JPH04195899A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH04195899A
JPH04195899A JP2327583A JP32758390A JPH04195899A JP H04195899 A JPH04195899 A JP H04195899A JP 2327583 A JP2327583 A JP 2327583A JP 32758390 A JP32758390 A JP 32758390A JP H04195899 A JPH04195899 A JP H04195899A
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voltage
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Yasuyuki Okada
康幸 岡田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To measure a threshold voltage and externally output without providing a terminal for the measurement of the threshold voltage by integrally providing a binary data generating circuit, D-A converter, and comparator for the purpose of measuring the threshold voltage of a nonvolatile memory element. CONSTITUTION:An (n) bit binary data is generated while its value being changed by the (n) bit binary data generating circuit 1, and the binary data is converted by the D-A converter 2 to an analog voltage under a power source voltage 10 as the maximum voltage with 1/2'' resolution and is added to the voltage input terminal of the nonvolatile memory element 3 at the time of measuring the threshold voltage. And, through the comparator 6, the expected value of the output data from the nonvolatile memory element 3 and the output value of a sense amplifier 5 are compared, and depending on the result of the comparison, the change of the binary data of the binary data generating circuit 1 is stopped. Thus, without providing the terminal for the purpose of measuring the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3, the threshold voltage is measured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、不揮発性メモリ素子を含んだ半導体装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device including a nonvolatile memory element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

不揮発性メモリ素子の重要な特性の1つに、データ保持
特性(リテンション特性)があり、検査時に二のリテン
ション特性を測定することは、製品の信頼性上、重要な
ことである。このリテンション特性の測定には、不揮発
性メモリ素子のしきい値電圧を精度よく測定することか
必要である。
One of the important characteristics of a nonvolatile memory element is data retention characteristics, and measuring the second retention characteristic during inspection is important for product reliability. To measure this retention characteristic, it is necessary to accurately measure the threshold voltage of the nonvolatile memory element.

従来の不揮発性メモリ素子のしきい値電圧測定の回路構
成図を第3図に示す。メモリテスタ等から得た電圧可変
の外部電源37の電圧を、半導体チップ上に設けたしき
い値電圧モニタ用端子35を介して、不揮発性メモリ素
子3の例えはゲート電極に印加する。ゲートit極に代
えてソース電極、トレイン電極あるいは基板電極に印加
する場合もある。外部電源37の電圧の変化に対する不
揮発性メモリ素子3の出力の変化をセンスアンプ5て検
出し、センスアンプ5の出力をデータ出力端子36へ導
き、データ出力端子36の電圧からメモリテスタに内蔵
された外部データコンパレータ38によって出力データ
を読み取り、不揮発性メモリ素子3の出力の期待値とセ
ンスアンプ5から読み取ったデータとの比較を、外部電
源37の電圧を変化させなから実行することにより、不
揮発性メモリ素子3のしきい値電圧を測定することか一
般的であった。
FIG. 3 shows a circuit configuration diagram for measuring the threshold voltage of a conventional nonvolatile memory element. A voltage from a variable voltage external power supply 37 obtained from a memory tester or the like is applied to the gate electrode of the nonvolatile memory element 3 via a threshold voltage monitoring terminal 35 provided on the semiconductor chip. In some cases, the voltage is applied to a source electrode, a train electrode, or a substrate electrode instead of the gate it electrode. The sense amplifier 5 detects a change in the output of the nonvolatile memory element 3 in response to a change in the voltage of the external power supply 37, leads the output of the sense amplifier 5 to the data output terminal 36, and uses the voltage at the data output terminal 36 to detect a change in the output of the nonvolatile memory element 3 in response to a change in the voltage of the external power supply 37. The external data comparator 38 reads the output data, and compares the expected value of the output of the nonvolatile memory element 3 with the data read from the sense amplifier 5 without changing the voltage of the external power supply 37. It has been common practice to measure the threshold voltage of the memory element 3.

なお、4は負荷、10は電源電圧、IIは基準電圧であ
る。
Note that 4 is a load, 10 is a power supply voltage, and II is a reference voltage.

〔発明か解決しようとする課題〕[Invention or problem to be solved]

しかし近年、不揮発性メモリ素子とマイクロコントロー
ラとを1チツプ構成でICカード等に使用する場合に、
データのセキュリティおよびデータ破壊防止の理由から
、外部端子としては、電源端子、グラウンド(GND)
端子、シリアル入出力端子、クロック端子およびリセッ
ト端子の5端子に制限することか必要てあI)、不揮発
性メモリ素子3のしきい値電圧を測定するだめの端子を
設けることはできない。
However, in recent years, when a nonvolatile memory element and a microcontroller are used in a single chip configuration,
For data security and data destruction prevention reasons, the external terminals are power supply terminal and ground (GND).
It is necessary to limit the number of terminals to five terminals: a terminal, a serial input/output terminal, a clock terminal, and a reset terminal.I) It is not possible to provide a terminal for measuring the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3.

