JPH07169284A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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JPH07169284A
JPH07169284A JP31174093A JP31174093A JPH07169284A JP H07169284 A JPH07169284 A JP H07169284A JP 31174093 A JP31174093 A JP 31174093A JP 31174093 A JP31174093 A JP 31174093A JP H07169284 A JPH07169284 A JP H07169284A
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pulse
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ヘミンク・ゲルトヤン
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徹 丹沢
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智晴 田中
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Abstract

PURPOSE:To obtain an EEPROM capable of securing a sufficient writing voltage margin by gradually boosting writing voltage while repeating writing operation and verifying operation cycle for each bit. CONSTITUTION:An EEPROM cell having a matrix array is constituted by laminating a floating gate 3 of a electric charge accumulating layer and a control gate 1 on a (p) type well 6 on an (n) type silicon substrate 7. After control voltage Vcg0 having a pulse width of DELTAt is applied to this gate 1 as a high voltage pulse Vpp to perform writing operation, a control voltage pulse Vcg of which a pulse width is increased by DELTAt and voltage is boosted by DELTAVpp is applied, a verifying operation cycle is repeated, and quantity of electric charges injected to a memory cell is controlled. In this case, pulse width and quantity of boosting DELTAVpp of the voltage Vcg are selected so that the maximum quantity of variation DELTAVth of a threshold value Vth of a memory cell at the time of injecting electron at a first time is made equal to boosted DELTAVpp. By using this method, sufficient margin can be secured for writing voltage Vpp for each memory cell having different threshold values.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的書替え可能な不
揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係わり、特に
トンネル電流によりメモリセルに対して書き込み/消去
を行うEEPROMに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically rewritable non-volatile semiconductor memory device (EEPROM), and more particularly to an EEPROM for writing / erasing a memory cell by a tunnel current.

【0002】[0002]

【従来の技術】EEPROMの1つとして、高集積化が
可能なNANDセル型EEPROMが知られている。こ
れは、複数のメモリセルをそれらのソース,ドレインを
隣接するもの同士で共用する形で直列接続し、これを1
単位としてビット線に接続するものである。メモリセル
は通常、浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートが積層
されたFETMOS構造を有する。メモリセルアレイ
は、p型基板又はn型基板に形成されたp型ウェル内に
集積形成される。NANDセルのドレイン側は選択ゲー
トを介してビット線に接続され、ソース側はやはり選択
ゲートを介して共通ソース線に接続される。メモリセル
の制御ゲートは、行方向に連続的に配設されてワード線
となる。
2. Description of the Related Art As one of the EEPROMs, a NAND cell type EEPROM capable of high integration is known. This is to connect a plurality of memory cells in series so that their sources and drains are shared by adjacent ones.
It is connected to the bit line as a unit. The memory cell usually has a FETMOS structure in which a floating gate (charge storage layer) and a control gate are stacked. The memory cell array is integrated and formed in a p-type well formed on a p-type substrate or an n-type substrate. The drain side of the NAND cell is connected to the bit line via the select gate, and the source side is also connected to the common source line via the select gate. The control gates of the memory cells are continuously arranged in the row direction to form word lines.

【0003】このNANDセル型EEPROMの動作
は、次の通りである。データ書き込みは、ビット線から
最も離れた位置のメモリセルから順に行う。選択された
メモリセルの制御ゲートには高電圧Vpp(=20V程
度)を印加し、それよりビット線側にあるメモリセルの
制御ゲート及び選択ゲートには中間電圧Vppm (=10
V程度)を印加し、ビット線にはデータに応じて0V又
は中間電圧Vm(=8V程度)を与える。
The operation of this NAND cell type EEPROM is as follows. Data writing is performed in order from the memory cell farthest from the bit line. A high voltage Vpp (about 20V) is applied to the control gate of the selected memory cell, and an intermediate voltage Vppm (= 10V) (= 10V) is applied to the control gate and the select gate of the memory cell on the bit line side.
V) is applied, and 0 V or an intermediate voltage Vm (= about 8 V) is applied to the bit line according to the data.

【0004】ビット線に0Vが与えられた時、その電位
は選択メモリセルのドレインまで転送されて、電荷畜積
層に電子注入が生じる。これにより、選択されたメモリ
セルのしきい値は正方向にシフトする。この状態を例え
ば“0”とする。ビット線にVmが与えられた時は電子
注入が実効的に起こらず、従ってしきい値は変化せず
に、負に止まる。この状態は消去状態で“1”とする。
データ書き込みは制御ゲートを共有するメモリセルに対
して同時に行われる。
When 0V is applied to the bit line, the potential is transferred to the drain of the selected memory cell, and electron injection occurs in the charge storage stack. As a result, the threshold value of the selected memory cell shifts in the positive direction. This state is set to "0", for example. When Vm is applied to the bit line, electron injection does not effectively take place, so that the threshold value remains unchanged and remains negative. This state is "1" in the erased state.
Data writing is simultaneously performed on memory cells sharing a control gate.

【0005】データ消去は、NANDセル内の全てのメ
モリセルに対して同時に行われる。即ち、全ての制御ゲ
ートを0Vとし、p型ウェルを20Vとする。このと
き、選択ゲート,ビット線及びソース線も20Vにされ
る。これにより、全てのメモリセルで電荷蓄積層の電子
がp型ウェルに放出され、しきい値は負方向にシフトす
る。
Data erasing is simultaneously performed on all the memory cells in the NAND cell. That is, all the control gates are set to 0V and the p-type well is set to 20V. At this time, the selection gate, the bit line and the source line are also set to 20V. As a result, in all memory cells, the electrons in the charge storage layer are emitted to the p-type well, and the threshold value shifts in the negative direction.

【0006】データ読み出しは、選択されたメモリセル
の制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリセルの制御
ゲート及び選択ゲートを電源電位Vcc(例えば5V)と
して、選択メモリセルで電流が流れるか否かを検出する
ことにより行われる。
For data reading, whether or not a current flows in the selected memory cell with the control gate of the selected memory cell set to 0V and the control gates and the selection gates of the other memory cells set to the power supply potential Vcc (for example, 5V). Is detected.

【0007】読み出し動作の制約から、“0”書き込み
後のしきい値は0VからVccの間に制御しなければなら
ない。このため、書き込みベリファイが行われ、“0”
書き込み不足のメモリセルのみを検出し、“0”書き込
み不足のメモリセルに対してのみ再書き込みが行われる
よう再書き込みデータを設定する(ビット毎ベリファ
イ)。“0”書き込み不足のメモリセルは、選択された
制御ゲートを例えば0.5V(ベリファイ電圧)にして
読み出すこと(ベリファイ読み出し)で検出される。つ
まり、メモリセルのしきい値が0Vに対してマージンを
持って、0.5V以上になっていないと、選択メモリセ
ルで電流が流れ、“0”書き込み不足と検出される。
Due to the limitation of the read operation, the threshold value after writing "0" must be controlled between 0V and Vcc. Therefore, the write verify is performed and “0” is written.
Only the memory cells with insufficient writing are detected, and the rewriting data is set so that the rewriting is performed only for the memory cells with insufficient "0" writing (verification for each bit). A memory cell in which "0" is insufficiently written is detected by setting the selected control gate to, for example, 0.5 V (verify voltage) and reading (verify read). That is, if the threshold voltage of the memory cell has a margin with respect to 0 V and is not 0.5 V or more, a current flows in the selected memory cell, and it is detected that "0" writing is insufficient.

【0008】書き込み動作と書き込みベリファイを繰り
返しながらデータ書き込みをすることで個々のメモリセ
ルに対して、書き込み時間が最適化され“0”書き込み
後のしきい値は0VからVccの間に制御される。
By writing data while repeating the write operation and the write verify, the write time is optimized for each memory cell, and the threshold value after "0" write is controlled between 0V and Vcc. .

【0009】このようなNANDセル型EEPROMで
は、書き込み時の書き込み電圧Vppを一定としているた
め、電荷蓄積層の電子の量が比較的少ない書き込み初期
ではメモリセルのしきい値変化は速く、電子注入が行わ
れ電荷蓄積層の電子の量が比較的多い書き込み後期では
メモリセルのしきい値変化は遅い。また、書き込み初期
ではトンネル電流の流れる絶縁膜に印加される電界が強
く、書き込み後期ではその電界は弱い。
In such a NAND cell type EEPROM, since the write voltage Vpp at the time of writing is constant, the threshold voltage of the memory cell changes quickly at the beginning of writing when the amount of electrons in the charge storage layer is relatively small, and electron injection is performed. The threshold change of the memory cell is slow in the latter stage of writing when the amount of electrons in the charge storage layer is relatively large. Further, the electric field applied to the insulating film through which the tunnel current flows is strong in the initial stage of writing, and the electric field is weak in the latter stage of writing.

【0010】このため、書き込み速度を速くするため書
き込み電圧Vppを高めると、書き込み後の最大しきい値
が高く、書き込み後のしきい値分布幅が広くなり、また
トンネル電流の流れる絶縁膜に印加される電界が強くな
り信頼性が悪くなる。逆に、書き込み後のしきい値分布
幅を狭くするためVppを低めると、書き込み速度が遅く
なる。言い替えれば、書き込み電圧マージンが狭いとい
う問題があった。
Therefore, if the write voltage Vpp is increased to increase the write speed, the maximum threshold value after writing becomes high, the threshold distribution width after writing becomes wide, and the voltage is applied to the insulating film through which the tunnel current flows. The generated electric field becomes strong and the reliability deteriorates. Conversely, if Vpp is lowered in order to narrow the threshold distribution width after writing, the writing speed becomes slow. In other words, there is a problem that the write voltage margin is narrow.

【0011】以下、この問題について詳しく説明する。
ここで、メモリセルとしては、後述する図1の構成を考
える。図1において、1は制御ゲート、2はゲート間絶
縁膜、3は浮遊ゲート、4はトンネル酸化膜、5はn型
拡散層、6はp型ウェルである。
Hereinafter, this problem will be described in detail.
Here, as the memory cell, consider the configuration of FIG. 1 described later. In FIG. 1, 1 is a control gate, 2 is an inter-gate insulating film, 3 is a floating gate, 4 is a tunnel oxide film, 5 is an n-type diffusion layer, and 6 is a p-type well.

