JPH09147583A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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- JPH09147583A JPH09147583A JP29994095A JP29994095A JPH09147583A JP H09147583 A JPH09147583 A JP H09147583A JP 29994095 A JP29994095 A JP 29994095A JP 29994095 A JP29994095 A JP 29994095A JP H09147583 A JPH09147583 A JP H09147583A
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Abstract
き、低電圧駆動や多値メモリの実現に寄与する。 【解決手段】 データの記憶状態によりしきい値電圧が
異なるメモリセルに対し、読み出し電圧の印加によりメ
モリセルに記憶されたデータを読み出す不揮発性半導体
記憶装置において、読み出し電圧の温度依存性をメモリ
セルのしきい値電圧のそれと合わせるために、しきい値
電圧がVtで、ゲートとドレインが出力端3に共通接続
されると共に負荷抵抗Rを介して電源端1に接続され、
ソース入力端2に温度依存性のない一定電圧Vbgr が印
加されるnMOSトランジスタMCを用い、このトラン
ジスタMCがオン状態の時に出力端3に現れる電圧(V
bgr+Vt)を読み出し電圧として利用する。
Description
憶装置に係わり、特に読み出し電圧やベリファイ電圧の
温度依存性をメモリセルのしきい値電圧の温度依存性に
等しくした不揮発性半導体記憶装置に関する。
憶装置(ROM)には、メモリセルトランジスタのしき
い値電圧Vtを2種類(Vt1,Vt2)設けることによっ
て、それぞれデータの“0”,“1”に対応させ記憶す
るものがある。しきい値電圧Vtは、 Vt= Vfb+X{2Fi×Fn×(2Fi-Vbs)+ g×Fs(2Fi-Vbs)}
1/2 と表わされる。ここで、Vfbはフラットバンド電圧(こ
れはゲートとシリコン基板の仕事関数の差Fi-ms に比例
する)、Xはチャネルの極性(nチャネルの場合+1,
pチャネルの場合−1)、Fi はフェルミポテンシャ
ル、Fn はナローチャネル効果の補正係数、Vbsは基板
とソースの電位差、gはバックバイアス効果係数、Fs
はショートチャネル効果補正係数である。通常、2種類
のしきい値電圧は、チャネルインプラのドーズ量を変え
て、Fi-ms を変えることによって変えられる。
は2種類のしきい値電圧(Vt1<Vt2とする)の間に設
定される。しきい値電圧Vt1のメモリセルが読み出され
る場合、メモリセルトランジスタはオンし、ドレイン電
流が流れる。一方、しきい値電圧Vt2のメモリセルが読
み出される場合、メモリセルトランジスタはオフするた
め、ドレイン電流は流れない。従って、ドレイン電流が
流れるか否かを検出することによって、データを読み出
すことができる。
リコン基板の仕事関数の差Fi-ms とフェルミポテンシャ
ルFi が変動するため、メモリセルのしきい値電圧は変
動する。これに対し、読み出しのためのゲート電圧は電
源電圧或いは分割された電圧であり、温度の変動によっ
ても変動しない。従って、温度変化等によるしきい値電
圧の変動があってもデータを誤読み出ししないために、
2つのしきい値電圧差を十分確保する必要があった。
モリセルに3種類以上のしきい値電圧を持たせることに
よって単位メモリセル当たりの情報量を増やそうとする
と、この大きいしきい値電圧マージンが問題となってく
る。
し電圧発生回路の例を示す。これは、2つの抵抗R1
7,R18を用いた抵抗分割による分圧回路である。ま
た、図8にしきい値電圧マージンを説明するための図を
示す。実線は常温時のしきい値電圧分布、破線は高温時
のしきい値電圧分布であり、温度が高くなるほどしきい
値電圧が低くなる傾向にある。従って、常温時に読み出
しマージンを適切に設定しても、高温時は高い方のしき
い値電圧Vt2の最小値が小さくなりマージン領域にはみ
出すため、実際の読み出しマージンは本来の読み出しマ
ージンよりも小さくなる。
