JP4523531B2 - Semiconductor memory device, reading method thereof, and electronic apparatus - Google Patents

Semiconductor memory device, reading method thereof, and electronic apparatus Download PDF

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Description

この発明は半導体記憶装置及びその読出方法に関し、より具体的には、各メモリセルに2ビットの情報を記憶させることができる不揮発性半導体記憶装置、及び上記各メモリセルから2ビットの情報を読み出すための方法に関する。また、この発明は、そのような半導体記憶装置を備えた電子機器に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device and a reading method thereof, and more specifically, a nonvolatile semiconductor memory device capable of storing 2-bit information in each memory cell, and 2-bit information is read from each memory cell. Related to the method. The present invention also relates to an electronic apparatus provided with such a semiconductor memory device.

従来から、各メモリセルに2ビットの情報を記憶させることができる不揮発性メモリとして、図9に示すようなフラッシュメモリが知られている。図9は、直列に接続されたメモリセル136a〜136dと、それらのメモリセルに記憶された情報を読み出すための回路を示している。各メモリセル136a〜136dの有するフローティングゲートには、それぞれ2ビットのデータが記憶されている。   Conventionally, a flash memory as shown in FIG. 9 is known as a nonvolatile memory capable of storing 2-bit information in each memory cell. FIG. 9 shows memory cells 136a to 136d connected in series and a circuit for reading information stored in these memory cells. Two bits of data are stored in the floating gates of the memory cells 136a to 136d.

例えば、メモリセル136bに記憶された情報を読み出す場合、まず、ワード線137に4Vを印加し、ビット線138a及び138bを接地し、ビット線138c〜138dには1Vを印加する。このとき、メモリセル136bのフローティングゲートに蓄えられた電荷に対応する電流がビット線138cより流れ、その電流量に応じてビット線の電位も変化する。一方、制御線134cに電圧を印加することによってカラムセレクタ135cをオン状態とし、これ以外のカラムセレクタ135a、135b、135d及び135eをオフ状態とすることによって、ビット線138cとグローバルビット線139とが電気的に接続される。これにより、メモリセルの読出電流がグローバルビット線139に伝えられる。   For example, when reading information stored in the memory cell 136b, first, 4V is applied to the word line 137, the bit lines 138a and 138b are grounded, and 1V is applied to the bit lines 138c to 138d. At this time, a current corresponding to the charge stored in the floating gate of the memory cell 136b flows from the bit line 138c, and the potential of the bit line also changes according to the amount of the current. On the other hand, by applying a voltage to the control line 134c, the column selector 135c is turned on, and the other column selectors 135a, 135b, 135d and 135e are turned off, whereby the bit line 138c and the global bit line 139 are turned on. Electrically connected. Thereby, the read current of the memory cell is transmitted to the global bit line 139.

ここで、メモリセルアレイを構成するメモリセルの特性には一般的にばらつきがあるため、メモリセル138a〜138dに記憶された各記憶状態「00」「01」「10」「11」に対応して得られる読出電流は、図10中に示すような分布144〜147を示す。このため、それぞれの記憶状態を判定するための基準としてリファレンス141〜143を設ける。   Here, since the characteristics of the memory cells constituting the memory cell array generally vary, it corresponds to each storage state “00” “01” “10” “11” stored in the memory cells 138a to 138d. The obtained read current shows distributions 144 to 147 as shown in FIG. For this reason, references 141 to 143 are provided as criteria for determining the respective storage states.

そして、図9中の入力133にリファレンス141〜143を順次入力し、判定回路132において、入力133より供給されるリファレンスに対する電流とメモリセルの読出電流とを比較して、両者の大小を判定する。このようにして、メモリセルに記憶された情報を読み出す(例えば、特許文献1(米国特許第5608669号明細書)参照。)。   Then, the references 141 to 143 are sequentially input to the input 133 in FIG. 9, and the determination circuit 132 compares the current supplied to the reference from the input 133 with the read current of the memory cell, and determines the magnitude of both. . In this manner, information stored in the memory cell is read (see, for example, Patent Document 1 (US Pat. No. 5,608,669)).

また、近年、図1Aまたは図2Aに示すように、1つのメモリセルに2つの記憶部12a,12b;27a,27bを備え、それぞれの記憶部に1ビットの情報を記憶することによって、1つのメモリセル当たり2ビットの情報を記憶するメモリ素子が提案されている(例えば、特許文献2(特表2001−512290号公報)、特許文献3(特開2004−221546号公報)参照。)。これらの構成では、1つの記憶部について1ビットの情報を記憶すればよく、図9に示す構成と比較して、1つのメモリセル当たり2ビットの記憶を行うことが比較的容易である。
米国特許第5608669号明細書 特表2001−512290号公報 特開2004−221546号公報
In recent years, as shown in FIG. 1A or FIG. 2A, one memory cell is provided with two storage units 12a and 12b; 27a and 27b, and by storing 1-bit information in each storage unit, Memory elements that store 2-bit information per memory cell have been proposed (see, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 2001-512290) and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-221546)). In these configurations, it is only necessary to store 1-bit information in one storage unit, and it is relatively easy to store 2 bits per memory cell as compared to the configuration illustrated in FIG.
US Pat. No. 5,608,669 JP-T-2001-512290 JP 2004-221546 A

しかしながら、近年の微細加工技術の進展に伴い、メモリセルアレイに含まれるメモリセルの特性のばらつきが顕著になってきた。その結果、例えば図9に示したフラッシュメモリでは、図10中に示す4つの記憶状態に対応した電流分布144〜147のうち隣り合うもの同士が重なる場合が生じている。このため、1つの固定したリファレンスレベルを設け、このリファレンスレベルと比較した電流の大小を比較する方法によって情報を読み出すことが困難になってきている。   However, with recent progress in microfabrication technology, variations in characteristics of memory cells included in the memory cell array have become prominent. As a result, for example, in the flash memory shown in FIG. 9, the adjacent ones of the current distributions 144 to 147 corresponding to the four storage states shown in FIG. For this reason, it has become difficult to read out information by a method in which one fixed reference level is provided and the magnitude of the current compared with this reference level is compared.

さらに、図1Aまたは図2Aに示したメモリセルについても、微細加工技術の進展に伴い、メモリセルの特性ばらつきが増大する傾向にある。特に、信頼性を考慮してトランジスタの線形領域の電圧条件で読み出しを行った場合、読出電流の値が、読み出す記憶部と反対側の記憶部の記憶状態の影響を受けて変化するという現象が生じて、ばらつきがさらに増大している。このため、1つの記憶部に記憶された1ビットの情報を読み出す際に、1つの固定したリファレンスによって読み出すことが困難になってきている。   Further, with respect to the memory cell shown in FIG. 1A or FIG. 2A, the variation in characteristics of the memory cell tends to increase as the microfabrication technology advances. In particular, when reading is performed under voltage conditions in the linear region of the transistor in consideration of reliability, there is a phenomenon that the value of the read current changes due to the influence of the storage state of the storage unit opposite to the storage unit to be read. As a result, the variation is further increased. For this reason, when reading 1-bit information stored in one storage unit, it has become difficult to read with one fixed reference.

そこで、この発明の課題は、互いに独立した情報を記憶し得る2つの記憶部を有するメモリセルから2ビットの情報を読み出す場合に、信頼性の高い安定した読出動作を行える半導体記憶装置及びその読み出し方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of performing a highly reliable and stable reading operation when reading out 2-bit information from a memory cell having two storage units capable of storing information independent of each other, and the reading thereof. It is to provide a method.

また、この発明の課題は、そのような半導体記憶装置を備えた電子機器に関する。   Another object of the present invention relates to an electronic apparatus provided with such a semiconductor memory device.

上記課題を解決するため、この発明の半導体記憶装置の読出方法は、
互いに独立した情報を記憶し得る一対の記憶部を有する複数のメモリセルの上記一対の記憶部の記憶状態を互いに逆向きの第1及び第2の電流経路を使って読み出す半導体記憶装置の読出方法であって、
上記各メモリセルを流れる電流は、上記各電流経路でそれぞれ、両方の記憶部がプログラム状態であるとき最小値をとり、上記電流の向きに応じた一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるとき上記最小値よりも大きい第1中間値をとり、上記一方の記憶部が消去状態で上記他方の記憶部がプログラム状態であるとき上記第1中間値よりも大きい第2中間値をとり、上記両方の記憶部が消去状態であるとき上記第2中間値よりも大きい最大値をとるようになっており、
上記複数のメモリセルに関して共通に、上記最小値よりも大きくかつ上記第2中間値よりも小さい第1のリファレンス電流レベルと、上記第1中間値よりも大きくかつ上記最大値よりも小さい第2のリファレンス電流レベルとを定め、
上記第1の電流経路を設定して、上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較するとともに、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を第1の蓄積部に蓄え、
上記第2の電流経路を設定して、上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較するとともに、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を第2の蓄積部に蓄え、
上記第1の蓄積部に蓄えた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えた電荷量とを比較することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a reading method of a semiconductor memory device of the present invention includes:
A reading method for a semiconductor memory device, which reads out the storage states of the pair of storage units of a plurality of memory cells having a pair of storage units capable of storing mutually independent information using first and second current paths opposite to each other. Because
The current flowing through each memory cell takes a minimum value when both storage units are in the programmed state in each current path, and one storage unit corresponding to the direction of the current is in the programmed state and the other storage unit. Takes a first intermediate value greater than the minimum value when the first storage unit is in the erased state, and a second intermediate value greater than the first intermediate value when the one storage unit is in the erased state and the other storage unit is in the programmed state Taking a value and taking a maximum value greater than the second intermediate value when both storage parts are in the erased state,
In common with the plurality of memory cells, a first reference current level that is greater than the minimum value and less than the second intermediate value, and a second reference current level that is greater than the first intermediate value and less than the maximum value. Define the reference current level,
The first current path is set, the current flowing through the memory cell is compared with the first and second reference current levels, and the charge corresponding to the current flowing through the memory cell is stored in the first storage. Store in the department,
The second current path is set to compare the current flowing through the memory cell with the first and second reference current levels, respectively, and charge corresponding to the current flowing through the memory cell is stored in the second storage. Store in the department,
The charge amount stored in the first storage unit is compared with the charge amount stored in the second storage unit.

ここで、記憶状態の一つである「プログラム状態」とは情報が書き込まれた状態を意味し、「消去状態」とは情報が消去された状態を意味する。例えば「プログラム状態」は論理0、「消去状態」は論理1にそれぞれ対応し得る。   Here, “program state” which is one of the storage states means a state where information is written, and “erase state” means a state where information is erased. For example, “program state” can correspond to logic 0, and “erase state” can correspond to logic 1, respectively.

一般に、半導体記憶装置に含まれるメモリセル全体で見た場合、メモリセルの特性ばらつきのせいで、上記第1中間値の分布と第2中間値の分布とが互いに一部重なっていて、1つのリファレンス電流レベルを用いるだけでは、判定回路において各記憶部の記憶状態を正確に判定するための十分な電流マージンがない場合がある。そこで、この発明の半導体記憶装置の読出方法では、上記複数のメモリセルに関して共通に、上記最小値よりも大きくかつ上記第2中間値よりも小さい第1のリファレンス電流レベルと、上記第1中間値よりも大きくかつ上記最大値よりも小さい第2のリファレンス電流レベルとを定める。上記第1のリファレンス電流レベルは、上記最小値の分布と上記第2中間値の分布との間にマージンをもって設定できる。また、上記第2のリファレンス電流レベルは、上記第1中間値の分布と上記最大値の分布との間にマージンをもって設定できる。そして、上記各電流経路を設定しているとき、上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較する。これにより、両方の記憶部がプログラム状態であるとき、または両方の記憶部が消去状態であるときは、そのことを正確に判定できる。また、いずれか一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるときは、さらに上記第1の蓄積部に蓄えた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えた電荷量とを比較した結果に基づいて、正確に判定できる。したがって、従来技術と比較して、より信頼性の高い安定した読出動作を行うことが可能となる。   In general, when viewed from the whole memory cell included in a semiconductor memory device, the distribution of the first intermediate value and the distribution of the second intermediate value partially overlap each other due to variations in characteristics of the memory cell. If only the reference current level is used, the determination circuit may not have a sufficient current margin for accurately determining the storage state of each storage unit. Therefore, in the reading method of the semiconductor memory device of the present invention, the first reference current level that is larger than the minimum value and smaller than the second intermediate value and the first intermediate value in common with respect to the plurality of memory cells. And a second reference current level that is greater than and less than the maximum value. The first reference current level can be set with a margin between the minimum value distribution and the second intermediate value distribution. The second reference current level can be set with a margin between the distribution of the first intermediate value and the distribution of the maximum value. Then, when each of the current paths is set, the current flowing through the memory cell is compared with the first and second reference current levels. As a result, when both storage units are in the programmed state, or when both storage units are in the erased state, this can be accurately determined. When one of the storage units is in the programmed state and the other storage unit is in the erased state, the amount of charge stored in the first storage unit and the amount of charge stored in the second storage unit are An accurate determination can be made based on the comparison result. Therefore, it is possible to perform a more reliable and stable reading operation as compared with the prior art.

この発明の半導体記憶装置は、
互いに独立した情報を記憶し得る一対の記憶部を有し、上記一対の記憶部の記憶状態は互いに逆向きの第1及び第2の電流経路を使って読み出されるようになっている複数のメモリセルを備え、
上記各メモリセルを流れる電流は、上記各電流経路でそれぞれ、両方の記憶部がプログラム状態であるとき最小値をとり、上記電流の向きに応じた一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるとき上記最小値よりも大きい第1中間値をとり、上記一方の記憶部が消去状態で上記他方の記憶部がプログラム状態であるとき上記第1中間値よりも大きい第2中間値をとり、上記両方の記憶部が消去状態であるとき上記第2中間値よりも大きい最大値をとるようになっており、
上記複数のメモリセルに関して共通に、上記最小値よりも大きくかつ上記第2中間値よりも小さい第1のリファレンス電流レベルと、上記第1中間値よりも大きくかつ上記最大値よりも小さい第2のリファレンス電流レベルとが定められ、
上記各電流経路を順次設定する電流経路設定部と、
上記各電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流と上記第1のリファレンス電流レベルとを比較する第1の判定回路と、
上記各電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流と上記第2のリファレンス電流レベルとを比較する第2の判定回路と、
上記第1の電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を蓄える第1の蓄積部と、
上記第2の電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を蓄える第2の蓄積部と、
上記第1の蓄積部に蓄えられた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えられた電荷量とを比較する第3の判定回路とを備えたことを特徴とする。
The semiconductor memory device of the present invention is
A plurality of memories having a pair of storage units capable of storing mutually independent information, and the storage states of the pair of storage units being read using first and second current paths opposite to each other With cells,
The current flowing through each memory cell takes a minimum value when both storage units are in the programmed state in each current path, and one storage unit corresponding to the direction of the current is in the programmed state and the other storage unit. Takes a first intermediate value greater than the minimum value when the first storage unit is in the erased state, and a second intermediate value greater than the first intermediate value when the one storage unit is in the erased state and the other storage unit is in the programmed state Taking a value and taking a maximum value greater than the second intermediate value when both storage parts are in the erased state,
In common with the plurality of memory cells, a first reference current level that is greater than the minimum value and less than the second intermediate value, and a second reference current level that is greater than the first intermediate value and less than the maximum value. A reference current level is defined,
A current path setting unit for sequentially setting the current paths;
A first determination circuit that compares a current flowing through the memory cell with the first reference current level when each of the current paths is set;
A second determination circuit that compares a current flowing through the memory cell with the second reference current level when each of the current paths is set;
When the first current path is set, a first accumulation unit that accumulates electric charge according to the current flowing through the memory cell;
When the second current path is set, a second accumulation unit that accumulates electric charge according to the current flowing through the memory cell;
A third determination circuit that compares the amount of charge stored in the first storage unit with the amount of charge stored in the second storage unit is provided.

