JPH10150171A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH10150171A
JPH10150171A JP30786696A JP30786696A JPH10150171A JP H10150171 A JPH10150171 A JP H10150171A JP 30786696 A JP30786696 A JP 30786696A JP 30786696 A JP30786696 A JP 30786696A JP H10150171 A JPH10150171 A JP H10150171A
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
memory
semiconductor device
data
inspection
Prior art date
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Pending
Application number
JP30786696A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tajima
豊 田島
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH10150171A publication Critical patent/JPH10150171A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the life of a memory from being reduced due to an excess of the number of times of the refreshment of data on storage in storage transistors. SOLUTION: This device is provided with a transistor 111 for test use, which has the same fundamental structure as that of storage transistors 110 and is constituted into such a structure that data on storage in the transistor 111 is disappeared easier than data on storage in the transistors 110, and a means, which detects the disappearance the data on storage in this transistor 111 and refreshes the data on storage in the transistors 110 and the data on storage in the transistor 111. By providing such the transistor 111, as the data on storage in the transistor 111 is disappeared without fail before the data on storage in the transistors 110 is disappeared, the data on storage in the transistors 110 is never disappeared if the refreshment of the data on storage in the transistors 110 is conducted at the time of the disappearance of the data on storage in the transistor 111 and as the number of times of the refreshment is decreased, a break in the device due to an excess of the number of times of the refreshment can be prevented from being generated and the life of the device can be prolonged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置に関
し、特に不揮発性メモリ等における記憶データをリフレ
ッシュ(再書き込み)する技術に関する。
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for refreshing (rewriting) data stored in a nonvolatile memory or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置としては、例えば特開
平3−238697号公報に記載されたものがある。以
下、図8に基づいて上記の従来例の構造および動作につ
いて説明する。図8の装置は、CPU1、メモリマトリ
ックス2、タイマ3、および制御回路を含む書き込み回
路4から構成される。そしてCPU1とメモリマトリッ
クス2、タイマ3、書き込み回路4が接続されると共
に、書き込み回路4はさらにメモリマトリックス2、タ
イマ3と接続される。またメモリマトリックス2の各ビ
ットを成す不揮発性メモリトランジスタは、フラッシュ
メモリ、EEPROMもしくはEPROM等のPROM
から構成される。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor device, there is, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-23897. Hereinafter, the structure and operation of the above conventional example will be described with reference to FIG. The device shown in FIG. 8 includes a CPU 1, a memory matrix 2, a timer 3, and a writing circuit 4 including a control circuit. The CPU 1 is connected to the memory matrix 2, the timer 3, and the writing circuit 4, and the writing circuit 4 is further connected to the memory matrix 2 and the timer 3. A nonvolatile memory transistor forming each bit of the memory matrix 2 is a PROM such as a flash memory, an EEPROM or an EPROM.
Consists of

【0003】ここで、一般にPROMに用いられる不揮
発性メモリトランジスタは、周囲を絶縁膜で囲まれたフ
ローティングゲートを有する。そしてPROMにおいて
は、図9に示すように、上記フローティングゲートに電
子電荷を注入することによる高しきい値電圧状態をデー
タの書き込み、電子電荷を引き抜くことによる低しきい
値電圧状態をデータの消去としている。
Here, a non-volatile memory transistor generally used for a PROM has a floating gate surrounded by an insulating film. In the PROM, as shown in FIG. 9, data is written in a high threshold voltage state by injecting electron charges into the floating gate, and data is erased in a low threshold voltage state by extracting electron charges. And

【0004】ところが、このようなPROMは、以下に
示す3つの問題により、記憶データが安定に保持され続
けることへの保証が困難になってくることが知られてい
る。第1に、使用環境温度が高温になる場合、例えば自
動車用途の場合等において、フローティングゲート内の
電荷が消失されやすくなる、所謂リテンション特性の悪
化である。第2に、他ビットにデータを書き込むもしく
は消去する際に、ビット線またはワード線に電圧を印加
することによって生じるディスターブがある。第3に、
上記ビットのデータを読みだす際に、フローティングゲ
ートに電子を注入してしまうソフトライトがある。
However, it is known that such PROMs have difficulty in guaranteeing that stored data is maintained stably due to the following three problems. First, when the use environment temperature is high, for example, in the case of an automobile, the charge in the floating gate is easily lost, that is, the so-called retention characteristic is deteriorated. Second, there is a disturbance caused by applying a voltage to a bit line or a word line when writing or erasing data in another bit. Third,
There is a soft write in which electrons are injected into the floating gate when reading the bit data.

【0005】上記のごとき問題に対処するため、上記の
従来例においては、リフレッシュ(再書き込み)を行な
ってデータ消失を防止するようになっている。以下、リ
フレッシュ動作を説明する。図8において、メモリマト
リックス2に記憶されているプログラムにより、CPU
1がデータの再書き込み信号をタイマ3と書き込み回路
4に送る。するとタイマ3が各ビットのデータを再書き
込みするのに必要な時間を書き込み回路4に送ると共
に、書き込み回路4はメモリマトリックス2の各ビット
のデータを順々に再書き込みする、すなわちリフレッシ
ュする。このようにメモリマトリックスの各ビットのデ
ータが消失する前にデータのリフレッシュを行なうこと
により、データ消失を防止することが出来る。
In order to deal with the above problem, in the above-mentioned conventional example, refresh (rewrite) is performed to prevent data loss. Hereinafter, the refresh operation will be described. In FIG. 8, a program stored in the memory matrix 2
1 sends a data rewrite signal to the timer 3 and the write circuit 4. Then, the timer 3 sends the time necessary for rewriting the data of each bit to the writing circuit 4, and the writing circuit 4 rewrites, ie, refreshes, the data of each bit of the memory matrix 2 in order. As described above, by performing data refresh before data of each bit of the memory matrix is lost, data loss can be prevented.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体装置にあっては、以下に示す問題点が
あった。上記従来例においては、CPU1が一定時間毎
に全ビットのデータをリフレッシュすることになる。こ
こで一般に、各ビットのデータ保持に関する平均故障率
と使用環境温度との間には図10に示す関係があり、温
度が110〜120℃程度以上になると平均故障率が急
激に上昇することが知られている。よって高温環境下で
のリテンション特性の悪化を防ぐためには、使用環境温
度が高くなるほど、より短い時間間隔でリフレッシュす
る必要がある。またディスターブやソフトライトによる
データ消失を防ぐためには、最もディスターブやソフト
ライトが生じ易いバイアス条件に対応する時間間隔でリ
フレッシュする必要がある。
However, such a conventional semiconductor device has the following problems. In the above conventional example, the CPU 1 refreshes data of all bits at regular intervals. Here, in general, there is a relationship shown in FIG. 10 between the average failure rate relating to data retention of each bit and the usage environment temperature, and the average failure rate may rapidly increase when the temperature becomes about 110 to 120 ° C. or more. Are known. Therefore, in order to prevent the retention characteristics from deteriorating in a high temperature environment, it is necessary to refresh at shorter time intervals as the use environment temperature increases. In order to prevent data loss due to disturb or soft write, it is necessary to refresh at a time interval corresponding to a bias condition in which disturb or soft write is most likely to occur.

【0007】以上の理由により、第1の問題として、デ
ータ消失を防ぐためにリフレッシュの時間間隔を短くす
ると、リフレッシュの回数が多くなってしまう。一般に
不揮発性メモリトランジスタのデータ書き込み回数は1
4〜105回程度に制限されている。よって従来例では
リフレッシュの回数が多くなり過ぎることによって、不
揮発性メモリトランジスタ自体が破壊される可能性があ
る。つまり半導体装置の実際の使用状態に応じたリフレ
ッシュの間隔、すなわちリフレッシュの頻度を設定して
いないために、リフレッシュが過剰に頻繁になって、半
導体装置の寿命が短くなってしまう。
[0007] For the above reasons, as a first problem, if the time interval of refresh is shortened to prevent data loss, the number of times of refresh increases. Generally, the number of times data is written to a nonvolatile memory transistor is 1
It has been limited to about 0 4 -10 5 times. Therefore, in the conventional example, the number of times of refreshing becomes too large, and the nonvolatile memory transistor itself may be destroyed. That is, since the refresh interval according to the actual use state of the semiconductor device, that is, the refresh frequency is not set, the refresh becomes excessively frequent and the life of the semiconductor device is shortened.

【0008】さらに自動車用途のように、半導体装置に
対する電源電圧の連続印加時間が恒久的とはならず、一
般的には数時間程度と想定される場合は、上記電源電圧
の連続印加時間内に少なくとも1回、リフレッシュを行
なわなければならない。この結果、リフレッシュ回数が
より一層多くなり、半導体装置の破壊の可能性が益々高
くなる。
Further, when the continuous application time of the power supply voltage to the semiconductor device is not permanent, as in the case of automobile use, and is generally assumed to be about several hours, the continuous application time of the power supply voltage must be within the continuous application time of the power supply voltage. The refresh must be performed at least once. As a result, the number of times of refresh is further increased, and the possibility of destruction of the semiconductor device is further increased.

【0009】第2の問題として、CPUの読み出し動作
に与える影響がある。この従来例では全ビットをリフレ
ッシュするが、一般に不揮発性メモリトランジスタのデ
ータ書き込み時間は長く、全ビットでは数分程度を要す
る。そしてリフレッシュの間は、CPUがデータを読み
出して演算を行なうことができない。このため、CPU
の通常の動作を数分間停止するという著しい悪影響が生
じる。
As a second problem, there is an effect on the read operation of the CPU. In this conventional example, all bits are refreshed. Generally, however, the data write time of the nonvolatile memory transistor is long, and it takes several minutes for all bits. During the refresh, the CPU cannot read the data and perform the operation. Therefore, CPU
This has the significant adverse effect of suspending normal operation of for several minutes.

【0010】第3の問題として、データ消失を完全には
防ぐことができないことである。すなわち、半導体装置
に当初想定した以上に巌しい温度ストレスや電圧ストレ
スが印加された場合、あるいはプロセス上の欠陥等によ
りデータ保持特性が他ビットよりも劣るビットが生じた
場合などでは、リフレッシュが為される前にデータ消失
が生じる可能性がある。
A third problem is that data loss cannot be completely prevented. In other words, when temperature or voltage stress is applied to the semiconductor device more suddenly than originally expected, or when a bit whose data retention characteristics are inferior to other bits due to a process defect or the like occurs, refresh is not performed. Data loss may occur before

【0011】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、本発明の目的は、
第1にリフレッシュ回数の過剰によるメモリの寿命低下
を防止することの出来る半導体装置を提供することであ
り、第2にリフレッシュに要する時間を短縮してCPU
の動作におよぼす影響を抑制することの出来る半導体装
置を提供することであり、第3に想定以上の厳しい温度
・電圧ストレスが印加された場合でもデータ消失も防止
することの出来る半導体装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above.
The first is to provide a semiconductor device capable of preventing a reduction in the life of a memory due to an excessive number of refreshes.
Third, to provide a semiconductor device capable of preventing data loss even when a more severe temperature and voltage stress than expected is applied. That is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、複数のメモリトランジスタを有する半導体装置
において、上記メモリトランジスタと基本的構造が同一
で、上記メモリトランジスタよりも記憶データが消失さ
れやすいように構成された、少なくとも1個の検査用ト
ランジスタと、上記検査用トランジスタの記憶データが
消失されたことを検出して上記メモリトランジスタおよ
び上記検査用トランジスタの記憶データをリフレッシュ
する手段と、を備えるように構成している。なお、上記
の検査用トランジスタは、構造的に記憶データが消失さ
れやすいように形成する場合(例えば後記請求項2、
3、10、11)と記憶データが消失されやすいように
制御する構成の場合(例えば後記請求項7〜9)とが含
まれる。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is configured as described in the claims. That is, in the invention according to claim 1, in a semiconductor device having a plurality of memory transistors, the semiconductor device has the same basic structure as that of the memory transistor, and is configured so that stored data is more easily lost than the memory transistor. At least one test transistor is provided, and means for detecting that data stored in the test transistor has been lost and refreshing the memory data of the memory transistor and the test transistor is configured. . The above-described inspection transistor is formed so that stored data is easily lost structurally (for example, claim 2,
3, 10, 11) and the case of controlling the storage data to be easily lost (for example, claims 7 to 9 described later).