不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)では、メモリ
セルとして電荷蓄積層と制御ゲートが積層されたFET
−MOS構造が用いられている。EEPROMでは通
常、書き換え時にメモリセルに電源電圧より高い電圧を
印加し、トンネル電流などによって電荷蓄積層の電荷量
をコントロールする。メモリセルのしきい値電圧はこの
電荷量によって変化するため、2種類のしきい値電圧
(Vt1<Vt2とする)を取らせることができる。消去時
には、ある長さのデータ単位に、全てのデータは1つの
しきい値電圧(例えばVt1)に設定される。書き込み
は、ビット毎に選択的に行われ、選択されたメモリセル
のしきい値電圧はVt2にされ、非選択のメモリセルのし
きい値電圧はVt1のままにされる。
圧や書き込まれるメモリセルのしきい値電圧をなるべく
メモリセル毎にばらつかないようにするため、ベリファ
イ読み出しが行われている。これは、書き込み或いは消
去をした後に、ビット毎或いは消去単位の全ビットが十
分にそれぞれ書き込まれたか否か或いは消去されたか否
かを確認するための読み出しである。2種類のしきい値
電圧間のマージンを十分取るために、例えば書き込みベ
リファイ時に、メモリセルのゲートは通常の読み出し電
圧Vreadより高い電圧Vvrfyが印加される。
も前記したROMと同様に、温度が変化するとメモリセ
ルのしきい値電圧は変動するが、読み出し電圧やベリフ
ァイ電圧は温度によらず一定である。このため、2つの
しきい値電圧の差を十分確保する必要があった。また、
このしきい値電圧マージンは、ROMの場合と比べてよ
り大きく取る必要がある。例えば、ベリファイ電圧Vvr
fy印加時には高温であり、通常読み出し電圧Vread印加
時に低温である場合があるためである。さらにROMの
場合と同様に、電源電圧が下がったり、メモリセルに3
種類以上のしきい値電圧を持たせることによって単位メ
モリセル当たりの情報量を増やそうとすると、この大き
いしきい値電圧マージンがより大きな問題となってく
る。
MやEEPROM等の不揮発性半導体記憶装置において
は、温度変化によりセルトランジスタのしきい値電圧が
変動するため、しきい値電圧マージンを大きくする必要
があり、これが低電圧駆動や多値メモリを実現する上で
の障害となっていた。
ので、その目的とするところは、しきい値電圧マージン
を小さくすることができ、低電圧駆動や多値メモリの実
現に寄与し得る不揮発性半導体記憶装置を提供すること
にある。
な構成を採用している。即ち本発明(請求項1)は、デ
ータの記憶状態によりしきい値電圧が異なるメモリセル
に対し、読み出し電圧の印加によりメモリセルに記憶さ
れたデータを読み出す不揮発性半導体記憶装置におい
て、前記読み出し電圧を発生するために、温度依存性の
ない一定電圧Vbgr と温度依存性を有するメモリセルの
しきい値電圧Vtとを加算する手段を設けたことを特徴
とする。
状態によりしきい値電圧が異なるメモリセルを有し、デ
ータの書き換え時に書き換えが十分行われたか否かを確
認するためのベリファイ電圧の印加を行う電気的書き換
え可能な不揮発性半導体記憶装置において、前記ベリフ
ァイ電圧を発生するために、温度依存性のない一定電圧
Vbgr と温度依存性を有するメモリセルのしきい値電圧
Vtとを加算する手段を設けたことを特徴とする。
は、次のものがあげられる。 (1) メモリセルは、読み出し専用の不揮発性半導体記憶
装置(ROM)を構成するものであること。 (2) 読み出し電圧を発生する手段として、しきい値電圧
がVtで、ゲートとドレインが共通接続されると共に負
荷抵抗を介して電源端に接続され、ソースに温度依存性
のない一定電圧Vbgr が印加されるMOSトランジスタ
を用い、該MOSトランジスタがオン状態の時にドレイ
ンに現れる出力電圧を取り出すこと。 (3) メモリセルは、電気的書き換え可能な不揮発性半導
体記憶装置(EEPROM)を構成するものであるこ
と。 (4) ベリファイ電圧を発生する手段として、しきい値電
圧がVtで、ゲートとドレインが共通接続されると共に
負荷抵抗を介して電源端に接続され、ソースに温度依存
性のない一定電圧Vbgr が印加されるMOSトランジス
タを用い、該MOSトランジスタがオン状態の時にドレ
インに現れる出力電圧を取り出すこと。 (5) 一定電圧Vbgr を作成する手段として、オペアンプ