また、半導体チップ内にしきい値電圧測定回路を設ける
場合も、不揮発性メモリ素子3のしきい値電圧を精度よ
く測定するためには、しきい値電圧測定用データの数を
多くしなければならない。
Furthermore, when a threshold voltage measurement circuit is provided in a semiconductor chip, the number of threshold voltage measurement data must be increased in order to accurately measure the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3. .

例えば、電源電圧の1/2nの精度てしきい値電圧を測
定するためには、2a通りのしきい値電圧測定用データ
を用意するか発生させる必要かある。
For example, in order to measure the threshold voltage with an accuracy of 1/2n of the power supply voltage, it is necessary to prepare or generate 2a types of threshold voltage measurement data.

また、これら2″通りのしきい値電圧測定用データを単
純に使用したのでは、最大2′−厄のセンス動作をする
必要があり、検査時間の増加や検査コストの上昇を招く
という問題かある。
Furthermore, if these 2'' types of threshold voltage measurement data are simply used, a maximum of 2' sense operations will be required, leading to an increase in inspection time and inspection costs. be.

この発明の第1の目的は、不揮発性メモリ素子のしきい
値電圧を測定するための端子を設けずに、しきい値電圧
を測定することかできる半導体装置を提供することであ
る。
A first object of the present invention is to provide a semiconductor device that can measure the threshold voltage of a nonvolatile memory element without providing a terminal for measuring the threshold voltage.

第2の目的は、第1の目的を実現した上て、不揮発性メ
モリ素子のしきい値電圧を高速かつ高精度に測定するこ
とかできる半導体装置を提供することである。
A second object is to provide a semiconductor device that can measure the threshold voltage of a nonvolatile memory element at high speed and with high precision, in addition to achieving the first object.

C課題を解決するための手段〕 請求項(1)記載の半導体装置は、所定のデータを記憶
した不揮発性メモリ素子と、 不揮発性メモリ素子の記憶内容を検知するセンスアンプ
と、 発生するバイナリデータを変化可能なnビット(nは任
意の自然数)のバイナリデータ発生回路と、 このバイナリデータ発生回路から出力されるバイナリデ
ータを電源電圧を最高電圧として1/2”の分解能でア
ナログ電圧に変換し不揮発性メモリ素子の電圧入力端子
にしきい値電圧測定時に加えるデジタル−アナログコン
バータ(以下rD−Aコンハータノと略す。)と、 不揮発性メモリ素子の出力データの期待値とセンスアン
プの出力値とを比較し、比較結果によりバイナリデータ
発生回路のバイナリデータの変化を停止させるコンパレ
ータとで構成されたことを特徴とする 請求項(2)記載の半導体装置は、請求項(1)記載の
バイナリデータ発生回路を、“1”または“0′の1ビ
ットデータを最上位ビットへ入力した後がら最下位ビッ
トを出るまでクロック信号の入力毎に順次シフトするn
段のシフトレジスタと、1段のシフトレジスタの各段に
それぞれ対応じて設けられ、各段の出力か“】”または
“0”の1ビットデータとなった時にそれぞれセットさ
れ、シフトレジスタの第n段に対応するもののみコンパ
レータから出力されるコンパレート信号でリセットされ
るn個のラッチ回路と、 シフトレジスタの第2段ないし第n段の出力の各々か“
ビまたは“0”の1ビットデータとなった時にコンパレ
ータから出力されるコンパレート信号に応じてシフトレ
ジスタの第1段ないし第n−]段の各々に対応するn−
1個のラッチ回路をそれぞれリセットするn−1個の論
理ゲートとで構成されたことを特徴とする。
Means for Solving Problem C] The semiconductor device according to claim (1) comprises: a non-volatile memory element that stores predetermined data; a sense amplifier that detects the storage contents of the non-volatile memory element; and binary data that is generated. A binary data generation circuit of n bits (n is any natural number) that can change the output voltage, and the binary data output from this binary data generation circuit is converted into an analog voltage with a resolution of 1/2" using the power supply voltage as the highest voltage. A digital-to-analog converter (hereinafter referred to as rD-A converter) is applied to the voltage input terminal of the nonvolatile memory element when measuring the threshold voltage, and the expected value of the output data of the nonvolatile memory element is compared with the output value of the sense amplifier. The semiconductor device according to claim (2), further comprising a comparator that stops the change in the binary data of the binary data generating circuit according to the comparison result, is the binary data generating circuit according to claim (1). After inputting 1-bit data of "1" or "0" to the most significant bit, shift it sequentially every time a clock signal is input until it exits the least significant bit.
They are provided for each stage of the shift register and each stage of the one-stage shift register, and are set when the output of each stage becomes 1-bit data of "]" or "0". n latch circuits that are reset by the comparison signal output from the comparator, and each of the outputs of the second to nth stages of the shift register.
n- corresponding to each of the first to n-th stages of the shift register according to the comparison signal output from the comparator when the data becomes 1-bit data of 0 or 0.
It is characterized in that it is composed of n-1 logic gates that each reset one latch circuit.