【0013】上記のように、メモリトランジスタと基本
的に同じ構造で記憶データが消失されやすいように構成
された検査用トランジスタを設けることにより、メモリ
トランジスタの記憶データが消失する前に必ず検査用ト
ランジスタの記憶データが消失することになる。したが
ってその時点でリフレッシュを行なえば、メモリトラン
ジスタの記憶データは消失することがなく、かつ従来例
よりもリフレッシュ回数が少なくなる。そのためリフレ
ッシュ回数の過剰による半導体記憶装置の破壊を防止す
ることが出来、寿命を伸ばすことが出来る。
As described above, by providing the inspection transistor having the same structure as that of the memory transistor and configured so that the stored data is easily lost, the inspection transistor must be provided before the stored data of the memory transistor is lost. Will be lost. Therefore, if refreshing is performed at that time, the data stored in the memory transistor will not be lost, and the number of refreshes will be smaller than in the conventional example. Therefore, destruction of the semiconductor memory device due to an excessive number of refreshes can be prevented, and the life can be extended.

【0014】また、個々のメモリトランジスタの記憶デ
ータを検査する必要がないので、メモリ容量が大規模な
場合でも、データ検査時間によってCPU動作に悪影響
を与えることが無くなる。さらに、検査用トランジスタ
とメモリトランジスタの基本構造は同一であるから、記
憶データの劣化、消失メカニズムは本質的に同じであ
る。そして記憶データが劣化、消失されやすいように構
成された検査用トランジスタの記憶データが消失された
際に、すなわちメモリトランジスタの記憶データは未だ
正常な時にリフレッシュを行なうので、半導体記憶装置
に想定以上の厳しい、かつ多様な温度、電圧ストレスが
印加され、データの劣化、消失の周期が想定以上に短く
なった場合でも、メモリトランジスタのデータ消失を確
実に防止することが出来る。
Further, since it is not necessary to check the data stored in each memory transistor, even if the memory capacity is large, the data check time does not adversely affect the CPU operation. Furthermore, since the basic structure of the test transistor and the memory transistor is the same, the mechanism of deterioration and loss of stored data is essentially the same. Then, when the storage data of the inspection transistor configured so that the storage data is easily deteriorated and lost is lost, that is, when the storage data of the memory transistor is still normal, the semiconductor storage device is more than expected. Even when severe and various temperature and voltage stresses are applied and the period of data deterioration and loss becomes shorter than expected, data loss of the memory transistor can be reliably prevented.

【0015】次に、請求項2に記載の発明は、メモリト
ランジスタと検査用トランジスタの具体的構成例を示す
ものであり、メモリトランジスタは不揮発性メモリトラ
ンジスタであり、検査用トランジスタは不揮発性メモリ
トランジスタよりも絶縁膜を薄く形成したものである。
このように構成すれば、後記実施の形態で詳述するごと
く、リテンション特性を低下させることが出来るので、
記憶データが消失されやすくなる。なお、この構成は、
例えば後記図2に示す実施の形態に相当する。
Next, the invention according to claim 2 shows a specific configuration example of a memory transistor and a test transistor, wherein the memory transistor is a non-volatile memory transistor and the test transistor is a non-volatile memory transistor. The insulating film is formed thinner than that.
With such a configuration, the retention characteristic can be reduced as described in detail in the embodiment below.
Stored data is easily lost. This configuration is
For example, it corresponds to the embodiment shown in FIG.

【0016】次に、請求項3に記載の発明は、他の具体
的な構成例を示すものであり、検査用トランジスタは、
不揮発性メモリトランジスタと同一構造の部分と、上記
コントロールゲートに相当する第1の導電体層および上
記フローティングゲートに相当する第2の導電体層を有
する部分(単なるコンデンサとして作用)とからなり、
上記第1、第2の導電体層を有する部分は、その絶縁膜
が不揮発性メモリトランジスタと同一構造の部分の絶縁
膜よりも薄い構造、或いは上記第1、第2の導電体層が
上記コントロールゲートおよび上記フローティングゲー
トよりも大きな面積を有する構造の少なくとも一つの構
造を有し、かつ、上記コントロールゲートと上記第1の
導電体層、上記フローティングゲートと上記第2の導電
体層とがそれぞれ電気的に接続されているように構成し
たものである。
Next, the invention according to claim 3 shows another specific configuration example, and the inspection transistor comprises:
A portion having the same structure as the nonvolatile memory transistor, a portion having a first conductor layer corresponding to the control gate and a second conductor layer corresponding to the floating gate (acting as a simple capacitor),
The portion having the first and second conductor layers has a structure in which the insulating film is thinner than the portion of the insulating film having the same structure as the non-volatile memory transistor, or the first and second conductor layers have the control structure. The control gate and the first conductor layer, and the floating gate and the second conductor layer each have at least one of a gate and a structure having an area larger than the floating gate. It is configured to be connected to each other.

【0017】このように構成することにより、検査用ト
ランジスタのリテンション特性は第1、第2の導電体層
部分で決定されるので、記憶データが消失されやすい構
成とすることが出来る。また、検査用トランジスタのし
きい値電圧やgmは不揮発性メモリトランジスタと同じ
値になるので、記憶データを読み出すセンスアンプ等の
読み出し回路に特別な工夫を施す必要がなく、したがっ
て回路構成が容易になる。また、構造に同一部分が多い
ので製造工程が容易になる場合がある。また、検査用ト
ランジスタのgm等のトランジスタ特性を変えることな
しに、導電体層の大きさを設定できるので、検査用トラ
ンジスタのリテンション特性を、不揮発性メモリトラン
ジスタのリテンション特性よりも確実に短くし、かつ検
査用トランジスタのデータが消失するまでの時間を制御
することが容易になる。したがって、リフレッシュ時期
の設計が容易になり、不揮発性メモリトランジスタのデ
ータ消失を確実に防止することが出来る。なお、上記の
構成は、例えば後記図5に示す実施の形態に相当する。
With this configuration, since the retention characteristic of the inspection transistor is determined by the first and second conductive layer portions, it is possible to provide a configuration in which stored data is easily lost. In addition, since the threshold voltage and gm of the inspection transistor have the same values as those of the non-volatile memory transistor, there is no need to take special measures for a read circuit such as a sense amplifier for reading stored data. Become. In addition, since many parts have the same structure, the manufacturing process may be easier. In addition, since the size of the conductor layer can be set without changing the transistor characteristics such as gm of the inspection transistor, the retention characteristics of the inspection transistor are surely shorter than the retention characteristics of the nonvolatile memory transistor. In addition, it becomes easy to control the time until the data of the inspection transistor disappears. Therefore, the design of the refresh period becomes easy, and data loss of the nonvolatile memory transistor can be reliably prevented. The above configuration corresponds to, for example, an embodiment shown in FIG. 5 described later.

【0018】次に、請求項4に記載の発明においては、
検査用トランジスタを、各メモリブロックまたはメモリ
マトリックス毎に少なくとも2個設け、一方が高しきい
値電圧状態のとき他方が低しきい値状態になるように制
御する手段を備えたものである。このように構成するこ
とにより、不揮発性メモリトランジスタの記憶データが
書き込み状態、消去状態の何れの場合でも確実に記憶デ
ータ消失前にリフレッシュを行なわせることが出来る。
Next, in the invention according to claim 4,
At least two test transistors are provided for each memory block or memory matrix, and a means is provided for controlling one of the transistors to be in a high threshold voltage state and the other to be in a low threshold state. With this configuration, the refresh operation can be reliably performed before the stored data is lost regardless of whether the stored data in the nonvolatile memory transistor is in the written state or the erased state.

【0019】次に、請求項5に記載の発明においては、
検査用トランジスタのリフレッシュ回数を検出し、リフ
レッシュ回数が予め定めた所定値に達した際に、当該検
査用トランジスタの属するメモリブロックのアドレスを
未使用のメモリブロックに割り当てるように構成したも
のである。このように構成したことにより、リフレッシ
ュ回数の過剰による不揮発性メモリトランジスタ自体の
破壊をより一層防止できる。
Next, in the invention according to claim 5,
The configuration is such that the number of refreshes of the inspection transistor is detected, and when the number of refreshes reaches a predetermined value, the address of the memory block to which the inspection transistor belongs is assigned to an unused memory block. With this configuration, the destruction of the nonvolatile memory transistor itself due to an excessive number of refreshes can be further prevented.

【0020】次に、請求項6に記載の発明においては、
検査用トランジスタの記憶データが消失されたことを検
知した場合に、メモリトランジスタの記憶データを利用
する演算装置が通常動作を停止した後、もしくは一旦動
作を停止したのち再び通常動作を開始する前に、リフレ
ッシュ動作を行なわせるように構成したものである。こ
のように構成すれば、CPU本来の動作(通常の演算動
作)を妨げることが殆ど無くなる。
Next, in the invention according to claim 6,
When it is detected that the storage data of the inspection transistor has been lost, after the arithmetic unit using the storage data of the memory transistor stops the normal operation, or before the normal operation is restarted after the operation is stopped once. , So that a refresh operation is performed. With this configuration, the original operation of the CPU (normal operation operation) is hardly obstructed.

【0021】次に、請求項7〜請求項11に記載の発明
は、それぞれ検査用トランジスタの記憶データの消失を
早めるための構成を示すものであり、請求項7は、検査
用トランジスタのフローティングゲートに注入する電子
電荷量を、メモリトランジスタのそれよりも少なくする
ように制御するもの、請求項8は検査用トランジスタの
コントロールゲートに、Vcc以上の電圧またはVss以下
の電圧を、定常的または間歇的に印加するもの、請求項
9は半導体装置の動作停止時または電源電圧停止時に
も、上記電圧を印加するもの、請求項10は使用前に高
電圧パルスまたはVcc電圧以上の電圧を印加して絶縁膜
内部に微小欠陥を生じさせるもの、請求項11は検査用
トランジスタの絶縁膜の表面または裏面に段差あるいは
凹凸を形成したものである。
Next, the inventions according to the seventh to eleventh aspects show configurations for accelerating the loss of data stored in the inspection transistor. The seventh aspect of the present invention relates to a floating gate of the inspection transistor. Controlling the amount of electron charge injected into the memory transistor to be smaller than that of the memory transistor, wherein a voltage of Vcc or more or a voltage of Vss or less is applied to the control gate of the inspection transistor in a steady or intermittent manner. Claim 9 applies the above voltage even when the operation of the semiconductor device is stopped or the power supply voltage is stopped. Claim 10 applies a high voltage pulse or a voltage higher than the Vcc voltage before use to insulate the semiconductor device. A device which causes a minute defect inside the film, wherein a step or irregularities are formed on the front surface or the back surface of the insulating film of the inspection transistor. That.