【0012】従来、例えば浮遊ゲートに電子注入を行う
場合、図21(a)に示すように制御ゲート電圧Vcgを
印加し、p型ウェルとn型拡散層を0Vにしていた。こ
の場合、制御ゲート電圧Vcgを一定時間Tの間だけ一定
電圧Vppにする。初期的には浮遊ゲート中の電子の量が
少ないので、図21(b)に示すように浮遊ゲート電位
Vfgは比較的高く、図21(c)に示すようにトンネル
電流Itunnelは比較的大きい。浮遊ゲートへの電子注入
が進むと、浮遊ゲート中の電子の量が多くなるので、浮
遊ゲート電位Vfgは比較的低くなり、トンネル電流Itu
nnelは比較的小さくなる。よって、メモリセルのしきい
値Vthの変化量は、図21(d)に示すように初期的に
大きく、徐々に少なくなる。
Conventionally, for example, when electrons are injected into a floating gate, a control gate voltage Vcg is applied as shown in FIG. 21A and the p-type well and the n-type diffusion layer are set to 0V. In this case, the control gate voltage Vcg is kept at the constant voltage Vpp for the constant time T. Since the amount of electrons in the floating gate is small initially, the floating gate potential Vfg is relatively high as shown in FIG. 21B, and the tunnel current Itunnel is relatively large as shown in FIG. As the injection of electrons into the floating gate progresses, the amount of electrons in the floating gate increases, so that the floating gate potential Vfg becomes relatively low and the tunnel current Itu.
nnel is relatively small. Therefore, the amount of change in the threshold value Vth of the memory cell is initially large and gradually decreases as shown in FIG.

【0013】一般に、ベリファイと呼ばれるメモリセル
のしきい値確認動作を行いながら、浮遊ゲートへの電子
注入を行う場合、図22のようになる。制御ゲート電圧
Vcgは数発のパルスに分割され、各浮遊ゲートへの電子
注入動作の後、ベリファイが行われる。図22では、便
宜上ベリファイ動作時の制御ゲート電圧Vcgは0Vにし
てあるが、ベリファイの方法によって制御ゲートに何ら
かの電圧が印加される場合が多い。ベリファイによって
メモリセルのしきい値が所望の値に達したと検知される
と、電子注入動作は終了される。同時に複数個のメモリ
セルに電子注入を行う場合は、ベリファイによってメモ
リセルのしきい値が所望の値に達したと検知されると、
メモリセル毎に電子注入動作は終了される。
Generally, when electrons are injected into the floating gate while performing a threshold value confirming operation of the memory cell called verify, it becomes as shown in FIG. The control gate voltage Vcg is divided into several pulses, and after the electron injection operation to each floating gate, verification is performed. In FIG. 22, the control gate voltage Vcg during the verify operation is set to 0V for convenience, but some voltage is often applied to the control gate depending on the verify method. When the verify detects that the threshold value of the memory cell has reached the desired value, the electron injection operation is terminated. When performing electron injection into a plurality of memory cells at the same time, when it is detected that the threshold value of the memory cells has reached a desired value by verification,
The electron injection operation is completed for each memory cell.

【0014】図23は図22と同じ方法で複数のメモリ
セルに電子注入を行った場合の、各メモリセルのしきい
値の変化を示す図である。通常、メモリセルの形状は少
しづつばらついていて、その結果、電子注入の時経変化
がばらつく。最も電子注入しやすいメモリセルでは、直
ぐにメモリセルのしきい値の収まるべき範囲の上限Vth
-maxに達し、1回目の電子注入動作でしきい値がVth-m
axを越えないように電圧Vppの上限電圧Vpp-maxは決ま
る。最も電子注入しにくいメモリセルでは、メモリセル
のしきい値の収まるべき範囲の下限Vth-minに達しにく
く、所定の電子注入動作回数以内でしきい値がVth-min
を越えるように電圧Vppの下限電圧Vpp-minは決まる。
FIG. 23 is a diagram showing changes in the threshold value of each memory cell when electrons are injected into a plurality of memory cells by the same method as in FIG. Usually, the shape of the memory cell varies little by little, and as a result, the change with time of electron injection varies. In the memory cell in which electrons are most easily injected, the upper limit Vth of the range in which the threshold value of the memory cell should immediately fall is set to Vth.
-max is reached and the threshold value is Vth-m in the first electron injection operation.
The upper limit voltage Vpp-max of the voltage Vpp is determined so as not to exceed ax. In the memory cell that is the most difficult to inject electrons, it is difficult to reach the lower limit Vth-min of the range in which the threshold of the memory cell should fit, and the threshold value is Vth-min within the predetermined number of electron injection operations.
The lower limit voltage Vpp-min of the voltage Vpp is determined so as to exceed Vpp.

【0015】Vpp-max−Vpp-minはVppマージンと呼ば
れ、正の値でなければならない。Vth-maxを下げしきい
値分布幅を狭くしようとすると、Vppを下げなければな
らずVppマージンは0Vに近づく。電子注入・放出を繰
り返すとトンネル酸化膜は劣化し、電子注入・放出特性
が変化するため、Vppマージンが十分ないと信頼性上問
題となる。
Vpp-max-Vpp-min is called a Vpp margin and must be a positive value. If Vth-max is lowered and the threshold distribution width is narrowed, Vpp must be lowered and the Vpp margin approaches 0V. When electron injection / emission is repeated, the tunnel oxide film deteriorates, and the electron injection / emission characteristics change. Therefore, if the Vpp margin is insufficient, there is a problem in reliability.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】このように従来のNA
NDセル型EEPROMにおいては、書き込み電圧Vpp
を高めると書き込み後のしきい値分布幅が広くなり、書
き込み電圧Vppを低めると書き込み速度が遅くなるとい
う、いわゆるトレードオフの関係があった。そして、書
き込み電圧Vppマージンが狭いことから、素子信頼性が
低下するという問題があった。
As described above, the conventional NA is used.
In the ND cell type EEPROM, the write voltage Vpp
There is a so-called trade-off relationship that the threshold distribution width after writing becomes wider when the value is increased and the writing speed becomes slower when the writing voltage Vpp is decreased. Further, since the write voltage Vpp margin is narrow, there is a problem that the device reliability is lowered.

【0017】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、十分な書き込み電圧
Vppマージンを確保することができると共に、メモリセ
ルのしきい値分布幅を狭くすることができ、かつ高速に
電子注入を行うことができるEEPROMを提供するこ
とにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to ensure a sufficient write voltage Vpp margin and to narrow the threshold distribution width of a memory cell. It is an object of the present invention to provide an EEPROM that can perform high-speed electron injection.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、書き込
み動作とビット毎ベリファイ動作のサイクルを繰り返し
ながら、書き込み電圧Vppを徐々に高めることにある。
書き込み電圧Vppはサイクル毎にΔVppだけ高められ、
1回の書き込み時間Δtは一定とされる。さらに、
“0”書き込み後のしきい値分布幅がΔVppとなるよう
に、ΔVpp,Δtは設定される。
The essence of the present invention is to gradually increase the write voltage Vpp while repeating the cycle of the write operation and the verify operation for each bit.
The write voltage Vpp is increased by ΔVpp every cycle,
The one-time writing time Δt is constant. further,
ΔVpp and Δt are set so that the threshold distribution width after writing “0” is ΔVpp.

【0019】即ち、本発明(請求項1)は、半導体層上
に電荷蓄積層と制御ゲートを積層して構成された電気的
書き替え可能なメモリセルがマトリクス状に配置された
メモリセルアレイと、メモリセルアレイ中の任意の個数
のメモリセルのしきい値を変動させるため、制御ゲート
と半導体層との間にしきい値変動電圧パルスを時間Δt
0 の間印加するしきい値変動手段と、任意の個数メモリ
セルのしきい値変動電圧パルス印加後の状態を検知する
しきい値ベリファイ手段と、任意の個数のメモリセルの
うち、所望のしきい値に達していないしきい値変動不十
分のメモリセルに対して、しきい値変動電圧パルスを時
間Δtの間印加し、再びしきい値を変動させる再しきい
値変動手段とを備え、しきい値変動手段によるしきい値
変動動作としきい値ベリファイ手段によるしきい値ベリ
ファイ動作の後、再しきい値変動手段による再しきい値
変動動作としきい値ベリファイ動作を、メモリセルのし
きい値が所望の値に達するまで繰り返す不揮発性半導体
記憶装置において、しきい値変動電圧パルスを、再しき
い値変動動作の度にパルス波高増分ΔVppだけ高め、所
望のしきい値に達したメモリセルのしきい値分布幅が|
ΔVpp|となるように電気的にデータ消去或いはデータ
書き込みを行うことを特徴とする。
That is, the present invention (claim 1) is a memory cell array in which electrically rewritable memory cells, which are formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, are arranged in a matrix. In order to change the threshold value of an arbitrary number of memory cells in the memory cell array, a threshold voltage changing voltage pulse is applied between the control gate and the semiconductor layer for a time Δt.
The threshold voltage changing means applied during 0, the threshold value verifying means for detecting the state after application of the threshold voltage changing voltage pulse of an arbitrary number of memory cells, and the desired voltage among the arbitrary number of memory cells. A threshold value changing means for applying a threshold value changing voltage pulse to the memory cell whose threshold value has not reached the threshold value for a time Δt and changing the threshold value again. After the threshold value changing operation by the threshold value changing means and the threshold value verifying operation by the threshold value verifying means, the re-threshold value changing operation and the threshold value verifying operation by the re-threshold value changing means are performed. In the non-volatile semiconductor memory device which repeats until the desired value is reached, the threshold voltage fluctuation voltage pulse is increased by the pulse wave height increment ΔVpp at each rethreshold voltage fluctuation operation to reach the desired threshold value. The threshold voltage distribution width of the memory cell is |
It is characterized by electrically erasing or writing data so that ΔVpp |.

【0020】また、本発明(請求項2)は、半導体層上
に電荷蓄積層と制御ゲートを積層して構成された電気的
書き替え可能なメモリセルがマトリクス状に配置された
メモリセルアレイと、メモリセルのデータをデータ
“0”の状態に消去する消去手段と、メモリセルアレイ
中の任意の個数のメモリセルのしきい値を変動させるた
め、制御ゲートと半導体層との間に、書き込みデータ
(“1”,“2”,…,“n”)に応じたしきい値変動
電圧パルス(Vpp1 ,Vpp2 ,…,Vppn )を印加する
書き込みパルス印加手段と、任意の個数のメモリセルの
しきい値変動パルス印加後の状態を検知するしきい値ベ
リファイ手段と、任意の個数のメモリセルのうち、書き
込みデータ(“1”,“2”,…,“n”)に応じた所
望のしきい値(Vth1 ,Vth2 ,…,Vthn )に達して
いない書き込み不十分のメモリセルに対して、書き込み
データに応じたしきい値変動パルスを印加し、再び同時
に書き込みデータに応じてしきい値変動させる再書き込
みパルス印加手段とを備え、書き込みパルス印加手段に
よるしきい値変動動作としきい値ベリファイ手段による
しきい値ベリファイ動作の後、再書き込みパルス印加手
段による再しきい値変動動作としきい値ベリファイ動作
を、メモリセルのしきい値が書き込みデータに応じた所
望の値に達するまで繰り返す不揮発性半導体記憶装置に
おいて、しきい値変動電圧パルスは、Vpp1 =Vpp2 −
ΔVppd2=Vpp3 −ΔVppd2=…=Vppn −ΔVppdnと
なっていて、所望のしきい値は、Vthi −Vthi-1 =Δ
Vppdi(i=2,3,…,n)であることを特徴とす
る。
Further, the present invention (claim 2) is a memory cell array in which electrically rewritable memory cells, which are formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, are arranged in a matrix. In order to change the threshold value of an arbitrary number of memory cells in the memory cell array and erase means for erasing the data of the memory cells to the state of data “0”, write data ( Write pulse applying means for applying a threshold voltage fluctuation voltage pulse (Vpp1, Vpp2, ..., Vppn) according to "1", "2", ..., "N") and a threshold of an arbitrary number of memory cells. A threshold value verifying means for detecting a state after the application of the value variation pulse, and a desired threshold value according to write data (“1”, “2”, ..., “n”) among an arbitrary number of memory cells. Value (Vth1, Vth2 , Vthn), and a rewriting pulse applying means for applying a threshold value changing pulse according to the write data to the insufficiently written memory cell and again changing the threshold value according to the write data. After the threshold voltage changing operation by the write pulse applying means and the threshold verifying operation by the threshold verifying means, the rethreshold changing operation and the threshold verifying operation by the rewriting pulse applying means are performed on the memory cell. In the non-volatile semiconductor memory device that repeats until the threshold value reaches a desired value according to the write data, the threshold voltage fluctuation voltage pulse is Vpp1 = Vpp2-
ΔVppd2 = Vpp3−ΔVppd2 = ... = Vppn−ΔVppdn, and the desired threshold value is Vthi−Vthi−1 = Δ.
It is characterized in that it is Vppdi (i = 2, 3, ..., N).

