JPH05205491A - 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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JPH05205491A
JPH05205491A JP1287192A JP1287192A JPH05205491A JP H05205491 A JPH05205491 A JP H05205491A JP 1287192 A JP1287192 A JP 1287192A JP 1287192 A JP1287192 A JP 1287192A JP H05205491 A JPH05205491 A JP H05205491A
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JP
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erase
test
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decoder
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JP1287192A
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Minoru Okawa
実 大川
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フラッシュメモリのテスト動作時の消去時間
を短縮する。 【構成】 この発明に係るフラッシュメモリは、テスト
動作時に外部からの信号に応答してコマンドデコーダ1
3から出力されたテスト用消去ベリファイコマンドに応
答して、テスト用消去ベリファイ電圧を発生するベリフ
ァイ電圧発生回路11を備えて構成されている。このテ
スト用消去ベリファイ電圧は、通常動作時に発生する消
去ベリファイ電圧よりも高く、テスト用消去ベリファイ
電圧がXデコーダ4及びYデコーダ5に印加されて消去
ベリファイが実行される。 【効果】 テスト用消去ベリファイ電圧が通常動作時に
用いられる消去ベリファイ電圧よりも高いため、通常動
作時より少ない消去パルスで消去がなされたと判断され
るので、テスト動作時における消去時間を短縮すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性半導体記憶
装置に関し、特に電気的に一括消去可能なフラッシュメ
モリの消去方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図7にIEEE Journal of Solid-State Ci
rcuits,Vol.23,No.5,October 1988 年の1157-1163 頁に
記載された従来のフラッシュメモリのブロック図を示
す。メモリアレイ1の周辺にYゲート2、ソース線スイ
ッチ3、Xデコーダ4及びYデコーダ5が設けられてい
る。Xデコーダ4及びYデコーダ5にはアドレスレジス
タ6が接続され、外部から入力されたアドレス信号が入
力される。メモリアレイ1にはYゲート2を介して入力
データレジスタ(書き込み回路)7とセンスアンプ8が
接続されている。入力データレジスタ7及びセンスアン
プ8は、入出力バッファ9に接続されている。フラッシ
ュメモリ内には、プログラム電圧発生回路10とベリフ
ァイ電圧発生回路11が設けられており、各電圧発生回
路10,11は外部から供給されたVCC,VPPとは異な
る電圧を発生し、Yゲート2やXデコーダ4等に供給さ
れる。またフラッシュメモリ内は、外部から入力された
データにより動作モードの設定を行うコマンドレジスタ
12とコマンドデコーダ13が設けられている。さら
に、入力信号バッファ14が設けられており、入力信号
バッファ14に外部からの制御信号/WE,/CE,/
OEが接続されている。
【0003】図8に図7のメモリアレイを構成している
メモリセルの断面図を示す。メモリセルは、半導体基板
15に形成されたフローティングゲート16、コントロ
ールゲート17、ソース拡散領域18及びドレイン拡散
領域19から構成されている。フローティングゲート1
6−半導体基板15間の酸化膜厚は薄く(100オング