【0022】上記請求項7〜請求項9の構成は、それぞ
れ検査用トランジスタの記憶データが消失されやすくな
るように制御する構成を示し、上記請求項10、11の
構成は、記憶データが消失されやすくなるように検査用
トランジスタを形成する構成を示している。
Each of the configurations of claims 7 to 9 shows a configuration in which the stored data of the inspection transistor is controlled so as to be easily lost, and the configurations of claims 10 and 11 are arranged so that the stored data is lost. This shows a configuration in which a test transistor is formed so as to be easy.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明においては、下記の効果が得られ
る。第1に、検査用トランジスタで実際にデータ消失が
生じてからリフレッシュするので、従来例よりもリフレ
ッシュ回数が少なくなる。したがってリフレッシュ回数
の過剰による半導体記憶装置自体の破壊を防止すること
が出来、寿命を伸ばすことが出来る。
According to the present invention, the following effects can be obtained. First, refresh is performed after data loss actually occurs in the test transistor, so that the number of refreshes is smaller than in the conventional example. Therefore, the semiconductor memory device itself can be prevented from being destroyed due to an excessive number of refreshes, and the life can be extended.

【0024】第2に、メモリマトリックスまたはメモリ
ブロック内の個々のメモリトランジスタの記憶データを
検査する必要がないので、メモリ容量が大規模な場合で
も、データ検査時間によってCPU動作に悪影響を与え
ることがなくなる。
Second, since it is not necessary to check the storage data of the individual memory transistors in the memory matrix or the memory block, even if the memory capacity is large, the data check time may adversely affect the CPU operation. Disappears.

【0025】第3に、検査用トランジスタと不揮発性メ
モリトランジスタの記憶データの劣化、消失メカニズム
は本質的に同じであって、検査用トランジスタの方が劣
化、消失されやすいように形成されており、その検査用
トランジスタの記憶データ消失が検出された際に、すな
わち不揮発性メモリトランジスタの記憶データが未だ消
失される前にリフレッシュするので、半導体記憶装置に
想定以上の厳しい、かつ多様な温度、電圧ストレスが印
加され、データの劣化、消失の周期が想定以上に短くな
った場合でも、不揮発性メモリトランジスタのデータ消
失を確実に防止することが出来る。
Third, the deterioration and erasure mechanisms of the storage data of the inspection transistor and the nonvolatile memory transistor are essentially the same, and the inspection transistor is formed so as to be easily deteriorated and lost. Since refresh is performed when the storage data loss of the inspection transistor is detected, that is, before the storage data of the non-volatile memory transistor is still lost, the semiconductor memory device is subjected to more severe and various temperature and voltage stresses than expected. Is applied, and even if the period of data deterioration and loss becomes shorter than expected, data loss of the nonvolatile memory transistor can be reliably prevented.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、この発明を図面に基づいて
説明する。図1および図2は、第1の実施の形態を示す
図であり、図1は全体構成を示すブロック図、図2は不
揮発性メモリトランジスタ110と検査用トランジスタ
111の構造を示す断面図である。まず全体構成を説明
する。図1において、メモリマトリックス107は、複
数のメモリブロック100から構成されている。この各
メモリブロック100はデータを記憶する複数個の不揮
発性メモリトランジスタ110を各ビットとするもので
あり、かつ少なくとも1個以上の検査用トランジスタ1
11を備えている。上記不揮発性メモリトランジスタ1
10は、例えば後記図2に示すように、周囲を絶縁膜で
囲まれたフローティングゲートを持ち、このフローティ
ングゲート内の電子電荷の多少に対応して生じる高しき
い値電圧状態と低しきい値電圧状態とによって、データ
を記憶するものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing a first embodiment, FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a nonvolatile memory transistor 110 and a test transistor 111. . First, the overall configuration will be described. In FIG. 1, a memory matrix 107 includes a plurality of memory blocks 100. Each memory block 100 has a plurality of nonvolatile memory transistors 110 for storing data as bits, and at least one or more test transistors 1
11 is provided. The above nonvolatile memory transistor 1
Numeral 10 has a floating gate surrounded by an insulating film as shown in FIG. 2, for example, and a high threshold voltage state and a low threshold voltage corresponding to the amount of electron charge in the floating gate. The data is stored depending on the voltage state.

【0027】また、メモリブロック100内のビット線
をカラムデコーダ102を介して書き込み回路103お
よび読み出し回路104に接続すると共に、メモリブロ
ック100内のワード線をローデコーダ101を介して
電圧発生回路108に接続する。さらに書き込み回路1
03と読み出し回路104、カラムデコーダ102とロ
ーデコーダ101および電圧発生回路108の動作は、
制御回路106によって制御される。またメモリマトリ
ックス107とは別個に設けられた第2の記憶装置10
5は、読み出し回路104と制御回路106に接続され
る。
The bit lines in the memory block 100 are connected to the write circuit 103 and the read circuit 104 via the column decoder 102, and the word lines in the memory block 100 are connected to the voltage generation circuit 108 via the row decoder 101. Connecting. Write circuit 1
03, the read circuit 104, the column decoder 102, the row decoder 101, and the voltage generation circuit 108
It is controlled by the control circuit 106. Also, the second storage device 10 provided separately from the memory matrix 107
5 is connected to the readout circuit 104 and the control circuit 106.

【0028】また、上記検査用トランジスタ111のビ
ット線もカラムデコーダ102を介して書き込み回路1
03および読み出し回路104に接続され、検査用トラ
ンジスタ111のワード線はローデコーダ101を介し
て電圧発生回路108に接続される。
The bit line of the inspection transistor 111 is also connected to the write circuit 1 via the column decoder 102.
03 and the readout circuit 104, and the word line of the inspection transistor 111 is connected to the voltage generation circuit 108 via the row decoder 101.

【0029】次に、図2に基づいて、上記不揮発性メモ
リトランジスタ110と検査用トランジスタ111の構
造を説明する。図2(a)は不揮発性メモリトランジス
タ110の断面図、図2(b)検査用トランジスタ11
1の断面図である。まず、図2(a)に示す不揮発性メ
モリトランジスタは、半導体基板112上に形成され
た、第1のゲート酸化膜113、第1のフローティング
ゲート114、第1の層間膜115および第1のコント
ロールゲート116の積層構造により構成される。上記
第1のコントロールゲート116はワード線とローデコ
ーダ101を介して電圧発生回路108に接続される。
Next, the structure of the nonvolatile memory transistor 110 and the inspection transistor 111 will be described with reference to FIG. FIG. 2A is a sectional view of a nonvolatile memory transistor 110, and FIG.
1 is a sectional view of FIG. First, the nonvolatile memory transistor shown in FIG. 2A has a first gate oxide film 113, a first floating gate 114, a first interlayer film 115, and a first control film formed on a semiconductor substrate 112. The gate 116 has a stacked structure. The first control gate 116 is connected to the voltage generation circuit 108 via the word line and the row decoder 101.

【0030】また、図2(b)に示す検査用トランジス
タは、半導体基板112上に形成された、第2のゲート
酸化膜117、第2のフローティングゲート118、第
2の層間膜119および第2のコントロールゲート10
9の積層構造により構成される。上記第2のコントロー
ルゲート109はワード線とローデコーダ101を介し
て電圧発生回路108に接続される。なお、上記フロー
ティングゲートやコントロールゲートは、例えば多結晶
シリコン等の導電性材料で形成する。
The test transistor shown in FIG. 2B has a second gate oxide film 117, a second floating gate 118, a second interlayer film 119, and a second gate oxide film 117 formed on a semiconductor substrate 112. Control gate 10
Nine laminated structures. The second control gate 109 is connected to the voltage generation circuit 108 via the word line and the row decoder 101. Note that the floating gate and the control gate are formed of a conductive material such as polycrystalline silicon.

【0031】上記のように不揮発性メモリトランジスタ
110と検査用トランジスタ111の構造は基本的に同
じであるが、次の点が異なっている。すなわち、検査用
トランジスタ111は不揮発性メモリトランジスタより
も記憶データが早く消失されるように、第2のゲート酸
化膜117を第1のゲート酸化膜113よりも薄くする
か、或いは第2の層間膜119を第1の層間膜115よ
りも薄くするか、または上記二つの条件を共に備えた構
成とする。例えば図2においては、図示のごとく、第2
のゲート酸化膜117の厚さ<第1のゲート酸化膜11
3の厚さ、第2の層間膜119の厚さ<第1の層間膜1
15の厚さ、に設定している。
As described above, the structure of the nonvolatile memory transistor 110 and the structure of the inspection transistor 111 are basically the same, but differ in the following points. In other words, the inspection transistor 111 has the second gate oxide film 117 thinner than the first gate oxide film 113 or the second interlayer film so that stored data is lost earlier than the nonvolatile memory transistor. 119 is made thinner than the first interlayer film 115, or a structure satisfying both of the above two conditions is adopted. For example, in FIG.
Thickness of first gate oxide film 117 <first gate oxide film 11
3 <thickness of second interlayer film 119 <first interlayer film 1
The thickness is set to 15.

【0032】次に作用を説明する。メモリブロック10
0の各ビットに新規にデータを書き込むまたは消去する
機能、あるいは各ビットのデータを読みだす機能は、制
御回路106、書き込み回路103および読み出し回路
104により行なわれる。この部分は一般的な動作なの
で詳細な説明は省略する。
Next, the operation will be described. Memory block 10
The function of newly writing or erasing data in each bit of 0 or the function of reading data of each bit is performed by the control circuit 106, the write circuit 103, and the read circuit 104. Since this part is a general operation, detailed description is omitted.

【0033】ここでメモリブロック100を構成する不
揮発性メモリトランジスタのデータの状態としきい値電
圧分布の関係は、従来例の項で示した図9の関係と同じ
とする。すなわち、不揮発性メモリトランジスタ内のフ
ローティングゲートに電子が注入されて、しきい値電圧
が高くなっている状態を書き込み状態、フローティング
ゲートから電子が抜かれて、しきい値電圧が低くなって
いる状態を消去状態とする。
Here, the relationship between the data state of the nonvolatile memory transistors constituting the memory block 100 and the threshold voltage distribution is assumed to be the same as the relationship shown in FIG. That is, a state in which electrons are injected into the floating gate in the nonvolatile memory transistor to increase the threshold voltage is referred to as a write state, and a state in which electrons are removed from the floating gate and the threshold voltage is lowered is referred to as a state. Set to the erased state.

【0034】従来例の項で述べたように、不揮発性メモ
リトランジスタにおいては、高温環境下でのリテンショ
ン特性の悪化や、ディスターブ、ソフトライト等によっ
て、不揮発性メモリトランジスタに記憶されているデー
タが消失されやすくなる。すなわち、フローティングゲ
ートに注入されている電子が周囲へ逃げてしまい、高し
きい値電圧状態であった不揮発性メモリトランジスタの
しきい値電圧が低下する。またはフローティングゲート
に電子が注入されてしまい、低しきい値電圧状態であっ
た不揮発性メモリトランジスタのしきい値電圧が高くな
ってしまう。
As described in the section of the conventional example, in the non-volatile memory transistor, the data stored in the non-volatile memory transistor is lost due to deterioration of the retention characteristic under a high temperature environment, disturb, soft write, and the like. It is easy to be. That is, the electrons injected into the floating gate escape to the surroundings, and the threshold voltage of the nonvolatile memory transistor in the high threshold voltage state decreases. Alternatively, electrons are injected into the floating gate, and the threshold voltage of the nonvolatile memory transistor that has been in the low threshold voltage state increases.