この発明の半導体記憶装置では、上記各電流経路が設定されているとき、上記第1、第2の判定回路が上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較する。これにより、両方の記憶部がプログラム状態であるとき、または両方の記憶部が消去状態であるときは、そのことを正確に判定できる。また、いずれか一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるときは、そのことをさらに上記第3の判定回路が上記第1の蓄積部に蓄えた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えた電荷量とを比較した結果に基づいて、正確に判定できる。したがって、従来技術と比較して、より信頼性の高い安定した読出動作を行うことが可能となる。   In the semiconductor memory device of the present invention, when each of the current paths is set, the first and second determination circuits compare the current flowing through the memory cell with the first and second reference current levels, respectively. To do. As a result, when both storage units are in the programmed state, or when both storage units are in the erased state, this can be accurately determined. Further, when any one of the storage units is in the programmed state and the other storage unit is in the erased state, the fact that the third determination circuit further stores the charge amount stored in the first storage unit and the second storage unit. Can be accurately determined based on the result of comparison with the amount of charge stored in the storage section. Therefore, it is possible to perform a more reliable and stable reading operation as compared with the prior art.

一実施形態の半導体記憶装置では、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1及び第2の判定回路は、上記グローバルビット線に接続された第1の入力端子と、上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられる第2の入力端子とを有し、
上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して上記第1、第2の蓄積部が接続され、
上記第3の判定回路は、上記第1の蓄積部に第3のセレクタを介して接続された第1の入力端子と、上記第2の蓄積部に第4のセレクタを介して接続された第2の入力端子とを有することを特徴とする。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first and second determination circuits have a first input terminal connected to the global bit line, and a second input terminal to which the first or second reference current level is applied,
The first and second storage units are connected to the global bit line via first and second selectors, respectively.
The third determination circuit includes a first input terminal connected to the first storage unit via a third selector, and a first input terminal connected to the second storage unit via a fourth selector. 2 input terminals.

この一実施形態の半導体記憶装置では、上記カラムセレクタおよび第1乃至第4のセレクタのオン、オフを切り替えることによって、上記一対の記憶部の記憶状態を読み出すことができる。   In the semiconductor memory device of this embodiment, the storage state of the pair of storage units can be read by switching the column selector and the first to fourth selectors on and off.

一実施形態の半導体記憶装置では、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1、第2及び第3の判定回路は互いに共通の一つの判定回路として構成され、この判定回路は、上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して接続された第1、第2の入力端子を有し、
上記判定回路の第1の入力端子に第3のセレクタを介して上記第1の蓄積部が接続され、
上記判定回路の第2の入力端子に第4のセレクタを介して上記第2の蓄積部が接続され、
上記判定回路の第1、第2の入力端子にそれぞれ第5、第6のセレクタを介して上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられるようになっていることを特徴とする。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first, second, and third determination circuits are configured as a common determination circuit, and the determination circuit is connected to the global bit line via a first selector and a second selector, respectively. A second input terminal;
The first storage unit is connected to a first input terminal of the determination circuit via a third selector,
The second storage unit is connected to a second input terminal of the determination circuit via a fourth selector,
The first or second reference current level is applied to the first and second input terminals of the determination circuit via the fifth and sixth selectors, respectively.

この一実施形態の半導体記憶装置では、上記カラムセレクタおよび第1乃至第6のセレクタのオン、オフを切り替えることによって、上記一対の記憶部の記憶状態を読み出すことができる。しかも、上記第1、第2及び第3の判定回路が占める面積を1つ分に削減することができるため、半導体記憶装置の面積を削減することが可能となる。   In the semiconductor memory device of this embodiment, the storage state of the pair of storage units can be read by switching on and off the column selector and the first to sixth selectors. In addition, since the area occupied by the first, second, and third determination circuits can be reduced to one, the area of the semiconductor memory device can be reduced.

一実施形態の半導体記憶装置では、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1及び第2の判定回路は互いに共通の一つの判定回路として構成され、この判定回路は、上記グローバルビット線に接続された第1の入力端子と、上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられる第2の入力端子とを有し、
上記第3の判定回路は、上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して接続された第1、第2の入力端子を有し、
上記第3の判定回路の第1の入力端子に第3のセレクタを介して上記第1の蓄積部が接続され、
上記第3の判定回路の第2の入力端子に第4のセレクタを介して上記第2の蓄積部が接続されていることを特徴とする。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first and second determination circuits are configured as one common determination circuit, and the determination circuit includes a first input terminal connected to the global bit line and the first or second reference current. A second input terminal to which a level is given,
The third determination circuit has first and second input terminals connected to the global bit line via first and second selectors, respectively.
The first storage unit is connected to a first input terminal of the third determination circuit via a third selector,
The second storage unit is connected to the second input terminal of the third determination circuit via a fourth selector.

この一実施形態の半導体記憶装置では、上記カラムセレクタおよび第1乃至第4のセレクタのオン、オフを切り替えることによって、上記一対の記憶部の記憶状態を読み出すことができる。しかも、上記第1、第2及び第3の判定回路が占める面積を2つ分に削減することができるため、半導体記憶装置の面積を削減することが可能となる。   In the semiconductor memory device of this embodiment, the storage state of the pair of storage units can be read by switching the column selector and the first to fourth selectors on and off. In addition, since the area occupied by the first, second, and third determination circuits can be reduced to two, the area of the semiconductor memory device can be reduced.

一実施形態の半導体記憶装置では、
上記メモリセルは、
半導体層と、
この半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の直下に相当する領域に設けられた或る導電型を有するチャネル領域と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の両側に相当する領域に設けられ、それぞれ上記チャネル領域の導電型と逆の導電型を有する一対の拡散領域と、
上記各拡散領域上に上記ゲート電極の対応する側面に接するように設けられ、それぞれ電荷または分極を保持する機能を有する一対のメモリ機能体とを備え、
上記メモリセルの上記一対の拡散領域はそれぞれビット線に接続される端子をなしていることを特徴とする。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The memory cell
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A channel region having a certain conductivity type provided in a region corresponding to the surface of the semiconductor layer immediately below the gate electrode;
A pair of diffusion regions provided in regions corresponding to both sides of the gate electrode on the surface of the semiconductor layer, each having a conductivity type opposite to that of the channel region;
A pair of memory function bodies provided on the respective diffusion regions so as to be in contact with corresponding side surfaces of the gate electrode and having a function of holding charge or polarization, respectively;
The pair of diffusion regions of the memory cell each have a terminal connected to a bit line.

この一実施形態の半導体記憶装置では、一対の拡散領域に対する印加電圧を入れ替えることによって各メモリ機能体の情報の書き込み、消去および読み出しを行うことができる。つまり、上記一対のメモリ機能体が上記一対の記憶部として働く。したがって、1つのメモリセル当たり2ビットの記憶および読み出しが可能となる。また、上記メモリセルは、代表的な不揮発性メモリであるEPROMやフラッシュメモリのものと比較して、一般的に論理回路に用いられるトランジスタ素子と構造が類似している。したがって、簡易な製造プロセスでもって、メモリ部と論理回路部とを同一の半導体基板上に容易に混載することができる。   In the semiconductor memory device of this embodiment, the information of each memory function body can be written, erased and read by switching the applied voltages to the pair of diffusion regions. That is, the pair of memory function bodies function as the pair of storage units. Accordingly, 2 bits can be stored and read out per memory cell. The memory cell is similar in structure to a transistor element generally used in a logic circuit as compared with a typical nonvolatile memory such as an EPROM or a flash memory. Therefore, the memory portion and the logic circuit portion can be easily mixed on the same semiconductor substrate with a simple manufacturing process.

一実施形態の半導体記憶装置では、
上記メモリセルは、
半導体層と、
この半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記半導体層とゲート電極との間に挟まれた第1、第2及び第3の絶縁膜の積層からなる複合ゲート絶縁膜と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の直下に相当する領域に設けられた或る導電型を有するチャネル領域と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の両側に相当する領域に設けられ、それぞれ上記チャネル領域の導電型と逆の導電型を有する一対の拡散領域とを備え、
上記複合ゲート絶縁膜の上記第1及び第3の絶縁膜に挟まれた第2の絶縁膜は、上記各拡散領域に対応する端部にそれぞれ電荷または分極を保持する機能を有する一対の記憶領域を備え、
上記メモリセルの上記一対の拡散領域はそれぞれビット線に接続される端子をなしていることを特徴とする。
In the semiconductor memory device of one embodiment,
The memory cell
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A composite gate insulating film comprising a stack of first, second and third insulating films sandwiched between the semiconductor layer and the gate electrode;
A channel region having a certain conductivity type provided in a region corresponding to the surface of the semiconductor layer immediately below the gate electrode;
A pair of diffusion regions provided in regions corresponding to both sides of the gate electrode in the surface of the semiconductor layer, each having a conductivity type opposite to that of the channel region;
The second insulating film sandwiched between the first and third insulating films of the composite gate insulating film has a pair of storage regions each having a function of holding charge or polarization at the end corresponding to each diffusion region. With
The pair of diffusion regions of the memory cell each have a terminal connected to a bit line.

この一実施形態の半導体記憶装置では、一対の拡散領域に対する印加電圧を入れ替えることによって上記第2の絶縁膜の各記憶領域の情報の書き込み、消去および読み出しを行うことができる。つまり、上記一対の記憶領域が上記一対の記憶部として働く。したがって、1つのメモリセル当たり2ビットの記憶および読み出しが可能となる。また、各記憶領域がチャネル領域のすぐ上に形成されているため、記憶領域に蓄えられた電荷の多寡よる電流差が大きく、かつ、書き込み・消去の速度も速い。また、記憶領域が形成される第2の絶縁膜の形状がシンプルであり、この第2の絶縁膜の製造ばらつきに起因する素子特性のばらつきも少ない。   In the semiconductor memory device of this embodiment, information in each memory area of the second insulating film can be written, erased, and read by switching the voltages applied to the pair of diffusion areas. That is, the pair of storage areas function as the pair of storage units. Accordingly, 2 bits can be stored and read out per memory cell. In addition, since each storage area is formed immediately above the channel area, the current difference due to the amount of charges stored in the storage area is large, and the writing / erasing speed is high. Further, the shape of the second insulating film in which the memory region is formed is simple, and there is little variation in element characteristics due to manufacturing variations of the second insulating film.

この発明の電子機器は、上記半導体記憶装置を備えたことを特徴とする。   An electronic apparatus according to the present invention includes the semiconductor memory device.

この発明の電子機器では、上記半導体記憶装置の読出動作が従来に比して信頼性の高い安定したものとなるので、信頼性が高まる。   In the electronic apparatus according to the present invention, the read operation of the semiconductor memory device is more stable and more reliable than the conventional one, so that the reliability is increased.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図1Aに本発明の半導体記憶装置に含まれるメモリセルの断面構造を例示する。半導体層としての半導体基板10の表面にチャネル領域をなすP型ウェル領域14が形成されている。このメモリセルは、P型ウェル領域14上にゲート絶縁膜13を介して形成されたゲート電極11を備えている。P型ウェル領域14のうちゲート電極11の両側に相当する領域に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能する一対のN型の拡散領域15a及び15bが形成されている。拡散領域15a及び15bはゲート電極11の直下の領域には達しておらず、ゲート電極11と拡散領域15a及び15bとの間にはチャネル方向(図における横方向)に隙間(オフセット領域)が設けられている。つまり、オフセット構造が形成されている。拡散領域15a、15b上に、それぞれ上記オフセット領域を覆うとともにゲート電11の対応する側面に接するように一対のメモリ機能体12a及び12bが記憶部として設けられている。   FIG. 1A illustrates a cross-sectional structure of a memory cell included in a semiconductor memory device of the present invention. A P-type well region 14 forming a channel region is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 as a semiconductor layer. This memory cell includes a gate electrode 11 formed on a P-type well region 14 via a gate insulating film 13. A pair of N-type diffusion regions 15 a and 15 b each functioning as a source region or a drain region are formed in regions corresponding to both sides of the gate electrode 11 in the P-type well region 14. The diffusion regions 15a and 15b do not reach the region immediately below the gate electrode 11, and a gap (offset region) is provided between the gate electrode 11 and the diffusion regions 15a and 15b in the channel direction (lateral direction in the figure). It has been. That is, an offset structure is formed. On the diffusion regions 15a and 15b, a pair of memory function bodies 12a and 12b is provided as a storage unit so as to cover the offset region and to be in contact with the corresponding side surface of the gate electrode 11, respectively.

メモリ機能体12a及び12bは、それぞれ電荷または分極を保持する機能を有する。このメモリ機能体12a及び12bにおいて電荷もしくは分極を保持する機能を有する膜として、シリコン窒化膜や強誘電膜などを用いることができる。なお、メモリ機能体の構成としては、電荷もしくは分極をより長期間保持するように、上記電荷もしくは分極を保持する膜の上下がシリコン酸化膜を代表とする絶縁膜で覆われていてもよい。例えば、電荷を保持する機能を有する膜としてシリコン窒化膜を用いた場合、メモリ機能体12a及び12bは、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の三層構造であってもよい。   The memory function bodies 12a and 12b each have a function of holding charge or polarization. A silicon nitride film, a ferroelectric film, or the like can be used as a film having a function of maintaining charge or polarization in the memory function bodies 12a and 12b. Note that, as a configuration of the memory function body, the upper and lower sides of the film that holds the charge or polarization may be covered with an insulating film typified by a silicon oxide film so as to hold the charge or polarization for a longer period. For example, when a silicon nitride film is used as a film having a function of holding charges, the memory function bodies 12a and 12b may have a three-layer structure of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film.

また、メモリ機能体12a及び12bの別の構成例として、ナノメートルサイズの導電体又は半導体からなる微粒子が絶縁膜中に散点状に分布する構造を有していてもよい。   Further, as another configuration example of the memory function bodies 12a and 12b, the memory function bodies 12a and 12b may have a structure in which fine particles made of a nanometer-sized conductor or semiconductor are distributed in a scattered manner in the insulating film.

なお、メモリ機能体は、上記構成に拘るものではなく、電荷もしくは分極を保持する機能を有していれば、他の構成でも構わない。   Note that the memory function body is not limited to the above configuration, and may have another configuration as long as it has a function of holding charge or polarization.

次に、図1Aに示すメモリセルのプログラム(書き込み)動作について説明する。なお、ここではメモリ機能体12a及び12b全体が電荷を保持する機能を有する場合について説明する。また、プログラム(書き込み)とは、この例のようにメモリセルがNチャネル型である場合にはメモリ機能体12a、12bに電子を注入することを指す。以後、メモリセルはNチャネル型であるとして説明する。   Next, a program (write) operation of the memory cell shown in FIG. 1A will be described. Here, the case where the entire memory function bodies 12a and 12b have a function of holding charges will be described. The program (write) refers to injecting electrons into the memory function bodies 12a and 12b when the memory cell is an N-channel type as in this example. In the following description, the memory cell is assumed to be an N-channel type.

メモリ機能体12bに電子を注入してプログラムするためには、N型の拡散領域15aをソース領域、N型の拡散領域15bをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域15a及びP型ウェル領域14に0V、拡散領域15bに+5V、ゲート電極11に+5Vを印加する。   In order to program by injecting electrons into the memory function body 12b, the N-type diffusion region 15a is handled as a source region, and the N-type diffusion region 15b is handled as a drain region. For example, 0V is applied to the diffusion region 15a and the P-type well region 14, + 5V is applied to the diffusion region 15b, and + 5V is applied to the gate electrode 11.

このような電圧条件によれば、反転層が、拡散領域15a(ソース領域)から伸びるが、拡散領域15b(ドレイン領域)に達することなく、ピンチオフ点が発生する。電子は、ピンチオフ点から拡散領域15b(ドレイン領域)まで高電界により加速され、いわゆるホットエレクトロン(高エネルギーの伝導電子)となる。このホットエレクトロンがメモリ機能体12bに注入されることにより書き込みが行なわれる。なお、メモリ機能体12a近傍では、ホットエレクトロンが発生しないため、書き込みは行なわれない。   Under such a voltage condition, the inversion layer extends from the diffusion region 15a (source region), but a pinch-off point is generated without reaching the diffusion region 15b (drain region). The electrons are accelerated by a high electric field from the pinch-off point to the diffusion region 15b (drain region), and become so-called hot electrons (high energy conduction electrons). Writing is performed by injecting the hot electrons into the memory function body 12b. In the vicinity of the memory function body 12a, no hot electrons are generated, so that writing is not performed.