【0021】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 書き込みパルス印加手段によるしきい値変動電圧パ
ルスは時間Δt0 の間印加され、再書き込みパルス印加
手段によるしきい値変動電圧パルスは時間Δtの間印加
され、しきい値変動電圧パルスは再しきい値変動動作の
度にパルス波高増分ΔVppだけ高められ、所望のしきい
値に達したメモリセルのしきい値分布幅が|ΔVpp|と
なるように電気的にデータ書き込みを行うこと。 (2) しきい値変動動作及び再しきい値変動動作中に用い
られるしきい値変動パルス波高は一定であること。 (3) 再しきい値変動動作中に用いられるしきい値変動パ
ルス波高はパルス幅Δtの間にパルス波高増分ΔVppだ
け高められ、しきい値変動動作中に用いられるしきい値
変動パルス波高はパルス幅Δt0 の間にΔVpp×Δt0
/Δtだけ高められること。 (4) 再しきい値変動動作中に用いられるしきい値変動パ
ルス波高はパルス幅Δtの間にパルス波高増分ΔVppだ
け一定の増加率をもって高められ、しきい値変動動作中
に用いられるしきい値変動パルス波高はパルス幅Δt0
の間にΔVpp×Δt0 /Δtだけ一定の増加率をもって
高められること。 (5) しきい値変動動作中に用いられるしきい値変動パル
ス幅Δt0 と、再しきい値変動動作中に用いられるしき
い値変動パルス幅Δtとは等しいこと。 (6) しきい値変動動作中に用いられるしきい値変動パル
ス幅Δt0 は、再しきい値変動動作中に用いられるしき
い値変動パルス幅Δtより長いこと。 (7) メモリセルは複数個づつ直列接続されNANDセル
構造を形成し、第1の選択ゲートを介してビット線に接
続され、第2の選択ゲートを介してソース線に接続され
ること。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention. (1) The threshold voltage fluctuation voltage pulse by the write pulse applying means is applied for the time Δt0, the threshold voltage fluctuation voltage pulse by the rewriting pulse applying means is applied for the time Δt, and the threshold voltage fluctuation voltage pulse is applied again. Electrical writing is performed so that the pulse wave height increment ΔVpp is increased each time the threshold voltage is changed, and the threshold distribution width of the memory cell reaching the desired threshold becomes | ΔVpp |. (2) The pulse width of the threshold fluctuation pulse used during the threshold fluctuation operation and the re-threshold fluctuation operation must be constant. (3) The threshold fluctuation pulse wave height used during the re-threshold fluctuation operation is increased by the pulse wave height increment ΔVpp during the pulse width Δt, and the threshold fluctuation pulse wave height used during the threshold fluctuation operation is ΔVpp × Δt0 during the pulse width Δt0
Be increased by / Δt. (4) The threshold fluctuation pulse wave height used during the re-threshold fluctuation operation is increased by the pulse wave height increment ΔVpp at a constant rate of increase during the pulse width Δt, and the threshold value used during the threshold fluctuation operation. Value fluctuation pulse height is pulse width Δt0
It should be increased by a constant increase rate of ΔVpp × Δt0 / Δt during the period. (5) The threshold fluctuation pulse width Δt0 used during the threshold fluctuation operation and the threshold fluctuation pulse width Δt used during the rethreshold fluctuation operation are equal. (6) The threshold fluctuation pulse width Δt0 used during the threshold fluctuation operation is longer than the threshold fluctuation pulse width Δt used during the rethreshold fluctuation operation. (7) A plurality of memory cells are connected in series to form a NAND cell structure, connected to the bit line via the first select gate, and connected to the source line via the second select gate.

【0022】[0022]

【作用】本発明においては、書き込み電圧Vppは書き込
み時間の経過とともに徐々に高められ、書き込みやすい
メモリセルに対しては、比較的低い書き込み電圧Vppで
書き込みを完了し、書き込み難いメモリセルに対して
は、比較的高い書き込み電圧Vppで書き込みを行うこと
で、広い書き込み電圧Vppマージンを得ることができ
る。
According to the present invention, the write voltage Vpp is gradually increased as the write time elapses. For memory cells that are easy to write, writing is completed at a relatively low write voltage Vpp, and for memory cells that are difficult to write. By writing with a relatively high write voltage Vpp, a wide write voltage Vpp margin can be obtained.

【0023】また、“0”書き込み後のしきい値分布幅
がΔVppとなるように、ΔVpp,Δtは設定されるとい
うことは、1サイクルでのしきい値シフト量がほぼ一定
値ΔVppであるということで、トンネル電流の流れる絶
縁膜に印加される電圧は毎サイクル同じように平均的に
なるよう制御され、その最大値が低減でき、信頼性が向
上する。
Further, ΔVpp and Δt are set so that the threshold distribution width after writing “0” is ΔVpp, which means that the threshold shift amount in one cycle is a substantially constant value ΔVpp. Therefore, the voltage applied to the insulating film through which the tunnel current flows is controlled to be the same in every cycle, the maximum value can be reduced, and the reliability is improved.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1(a)は、本発明の実施例に用いた不揮発性
メモリセルの構造を示している。n型シリコン基板7の
上のp型ウェル6の上に浮遊ゲート(電荷蓄積層)3と
制御ゲート1が積層形成される。p型ウェル6と浮遊ゲ
ート3はトンネル酸化膜4によって絶縁され、浮遊ゲー
ト3と制御ゲート1はゲート間絶縁膜2によって絶縁さ
れている。n型拡散層5はメモリセルトランジスタのソ
ース・ドレインを形成する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows the structure of the nonvolatile memory cell used in the embodiment of the present invention. The floating gate (charge storage layer) 3 and the control gate 1 are stacked on the p-type well 6 on the n-type silicon substrate 7. The p-type well 6 and the floating gate 3 are insulated by the tunnel oxide film 4, and the floating gate 3 and the control gate 1 are insulated by the inter-gate insulating film 2. The n-type diffusion layer 5 forms the source / drain of the memory cell transistor.

【0025】浮遊ゲート3と制御ゲート1との間の容
量、浮遊ゲート3とp型ウェル6との間の容量は、それ
ぞれ図1(b)に示すようにCcgとCoxである。容量C
oxは浮遊ゲート3とn型拡散層5との間の容量も含む。
メモリセルはそのしきい値でデータを記憶し、しきい値
は浮遊ゲート3に蓄えられる電荷量で決まる。浮遊ゲー
ト3中の電荷量は、トンネル酸化膜4を通るトンネル電
流で変化させられる。
The capacitance between the floating gate 3 and the control gate 1 and the capacitance between the floating gate 3 and the p-type well 6 are Ccg and Cox, respectively, as shown in FIG. 1 (b). Capacity C
ox also includes the capacitance between the floating gate 3 and the n-type diffusion layer 5.
The memory cell stores data at the threshold value, and the threshold value is determined by the amount of charge stored in the floating gate 3. The amount of charge in the floating gate 3 is changed by the tunnel current passing through the tunnel oxide film 4.

【0026】即ち、p型ウェル6とn型拡散層5に対し
て制御ゲート1を十分高い電位にすると、トンネル酸化
膜4を通して電子が浮遊ゲート3に注入され、しきい値
は高くなる。逆に、制御ゲート1に対してp型ウェル6
とn型拡散層5を高電位にすると、トンネル酸化膜4を
通して電子が浮遊ゲート3から放出され、しきい値は低
くなる。
That is, when the control gate 1 is set to a sufficiently high potential with respect to the p-type well 6 and the n-type diffusion layer 5, electrons are injected into the floating gate 3 through the tunnel oxide film 4 and the threshold value becomes high. Conversely, for the control gate 1, the p-type well 6
When the n-type diffusion layer 5 is set to a high potential, electrons are emitted from the floating gate 3 through the tunnel oxide film 4 and the threshold value becomes low.

【0027】図2は、本発明の第1の実施例に係わる電
子注入方式を示している。(a)は制御ゲート電圧Vc
g、(b)は浮遊ゲート電位Vfg、(c)はトンネル電
流Itunnel、(d)はメモリセルのしきい値Vthであ
る。
FIG. 2 shows an electron injection method according to the first embodiment of the present invention. (A) is the control gate voltage Vc
g, (b) are the floating gate potential Vfg, (c) is the tunnel current Itunnel, and (d) is the threshold Vth of the memory cell.

【0028】制御ゲートには高電圧Vppパルスが与えら
れ、Vppパルス印加後にベリファイが行われる。最初の
Vppパルス電圧はVcg0 で、徐々にΔVppづつ高められ
る。パルス幅は一定時間Δtである。ΔtとΔVppは、
1回の電子注入動作でのメモリセルのしきい値の最大変
化量ΔVthが、ΔVppと等しくなるようにされる。実際
には、Vppが十分高くトンネル電流が十分流れ出すよう
になった時、1回の電子注入動作でのメモリセルのしき
い値変化量ΔVthをΔVppと等しくなるようにすると、
1回の電子注入動作で注入される電子が、次の電子注入
動作でのVppの増加分ΔVppによるトンネル酸化膜に印
加される電圧増加をキャンセルし、それ以降、しきい値
変化量ΔVthは毎回一定値ΔVppとなる。
A high voltage Vpp pulse is applied to the control gate, and verification is performed after the Vpp pulse is applied. The first Vpp pulse voltage is Vcg0, and is gradually increased by ΔVpp. The pulse width is a fixed time Δt. Δt and ΔVpp are
The maximum change amount ΔVth of the threshold value of the memory cell in one electron injection operation is set to be equal to ΔVpp. Actually, when Vpp is sufficiently high and the tunnel current starts to flow out sufficiently, if the threshold change amount ΔVth of the memory cell in one electron injection operation is made equal to ΔVpp,
The electrons injected in one electron injection operation cancel the voltage increase applied to the tunnel oxide film due to the increase ΔVpp of Vpp in the next electron injection operation, and thereafter, the threshold change amount ΔVth is changed every time. It becomes a constant value ΔVpp.