【0035】本実施の形態では、上記の点に着目して、
メモリブロック内に、少なくとも一つ以上の検査用トラ
ンジスタを設け、かつこの検査用トランジスタの記憶デ
ータが、正規のメモリブロックを構成する不揮発性メモ
リトランジスタの記憶データよりも早く消失されるよう
に構成することにより、正規の不揮発性メモリトランジ
スタのデータが消失される前に、確実に消失の前兆を検
出するように構成したものである。そして検査用トラン
ジスタにおけるデータの消失を検出した時点でリフレッ
シュ動作を行なわせることにより、正規の不揮発性メモ
リトランジスタの記憶データは確実に保持し、かつリフ
レッシュ回数の過剰による寿命の低下を防止することが
出来る。また、リフレッシュの回数を減少させることに
より、CPUの通常動作への影響を最小限としながら、
データ消失を防止することが出来る。
In this embodiment, focusing on the above points,
At least one or more test transistors are provided in a memory block, and data stored in the test transistors is erased earlier than data stored in non-volatile memory transistors constituting a proper memory block. Thus, before the data of the normal nonvolatile memory transistor is lost, the precursor of the loss is surely detected. By performing a refresh operation when data loss in the inspection transistor is detected, it is possible to reliably retain data stored in the normal nonvolatile memory transistor and prevent a reduction in life due to an excessive number of refreshes. I can do it. Also, by reducing the number of refreshes, while minimizing the effect on the normal operation of the CPU,
Data loss can be prevented.

【0036】ここで、前記のデータ劣化の原因となる、
高温環境下でのリテンション特性の悪化、ディスター
ブ、ソフトライトのうち、データ保持に関して最も問題
となるのは、高温環境下でのリテンション特性の悪化で
あることが一般に知られている。特に、自動車用途のよ
うに、最高使用環境温度が80〜150℃に達する場合
は顕著な問題となる。そしてリテンションで問題となる
のは、消去状態よりも書き込み状態のメモリトランジス
タである。
Here, the cause of the data degradation is as follows:
It is generally known that, among the deterioration of retention characteristics, disturb, and soft write under a high temperature environment, the most problematic in data retention is the deterioration of the retention characteristics under a high temperature environment. In particular, when the maximum use environment temperature reaches 80 to 150 ° C. as in the case of automobiles, a significant problem occurs. What matters in retention is a memory transistor in a written state rather than an erased state.

【0037】以下、上記の理由を図3に基づいて説明す
る。図3は不揮発性メモリトランジスタにおける消去状
態(a)と書き込み状態(b)を説明するための断面図
である。図3において、電源電圧が印加されていない状
態では、半導体基板112とコントロールゲート116
は共にGND電位になる。消去状態のメモリトランジス
タでは、フローティングゲート114に電子が注入され
ていないので、余剰電荷はない。よってフローティング
ゲート114から半導体基板112またはコントロール
ゲート114への電界はないので電荷の増減は生じにく
い。一方、書き込み状態のメモリトランジスタでは、フ
ローティングゲート114に余剰電荷120があるた
め、半導体基板112およびコントロールゲート116
からの電界121が生じる。このためコントロールゲー
ト114内の電子が流出する可能性がある。
Hereinafter, the above reason will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining an erased state (a) and a written state (b) in the nonvolatile memory transistor. In FIG. 3, when the power supply voltage is not applied, the semiconductor substrate 112 and the control gate 116
Are both at the GND potential. In the memory transistor in the erased state, since no electrons are injected into the floating gate 114, there is no excess charge. Accordingly, since there is no electric field from the floating gate 114 to the semiconductor substrate 112 or the control gate 114, the charge does not easily increase or decrease. On the other hand, in the memory transistor in the written state, since the floating gate 114 has the excess charge 120, the semiconductor substrate 112 and the control gate 116
, An electric field 121 is generated. Therefore, electrons in the control gate 114 may flow out.

【0038】したがって、本実施の形態においては、検
査用トランジスタ111に予めデータを書き込んで、高
しきい値電圧状態にしておく。そして何れかの検査用ト
ランジスタ111をローデコーダ101とカラムデコー
ダ102で選択し、当該検査用トランジスタのワード線
に、電圧発生回路108から高しきい値電圧以下の電圧
を印加した状態で、この検査用トランジスタの記憶デー
タを読み出し回路104で常に、もしくは間歇的に読み
出す。この記憶データが消失され、当該検査用トランジ
スタがオフ状態からオン状態に転ずれば、このメモリブ
ロック内の他の不揮発性メモリトランジスタの記憶デー
タも劣化する可能性があると判断し、制御回路106、
書き込み回路103および読み出し回路104によって
記憶データをリフレッシュする。なお、この際、当該検
査用トランジスタの記憶データもリフレッシュ(予め定
められた状態、例えば高しきい値電圧状態に再書き込
み)する。上記の操作をメモリマトリックス107を構
成する全てのメモリブロック100に対して行なう。
Therefore, in this embodiment, data is written in advance to the inspection transistor 111, and the transistor 111 is set to the high threshold voltage state. Then, one of the test transistors 111 is selected by the row decoder 101 and the column decoder 102, and the voltage is applied to the word line of the test transistor from the voltage generating circuit 108 to a voltage lower than the high threshold voltage. The data stored in the transistor for use is read by the read circuit 104 constantly or intermittently. If the stored data is lost and the inspection transistor changes from the off state to the on state, it is determined that the storage data of other nonvolatile memory transistors in this memory block may be degraded. ,
The stored data is refreshed by the write circuit 103 and the read circuit 104. At this time, the storage data of the inspection transistor is also refreshed (rewritten to a predetermined state, for example, a high threshold voltage state). The above operation is performed on all the memory blocks 100 constituting the memory matrix 107.

【0039】ここで本実施の形態により、データ消失の
前兆を確実に検知できる理由を説明する。個々の不揮発
性メモリトランジスタ110のリテンション特性は、ゲ
ート酸化膜113や層間膜115の電子トンネルやFren
kel-Poole伝導によるリーク電流、およびゲート酸化膜
113や層間膜115中の欠陥やピンホール等をパスす
るリーク電流の程度に大きく依存する(たとえば“DATA
RETENTION IN EPROMS”IRPS,pp238-243,1980参照)。
そして通常のメモリマトリクス107では、不揮発性メ
モリトランジスタ110の個数が数kbit〜数Mbitとい
う多数形成されるため、上記ゲート酸化膜113や層間
膜115中の欠陥やピンホール等に起因するリーク電流
を無くす、または或るレベルに揃えることは極めて困難
である。
Here, the reason why the present embodiment can reliably detect a precursor of data loss will be described. The retention characteristics of the individual nonvolatile memory transistors 110 are determined by the electron tunneling of the gate oxide film 113 and the interlayer film 115 and the Fren
It largely depends on the leakage current due to kel-Poole conduction and the degree of leakage current passing through defects or pinholes in the gate oxide film 113 or the interlayer film 115 (for example, “DATA
RETENTION IN EPROMS ”IRPS, pp238-243, 1980).
In the normal memory matrix 107, since the number of the nonvolatile memory transistors 110 is as large as several kbits to several Mbits, the leakage current caused by defects in the gate oxide film 113 and the interlayer film 115, pinholes and the like is reduced. It is extremely difficult to get rid of or to adjust to a certain level.

【0040】このため、個々の不揮発性メモリトランジ
スタのリテンション特性は大きくばらつく。しかし、リ
テンション特性の極端に悪い不揮発性メモリトランジス
タを有する半導体記憶装置はスクリーニングによって除
去し、実用に供しないことは可能である。したがって図
4の(a)の範囲に示すように、不揮発性メモリトラン
ジスタのリテンション特性を或る程度以上に揃えること
は可能である。
As a result, the retention characteristics of individual nonvolatile memory transistors vary greatly. However, a semiconductor memory device having a non-volatile memory transistor having extremely poor retention characteristics can be removed by screening and not practically used. Therefore, as shown in the range of FIG. 4A, it is possible to make the retention characteristics of the nonvolatile memory transistor more than a certain level.

【0041】また、一般に、ゲート酸化膜や層間膜が薄
くなる程、上記の電子トンネルやFrenkel-Poole伝導に
よるリーク電流が顕著になることが知られている。以下
にその理由を説明する。まず、ゲート酸化膜や層間膜に
印加される電界の大きさを、図3(a)に記載した等価
回路によって説明する。図3(a)において、フローテ
ィングゲート114と半導体基板112は、その間に設
けられたゲート酸化膜113を誘電体としてコンデンサ
150を形成しており、コントロールゲート116とフ
ローティングゲート114は、その間に設けられた層間
膜115を誘電体としてコンデンサ151を形成し、両
者が直列に接続されている。そしてC1は上記コンデン
サ150の静電容量、C2は上記コンデンサ151の静
電容量である。
It is generally known that the thinner the gate oxide film or interlayer film, the more noticeable the leak current due to the electron tunneling or Frenkel-Poole conduction described above. The reason will be described below. First, the magnitude of the electric field applied to the gate oxide film and the interlayer film will be described with reference to the equivalent circuit shown in FIG. 3A, the floating gate 114 and the semiconductor substrate 112 form a capacitor 150 using the gate oxide film 113 provided therebetween as a dielectric, and the control gate 116 and the floating gate 114 are provided therebetween. A capacitor 151 is formed using the interlayer film 115 as a dielectric, and both are connected in series. And C 1 is the capacitance of the capacitor 0.99, C 2 is the capacitance of the capacitor 151.

【0042】上記の構造において、コントロールゲート
116の電位をVCG、フローティングゲート114の電
位をVFGと表す共に、容量結合比rを下記(数1)式で
定義する。 r=C1/(C1+C2) …(数1) また、フローティングゲート114に電子電荷Q(<
0)が蓄積されることによって生じるしきい値電圧の変
化をΔVthとすると、フローティングゲート114に関
する電荷中性条件により下記(数2)式が成り立つ。
In the above structure, the potential of the control gate 116 is represented by V CG , the potential of the floating gate 114 is represented by V FG, and the capacitance coupling ratio r is defined by the following equation (1). r = C 1 / (C 1 + C 2 ) (Equation 1) Further, the electronic charge Q (<
Assuming that a change in the threshold voltage caused by the accumulation of 0) is ΔV th , the following equation (2) is established by the charge neutral condition regarding the floating gate 114.