一方、メモリ機能体12aに電子を注入してプログラムするためには、拡散領域15bをソース領域、拡散領域15aをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域15b及びP型ウェル領域14に0V、拡散領域15aに+5V、ゲート電極11に+5Vを印加する。   On the other hand, in order to program by injecting electrons into the memory function body 12a, the diffusion region 15b is treated as a source region and the diffusion region 15a is treated as a drain region. For example, 0V is applied to the diffusion region 15b and the P-type well region 14, + 5V is applied to the diffusion region 15a, and + 5V is applied to the gate electrode 11.

このように、メモリ機能体12bに電子を注入する場合に対して拡散領域(ソース/ドレイン領域)15a、15bに対する印加電圧を入れ替えることにより、メモリ機能体12aに電子を注入して、プログラムを行なうことができる。   As described above, the electrons are injected into the memory function body 12a by switching the applied voltages to the diffusion regions (source / drain regions) 15a and 15b in the case of injecting electrons into the memory function body 12b. be able to.

次に、消去動作について説明する。   Next, the erase operation will be described.

メモリ機能体12aに記憶された情報を消去するためには、拡散領域15aに正電圧(例えば、+5V)、P型ウェル領域14に0Vを印加して、拡散領域15aとP型ウェル領域14とのPN接合に逆方向バイアスをかけ、さらにゲート電極11に負電圧(例えば、−5V)を印加する。このとき、PN接合のうちゲート電極11付近では、負電圧が印加されたゲート電極の影響により、特にポテンシャルの勾配が急になる。そのため、バンド間トンネルによりPN接合のP型ウェル領域14側にホットホール(高エネルギーの正孔)が発生する。このホットホールが負の電位をもつゲート電極11方向に引きこまれ、その結果、メモリ機能体12aにホール注入が行なわれる。このようにして、メモリ機能体12aの消去が行なわれる。このとき拡散領域15bには0Vを印加すればよい。   In order to erase the information stored in the memory function body 12a, a positive voltage (for example, + 5V) is applied to the diffusion region 15a, and 0V is applied to the P-type well region 14, and the diffusion region 15a, the P-type well region 14 and A reverse bias is applied to the PN junction, and a negative voltage (for example, −5 V) is applied to the gate electrode 11. At this time, in the vicinity of the gate electrode 11 in the PN junction, the potential gradient is particularly steep due to the influence of the gate electrode to which a negative voltage is applied. Therefore, hot holes (high energy holes) are generated on the P-type well region 14 side of the PN junction due to the band-to-band tunnel. This hot hole is drawn in the direction of the gate electrode 11 having a negative potential, and as a result, hole injection is performed in the memory function body 12a. In this way, the memory function body 12a is erased. At this time, 0 V may be applied to the diffusion region 15b.

メモリ機能体12bに記憶された情報を消去する場合は、上記において拡散領域15aと拡散領域15bとの電位を入れ替えればよい。   When erasing the information stored in the memory function body 12b, the potentials of the diffusion region 15a and the diffusion region 15b may be switched in the above.

上述のようにして記憶された情報を読み出す方法について、次に説明する。   Next, a method for reading the information stored as described above will be described.

メモリ機能体12aに記憶された情報を読み出す場合は、図1Aにおいて左向きの電流経路を第1の電流経路として設定し、拡散領域15aをソース領域、拡散領域15bをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域15a及びP型ウェル領域14に0V、拡散領域15bに+1V、ゲート電極11に+3Vを印加する。この際、メモリ機能体12aに電子が蓄積していない場合には、ドレイン電流が流れやすい。一方、第1のメモリ機能体12aに電子が蓄積している場合は、メモリ機能体12a近傍で反転層が形成されにくいので、ドレイン電流は流れにくい。したがって、ドレイン電流を検出することにより、メモリ機能体12aの記憶情報を読み出すことができる。   When reading the information stored in the memory function body 12a, the leftward current path in FIG. 1A is set as the first current path, and the diffusion region 15a is treated as the source region and the diffusion region 15b is treated as the drain region. For example, 0V is applied to the diffusion region 15a and the P-type well region 14, + 1V is applied to the diffusion region 15b, and + 3V is applied to the gate electrode 11. At this time, if electrons are not accumulated in the memory function body 12a, a drain current tends to flow. On the other hand, when electrons are accumulated in the first memory function body 12a, the inversion layer is not easily formed in the vicinity of the memory function body 12a, and therefore, the drain current hardly flows. Therefore, the storage information of the memory function body 12a can be read by detecting the drain current.

メモリ機能体12bに記憶された情報を読み出す場合、図1Aにおいて右向きの電流経路を第2の電流経路として設定し、拡散領域15bをソース領域、拡散領域15aをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域15b及びP型ウェル領域14に0V、拡散領域15aに+1V、ゲート電極11に+3Vを印加すればよい。   When reading the information stored in the memory function body 12b, the current path in the right direction in FIG. 1A is set as the second current path, and the diffusion region 15b is treated as the source region and the diffusion region 15a is treated as the drain region. For example, 0V may be applied to the diffusion region 15b and the P-type well region 14, + 1V may be applied to the diffusion region 15a, and + 3V may be applied to the gate electrode 11.

このように、メモリ機能体12aに記憶された情報を読み出す場合に対して拡散領域(ソース/ドレイン領域)15a、15bに対する印加電圧を入れ替えることにより、メモリ機能体12bに記憶された情報の読み出しを行なうことができる。   As described above, the information stored in the memory function body 12b can be read by switching the voltage applied to the diffusion regions (source / drain regions) 15a and 15b in the case of reading the information stored in the memory function body 12a. Can be done.

上述のように、一対の拡散領域15a、15bに対する印加電圧を入れ替えることによって1つのメモリセル当り2ビットの記憶及び読み出しが可能である。   As described above, it is possible to store and read 2 bits per memory cell by switching the voltage applied to the pair of diffusion regions 15a and 15b.

図1Aに示すメモリセルは、代表的な不揮発性メモリである従来のEPROMやフラッシュメモリと比較して、一般的に論理回路に用いられるトランジスタ素子と構造が類似している。したがって、簡易な製造プロセスでもって、メモリ部と論理回路部とを同一半導体基板上に混載することができる。   The memory cell shown in FIG. 1A is similar in structure to a transistor element generally used in a logic circuit as compared with a conventional EPROM or flash memory which is a typical nonvolatile memory. Therefore, the memory portion and the logic circuit portion can be mixedly mounted on the same semiconductor substrate with a simple manufacturing process.

また、ゲート絶縁膜の薄膜化が容易であり、微細化が容易であるという利点も有している。   In addition, there is an advantage that the gate insulating film can be easily thinned and miniaturized easily.

なお、図1Aに示すメモリセルを表すために、後述する回路図では図1Bに示す回路記号を用いる。   In order to represent the memory cell shown in FIG. 1A, a circuit symbol shown in FIG. 1B is used in a circuit diagram to be described later.

図7は、複数のメモリセル(図1Aに示したもの)の各メモリ機能体12a、12bにそれぞれ1ビットが記憶されている場合の電流レベルの分布を例示している。図7において、横軸は電流を表し、縦軸は読み出し時にその電流が流れる素子数を表している。ここで、「00」は、読み出す側のメモリ機能体及び読み出す側と反対側のメモリ機能体が共にプログラム状態であること、「01」は、読み出す側のメモリ機能体がプログラム状態であり、かつ、読み出す側と反対側のメモリ機能体が消去状態であること、「10」は、読み出す側のメモリ機能体が消去状態であり、かつ、読み出す側と反対側のメモリ機能体がプログラム状態であること、「11」は、読み出す側のメモリ機能体及び読み出す側と反対側のメモリ機能体が共にプログラム状態が共に消去状態であることをそれぞれ示している。   FIG. 7 illustrates a current level distribution in the case where 1 bit is stored in each of the memory function bodies 12a and 12b of the plurality of memory cells (shown in FIG. 1A). In FIG. 7, the horizontal axis represents current, and the vertical axis represents the number of elements through which the current flows during reading. Here, “00” indicates that both the memory function body on the reading side and the memory function body on the opposite side to the reading side are in the program state, and “01” indicates that the memory function body on the reading side is in the program state. The memory function body on the opposite side to the read side is in the erased state, “10” indicates that the memory function body on the read side is in the erased state, and the memory function body on the opposite side to the read side is in the programmed state “11” indicates that both the memory function body on the reading side and the memory function body on the opposite side to the reading side are both in the erased state.

例えば左向きの電流経路が設定されているときは、上記メモリセルを流れる電流は、両方のメモリ機能体12a、12bが共にプログラム状態(「00」に相当)であるとき最小値103をとり、電流の向きに応じた左側のメモリ機能体12aがプログラム状態で右側のメモリ機能体12bが消去状態(「01」に相当)であるとき上記最小値103よりも大きい第1中間値104をとり、左側のメモリ機能体12aが消去状態で右側のメモリ機能体12bがプログラム状態(「10」に相当)であるとき上記第1中間値104よりも大きい第2中間値105をとり、上記両方のメモリ機能体12a、12bが消去状態(「11」に相当)であるとき上記第2中間値105よりも大きい最大値106をとるようになっている。   For example, when a leftward current path is set, the current flowing through the memory cell takes the minimum value 103 when both memory function bodies 12a and 12b are in the programmed state (corresponding to “00”). When the memory function body 12a on the left side according to the direction of the memory is in the program state and the memory function body 12b on the right side is in the erased state (corresponding to “01”), the first intermediate value 104 larger than the minimum value 103 is taken. When the memory function body 12a of the memory device 12a is in the erased state and the memory function body 12b on the right side is in the program state (corresponding to “10”), the second intermediate value 105 larger than the first intermediate value 104 is taken. When the bodies 12a and 12b are in the erased state (corresponding to “11”), the maximum value 106 larger than the second intermediate value 105 is taken.

逆に、右向きの電流経路が設定されているときは、上記メモリセルを流れる電流は、両方のメモリ機能体12a、12bが共にプログラム状態(「00」に相当)であるとき最小値103をとり、電流の向きに応じた右側のメモリ機能体12bがプログラム状態で左側のメモリ機能体12aが消去状態(「01」に相当)であるとき上記最小値103よりも大きい第1中間値104をとり、右側のメモリ機能体12b12aが消去状態で左側のメモリ機能体12aがプログラム状態(「10」に相当)であるとき上記第1中間値104よりも大きい第2中間値105をとり、上記両方のメモリ機能体12a、12bが消去状態(「11」に相当)であるとき上記第2中間値105よりも大きい最大値106をとるようになっている。   On the contrary, when the right current path is set, the current flowing through the memory cell takes the minimum value 103 when both the memory function bodies 12a and 12b are in the programmed state (corresponding to “00”). When the right memory function body 12b corresponding to the direction of current is in the program state and the left memory function body 12a is in the erased state (corresponding to “01”), the first intermediate value 104 larger than the minimum value 103 is taken. When the right memory function body 12b12a is in the erased state and the left memory function body 12a is in the programmed state (corresponding to “10”), the second intermediate value 105, which is larger than the first intermediate value 104, is taken. When the memory function bodies 12a and 12b are in the erased state (corresponding to “11”), the maximum value 106 larger than the second intermediate value 105 is taken.

特に、メモリ素子となるトランジスタの線形領域におけるドレイン電流を読出電流とする場合は、読み出す側のメモリ機能体と反対側のメモリ機能体の記憶状態によって、読出電流が影響を受ける。   In particular, when the drain current in the linear region of the transistor serving as the memory element is used as the read current, the read current is affected by the storage state of the memory function body on the opposite side to the memory function body on the read side.

図7中に示すように第1中間値104の分布と第2中間値105の分布との間に重なりが無ければ、その分布同士の隙間にリファレンスとなる電流レベル101を設定する。そして、メモリセルの読出電流とリファレンス電流レベル101との大小を比較することによって、読み出すべきメモリ機能体に記憶された情報を読み出す。   As shown in FIG. 7, if there is no overlap between the distribution of the first intermediate value 104 and the distribution of the second intermediate value 105, the reference current level 101 is set in the gap between the distributions. Then, by comparing the read current of the memory cell with the reference current level 101, the information stored in the memory function body to be read is read.

しかしながら、半導体記憶装置に含まれるメモリセル全体で見た場合、図6に示すように、メモリセルの特性ばらつきのせいで、第1中間値94の分布と第2中間値の分布とが互いに一部重なっていて、1つのリファレンス電流レベルを用いるだけでは、判定回路において各メモリ機能体12a、12bの記憶状態を正確に判定するための十分な電流マージンがない場合がある。そこで、この発明では、複数のメモリセルに関して共通に、最小値93よりも大きくかつ第2中間値95よりも小さい第1のリファレンス電流レベル91と、第1中間値94よりも大きくかつ最大値96よりも小さい第2のリファレンス電流レベル92とを定める。第1のリファレンス電流レベル91は、最小値93の分布と第2中間値95の分布との間にマージンをもって設定できる。また、第2のリファレンス電流レベル92は、第1中間値91の分布と最大値96の分布との間にマージンをもって設定できる。そして、左向き又は右向きの電流経路が設定されているとき、メモリセルに流れる電流と第1、第2のリファレンス電流レベル91,92とをそれぞれ比較する。これにより、両方のメモリ機能体12a、12bがプログラム状態であるとき、または両方のメモリ機能体12a、12bが消去状態であるときは、そのことを正確に判定できる。また、いずれか一方のメモリ機能体がプログラム状態で他方のメモリ機能体が消去状態であるときは、後述するように、そのことを第1の蓄積部に蓄えた電荷量と第2の蓄積部に蓄えた電荷量とを比較した結果に基づいて判定する。   However, when viewed from the whole memory cell included in the semiconductor memory device, as shown in FIG. 6, the distribution of the first intermediate value 94 and the distribution of the second intermediate value are equal to each other due to the characteristic variation of the memory cell. In some cases, if only one reference current level is used, there is not a sufficient current margin for accurately determining the storage state of each of the memory function bodies 12a and 12b in the determination circuit. Therefore, in the present invention, the first reference current level 91 that is larger than the minimum value 93 and smaller than the second intermediate value 95 and the maximum value 96 that is larger than the first intermediate value 94 and common to a plurality of memory cells. And a second reference current level 92 that is smaller than the second reference current level 92. The first reference current level 91 can be set with a margin between the distribution of the minimum value 93 and the distribution of the second intermediate value 95. Further, the second reference current level 92 can be set with a margin between the distribution of the first intermediate value 91 and the distribution of the maximum value 96. Then, when the leftward or rightward current path is set, the current flowing through the memory cell is compared with the first and second reference current levels 91 and 92, respectively. Thereby, when both the memory function bodies 12a and 12b are in the program state, or when both the memory function bodies 12a and 12b are in the erased state, this can be accurately determined. Further, when one of the memory function bodies is in the programmed state and the other memory function body is in the erased state, as described later, the charge amount stored in the first storage section and the second storage section Is determined based on the result of comparison with the amount of charge stored in the.