〔作用〕[Effect]

請求項(1)記載の構成によれば、nビット(nは任意
の自然数)のバイナリデータ発生回路かnビットのバイ
ナリデータをその値を変化させなから発生し、D−Aコ
ンバータは、バイナリデータ発生回路から出力されるバ
イナリデータを電源電圧を最高電圧として1/2″′の
分解能でアナログ電圧に変換し、不揮発性メモリ素子の
電圧入力端子にしきい値電圧測定時に加えることになる
。そして、コンパレータは、不揮発性メモリ素子の出力
データの期待値とセンスアンプの出力値とを比較し、比
較結果によりバイナリデータ発生回路のノ\イナリデー
夕の変化を停止する。
According to the configuration described in claim (1), the n-bit (n is any natural number) binary data generation circuit generates n-bit binary data without changing its value, and the D-A converter generates binary data. The binary data output from the data generation circuit is converted into an analog voltage with a resolution of 1/2'' using the power supply voltage as the highest voltage, and is applied to the voltage input terminal of the nonvolatile memory element when measuring the threshold voltage. The comparator compares the expected value of the output data of the nonvolatile memory element with the output value of the sense amplifier, and stops changing the initial data of the binary data generation circuit based on the comparison result.

以上のように、この半導体装置は、不揮発性メモリ素子
およびセンスアンプの他に、不揮発性メモリ素子のしき
い値電圧測定用として、バイナリデータ発生回路、D−
Aコンバータおよびコンパレータを一体的に設けている
ので、しきい値電圧の測定のために、電源端子や不揮発
性メモリ素子のデータを読み出す端子を設けることなく
、不揮発性メモリ素子のしきい値電圧を測定して外部に
出力することかできる。この結果、不揮発性メモリ素子
に記憶させたデータのセキュリティおよびデータ破壊の
防止の点で有効である。
As described above, in addition to the nonvolatile memory element and the sense amplifier, this semiconductor device also includes a binary data generation circuit, a D-
Since the A converter and comparator are integrated, it is possible to measure the threshold voltage of a nonvolatile memory element without providing a power supply terminal or a terminal for reading data from the nonvolatile memory element. It can be measured and output externally. As a result, it is effective in terms of security of data stored in the nonvolatile memory element and prevention of data destruction.

請求項(2)記載の構成によれば、バイナリデータ発生
回路を、n段のシフトレジスタとn個のランチ回路とn
−1個の論理ゲートとで構成し、コンパレータのコンパ
レート信号に応じてバイナリ信号の最上位ビットから順
に値を決定していくバイナリサーチを行うので、n回の
センス動作および比較動作を行うたけで、電源電圧の1
/2“の精度で不揮発性メモリ素子のしきい値電圧を測
定することができる。したかつで、不揮発性メモリ素子
のしきい値電圧を高精度でかつ高速に測定することがで
き、検査時間および検査コストの削減を図ることができ
る。
According to the structure recited in claim (2), the binary data generation circuit includes an n-stage shift register, n launch circuits, and n stages.
- It consists of one logic gate and performs binary search, which determines the value in order from the most significant bit of the binary signal according to the comparison signal of the comparator, so it is sufficient to perform n sense operations and comparison operations. So, 1 of the power supply voltage
It is possible to measure the threshold voltage of a non-volatile memory element with an accuracy of /2". With this method, the threshold voltage of a non-volatile memory element can be measured with high precision and at high speed, reducing the test time. It is also possible to reduce inspection costs.

〔実施例〕〔Example〕

第1の実施例 この発明の第1の実施例を第1図を参照しながら説明す
る。
First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第1図はこの発明の第1の実施例の半導体装置の回路構
成図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

第1図において、MOSトランソスタからなる不揮発性
メモリ素子3は負荷4と直列接続され、一端に電源電圧
10が印加され、他端に基準電圧11か印加されている
。そして、不揮発性メモリ素子3と負荷4との接続点の
電圧かセンスアンプ5にて検出される。
In FIG. 1, a nonvolatile memory element 3 made of a MOS transistor is connected in series with a load 4, and a power supply voltage 10 is applied to one end, and a reference voltage 11 is applied to the other end. Then, the voltage at the connection point between the nonvolatile memory element 3 and the load 4 is detected by the sense amplifier 5.

以上の構成か不揮発性メモリ素子3およびその読み出し
動作に関連する構成である。次に、不揮発性メモリ素子
3のしきい値電圧測定回路部の構成について説明する。
The above configuration is related to the nonvolatile memory element 3 and its read operation. Next, the configuration of the threshold voltage measuring circuit section of the nonvolatile memory element 3 will be explained.

バイナリデータ発生回路1は、データ入力信号D1. 
 クロック信号CKおよびコンパレータ6か出力したコ
ンパレート信号CPを入力としてnビットのバイナリデ
ータを発生する。発生したバイナリデータはD−Aコン
バータ2に入力され、D−Aコンバータ2は、入力され
たバイナリデータに応じて電源電圧10を最大値として
l/2″の分解能て電圧を発生して不揮発性メモリ素子
3のゲートに印加する。
Binary data generation circuit 1 receives data input signal D1.
The clock signal CK and the comparison signal CP output from the comparator 6 are inputted to generate n-bit binary data. The generated binary data is input to the D-A converter 2, and the D-A converter 2 generates a voltage with a resolution of 1/2'' with the power supply voltage 10 as the maximum value according to the input binary data, and converts it into a non-volatile The voltage is applied to the gate of the memory element 3.