【0043】 VFG=r〔VCG+(Q/C2)〕 …(数2) 上記(数2)式より、下記(数3)式が得られる。 Q=−C2・ΔVth …(数3) よって、ゲート酸化膜113の厚さをtox、印加される
電界の大きさをEox、層間膜115の厚さをtpp、印加
される電界の大きさをEppとすると、VCG=0の場合に
は、下記(数4)式が成り立つことにより、EppとEox
は下記(数5)式、(数6)式で示される。
V FG = r [V CG + (Q / C 2 )] (Equation 2) From the above (Equation 2), the following (Equation 3) is obtained. Q = -C 2 · ΔV th ( Equation 3) Accordingly, the thickness of the gate oxide film 113 is applied to t ox , the magnitude of the applied electric field is E ox , and the thickness of the interlayer film 115 is applied to t pp . Assuming that the magnitude of the electric field is E pp , when V CG = 0, the following equation (Equation 4) is satisfied, so that E pp and E ox
Is represented by the following (Equation 5) and (Equation 6).

【0044】 VFG=r(Q/C2)<0 …(数4) Epp=r┃Q/C2┃/tpp=r(ΔVth/tpp) …(数5) Eox=r┃Q/C2┃/tox=r(ΔVth/tox) …(数6) 上記(数5)式、(数6)式より、toxやtppの値が小
さくなれば、EppやEoxは大きくなる。そして電子トン
ネルやFrenkel-Poole伝導等による電子電流Jは、強い
電界依存性を持つことが知られている(例えば S.M.Sze
著“Physics of SemiconductorDevices”,Wiley発行 P4
03,参照)。
V FG = r (Q / C 2 ) <0 (Equation 4) E pp = r┃Q / C 2 ┃ / t pp = r (ΔV th / t pp ) (Equation 5) E ox = r┃Q / C 2 ┃ / t ox = r (ΔV th / t ox ) (Formula 6) From the above formulas (5) and (6), if the value of t ox or t pp becomes smaller, E pp and E ox increase. It is known that the electron current J due to electron tunneling or Frenkel-Poole conduction has a strong electric field dependence (for example, SMSze
"Physics of Semiconductor Devices", published by Wiley P4
03, see).

【0045】上記の電界依存性を数式で示すと下記(数
7)式のようになる。 J=f(E) …(数7) ただし、f(E)は電界Eの増加関数を示す。
The above-described electric field dependence is expressed by the following equation (Formula 7). J = f (E) (Expression 7) where f (E) indicates an increasing function of the electric field E.

【0046】前記のように、toxやtppの値が小さくな
れば、電界の強さEppやEoxが増加するので、(数7)
式から電子電流Jは増加する。このため前記のフローテ
ィングゲート114に蓄積された電子電荷Qの値が減少
し、(数3)式からΔVthが小さくなり、メモリトラン
ジスタの記憶データが消失されることになる。また、記
憶データが消失されるまでの時間は、(数7)式の内容
を解析することによって設計可能である。上記の説明
は、不揮発性メモリトランジスタ110について行なっ
たが、構造の同じ検査用トランジスタ111においても
同様に成り立つ。
As described above, when the value of t ox or t pp decreases, the strength of the electric field E pp or E ox increases.
From the equation, the electron current J increases. For this reason, the value of the electron charge Q stored in the floating gate 114 decreases, and ΔV th decreases according to the equation (3), and the data stored in the memory transistor is lost. Further, the time until the stored data is lost can be designed by analyzing the contents of Expression (7). Although the above description has been made with respect to the nonvolatile memory transistor 110, the same holds true for the inspection transistor 111 having the same structure.

【0047】検査用トランジスタ111は、メモリマト
リックス107内部に占める面積が小さく、かつ個数も
少ないので、上記の説明から、検査用トランジスタ11
1のゲート酸化膜117や層間膜119内に欠陥やピン
ホール等によるリークはない場合が多く、或いはリーク
がある場合でもそのリークを持つ検査用トランジスタ1
11を有するメモリをスクリーニングよって除去するこ
とにより、リークのないもののみとし、かつ、検査用ト
ランジスタ111のリテンション特性を前述したように
制御性よく悪化させることが可能である。したがって図
4の(b)の範囲に示すように、検査用トランジスタ1
11のリテンション特性を、不揮発性メモリトランジス
タ110のリテンション特性(a)よりも低く、かつ、
或る程度の幅内に揃えることが可能である。すなわち、
不揮発性メモリトランジスタ110よりも先に検査用ト
ランジスタ111の記憶データが消失されるように設計
することが出来る。
The test transistors 111 occupy a small area in the memory matrix 107 and have a small number.
In many cases, there is no leak due to defects or pinholes in the gate oxide film 117 or the interlayer film 119, or even if there is a leak, the inspection transistor 1 having the leak
By removing the memory having 11 by screening, it is possible to eliminate only the memory having no leak and to deteriorate the retention characteristic of the inspection transistor 111 with good controllability as described above. Therefore, as shown in the range of FIG.
11 is lower than the retention characteristic (a) of the nonvolatile memory transistor 110, and
It is possible to align within a certain width. That is,
The design can be made such that the data stored in the test transistor 111 is lost before the nonvolatile memory transistor 110.

【0048】以上説明したごとく、本実施の形態におい
ては、 (1)実際に検査用トランジスタ111の記憶データ消
失が生じ、そのため不揮発性メモリトランジスタ110
の記憶データにも劣化が生じている可能性が高い状態
(未だ消失していない状態)になったとき、不揮発性メ
モリトランジスタ110のデータをリフレッシュするの
で、従来よりもリフレッシュの回数を大幅に減少させる
ことが出来る。そのため、リフレッシュ回数の過剰によ
る半導体記憶装置自体の破壊(寿命低下)を防止するこ
とが出来る。
As described above, in the present embodiment, (1) the storage data of the inspection transistor 111 actually disappears, and thus the nonvolatile memory transistor 110
When the data stored in the nonvolatile memory transistor 110 is in a state where it is highly likely that the stored data has also deteriorated (has not yet been lost), the data in the nonvolatile memory transistor 110 is refreshed. Can be done. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor memory device itself from being destroyed (reduced in life) due to an excessive number of refreshes.

【0049】(2)メモリマトリックスまたはメモリブ
ロック内の個々の不揮発性メモリトランジスタの記憶デ
ータを検査する必要がないので、メモリ容量が大規模な
場合でも、データ検査時間によってCPU動作に悪影響
を与えることがない。
(2) Since it is not necessary to inspect the storage data of the individual nonvolatile memory transistors in the memory matrix or the memory block, even if the memory capacity is large, the data inspection time adversely affects the CPU operation. There is no.

【0050】(3)検査用トランジスタ111と不揮発
性メモリトランジスタ110の記憶データの劣化、消失
メカニズムは本質的に同じであって、検査用トランジス
タ111の方が劣化、消失されやすいように形成されて
おり、その検査用トランジスタ111の記憶データ消失
が検出されると不揮発性メモリトランジスタ110の記
憶データをリフレッシュするので、半導体記憶装置に想
定以上の厳しい、かつ多様な温度、電圧ストレスが印加
され、データの劣化、消失の周期が想定以上に短くなっ
た場合でも、不揮発性メモリトランジスタ110のデー
タ消失を確実に防止することが出来る。
(3) The deterioration and erasure mechanisms of the storage data of the inspection transistor 111 and the nonvolatile memory transistor 110 are essentially the same, and the inspection transistor 111 is formed so as to be more easily deteriorated and lost. When the loss of the stored data in the inspection transistor 111 is detected, the stored data in the nonvolatile memory transistor 110 is refreshed. Therefore, severer than expected and various temperature and voltage stresses are applied to the semiconductor memory device, Even when the cycle of deterioration and loss of the nonvolatile memory transistor becomes shorter than expected, data loss of the nonvolatile memory transistor 110 can be reliably prevented.

【0051】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図5は、第2の実施の形態における検査用ト
ランジスタの構造を示す断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the structure of the inspection transistor according to the second embodiment.

【0052】図5において、半導体基板112上には、
第1のゲート酸化膜113、第3のフローティングゲー
ト201、第1の層間膜115および第3のコントロー
ルゲート200が積層された不揮発性メモリトランジス
タの部分と、第2の絶縁膜205、第2の導電体層20
4、第1の絶縁膜203および第1の導電体層202が
積層された部分とが形成され、かつ、第3のコントロー
ルゲート200と第1の導電体層202、および第3の
フローティングゲート201と第2の導電体層204と
が電気的に接続されている。なお、上記の導電体層20
2、204は、例えばフローティングゲートやコントロ
ールゲート等と同じ多結晶シリコン、或いはアルミニウ
ム層等で形成できる。そして、第2の絶縁膜205を第
1のゲート酸化膜113より薄く、第1の絶縁膜203
を第1の層間膜115より薄く形成するか、或いは第
1、第2の導電体層202、204の面積を第3のコン
トロールゲート200、第3のフローティングゲート2
01の面積よりも大きく形成する。または上記の両方を
行なう。なお、図5においては、第2の絶縁膜205の
厚さ<第1のゲート酸化膜113の厚さ、第1の絶縁膜
203の厚さ<第1の層間膜115の厚さ、に形成した
場合を示している。上記図5の全体で検査用トランジス
タ206を構成している。
In FIG. 5, on a semiconductor substrate 112,
A portion of a nonvolatile memory transistor in which a first gate oxide film 113, a third floating gate 201, a first interlayer film 115, and a third control gate 200 are stacked; a second insulating film 205; Conductor layer 20
4, a portion where the first insulating film 203 and the first conductor layer 202 are laminated is formed, and the third control gate 200, the first conductor layer 202, and the third floating gate 201 are formed. And the second conductor layer 204 are electrically connected. Note that the above conductor layer 20
2, 204 can be formed of, for example, the same polycrystalline silicon or aluminum layer as the floating gate and control gate. Then, the second insulating film 205 is thinner than the first gate oxide film 113 and the first insulating film 203 is formed.
Is formed thinner than the first interlayer film 115, or the area of the first and second conductor layers 202 and 204 is reduced to the third control gate 200 and the third floating gate 2
01 is formed to be larger than the area. Or do both of the above. In FIG. 5, the thickness of the second insulating film 205 is smaller than the thickness of the first gate oxide film 113, and the thickness of the first insulating film 203 is smaller than the thickness of the first interlayer film 115. It shows the case where it is done. The whole of FIG. 5 constitutes the inspection transistor 206.

【0053】上記の構成においては、第1、第2の絶縁
膜が薄く、或いは第1、第2の導電体層の面積が大きく
形成されているので、前記第1の実施の形態で説明した
理由により、その部分のリテンション特性は短くなり、
かつ、第3のコントロールゲート200と第1の導電体
層202、および第3のフローティングゲート201と
第2の導電体層204とが電気的に接続されているの
で、結局、検査用トランジスタ206全体のリテンショ
ン特性は、第1、第2の絶縁膜および第1、第2の導電
体層の部分で決定されることになる。したがって上記の
ように構成しておけば、前記第1の実施の形態で述べた
作用、効果と同様な作用、効果が得られる。
In the above configuration, the first and second insulating films are thin or the first and second conductor layers are formed to have a large area. For that reason, the retention characteristics of that part are shortened,
In addition, since the third control gate 200 and the first conductive layer 202 and the third floating gate 201 and the second conductive layer 204 are electrically connected, the entire inspection transistor 206 is eventually formed. Is determined by the portions of the first and second insulating films and the first and second conductor layers. Therefore, with the configuration described above, the same operation and effect as those described in the first embodiment can be obtained.