ストローム位)、トンネル現象を利用したフローティン
グゲート16への電子の移動を可能としている。
【0004】メモリセルの動作は次のようになる。プロ
グラム時には、ドレイン19に6.5V程度のプログラ
ム電圧が印加され、コントロールゲート17に電圧VPP
(12V)が印加され、ソース18は接地される。この
ため、メモリセルはオンして電流が流れる。この時、ド
レイン19近傍でアバランシェ降伏が生じ、電子・正孔
対が発生する。この正孔は半導体基板15を通じ接地電
位に流れ、電子はチャネル方向に流れてソース18に流
れ込む。しかし、一部の電子は、フローティングゲート
16−ドレイン19間の電界に加速されてフローティン
グゲート16に注入される。こうして、メモリセルのし
きい値電圧をあげる。これを情報“0”の記憶と定義す
る。一方、消去はドレイン19をオープンにし、コント
ロールゲート17を接地し、ソース18に電圧VPPを印
加して行われる。ソース18−フローティングゲート1
6間の電界のためトンネル現象が生じ、フローティング
ゲート16中の電子の引き抜きが起こる。こうして、メ
モリセルのしきい値電圧は下がる。これを情報“1”の
記憶と定義する。
【0005】図9に図7のメモリアレイ及びその周辺回
路の回路図を示す。メモリセルは、そのドレイン19が
ビット線24に、コントロールゲート17がワード線2
5に接続されている。ワード線25はXデコーダ4に接
続されており、ビット線24はYデコーダ5の出力がゲ
ートに入力されるYゲートトランジスタ2を介してI/
O線27に接続される。I/O線27にはセンスアンプ
8及び書き込み回路7が接続され、ソース線28はソー
ス線スイッチ3に接続されている。
【0006】次に動作について説明する。図9中の点線
で囲んだメモリセルに書き込みを行う場合について説明
する。外部から入力されたデータに応じて書き込み回路
7が活性化され、I/O線27にプログラム電圧が供給
される。同時に、アドレス信号によりYデコーダ5及び
Xデコーダ4を通じてYゲート26及びワード線25が
選択されて電圧VPPが印加される。ソース線28はプロ
グラム時にはソース線スイッチ3により接地されてい
る。こうして、図中の1個のセルのみに電流が流れ、ホ
ットエレクトロンが発生し、そのしきい値電圧が高くな
る。
【0007】消去は次のように行われる。まず、Xデコ
ーダ4及びYデコーダ5が非活性化され、すべてのメモ
リセルが非選択にされる。即ち、各メモリセルのコント
ロールゲート17が接地され、ドレイン19はオープン
にされる一方、ソース線28にはソース線スイッチ3に
より高電圧が供給される。こうして、トンネル現象によ
り、メモリセルのしきい値電圧は低い方にシフトする。
ソース線28は共通であるので、消去は全メモリセル一
括して行われる。
【0008】次の読み出し動作について説明する。書き
込みと同様に図9中の点線で囲まれたメモリセルの読み
出しについて説明する。まず、アドレス信号がYデコー
ダ5及びXデコーダ4によってデコードされ、選択され
たYゲート26とワード線25が“H”となる。この
時、ソース線28は、ソース線スイッチ3によって接地
される。このメモリセルが書き込まれておりそのしきい
値電圧が高ければ、メモリセルのコントロールゲート1
7にワード線25によって“H”が与えられても、その
電圧はメモリセルのしきい値電圧より低いのでメモリセ
ルはオンせず、ビット線24からソース線28に電流は
流れない。一方、メモリセルが消去されている時には、
逆にメモリセルはオンするため、ビット線24からソー
ス線28に電流が流れる。メモリセルを介して電流が流
れるか否かをセンスアンプ8で検出して、読み出しデー
タ“1”または“0”を得る。
【0009】さて、EPROMにおいては消去は紫外線
照射によってなされるため、フローティングゲートが電
気的に中性になると、それ以上にはフローティングゲー
トから電子は引き抜かれず、メモリトランジスタのしき
い値電圧は1V程度以下にはならない。一方、フラッシ
ュメモリに用いられるEEPROM等のトンネル現象を
利用した電子の引き抜きでは、フローティングゲートか
ら電子が過剰に引き抜かれ、フローティングゲートが正
に帯電してしまうということが起こり得る。この現象を
過消去(もしくは過剰消去)と呼ぶ。過消去がなされる
とメモリトランジスタのしきい値電圧が負になってしま