不揮発性メモリ素子3のゲート電圧か、そのしきい値電
圧以下のときは不揮発性メモリ素子3かオフで、センス
アンプ5には電源電圧10か負荷4を介して入力される
。不揮発性メモリ素子3に所定のデータか書き込まれで
ある不揮発性メモリ素子3のゲート電圧か、そのしきい
値電圧を超えると、センスアンプ5への入力は、電源電
圧10を負荷4と不揮発性メモリ素子3とで分圧した電
圧となり、センスアンプ5の出力は逆転する。
When the gate voltage of the nonvolatile memory element 3 is lower than its threshold voltage, the nonvolatile memory element 3 is off, and the voltage is input to the sense amplifier 5 via the power supply voltage 10 or the load 4. When predetermined data is written to the nonvolatile memory element 3 and the gate voltage of the nonvolatile memory element 3 exceeds its threshold voltage, the input to the sense amplifier 5 changes from the power supply voltage 10 to the load 4 and the nonvolatile memory element 3. The voltage is divided by the memory element 3, and the output of the sense amplifier 5 is reversed.

コンパレータ6は、センスアンプ5の出力値と期待値デ
ータ(不揮発性メモリ素子3が出力すべきデータ) D
Aとを比較して、比較結果を両者の一致、不一致という
2値のデータとして、バイナリデータ発生回路Iへ与え
る。
The comparator 6 outputs the output value of the sense amplifier 5 and expected value data (data to be output by the nonvolatile memory element 3)
A is compared with A, and the comparison result is provided to the binary data generation circuit I as binary data indicating whether the two match or do not match.

バイナリデータ発生回路1は、クロンク信号CKか1個
入力される毎に発生するバイナリデータを順次自動変化
させ、センスアンプ5に次のセンス動作を行わせ、コン
パレータ6の出力値により、バイナリデータの変更、セ
ンス動作の継続、停止を制御する。
The binary data generation circuit 1 automatically changes the binary data generated every time one clock signal CK is input, causes the sense amplifier 5 to perform the next sensing operation, and converts the binary data according to the output value of the comparator 6. Controls change, continuation, and termination of sense operation.

バイナリデータ発生回路1として、例えはバイナリカウ
ンタを用い、不揮発性メモリ素子3のゲート電圧を、最
大値である電源電圧10から電源電圧10のl/2″ホ
ルトずつ順次降下させなから、センス動作と比較動作と
を実行して、最初にコンパレータ6の出力か変化したと
きにバイナリカウンタのカウント動作を停止させてバイ
ナリカウンタの情報を読み取れば、最大2n回のセンス
動作で不揮発性メモリ素子3のしきい値電圧を測定でき
る。あるいは、不揮発性メモリ素子3のゲート電圧を、
0ボルトから電源電圧10の1/2′ボルトずつ順次上
昇させなから、センス動作と比較動作とを実行すること
で不揮発性メモリ素子3のしきい値電圧を測定すること
も可能である。
For example, a binary counter is used as the binary data generation circuit 1, and the gate voltage of the nonvolatile memory element 3 is sequentially lowered by 1/2" of the power supply voltage 10 from the maximum value of the power supply voltage 10, so that the sensing operation is performed. If the binary counter's counting operation is stopped and the information of the binary counter is read when the output of the comparator 6 first changes, the non-volatile memory element 3 can be read with a maximum of 2n sense operations. The threshold voltage can be measured. Alternatively, the gate voltage of the nonvolatile memory element 3 can be measured by
It is also possible to measure the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3 by sequentially increasing the power supply voltage 1/2' volts from 0 volts by performing a sensing operation and a comparison operation.

なお、この実施例では、D−Aコンバータ2の出力を不
揮発性メモリ素子3のゲート電極に入力したが、不揮発
性メモリ素子3のソース電極またはトレイン電極あるい
は基板電極に入力して不揮発性メモリ素子3のしきい値
電圧を測定する構成も考えられる。
In this embodiment, the output of the D-A converter 2 is inputted to the gate electrode of the nonvolatile memory element 3, but the output of the D-A converter 2 is inputted to the source electrode, train electrode, or substrate electrode of the nonvolatile memory element 3. A configuration for measuring the threshold voltage of 3 is also conceivable.

第2の実施例 つぎに、この発明の第2の実施例について説明する。Second embodiment Next, a second embodiment of the invention will be described.

この発明の第2の実施例の半導体装置は、第1図に示す
バイナリデータ発生回路1として、コンパレータ6の出
力に従って順次バイナリサーチを行うことかできるもの
を使用し、n回のセンス動作で、上述のバイナリカウン
タを用いた場合と同じしきい値電圧を測定することかで
きるものである。この構成について第2図を参照しなか
ら説明する。
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention uses, as the binary data generating circuit 1 shown in FIG. It is possible to measure the same threshold voltage as when using the binary counter described above. This configuration will be explained with reference to FIG. 2.

