JPH02146190A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH02146190A
JPH02146190A JP63241901A JP24190188A JPH02146190A JP H02146190 A JPH02146190 A JP H02146190A JP 63241901 A JP63241901 A JP 63241901A JP 24190188 A JP24190188 A JP 24190188A JP H02146190 A JPH02146190 A JP H02146190A
Authority
JP
Japan
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circuit
data
write
cell
pulse width
Prior art date
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Pending
Application number
JP63241901A
Other languages
English (en)
Inventor
Susumu Hasunuma
蓮沼 晋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH02146190A publication Critical patent/JPH02146190A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装
置に関し、特にその情報の書き換えの回路に関する。
[従来の技術] 電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置(以下
、EEPROM)はこれまで各種の構造が考えられてい
るが、最も一般的でかつ信頼性が高いものは薄い絶縁膜
中のFowler−Nordheim型トンネル電流を
利用し浮遊ゲート電極中に電荷を注入・蓄積する型のも
のである(参考: Frohman−Bentchko
wskyet、al、   US  Patent  
No、4203158”Electrically  
Pr。
grammable  and  ErasableM
OS  Floating  Gate  Mem。
ry  Device  Employing  Tu
nneling  and  Method  ofF
ablicating  Same”)。
このEEPROMでは、書き込み・消去に高電圧を用い
、浮遊ゲートとドレインとの間に電荷の移動を生じさせ
ているが、このためにトンネル電流が流れる薄い絶縁膜
は書き込み・消去の繰り返しとともに劣化しついには絶
縁破壊に到る。このトンネル絶縁膜の劣化は膜中を通過
した電荷の量に関係するため、書き込みレベル及び消去
レベルは各種マージンを見込んだ上必要以上に深くなら
ないように設計されている。また、このEEFROMの
書き込み・消去に要する高電圧は一般に昇圧回路を用い
てIC内部で発生されている(参考:AnilGupt
a  et、al、”A5V−only  18k  
EEPROM  Utilizing   0xyni
trjde  Dielectricsand  EP
ROM  ReduncfanCy”:  l5SCC
’ 82)。この場合、プログラムパルスはチャージポ
ンプ回路で昇圧し、ジャンクション耐圧などでクランプ
した出力電圧を内部タイマーでパルス整形して作るのが
一般的であり、内部タイマーは通常発振回路と分周回路
とで構成されている。発振回路は奇数段インバータの閉
ループ接続すなわちリングオシレータで構成され、その
周波数を調整するためにインバータの出力を抵抗と容量
による積分回路で遅延させて次段インバータの入力とし
ていた。
[発明が解決しようとする問題点コ 従来のEEFROMではLSI製造上のばらつきにより
上述した各回路の特性が変動するため、それぞれにマー
ジンを見込んだ設計をする必要があり、この結果メモリ
・トランジスタの書込レベル・消去レベルは読み出しレ
ベルに比べて十分に深く設定する必要があった。変動要
因の主なものを以下に示す。
(1)メモリトランジスタ特性のばらつき:書込み・消
去に用いられるトンネル電流は絶縁膜の膜厚に大きく依
存しており、このトンネル絶縁膜の膜厚のばらつきによ
りメモリトランジスタの書き込み・消去スピードが変動
する。メモリトランジスタの制御ゲート−浮遊ゲート−
