the read voltage Vr is slightly different from the average value of the threshold voltages immediately after the memory cell is manufactured.
このようにするには、第1の基準温度T1においては上記のような点を考慮した所定の第1の設定電圧、第2の基準温度T2においては所定の第2の設定値に等しくなるように回路定数を決定する。 To do this, the first reference temperature T1 is equal to a predetermined first set voltage in consideration of the above points, and the second reference temperature T2 is equal to a predetermined second set value. Determine circuit constants.
図面中、1は不揮発性半導体記憶装置、2はメモリアレー、3は読み出し電圧生成回路、4は電位基準線、5は基準電圧生成回路、6は基準電圧供給線、7は相互接続点、M11、M12、M21、M22はメモリセル(メモリトランジスタ、Nチャネル型MOSトランジスタ)、R1は第1の抵抗、R2は第2の抵抗、R3は第3の抵抗、T1は第1の基準温度、T2は第2の基準温度、Vrは読み出し電圧、Vsは基準電圧を示す。 In the drawings, 1 is a nonvolatile semiconductor memory device, 2 is a memory array, 3 is a read voltage generation circuit, 4 is a potential reference line, 5 is a reference voltage generation circuit, 6 is a reference voltage supply line, 7 is an interconnection point, M11 , M12, M21, M22 are memory cells (memory transistors, N-channel MOS transistors), R1 is a first resistor, R2 is a second resistor, R3 is a third resistor, T1 is a first reference temperature, T2 Is a second reference temperature, Vr is a read voltage, and Vs is a reference voltage.
Claims (5)
5. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a channel resistance of a PMOS transistor is used as the first resistance, and a polysilicon resistance is used as the second and third resistances.
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