の非反転入力端と出力端との間に接続された抵抗R1
と、非反転入力端と接地端との挿入されたダイオードD
1と、オペアンプの反転入力端と出力端との間に接続さ
れた抵抗R2と、反転入力端と接地端との間に挿入され
た抵抗R3とダイオードD2の直列回路とを備えたこ
と。 (6) 一定電圧Vbgr を作成する手段として、温度依存性
の小さいブレイクダウン電圧を持つダイオードを用い、
該ダイオードにより得られる基準電圧を分圧すること。
状態によりしきい値電圧が異なるメモリセルに対し、読
み出し電圧の印加によりメモリセルに記憶されたデータ
を読み出す不揮発性半導体記憶装置において、前記読み
出し電圧を発生する手段として、前記メモリセルのしき
い値電圧の温度依存性に応じて温度依存性を変えられる
定電圧を発生する定電圧発生回路と、この定電圧発生回
路の出力電圧から必要な読み出し電圧を発生する電圧変
換回路とを設け、前記定電圧発生回路は、前記電圧変換
回路で得られる読み出し電圧の温度依存性が前記メモリ
セルのしきい値電圧の温度依存性と一致するように定電
圧の温度依存性を設定するものであることを特徴とす
る。 (作用)本発明(請求項1)では、読み出し電圧を、温
度依存性のない一定電圧Vbgrと温度依存性を有するメ
モリセルのしきい値電圧Vtとの和(Vbgr +Vt)と
しているので、読み出し電圧の温度依存性をメモリセル
のしきい値電圧の温度依存性に等しくすることができ
る。このため、温度変化によりメモリセルのしきい値電
圧が変動してもデータを誤読み出しすることはない。
電圧を、温度依存性のない一定電圧Vbgr と温度依存性
を有するメモリセルのしきい値電圧Vtとの和(Vbgr
+Vt)としているので、ベリファイ電圧の温度依存性
をメモリセルのしきい値電圧の温度依存性に等しくする
ことができる。さらに本発明(請求項6)では、読み出
し電圧を発生するために、定電圧発生回路と電圧変換回
路を設け、定電圧発生回路のパラメータを最適化するこ
とにより、メモリセルのしきい値電圧Vtと同じ温度依
存性を持つ読み出し電圧を発生させることができる。従
って本発明によれば、しきい値電圧マージンを小さくす
ることができ、これにより低電圧駆動や多値メモリの実
現に寄与することが可能となる。
形態によって説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係わる不揮発性半導体記憶装置における温度補償読み出
し電圧発生回路を示す回路構成図である。
するメモリセルと同じプロセスで作られた同じ構造のト
ランジスタMCと、高抵抗の抵抗素子Rとからなる。ト
ランジスタMCの電荷蓄積層は制御ゲートと共にドレイ
ンに接続され、さらに抵抗素子Rを介して電源端1に接
続されている。トランジスタMCのソースは入力端2に
接続され、入力端2には温度依存性の小さな一定電圧V
bgr が入力される。そして、トランジスタMCのドレイ
ンが出力端3に接続され、この出力端3に現れる出力電
圧が読み出し電圧として用いられるものとなっている。
の出力端3に現れる出力電圧Vgは、トランジスタMC
のしきい値電圧Vtを用いて、 Vg=Vbgr +Vt となる。温度が変動した時のトランジスタMCのしきい
値電圧Vtの変動量をdVt、出力電圧、即ちメモリセ
ルのゲート電圧Vgの変動量をdVgとすると、Vbgr
の温度変動量を無視できて、 dVg=dVt となる。即ち、読み出し電圧の変動量としきい値電圧の
変動量が等しくなる。
ルのデータ読み出しに用いる読み出し電圧の温度変動量
をメモリセルのしきい値電圧の温度変動量と同一にでき
るため、隣り合うしきい値電圧間マージンを不必要に取
らなくてよく、低電圧動作や多値メモリを実現しやすく
なる。
r を出力するバンドギャップリファレンス回路を示す図
である。オペアンプ4の非反転入力端と出力端との間に
抵抗R1が接続され、非反転入力端と接地端との間にダ
イオードD1が挿入され、オペアンプ4の反転入力端と
出力端との間に抵抗R2が接続され、反転入力端と接地
端との間に抵抗R3とダイオードD2の直列回路が挿入
されている。そして、オペアンプ4の出力端が前記読み
出し電圧発生回路の入力端2に接続されるものとなって
いる。
回路として知られているもので(アナログ集積回路設計
技術(上):培風館,p275-276,P.R.グレイ/R.