図2Aは本発明の半導体記憶装置に含まれる別のメモリセルの断面構造を例示している。半導体層としての半導体基板20の表面にチャネル領域をなすP型ウェル領域25が形成されている。このメモリセルは、P型ウェル領域25上に複合ゲート絶縁膜28を介して形成されたゲート電極21を備えている。P型ウェル領域25のうちゲート電極21の両側に相当する領域に、それぞれソース領域又はドレイン領域として機能する一対のN型の拡散領域26a及び26bが形成されている。ゲート絶縁膜28は、第1の絶縁膜22、第2の絶縁膜23、第3の絶縁膜24の積層からなっている。第1の絶縁膜22と第3の絶縁膜24との間に挟まれた第2の絶縁膜23は、各拡散領域26a、26bに対応する端部にそれぞれ電荷または分極を保持する機能を有する一対の記憶領域27a及び27bを記憶部として備えている。この第2の絶縁膜23としては、電荷を保持する機能を有し、かつ、記憶領域27a及び27b間の干渉がほとんど起こらない膜として、シリコン窒化膜などを用いることができる。なお、第2の絶縁膜23は、上記構成に拘るものではなく、電荷または分極を保持する機能を有し、かつ、両端の記憶領域27a及び27b間の干渉がほとんど起こらない膜により形成されていればよい。   FIG. 2A illustrates a cross-sectional structure of another memory cell included in the semiconductor memory device of the present invention. A P-type well region 25 forming a channel region is formed on the surface of the semiconductor substrate 20 as a semiconductor layer. This memory cell includes a gate electrode 21 formed on a P-type well region 25 via a composite gate insulating film 28. A pair of N-type diffusion regions 26 a and 26 b each functioning as a source region or a drain region are formed in regions corresponding to both sides of the gate electrode 21 in the P-type well region 25. The gate insulating film 28 is formed by stacking a first insulating film 22, a second insulating film 23, and a third insulating film 24. The second insulating film 23 sandwiched between the first insulating film 22 and the third insulating film 24 has a function of holding charges or polarization at the end portions corresponding to the diffusion regions 26a and 26b, respectively. A pair of storage areas 27a and 27b is provided as a storage unit. As the second insulating film 23, a silicon nitride film or the like can be used as a film that has a function of holding electric charges and hardly causes interference between the storage regions 27a and 27b. Note that the second insulating film 23 is not limited to the above-described configuration, and is formed of a film that has a function of maintaining charge or polarization and that hardly causes interference between the storage regions 27a and 27b at both ends. Just do it.

次に、図2Aに示すメモリセルのプログラム動作について説明する。   Next, the program operation of the memory cell shown in FIG. 2A will be described.

記憶領域27bに電子を注入してプログラムするためには、N型の拡散領域26aをソース領域、N型の拡散領域26bをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域26a及びP型ウェル領域25に0V、拡散領域26bに+4.5V、ゲート電極21に+9Vを印加する。   In order to program by injecting electrons into the storage region 27b, the N-type diffusion region 26a is handled as a source region, and the N-type diffusion region 26b is handled as a drain region. For example, 0V is applied to the diffusion region 26a and the P-type well region 25, + 4.5V is applied to the diffusion region 26b, and + 9V is applied to the gate electrode 21.

このような電圧条件によれば、P型ウェル領域25内に形成されたチャネル領域の拡散領域との境界領域において、ホットエレクトロンが発生し、このホットエレクトロンが記憶領域27bに注入されることにより書き込みが行なわれる。なお、記憶領域27a近傍では、ホットエレクトロンが発生しないため、書き込みは行なわれない。   Under such a voltage condition, hot electrons are generated in the boundary region of the channel region formed in the P-type well region 25 with the diffusion region, and writing is performed by injecting the hot electrons into the storage region 27b. Is done. Note that no writing is performed in the vicinity of the storage area 27a because hot electrons are not generated.

一方、記憶領域27aに電子を注入してプログラムするためには、拡散領域26bをソース領域、拡散領域26aをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域26b及びP型ウェル領域25に0V、拡散領域26aに+4.5V、ゲート電極21に+9Vを印加する。   On the other hand, in order to program by injecting electrons into the storage region 27a, the diffusion region 26b is treated as a source region and the diffusion region 26a is treated as a drain region. For example, 0V is applied to the diffusion region 26b and the P-type well region 25, + 4.5V is applied to the diffusion region 26a, and + 9V is applied to the gate electrode 21.

このように、記憶領域27bに電子を注入する場合に対して拡散領域(ソース/ドレイン領域)26a、26bに対する印加電圧を入れ替えることにより、記憶領域27aに電子を注入して、プログラムを行なうことができる。   In this way, programming can be performed by injecting electrons into the storage region 27a by switching the voltage applied to the diffusion regions (source / drain regions) 26a and 26b in contrast to the case where electrons are injected into the storage region 27b. it can.

次に、消去動作について説明する。   Next, the erase operation will be described.

記憶領域27aに記憶された情報を消去するためには、拡散領域27aに正電圧(例えば、+5.5V)、P型ウェル領域25に0Vを印加して、拡散領域26aとP型ウェル領域25とのPN接合に逆方向バイアスをかけ、さらにゲート電極21に負電圧(例えば、−8V)を印加する。このとき、PN接合のうちゲート電極21付近では、負電圧が印加されたゲート電極の影響により、特にポテンシャルの勾配が急になる。そのため、バンド間トンネルによりPN接合のP型ウェル領域25側にホットホールが発生する。このホットホールが負の電位をもつゲート電極21方向に引きこまれ、その結果、記憶領域27aにホール注入が行なわれる。このようにして、記憶領域27aの消去が行なわれる。このとき拡散領域27bには0Vを印加すればよい。   In order to erase the information stored in the storage region 27a, a positive voltage (for example, + 5.5V) is applied to the diffusion region 27a, and 0V is applied to the P-type well region 25, so that the diffusion region 26a and the P-type well region 25 are applied. And a negative voltage (for example, −8 V) is applied to the gate electrode 21. At this time, in the vicinity of the gate electrode 21 in the PN junction, the potential gradient is particularly steep due to the influence of the gate electrode to which a negative voltage is applied. Therefore, a hot hole is generated on the P-type well region 25 side of the PN junction due to the band-to-band tunnel. This hot hole is drawn in the direction of the gate electrode 21 having a negative potential, and as a result, hole injection is performed in the storage region 27a. In this way, the storage area 27a is erased. At this time, 0 V may be applied to the diffusion region 27b.

記憶領域27bに記憶された情報を消去する場合は、上記において拡散領域26aと拡散領域26bとの電位を入れ替えればよい。   When erasing the information stored in the storage area 27b, the potentials of the diffusion area 26a and the diffusion area 26b may be switched in the above.

上述のようにして記憶された情報を読み出す方法について、次に説明する。   Next, a method for reading the information stored as described above will be described.

記憶領域27aに記憶された情報を読み出す場合は、拡散領域26aをソース領域、拡散領域26bをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域26a及びP型ウェル領域25に0V、拡散領域26bに+1.2V、ゲート電極21に+3.5Vを印加する。この際、記憶領域27aに電子が蓄積していない場合には、ドレイン電流が流れやすい。一方、第1の記憶領域27aに電子が蓄積している場合は、記憶領域27a近傍で反転層が形成されにくいので、ドレイン電流は流れにくい。したがって、ドレイン電流を検出することにより、記憶領域27aの記憶情報を読み出すことができる。   When reading the information stored in the storage area 27a, the diffusion area 26a is treated as a source area and the diffusion area 26b is treated as a drain area. For example, 0V is applied to the diffusion region 26a and the P-type well region 25, + 1.2V is applied to the diffusion region 26b, and + 3.5V is applied to the gate electrode 21. At this time, if electrons are not accumulated in the storage area 27a, a drain current tends to flow. On the other hand, when electrons are accumulated in the first storage area 27a, an inversion layer is hardly formed in the vicinity of the storage area 27a, so that a drain current hardly flows. Therefore, the storage information in the storage area 27a can be read by detecting the drain current.

記憶領域27bに記憶された情報を読み出す場合、拡散領域26bをソース領域、拡散領域26aをドレイン領域として扱う。例えば、拡散領域26b及びP型ウェル領域25に0V、拡散領域26aに+1.2V、ゲート電極21に+3.5Vを印加すればよい。   When reading the information stored in the storage area 27b, the diffusion area 26b is treated as a source area and the diffusion area 26a is treated as a drain area. For example, 0V may be applied to the diffusion region 26b and the P-type well region 25, + 1.2V to the diffusion region 26a, and + 3.5V to the gate electrode 21.

このように、記憶領域27aに記憶された情報を読み出す場合に対して拡散領域(ソース/ドレイン領域)26a、26bに対する印加電圧を入れ替えることにより、記憶領域27bに記憶された情報の読み出しを行なうことができる。   As described above, the information stored in the storage area 27b is read by switching the voltage applied to the diffusion areas (source / drain areas) 26a and 26b as compared with the case of reading the information stored in the storage area 27a. Can do.

上述のように、一対の拡散領域26a、26bに対する印加電圧を入れ替えることによって1つのメモリセル当り2ビットの記憶及び読み出しが可能である。   As described above, it is possible to store and read 2 bits per memory cell by switching the voltage applied to the pair of diffusion regions 26a and 26b.

図2Aに示すメモリセルは、記憶領域27a及び27bがチャネル領域をなすP型ウェル領域25のすぐ上に形成されているため、記憶領域27a及び27bに蓄えられた電荷の多寡よる電流差が大きく、かつ、書き込み・消去の速度も速い。また、記憶領域27a及び27bが形成される絶縁膜23の形状がシンプルであり、記憶領域が形成される絶縁膜の製造ばらつきに起因する素子特性のばらつきも少ない。   In the memory cell shown in FIG. 2A, since the storage regions 27a and 27b are formed immediately above the P-type well region 25 that forms the channel region, the current difference due to the large amount of charges stored in the storage regions 27a and 27b is large. And the speed of writing and erasing is also fast. In addition, the shape of the insulating film 23 in which the memory regions 27a and 27b are formed is simple, and there is little variation in element characteristics due to manufacturing variations of the insulating film in which the memory regions are formed.

なお、図2Aに示すメモリセルを表すために、図2Bに示す回路記号を用いることができる。   Note that the circuit symbol shown in FIG. 2B can be used to represent the memory cell shown in FIG. 2A.

図2Aに示すメモリセルにおける記憶領域の記憶状態と電流レベルとの関係については、図1Aの場合と全く同様に、図7、図6により説明することができる。   The relationship between the storage state of the storage area and the current level in the memory cell shown in FIG. 2A can be described with reference to FIGS. 7 and 6, just like FIG. 1A.

なお、上述の図1A、図2Aに示すメモリセルのプログラム・消去・読み出しの各動作時に各端子に印加する電圧については、上述の値に拘るものではなく、これ以上でも構わないし、これ以下でも構わない。   Note that the voltage applied to each terminal in each of the program, erase, and read operations of the memory cell shown in FIGS. 1A and 2A is not limited to the above value, and may be higher or lower. I do not care.

(第1実施形態)
図3は本発明の一実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示している。なお、この半導体記憶装置のメモリセルは、図1Aに示した構造を有するものであり、図3中には図1Bに示した回路記号を用いて表されている。
(First embodiment)
FIG. 3 shows a circuit configuration of the semiconductor memory device according to the embodiment of the present invention. Note that the memory cell of this semiconductor memory device has the structure shown in FIG. 1A, and is represented in FIG. 3 by using the circuit symbol shown in FIG. 1B.

メモリセルとしては、図1Aに示すメモリセルに拘らず、図2Aに示すメモリセルを用いてもよい。図1Aにメモリセルと図2Aに示すメモリセルとは、書き込み・消去・読み出しの方法が類似しており、ゲート電極11を21、拡散領域15aを26a、拡散領域15bを26bにそれぞれ置換え、各動作時に印加する電圧を最適化することによって、図1Aに示すメモリセルを図2Aに示すメモリセルに容易に置き換えることが可能となる。   As the memory cell, the memory cell shown in FIG. 2A may be used regardless of the memory cell shown in FIG. 1A. The memory cell shown in FIG. 1A and the memory cell shown in FIG. 2A are similar in write / erase / read methods, and the gate electrode 11 is replaced with 21, the diffusion region 15a is replaced with 26a, and the diffusion region 15b is replaced with 26b. By optimizing the voltage applied during operation, the memory cell shown in FIG. 1A can be easily replaced with the memory cell shown in FIG. 2A.

さて、図3に示す半導体記憶装置は、概略、メモリセルアレイを構成するメモリセル39a〜39dと、Nチャネル型MOSトランジスタからなるカラムセレクタ38a〜38eと、Nチャネル型MOSトランジスタからなるセレクタ35a〜35dと、キャパシタからなる蓄積部33a、33cと、比較器からなる判定回路32a〜32cとを備えている。   The semiconductor memory device shown in FIG. 3 generally includes memory cells 39a to 39d constituting a memory cell array, column selectors 38a to 38e made of N channel type MOS transistors, and selectors 35a to 35d made of N channel type MOS transistors. And accumulating units 33a and 33c composed of capacitors, and determination circuits 32a to 32c composed of comparators.

このメモリセルアレイでは、図1Aに示したメモリセルが行列状に配列されているが、簡単のため、電気的に直列接続された1行のメモリセル39a〜39dのみを図示している。これらのメモリセルのゲート電極は、行毎に、行方向に延びるワード線40に接続されている。メモリセル間の接続部分はそれぞれ対応する拡散領域15a、15b(図1A参照)同士の接続部分である。これらのメモリセル間の接続部分にそれぞれ列方向に延びるビット線41a〜41eが接続されている。また、これらのビット線41a〜41eにカラムセレクタ38a〜38eを介してグローバルビット線42が接続されている。上記ビット線41a〜41e、カラムセレクタ38a〜38e、グローバルビット線42、およびこれらにバイアスを印加する図示しないバイアス印加部が、各メモリセルに左向き又は右向きの電流経路を設定する電流経路設定部を構成している。   In this memory cell array, the memory cells shown in FIG. 1A are arranged in a matrix, but for simplicity, only one row of memory cells 39a to 39d electrically connected in series is illustrated. The gate electrodes of these memory cells are connected to word lines 40 extending in the row direction for each row. Connection portions between the memory cells are connection portions between the corresponding diffusion regions 15a and 15b (see FIG. 1A). Bit lines 41a to 41e extending in the column direction are connected to connection portions between these memory cells. A global bit line 42 is connected to these bit lines 41a to 41e via column selectors 38a to 38e. The bit lines 41a to 41e, the column selectors 38a to 38e, the global bit line 42, and a bias applying unit (not shown) that applies a bias to these bit lines include a current path setting unit that sets a left or right current path in each memory cell. It is composed.

第1の判定回路32aは、グローバルビット線42に接続された第1の入力端子と、第1のリファレンス電流レベル91が与えられる第2の入力端子34aとを有する。   The first determination circuit 32 a has a first input terminal connected to the global bit line 42 and a second input terminal 34 a to which a first reference current level 91 is applied.

第2の判定回路32cは、グローバルビット線42に接続された第1の入力端子と、第2のリファレンス電流レベル92が与えられる第2の入力端子34cとを有する。   The second determination circuit 32c has a first input terminal connected to the global bit line 42, and a second input terminal 34c to which a second reference current level 92 is applied.

第1の蓄積部33aは、第1のセレクタ35aを介してグローバルビット線42に接続されている。   The first storage unit 33a is connected to the global bit line 42 via the first selector 35a.

第2の蓄積部33cは、第2のセレクタ35aを介してグローバルビット線42に接続されている。   The second storage unit 33c is connected to the global bit line 42 via the second selector 35a.

第3の判定回路32bは、第1の蓄積部33aに第3のセレクタ35bを介して接続された第1の入力端子と、第2の蓄積部33cに第4のセレクタ35cを介して接続された第2の入力端子とを有する。   The third determination circuit 32b is connected to the first input terminal connected to the first storage unit 33a via the third selector 35b, and connected to the second storage unit 33c via the fourth selector 35c. And a second input terminal.

一例として、メモリセル39bの一対のメモリ機能体39b1,39b2に記憶された情報を読み出す方法について、以下に説明する。   As an example, a method of reading information stored in the pair of memory function bodies 39b1 and 39b2 of the memory cell 39b will be described below.