第2図は第2の実施例の半導体装置に内蔵されたバイナ
リデータ発生回路の回路構成図である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a binary data generation circuit built into the semiconductor device of the second embodiment.

このバイナリデータ発生回路は、例えば4ビツトのバイ
ナリデータを発生するものであり、第2図に示すように
、4個のフリップフロップ12.  +3゜14、15
で構成された4段のシフトレジスタ25の出力AI、 
A2. A3. A4か、セット入力・リセット入力を
もつラッチ回路+6.17.18.19のセット人力S
として入力されている。さらに、シフトレジスタ25の
2段目、3段目、4段目の出力A2. A3. A4は
、それぞれコンパレータ6から与えられるコンパレート
信号CPとともにAND回路22.23.24に入力さ
れ、AND回路22.23.24の出力81. B2.
 B3はラッチ回路16.17.18にリセット人力R
として入力されている。ラッチ回路19には、リセット
人力Rとしてコンパレート信号CPか直接入力されてい
る。R3は4個のラッチ回B16.17.18.19を
同時にリセットするためのリセット信号である。なお、
ラッチ回路+6.17.18.19は各々、例えば2個
のNOR回路20.21で構成されている。
This binary data generation circuit generates, for example, 4-bit binary data, and as shown in FIG. 2, includes four flip-flops 12. +3°14, 15
The output AI of the four-stage shift register 25 consisting of
A2. A3. A4 or latch circuit with set input and reset input + 6.17.18.19 set manual S
is entered as . Furthermore, the outputs A2 . of the second, third, and fourth stages of the shift register 25. A3. A4 are input to the AND circuits 22, 23, 24 together with the comparison signal CP given from the comparator 6, respectively, and the outputs 81, . B2.
B3 is reset manually to latch circuit 16.17.18 R
is entered as . A comparator signal CP is directly input to the latch circuit 19 as the human reset power R. R3 is a reset signal for simultaneously resetting the four latch circuits B16, 17, 18, and 19. In addition,
Each of the latch circuits +6, 17, 18, and 19 is composed of, for example, two NOR circuits 20, 21.

以下、この第2図のバイナリデータ発生回路の動作につ
いて説明する。まず、ラッチ回路16.17゜18、1
9の出力(=バイナリデータ発生回路の出力)C1,C
2,C3,C4およびシフトレジスタ25の出力AI。
The operation of the binary data generation circuit shown in FIG. 2 will be explained below. First, latch circuit 16.17°18,1
9 output (=output of binary data generation circuit) C1, C
2, C3, C4 and the output AI of the shift register 25.

A2. A3. A4をそれぞれ(0,0,0,O)に
リセッ]・シた後、シフトレジスタ25を構成するフリ
ップフロップ12にデータ入力信号DIにより“1”を
入力すると、シフトレジスタ25の出力AI、 A2.
 A3゜A4か(1,0,0,0)となり、これかラッ
チ回路16.17.18.19に伝達され、ラッチ回路
16の出力C1は“1′、ラッチ回B17.18.19
の出力C2゜C3,C4はそれぞれ“0”にセットされ
る。このときコンパレート信号CPはrOJてあり、ラ
ッチ回MIK16. 17. 18. 19の内容はリ
セットされないため、ラッチ回路+6.17.18.1
9の出力CI、 C2,C3,C4は(]、  0. 
0. 0)の状態か保持される。
A2. A3. After resetting A4 to (0, 0, 0, O) respectively, "1" is inputted to the flip-flop 12 constituting the shift register 25 by the data input signal DI, and the outputs of the shift register 25 are AI and A2. ..
A3゜A4 becomes (1,0,0,0), which is transmitted to the latch circuit 16.17.18.19, and the output C1 of the latch circuit 16 is "1', the latch circuit B17.18.19
The outputs C2, C3, and C4 are each set to "0". At this time, the comparator signal CP is rOJ, and the latch circuit MIK16. 17. 18. Since the contents of 19 are not reset, the latch circuit +6.17.18.1
9's output CI, C2, C3, C4 are (], 0.
0. 0) is maintained.