【0029】初期パルス電圧Vcg0 を十分小さくしてお
けば、最も電子注入しやすいメモリセルのしきい値は、
確実にしきい値の上限Vth-max以下に制御でき広いVpp
マージンが得られ、また、同時にVth-max−Vth-min=
ΔVppとすることができる。最も電子注入しにくいメモ
リセルでは、Vppが高められることによって高速にVth
-minに達する。ベリファイによって各メモリセル毎にし
きい値が検証され、しきい値下限Vth-minに達している
と検知されると、各メモリセル毎に電子注入動作は終了
させられる。
If the initial pulse voltage Vcg0 is sufficiently small, the threshold value of the memory cell in which electrons are most easily injected is
A wide Vpp that can be reliably controlled below the upper threshold Vth-max
A margin is obtained, and at the same time, Vth-max-Vth-min =
It can be set to ΔVpp. In the memory cell that is the most difficult to inject electrons, Vpp is increased to increase Vth at high speed.
-Reach min. The threshold value is verified for each memory cell by the verification, and if it is detected that the threshold lower limit Vth-min is reached, the electron injection operation is terminated for each memory cell.

【0030】この方式では、さらに電子注入量の増加に
従って、Vppが高められるため、浮遊ゲート電圧Vfgの
最大値Vfg-maxが抑えられ、トンネル酸化膜の劣化も抑
制される。実際には、しきい値変化量ΔVthが毎電子注
入動作時に一定値ΔVppとなり、浮遊ゲート電圧Vfgも
毎回同じように印加され、その結果、Vfg-maxが抑えら
れる。
In this method, since Vpp is further increased as the electron injection amount is increased, the maximum value Vfg-max of the floating gate voltage Vfg is suppressed and deterioration of the tunnel oxide film is also suppressed. Actually, the threshold change amount ΔVth becomes a constant value ΔVpp in every electron injection operation, and the floating gate voltage Vfg is applied in the same manner every time, and as a result, Vfg-max is suppressed.

【0031】図3は、本発明の第2の実施例に係わる電
子注入方式を示している。基本的には第1の実施例と同
様であるが、電子注入初期の数発のパルスを1つにまと
め、ベリファイ動作を省くことで高速化している。この
方式では、図2に示される電子注入方式で、メモリセル
のしきい値が電子注入初期の数発のパルスでVth-minに
達しないような場合、電子注入を高速に行うためには有
効である。
FIG. 3 shows an electron injection method according to the second embodiment of the present invention. Basically, it is similar to the first embodiment, but several pulses in the initial stage of electron injection are combined into one and the verify operation is omitted to speed up the operation. This method is effective for high-speed electron injection when the threshold of the memory cell does not reach Vth-min with several pulses in the initial stage of electron injection in the electron injection method shown in FIG. Is.

【0032】図4は、第2の実施例において、最も電子
注入されやすいメモリセル、典型的なメモリセル、最も
電子注入されにくいメモリセル、のしきい値の時経変化
を示すものである。トンネル酸化膜の劣化を防ぐために
は、Vfg-maxが小さい方がよい。このため、図5に示す
ように、Vppパルス幅ΔtとVpp増加率ΔVppを小さく
するとよい。しかし、これではベリファイ動作回数が増
加し、電子注入に時間がかかる。また、必要以上にしき
い値分布幅が狭く、無駄が多い。
FIG. 4 shows the change over time in the threshold values of the memory cell most susceptible to electron injection, the typical memory cell, and the memory cell least susceptible to electron injection in the second embodiment. In order to prevent the deterioration of the tunnel oxide film, it is preferable that Vfg-max be small. Therefore, as shown in FIG. 5, it is preferable to reduce the Vpp pulse width Δt and the Vpp increase rate ΔVpp. However, this increases the number of verify operations and takes time for electron injection. In addition, the threshold distribution width is unnecessarily narrow and wasteful.

【0033】図6は、本発明の第3の実施例に係わる電
子注入方式を示している。これは、図5に見られるVpp
パルスを数発ずつまとめたものである。初期的には、図
3,4で説明したように、より多くのVppパルスをまと
めている。この方法によって、浮遊ゲート電圧Vfgはほ
ぼ一定となり、図3,4で説明した方式よりトンネル酸
化膜の劣化を抑えつつ、同様にVth-max−Vth-min=Δ
Vppとし、高速に電子注入できる。
FIG. 6 shows an electron injection method according to the third embodiment of the present invention. This is the Vpp seen in FIG.
It is a collection of several pulses. Initially, more Vpp pulses are put together, as described in FIGS. By this method, the floating gate voltage Vfg becomes almost constant, and while suppressing deterioration of the tunnel oxide film as compared with the method described in FIGS. 3 and 4, Vth-max-Vth-min = Δ
Vpp can be used for high-speed electron injection.

【0034】図7は、本発明の第4の実施例に係わる電
子注入方法を示すものである。これは、図6で示される
方法で、Δt0→0,ΔVpp0 →0としたもので、各Vpp
パルスは一定のdVpp/dtを持ち、連続的にΔVppだ
け上昇する。この方法では電子注入中の浮遊ゲート電位
をほぼ一定にすることができ、トンネル酸化膜の劣化は
最小に抑えられる。
FIG. 7 shows an electron injection method according to the fourth embodiment of the present invention. This is the method shown in FIG. 6 in which Δt0 → 0 and ΔVpp0 → 0.
The pulse has a constant dVpp / dt and continuously rises by ΔVpp. With this method, the floating gate potential during electron injection can be made substantially constant, and deterioration of the tunnel oxide film can be suppressed to a minimum.

【0035】以上説明したNMOSメモリセルへの電子
注入動作中は、Vppが十分高ければチャネル部は反転し
ていて、ドレイン,ソース,チャネル部は同電位であ
る。よって、例えば図7に示される方法は、以下に示す
図8,9のような方法と同じである。
During the electron injection operation into the NMOS memory cell described above, if Vpp is sufficiently high, the channel portion is inverted and the drain, source and channel portions are at the same potential. Therefore, for example, the method shown in FIG. 7 is the same as the method shown in FIGS.

【0036】図8に示される方法は、制御ゲート電圧V
cgを一定にし、ドレイン電圧Vd を徐々に低下させる。
これによって図7に示される方法と図8に示される方法
は同じ効果を生む。図8に示される方法で、ドレインに
印加する電圧の初期値Vd0が高く、耐圧を越えてしまう
ようであれば、図9に示される方法を用いればよい。つ
まり、ドレイン電圧の初期値Vd0を下げて、同時に制御
ゲートの初期値Vcg0も下げる。ドレイン電圧Vd が0
Vまで下がりきったら、制御ゲート電圧VcgをVd0だけ
上げ、Vd をVd0から下げていく。このような方式で
も、図7に示される方法と同じ効果が得られる。
The method shown in FIG. 8 uses the control gate voltage V
The drain voltage Vd is gradually decreased while keeping cg constant.
As a result, the method shown in FIG. 7 and the method shown in FIG. 8 produce the same effect. If the initial value Vd0 of the voltage applied to the drain is high and exceeds the breakdown voltage by the method shown in FIG. 8, the method shown in FIG. 9 may be used. That is, the initial value Vd0 of the drain voltage is lowered, and at the same time, the initial value Vcg0 of the control gate is also lowered. Drain voltage Vd is 0
When the voltage reaches V, the control gate voltage Vcg is increased by Vd0 and Vd is decreased from Vd0. Even with such a method, the same effect as the method shown in FIG. 7 can be obtained.

【0037】また、図7〜9では、dVpp/dt=一定
としたが、現実的にこれが困難である場合でも、dVpp
/dt≧0を保持しながらVppをΔtの時間にΔVppの
率で変化させ、かつ電子注入後のしきい値分布幅がΔV
ppとなるようにすれば、dVpp/dt=一定の場合に近
い効果が得られる。
In FIGS. 7 to 9, dVpp / dt = constant, but even if this is difficult in practice, dVpp / dt
While maintaining / dt ≧ 0, Vpp is changed at the rate of ΔVpp during the time of Δt, and the threshold distribution width after electron injection is ΔV.
By setting pp, an effect close to that when dVpp / dt = constant is obtained.

【0038】電圧Vppには勿論上限があり、それはデバ
イスの耐圧Vbreak で決まる。VppがVbreak に達した
らそれ以上はVppは高められない。この場合でも、Vpp
がVbreak に達するまでの間、本発明による効果が得ら
れる。また、図2〜9では、電子注入の場合について説
明したが、電子放出の場合もp型ウェルに対する制御ゲ
ートの極性を反転させ、同様に実施できる。
Of course, the voltage Vpp has an upper limit, which is determined by the breakdown voltage Vbreak of the device. When Vpp reaches Vbreak, Vpp cannot be further increased. Even in this case, Vpp
Until the Vbreak reaches Vbreak, the effect of the present invention can be obtained. 2 to 9, the case of electron injection has been described, but the case of electron emission can be similarly performed by reversing the polarity of the control gate with respect to the p-type well.

【0039】図10は、本発明の第5の実施例に係わる
NANDセル型EEPROMのメモリセルアレイを示し
ている。8個のメモリセルM1〜8が、それぞれ隣接す
るもの同士でソース,ドレインを共有する形で直列接続
されて1つのNANDセルを構成し、一方の端子は第1
の選択トランジスタS1を介してビット線BLに接続さ
れる。また、他方の端子は第2の選択トランジスタS2
を介して、共通ソース線Vsに接続される。選択ゲート
SG1,2は選択トランジスタS1,2のゲート電極、
制御ゲートCG1〜8はメモリセルのゲート電極であ
る。制御ゲートCGを共有するメモリセル群でページを
構成し、選択ゲートSGを共有するNANDセル群でブ
ロックを構成する。1つ1つのメモリセルは図1のよう
な構造をしていて、メモリセルアレイは共通のp型ウェ
ルに形成されている。
FIG. 10 shows a memory cell array of a NAND cell type EEPROM according to the fifth embodiment of the present invention. Eight memory cells M1 to M8 are connected in series so that adjacent ones share the source and drain to form one NAND cell, one terminal of which is the first
Is connected to the bit line BL via the selection transistor S1. The other terminal is connected to the second selection transistor S2.
Via the common source line Vs. The selection gates SG1 and SG2 are gate electrodes of the selection transistors S1 and S2,
The control gates CG1 to CG8 are gate electrodes of memory cells. A page is composed of a group of memory cells sharing the control gate CG, and a block is composed of a group of NAND cells sharing the select gate SG. Each memory cell has a structure as shown in FIG. 1, and the memory cell array is formed in a common p-type well.