なお、これ以降、図3中で各メモリセルに対して右向きの電流経路を設定して、そのメモリセルが右側に有するメモリ機能体の記憶情報に主に対応した電流を読み出すステップを「右向き電流経路での読み出し」と呼ぶ。また、図3中で各メモリセルに対して左向きの電流経路を設定してそのメモリセルが左側に有するメモリ機能体の記憶情報に主に対応した電流を読み出すステップを「左向き電流経路での読み出し」と呼ぶ。   In the following, the step of setting a right current path for each memory cell in FIG. 3 and reading the current mainly corresponding to the storage information of the memory function body that the memory cell has on the right side is referred to as “right current. This is referred to as “reading by path”. Further, in FIG. 3, a step of setting a left current path for each memory cell and reading the current mainly corresponding to the storage information of the memory function body that the memory cell has on the left side is referred to as “reading in the left current path”. "

まず、左向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ワード線40に3Vを印加し、かつ、ビット線41a及び41bを接地し、ビット線41c、41d及び41eに1Vを印加する。このとき、メモリセル39bの左側のメモリ機能体39b1に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線41cより流れ、その電流量に応じてビット線41cの電位も変化する。   First, reading in the leftward current path is performed. Specifically, 3V is applied to the word line 40, the bit lines 41a and 41b are grounded, and 1V is applied to the bit lines 41c, 41d, and 41e. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 39b1 on the left side of the memory cell 39b flows from the bit line 41c, and the potential of the bit line 41c also changes according to the amount of the current.

一方、制御線37cに電圧を印加してカラムセレクタ38cをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ38a、38b、38d、38eをオフ状態とすることによって、ビット線41cとグローバルビット線42とを電気的に接続する。   On the other hand, the voltage is applied to the control line 37c to turn on the column selector 38c, and the other column selectors 38a, 38b, 38d, and 38e are turned off to electrically connect the bit line 41c and the global bit line 42. Connect.

判定回路32a、32cにおいて、グローバルビット線42に伝えられたメモリセルの読出電流と第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小がそれぞれ比較される。この比較結果がそれぞれ出力端子31a、31cに出力される。   In the determination circuits 32a and 32c, the magnitudes of the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 42 and the first and second reference current levels 91 and 92 are respectively compared. The comparison results are output to the output terminals 31a and 31c, respectively.

一方、これと並行するか、もしくは、上記判定回路32a、32cからの出力結果を得た後、セレクタ35aをオン状態とすることによって、グローバルビット線42の状態に対応した電荷が蓄積部33aに蓄積される。   On the other hand, in parallel with this, or after obtaining the output results from the determination circuits 32a and 32c, by turning on the selector 35a, the charge corresponding to the state of the global bit line 42 is stored in the storage unit 33a. Accumulated.

次に、右向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ビット線41a及び41bに1Vを印加し、ビット線41c、41d及び41eを接地する。このとき、メモリセル39bの右側のメモリ機能体39b2に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線41bより流れ、その電流量に応じてビット線41bの電位も変化する。   Next, reading is performed in the rightward current path. Specifically, 1V is applied to the bit lines 41a and 41b, and the bit lines 41c, 41d, and 41e are grounded. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 39b2 on the right side of the memory cell 39b flows from the bit line 41b, and the potential of the bit line 41b also changes according to the amount of the current.

一方、制御線37bに電圧を印加してカラムセレクタ38bをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ38a、38c、38d、38eをオフ状態とすることによって、ビット線41bとグローバルビット線42とを電気的に接続する。   On the other hand, the voltage is applied to the control line 37b to turn on the column selector 38b, and the other column selectors 38a, 38c, 38d, and 38e are turned off to electrically connect the bit line 41b and the global bit line 42. Connect.

判定回路32a、32cにおいて、グローバルビット線42に伝えられたメモリセルの読出電流と第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小がそれぞれ比較される。この比較結果がそれぞれ出力端子31a、31cに出力される。この点は、左側のメモリ機能体39b1に記憶された情報を読み出す場合と同様である。   In the determination circuits 32a and 32c, the magnitudes of the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 42 and the first and second reference current levels 91 and 92 are respectively compared. The comparison results are output to the output terminals 31a and 31c, respectively. This is the same as the case of reading the information stored in the left memory function body 39b1.

一方、これと並行するか、もしくは、上記判定回路32a、32cからの出力結果を得た後、セレクタ35dをオン状態とすることによって、グローバルビット線42の電圧に対応した電荷が蓄積部33bに蓄積される。   On the other hand, in parallel with this, or after obtaining the output results from the determination circuits 32a and 32c, the selector 35d is turned on so that the charge corresponding to the voltage of the global bit line 42 is stored in the storage unit 33b. Accumulated.

次に、セレクタ35a及び35dをオフ状態、セレクタ35b及び35cをオン状態とする。これにより、判定回路32bにおいて、蓄積部33aに蓄えられている電荷量と蓄積部33bに蓄えられている電荷量との多少が比較され、その結果が出力端子31bより出力される。   Next, the selectors 35a and 35d are turned off, and the selectors 35b and 35c are turned on. Thus, the determination circuit 32b compares the amount of charge stored in the storage unit 33a with the amount of charge stored in the storage unit 33b, and outputs the result from the output terminal 31b.

上述のようにして得られた出力31a、31b、31cとメモリセル39bのメモリ機能体39b1、39b2に記憶されたデータとの対応を表1に示す。

Figure 0004523531
Table 1 shows the correspondence between the outputs 31a, 31b and 31c obtained as described above and the data stored in the memory function bodies 39b1 and 39b2 of the memory cell 39b.
Figure 0004523531

ここで、表1中の記号「*」は、その記号が付された部分の出力結果に依存せずデータが確定することを示す。   Here, the symbol “*” in Table 1 indicates that the data is determined without depending on the output result of the portion to which the symbol is attached.

なお、判定回路32a、32cにおいては、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも大きい場合に「1」が出力され、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも小さい場合に「0」が出力されることとする。   In the determination circuits 32a and 32c, “1” is output when the read current of the memory cell is larger than the first and second reference current levels 91 and 92, and the read current of the memory cell is the first and second. It is assumed that “0” is output when the reference current level is smaller than 2 reference current levels 91 and 92.

また、判定回路31bにおいて、蓄積部33aに蓄えられた電荷量が蓄積部33bに蓄えられた電荷量よりも少ない場合に「1」が出力され、逆に、蓄積部33aに蓄えられた電荷量が蓄積部33bに蓄えられた電荷量よりも多い場合に「0」が出力されることとする。   In the determination circuit 31b, “1” is output when the amount of charge stored in the storage unit 33a is smaller than the amount of charge stored in the storage unit 33b, and conversely, the amount of charge stored in the storage unit 33a. Is greater than the amount of charge stored in the storage unit 33b, "0" is output.

まず、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b1の読み出し)において、出力31a、出力31cが共に「0」である場合、メモリセル39bの記憶状態は、図6中の「00」または「01」の状態にある。   First, when the output 31a and the output 31c are both “0” in reading in the leftward current path (mainly reading from the memory function body 39b1), the storage state of the memory cell 39b is “00” in FIG. The state is “01”.

このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b2の読み出し)において、出力31a、出力31bが共に「0」である場合は、メモリ機能体39b1及びメモリ機能体39b2の「0」が確定し、出力31aが「1」であり、出力31cが「0」もしくは「1」である場合には、メモリ機能体39b1の「0」及びメモリ機能体39b2の「1」が確定する。   Therefore, when the output 31a and the output 31b are both “0” in the right-direction reading (mainly reading the memory function body 39b2), “0” of the memory function body 39b1 and the memory function body 39b2 is When the output 31a is “1” and the output 31c is “0” or “1”, “0” of the memory function body 39b1 and “1” of the memory function body 39b2 are determined.

次に、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b1の読み出し)において、出力31a、出力31bが共に「1」である場合、メモリセル39bの記憶状態は、図6中の「10」または「11」の状態にある。   Next, when the output 31a and the output 31b are both “1” in reading in the leftward current path (mainly reading the memory function body 39b1), the storage state of the memory cell 39b is “10” in FIG. Alternatively, the state is “11”.

このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b2の読み出し)において、出力31a、出力31bが共に「1」である場合は、メモリ機能体39b1及びメモリ機能体39b2の「1」が確定し、出力31aが「1」もしくは「0」であり、出力31cが「0」である場合には、メモリ機能体39b1の「1」及びメモリ機能体39b2の「0」が確定する。   For this reason, when the output 31a and the output 31b are both “1” in the right-direction reading (mainly reading the memory function body 39b2), “1” of the memory function body 39b1 and the memory function body 39b2 is When the output 31a is “1” or “0” and the output 31c is “0”, “1” of the memory function body 39b1 and “0” of the memory function body 39b2 are determined.

さらに、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b1の読み出し)において、出力31aが「0」であり、かつ、出力31cが「1」である場合、メモリ機能体39b1とメモリ機能体39b2との何れか一方が「0」であり、他方が「1」である。   Further, when the output 31a is “0” and the output 31c is “1” in the reading in the leftward current path (mainly reading of the memory function body 39b1), the memory function body 39b1 and the memory function body 39b2 Is either “0” and the other is “1”.

このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b2の読み出し)において、出力31a、出力31cが共に「0」である場合は、メモリ機能体39b1の「0」及びメモリ機能体39b2の「1」が確定し、出力31a、出力31cが共に「1」である場合は、メモリ機能体39b1の「1」及びメモリ機能体39b2の「0」が確定する。   For this reason, when the output 31a and the output 31c are both “0” in the right-direction reading (mainly reading out the memory function body 39b2), “0” of the memory function body 39b1 and the memory function body 39b2 When “1” is confirmed and both the output 31a and the output 31c are “1”, “1” of the memory function body 39b1 and “0” of the memory function body 39b2 are confirmed.

ただし、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b2の読み出し)において、出力31aが「0」であり、出力31cが「1」である場合は、出力31a、出力31cの結果のみからデータを確定することはできない。   However, when the output 31a is “0” and the output 31c is “1” in the reading in the rightward current path (mainly reading from the memory function body 39b2), data is obtained only from the results of the output 31a and the output 31c. Cannot be determined.

この場合、出力31bを参照する。そして、出力31bが「0」である場合は、メモリ機能体39b1の「0」及びメモリ機能体39b2の「1」が確定し、出力31bが「1」である場合は、メモリ機能体39b1の「1」及びメモリ機能体39b2の「0」が確定する。   In this case, reference is made to the output 31b. When the output 31b is “0”, “0” of the memory function body 39b1 and “1” of the memory function body 39b2 are determined, and when the output 31b is “1”, the memory function body 39b1 “1” and “0” of the memory function body 39b2 are determined.

なお、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b1の読み出し)及び右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体39b2の読み出し)のいずれの読み出しにおいても、出力31aが「0」であり、かつ、出力31bが「1」であることは原理的にあり得ない為、仮にいずれかの出力が行われた場合は、読み出しエラー信号(「Fail」信号)が出力される。   Note that the output 31a is “0” in both reading in the left-direction current path (mainly reading out of the memory function body 39b1) and reading out in the right-direction current path (mainly reading out of the memory function body 39b2). In addition, since it is impossible in principle that the output 31b is “1”, if any output is performed, a read error signal (“Fail” signal) is output.

上述の通り、従来の読出方法では、メモリセルアレイを構成する多数のメモリセルを1つの固定したリファレンスで判定しており、図7中に示すような「01」の電流分布104と「10」の電流分布105との間に十分な電流差を有するメモリセルアレイを読み出す際は、正確に読み出しを行うことができるが、図6中に示すように「01」の電流分布94と「10」の電流分布95とが十分に離れていない(電流差が無い)場合は、読み出しを正確に行うことが不可能であった。これに対して本発明では、図6中に示すように、「01」の電流分布94と「11」の電流分布96との間に第1のリファレンス電流レベル91を設定し、「10」の電流分布95と「11」の電流分布96との間に第2のリファレンス電流レベル92を設定して、判定を行っている。したがって、「00」の電流分布93と「10」の電流分布95とが判定回路にて判定可能な程度に離れており、かつ、「01」の電流分布94と「11」の電流分布96とが判定回路にて判定可能な程度に離れている限り、原理的に、メモリセルに記憶された情報を正確に読み出すことが可能である。   As described above, in the conventional reading method, a large number of memory cells constituting the memory cell array are determined by one fixed reference, and current distribution 104 of “01” and “10” as shown in FIG. When reading a memory cell array having a sufficient current difference with respect to the current distribution 105, the reading can be performed accurately, but as shown in FIG. 6, the current distribution 94 of “01” and the current of “10” When the distribution 95 is not sufficiently separated (there is no current difference), it has been impossible to read accurately. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 6, the first reference current level 91 is set between the current distribution 94 of “01” and the current distribution 96 of “11”, and “10”. The determination is performed by setting the second reference current level 92 between the current distribution 95 and the current distribution 96 of “11”. Therefore, the current distribution 93 of “00” and the current distribution 95 of “10” are far enough to be determined by the determination circuit, and the current distribution 94 of “01” and the current distribution 96 of “11” are In principle, it is possible to accurately read out information stored in the memory cell as long as the distance is far enough to be determined by the determination circuit.

このため、図6に示すように「01」の電流分布94と「10」の電流分布95とが十分に離れていないメモリセルアレイのメモリセルを読み出す際も、正確にデータを読み出すことができる。つまり、メモリセルアレイを構成するメモリセル間の特性のばらつきに対して強い、より信頼性の高い読み出しを実現することができる。   Therefore, as shown in FIG. 6, data can be read accurately even when reading memory cells in a memory cell array in which the current distribution 94 of “01” and the current distribution 95 of “10” are not sufficiently separated. That is, it is possible to realize reading with higher reliability that is strong against variations in characteristics between memory cells constituting the memory cell array.

なお、本実施形態の読出方法によれば、読み出し動作を開始してからデータを確定してメモリセルの読み出し動作を完了するまでにメモリセルのチャネル領域の両側の拡散領域に接続されたビット線を共に充放電する必要があるため、従来の読出方法と比較して長いアクセス時間を要する。しかしながら、一度の読出動作で2ビットの情報を読み出すことが可能であるため、連続して多ビットのデータを読み出す場合は、従来の読出方法と比較しても大きくアクセス時間が増大することはない。しかも、前述の通り、メモリセル間の素子特性のばらつきが大きく、従来の読出方法では読み出しが不可能な場合であっても、本実施形態の読出方法によれば、正確にメモリセルのメモリ機能体に記憶された情報を読み出すことが可能となり、より信頼性の高い安定した読出動作を行うことが可能となる。   According to the read method of the present embodiment, the bit lines connected to the diffusion regions on both sides of the channel region of the memory cell from the start of the read operation until the data is determined and the read operation of the memory cell is completed. Therefore, a long access time is required as compared with the conventional reading method. However, since it is possible to read 2-bit information with a single read operation, when reading multi-bit data continuously, the access time is not greatly increased compared to the conventional read method. . In addition, as described above, even if there is a large variation in element characteristics between the memory cells and reading is impossible with the conventional reading method, the memory function of the memory cell is accurately determined according to the reading method of this embodiment. Information stored in the body can be read, and a more reliable and stable reading operation can be performed.

(第2実施形態)
図4は本発明の別の実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示している。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a circuit configuration of a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.

この半導体記憶装置は、概略、図3に示した半導体記憶装置の3つの判定回路32a〜32cに代えて、共通の1つの判定回路52を備えた点に特徴がある。なお、図4中の構成要素の符号は、図3中の対応する構成要素の符号に20を加えたものとし、重複する説明を省略する。   This semiconductor memory device is generally characterized in that a single determination circuit 52 is provided in place of the three determination circuits 32a to 32c of the semiconductor memory device shown in FIG. Note that the reference numerals of the constituent elements in FIG. 4 are those obtained by adding 20 to the corresponding constituent elements in FIG.

この半導体記憶装置では、判定回路52は、グローバルビット線62にそれぞれ第1、第2のセレクタ55a,55bを介して接続された第1、第2の入力端子63a,63bを有している。   In this semiconductor memory device, the determination circuit 52 has first and second input terminals 63a and 63b connected to the global bit line 62 via first and second selectors 55a and 55b, respectively.

判定回路52の第1の入力端子63aに第3のセレクタ55cを介して第1の蓄積部53aが接続され、判定回路52の第2の入力端子63bに第4のセレクタ55fを介して第2の蓄積部53bが接続されている。   The first storage unit 53a is connected to the first input terminal 63a of the determination circuit 52 via the third selector 55c, and the second input terminal 63b of the determination circuit 52 is connected to the second input via the fourth selector 55f. The storage unit 53b is connected.