うため、その後の読み出し・書き込みに支障をきたす。
すなわち、読み出し時に非選択でワード線のレベルが
“L”であり、メモリトランジスタのコントロールゲー
トに印加されるレベルが“L”であっても、過消去され
たメモリトランジスタを介してビット線から電流が流れ
てしまうので、同一ビット線上の読み出しを行おうとす
るメモリセルが、書き込み状態でしきい値電圧が高くと
も“1”を読出してしまう。また、書き込み時において
も過消去されたメモリセルを介してリーク電流が流れる
ため、書き込み特性が劣化し、さらには書き込み不能に
なってしまう。このため、従来より消去後に読み出しを
行って消去が正しく行われたかをチェックし(以下ベリ
ファイとよぶ)、消去されないビットがある場合には再
度消去を行う方法を取って、メモリセルに十分な消去パ
ルスが印加されるのを防ぐ方法が取られている。図10
及び図11にこのようなベリファイ動作を含んだプログ
ラム及び消去のフローチャートを示し、図12及び図1
3上にそれらをそれぞれタイミング波形図にした場合を
示す。これらの図及び図7を用いて、消去及びプログラ
ムの各工程について説明する。従来のフラッシュメモリ
では消去及びプログラムのモード設定は入力データの組
み合わせで行われる。つまり、/WEの立上がり時の入
力データによりモード設定がなされる。
【0010】まず、プログラムの場合について説明す
る。初めに、電圧VCC,VPPが立ち上げられ(ステップ
S1)、続いて、制御信号/WEが立ち下げられる。こ
の後、制御信号/WEの立上がりで入力データ(40
H)がコマンドレジスタ12にラッチされる(ステップ
S2)。その後、入力データがコマンドデコーダ13で
デコードされ、動作モードがプログラムモードとなる。
続いて、制御信号/WEが再度立ち下げられ、アドレス
レジスタ6に外部からのアドレスがラッチされ、制御信
号/WEの立上がりでデータDINが書き込み回路7に
ラッチされる(ステップS3)。次に、プログラムパル
スがプログラム電圧発生回路10により発生され、Xデ
コーダ4,Yデコーダ5に印加される。こうして前述し
たように、プログラムが行われる(ステップS4)。次
に、制御信号/WEを立ち下げて、続く制御信号/WE
の立上がりで入力データ(COH)がコマンドレジスタ
12にラッチされ、動作モードがプログラムベリファイ
モードとなる(ステップS5)。この時、消去・プログ
ラムベリファイ電圧発生回路11により、チップ内部で
プログラムベリファイ電圧(〜7.0V)が発生され、
Xデコーダ4とYデコーダ5に印加される。メモリセル
のコントロールゲート17に与えられる電圧が通常の読
み出し時の電圧5Vより高いため、書き込み不十分なメ
モリセルはオンし易くなり、書き込み不良がより確実に
発生できるようになる。次に、読み出しを行ない(ステ
ップS7)、書き込みデータの確認を行う(ステップS
8)。この時、書き込み不十分であれば、さらに書き込
みを繰返す。ラストアドレスの書き込みがなされていれ
ば(ステップS9)、動作モードを読み出しモードに設
定してプログラムを終了する。
【0011】次に消去の場合について説明する。初め
に、電圧VCC,VPPが立ち上げられ(ステップS1
0)、続いて前述のプログラムフローを用いて全ビット
に“0”の書き込みを行なう(ステップS11)。これ
は消去されたメモリセルをさらに消去すると、メモリセ
ルが過消去されるためである。次に、制御信号/WEを
立下げて、続く制御信号/WEの立上がりで消去コマン
ド(20H)を入力する(ステップS12)。続いて、
制御信号/WEを再度立下げて、続く制御信号/WEの
立上がりで消去コマンド(20H)を入力する(ステッ
プS13)。この時チップ内部で消去パルスが発生さ
れ、続く制御信号/WEの立下がりまでソース線スイッ
チ3を通じて、メモリセルのソース18に電圧VPPが印
加される(ステップS14)。この立下がりでアドレス
もラッチされる。続く制御信号/WEの立上がりで消去
ベリファイコマンド(A0H)がラッチされて、動作モ
ードが消去ベリファイモードとなる(ステップS1
5)。この時、消去・プログラムベリファイ電圧発生回
路11により、消去ベリファイ電圧(〜3.2V)が発
生され,Xデコーダ4とYデコーダ5に印加される。メ
モリセルのコントロールゲート17に与えられる電圧