【0054】この実施の形態においては、さらに次のご
とき特徴がある。 (1)図5に示す検査用トランジスタ206のゲート酸
化膜113や層間膜115は、前記図2(a)に示した
不揮発性メモリトランジスタ110のゲート酸化膜11
3や層間膜115と同じ構成であり、同じ工程で形成で
きる。したがって検査用トランジスタ206における不
揮発性メモリトランジスタの部分のしきい値電圧やgm
は、それぞれ図2の不揮発性メモリトランジスタ110
のしきい値電圧やgmと同じ値になる。このため、記憶
データを読み出すセンスアンプ等の読み出し回路に特別
な工夫を施す必要がなく、不揮発性メモリトランジスタ
110の読み出し回路104と同じ回路構成でよい。し
たがって回路構成が容易になる。
This embodiment has the following features. (1) The gate oxide film 113 and the interlayer film 115 of the inspection transistor 206 shown in FIG. 5 are the same as the gate oxide film 11 of the nonvolatile memory transistor 110 shown in FIG.
3 and the interlayer film 115, and can be formed in the same step. Therefore, the threshold voltage and gm of the nonvolatile memory transistor in the inspection transistor 206
Are respectively the nonvolatile memory transistors 110 of FIG.
And the same value as gm. Therefore, there is no need to take special measures for a read circuit such as a sense amplifier for reading stored data, and the read circuit 104 of the nonvolatile memory transistor 110 may have the same circuit configuration. Therefore, the circuit configuration becomes easy.

【0055】(2)絶縁膜203、205は、ゲート酸
化膜113や層間膜115と同等な膜質あるいはONO
膜等でよく、特別な工程は必要ない。したがって第1の
実施の形態よりも製造工程が容易になる場合がある。
(2) The insulating films 203 and 205 have the same film quality or ONO as the gate oxide film 113 and the interlayer film 115.
A film or the like may be used, and no special process is required. Therefore, the manufacturing process may be easier than in the first embodiment.

【0056】(3)不揮発性メモリトランジスタ110
の構造に関係なく、絶縁膜203、205の厚さを設定
でき、かつ、検査用トランジスタ206のgm等のトラ
ンジスタ特性を変えることなしに、導電体層202、2
04の大きさを設定できる。このため、前記第1の実施
の形態で説明した検査用トランジスタのリテンション特
性を、不揮発性メモリトランジスタ110のリテンショ
ン特性よりも確実に短くし、かつ検査用トランジスタ2
06のデータが消失されるまでの時間を制御することが
容易になる。したがって、リフレッシュ時期の設計が容
易になり、不揮発性メモリトランジスタ110のデータ
消失を確実に防止することが出来る。
(3) Nonvolatile memory transistor 110
Irrespective of the structure of the conductive layers 202, 205 without changing the transistor characteristics such as gm of the inspection transistor 206, the thickness of the insulating films 203, 205 can be set.
04 size can be set. For this reason, the retention characteristics of the test transistor described in the first embodiment are reliably made shorter than the retention characteristics of the nonvolatile memory transistor 110, and the test transistor 2
It becomes easy to control the time until the 06 data is lost. Therefore, the design of the refresh period is facilitated, and data loss of the nonvolatile memory transistor 110 can be reliably prevented.

【0057】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図6は、本発明の第3の実施の形態を示すブ
ロック図である。図6の構成は、前記図1の構成におけ
る検査用トランジスタ111を検査用トランジスタ30
0に置き換えたものであり、その他の部分は同じであ
る。前記図1においては、不揮発性メモリトランジスタ
110と検査用トランジスタ111の構造が異なってい
たが、図6においては、不揮発性メモリトランジスタ1
10と検査用トランジスタ300の構造が基本的には同
じであり、回路的に検査用トランジスタ300のリテン
ション特性を短くするように構成した点が異なってい
る。なお、後述するが構造を多少変化させてリテンショ
ン特性を変えることもできる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. The configuration shown in FIG. 6 is different from the configuration shown in FIG.
0, and the other parts are the same. In FIG. 1, the structure of the nonvolatile memory transistor 110 and the structure of the inspection transistor 111 are different, but in FIG.
The structure of the test transistor 300 is basically the same as that of the test transistor 10 except that the retention characteristic of the test transistor 300 is shortened in terms of a circuit. As will be described later, the retention characteristics can be changed by slightly changing the structure.

【0058】以下、第3の実施の形態の作用を説明す
る。
The operation of the third embodiment will be described below.

【0059】図7は、不揮発性メモリトランジスタ11
0と検査用トランジスタ300の構造を示す図であり、
(a)は不揮発性メモリトランジスタ110の断面図、
(b)は検査用トランジスタ300の断面図である。図
7において、第1のゲート酸化膜113とゲート酸化膜
301は一つの製造工程で同時に形成され、同じ膜厚を
有している。同様に第1の層間膜115と層間膜303
も同時に形成され、同じ膜厚を有している。また、30
2はフローティングゲート、304はコントロールゲー
トである。このコントロールゲート304はワード線と
ローデコーダ101を介して電圧発生回路108に接続
される。
FIG. 7 shows a nonvolatile memory transistor 11
0 is a diagram showing the structure of the test transistor 300 and 0,
(A) is a cross-sectional view of the nonvolatile memory transistor 110,
(B) is a sectional view of the inspection transistor 300. In FIG. 7, the first gate oxide film 113 and the gate oxide film 301 are formed simultaneously in one manufacturing process and have the same thickness. Similarly, the first interlayer film 115 and the interlayer film 303
Are also formed at the same time and have the same thickness. Also, 30
2 is a floating gate and 304 is a control gate. The control gate 304 is connected to the voltage generation circuit 108 via the word line and the row decoder 101.

【0060】上記のように、不揮発性メモリトランジス
タ110と検査用トランジスタ300の構造は同じであ
るから、そのままではリテンション特性は同じになり、
検査用トランジスタ300の記憶データが早く消失され
るようにすることができない。そのため、本実施の形態
においては、次の(1)〜(3)の何れか一つまたはそ
れらの組合せのごとき制御を行なう。
As described above, since the structure of the nonvolatile memory transistor 110 and the structure of the inspection transistor 300 are the same, the retention characteristics are the same as they are, and
The data stored in the test transistor 300 cannot be lost quickly. Therefore, in the present embodiment, control such as one of the following (1) to (3) or a combination thereof is performed.

【0061】(1)書き込み状態において、検査用トラ
ンジスタ300のフローティングゲート302に注入さ
れる電子電荷量を、不揮発性メモリトランジスタ110
のフローティングゲート114に注入される電子電荷量
よりも少なくし、データ書き込み時のしきい値電圧の変
化幅を小さくする。
(1) In the write state, the amount of electron charges injected into the floating gate 302 of the test transistor 300 is
Is smaller than the amount of electron charges injected into the floating gate 114, and the width of change in the threshold voltage during data writing is reduced.

【0062】(2)コントロールゲート304と半導体
基板112間に、定常的または間歇的に電圧を印加す
る。
(2) A voltage is applied between the control gate 304 and the semiconductor substrate 112 constantly or intermittently.

【0063】(3)上記(2)において、コントロール
ゲート304に印加する電圧をVcc電位以上、またはV
ss電位以下にする。そしてこの電圧印加は、通常動作時
のみ或いは当該半導体記憶装置に電圧が印加されていな
い場合も行なう。なお、Vccは高圧側の電源電圧、Vss
は低圧側の電源電圧である。
(3) In the above (2), the voltage applied to the control gate 304 is equal to or higher than the Vcc potential, or
Make it less than ss potential. This voltage application is performed only during normal operation or when no voltage is applied to the semiconductor memory device. Vcc is the power supply voltage on the high voltage side, Vss
Is the power supply voltage on the low voltage side.

【0064】上記のごとき制御を行なった場合の作用を
説明する。まず、(1)の場合には、書き込み状態での
しきい値電圧は、検査用トランジスタ300の方が不揮
発性メモリトランジスタ110よりも低くなる。このた
めフローティングゲート302からの電子の流出がより
少ない状態で、検査用トランジスタ300の記憶データ
が反転する。したがって検査用トランジスタのリテンシ
ョン特性を短くすることが出来、前記第1の実施の形態
と同様の効果が得られる。
The operation when the above control is performed will be described. First, in the case of (1), the threshold voltage in the written state is lower in the inspection transistor 300 than in the nonvolatile memory transistor 110. Therefore, the data stored in the inspection transistor 300 is inverted with less outflow of electrons from the floating gate 302. Therefore, the retention characteristic of the inspection transistor can be shortened, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0065】次に、(2)と(3)の場合について説明
する。前記第1の実施の形態における(数7)式に示し
たように、ゲート酸化膜301、層間膜303内部の電
子電流の大きさJは、電界Eの増加関数である。
Next, the cases (2) and (3) will be described. As shown in the equation (7) in the first embodiment, the magnitude J of the electron current inside the gate oxide film 301 and the interlayer film 303 is a function of increasing the electric field E.

【0066】ここで、VCG=0[V]の際のVFGの値を
FG0と表し、前記(数2)式、(数3)式により下記
(数8)式のように定義する。
Here, the value of V FG at the time of V CG = 0 [V] is represented as V FG0, and is defined as the following equation (8) by the above equations (2) and (3). .

【0067】 VFG0=r・Q/C2=−r・ΔVth …(数8) よってVCG≠0[V]の場合の電界の大きさは、コント
ロールゲート304では、前記(数2)式から下記(数
9)式のようになり、フローティングゲート302では
下記(数10)式のようになる。
V FG0 = r · Q / C 2 = −r · ΔV th ( Equation 8) Accordingly, the magnitude of the electric field when V CG ≠ 0 [V] is equal to The following expression (Expression 9) is obtained from the expression, and the following expression (Expression 10) is obtained for the floating gate 302.

【0068】 (VCG−VFG)/tpp=〔(1−r)VCG−VFG0〕/tpp …(数9) ただし、tpp:層間膜303の厚さ VFG/tox=(rVCG+VFG0)/tox …(数10) ただし、tox:ゲート酸化膜301の厚さ 上記(数9)式より、VCG=Vcc程度の電圧にすると、
ゲート酸化膜301や層間膜303に印加される電界
は、VCG=0[V]での電界よりも大きくなる。したが
ってフローティングゲート302中の電子の消失が早ま
り、リテンションが短くなる。なお、Vcc以上の電圧を
印加すれば、より一層リテンションが短くなる。また、
Vss以下の電圧を印加しても同様な効果がある。
(V CG −V FG ) / t pp = [(1−r) V CG −V FG0 ] / t pp ( Equation 9) where t pp is the thickness of the interlayer film 303 V FG / t ox = ( RV CG + V FG0 ) / t ox ( Equation 10) where t ox is the thickness of the gate oxide film 301. From the above (Equation 9), if a voltage of about V CG = Vcc is obtained,
The electric field applied to the gate oxide film 301 and the interlayer film 303 is larger than the electric field when V CG = 0 [V]. Therefore, the electrons in the floating gate 302 disappear faster, and the retention is shortened. When a voltage equal to or higher than Vcc is applied, the retention is further shortened. Also,
The same effect can be obtained by applying a voltage equal to or lower than Vss.