【0040】このNANDセル型EEPROMの消去・
書き込み・読み出し・書き込みベリファイの各動作は、
次の通りである。消去は、ブロック単位で行われる。p
型ウェルを高電圧Vpp(〜20V)にし、選択ブロック
内の制御ゲートCG1〜8を0Vにする。非選択ブロッ
ク内の制御ゲートと全ての選択ゲートは、Vppにされ
る。浮遊ゲート内の電子はp型ウェルに放出され、メモ
リセルのしきい値は負となる。
Erasure of this NAND cell type EEPROM
Write, read, and write verify operations are
It is as follows. Erasure is performed in block units. p
The mold well is set to a high voltage Vpp (~ 20V), and the control gates CG1-8 in the selected block are set to 0V. The control gates and all select gates in the non-selected blocks are brought to Vpp. The electrons in the floating gate are emitted to the p-type well, and the threshold value of the memory cell becomes negative.

【0041】消去後、ページ単位で一括してデータ書き
込みが、ビット線から最も離れた位置のページから行わ
れる。書き込み動作時は、選択されたページの制御ゲー
ト(例えばCG4)にVpp(10〜20V程度)を印加
し、非選択のページの制御ゲートCG1〜3、5〜8と
第1の選択ゲートSG1に中間電位Vm(〜10V)を
印加する。ビット線BLには、“0”書き込み動作の場
合0V、“1”書き込み動作の場合Vmを与える。第2
の選択ゲートSG2は0Vである。
After erasing, data writing is collectively performed page by page from the page farthest from the bit line. During the write operation, Vpp (about 10 to 20 V) is applied to the control gate (for example, CG4) of the selected page, and the control gates CG1 to CG3, 5 to 8 of the unselected page and the first selection gate SG1 are applied. An intermediate potential Vm (-10V) is applied. The bit line BL is supplied with 0V in the case of "0" write operation and Vm in the case of "1" write operation. Second
The selection gate SG2 of is at 0V.

【0042】“0”書き込み動作の場合、選択された制
御ゲートCG4とチャネルの電位差Vppによって、電子
がチャネルから浮遊ゲートにトンネル電流によって注入
され、しきい値は正の方向に変化する。“1”書き込み
動作の場合、チャネルの電位がVmにされているので、
トンネル酸化膜にかかる電界は弱く電子の浮遊ゲートへ
の実効的な注入は起こらない。よって、しきい値は変化
しない。
In the case of "0" write operation, the potential difference Vpp between the selected control gate CG4 and the channel causes electrons to be injected from the channel to the floating gate by the tunnel current, and the threshold value changes in the positive direction. In the case of "1" write operation, since the potential of the channel is set to Vm,
The electric field applied to the tunnel oxide film is weak, and effective injection of electrons into the floating gate does not occur. Therefore, the threshold does not change.

【0043】書き込み動作後、メモリセルのしきい値を
確認するための、ベリファイが行われる。選択された制
御ゲート(例えばCG4)にベリファイ電位(〜0.5
V)を与え、非選択の制御ゲートCG1〜3,5〜8、
第1,2の選択ゲートSG1,2を電源電圧Vccにす
る。もし“0”書き込み動作後に、ビット線BLとソー
ス線が電気的に通じれば、その選択されたメモリセルの
しきい値はベリファイ電位以下で“0”書き込み不十分
で、再書き込み時に“0”書き込み動作が再度実行され
る。そうでなければ、しきい値はベリファイ電位以上で
“0”書き込み十分で、それ以上の浮遊ゲートへの電子
注入は必要でないと判断され、再書き込み時は“1”書
き込み動作が実行される。“1”書き込み動作後はメモ
リセルのしきい値に拘らず、再書き込み動作時に再度
“1”書き込み動作が実行される。
After the write operation, verify is performed to confirm the threshold value of the memory cell. A verify potential (~ 0.5) is applied to the selected control gate (eg, CG4).
V), and the non-selected control gates CG1 to CG3 to CG5 to CG8,
The power supply voltage Vcc is applied to the first and second selection gates SG1 and SG2. If the bit line BL and the source line are electrically connected to each other after the "0" write operation, the threshold value of the selected memory cell is equal to or lower than the verify potential and the "0" write is insufficient, and the "0" is rewritten. The write operation is executed again. Otherwise, it is determined that the threshold value is equal to or higher than the verify potential and "0" writing is sufficient, and it is judged that further injection of electrons into the floating gate is not necessary, and "1" writing operation is executed at the time of rewriting. After the "1" write operation, the "1" write operation is executed again during the rewrite operation regardless of the threshold value of the memory cell.

【0044】書き込み動作とベリファイ動作を繰り返し
ながらデータ書き込みを行うことで、書き込み時間は各
メモリセル毎に調節される。1ページ分のメモリセル全
てが書き込み十分と検出されると、1ページ分のデータ
書き込みは終了する。
By writing data while repeating the write operation and verify operation, the write time is adjusted for each memory cell. When it is detected that all the memory cells for one page are sufficiently written, the data writing for one page is completed.

【0045】読み出しは、選択された制御ゲート(例え
ばCG4)を0Vにし、非選択の制御ゲートCG1〜
3,5〜8、第1,2の選択ゲートSG1,2を電源電
圧Vccにする。予め充電されているビット線BLの電
位が下がれば、メモリセルのしきい値は0V以下でデー
タは“1”である。ビット線BLの電位が保持されれ
ば、メモリセルのしきい値は0V以上でデータは“0”
である。読み出し動作から、メモリセルのしきい値は電
源電圧Vcc以下でなければならない。
For reading, the selected control gate (for example, CG4) is set to 0V, and the non-selected control gates CG1 to CG1.
The power source voltage Vcc is applied to the third and fifth selection gates SG1 and SG2. If the potential of the precharged bit line BL is lowered, the threshold value of the memory cell is 0 V or less and the data is "1". If the potential of the bit line BL is held, the threshold value of the memory cell is 0 V or higher and the data is "0".
Is. From the read operation, the threshold of the memory cell must be lower than the power supply voltage Vcc.

【0046】次に、このようなNANDセル型EEPR
OMの、書き込み時の選択された制御ゲートCGへの書
き込み電圧Vppの印加方法を説明する。図11は、制御
ゲートを駆動する回路の構成を示す図である。各制御ゲ
ート,選択ゲートに対して、制御ゲートドライバ11、
第1,第2選択ゲートドライバ10,12の出力を選択
的に転送する、転送回路9が設けられる。セルアレイ8
のブロックに対応する10個の転送回路9群はブロック
選択信号φwi,φwBi によって選択される。昇圧回路1
3は電源電圧Vccから書き込み・消去時に必要なVpp,
Vmを発生し、制御ゲートドライバ11、第1,2選択
ゲートドライバ10,12に供給する。
Next, such a NAND cell type EEPR
A method of applying the write voltage Vpp to the selected control gate CG of the OM during writing will be described. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a circuit for driving the control gate. For each control gate and select gate, control gate driver 11,
A transfer circuit 9 is provided which selectively transfers the outputs of the first and second selection gate drivers 10 and 12. Cell array 8
The group of 10 transfer circuits 9 corresponding to the block of is selected by block selection signals φwi and φwBi. Booster circuit 1
3 is the power supply voltage Vcc to Vpp required for writing / erasing,
Vm is generated and supplied to the control gate driver 11 and the first and second selection gate drivers 10 and 12.

【0047】図12は、図11の制御ゲートCG4の転
送回路9、制御ゲートドライバ11、昇圧回路13の構
成をより具体的に示している。転送回路9は、nチャネ
ルMOSトランジスタ(n-ch. MOS Tr.) Qn1とpチャネ
ルMOSトランジスタ(p-ch.MOS Tr.) Qp1で構成され
るCMOS転送回路と、n-ch. MOS Tr. Qn2で構成され
るリセット回路から構成される。信号φwi,φwBi がそ
れぞれ“H”,“L”となるとノードN1の電圧が制御
ゲートへ転送され、“L”,“H”となると制御ゲート
は接地される。昇圧回路13は、Vm昇圧回路14とV
pp昇圧回路15から構成される。制御ゲートドライバ1
1は、第1スイッチ回路16、第2スイッチ回路17、
第3スイッチ回路18から構成される。
FIG. 12 more specifically shows the structures of the transfer circuit 9, the control gate driver 11, and the booster circuit 13 of the control gate CG4 of FIG. The transfer circuit 9 is composed of an n-channel MOS transistor (n-ch. MOS Tr.) Qn1 and a p-channel MOS transistor (p-ch. MOS Tr.) Qp1 and a n-ch. MOS Tr. It is composed of a reset circuit composed of Qn2. When the signals φwi and φwBi become “H” and “L”, respectively, the voltage of the node N1 is transferred to the control gate, and when they become “L” and “H”, the control gate is grounded. The booster circuit 13 includes a Vm booster circuit 14 and Vm.
It is composed of a pp booster circuit 15. Control gate driver 1
1 is a first switch circuit 16, a second switch circuit 17,
It comprises a third switch circuit 18.

【0048】第1スイッチ回路16は、Vm昇圧回路1
4の出力VmをノードN1に接続するか否かを制御す
る。第2スイッチ回路17は、Vpp昇圧回路15の出力
VppをノードN1に接続するか否かを制御するが、ノー
ドN1に転送される電圧はVpp−ΔVppである。第3ス
イッチ回路18は、Vpp昇圧回路15の出力Vppをノー
ドN1に接続するか否かを制御するが、ノードN1にV
ppを転送する時の電流量は、ノードN1の電位の上昇率
dVpp/dtを制御するために制御される。
The first switch circuit 16 is the Vm booster circuit 1
It controls whether or not the output Vm of 4 is connected to the node N1. The second switch circuit 17 controls whether or not the output Vpp of the Vpp booster circuit 15 is connected to the node N1, and the voltage transferred to the node N1 is Vpp-ΔVpp. The third switch circuit 18 controls whether or not the output Vpp of the Vpp booster circuit 15 is connected to the node N1.
The amount of current when transferring pp is controlled to control the rate of increase dVpp / dt of the potential of the node N1.