つぎに、クロック信号CKを1個入力すると、このとき
データ入力信号DIは”0”にもどしているのて、シフ
トレジスタ25の出力AI、 A2. A3. A4は
(]、0,0.0)から(0,1,0,0)に変化し、
ラッチ回路】7の内容か「1」にセットされる。ラッチ
回路+6.17.18.19の出力CI、 C2,C3
゜C4か(]、0,0.0)時のコンパレート信号CP
かrOJてあれば、つまり(1,0,0,0)に対応じ
てD−Aコンバータ2から不揮発性メモリ素子3に加え
られるゲート電圧かしきい値電圧より低けれは、ラッチ
回路+6.17.18.19の内容はリセットされない
ため、ラッチ回路16.17.18゜19の出力CI、
 C2,C3,C4は(]、l、0.0)となる。逆に
、コンパレート信号CPかrlJてあれば、つまり(1
,0,0,0)に対応じてD−Aコンバータ2から不揮
発性メモリ素子3に加えられるゲート電圧かしきい値電
圧より高ければ、ラッチ回路】6の内容かりセットされ
、フリップフロップ13の出力A2か“1′となった二
ととあいま−てランチ回路16. +7.18. 19
の出力C1,C2,C3゜C4は(0,]、0.0)と
なる。なお、このときフリップフロップ14.15の出
力A3. A4かそれぞれ“0”であるので、ラッチ回
BI7.18のリセ7・トは行われず、以前の状態か保
持される。また、ラッチ回路19についてはコンパレー
ト信号CPか直接加えられ、コンパレート信号CPか「
1jとデJる毎にリセットされるか、ラッチ回路I9は
最終段のフリップフロップ15のデータを保持するもの
で、それ以前は常に“0”の状態であるので問題はない
Next, when one clock signal CK is input, since the data input signal DI is returned to "0" at this time, the outputs AI, A2 . A3. A4 changes from (], 0, 0.0) to (0, 1, 0, 0),
The contents of latch circuit]7 are set to "1". Latch circuit +6.17.18.19 output CI, C2, C3
Comparator signal CP when ゜C4 (], 0, 0.0)
If rOJ, that is, if the gate voltage applied from the D-A converter 2 to the nonvolatile memory element 3 corresponding to (1,0,0,0) is lower than the threshold voltage, the latch circuit +6.17 Since the contents of .18.19 are not reset, the output CI of latch circuit 16.17.18°19,
C2, C3, and C4 are (], l, 0.0). Conversely, if the comparison signal CP or rlJ is (1
, 0, 0, 0), if the gate voltage applied from the D-A converter 2 to the nonvolatile memory element 3 is higher than the threshold voltage, the contents of the latch circuit 6 are set, and the flip-flop 13 is set. Together with the output A2 or the two that became "1'", the launch circuit 16. +7.18.19
The outputs C1, C2, C3°C4 become (0,], 0.0). Note that at this time, the output A3. of the flip-flop 14.15. Since both A4 and A4 are "0", the latch circuit BI7.18 is not reset and the previous state is maintained. Moreover, the comparison signal CP is directly applied to the latch circuit 19, and the comparison signal CP or "
The latch circuit I9 is reset every time the latch circuit 1j dejs, or it holds the data of the final stage flip-flop 15, and before that, it is always in the "0" state, so there is no problem.

以上の動作をクロック信号CKを入力する毎に繰り返す
。この結果、2個目のクロック信号CKの入力時には、
シフトレジスタ25の出力AI、 A2. A3゜A4
は(0,]、0.0)から(0,O,1,0>に変化し
、ラッチ回路18の内容かrxにセントされる。ここで
、ラッチ回路+6.17.18.19の出力CI、 C
2,C3,C4か(*、]、0.0)のとき〔*は1ま
たは0〕のコンパレート信号CPか[’OJてあれば、
ラッチ回路J6.17.18.19の内容はリセットさ
れないので、ラッチ回路+6.17.18.19の出力
CI、 C2,C3,C4は(*、]、1.O)となる
。逆にコンパレート信号CPかrlJてあれは1、 ラ
ンチ回路17.19の内容かりセットされるので、ラン
チ回路16. +7.18.19の出力C1,C2,C
3,C4は(*、0,1.O’)となる。
The above operation is repeated every time the clock signal CK is input. As a result, when the second clock signal CK is input,
Output AI of shift register 25, A2. A3゜A4
changes from (0,], 0.0) to (0, O, 1, 0>, and the contents of the latch circuit 18 are sent to rx. Here, the output of the latch circuit +6.17.18.19 CI, C
2, C3, C4 (*, ], 0.0) [* is 1 or 0] Comparator signal CP or ['OJ, if
Since the contents of the latch circuit J6.17.18.19 are not reset, the outputs CI, C2, C3, and C4 of the latch circuit +6.17.18.19 become (*, ], 1.O). Conversely, the comparator signal CP or rlJ is set to 1 depending on the contents of the launch circuit 17.19, so the launch circuit 16. +7.18.19 output C1, C2, C
3, C4 becomes (*, 0, 1.O').

つぎに、3個目のクロック信号CKか入力されて上記と
同様の比較動作が行われた後、ンフトレシ。メタ25ノ
出力Al、 A2. A3. A4は(0,0,0,1
)となり、ラッチ回路16. +7.18.19(7)
出力C1,C2゜C3,C4は(*、*、L  l)と
なる〔*は1または0〕。
Next, after the third clock signal CK is input and the same comparison operation as above is performed, the clock signal CK is input. Meta 25 output Al, A2. A3. A4 is (0, 0, 0, 1
), and the latch circuit 16. +7.18.19 (7)
The outputs C1, C2°C3, C4 become (*, *, L l) [* is 1 or 0].