また、判定回路52の第1、第2の入力端子63a,63bにそれぞれ第5、第6のセレクタ55b,55eを介してリファレンス入力線54a,54bが接続されている。この例では、リファレンス入力線54aは、図6中の第1のリファレンス電流レベル91と第2のリファレンス電流レベル92との2種類のレベルが切り替えて与えられるようになっている。同様に、リファレンス入力線54bは、図6中の第1のリファレンス電流レベル91と第2のリファレンス電流レベル92との2種類のレベルが切り替えて与えられるようになっている。   Reference input lines 54a and 54b are connected to first and second input terminals 63a and 63b of the determination circuit 52 via fifth and sixth selectors 55b and 55e, respectively. In this example, the reference input line 54a is switched between two types of levels, a first reference current level 91 and a second reference current level 92 in FIG. Similarly, the reference input line 54b is provided with two types of levels, a first reference current level 91 and a second reference current level 92 in FIG.

一例として、メモリセル59bのメモリ機能体59b1、59b2に記憶された情報を読み出す方法について、以下に説明する。   As an example, a method of reading information stored in the memory function bodies 59b1 and 59b2 of the memory cell 59b will be described below.

まず、左向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ワード線60に3Vを印加し、ビット線61a及び61bを接地し、61c、61d及び61eに1Vを印加する。このとき、メモリセル59bの左側のメモリ機能体59b1に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線61cより流れ、その電流量に応じてビット線61cの電位も変化する。   First, reading in the leftward current path is performed. Specifically, 3V is applied to the word line 60, the bit lines 61a and 61b are grounded, and 1V is applied to 61c, 61d, and 61e. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 59b1 on the left side of the memory cell 59b flows from the bit line 61c, and the potential of the bit line 61c also changes according to the amount of the current.

一方、制御線57cに電圧を印加してカラムセレクタ58cをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ58a、58b、58d、58eをオフ状態とすることによって、ビット線61cとグローバルビット線62とを電気的に接続する。   On the other hand, the voltage is applied to the control line 57c to turn on the column selector 58c, and the other column selectors 58a, 58b, 58d, 58e are turned off to electrically connect the bit line 61c and the global bit line 62. Connect.

また、さらに、セレクタ55aをオン状態、セレクタ55dをオフ状態とすることによって、メモリセル59bから判定回路52の入力端子63aに至る電流経路を設定する。   Furthermore, the current path from the memory cell 59b to the input terminal 63a of the determination circuit 52 is set by turning the selector 55a on and the selector 55d off.

また、一方で、セレクタ55eをオン状態とすることによって、リファレンス入力線54bが判定回路52の入力端子63bに接続される。   On the other hand, the reference input line 54b is connected to the input terminal 63b of the determination circuit 52 by turning on the selector 55e.

これにより、判定回路52において、グローバルビット線62に伝えられたメモリセルの読出電流とリファレンス入力線54bに与えられた第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小がそれぞれ比較される。   As a result, the determination circuit 52 compares the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 62 with the first and second reference current levels 91 and 92 applied to the reference input line 54b. .

一方、これと並行するか、もしくは、上記判定回路52からの出力結果を得た後、セレクタ55cをオン状態とすることによって、グローバルビット線62の状態に対応した電荷が蓄積部53aに蓄積される。   On the other hand, the charge corresponding to the state of the global bit line 62 is stored in the storage unit 53a by turning on the selector 55c in parallel with this or after obtaining the output result from the determination circuit 52. The

次に、右向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ビット線61a及び61bに1Vを印加し、ビット線61c、61d及び61eを接地する。このとき、メモリセル59bの右側のメモリ機能体59b2に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線61bより流れ、その電流量に応じてビット線61bの電位も変化する。   Next, reading is performed in the rightward current path. Specifically, 1V is applied to the bit lines 61a and 61b, and the bit lines 61c, 61d, and 61e are grounded. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 59b2 on the right side of the memory cell 59b flows from the bit line 61b, and the potential of the bit line 61b also changes according to the amount of the current.

一方、制御線57bに電圧を印加してカラムセレクタ58bをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ58a、58c、58d、58eをオフ状態とすることによって、ビット線61bとグローバルビット線62とを電気的に接続する。   On the other hand, by applying a voltage to the control line 57b to turn on the column selector 58b and turning off the other column selectors 58a, 58c, 58d, and 58e, the bit line 61b and the global bit line 62 are electrically connected. Connect.

さらに、セレクタ55dをオン状態、セレクタ55aをオフ状態とすることによって、メモリセル59bから判定回路52の入力端子63bに至る電流経路を設定する。   Further, the current path from the memory cell 59b to the input terminal 63b of the determination circuit 52 is set by turning the selector 55d on and the selector 55a off.

また、一方で、セレクタ55bをオン状態とすることによって、リファレンス入力線54aが判定回路52の入力端子63aに接続される。   On the other hand, the reference input line 54a is connected to the input terminal 63a of the determination circuit 52 by turning on the selector 55b.

これにより、判定回路52において、グローバルビット線62に伝えられたメモリセルの読出電流とリファレンス入力線54aに与えられた第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小が比較される。   As a result, the determination circuit 52 compares the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 62 with the first and second reference current levels 91 and 92 applied to the reference input line 54a.

一方、これと並行するか、もしくは、上記判定回路52からの出力結果を得た後、セレクタ55fをオン状態、セレクタ55cをオフ状態とすることによって、蓄積部53bにグローバルビット線62の状態に対応した電荷を蓄積する。   On the other hand, in parallel with this, or after obtaining the output result from the determination circuit 52, the selector 55f is turned on and the selector 55c is turned off, so that the storage unit 53b is brought into the state of the global bit line 62. Accumulate the corresponding charge.

さらに、この後、セレクタ55c及び55fをオン状態、セレクタ55a、55b、55d、55eをオフ状態とする。これにより、判定回路52において、蓄積部53aに蓄えられた電荷量と蓄積部53bに蓄えられた電荷量と多少が比較され、その結果が出力端子51より出力される。   Thereafter, the selectors 55c and 55f are turned on, and the selectors 55a, 55b, 55d, and 55e are turned off. Thereby, in the determination circuit 52, the amount of charge stored in the storage unit 53a is somewhat compared with the amount of charge stored in the storage unit 53b, and the result is output from the output terminal 51.

上述のようにして得られた出力51とメモリセル39bのメモリ機能体39b1、39b2に記憶されたデータとの対応を表2に示す。

Figure 0004523531
Table 2 shows the correspondence between the output 51 obtained as described above and the data stored in the memory function bodies 39b1 and 39b2 of the memory cell 39b.
Figure 0004523531

ここで、表1中の「51−I」はメモリセル59bの読出電流と第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、「51−II」はメモリセル59bの読出電流と第2のリファレンス電流レベル92との比較結果、「51−III」は蓄積部53aに蓄えられた電荷量と53bに蓄えられた電荷量との比較結果、をそれぞれ示す。「*」は、その記号が付された部分の出力結果に依存せずデータが確定することを示す。   Here, “51-I” in Table 1 is a comparison result between the read current of the memory cell 59b and the first reference current level 91, and “51-II” is the read current of the memory cell 59b and the second reference current. As a result of comparison with the level 92, “51-III” indicates a comparison result between the charge amount stored in the storage unit 53a and the charge amount stored in 53b. “*” Indicates that the data is determined without depending on the output result of the part to which the symbol is attached.

なお、判定回路52では、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも大きい場合に「1」が出力され、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも小さい場合に「0」が出力されることとする。   The determination circuit 52 outputs “1” when the read current of the memory cell is larger than the first and second reference current levels 91 and 92, and the read current of the memory cell is the first and second reference currents. It is assumed that “0” is output when the current level is lower than 91 and 92.

また、判定回路52において、蓄積部53aに蓄えられた電荷量が蓄積部53bに蓄えられた電荷量よりも少ない場合に「1」が出力され、33aに蓄えられた電荷量が33bに蓄えられた電荷量よりも多い場合に「0」が出力されることとする。   Further, in the determination circuit 52, when the amount of charge stored in the storage unit 53a is smaller than the amount of charge stored in the storage unit 53b, “1” is output, and the amount of charge stored in 33a is stored in 33b. It is assumed that “0” is output when the charge amount is larger than the charged amount.

まず、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b1の読み出し)において、リファレンス54bに入力された第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合、メモリセル59bの記憶状態は、図6中の「00」または「01」の状態にある。このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b2の読み出し)において、リファレンス入力線54bに与えられた第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「1」である場合は、メモリ機能体59b1及びメモリ機能体59b2の「0」が確定し、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「0」もしくは「1」である場合には、メモリ機能体59b1の「0」及びメモリ機能体59b2の「1」が確定する。   First, in reading in the left current path (mainly reading of the memory function body 59b1), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 input to the reference 54b are as follows. When both are “0”, the storage state of the memory cell 59b is “00” or “01” in FIG. For this reason, in the reading in the rightward current path (mainly reading out of the memory function body 59b2), the comparison result with the first reference current level 91 given to the reference input line 54b, the second reference current level 92 and When the comparison results are both “1”, “0” of the memory function body 59b1 and the memory function body 59b2 is determined, the comparison result with the first reference current level 91 is “1”, and the second When the comparison result with the reference current level 92 is “0” or “1”, “0” of the memory function body 59b1 and “1” of the memory function body 59b2 are determined.

次に、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「1」である場合、メモリセル59bの記憶状態は、図6中の「10」または「11」の状態にある。このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合は、メモリ機能体59b1及びメモリ機能体59b2の「1」が確定し、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「0」もしくは「1」であり、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「1」である場合には、メモリ機能体59b1の「1」及びメモリ機能体59b2の「0」が確定する。   Next, in reading in the left current path (mainly reading of the memory function body 59b1), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “1”. In some cases, the storage state of the memory cell 59b is “10” or “11” in FIG. For this reason, in reading on the rightward current path (mainly reading of the memory function body 59b2), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “0”. In some cases, “1” of the memory function body 59b1 and the memory function body 59b2 is determined, the comparison result with the first reference current level 91 is “0” or “1”, and the second reference current level 92 When the comparison result is “1”, “1” of the memory function body 59b1 and “0” of the memory function body 59b2 are determined.

さらに、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、かつ、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「1」である場合、メモリセル59bの記憶状態は、図6中の「01」または「10」の状態にある。   Further, in the reading in the leftward current path (mainly reading out of the memory function body 59b1), the comparison result with the first reference current level 91 is “1” and the comparison with the second reference current level 92 is made. When the result is “1”, the storage state of the memory cell 59b is “01” or “10” in FIG.

このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「1」である場合は、メモリ機能体59b1の「0」及びメモリ機能体59b2の「1」が確定し、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合は、メモリ機能体59b1の「1」及びメモリ機能体59b2の「0」が確定する。   For this reason, in reading in the rightward current path (mainly reading of the memory function body 59b2), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “1”. In some cases, “0” of the memory function body 59b1 and “1” of the memory function body 59b2 are determined, and the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both In the case of “0”, “1” of the memory function body 59b1 and “0” of the memory function body 59b2 are determined.

ただし、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「0」であり、かつ、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「1」である場合は、これらの第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との比較結果のみからデータを読み出すことはできない。   However, in reading in the rightward current path (mainly reading of the memory function body 59b2), the comparison result with the first reference current level 91 is “0” and the comparison with the second reference current level 92 is made. When the result is “1”, data cannot be read out only from the comparison result with the first and second reference current levels 91 and 92.

この場合、蓄積部53aに蓄積された電荷量と蓄積部53bに蓄積された電荷量とが比較される。そして、判定回路52の出力が「0」である場合は、メモリ機能体59b1の「0」及びメモリ機能体59b2の「1」が確定し、判定回路52出力が「1」である場合はメモリ機能体59b1の「1」及びメモリ機能体59b2の「0」が確定する。   In this case, the charge amount stored in the storage unit 53a is compared with the charge amount stored in the storage unit 53b. When the output of the determination circuit 52 is “0”, “0” of the memory function body 59b1 and “1” of the memory function body 59b2 are determined, and when the output of the determination circuit 52 is “1”, the memory “1” of the functional unit 59b1 and “0” of the memory functional unit 59b2 are determined.

なお、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「0」であり、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「1」であること、及び、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体59b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「0」であることは原理的にあり得ない。このため、そのような比較結果が仮に出力された場合は、読み出しエラー信号(「Fail」信号)を出力する。   Note that in the reading in the leftward current path (mainly reading of the memory function body 59b1), the comparison result with the first reference current level 91 is “0”, and the comparison result with the second reference current level 92 is In the case of “1” and reading in the rightward current path (mainly reading of the memory function body 59b2), the comparison result with the first reference current level 91 is “1”, and the second reference current In principle, the comparison result with the level 92 cannot be “0”. Therefore, when such a comparison result is temporarily output, a read error signal (“Fail” signal) is output.

図4に示す半導体記憶装置は、図3に示す半導体記憶装置と比較して、読み出しのために長いアクセス時間を要するものの、半導体記憶装置において判定回路の占める面積を削減することができるため、半導体記憶装置の面積を削減することが可能となる。   The semiconductor memory device shown in FIG. 4 requires a longer access time for reading than the semiconductor memory device shown in FIG. 3, but the area occupied by the determination circuit in the semiconductor memory device can be reduced. The area of the storage device can be reduced.

(第3実施形態)
図5は本発明のさらに別の実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示している。なお、図5中の構成要素の符号は、図4中の対応する構成要素の符号にさらに20を加えたものとし、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a circuit configuration of a semiconductor memory device according to still another embodiment of the present invention. In addition, the code | symbol of the component in FIG. 5 shall add 20 further to the code | symbol of the corresponding component in FIG.

図4に示した半導体記憶装置では、メモリセルからの読出電流とリファレンス電流レベル91,92との大小比較と、2つの蓄積部53a、53bに蓄えられた電荷量同士の比較とを、共通の1つの判定回路52で行っている。しかしながら、それら2つの比較では、比較する対象の性質が異なる。また、メモリセルからの読出電流とリファレンス電流レベル91,92との大小比較では一方の入力レベルが固定されているのに対し、2つの蓄積部53a、53bに蓄えられた電荷量同士の比較では、両方の入力が変化する。このように、メモリセルからの読出電流とリファレンス電流レベル91,92との大小比較と、2つの蓄積部53a、53bに蓄えられた電荷量同士の比較とでは、最も敏感なセンス感度が必要とされる領域が大きく異なり、不具合が生じる可能性がある。   In the semiconductor memory device shown in FIG. 4, the comparison between the read current from the memory cell and the reference current levels 91 and 92 and the comparison between the charge amounts stored in the two storage units 53a and 53b are performed in common. This is performed by one determination circuit 52. However, these two comparisons differ in the nature of the objects being compared. One input level is fixed in the magnitude comparison between the read current from the memory cell and the reference current levels 91 and 92, whereas in the comparison between the charge amounts stored in the two storage units 53a and 53b. , Both inputs change. As described above, the most sensitive sense sensitivity is required for the comparison between the read current from the memory cell and the reference current levels 91 and 92 and the comparison between the charge amounts stored in the two storage units 53a and 53b. The areas to be processed are greatly different, which may cause problems.

そこで、図5に示す半導体記憶装置は、メモリセルの読出電流とリファレンス電流レベル91,92との大小を比較するための判定回路72bと、2つの蓄積部73a、73bに蓄えられた電荷量同士を比較するための判定回路72aとを分けて別に設けることを特徴としている。言い換えれば、判定回路72bは、図3中の第1及び第2の判定回路32a、32cを共通の1つの判定回路として構成したものに相当し、判定回路72aは図3中の第3の判定回路32bに相当する。   Therefore, in the semiconductor memory device shown in FIG. 5, the determination circuit 72b for comparing the magnitude of the read current of the memory cell and the reference current levels 91 and 92, and the amount of charge stored in the two storage units 73a and 73b are compared. And a separate determination circuit 72a for comparing the two. In other words, the determination circuit 72b corresponds to a configuration in which the first and second determination circuits 32a and 32c in FIG. 3 are configured as one common determination circuit, and the determination circuit 72a is the third determination circuit in FIG. This corresponds to the circuit 32b.