【0049】図13は、制御ゲートドライバ11の具体
的な構成を示している。第1スイッチ回路16は、p-c
h. MOS Tr. Qp2〜4 ,n-ch. MOS Tr. Qn3,4,nチャ
ネルDタイプMOSトランジスタ(n-ch. D-type MOS T
r.)QD1,及びインバータI1から構成される。Qp2,
3,Qn3,4とインバータI1で構成される回路は、0V
とVccの間で振幅する信号φ1 を、0VからVppの間を
振幅する信号に変換する。φ1 が“L”で、Qp4のゲー
トはVpp、QD1のゲートは0Vとなり、VmとN1は切
り離される。φ1 が“H”で、Qp4のゲートは0V、Q
D1のゲートはVppとなり、VmとN1は接続される。Q
D1は、N1がVppとなった場合にVppがQp4に転送され
るのを防ぐためのものである。
FIG. 13 shows a specific structure of the control gate driver 11. The first switch circuit 16 is pc
h. MOS Tr. Qp2 to 4, n-ch. MOS Tr. Qn3, 4, n-channel D-type MOS transistor (n-ch. D-type MOS T
r.) QD1 and inverter I1. Qp2,
The circuit composed of 3, Qn3, 4 and inverter I1 is 0V
The signal .phi.1 oscillating between Vcc and Vcc is converted into a signal oscillating between 0V and Vpp. φ1 is "L", the gate of Qp4 is Vpp, the gate of QD1 is 0V, and Vm and N1 are separated. φ1 is "H", the gate of Qp4 is 0V, Q
The gate of D1 becomes Vpp, and Vm and N1 are connected. Q
D1 is for preventing Vpp from being transferred to Qp4 when N1 becomes Vpp.

【0050】第2スイッチ回路17は、p-ch. MOS Tr.
Qp5〜8 ,n-ch. MOS Tr. Qn5,6とインバータI2から
構成される。φ2 が“L”で、Qp7のゲートはVppとな
り、VppとN1は切り離される。φ2 が“H”で、Qp7
のゲートは0Vとなり、VppとN1は接続され、Vppよ
りQp8のしきい値分(〜1V)低い電圧がN1に転送さ
れる。
The second switch circuit 17 is a p-ch. MOS Tr.
Qp5-8, n-ch. MOS Tr. Qn5, 6 and inverter I2. When φ2 is "L", the gate of Qp7 becomes Vpp, and Vpp and N1 are separated. φ2 is “H”, Qp7
Has a gate of 0 V, Vpp and N1 are connected, and a voltage lower than Vpp by a threshold value of Qp8 (up to 1 V) is transferred to N1.

【0051】第3スイッチ回路18は、p-ch. MOS Tr.
Qp9〜11,n-ch. MOS Tr. Qn7,8とインバータI3と電
流制御回路19から構成される。φ3 が“L”で、Qp1
1 のゲートはVppとなり、VppとN1は切り離される。
φ3 が“H”で、Qp11 のゲートは0Vとなり、Vppと
N1は接続され、VppはN1に電流制御回路19により
dVpp/dtを制御されながら転送される。
The third switch circuit 18 is a p-ch. MOS Tr.
Qp9 to 11, n-ch. MOS Tr. Qn7, 8, an inverter I3, and a current control circuit 19. φ3 is “L”, Qp1
The gate of 1 becomes Vpp, and Vpp and N1 are separated.
When .phi.3 is "H", the gate of Qp11 becomes 0V, Vpp and N1 are connected, and Vpp is transferred to N1 while the current control circuit 19 controls dVpp / dt.

【0052】p-ch. MOS Tr. Qp12 ,n-ch. MOS Tr. Q
n9,n-ch. D-type MOS Tr.QD2は、N1をVGH或いはV
ccにするための回路である。φ4 が“H”でN1はVG
H、φ4 が“L”でN1はVccとなる。電圧VGHは通常
0Vで、ベリファイ時にベリファイ電圧VVRFY(〜0.
5V)になる。QD2は、信号φ5 が“L”となってノー
ドN1にVmやVppが印加された場合に、Qp12 にVm
やVppが転送されないようにするためのものである。
P-ch. MOS Tr. Qp12, n-ch. MOS Tr. Q
n9, n-ch. D-type MOS Tr. QD2, N1 is VGH or V
It is a circuit to make cc. φ4 is "H" and N1 is VG
When H and φ4 are "L", N1 becomes Vcc. The voltage VGH is normally 0 V, and the verify voltage VVRFY (up to 0.
5V). When the signal φ5 becomes "L" and Vm or Vpp is applied to the node N1, QD2 becomes Vm to Qp12.
And Vpp are not transferred.

【0053】図14は、図13中の電流制御回路19の
具体的な構成を示す図である。図14(a)は、p-ch.
MOS Tr. Qp13 〜15とn-ch. D-type MOS Tr.QD3,4から
構成され、信号φ3Bは図13中の信号φ3 の反転信号で
ある。信号φ3 が“H”、φ3Bが“L”となってノード
N2がVppとなると、Qp15 のゲートはVpp−2Vtp
(Vtpはp-ch. MOS Tr. のしきい値)となり、ノードN
3からN1への電流はQp15 で制御される。
FIG. 14 is a diagram showing a specific structure of the current control circuit 19 shown in FIG. FIG. 14A shows p-ch.
It is composed of MOS Tr. Qp13-15 and n-ch. D-type MOS Tr. QD3, 4 and signal .phi.3B is an inverted signal of signal .phi.3 in FIG. When the signal .phi.3 becomes "H" and .phi.3B becomes "L" and the node N2 becomes Vpp, the gate of Qp15 becomes Vpp-2Vtp.
(Vtp is the threshold of p-ch. MOS Tr.), And node N
The current from 3 to N1 is controlled by Qp15.

【0054】図14(b)は、p-ch. MOS Tr. Qp16,1
7,n-ch. MOS Tr. Qn10 ,キャパシタC1と抵抗R1
から構成される。信号φ3 が“H”、ノードN2がVpp
となると、Qp16 のゲートはVppから0Vまでキャパシ
タC1と抵抗R1により制御され変化する。よって、ノ
ードN3からN1への電流はQp16 で制御される。
FIG. 14B shows p-ch. MOS Tr. Qp16,1.
7, n-ch. MOS Tr. Qn10, capacitor C1 and resistor R1
Composed of. Signal φ3 is "H", node N2 is Vpp
Then, the gate of Qp16 changes from Vpp to 0V under the control of the capacitor C1 and the resistor R1. Therefore, the current from the node N3 to N1 is controlled by Qp16.

【0055】図15は、以上のように構成されたEEP
ROMの書き込み動作を示すタイミング図である。ここ
では、制御ゲートCG4が選択されているとする。ま
ず、電圧Vm,Vppが昇圧回路14,15によって電源
電圧Vccから昇圧される。電圧Vppは、書き込み/ベリ
ファイが繰り返される毎に、Vpp1 からVtpづつ高くな
る。図12に見られる信号φwi,φwBi は選択されたブ
ロックで、それぞれVpp,0Vである。
FIG. 15 shows the EEP configured as described above.
It is a timing diagram which shows the write-in operation of ROM. Here, it is assumed that the control gate CG4 is selected. First, the voltages Vm and Vpp are boosted from the power supply voltage Vcc by the booster circuits 14 and 15. The voltage Vpp increases from Vpp1 by Vtp each time writing / verifying is repeated. The signals φwi and φwBi seen in FIG. 12 are Vpp and 0V, respectively, in the selected block.

【0056】書き込み動作は、信号φ4 が“L”となっ
てノードN1がVccとなり、選択されたブロックの制御
ゲートCG1〜8は全てVccとなる。同時に選択された
ブロックの選択ゲートSG1もVccにされ、ビット線B
Lは“1”書き込みの場合のみVccにされる。選択ゲー
トSG2は書き込み動作中0Vとされる。φ1 が“H”
となって、制御ゲートCG1〜8、選択ゲートSG1、
“1”書き込みビット線BLはVmとなる。選択された
制御ゲートCG4は、φ3 が“H”となることでVmか
らVpp1 まで時間Δt0 かけて制御されながら上げられ
る。非選択制御ゲートCG1〜3,5〜8と選択ゲート
SG1,“1”書き込みビット線BLはVmのままであ
る。非選択の制御ゲートに関する信号φ1 ,φ2 ,φ3
,φ4 は図中点線で示してある。
In the write operation, the signal φ4 becomes "L", the node N1 becomes Vcc, and the control gates CG1 to CG8 of the selected block become all Vcc. At the same time, the selection gate SG1 of the selected block is also set to Vcc and the bit line B
L is set to Vcc only when "1" is written. The select gate SG2 is set to 0V during the write operation. φ1 is "H"
Therefore, the control gates CG1 to CG8, the selection gate SG1 and
The "1" write bit line BL becomes Vm. The selected control gate CG4 is raised while being controlled from Vm to Vpp1 over time Δt0 when φ3 becomes "H". The non-selection control gates CG1 to 3 and 5 to 8 and the selection gate SG1 and the "1" write bit line BL remain Vm. Signals for unselected control gates φ1, φ2, φ3
, Φ4 are shown by dotted lines in the figure.

【0057】φ4 が“H”となって全制御ゲートCG1
〜8は0Vとなる。このとき、選択ゲートSG1も0V
にリセットされ、遅れてビット線BLが0Vにリセット
される。
Φ4 becomes "H" and all control gates CG1
~ 8 is 0V. At this time, the selection gate SG1 is also 0V
And the bit line BL is reset to 0V after a delay.

【0058】続いて、ベリファイ動作となる。選択制御
ゲートCG4はベリファイ電位VVRFYになり、非選択制
御ゲートCG1〜3,5〜8はφ4 が“L”となってV
ccとされる。選択ゲートSG1,2もVccとなる。
“0”書き込みすべきメモリセルのしきい値がVVRFYを
越えたと検出されると、再書き込み動作時に“1”書き
込みが行われ、過剰“0”書き込みが防がれる。“0”
書き込みすべきメモリセルのしきい値がVVRFYを越えて
ない検出されると、再書き込み動作時に“0”書き込み
が再度行われる。“1”書き込みすべきメモリセルで
は、再書き込み動作時には“1”書き込みが再度行われ
る。
Then, the verify operation is performed. The selection control gate CG4 becomes the verify potential VVRFY, and the non-selection control gates CG1 to 3 and 5 to 8 have φ4 "L" and V
cc is assumed. The selection gates SG1 and SG2 also become Vcc.
When it is detected that the threshold value of the memory cell to be written "0" exceeds VVRFY, "1" is written in the rewriting operation, and excessive "0" writing is prevented. "0"
When it is detected that the threshold value of the memory cell to be written does not exceed VVRFY, "0" is written again during the rewriting operation. In the memory cell to be written with "1", "1" is written again during the rewriting operation.