この後、4個目のクロック信号CKを入力すると、5 
シフトレジスタ25の出力AI、 A2. A3. A
4は(0゜0.0.0)となり、ラッチ回路19の内容
は、コンパレート信号CKがrOJてあればr]Jを保
持し、コンパレート信号CKか1jてあれば「o」にリ
セットされる。なお、このときラッチ回路16゜。17
.18.の内容はリセットされず、以前の状態を保持す
る。
After this, when the fourth clock signal CK is input, 5
Output AI of shift register 25, A2. A3. A
4 becomes (0°0.0.0), and the contents of the latch circuit 19 hold r]J if the comparison signal CK is rOJ, and reset to "o" if the comparison signal CK is 1j. be done. In addition, at this time, the latch circuit is 16 degrees. 17
.. 18. The contents are not reset and retain their previous state.

このような構成から、4回のセンス動作を実行すること
により、2″通りの中から最適なバイナリデータを発生
してバイナリサーチを行うことかでき、最終のラッチ回
路16.17.18.19の出力CI。
With this configuration, by performing the sensing operation four times, it is possible to generate the optimal binary data from among 2'' types and perform binary search, and the final latch circuit 16.17.18.19 output CI.

C2,C3,C4か、電源電圧10のl / 2 ’の
精度で求めた不揮発性メモリ素子3のしきい値電圧に対
応することになり、最終のランチ回路16.1?、  
18゜19の出力CI、 C2,C3,C4を外部へ出
力することで、不揮発性メモリ素子3のしきい値電圧を
知らせることかできる。
C2, C3, C4 correspond to the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3 determined with an accuracy of 1/2' of the power supply voltage 10, and the final launch circuit 16.1? ,
By outputting the outputs CI, C2, C3, and C4 of 18°19 to the outside, the threshold voltage of the nonvolatile memory element 3 can be notified.

なお、この実施例ではラッチ回路+6.17.18゜1
9のセット人力S・リセット人力Rの論理ケ−1・をN
OR回路20.21で構成し、ランチ回路16. +7
゜18、19をリセットする信号を発生する論理ゲート
をAND回路22.23.24で構成することにより、
シフトレジスタ25の出力Al、 A2. A3. A
4を(1,0゜0.0)→(0,l、 0.0)→(0
,0,]、 0)→(0,0,O,])→(0,0,0
,0)とシフトさせたか、ラッチ回路+6.17゜18
、19のセット人力S・リセット人力Rの論理ゲ−トを
NAND回路で構成し、ラッチ回路16.17゜18.
19をリセットする信号を発生する論理ゲート・をOR
回路で構成することにより、シフトレジスタ25の出力
A1. A2. A3. A4を(0,1,1,1) 
−(1,0゜1.1) −(+、1.0.1) −(1
,1,1,0) −(1,1,1,l)とシフトさせた
ときに、上記と同様の動作でもってしきい値電圧を測定
する二とかできる。
In addition, in this embodiment, the latch circuit +6.17.18°1
Logical case 1 of 9's set human power S and reset human power R is N
Consisting of OR circuits 20.21 and launch circuits 16. +7
By configuring the logic gate that generates the signal to reset ゜18 and 19 with AND circuits 22, 23, and 24,
Output Al of shift register 25, A2. A3. A
4 as (1,0°0.0) → (0, l, 0.0) → (0
,0,], 0)→(0,0,O,])→(0,0,0
, 0), or the latch circuit +6.17°18
, 19 set manual power S and reset manual power R logic gates are constructed with NAND circuits, and latch circuits 16.17°18.
OR the logic gate that generates the signal to reset 19.
By configuring the circuit, the output A1. A2. A3. A4 (0,1,1,1)
-(1,0°1.1) -(+,1.0.1) -(1
, 1, 1, 0) - (1, 1, 1, l), the threshold voltage can be measured by the same operation as above.

上記実施例は、n=4で説明したかnの値はこれに限定
されない。
Although the above embodiment has been described with n=4, the value of n is not limited to this.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

請求項(1)記載の半導体装置は、不揮発性メモリ素子
およびセンスアンプの他に、不揮発性メモリ素子のしき
い値電圧測定用として、バイナリデータ発生回路、D−
Aコンバータおよびコンパレータを一体的に設けている
ので、しきい値電圧の測定のために、電源端子や不揮発
性メモリ素子のデータを読み出す端子を設けることなく
、不揮発性メモリ素子のしきい値電圧を測定して外部に
出力する二とかできる。この結果、不揮発性メモリ素子
に記憶させたデータのセキュリティおよびデータ破壊の
防止の点て有効である。
The semiconductor device according to claim (1) includes, in addition to the nonvolatile memory element and the sense amplifier, a binary data generation circuit and a D-
Since the A converter and comparator are integrated, it is possible to measure the threshold voltage of a nonvolatile memory element without providing a power supply terminal or a terminal for reading data from the nonvolatile memory element. It is possible to measure and output it externally. As a result, it is effective in terms of security of data stored in the nonvolatile memory element and prevention of data destruction.