基板間の容量比のばらつきによってもスピードは変動す
る。
(2)プログラム電圧のばらつき:チャージポンプ回路
の出力電圧はジャンクション耐圧、ブレークダウン電圧
、寄生トランジスタの闇値電圧等てクランプするが、い
ずれの電圧値にも必ず製造上のばらつきが生じる。
(3)プログラムパルス幅のばらつき:前述の通り、プ
ログラムパルスのパルス幅は内部タイマーによって決定
されるのが一般的であるが、このタイマーの発振器の発
振周波数は抵抗や容量などの特性のばらつきによって変
動し、これに伴ってプログラム・パルス幅も変動する。
(4)メモリトランジスタの書き込み・消去の繰返しに
よるシフト量の変動:メモリトランジスタの書き込み・
消去を一定のプログラムパルスで繰返すと、トンネル絶
縁膜中にトラップが発生して書き込み・消去レベルが変
動する。特に繰返し回数が105〜106回に達すると
この影響は顕著になり、書き込み・消去スピードは劣化
する。
EEPROMのメモリトランジスタの書き込み・消去特
性の例を第6図に示すが、上に述べた(1)、  (2
)、  (4ンの場合はこの特性自体が変動し、また上
述の(3)の場合には横軸(プログラム時間)が変動し
、いずれの場合も書き込みレベル・消去レベルと読み出
しレベルとのマージンがばらつくことになる。従ってデ
バイス設計に際しては、これらのばらつきのワーストの
場合でも動作可能なようにメモリトランジスタの特性あ
るいはプログラムパルス幅の設定を行わなければならな
かった。この結果出来上がったデバイスではメモリトラ
ンジスタの書き込み・消去レベルは常に適性値にはなり
得す、多くの場合には必要以上に深いレベルまでがシフ
トし、このときの過大な電荷の移動によりトンネル絶縁
膜の寿命(メモリトランジスタの書換え寿命)を短くし
てしまうという欠点があった。
[発明の従来技術に対する相違点コ これに対し、本発明ではプログラムパルス幅を決定する
発振回路内部にプログラム機能を有し、これによって各
デバイスに最適なパルス幅を設定することができ、さら
に、このプログラム機能を再プログラム可能にすること
によりメモリトランジスタの特性変動にも合わせて常に
最適なパルス幅を設定することができるという相違点を
有する。
c問題点を解決するための手段] 本発明の不揮発性半導体記憶装置は、書き込み消去のた
めの高電圧発生用昇圧回路と、プログラミング・パルス
幅設定のための内部発振回路とを有し、単一電源動作を
可能にした不揮発性半導体記憶装置において、 前記内部発振回路が電気的に書換え可能な不揮発性記憶
素子および該不揮発性記憶素子の書き込み・消去回路を
有し、その不揮発性記憶素子の情報により発振周波数を
変更することを特徴とする。
前記の本発明において好ましい態様は、前記内部発振回
路は、発振周波数を決定する抵抗と容量で構成された積
分回路の前記抵抗が複数の抵抗素子の直列接続で構成さ
れ、各抵抗素子のうち一つを除き両端がトランスファー
ゲートの両端に接続され、前記トランスファーゲートが
電気的に書換え可能な不揮発性記憶素子の情報に応じ導
通・非導通を決定する抵抗値制御回路に接続されている
ことを特徴とするものである。
また、前記の本発明において他の好ましい態様は、前記
内部発振回路は、発振周波数を決定する抵抗と容量で構
成された積分回路の前記容量が複数の容量素子の並列接
続で構成され、前記容量素子がトランスファーゲートを
介して両端を共通接続され、前記トランスファーゲート
が電気的に書換え可能な不揮発性記憶素子の情報に応じ
導通、非導通を決定する容量値制御回路に接続されてい
ることを特徴とするものである。
また、前記の本発明において更に他の好ましい態様は、
前記内部発振回路は発振周波数を決定する抵抗と容量で
構成された積分回路の前記抵抗が複数の抵抗素子の並列
接続で構成され、前記抵抗素子が一つを除きトランスフ
ァーゲートを介して両端を共通接続され、前記トランス
ファーゲートが電気的に書換え可能な不揮発性記憶素子
の情報に応じ導通・非導通を決定する抵抗値制御回路に
接続されていることを特徴とするものである。
[実施例コ 第1図は本発明による不揮発性半導体記憶装置の第1実
施例に含まれるプログラムパルス発生用内部タイマーの
発振回路内の積分回路を示す回路図である。抵抗RO,
rl、r2.r3.r4は直列接続されており、そのシ
リーズ抵抗の一端はROから他端はr4から取り出され
る。インバータINVIの出力は抵抗ROの一端に接続
され、抵抗r4の終端は次段インバータINV2の入力