図5中に示すように、判定回路72bは、グローバルビット線82に接続された第1の入力端子と、第1又は第2のリファレンス電流レベル91,92が切り替えて与えられる第2の入力端子74とを有する。   As shown in FIG. 5, the determination circuit 72b includes a first input terminal connected to the global bit line 82 and a second input terminal to which the first or second reference current levels 91 and 92 are switched. 74.

判定回路72bは、グローバルビット線82にそれぞれ第1、第2のセレクタ75a,75bを介して接続された第1、第2の入力端子83a,83bを有する。   The determination circuit 72b has first and second input terminals 83a and 83b connected to the global bit line 82 via first and second selectors 75a and 75b, respectively.

判定回路72bの第1の入力端子83aに第3のセレクタ75bを介して第1の蓄積部73aが接続され、
判定回路72bの第2の入力端子83bに第4のセレクタ75dを介して第2の蓄積部73bが接続されている。
The first storage unit 73a is connected to the first input terminal 83a of the determination circuit 72b via the third selector 75b.
The second storage unit 73b is connected to the second input terminal 83b of the determination circuit 72b via the fourth selector 75d.

一例として、メモリセル79bのメモリ機能体79b1、79b2に記憶された情報を読み出す方法について、以下に説明する。   As an example, a method of reading information stored in the memory function bodies 79b1 and 79b2 of the memory cell 79b will be described below.

まず、左向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ワード線80に3Vを印加し、ビット線81a及び81bを接地し、ビット線81c、81d及び81eに1Vを印加する。このとき、メモリセル79bの左側のメモリ機能体79b1に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線81cより流れ、その電流量に応じてビット線81cの電位も変化する。   First, reading in the leftward current path is performed. Specifically, 3V is applied to the word line 80, the bit lines 81a and 81b are grounded, and 1V is applied to the bit lines 81c, 81d, and 81e. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 79b1 on the left side of the memory cell 79b flows from the bit line 81c, and the potential of the bit line 81c also changes according to the amount of the current.

一方、制御線77cに電圧を印加してカラムセレクタ78cをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ78a、78b、78d、78eをオフ状態とすることによって、ビット線81cとグローバルビット線82とを電気的に接続する。   On the other hand, the voltage is applied to the control line 77c to turn on the column selector 78c, and the other column selectors 78a, 78b, 78d, and 78e are turned off to electrically connect the bit line 81c and the global bit line 82. Connect.

その後、判定回路72bにおいて、グローバルビット線82に伝えられたメモリセルの読出電流とリファレンス入力端子74に与えられた第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小がそれぞれ比較される。これにより、判定回路72bの出力71bが得られる。   Thereafter, the determination circuit 72 b compares the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 82 with the first and second reference current levels 91 and 92 applied to the reference input terminal 74. Thereby, the output 71b of the determination circuit 72b is obtained.

さらに、これと並行するか、もしくは、上記判定回路71bからの出力結果を得た後、セレクタ75a及び75bをオン状態、セレクタ75c及び75dをオフ状態とすることによって、グローバルビット線82の状態に対応した電荷が蓄積部73aに蓄積される。   Further, in parallel with this, or after obtaining the output result from the determination circuit 71b, the selectors 75a and 75b are turned on, and the selectors 75c and 75d are turned off, thereby bringing the global bit line 82 into a state. Corresponding charges are accumulated in the accumulating unit 73a.

次に、右向き電流経路での読み出しを行う。具体的には、ワード線80に3Vを印加したまま、ビット線81a及び81bに1Vを印加し、ビット線81c、81d及び81eを接地する。このとき、メモリセル79bの右側のメモリ機能体79b2に蓄えられた電荷に主に対応する読出電流がビット線81bより流れ、その電流量に応じてビット線81bの電位も変化する。   Next, reading is performed in the rightward current path. Specifically, with 3V applied to the word line 80, 1V is applied to the bit lines 81a and 81b, and the bit lines 81c, 81d, and 81e are grounded. At this time, a read current mainly corresponding to the charge stored in the memory function body 79b2 on the right side of the memory cell 79b flows from the bit line 81b, and the potential of the bit line 81b also changes according to the amount of the current.

一方、制御線77bに電圧を印加してカラムセレクタ78bをオン状態とし、それ以外のカラムセレクタ78a、78c、78d、78eをオフ状態とすることによって、ビット線81bとグローバルビット線82とを電気的に接続する。   On the other hand, the voltage is applied to the control line 77b to turn on the column selector 78b, and the other column selectors 78a, 78c, 78d, and 78e are turned off to electrically connect the bit line 81b and the global bit line 82. Connect.

その後、判定回路72bにおいて、グローバルビット線82に伝えられたメモリセルの読出電流とリファレンス入力端子74に与えられた第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との大小がそれぞれ比較される。これにより、判定回路72bの出力71bが得られる。   Thereafter, the determination circuit 72 b compares the read current of the memory cell transmitted to the global bit line 82 with the first and second reference current levels 91 and 92 applied to the reference input terminal 74. Thereby, the output 71b of the determination circuit 72b is obtained.

さらに、これと並行するか、もしくは、上記判定回路72bからの出力結果を得た後、セレクタ75c及び75dをオン状態、セレクタ75a及び75bをオフ状態とすることによって、グローバルビット線82の状態に対応した電荷が蓄積部73bに蓄積される。   Further, in parallel with this, or after obtaining the output result from the determination circuit 72b, the selectors 75c and 75d are turned on and the selectors 75a and 75b are turned off, so that the state of the global bit line 82 is achieved. Corresponding charges are accumulated in the accumulating unit 73b.

さらに、この後、セレクタ75a及び75cをオフ状態、セレクタ55b及び55dをオン状態とし、判定回路72aにおいて、蓄積部73aに蓄えられた電荷量と蓄積部73bに蓄えられた電荷量との多少が比較され、その結果が出力端子71aより出力される。   Further, after that, the selectors 75a and 75c are turned off and the selectors 55b and 55d are turned on. In the determination circuit 72a, the amount of charge stored in the storage unit 73a and the amount of charge stored in the storage unit 73b are somewhat different. The comparison is made and the result is output from the output terminal 71a.

上述のようにして、出力71a及び71bとメモリセル79bのメモリ機能体79b1、79b2に記憶されたデータとの対応を表3に示す。

Figure 0004523531
Table 3 shows the correspondence between the outputs 71a and 71b and the data stored in the memory function bodies 79b1 and 79b2 of the memory cell 79b as described above.
Figure 0004523531

ここで、表3中の「71−I」はメモリセル79bの読出電流と第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、「71−II」はメモリセル79bの読出電流と第2のリファレンス電流レベル92との比較結果、をそれぞれ示す。「*」は、その記号が付された部分の出力結果に依存せずデータが確定することを示す。   Here, “71-I” in Table 3 is a comparison result between the read current of the memory cell 79b and the first reference current level 91, and “71-II” is the read current of the memory cell 79b and the second reference current. Comparison results with level 92 are shown respectively. “*” Indicates that the data is determined without depending on the output result of the part to which the symbol is attached.

なお、判定回路71bにおいては、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも大きい場合に「1」が出力され、メモリセルの読出電流が第1、第2のリファレンス電流レベル91,92よりも小さい場合に「0」が出力されることとする。   The determination circuit 71b outputs “1” when the read current of the memory cell is larger than the first and second reference current levels 91 and 92, and the read current of the memory cell is the first and second read currents. It is assumed that “0” is output when it is smaller than the reference current levels 91 and 92.

また、判定回路71aにおいて、73aに蓄えられた電荷量が73bに蓄えられた電荷量よりも少ない場合に「1」が出力され、33aに蓄えられた電荷量が33bに蓄えられた電荷量よりも多い場合に「0」が出力されることとする。   In the determination circuit 71a, “1” is output when the amount of charge stored in 73a is smaller than the amount of charge stored in 73b, and the amount of charge stored in 33a is greater than the amount of charge stored in 33b. If there are too many, “0” is output.

まず、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合、メモリセル79bの記憶状態は、図6中の「00」または「01」の状態にある。このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合は、メモリ機能体79b1及びメモリ機能体79b2の「0」が確定し、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、かつ、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「0」もしくは「1」である場合には、メモリ機能体79b1の「0」及びメモリ機能体79b2の「1」が確定する。   First, in the reading in the leftward current path (mainly reading out of the memory function body 79b1), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “0”. In this case, the storage state of the memory cell 79b is “00” or “01” in FIG. For this reason, in reading on the rightward current path (mainly reading of the memory function body 79b2), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “0”. In some cases, “0” of the memory function body 79b1 and the memory function body 79b2 is fixed, the comparison result with the first reference current level 91 is “1”, and the second reference current level 92 is compared with the second reference current level 92. When the comparison result is “0” or “1”, “0” of the memory function body 79b1 and “1” of the memory function body 79b2 are determined.

次に、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「1」である場合、メモリセル79bの記憶状態は、図6中の「10」もしくは「11」のいずれかの状態にある。このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベルとの比較結果、第2のリファレンス電流レベルとの比較結果が共に「1」である場合は、メモリ機能体79b1及びメモリ機能体79b2の「1」が確定し、第1のリファレンス電流レベルとの比較結果が「1」もしくは「0」であり、第2のリファレンス電流レベルとの比較結果が「0」である場合には、メモリ機能体79b1の「1」及びメモリ機能体79b2の「0」が確定する。   Next, in the reading in the leftward current path (mainly reading out of the memory function body 79b1), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “1”. In some cases, the storage state of the memory cell 79b is either “10” or “11” in FIG. Therefore, in the case of reading in the rightward current path (mainly reading of the memory function body 79b2), the comparison result with the first reference current level and the comparison result with the second reference current level are both “1”. Indicates that “1” of the memory function body 79b1 and the memory function body 79b2 is determined, the comparison result with the first reference current level is “1” or “0”, and the comparison result with the second reference current level Is “0”, “1” of the memory function body 79b1 and “0” of the memory function body 79b2 are determined.

さらに、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b1の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、かつ、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「0」である場合、メモリセル79bの記憶状態は、図6中の「01」または「10」の状態にある。このため、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「0」である場合は、メモリ機能体79b1の「0」及びメモリ機能体79b2の「1」が確定し、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が共に「1」である場合は、メモリ機能体79b1の「1」及びメモリ機能体79b2の「0」が確定する。   Further, in the reading in the leftward current path (mainly reading out of the memory function body 79b1), the comparison result with the first reference current level 91 is “1” and the comparison with the second reference current level 92 is made. When the result is “0”, the storage state of the memory cell 79b is “01” or “10” in FIG. For this reason, in reading on the rightward current path (mainly reading of the memory function body 79b2), the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both “0”. In some cases, “0” of the memory function body 79b1 and “1” of the memory function body 79b2 are determined, and the comparison result with the first reference current level 91 and the comparison result with the second reference current level 92 are both In the case of “1”, “1” of the memory function body 79b1 and “0” of the memory function body 79b2 are determined.

ただし、右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b2の読み出し)において、第1のリファレンス電流レベル91との比較結果が「1」であり、第2のリファレンス電流レベル92との比較結果が「0」である場合は、これらの第1、第2のリファレンス電流レベル91,92との比較結果のみからデータを読み出すことはできない。   However, in reading in the rightward current path (mainly reading out of the memory function body 79b2), the comparison result with the first reference current level 91 is “1”, and the comparison result with the second reference current level 92 is When it is “0”, data cannot be read out only from the comparison result with the first and second reference current levels 91 and 92.

この場合、出力71aを参照する。そして、出力71aが「0」である場合は、メモリ機能体79b1の「0」及びメモリ機能体79b2の「1」が確定し、出力71aが「1」である場合はメモリ機能体79b1の「1」及びメモリ機能体79b2の「0」が確定する。   In this case, reference is made to the output 71a. When the output 71a is “0”, “0” of the memory function body 79b1 and “1” of the memory function body 79b2 are determined, and when the output 71a is “1”, “0” of the memory function body 79b1 is determined. 1 ”and“ 0 ”of the memory function body 79b2 are determined.

なお、左向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b1の読み出し)及び右向き電流経路での読み出し(主にメモリ機能体79b2の読み出し)のいずれの読み出しにおいても、出力31aが「0」であり、かつ、出力31bが「1」であることは原理的にあり得ない。このため、そのような出力が仮に行われた場合は、読み出しエラー信号(「Fail」信号)が出力される
図5に示す半導体記憶装置は、図3に示す半導体記憶装置と比較して、読み出しのために長いアクセス時間を要するものの、半導体記憶装置における判定回路の占める面積を削減することができるため、半導体記憶装置全体の面積も削減することが可能となる。
Note that the output 31a is “0” in both reading in the left-direction current path (mainly reading out of the memory function body 79b1) and reading out in the right-direction current path (mainly reading out of the memory function body 79b2). In principle, the output 31b cannot be “1”. Therefore, if such an output is performed, a read error signal (“Fail” signal) is output. The semiconductor memory device shown in FIG. 5 is read out in comparison with the semiconductor memory device shown in FIG. Therefore, the area occupied by the determination circuit in the semiconductor memory device can be reduced, so that the area of the entire semiconductor memory device can also be reduced.

また、図5に示す半導体記憶装置は、図4に示す半導体記憶装置と比較して、判定回路の精度を向上させることが可能であるため、より信頼性の高い読出動作を実現することが可能となる。   Further, since the semiconductor memory device illustrated in FIG. 5 can improve the accuracy of the determination circuit as compared with the semiconductor memory device illustrated in FIG. 4, a more reliable read operation can be realized. It becomes.

なお、第1乃至第3の実施形態において、メモリセルアレイを仮想接地アレイ構造にて構成したが、これに拘ることは無く、他の配置構造によって構成してもよい。   In the first to third embodiments, the memory cell array is configured with a virtual ground array structure. However, the present invention is not limited to this and may be configured with another arrangement structure.

また、メモリを読み出すための電源電圧は、上記電圧に拘ることなく、これ以上の電圧でも構わないし、これ以下の電圧でも構わない。   Further, the power supply voltage for reading out the memory is not limited to the above voltage, and may be a voltage higher than this or a voltage lower than this.

(第4実施形態)
図8は上記半導体記憶装置が組み込まれた電子機器としての携帯電話の構成を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a configuration of a mobile phone as an electronic apparatus in which the semiconductor memory device is incorporated.

この携帯電話は、表示部111、ROM(読み出し専用メモリ)112、RAM(ランダムアクセスメモリ)113、制御回路114、アンテナ115、無線回路116、電源回路117、オーディオ回路118、カメラモジュール119、メモリカード120により構成されている。   This mobile phone includes a display unit 111, a ROM (read only memory) 112, a RAM (random access memory) 113, a control circuit 114, an antenna 115, a radio circuit 116, a power circuit 117, an audio circuit 118, a camera module 119, a memory card. 120.

このうち、ROM112は、図8に示す携帯電話の本体に内蔵されており、不揮発性を有し、かつ、書き換え可能であって、制御回路を動作させるためのプログラムデータ、カメラモジュール119において撮影された画像データ、オーディオ回路118で再生させるためのオーディオデータ等のデータが記憶されている。   Of these, the ROM 112 is built in the main body of the mobile phone shown in FIG. 8, and is nonvolatile and rewritable, and is taken by the camera module 119, program data for operating the control circuit. Data such as image data and audio data to be reproduced by the audio circuit 118 are stored.

上記データは、メモリカード120に記憶されてもよい。メモリカード120は、ROM112と同様に、不揮発性を有し、かつ、書き換え可能である。メモリカード120は、さらに、着脱可能であって、上記データのバックアップ、他の機器へのデータ転送、ROM112に収めることのできないデータの記憶などの役割を果たす。   The data may be stored in the memory card 120. Similar to the ROM 112, the memory card 120 has non-volatility and is rewritable. The memory card 120 is further detachable, and plays a role such as backup of the data, data transfer to other devices, and storage of data that cannot be stored in the ROM 112.

ROM112及びメモリカード120は、制御回路114より要求されると、記憶されたデータを制御回路114にデータを送る。また、ROM112及びメモリカード120より読み出されたデータは、必要に応じてRAM113にも転写される。   The ROM 112 and the memory card 120 send stored data to the control circuit 114 when requested by the control circuit 114. Data read from the ROM 112 and the memory card 120 is also transferred to the RAM 113 as necessary.