が、通常の読み出し時の電圧(5V)より低いため、消
去不十分なメモリセルはオンしにくくなり、消去不良が
より確実に発見できるようになる。次に、読み出しを行
ない(ステップS16)、消去データの確認を行なう。
この時、消去不十分であれば、さらに消去を繰り返す。
消去がなされていれば、アドレスを増加し(ステップS
17)、次のアドレスの消去データのベリファイを行な
う。ベリファイしたアドレスがラストアドレスならば
(ステップS18)、動作モードを読み出しモードに設
定して(ステップS19)、消去を終了する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来のフラッシュメモ
リは以上のように構成されていたので、フラッシュメモ
リの製造工程における良品を選別するために行なうラス
ト時においても、実使用時と同じ消去フローを行なわな
ければならず、テスト時間が長くなるという問題点があ
った。
【0013】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、テスト時の消去時間を短縮する
ことを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係る不揮発性
半導体記憶装置は、少なくとも行及び列方向にアレイ状
に配置された複数個のメモリセルと、外部から入力され
たアドレス信号をデコードして行及び列方向の選択を行
うXデコーダ及びYデコーダと、メモリセルに記憶され
た情報が“1”であるか“0”であるかを判定するセン
スアンプを備えた電気的に情報の書き込み・消去が可能
であって、テスト動作時に、外部からの制御信号に応答
して通常動作時の消去ベリファイ電圧よりも高いテスト
用消去ベリファイ電圧を発生するベリファイ電圧発生回
路を備えて構成されている。
【0015】
【作用】この発明におけるベリファイ電圧発生回路は、
テスト動作時に、例えばテスト用消去ベリファイコマン
ドを入力すれば、それに応じて、通常動作時の消去ベリ
ファイ電圧よりも高いテスト用消去ベリファイ電圧を発
生するので、通常動作時の消去によりメモリセルが有す
ることとなるしきい値電圧よりも高いしきい値電圧であ
っても消去が終了するため、結果的に消去時間が短縮さ
れる。
【0016】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図1乃至
図6を用いて説明する。図1はこの発明に係るフラッシ
ュメモリのブロック図である。図1に示したフラッシュ
メモリが、従来のフラッシュメモリと異なる部分は、ベ
リファイ電圧発生回路11及びコマンドデコーダ13で
ある。ベリファイ電圧発生回路11は図1(b)に示し
た通常ベリファイ電圧発生回路部11aとテスト用ベリ
ファイ電圧発生回路部11bより構成されている。そし
て、通常動作時においては、通常ベリファイ電圧発生回
路部11aが消去ベリファイ電圧を発生し、Yゲート2
やXデコーダ4等に消去ベリファイ電圧を供給する。一
方、テスト動作時においては、テスト用ベリファイ電圧
発生回路11bが通常の消去ベリファイ電圧よりも高い
テスト用消去ベリファイ電圧を発生し、Yゲート2やX
デコーダ4等にテスト用消去ベリファイ電圧を供給す
る。
【0017】また、コマンドデコーダ13は、外部より
消去ベリファイ指令が入力された場合には、ベリファイ
電圧発生回路11に対して消去ベリファイ電圧を出力さ
せる命令を出力し、外部よりテスト用消去ベリファイ指
令が入力された場合には、ベリファイ電圧発生回路11
に対してテスト用消去ベリファイ電圧を出力させる命令
を出力する。図2はコマンドレジスタ12及びコマンド
デコーダ13の一部を示す回路図である。コマンドデコ
ーダ13のこの部分は消去ベリファイコマンド(C0
H)により消去ベリファイ制御信号EVERを発生する
部分である。DI0B〜DI7Bは入力データ信号、D
LAT及びDLATBは制御信号/WEの立ち上がりで
発生して入力データ信号をラッチに取り込むためのパル
ス信号、RESETはラッチの内容をリセットする信号
である。また、NADAはNANDゲート、NORはN
ORゲート、INはインバータ、NMはN型MOSトラ
ンジスタ、PMはP型MOSトランジスタである。ここ
で、テスト用消去ベリファイ電圧の発生を制御するテス
ト用消去ベリファイ制御信号TEVERをベリファイ電