に接続されると共に容tcoの正極側に接続され、容量
COの負極側は接地されている。抵抗rl。
r2.r3.r4の両端はそれぞれトランスファーゲー
トTR3I、TR52,TR53,TR54の両端に接
続されている。トランスファーゲートは本実施例ではC
MO3で構成され、各トランスファーゲートのNチャン
ネル型トランジスタ、Pチャンネル型トランジスタのゲ
ート信号はそれぞれS 1. ”7.  S 2. ’
11.  S 3. 丁■、  S 4゜K■であり、
初期状態がS 1=S2=S3=S4=H,ダT=丁)
=丁ゴ=°ダT=Lのとき抵抗r]、r2.r3.r4
は積分回路から切り離されており積分回路の時定数はτ
=C0−ROである。
Si (i=1〜4)と時定数の関係を表1に示す。
表1 第4図は本発明による発振回路の第1実施例の構成を示
す回路図である。インバータINVI。
INV2.INV3はそれぞれ積分回路CRに接続し、
CR(7)出力がそれぞれINV2.INV3゜INV
Iの入力になるリングオシレータを構成している。IN
Vlの人力はINV4の人力にもなりクロック信号CL
 Kを出力する。積分回路CRは上述の第1図で構成さ
れ、トランスファー制御信号S1.°夕1.  S2.
丁フ、S32丁ゴ、S4゜丁τが全CRに入力される。
第5図は本発明の第1実施例の時定数制御信号発生回路
を示すブロック図である。4ビツトの電気的に誉換え可
能な不揮発性メモリセルのソースSは共通に78回路に
接続され、ゲートGは共通にワード線駆動回路に接続さ
れ、各々のデジット線DI、D2.D3.D4はセンス
アンプ1〜4の入力となる。センスアンプ1〜4の出力
はトランスファー制御信号Sl、S2.S3.S4にな
る。通常動作時はセンスアンプのアクティブ信号VτM
はHであり常にデータを出力している。メモリセルへの
データの書換えは次のように行われる。まず、データの
消去は書き込み回路1〜4が信号PGMがHになること
でアクティブ状態になり、メモリセルのドレインを接地
電位とし、ワード線駆動回路からメモリセルのゲートに
消去電圧を印加することによって実現する。次に、デー
タの書き込みはデータバスからの信号di、d2゜d3
.d4を入力とする書き込み回路1〜4からメモリセル
のドレインにdi、  d2.  d3.  d4に応
じた書き込み電圧を印加することにより実現する。
第2図は本発明の第2実施例に含まれる不揮発性半導体
記憶装置のプログラムパルス発生用内部タイマーの発振
回路内の積分回路を示す回路図である。抵抗ROの一端
はインバータINVIの出力に接続され、他端は次段の
インバータI NV2の入力に接続されると共に容量C
Oの正極側に接続され、容量COの負極側は接地されて
いる。インバータINV2の入力はさらにトランスファ
ーゲートTR5i (i=1〜4)の一端に接続されて
いる。トランスファーゲートTR3i (i=1〜4)
の他端は容量ci(i=1〜4)の一端に接続され、容
量ciの他端は接地されている。トランスファー制御信
号と時定数の関係を表2に示す。
(以下、余白) 表2 この実施例の積分回路を第4図の発振回路のCRに用い
第5図の時定数制御信号発生回路を接続することにより
EEPROMのプログラムパルス幅を可変にすることが
できる。本実施例ではINVlの出力がROが駆動する
だけなので寄生容量が少なくシミュレーションとの良い
一致が得られ、また駆動負荷が少ないので消費電流が減
少するという利点がある。
第3図は本発明の第3実施例を示す回路図であり、第2
図と同様に積分回路の一部分を示す。抵抗ROの一端は
インバータINVIの出力に接続され、他端は次段のイ
ンバータI NV2の人力に接続されると共に容量CO
の正極側に接続され、容ff1cOの負極側は接地され
ている。インバータINVIの出力はさらにトランスフ
ァーゲートTR3i(i=1〜4)の一端に接続され、
TR3iの他端は抵抗ri(i=1〜4)の一端に接続
され、riの他端はインバータINV2の入力に接続さ
れている。トランスファー制御信号と時定数の関係を表
3に示す。
表3 この実施例の積分回路を第4図の発振回路のCRに用い
ることは前記第1.第2実施例と同様である。
[発明の効果] 以上説明したように本発明はEEPROMのプログラミ
ング用高電圧パルス発生回路の発振回路において、発振
周波数を決定する積分回路のCR時定数用の容量または
抵抗の接続を電気的に書換え可能な不揮発性メモリの情
報により切り換えることで容量値または抵抗値の微調整