一般的に、不揮発性メモリの信頼性は、携帯電話の信頼性に対して大きな役割を果たしている。このため、不揮発性メモリであるROM1122及びメモリカード120に記憶された情報の読み出しには、高い信頼性が要求されている。このため、より信頼性の高い読出動作を行うことが可能な不揮発性のメモリが要求されていた。   In general, the reliability of nonvolatile memory plays a major role in the reliability of mobile phones. For this reason, high reliability is required for reading information stored in the ROM 1122 and the memory card 120 which are nonvolatile memories. For this reason, there has been a demand for a nonvolatile memory capable of performing a more reliable read operation.

本発明の半導体記憶装置をROM112及びメモリカード120に用いることによって、より信頼性の高い読出動作を行うことが可能となり、より信頼性の高い携帯電話を得ることが可能となる。   By using the semiconductor memory device of the present invention for the ROM 112 and the memory card 120, a more reliable reading operation can be performed and a more reliable mobile phone can be obtained.

特に、半導体記憶装置のメモリセルとして、図1Aに示すメモリ素子を用いることによって、メモリ部と論理回路部の混載プロセスが簡易で安価な半導体記憶装置を得ることができる。したがって、信頼性が高く、しかも、安価な携帯電子機器を得ることができる。   In particular, by using the memory element shown in FIG. 1A as a memory cell of a semiconductor memory device, a semiconductor memory device in which a mixed process of a memory portion and a logic circuit portion is simple and inexpensive can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a portable electronic device that is highly reliable and inexpensive.

本発明の一実施形態の半導体記憶装置におけるメモリセルの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the memory cell in the semiconductor memory device of one Embodiment of this invention. 図1Aのメモリセルを表す回路記号を示す図である。It is a figure which shows the circuit symbol showing the memory cell of FIG. 1A. 上記半導体記憶装置における別のメモリセルの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of another memory cell in the said semiconductor memory device. 図2Aのメモリセルを表す回路記号を示す図である。It is a figure which shows the circuit symbol showing the memory cell of FIG. 2A. 本発明の一実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the semiconductor memory device of one Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the semiconductor memory device of another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態の半導体記憶装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the semiconductor memory device of further another embodiment of this invention. 上記半導体記憶装置においてメモリセルに流れる電流の分布と第1、第2のリファレンス電流レベルを説明するための概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a distribution of current flowing through a memory cell and first and second reference current levels in the semiconductor memory device. メモリセルに流れる電流の別の分布とリファレンス電流レベルを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating another distribution of the electric current which flows into a memory cell, and a reference current level. 本発明の半導体記憶装置を組み込んだ携帯電子機器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the portable electronic device incorporating the semiconductor memory device of this invention. 従来の半導体記憶装置の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the conventional semiconductor memory device. 従来の半導体記憶装置に含まれたメモリセルに流れる電流の分布とリファレンス電流レベルを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating distribution of the electric current which flows into the memory cell contained in the conventional semiconductor memory device, and a reference current level.

符号の説明Explanation of symbols

39b1、39b2、59b1、59b2、79b1、79b2 メモリ機能体
39a〜39d、59a〜59d、79a〜79d メモリセル
91、92 リファレンス電流レベル
41a〜41d、61a〜61d、81a〜81d ビット線
38a〜38e、58a〜58e、78a〜78e カラムセレクタ
35a〜35d、55a〜55f、75a〜75d セレクタ
42、62、82 グローバルビット線
31a〜31c、51、71a、71b 判定回路
33a、33b、53a、53b、73a、73b 蓄積部
11、21 ゲート電極
13、28 ゲート絶縁膜
14、25 チャネル領域
15a、15b、26a、26b 拡散領域
12a、12b メモリ機能体
22、23、24 絶縁膜
27a、27b 記憶領域





39b1, 39b2, 59b1, 59b2, 79b1, 79b2 Memory function bodies 39a-39d, 59a-59d, 79a-79d Memory cells 91, 92 Reference current levels 41a-41d, 61a-61d, 81a-81d Bit lines 38a-38e, 58a-58e, 78a-78e Column selectors 35a-35d, 55a-55f, 75a-75d Selectors 42, 62, 82 Global bit lines 31a-31c, 51, 71a, 71b Determination circuits 33a, 33b, 53a, 53b, 73a, 73b Storage part 11, 21 Gate electrode 13, 28 Gate insulating film 14, 25 Channel region 15a, 15b, 26a, 26b Diffusion region 12a, 12b Memory function body 22, 23, 24 Insulating film 27a, 27b Storage region





Claims (8)

互いに独立した情報を記憶し得る一対の記憶部を有する複数のメモリセルの上記一対の記憶部の記憶状態を互いに逆向きの第1及び第2の電流経路を使って読み出す半導体記憶装置の読出方法であって、
上記各メモリセルを流れる電流は、上記各電流経路でそれぞれ、両方の記憶部がプログラム状態であるとき最小値をとり、上記電流の向きに応じた一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるとき上記最小値よりも大きい第1中間値をとり、上記一方の記憶部が消去状態で上記他方の記憶部がプログラム状態であるとき上記第1中間値よりも大きい第2中間値をとり、上記両方の記憶部が消去状態であるとき上記第2中間値よりも大きい最大値をとるようになっており、
上記複数のメモリセルに関して共通に、上記最小値よりも大きくかつ上記第2中間値よりも小さい第1のリファレンス電流レベルと、上記第1中間値よりも大きくかつ上記最大値よりも小さい第2のリファレンス電流レベルとを定め、
上記第1の電流経路を設定して、上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較するとともに、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を第1の蓄積部に蓄え、
上記第2の電流経路を設定して、上記メモリセルに流れる電流と上記第1、第2のリファレンス電流レベルとをそれぞれ比較するとともに、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を第2の蓄積部に蓄え、
上記第1の蓄積部に蓄えた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えた電荷量とを比較することを特徴とする半導体記憶装置の読出方法。
A reading method for a semiconductor memory device, which reads out the storage states of the pair of storage units of a plurality of memory cells having a pair of storage units capable of storing mutually independent information using first and second current paths opposite to each other. Because
The current flowing through each memory cell takes a minimum value when both storage units are in the programmed state in each current path, and one storage unit corresponding to the direction of the current is in the programmed state and the other storage unit. Takes a first intermediate value greater than the minimum value when the first storage unit is in the erased state, and a second intermediate value greater than the first intermediate value when the one storage unit is in the erased state and the other storage unit is in the programmed state Taking a value and taking a maximum value greater than the second intermediate value when both storage parts are in the erased state,
In common with the plurality of memory cells, a first reference current level that is greater than the minimum value and less than the second intermediate value, and a second reference current level that is greater than the first intermediate value and less than the maximum value. Define the reference current level,
The first current path is set, the current flowing through the memory cell is compared with the first and second reference current levels, and the charge corresponding to the current flowing through the memory cell is stored in the first storage. Store in the department,
The second current path is set to compare the current flowing through the memory cell with the first and second reference current levels, respectively, and charge corresponding to the current flowing through the memory cell is stored in the second storage. Store in the department,
A method for reading a semiconductor memory device, comprising: comparing a charge amount stored in the first storage unit with a charge amount stored in the second storage unit.
互いに独立した情報を記憶し得る一対の記憶部を有し、上記一対の記憶部の記憶状態は互いに逆向きの第1及び第2の電流経路を使って読み出されるようになっている複数のメモリセルを備え、
上記各メモリセルを流れる電流は、上記各電流経路でそれぞれ、両方の記憶部がプログラム状態であるとき最小値をとり、上記電流の向きに応じた一方の記憶部がプログラム状態で他方の記憶部が消去状態であるとき上記最小値よりも大きい第1中間値をとり、上記一方の記憶部が消去状態で上記他方の記憶部がプログラム状態であるとき上記第1中間値よりも大きい第2中間値をとり、上記両方の記憶部が消去状態であるとき上記第2中間値よりも大きい最大値をとるようになっており、
上記複数のメモリセルに関して共通に、上記最小値よりも大きくかつ上記第2中間値よりも小さい第1のリファレンス電流レベルと、上記第1中間値よりも大きくかつ上記最大値よりも小さい第2のリファレンス電流レベルとが定められ、
上記各電流経路を順次設定する電流経路設定部と、
上記各電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流と上記第1のリファレンス電流レベルとを比較する第1の判定回路と、
上記各電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流と上記第2のリファレンス電流レベルとを比較する第2の判定回路と、
上記第1の電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を蓄える第1の蓄積部と、
上記第2の電流経路が設定されているとき、上記メモリセルに流れる電流に応じた電荷を蓄える第2の蓄積部と、
上記第1の蓄積部に蓄えられた電荷量と上記第2の蓄積部に蓄えられた電荷量とを比較する第3の判定回路とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
A plurality of memories having a pair of storage units capable of storing mutually independent information, and the storage states of the pair of storage units being read using first and second current paths opposite to each other With cells,
The current flowing through each memory cell takes a minimum value when both storage units are in the programmed state in each current path, and one storage unit corresponding to the direction of the current is in the programmed state and the other storage unit. Takes a first intermediate value greater than the minimum value when the first storage unit is in the erased state, and a second intermediate value greater than the first intermediate value when the one storage unit is in the erased state and the other storage unit is in the programmed state Taking a value and taking a maximum value greater than the second intermediate value when both storage parts are in the erased state,
In common with the plurality of memory cells, a first reference current level that is greater than the minimum value and less than the second intermediate value, and a second reference current level that is greater than the first intermediate value and less than the maximum value. A reference current level is defined,
A current path setting unit for sequentially setting the current paths;
A first determination circuit that compares a current flowing through the memory cell with the first reference current level when each of the current paths is set;
A second determination circuit that compares a current flowing through the memory cell with the second reference current level when each of the current paths is set;
When the first current path is set, a first accumulation unit that accumulates electric charge according to the current flowing through the memory cell;
When the second current path is set, a second accumulation unit that accumulates electric charge according to the current flowing through the memory cell;
A semiconductor memory device, comprising: a third determination circuit that compares the amount of charge stored in the first storage unit with the amount of charge stored in the second storage unit.
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1及び第2の判定回路は、上記グローバルビット線に接続された第1の入力端子と、上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられる第2の入力端子とを有し、
上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して上記第1、第2の蓄積部が接続され、
上記第3の判定回路は、上記第1の蓄積部に第3のセレクタを介して接続された第1の入力端子と、上記第2の蓄積部に第4のセレクタを介して接続された第2の入力端子とを有することを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first and second determination circuits have a first input terminal connected to the global bit line, and a second input terminal to which the first or second reference current level is applied,
The first and second storage units are connected to the global bit line via first and second selectors, respectively.
The third determination circuit includes a first input terminal connected to the first storage unit via a third selector, and a first input terminal connected to the second storage unit via a fourth selector. A semiconductor memory device having two input terminals.
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1、第2及び第3の判定回路は互いに共通の一つの判定回路として構成され、この判定回路は、上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して接続された第1、第2の入力端子を有し、
上記判定回路の第1の入力端子に第3のセレクタを介して上記第1の蓄積部が接続され、
上記判定回路の第2の入力端子に第4のセレクタを介して上記第2の蓄積部が接続され、
上記判定回路の第1、第2の入力端子にそれぞれ第5、第6のセレクタを介して上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられるようになっていることを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first, second, and third determination circuits are configured as a common determination circuit, and the determination circuit is connected to the global bit line via a first selector and a second selector, respectively. A second input terminal;
The first storage unit is connected to a first input terminal of the determination circuit via a third selector,
The second storage unit is connected to a second input terminal of the determination circuit via a fourth selector,
The semiconductor memory device, wherein the first or second reference current level is applied to the first and second input terminals of the determination circuit via the fifth and sixth selectors, respectively. .
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記電流経路設定部は、上記メモリセルの2つの端子にそれぞれ接続された第1、第2のビット線と、上記第1及び第2のビット線にカラムセレクタを介して接続されたグローバルビット線とを含み、
上記第1及び第2の判定回路は互いに共通の一つの判定回路として構成され、この判定回路は、上記グローバルビット線に接続された第1の入力端子と、上記第1又は第2のリファレンス電流レベルが与えられる第2の入力端子とを有し、
上記第3の判定回路は、上記グローバルビット線にそれぞれ第1、第2のセレクタを介して接続された第1、第2の入力端子を有し、
上記第3の判定回路の第1の入力端子に第3のセレクタを介して上記第1の蓄積部が接続され、
上記第3の判定回路の第2の入力端子に第4のセレクタを介して上記第2の蓄積部が接続されていることを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2,
The current path setting unit includes first and second bit lines connected to two terminals of the memory cell, and a global bit line connected to the first and second bit lines via a column selector. Including
The first and second determination circuits are configured as one common determination circuit, and the determination circuit includes a first input terminal connected to the global bit line and the first or second reference current. A second input terminal to which a level is given,
The third determination circuit has first and second input terminals connected to the global bit line via first and second selectors, respectively.
The first storage unit is connected to a first input terminal of the third determination circuit via a third selector,
A semiconductor memory device, wherein the second storage section is connected to a second input terminal of the third determination circuit via a fourth selector.
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記メモリセルは、
半導体層と、
この半導体層上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の直下に相当する領域に設けられた或る導電型を有するチャネル領域と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の両側に相当する領域に設けられ、それぞれ上記チャネル領域の導電型と逆の導電型を有する一対の拡散領域と、
上記各拡散領域上に上記ゲート電極の対応する側面に接するように設けられ、それぞれ電荷または分極を保持する機能を有する一対のメモリ機能体とを備え、
上記メモリセルの上記一対の拡散領域はそれぞれビット線に接続される端子をなしていることを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2,
The memory cell
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A channel region having a certain conductivity type provided in a region corresponding to the surface of the semiconductor layer immediately below the gate electrode;
A pair of diffusion regions provided in regions corresponding to both sides of the gate electrode on the surface of the semiconductor layer, each having a conductivity type opposite to that of the channel region;
A pair of memory function bodies provided on the respective diffusion regions so as to be in contact with corresponding side surfaces of the gate electrode and having a function of holding charge or polarization, respectively;
2. A semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of the pair of diffusion regions of the memory cell forms a terminal connected to a bit line.
請求項2に記載の半導体記憶装置において、
上記メモリセルは、
半導体層と、
この半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記半導体層とゲート電極との間に挟まれた第1、第2及び第3の絶縁膜の積層からなる複合ゲート絶縁膜と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の直下に相当する領域に設けられた或る導電型を有するチャネル領域と、
上記半導体層の表面のうち上記ゲート電極の両側に相当する領域に設けられ、それぞれ上記チャネル領域の導電型と逆の導電型を有する一対の拡散領域とを備え、
上記複合ゲート絶縁膜の上記第1及び第3の絶縁膜に挟まれた第2の絶縁膜は、上記各拡散領域に対応する端部にそれぞれ電荷または分極を保持する機能を有する一対の記憶領域を備え、
上記メモリセルの上記一対の拡散領域はそれぞれビット線に接続される端子をなしていることを特徴とする半導体記憶装置。
The semiconductor memory device according to claim 2,
The memory cell
A semiconductor layer;
A gate electrode formed on the semiconductor layer;
A composite gate insulating film comprising a stack of first, second and third insulating films sandwiched between the semiconductor layer and the gate electrode;
A channel region having a certain conductivity type provided in a region corresponding to the surface of the semiconductor layer immediately below the gate electrode;
A pair of diffusion regions provided in regions corresponding to both sides of the gate electrode in the surface of the semiconductor layer, each having a conductivity type opposite to that of the channel region;
The second insulating film sandwiched between the first and third insulating films of the composite gate insulating film has a pair of storage regions each having a function of holding charge or polarization at the end corresponding to each diffusion region. With
2. A semiconductor memory device according to claim 1, wherein each of the pair of diffusion regions of the memory cell forms a terminal connected to a bit line.
請求項2に記載の半導体記憶装置を備えたことを特徴とする電子機器。
An electronic apparatus comprising the semiconductor memory device according to claim 2.
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