G.メイヤー共著)、次式で示されるように、温度が変
化しても出力電圧Vbgr は一定のままである。
によって決まる定数、kはボルツマン定数、Tは絶対温
度、qは素電荷量である。
ン電圧を持つダイオードD3を用いた温度依存性の小さ
な一定電圧Vbgr を出力する回路を示す図である。この
回路も、バンドギャップリファレンス回路として知られ
ているもので(アナログ集積回路設計技術(上):培風
館,p270-272,P.R.グレイ/R.G.メイヤー共
著)、温度が変化しても出力電圧は上式と同様に一定の
ままである。
9は抵抗素子、Qp1はpMOSトランジスタを示してい
る。図4は、図3の回路を改良したもので、複数の温度
補償読み出し電圧レベルを出力できる回路を示す図であ
る。
ランジスタQp2のゲートにオペアンプの出力が入力さ
れ、トランジスタQp2のドレインは抵抗素子R10を介し
てオペアンプの非反転入力端に接続されている。オペア
ンプの反転入力端には、一定電圧Vbgr が入力される。
そして、オペアンプの非反転入力端には、抵抗素子R1
1,R12,R13が直列に接続され、抵抗素子R11,R12
の接続点が前記図1に示す読み出し電圧発生回路の入力
端2に接続される。抵抗素子R12,R13の接続点はnM
OSトランジスタQn1を介して接地端に接続され、抵抗
素子R13はnMOSトランジスタQn2を介して接地端に
接続されている。
R12,R13の抵抗値をそれぞれr1,r2,r3とする
と、入力電圧V1が“H”の時、出力電圧Vg1は、 Vg1=r2/(r1+r2)×Vbgr となり、電圧V2が“H”の時、出力電圧Vg2は、 Vg2=(r2+r3)/(r1+r2+r3)×Vbgr となる。Vg1<Vg2であるから、書き込みベリファイ電
圧Vreadを(Vg2+Vt)、通常読み出し電圧Vvrfyを
(Vg1+Vt )とすることによって、温度変動時のVre
adとVvrfyの変動量を等しくすることができる。このた
め、隣り合うしきい値電圧間マージンを不必要に取らな
くてよく、低電圧動作や多値メモリを実現しやすくな
る。 (第2の実施形態)本実施形態は、前記図2に示すバン
ドギャップリファレンス回路の各パラメータを最適化す
ることにより、温度補償された読み出し電圧やベリファ
イ電圧を発生するものである。メモリセルのしきい値電
圧の温度依存性を−2mV/℃、常温T0 における読み
出し電圧を1.0V、ベリファイ電圧を1.5Vとする
場合について考える。
プリファレンス回路を示す図である。前記の図2と同様
に、2つのダイオードD1,D2、3つの抵抗R1,R
2,R3、1つのオペアンプ4から構成される。但し、
抵抗R3は抵抗r1,r2に分割(R3=r1+r2)
されており、r2と並列にnMOSトランジスタQn3が
接続されている。
オードD1のフォアードバイアス、A1,A2はダイオ
ードD1,D2のジャンクション面積、kはボルツマン
定数、Tは絶対温度、qは素電荷量である。抵抗R1〜
R3に温度依存性があってもそれらの比は温度依存性を
持たないから、Vbgr の温度依存性は定数αによって変
えることができる。
bgr の抵抗分割によって得るとき、温度係数もその分割
比だけ変化してしまう。従って、各電圧に対して定数α
を与える必要がある。常温T0 における電圧Vf1=0.
6V、その温度係数が−2mV/℃のとき、温度Tにお
ける電圧Vbgr は、 Vbgr =(0.6-0.024α)+8×10-5(α-25)(T−T0 ) となる。メモリセルのゲート電圧(読み出し電圧やベリ
ファイ電圧)Vcgが電圧Vbgr のβ倍によって得られる
とすると、 Vcg=βVbgr このとき、常温T0 におけるゲート電圧Vcgと電圧Vbg
r をそれぞれVcg0,Vbgr0とすると、Vcg0 =1.0
V,1.5Vのそれぞれに対するパラメータαは下記の
(表1)の値を取る必要がある。
βも示されている。パラメータαが与えられたとき、5
つのパラメータセット、即ち3つの抵抗値や2つのダイ
オードのpnジャンクション面積は一意的に決めること
はできないが、例えばA1=A2、R1=25kΩ、R
2=100kΩ、R3=22kΩ(Vcg0 =1.0
V),29kΩ(Vcg0 =1.5V)とすればよい。
路であり、読み出し時には“H”、ベリファイ時には
“L”となる信号REを入力する。ここで、r1=7k
Ω、r2=22kΩとされている。
cgを出力する回路である。これは、一種の電圧変換回路
であり、(表1)のβの値に対応して、R4=2.5k
Ω、R5=4.4kΩ、R6=3.1kΩに設定されて
いる。この回路には、信号REと共に、ベリファイ時に
“H”となる信号VRFYが入力される。この構成によ
り、2つの電圧Vcgを1つの回路で得ることができる。
持つ定電圧Vbgr が出力され、図6の回路では定電圧V
bgr から必要な読み出し電圧Vcgが発生される。さらに
図5の回路では、読み出し電圧Vcgにおける温度特性が
メモリセルのしきい値電圧Vtの温度特性と等しくなる
ように、定電圧Vbgr の温度特性を定めている。
電圧を発生するために、定電圧発生回路と電圧変換回路
を設け、定電圧発生回路のパラメータを最適化すること
により、メモリセルのしきい値電圧Vtと同じ温度依存
性を持つ読み出し電圧を発生させることができる。従っ
て、先の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
されるものではない。メモリセルはROMやEEPRO
Mを構成するものに限らず、複数のしきい値電圧を持つ
ものであればよい。また、読み出し電圧やベリファイ電
圧に限らず、メモリセルトランジスタのしきい値電圧と