圧発生回路11に対して出力するために、同様の回路構
成で、図に示したコマンドデコーダ13の部分Aの点線
で囲まれた中のインバータの接続の有無を変えることに
より構成する。
【0018】次に、図3に通常ベリファイ電圧発生回路
部11aの中の消去ベリファイ電圧発生回路を示す。図
において、VPPは電源電圧、PMはP型MOSトランジ
スタ、NMはN型MOSトランジスタ、R1 及びR2
抵抗、INはインバータである。この回路では、コマン
ドデコーダ回路から入力した消去ベリファイ制御信号E
VERが“H”ならば、消去ベリファイ電圧VEVERが発
生する。また、テスト用消去ベリファイ制御信号TEV
ERによりテスト用消去ベリファイ電圧VTEVER を発生
するテスト用消去ベリファイ電圧発生回路部11bも図
3に示した消去ベリファイ電圧発生回路と同様の構成で
あり、その回路の基準電圧発生用抵抗R1 ,R2 の抵抗
値の比を調整することで出力するテスト用消去ベリファ
イ電圧VTEVER の電圧値を設定する。
【0019】次に、テスト動作時の消去過程について図
4及び図5を用いて説明する。図4はこの発明に係るフ
ラッシュメモリのテスト動作時の消去過程を示すフロー
チャートである。図5は図4の消去過程をタイミング波
形図にした場合である。スタートより途中までは通常動
作時と同様の消去過程を経て消去を行なう(ステップS
10〜S14)。続いて制御信号/WEの立ち下がりで
テスト用消去ベリファイコマンドがラッチされて、動作
モードがテスト用消去ベリファイモードとなる(ステッ
プS15′)。この時、テスト用消去ベリファイ電圧発
生回路部11bにより、通常動作時の消去ベリファイ電
圧よりも高いテスト用消去ベリファイ電圧が発生され、
Xデコーダ4及びYデコーダ5に印加される。以下、従
来の通常動作時の消去過程(ステップS16〜ステップ
S19)を経て消去を終了する。
【0020】上記消去フローチャートに示したように、
消去後、メモリトランジスタのコントロールゲートに消
去ベリファイ電圧を順次与えて(ステップS15′
〜)、メモリトランジスタがオンしなければ消去不十分
としてさらに消去を繰返す。この時のメモリトランジス
タのしきい値電圧の時間変化を図6に示す。通常動作時
の消去ベリファイ電圧で消去ベリファイを行えば、全て
のメモリトランジスタがオン、すなわち全てのメモリト
ランジスタのしきい値電圧が消去ベリファイ電圧より低
くなれば消去を終了する。従って、消去のために必要と
なる消去時間はT1である。一方、テスト用消去ベリフ
ァイ電圧で消去ベリファイを行えば、メモリトランジス
タのコントロールゲートにより高い電圧が与えられ消去
ベリファイが実行されるため、より短い消去時間
(T2 )で全てのメモリトランジスタがオンして消去を
終了する。
【0021】一般に、製造工程における不揮発性半導体
記憶装置の良品を選別するためのテスト(以下選別テス
トという)は、電源電圧、周囲温度、入力波形のタイミ
ング等の条件を変えて、読み出し・書き込み・消去等の
動作を繰返し行う。従来、選別テストにおける消去は、
全て通常動作時と同じ消去過程を経て行われていた。し
かし、一旦、通常動作時における消去をチェックすれ
ば、他のテストにおいては必ずしも実使用時(通常動作
時)ほど十分なマージンを持って消去を行う必要のない
選別テスト(消去後の読み出しにおける電圧VCCでメモ
リトランジスタがオンすればよいテスト)も多い。従っ
て、選別テストの結果に影響を与えない範囲で消去ベリ
ファイ電圧を高くすることで、消去時間が短くなり、選
別テスト時間を短くすることができる。
【0022】次に、この発明の他の実施例によるフラッ
シュメモリについて図14を用いて説明する。図14は
消去ベリファイ電圧発生回路を示す図である。上記実施
例では、テスト用消去ベリファイ電圧発生回路部11b
を通常ベリファイ電圧発生回路11aとは別に設けた
が、通常ベリファイ電圧発生回路部11a内の消去ベリ
ファイ電圧発生回路でテスト用消去ベリファイ電圧を発
生させるようにしてもよい。例えば図14に示した通常
ベリファイ電圧発生回路部11a内に設けられている消
去ベリファイ電圧発生回路には、消去ベリファイ制御信
号EVERとテスト用消去ベリファイ制御信号が入力さ
れている。この2つの信号EVER,TEVERのうち
一方が“H”になると、それに応じて消去ベリファイ電