【0069】また、当該半導体記憶装置に電源電圧が印
加されていない場合、例えば自動車用途の場合で、イグ
ニッションスイッチがオフになっている場合にも、コン
トロールゲート304に電圧を印加し続けるように構成
すれば、常時フローティングゲート302中の電子の消
失を加速できる。そのため炎天下の駐車時のように不揮
発性メモリトランジスタのリテンションが短くなる場合
でも、必ず検査用トランジスタ300のリテンションを
不揮発性メモリトランジスタ110のリテンションより
短くすることが出来る。
Further, when the power supply voltage is not applied to the semiconductor memory device, for example, in the case of an automobile, the voltage is continuously applied to the control gate 304 even when the ignition switch is turned off. Then, the loss of electrons in the floating gate 302 can be always accelerated. Therefore, even when the retention of the non-volatile memory transistor is short, such as when parking in the hot sun, the retention of the inspection transistor 300 can be always shorter than the retention of the non-volatile memory transistor 110.

【0070】なお、上記のごとき電圧印加等は、制御回
路106と電圧発生回路108によって行なう。さら
に、必ずしも定常的に電圧を印加せず、間歇的に上記電
圧を印加しても前述の効果は生じる。
The above-described voltage application and the like are performed by the control circuit 106 and the voltage generation circuit 108. Further, the above-described effect is obtained even when the voltage is not applied constantly but intermittently.

【0071】上記のように、不揮発性メモリトランジス
タ110と検査用トランジスタ300の構造が同じであ
っても、回路的に検査用トランジスタ300のリテンシ
ョン特性を短くするように構成することができる。
As described above, even if the structure of the non-volatile memory transistor 110 and the structure of the test transistor 300 are the same, the retention characteristics of the test transistor 300 can be configured to be shortened in terms of a circuit.

【0072】また、下記(4)、(5)に記載のよう
に、検査用トランジスタ300の構造を一部変更するこ
とによってリテンションを短くすることもできる。すな
わち、 (4)コントロールゲート304と半導体基板112と
の間に、予め高電圧パルスまたはVcc電位以上の電圧を
印加することにより、ゲート酸化膜301、層間膜30
3の内部に微小欠陥を生じさせるか、または電子を注入
し、その後に検査用トランジスタ300を書き込み状態
または消去状態にする。このように構成すれば、ゲート
酸化膜301、層間膜303の内部に、フローティング
ゲート302に蓄積された電子のリークパスが形成され
るので、フローティングゲート302中の電子電荷の消
失速度が速くなる。したがって検査用トランジスタのリ
テンション特性を短くすることが出来、前記第1の実施
の形態と同様の効果が得られる。
Further, as described in the following (4) and (5), the retention can be shortened by partially changing the structure of the inspection transistor 300. (4) By applying a high voltage pulse or a voltage higher than the Vcc potential in advance between the control gate 304 and the semiconductor substrate 112, the gate oxide film 301, the interlayer film 30
A microdefect is generated inside 3 or electrons are injected, and then the inspection transistor 300 is set to a written state or an erased state. With this configuration, a leak path of electrons accumulated in the floating gate 302 is formed inside the gate oxide film 301 and the interlayer film 303, so that the speed at which the electron charges in the floating gate 302 disappear is increased. Therefore, the retention characteristic of the inspection transistor can be shortened, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0073】(5)ゲート酸化膜301または層間膜3
03の少なくとも一つの膜の表面または裏面に段差ある
いは凹凸を形成する。上記のように構成すれば、形成さ
れた段差または凹凸の部分に応力が集中することによ
り、その部分に微小欠陥が生じやすいことが一般に知ら
れている。そしてこの微小欠陥がフローティングゲート
302中の電子のリークパスになるので、フローティン
グゲート302中の電子電荷の消失速度が速くなる。し
たがって検査用トランジスタ300のリテンション特性
を短くすることが出来、前記と同様の効果が得られる。
(5) Gate oxide film 301 or interlayer film 3
Steps or irregularities are formed on the front surface or the back surface of at least one of the films 03. It is generally known that with the above-described configuration, stress concentrates on the formed step or uneven portion, so that a minute defect is likely to occur in that portion. Then, the minute defect becomes a leak path of the electrons in the floating gate 302, so that the elimination speed of the electron charges in the floating gate 302 is increased. Therefore, the retention characteristics of the inspection transistor 300 can be shortened, and the same effect as described above can be obtained.

【0074】上記の(1)〜(5)において、電子電荷
量、微小欠陥や注入する電子量、印加電圧、または段差
の程度を調節することにより、検査用トランジスタ30
0の記憶データが消失するまでの時間を制御することが
出来る。
In the above (1) to (5), by adjusting the amount of electron charge, the amount of minute defects or injected electrons, the applied voltage, or the level of the step, the inspection transistor 30 is adjusted.
The time until the stored data of 0 disappears can be controlled.

【0075】上記のように第3の実施の形態においても
前記第1の実施の形態と同様の効果が得られるが、さら
に、検査用トランジスタ300の基本構造が不揮発性メ
モリトランジスタ110と同じなので、同一の半導体製
造工程で製造することが出来る。そのため製造工程が複
雑にならず、製造コストの上昇を抑えることが出来ると
いう利点がある。
As described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained in the third embodiment, but the basic structure of the inspection transistor 300 is the same as that of the nonvolatile memory transistor 110. It can be manufactured in the same semiconductor manufacturing process. Therefore, there is an advantage that the manufacturing process is not complicated, and an increase in manufacturing cost can be suppressed.

【0076】なお、第1、第2の実施の形態における検
査用トランジスタ111、206の構成を、第3の実施
の形態における(1)〜(5)の少なくとも一つまたは
いくつかを組み合わせた構成とすれば、第3の実施の形
態で述べた作用が加わるため、リフレッシュ時期の設計
がより一層容易になり、不揮発性メモリトランジスタ1
10の記憶データ消失を確実に防止することが出来ると
共に、半導体記憶装置の寿命を延ばすことが出来る。
The structure of the inspection transistors 111 and 206 in the first and second embodiments is the same as the structure in which at least one or some of (1) to (5) in the third embodiment is combined. In this case, since the operation described in the third embodiment is added, the design of the refresh period is further facilitated, and the nonvolatile memory transistor 1
10 can be reliably prevented from being lost, and the life of the semiconductor memory device can be extended.

【0077】さらに、第1〜第3の実施の形態におい
て、次のごとき構成にすることもできる。 (1)検査用トランジスタ111、206または300
を、メモリブロック100もしくはメモリマトリックス
107内に2個以上設け、一方を書き込み状態にしたと
き他方を消去状態にするように構成する。この構成によ
れば、不揮発性メモリトランジスタ110の記憶データ
が書き込み状態、消去状態の何れの場合でも確実に記憶
データ消失前にリフレッシュを行なわせることが出来
る。
Further, in the first to third embodiments, the following configuration can be adopted. (1) Inspection transistor 111, 206 or 300
Are provided in the memory block 100 or the memory matrix 107, and when one is in the writing state, the other is in the erasing state. According to this configuration, refreshing can be reliably performed before the stored data is lost regardless of whether the stored data in the nonvolatile memory transistor 110 is in the written state or the erased state.

【0078】(2)検査用トランジスタ111、206
または300のリフレッシュ回数が第1の所定値に達し
た場合に、検査用トランジスタ111、206または3
00が属するメモリブロック100のアドレスを未使用
のメモリブロックに割り当てる。この構成によれば、リ
フレッシュ回数の過剰による不揮発性メモリトランジス
タ110自体の破壊をより一層防止できる。
(2) Inspection transistors 111 and 206
Alternatively, when the number of refreshes of 300 reaches the first predetermined value, the inspection transistors 111, 206, or 3
The address of the memory block 100 to which 00 belongs is assigned to an unused memory block. According to this configuration, destruction of the nonvolatile memory transistor 110 itself due to an excessive number of refreshes can be further prevented.

【0079】(3)CPUの本来の動作停止後にリフレ
ッシュ動作を行なうか、もしくは半導体記憶装置に電源
電圧が印加された際にリフレッシュ動作を行なってから
CPU本来の動作を開始させるように構成する。このよ
うに構成すれば、CPU本来の動作を妨げることが殆ど
無くなる。
(3) The refresh operation is performed after the original operation of the CPU is stopped, or the refresh operation is performed when a power supply voltage is applied to the semiconductor memory device, and then the original operation of the CPU is started. With such a configuration, the original operation of the CPU is hardly obstructed.

【0080】また、上記(1)〜(3)の構成を組み合
わせれば、各々を重複した効果が得られる。
When the above-described configurations (1) to (3) are combined, the same effects can be obtained.

【0081】なお、これまでの説明では、不揮発性メモ
リトランジスタの高しきい値電圧状態が書き込み状態、
低しきい値状態が消去状態として説明したが、その逆に
設定した場合でも同様である。
In the above description, the high threshold voltage state of the nonvolatile memory transistor is the write state,
Although the low threshold state has been described as the erased state, the same applies to the case where the opposite state is set.

【0082】また、不揮発性メモリトランジスタがフラ
ッシュメモリ、EEPROM、EPROMのいずれも場
合でも同様の効果が得られる。
Similar effects can be obtained even when the nonvolatile memory transistor is a flash memory, an EEPROM, or an EPROM.

【0083】また、制御回路106の機能を、当該半導
体記憶装置のデータを読むCPUが行なうように構成す
れば、半導体記憶装置の構成を簡略化することできる。
If the function of control circuit 106 is configured to be performed by a CPU that reads data from the semiconductor storage device, the configuration of the semiconductor storage device can be simplified.

【0084】また、半導体記憶装置とCPUとを同一半
導体基板上に形成すれば、パッケージ等に制約されるこ
となく半導体記憶装置とCPU間の配線を増加させるこ
とが出来、回路構成の自由度を向上させることが出来
る。
If the semiconductor memory device and the CPU are formed on the same semiconductor substrate, the number of wires between the semiconductor memory device and the CPU can be increased without being restricted by a package or the like, and the degree of freedom of the circuit configuration can be increased. Can be improved.

【0085】さらに、これまで説明した本発明の実施の
形態においては、従来のECC回路(Error Checking a
nd Correcting回路)と比較しても、さらに以下の効果
がある。第1に、ECC回路は1ワードないしは1バイ
ト中の1ビット誤りしか訂正できないが、本実施の形態
の場合は、そのような制約がなく、確実に故障を防止で
きる。
Further, in the embodiment of the present invention described above, the conventional ECC circuit (Error Checking a
nd Correcting circuit) has the following effects. First, the ECC circuit can correct only one bit error in one word or one byte, but in the case of the present embodiment, there is no such restriction, and failure can be reliably prevented.

【0086】第2に、ECC回路は本来のメモリマトリ
ックスに加えて、複数ビットから成るパリティビットを
有するメモリマトリックスを必要とする。このため記憶
装置の大きさが30〜50%増加し、記憶装置の集積度
を著しく損なう。その点、本発明の実施の形態において
は追加回路の面積はメモリマトリックス自体の面積より
も大幅に小さく、半導体記憶装置の集積度をほとんど損
なわない。
Second, the ECC circuit requires a memory matrix having parity bits composed of a plurality of bits in addition to the original memory matrix. Therefore, the size of the storage device is increased by 30 to 50%, and the integration degree of the storage device is significantly impaired. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the area of the additional circuit is much smaller than the area of the memory matrix itself, and the integration degree of the semiconductor memory device is hardly impaired.