同じ温度特性を有する電圧を必要とする部分に適用する
ことが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。
度依存性のない一定電圧Vbgr と温度依存性を有するメ
モリセルのしきい値電圧Vtとを加算する手段を設け、
読み出し電圧やベリファイ電圧の温度依存性をメモリセ
ルのしきい値電圧の温度依存性に等しくすることができ
るので、しきい値電圧マージンを小さくすることがで
き、低電圧駆動や多値メモリの実現に寄与することが可
能となる。
発生回路を示す回路構成図。
示す図。
示す図。
る回路を示す図。
発生回路を示す図。
生する回路を示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】データの記憶状態によりしきい値電圧が異
なるメモリセルに対し、読み出し電圧の印加により記憶
されたデータを読み出す不揮発性半導体記憶装置におい
て、 前記読み出し電圧を発生するために、温度依存性のない
一定電圧Vbgr と温度依存性を有するメモリセルのしき
い値電圧Vtとを加算する手段を設けたことを特徴とす
る不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】データの記憶状態によりしきい値電圧が異
なるメモリセルを有し、データの書き換え時に書き換え
が十分行われたか否かを確認するためのベリファイ電圧
の印加を行う電気的書き換え可能な不揮発性半導体記憶
装置において、 前記ベリファイ電圧を発生するために、温度依存性のな
い一定電圧Vbgr と温度依存性を有するメモリセルのし
きい値電圧Vtとを加算する手段を設けたことを特徴と
する不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】前記読み出し電圧又はベリファイ電圧を発
生する手段として、しきい値電圧がVtで、ゲートとド
レインが共通接続されると共に負荷抵抗を介して電源端
に接続され、ソースに温度依存性のない一定電圧Vbgr
が印加されるMOSトランジスタを用い、該MOSトラ
ンジスタがオン状態の時にドレインに現れる出力電圧を
取り出すことを特徴とする請求項1又は2記載の不揮発
性半導体記憶装置。 - 【請求項4】前記一定電圧Vbgr を作成する手段とし
て、オペアンプの非反転入力端と出力端との間に接続さ
れた抵抗R1と、非反転入力端と接地端との挿入された
ダイオードD1と、オペアンプの反転入力端と出力端と
の間に接続された抵抗R2と、反転入力端と接地端との
間に挿入された抵抗R3とダイオードD2の直列回路と
を備えたことを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導
体記憶装置。 - 【請求項5】前記一定電圧Vbgr を作成する手段とし
て、温度依存性の小さいブレイクダウン電圧を持つダイ
オードを用い、該ダイオードにより得られる基準電圧を
分圧することを特徴とする請求項3記載の不揮発性半導
体記憶装置。 - 【請求項6】データの記憶状態によりしきい値電圧が異
なるメモリセルに対し、読み出し電圧の印加により記憶
されたデータを読み出す不揮発性半導体記憶装置におい
て、 前記読み出し電圧を発生する手段として、前記メモリセ
ルのしきい値電圧の温度依存性に応じて温度依存性を変
えられる定電圧を発生する定電圧発生回路と、この定電
圧発生回路の出力電圧から必要な読み出し電圧を生成す
る電圧変換回路とを具備し、 前記定電圧発生回路は、前記電圧変換回路で得られる読
み出し電圧の温度依存性が前記メモリセルのしきい値電
圧の温度依存性と一致するように定電圧の温度依存性を
設定するものであることを特徴とする不揮発性半導体記
憶装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29994095A JP3648304B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 不揮発性半導体記憶装置 |
US08/747,761 US5864504A (en) | 1995-11-17 | 1996-11-13 | Nonvolatile semiconductor memory with temperature compensation for read/verify referencing scheme |
Applications Claiming Priority (1)
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JP29994095A JP3648304B2 (ja) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | 不揮発性半導体記憶装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09147583A true JPH09147583A (ja) | 1997-06-06 |
JP3648304B2 JP3648304B2 (ja) | 2005-05-18 |
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---|---|---|---|
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Country Status (2)
Country | Link |
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