請求項(2)記載の半導体装置は、バイナリデータ発生
回路を、n段のシフトレジスタとn個のラッチ回路とn
−]個の論理ゲートとで構成し、コンパレータのコンパ
レート信号に応じてバイナリ信号の最上位ビットから順
に値を決定していくバイナリサーチを行うので、n回の
センス動作および比較動作を行うたけて、電源電圧のI
/2nの精度で不揮発性メモリ素子のしきい値電圧を測
定することができる。したかって、不揮発性メモリ素子
のしきい値電圧を高精度でかつ高速に測定することかで
き、検査時間および検査コストの削減を図ることかでき
る。
In the semiconductor device according to claim (2), the binary data generation circuit includes an n-stage shift register, n latch circuits, and n
-] logic gates, and performs binary search in which the value is determined sequentially from the most significant bit of the binary signal according to the comparison signal of the comparator, so it is possible to perform n times of sensing and comparison operations. Therefore, the power supply voltage I
The threshold voltage of a nonvolatile memory element can be measured with an accuracy of /2n. Therefore, the threshold voltage of a nonvolatile memory element can be measured with high precision and at high speed, and it is possible to reduce testing time and testing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の第1の実施例の半導体装置の回路構
成図、第2図はこの発明の第2の実施例の半導体装置に
おけるバイナリデータ発生回路の回路構成図、第3図は
従来の不揮発性メモリ素子のしきい値電圧測定の回路構
成図である。 トパイナリデータ発生回路、2・・・D−Aコンバータ
、3・・不揮発性メモリ素子、5・・・センスアンプ、
6・コンパレータ、DI・データ入力信号、CK  ク
ロック信号、DA・・・期待値データ、!2.13゜1
4、 15・・フリップフロップ、16. 17. 1
8. 19・・ラッチ回路、22.23.24・・・A
ND回路、CP・・・コンパレート信号 特許出願人  松下電器産業株式会社 代理 人 弁理士 官井暎夫 ツ( 匂岨 費 しO
FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a binary data generation circuit in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conventional circuit diagram of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit configuration diagram for measuring the threshold voltage of a nonvolatile memory element. 2... D-A converter, 3... Nonvolatile memory element, 5... Sense amplifier,
6. Comparator, DI, data input signal, CK clock signal, DA...expected value data,! 2.13゜1
4, 15...Flip-flop, 16. 17. 1
8. 19...Latch circuit, 22.23.24...A
ND circuit, CP... Comparator signal patent applicant Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Agent Patent attorney Akio Kanai

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定のデータを記憶した不揮発性メモリ素子と、 前記不揮発性メモリ素子の記憶内容を検知するセンスア
ンプと、 発生するバイナリデータを変化可能なnビット(nは任
意の自然数)のバイナリデータ発生回路と、 このバイナリデータ発生回路から出力されるバイナリデ
ータを電源電圧を最高電圧として1/2^nの分解能で
アナログ電圧に変換し前記不揮発性メモリ素子の電圧入
力端子にしきい値電圧測定時に加えるデジタル−アナロ
グコンバータと、 前記不揮発性メモリ素子の出力データの期待値と前記セ
ンスアンプの出力値とを比較し、比較結果により前記バ
イナリデータ発生回路のバイナリデータの変化を停止さ
せるコンパレータとを備えた半導体装置。
(1) A nonvolatile memory element that stores predetermined data, a sense amplifier that detects the memory contents of the nonvolatile memory element, and n-bit (n is any natural number) binary data that can change the generated binary data. A generator circuit converts the binary data output from the binary data generator circuit into an analog voltage with a resolution of 1/2^n using the power supply voltage as the highest voltage, and inputs the binary data to the voltage input terminal of the nonvolatile memory element during threshold voltage measurement. and a comparator that compares the expected value of the output data of the nonvolatile memory element with the output value of the sense amplifier, and stops changing the binary data of the binary data generation circuit based on the comparison result. semiconductor device.
(2)バイナリデータ発生回路は、“1”または“0”
の1ビットデータを最上位ビットへ入力した後から最下
位ビットを出るまでクロック信号の入力毎に順次シフト
するn段のシフトレジスタと、前記n段のシフトレジス
タの各段にそれぞれ対応して設けられ、各段の出力か前
記“1”または“0”の1ビットデータとなった時にそ
れぞれセットされ、前記シフトレジスタの第n段に対応
するもののみコンパレータから出力されるコンパレート
信号でリセットされるn個のラッチ回路と、前記シフト
レジスタの第2段ないし第n段の出力の各々か前記“1
”または“0”の1ビットデータとなった時にコンパレ
ータから出力されるコンパレート信号に応じて前記シフ
トレジスタの第1段ないし第n−1段の各々に対応する
n−1個のラッチ回路をそれぞれリセットするn−1個
の論理ゲートとで構成された請求項(1)記載の半導体
装置。
(2) Binary data generation circuit is “1” or “0”
an n-stage shift register that sequentially shifts 1-bit data from input to the most significant bit until output from the least significant bit each time a clock signal is input; are set when the output of each stage becomes 1-bit data of "1" or "0", and only the one corresponding to the nth stage of the shift register is reset by the comparator signal output from the comparator. n latch circuits, and each of the outputs of the second to nth stages of the shift register
n-1 latch circuits corresponding to each of the first stage to the n-1th stage of the shift register in response to a comparison signal output from the comparator when the data becomes 1-bit data of "" or "0". 2. The semiconductor device according to claim 1, comprising n-1 logic gates each of which is reset.
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