圧VEVER,またはVTEVER が出力される。
【0023】
【発明の効果】以上のように、この発明の不揮発性半導
体記憶装置によれば、テスト動作時に、通常動作時の消
去ベリファイ電圧よりも高いテスト用消去ベリファイ電
圧を発生するベリファイ電圧発生回路を備えているの
で、テスト動作時に、必要に応じてテスト用消去ベリフ
ァイ電圧によってテストを行うことができ、通常動作時
より少ない消去パルスで消去がなされたと判断され、通
常より早く消去を終了することができるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例によるフラッシュメモリの
ブロック図である。
【図2】従来のコマンドレベレジスタ回路及びコマンド
デコーダ回路の一部分を示す回路図である。
【図3】従来の消去ベリファイ電圧発生回路の回路図で
ある。
【図4】この発明の一実施例によるテスト動作時の消去
過程を示す図である。
【図5】この発明の一実施例によるテスト動作時の消去
過程を示すタイミング波形図である。
【図6】フラッシュメモリのしきい値電圧と消去時間の
関係を示す図である。
【図7】従来のフラッシュメモリを示すブロック図であ
る。
【図8】フラッシュメモリを構成しているメモリセルの
断面図である。
【図9】図7に示したメモリアレイ及びその周辺回路の
回路図である。
【図10】従来のフラッシュメモリのプログラム過程を
示す図である。
【図11】従来のフラッシュメモリの消去過程を示す図
である。
【図12】図10に示したフラッシュメモリのプログラ
ム過程のタイミング波形図である。
【図13】図11に示したフラッシュメモリの消去過程
のタイミング波形図である。
【図14】この発明の他の実施例によるフラッシュメモ
リの消去ベリファイ電圧発生回路の回路図である。
【符号の説明】
1 メモリアレイ 2 Yゲート 3 ソース線スイッチ 4 Xデコーダ 5 Yデコーダ 11 ベリファイ電圧発生回路 11a 通常ベリファイ電圧発生回路部 11b テスト用消去ベリファイ電圧発生回路部 13 コマンドデコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも行及び列方向にアレイ状に配
    置された複数個のメモリセルと、外部から入力されたア
    ドレス信号をデコードして行及び列方向の選択を行うX
    デコーダ及びYデコーダと、メモリセルに記憶された情
    報が“1”であるか“0”であるかを判定するセンスア
    ンプを備えた電気的に情報の書き込み・消去が可能な不
    揮発性半導体記憶装置において、 テスト動作時に、外部からの制御信号に応答して通常動
    作時の消去ベリファイ電圧よりも高いテスト用消去ベリ
    ファイ電圧を発生するベリファイ電圧発生回路を備えた
    不揮発性半導体記憶装置。
JP1287192A 1992-01-28 1992-01-28 不揮発性半導体記憶装置 Pending JPH05205491A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5590075A (en) * 1994-06-07 1996-12-31 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Method for testing an electrically erasable and programmable memory device
US7392444B2 (en) 2004-03-18 2008-06-24 Fujitsu Limited Non-volatile memory evaluating method and non-volatile memory

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US5590075A (en) * 1994-06-07 1996-12-31 Sgs-Thomson Microelectronics S.R.L. Method for testing an electrically erasable and programmable memory device
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