【0059】2回目以降の書き込み動作では、選択制御
ゲートCG4はVmまで充電された後、φ2 が出力さ
れ、前回の書き込み動作時の選択制御ゲート最大電圧ま
で急速に充電される。更に、φ3 が“H”となって、V
tpだけ時間Δtをかけて制御されながら上げられる。例
えば、2回目の書き込み動作時には、Vpp1 からVpp2
(Vpp2 =Vpp1 +Vtp)まで制御されながら上げられ
る。
In the second and subsequent write operations, the selection control gate CG4 is charged to Vm, then φ2 is output, and the selection control gate CG4 is rapidly charged to the maximum voltage of the selection control gate in the previous write operation. Furthermore, φ3 becomes "H", and V
It can be raised while being controlled by tp for a time Δt. For example, during the second write operation, Vpp1 to Vpp2
It is raised while being controlled to (Vpp2 = Vpp1 + Vtp).

【0060】初回の書き込み動作時の( Vpp1 −Vm)
/Δt0 と2回目以降の書き込み動作時のVtp/Δtは
ほぼ同じ値になるように設定される。初回の書き込み動
作時には、最も速く“0”書き込みされるメモリセルの
しきい値が、“0”書き込み後収まるべきしきい値分布
の最大値以下になるよう、2回目以降の書き込み動作時
には、“0”書き込みすべきメモリセルのしきい値がΔ
Vpp(ΔVppはVppの増加率で、この例ではVtp)シフ
トするように、設定される(図16)。よって、“0”
書き込み後のしきい値分布幅はΔVpp(この例ではVt
p)となる。
At the time of the first writing operation (Vpp1-Vm)
/ Δt0 and Vtp / Δt during the second and subsequent write operations are set to be approximately the same value. At the time of the first write operation, the threshold value of the memory cell in which the fastest "0" is written is equal to or less than the maximum value of the threshold distribution that should be accommodated after the write of "0", and at the second and subsequent write operations, " 0 ”is the threshold of the memory cell to be written Δ
Vpp (ΔVpp is an increase rate of Vpp, Vtp in this example) is set to shift (FIG. 16). Therefore, "0"
The threshold distribution width after writing is ΔVpp (in this example, Vt
p).

【0061】データ書き込みは、以上の書き込み動作と
ベリファイ動作を繰り返し行い、全ての“0”書き込み
すべきメモリセルのしきい値が、VVRFYを越えたと検出
されると、終了する。
The data write operation is repeated by repeating the above write operation and verify operation, and when it is detected that the threshold values of all the memory cells to be "0" written exceed VVRFY.

【0062】制御ゲートドライバ11の他の実施例を、
図17,18に示す。ここでは、2つのVpp昇圧回路A
20とVpp昇圧回路B21が設けられ、それぞれの出力
はVppA ,VppB である。第4スイッチ回路22は、V
pp昇圧回路A20の出力VppA をノードN1に接続する
か否かを制御する。
Another embodiment of the control gate driver 11 will be described.
Shown in FIGS. Here, two Vpp booster circuits A
20 and a Vpp booster circuit B21 are provided, and their outputs are VppA and VppB. The fourth switch circuit 22 has V
It controls whether or not the output VppA of the pp booster circuit A20 is connected to the node N1.

【0063】図19は、書き込み動作を示すタイミング
図である。VppA ,VppB は初回の書き込み動作時は同
じVpp1 で、2回目の書き込み動作以降VppB =VppA
+ΔVppとされる。VppA ,VppB 以外は、図15と同
じである。この実施例では、ΔVppの設定が、図12,
13に示される実施例より容易である。
FIG. 19 is a timing chart showing the write operation. VppA and VppB are the same Vpp1 during the first write operation, and VppB = VppA after the second write operation.
+ ΔVpp. Other than VppA and VppB, it is the same as FIG. In this embodiment, the setting of ΔVpp is as shown in FIG.
It is easier than the embodiment shown in FIG.

【0064】図20は、本発明の第7の実施例に係わる
電子注入方式を示している。これは、1つのメモリセル
に3つの状態(データ“0”,“1”,“2”)を記憶
させるものである。Vppパルス波形は、図7に示したも
のと同じであるが、“2”書き込みするメモリセルと
“1”書き込みするメモリセルに印加される電圧はΔV
ppB だけ異なる。また、ベリファイ動作で、“2”書き
込みすべきメモリセルで所望のしきい値(VVRFY2 )に
達していないもの、“1”書き込みすべきメモリセルで
所望のしきい値(VVRFY1 )に達していないもの、がそ
れぞれ検出され、それらのメモリセルのみ“2”或いは
“1”追加書き込みが行われる。この時、dVpp2 /d
t=dVpp1 /dt=ΔVppA とされ、ΔVppA はメモ
リセルのしきい値変化量dVth/dtと等しくされる。
FIG. 20 shows an electron injection method according to the seventh embodiment of the present invention. This is to store three states (data “0”, “1”, “2”) in one memory cell. The Vpp pulse waveform is the same as that shown in FIG. 7, but the voltage applied to the memory cell for writing "2" and the memory cell for writing "1" is ΔV.
Only ppB is different. In the verify operation, the memory cells to be written "2" have not reached the desired threshold value (VVRFY2), and the memory cells to be "1" written have not reached the desired threshold value (VVRFY1). , Respectively, and "2" or "1" additional writing is performed only to those memory cells. At this time, dVpp2 / d
t = dVpp1 / dt = ΔVppA, and ΔVppA is made equal to the threshold change amount dVth / dt of the memory cell.

【0065】これによって“2”と“1”書き込み後の
しきい値分布ΔVthはΔVppA となる。また、ΔVppB
は、“2”と“1”書き込み後のしきい値分布の間のし
きい値マージンΔVmarjinにしきい値分布幅ΔVthを加
えたものと等しくされる(ΔVppB =ΔVth+ΔVmarj
in、又はΔVppB =VVRFY2 −VVRFY1 )。これによっ
て、“2”と“1”書き込みはそれぞれ独立に並行処理
され、高速に書き込みが行われる。当然、メモリセルの
トンネル酸化膜に印加される最大電圧は最小に抑えられ
る。
As a result, the threshold distribution ΔVth after writing “2” and “1” becomes ΔVppA. Also, ΔVppB
Is equal to the threshold margin ΔVmarjin between the threshold distributions after writing “2” and “1” plus the threshold distribution width ΔVth (ΔVppB = ΔVth + ΔVmarj
in, or ΔVppB = VVRFY2−VVRFY1). As a result, “2” and “1” writing are independently processed in parallel, and writing is performed at high speed. Naturally, the maximum voltage applied to the tunnel oxide film of the memory cell can be suppressed to the minimum.

【0066】また、“2”と“1”書き込みがそれぞれ
独立に並行処理され、高速に書き込みが行われるという
意味では、Vppパルス波形はいかなる形の場合でも、
“2”書き込みするメモリセルと“1”書き込みするメ
モリセルに印加される電圧をΔVppB だけ差をつけるこ
とは効果がある。
Further, in the sense that "2" and "1" writing are independently processed in parallel and writing is performed at high speed, no matter what form the Vpp pulse waveform is,
It is effective to make the difference between the voltages applied to the memory cell for writing "2" and the memory cell for writing "1" by ΔVppB.

【0067】以上の主旨に従えば4値以上の多値記憶の
場合も同様に実施できる。図20では、電子注入の場合
について説明したが、電子放出の場合もp型ウェルに対
する制御ゲートの極性を反転させ、同様に実施できる。
According to the above-mentioned gist, the same operation can be performed in the case of multi-value storage of four or more values. In FIG. 20, the case of electron injection has been described, but the case of electron emission can be similarly performed by reversing the polarity of the control gate with respect to the p-type well.

【0068】基本的に本発明は、電子(正孔)注入或い
は放出による浮遊ゲートの電位変化が、徐々に高められ
るVppによって浮遊ゲート下の電子(正孔)が移動する
酸化膜部分に印加される電界の上昇を打ち消すようにし
ていることに特徴がある。よって、この主旨に従えば、
以上の説明の実施例のようにチャネル全面を介するトン
ネル電流で電子(正孔)注入或いは放出を行うもの以外
に、例えば、ドレイン又はソースと浮遊ゲートの間のト
ンネル電流で行うものや、ホットエレクトロン或いはホ
ットホールで行うものでも、同様の効果が得られる。
Basically, according to the present invention, the potential change of the floating gate due to the injection or emission of electrons (holes) is applied to the oxide film portion under the floating gate where the electrons (holes) move under the gradually increasing Vpp. The feature is that it is designed to cancel the rise of the electric field. Therefore, according to this principle,
In addition to the injection or emission of electrons (holes) by the tunnel current through the entire surface of the channel as in the embodiment described above, for example, the injection of electrons (holes) by the tunnel current between the drain or source and the floating gate, or hot electron Alternatively, the same effect can be obtained by using a hot hole.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、書
き込み動作とビット毎ベリファイ動作のサイクルを繰り
返しながら、書き込み電圧Vppを徐々に高めることによ
り、十分なVppマージンを確保し、メモリセルのしきい
値分布幅を狭く、高速に電子注入を行うことができるE
EPROMを実現することができる。また、電子放出も
メモリセルの制御ゲート電圧極性を反転することで容易
に実施できる。さらに、メモリセルがpチャネルMOS
トランジスタの場合も同様に実施できる。
As described above, according to the present invention, the write voltage Vpp is gradually increased while repeating the cycle of the write operation and the bit-by-bit verify operation, thereby ensuring a sufficient Vpp margin and ensuring a sufficient memory cell capacity. A narrow threshold distribution width allows high-speed electron injection.
An EPROM can be realized. Also, electron emission can be easily performed by reversing the polarity of the control gate voltage of the memory cell. Furthermore, the memory cell is a p-channel MOS
The same can be applied to a transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に用いたメモリセルの構造と等
価回路を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a structure and an equivalent circuit of a memory cell used in an embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式による電子注入特性を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an electron injection characteristic by an electron injection method incorporating a verify operation in the first embodiment.

【図3】第2の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式による電子注入特性を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing an electron injection characteristic by an electron injection method incorporating a verify operation in the second embodiment.

【図4】第2の実施例における、ビット毎ベリファイ動
作を取り入れた従来の電子注入方式によるメモリセルの
しきい値変化を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a threshold change of a memory cell according to a conventional electron injection method that incorporates a bit-by-bit verify operation in the second embodiment.

【図5】第2の実施例における、よりメモリセルのしき
い値の制御性を高めるための、ベリファイ動作を取り入
れた、電子注入方式による電子注入特性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing an electron injection characteristic by an electron injection method in which a verify operation is incorporated in order to further enhance the controllability of the threshold value of the memory cell in the second embodiment.

【図6】第3の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式による電子注入特性を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing an electron injection characteristic by an electron injection method incorporating a verify operation in the third embodiment.

【図7】第4の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式による電子注入特性を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing electron injection characteristics by an electron injection method incorporating a verify operation in the fourth embodiment.

【図8】第4の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式の変形例を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the electron injection method incorporating the verify operation in the fourth embodiment.

【図9】第4の実施例における、ベリファイ動作を取り
入れた電子注入方式の変形例を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing a modification of the electron injection method incorporating the verify operation in the fourth embodiment.