【0087】第3に、ECC回路はビット誤り訂正回路
を有するため、データ読み出し時にアクセスタイムが増
加してしまう。本発明の実施の形態ではデータ読み出し
時のアクセスタイム増加はなく、CPUの通常動作に悪
影響を与えない。
Third, since the ECC circuit has a bit error correction circuit, the access time increases when reading data. In the embodiment of the present invention, there is no increase in the access time at the time of reading data, and the normal operation of the CPU is not adversely affected.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】不揮発性メモリトランジスタ110と検査用ト
ランジスタ111の構造を示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a nonvolatile memory transistor 110 and a test transistor 111.

【図3】不揮発性メモリトランジスタの記憶データが書
き込み状態(高しきい値電圧状態)および消去状態(低
しきい値電圧状態)である場合の状態を説明するための
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which data stored in a nonvolatile memory transistor is in a write state (high threshold voltage state) and an erase state (low threshold voltage state).

【図4】不揮発性メモリトランジスタと検査用トランジ
スタのリテンション特性の分布を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing distribution of retention characteristics of a nonvolatile memory transistor and a test transistor.

【図5】本発明の第2の実施の形態に用いる検査用トラ
ンジスタ206の構造を示す断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a test transistor 206 used in a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施の形態を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図7】不揮発性メモリトランジスタ110と検査用ト
ランジスタ300の構造を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the structures of a nonvolatile memory transistor 110 and an inspection transistor 300.

【図8】従来装置の一例のブロック図。FIG. 8 is a block diagram of an example of a conventional device.

【図9】フラッシュメモリの書き込み状態と消去状態に
おけるメモリトランジスタのしきい値電圧を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing threshold voltages of memory transistors in a write state and an erase state of a flash memory.

【図10】半導体記憶装置における温度と平均故障率と
の関係を示す特性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature and an average failure rate in a semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…CPU 2…メモリマト
リックス 3…タイマ 4…制御回路を
含む書き込み回路 100…メモリブロック 101…ローデ
コーダ 102…カラムデコーダ 103…書き込
み回路 104…読み出し回路 105…第2の
記憶装置 106…制御回路 107…メモリ
マトリックス 108…電圧発生回路 109…第2の
コントロールゲート 110…不揮発性メモリトランジスタ 111…検査用
トランジスタ 112…半導体基板 113…第1の
ゲート酸化膜 114…第1のフローティングゲート 115…第1の
層間膜 116…第1のコントロールゲート 117…第2の
ゲート酸化膜 118…第2のフローティングゲート 119…第2の
層間膜 120…余剰電荷 121…電界 150、151…コンデンサ 200…第3の
コントロールゲート 201…第3のフローティングゲート 202…第1の
導電体層 203…第1の絶縁膜 204…第2の
導電体層 205…第2の絶縁膜 206…検査用
トランジスタ 300…検査用トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CPU 2 ... Memory matrix 3 ... Timer 4 ... Write circuit including a control circuit 100 ... Memory block 101 ... Row decoder 102 ... Column decoder 103 ... Write circuit 104 ... Read circuit 105 ... Second storage device 106 ... Control circuit 107 ··· Memory matrix 108 ··· Voltage generating circuit 109 ··· Second control gate 110 ··· Nonvolatile memory transistor 111 ··· Test transistor 112 ··· Semiconductor substrate 113 ··· First gate oxide film 114 ··· First floating gate 115 ··· First Interlayer film 116 First control gate 117 Second gate oxide film 118 Second floating gate 119 Second interlayer film 120 Surplus charge 121 Electric fields 150 and 151 Capacitor 200 Third control gate 201: third floating gate 202: first conductive layer 203: first insulating film 204: second conductive layer 205: second insulating film 206: test transistor 300: test transistor

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数のメモリトランジスタを有する半導体
装置において、 上記メモリトランジスタと基本的構造が同一で、上記メ
モリトランジスタよりも記憶データが消失されやすいよ
うに構成された、少なくとも1個の検査用トランジスタ
と、 上記検査用トランジスタの記憶データが消失されたこと
を検出して上記メモリトランジスタおよび上記検査用ト
ランジスタの記憶データをリフレッシュする手段と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a plurality of memory transistors, wherein at least one test transistor has the same basic structure as the memory transistor and is configured so that stored data is more easily lost than the memory transistor. And a means for detecting that the storage data of the inspection transistor has been lost and refreshing the storage data of the memory transistor and the inspection transistor.
【請求項2】上記メモリトランジスタは、周囲を絶縁膜
で囲まれたフローティングゲートを持つ不揮発性メモリ
トランジスタであって、該フローティングゲート内の電
子電荷の多少に対応して生じる高しきい値電圧状態と低
しきい値電圧状態とによってデータを記憶するものであ
り、複数個の上記不揮発性メモリトランジスタを各ビッ
トとするメモリブロック、または複数のメモリブロック
からなるメモリマトリックスによって半導体記憶装置を
形成するものであり、 上記検査用トランジスタは、上記不揮発性メモリトラン
ジスタと基本的構造が同一であって、上記不揮発性メモ
リトランジスタよりも上記絶縁膜が薄く形成されたもの
であり、上記メモリブロックまたはメモリマトリックス
ごとに少なくとも1個設けられている、ことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。
2. The memory transistor according to claim 1, wherein said memory transistor is a nonvolatile memory transistor having a floating gate surrounded by an insulating film, wherein said memory transistor has a high threshold voltage state corresponding to the amount of electronic charge in said floating gate. And a low threshold voltage state for storing data, and forming a semiconductor memory device by a memory block having a plurality of the nonvolatile memory transistors as respective bits or a memory matrix including a plurality of memory blocks. The inspection transistor has the same basic structure as the non-volatile memory transistor, and the insulating film is formed thinner than the non-volatile memory transistor. , At least one of which is provided. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】上記メモリトランジスタは、周囲を絶縁膜
で囲まれたフローティングゲートとコントロールゲート
とを持つ不揮発性メモリトランジスタであって、該フロ
ーティングゲート内の電子電荷の多少に対応して生じる
高しきい値電圧状態と低しきい値電圧状態とによってデ
ータを記憶するものであり、複数個の上記不揮発性メモ
リトランジスタを各ビットとするメモリブロック、また
は複数のメモリブロックからなるメモリマトリックスに
よって半導体記憶装置を形成するものであり、 上記検査用トランジスタは、上記不揮発性メモリトラン
ジスタと同一構造の部分と、上記コントロールゲートに
相当する第1の導電体層および上記フローティングゲー
トに相当する第2の導電体層を有する部分とからなり、
上記第1、第2の導電体層を有する部分は、その絶縁膜
が不揮発性メモリトランジスタと同一構造の部分の絶縁
膜よりも薄い構造、或いは上記第1、第2の導電体層が
上記コントロールゲートおよび上記フローティングゲー
トよりも大きな面積を有する構造の少なくとも一つの構
造を有し、かつ、上記コントロールゲートと上記第1の
導電体層、上記フローティングゲートと上記第2の導電
体層とがそれぞれ電気的に接続されている、ことを特徴
とする請求項1に記載の半導体装置。
3. The non-volatile memory transistor according to claim 1, wherein said memory transistor is a nonvolatile memory transistor having a floating gate and a control gate surrounded by an insulating film. A semiconductor memory device for storing data according to a threshold voltage state and a low threshold voltage state, and comprising a memory block having a plurality of nonvolatile memory transistors for each bit or a memory matrix including a plurality of memory blocks. Wherein the inspection transistor has a portion having the same structure as the nonvolatile memory transistor, a first conductor layer corresponding to the control gate, and a second conductor layer corresponding to the floating gate. And a portion having
The portion having the first and second conductor layers has a structure in which the insulating film is thinner than the portion of the insulating film having the same structure as the nonvolatile memory transistor, or the first and second conductor layers have the control structure. The control gate and the first conductor layer, and the floating gate and the second conductor layer each have at least one of a gate and a structure having an area larger than the floating gate. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is electrically connected.
【請求項4】上記検査用トランジスタを、各メモリブロ
ックまたはメモリマトリックス毎に少なくとも2個設
け、一方が高しきい値電圧状態のとき他方が低しきい値
状態になるように制御する手段を備えたことを特徴とす
る請求項1乃至請求項3の何れかに記載の半導体装置。
4. A means for providing at least two test transistors for each memory block or memory matrix, wherein one of the transistors is in a high threshold voltage state and the other is in a low threshold state. 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項5】上記検査用トランジスタのリフレッシュ回
数を検出する手段と、 上記リフレッシュ回数が予め定めた所定値に達した際
に、当該検査用トランジスタの属するメモリブロックの
アドレスを未使用のメモリブロックに割り当てる手段
と、を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の
何れかに記載の半導体装置。
5. A means for detecting the number of refreshes of the test transistor, wherein when the number of refreshes reaches a predetermined value, an address of a memory block to which the test transistor belongs is assigned to an unused memory block. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: allocating means.
【請求項6】上記検査用トランジスタの記憶データが消
失されたことを検知した場合に、上記メモリトランジス
タの記憶データを利用する演算装置が通常動作を停止し
た後、もしくは一旦動作を停止したのち再び通常動作を
開始する前に、前記のリフレッシュ動作を行なう手段を
備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか
に記載の半導体装置。
6. When an operation device using the storage data of the memory transistor stops normal operation or once stops operation after detecting that the storage data of the inspection transistor has been lost, the operation device may be restarted. 6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising means for performing said refresh operation before starting a normal operation.
【請求項7】高しきい値電圧状態において上記検査用ト
ランジスタのフローティングゲートに注入する電子電荷
量を、上記不揮発性メモリトランジスタのフローティン
グゲートに注入する電子電荷量よりも少なくするように
制御する手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至請
求項6の何れかに記載の半導体装置。
7. A means for controlling the amount of electron charge injected into the floating gate of the inspection transistor in the high threshold voltage state to be smaller than the amount of electron charge injected into the floating gate of the nonvolatile memory transistor. The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
【請求項8】上記検査用トランジスタのコントロールゲ
ートに、Vcc以上の電圧またはVss以下の電圧を、定常
的または間歇的に印加する手段を備えたことを特徴とす
る請求項1乃至請求項7の何れかに記載の半導体装置。
8. The method according to claim 1, further comprising means for applying a voltage of Vcc or more or a voltage of Vss or less to the control gate of the inspection transistor, either constantly or intermittently. The semiconductor device according to any one of the above.
【請求項9】当該半導体装置の動作停止時、または当該
半導体装置に対する電源電圧の供給が停止されている時
にも、上記電圧を印加することをことを特徴とする請求
項8に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the voltage is applied even when the operation of the semiconductor device is stopped or when the supply of the power supply voltage to the semiconductor device is stopped. .
【請求項10】当該半導体装置を実用に供する前に、上
記検査用トランジスタのコントロールゲートと基板間に
高電圧パルスまたはVcc電圧以上の電圧を印加し、上記
絶縁膜内部に微小欠陥を生じさせるように構成したこと
を特徴とする請求項1乃至請求項9の何れかに記載の半
導体装置。
10. A high-voltage pulse or a voltage not lower than Vcc voltage is applied between the control gate of the inspection transistor and the substrate before the semiconductor device is put into practical use so as to generate minute defects inside the insulating film. 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is configured as follows.
【請求項11】上記検査用トランジスタの絶縁膜の表面
または裏面に段差あるいは凹凸を形成したことを特徴と
する請求項1乃至請求項10の何れかに記載の半導体装
置。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein a step or unevenness is formed on a front surface or a back surface of the insulating film of the inspection transistor.
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