を行い、発振周波数を調整することができる。従って製
造時におけるメモリトランジスタの書き込み・消去特性
のばらつきやチャージポンプ回路の出力電圧のばらつき
に対し、常に最適なプログラムパルス幅を設定でき、こ
れによってメモリトランジスタに必要以上に大きな闇値
シフトを与えEEFROMの書き換え寿命を短くするこ
とを防ぐ効果がある。
また、プログラムパルス幅をでき上がったデバイスにと
って必要十分な最短時間に設定できるため、書き込み・
消去スピードのグレード選別をすることも可能になる。
さらに、この発振周波数の再プログラムが可能であるた
め、メモリトランジスタの書き込み・消去の繰返しによ
るシフト量の変動に対応して常に最適なプログラムパル
ス幅を設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の発振回路内の積分回路を
示す回路図、第2図は第2実施例の発振回路内の積分回
路を示す回路図、第3図は第3実施例の発振回路内の積
分回路を示す回路図、第4図は第1実施例の発振回路の
全体構成を示す回路図、第5図は第1実施例の時定数制
御信号発生回路を示す回路図、第6図はEEPROMセ
ルの書き込み・消去特性を示すグラフである。 INVI、  INV2゜ INV3.INV4・・・・インバータ、TR5I、 
 TR52゜ TR53,TR54φ・中CMO5)ランスファーゲー
ト、 第1図 RO,rl、r2.r3.r4・・・抵抗、C02c1
.C2,C3,C4・・・容量、Sl、  ダ1.S2
.  丁フ。 S3.Sl、S4.’n・・・時定数制御信号、dl、
d2.d3.d4・・・書き込みデータ、PGM、P’
τM・・・・・書き込み制御信号、DI、D2.D3.
D4・・メモリセルドレイン、G・・・・・・メモリセ
ルゲート、 S・・・・・・メモリセルソース、 第2図 特許出願人  日本電気株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 書き込み消去のための高電圧発生用昇圧回路と、プログ
    ラミング・パルス幅設定のための内部発振回路とを有し
    、単一電源動作を可能にした不揮発性半導体記憶装置に
    おいて、 前記内部発振回路が電気的に書換え可能な不揮発性記憶
    素子および該不揮発性記憶素子の書き込み・消去回路を
    有し、その不揮発性記憶素子の情報により発振周波数を
    変更することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
JP63241901A 1988-07-26 1988-09-27 不揮発性半導体記憶装置 Pending JPH02146190A (ja)

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JP63241901A JPH02146190A (ja) 1988-07-26 1988-09-27 不揮発性半導体記憶装置

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63-186003 1988-07-26
JP18600388 1988-07-26
JP63241901A JPH02146190A (ja) 1988-07-26 1988-09-27 不揮発性半導体記憶装置

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JPH02146190A true JPH02146190A (ja) 1990-06-05

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ID=26503471

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08129894A (ja) * 1994-10-28 1996-05-21 Nec Corp 不揮発性半導体記憶装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62234296A (ja) * 1986-04-04 1987-10-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体記憶装置

Patent Citations (1)

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