【図10】第5の実施例における、NANDセル型EE
PROMのメモリセルアレイを示す図を示す図。
FIG. 10 is a NAND cell type EE in the fifth embodiment.
The figure which shows the figure which shows the memory cell array of PROM.

【図11】第5の実施例における、制御ゲートを駆動す
る回路の構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a circuit for driving a control gate in the fifth embodiment.

【図12】第5の実施例における、制御ゲートドライバ
の回路構成を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of a control gate driver in a fifth embodiment.

【図13】第5の実施例における、制御ゲートドライバ
の具体的な回路構成を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a specific circuit configuration of a control gate driver in the fifth embodiment.

【図14】第5の実施例における、制御ゲートドライバ
中の電流制御回路の具体的な構成を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a specific configuration of a current control circuit in a control gate driver in the fifth embodiment.

【図15】第5の実施例における、書き込み/ベリファ
イ動作を説明するためのタイミング図。
FIG. 15 is a timing chart for explaining a write / verify operation in the fifth embodiment.

【図16】第5の実施例における、メモリセルの書き込
み特性を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing write characteristics of a memory cell in the fifth embodiment.

【図17】第6の実施例における、制御ゲートドライバ
の構成を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing the configuration of a control gate driver in the sixth embodiment.

【図18】第6の実施例における、制御ゲートドライバ
の具体的な回路構成を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a specific circuit configuration of a control gate driver in the sixth embodiment.

【図19】第6の実施例における、書き込み/ベリファ
イ動作を説明するためのタイミング図。
FIG. 19 is a timing chart for explaining a write / verify operation in the sixth embodiment.

【図20】第7の実施例における、ベリファイ動作を取
り入れた電子注入方式及びその電子注入特性を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing an electron injection method incorporating a verify operation and its electron injection characteristics in the seventh embodiment.

【図21】従来の電子注入方式による電子注入特性を示
す図。
FIG. 21 is a diagram showing electron injection characteristics according to a conventional electron injection method.

【図22】ベリファイ動作を取り入れた従来方式による
電子注入特性を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing electron injection characteristics according to a conventional method that incorporates a verify operation.

【図23】ビット毎ベリファイ動作を取り入れた従来の
電子注入方式によるメモリセルのしきい値変化を示す
図。
FIG. 23 is a diagram showing a threshold change of a memory cell according to a conventional electron injection method incorporating a bit-by-bit verify operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…制御ゲート 2…ゲート間絶縁
膜 3…浮遊ゲート 4…トンネル酸化
膜 5…n型拡散層 6…p型ウェル 7…n型基板 8…NANDセル
型セルアレイ 9…転送回路 10…第1選択ゲ
ートドライバ 11…制御ゲートドライバ 12…第2選択ゲ
ートドライバ 13…昇圧回路 14…Vm昇圧回
路 15…Vpp昇圧回路 16…第1スイッ
チ回路 17…第2スイッチ回路 18…第3スイッ
チ回路 19…電流制御回路 20…Vpp昇圧回
路A 21…Vpp昇圧回路B 22…第4スイッ
チ回路 Qn …nチャネルMOSトランジスタ Qp …nチャネルMOSトランジスタ QD …nチャネルDタイプMOSトランジスタ I…CMOSインバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control gate 2 ... Gate insulating film 3 ... Floating gate 4 ... Tunnel oxide film 5 ... N-type diffusion layer 6 ... P-well 7 ... N-type substrate 8 ... NAND cell type cell array 9 ... Transfer circuit 10 ... First selection Gate driver 11 ... Control gate driver 12 ... Second selection gate driver 13 ... Boosting circuit 14 ... Vm boosting circuit 15 ... Vpp boosting circuit 16 ... First switch circuit 17 ... Second switch circuit 18 ... Third switch circuit 19 ... Current control Circuit 20 ... Vpp booster circuit A 21 ... Vpp booster circuit B 22 ... Fourth switch circuit Qn ... n-channel MOS transistor Qp ... n-channel MOS transistor QD ... n-channel D type MOS transistor I ... CMOS inverter

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Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲートを積
層して構成された電気的書き替え可能なメモリセルがマ
トリクス状に配置されたメモリセルアレイと、 前記メモリセルアレイ中の任意の個数のメモリセルのし
きい値を変動させるため、前記制御ゲートと前記半導体
層との間にしきい値変動電圧パルスを時間Δt0 の間印
加するしきい値変動手段と、 前記任意の個数のメモリセルの前記しきい値変動電圧パ
ルス印加後の状態を検知するしきい値ベリファイ手段
と、 前記任意の個数のメモリセルのうち、所望のしきい値に
達していないしきい値変動不十分のメモリセルに対し
て、しきい値変動電圧パルスを時間Δtの間印加し、再
びしきい値を変動させる再しきい値変動手段とを備え、 前記しきい値変動手段によるしきい値変動動作と前記し
きい値ベリファイ手段によるしきい値ベリファイ動作の
後、前記再しきい値変動手段による再しきい値変動動作
と前記しきい値ベリファイ動作を、メモリセルのしきい
値が前記所望の値に達するまで繰り返す不揮発性半導体
記憶装置において、 前記しきい値変動電圧パルスを、前記再しきい値変動動
作の度にパルス波高増分ΔVppだけ高め、 前記所望のしきい値に達したメモリセルのしきい値分布
幅が|ΔVpp|となるように電気的にデータ消去或いは
データ書き込みを行うことを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。
1. A memory cell array in which electrically rewritable memory cells, which are formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, are arranged in a matrix, and an arbitrary number of memory cells in the memory cell array. Threshold varying means for applying a threshold varying voltage pulse between the control gate and the semiconductor layer for a time Δt0 in order to vary the threshold of the memory cell; Threshold verifying means for detecting a state after application of a threshold voltage fluctuation voltage pulse, and among the arbitrary number of memory cells, for memory cells with insufficient threshold fluctuation which have not reached a desired threshold value. A threshold value changing operation for applying the threshold value changing voltage pulse for a time Δt and changing the threshold value again, After the threshold value verifying operation by the threshold value verifying means, the threshold value of the memory cell reaches the desired value by the re-threshold value changing operation and the threshold value verifying operation by the re-threshold value changing means. In the nonvolatile semiconductor memory device, the threshold voltage fluctuation voltage pulse is increased by a pulse wave height increment ΔVpp each time the rethreshold voltage fluctuation operation is performed, and the threshold voltage of the memory cell reaching the desired threshold voltage is increased. A non-volatile semiconductor memory device characterized by electrically erasing or writing data so that the distribution width becomes | ΔVpp |.
【請求項2】半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲートを積
層して構成された電気的書き替え可能なメモリセルがマ
トリクス状に配置されたメモリセルアレイと、 前記メモリセルアレイの各メモリセルのデータをデータ
“0”の状態に消去する消去手段と、 前記メモリセルアレイ中の任意の個数のメモリセルのし
きい値を変動させるため、前記制御ゲートと前記半導体
層との間に、書き込みデータ(“1”,“2”,…,
“n”)に応じたしきい値変動電圧パルス(Vpp1 ,V
pp2 ,…,Vppn)を印加する書き込みパルス印加手段
と、 前記任意の個数のメモリセルの前記しきい値変動電圧パ
ルス印加後の状態を検知するしきい値ベリファイ手段
と、 前記任意の個数のメモリセルのうち、書き込みデータ
(“1”,“2”,…,“n”)に応じた所望のしきい
値(Vth1 ,Vth2 ,…,Vthn )に達していない書き
込み不十分のメモリセルに対して、書き込みデータに応
じたしきい値変動電圧パルスを印加し、再び書き込みデ
ータに応じてしきい値変動させる再書き込みパルス印加
手段とを備え、 前記書き込みパルス印加手段によるしきい値変動動作と
前記しきい値ベリファイ手段によるしきい値ベリファイ
動作の後、前記再書き込みパルス印加手段による再しき
い値変動動作と前記しきい値ベリファイ動作を、メモリ
セルのしきい値が書き込みデータに応じた前記所望の値
に達するまで繰り返し、 前記しきい値変動電圧パルスは、Vpp1 =Vpp2 −ΔV
ppd2=Vpp3 −ΔVppd3=…=Vppn −ΔVppdnとなっ
ていて、 前記所望のしきい値は、Vthi −Vthi-1 =ΔVppdi
(i=2,3,…,n)であることを特徴とする不揮発
性半導体記憶装置。
2. A memory cell array in which electrically rewritable memory cells, which are formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, are arranged in a matrix, and data of each memory cell of the memory cell array. Erasing means for erasing data to the state of data "0", and write data ("") between the control gate and the semiconductor layer in order to change the threshold value of an arbitrary number of memory cells in the memory cell array. 1 ”,“ 2 ”, ...,
Threshold voltage fluctuation voltage pulse (Vpp1, V) depending on "n")
pp2, ..., Vppn), write pulse applying means, threshold verifying means for detecting a state of the arbitrary number of memory cells after the threshold voltage fluctuation voltage pulse is applied, and the arbitrary number of memories. Among the cells, for the insufficiently written memory cells that have not reached the desired threshold values (Vth1, Vth2, ..., Vthn) according to the write data (“1”, “2”, ..., “N”) A re-writing pulse applying means for applying a threshold voltage varying voltage pulse according to write data and again varying the threshold value according to write data. After the threshold verifying operation by the threshold verifying means, the re-threshold changing operation and the threshold verifying operation by the rewriting pulse applying means are performed in the memory cell. Is repeated until the threshold value reaches the desired value according to the write data, and the threshold voltage fluctuation pulse is Vpp1 = Vpp2-ΔV.
ppd2 = Vpp3−ΔVppd3 = ... = Vppn−ΔVppdn, and the desired threshold value is Vthi−Vthi−1 = ΔVppdi
A non-volatile semiconductor memory device characterized in that (i = 2, 3, ..., N).
【請求項3】前記書き込みパルス印加手段によるしきい
値変動電圧パルスは時間Δt0 の間印加され、前記再書
き込みパルス印加手段によるしきい値変動電圧パルスは
時間Δtの間印加され、 前記しきい値変動電圧パルスは再しきい値変動動作の度
にパルス波高増分ΔVppだけ高められ、 前記所望のしきい値に達したメモリセルのしきい値分布
幅が|ΔVpp|となるように電気的にデータ書き込みを
行うことを特徴とする請求項2記載の不揮発性半導体記
憶装置。
3. The threshold voltage fluctuation voltage pulse by the write pulse applying means is applied for a time Δt0, and the threshold voltage fluctuation voltage pulse by the rewriting pulse applying means is applied for a time Δt. The fluctuating voltage pulse is increased by the pulse wave height increment ΔVpp each time the threshold voltage is changed again, and the data is electrically changed so that the threshold distribution width of the memory cell reaching the desired threshold becomes | ΔVpp |. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein writing is performed.
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