JPH11288597A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH11288597A
JPH11288597A JP8770798A JP8770798A JPH11288597A JP H11288597 A JPH11288597 A JP H11288597A JP 8770798 A JP8770798 A JP 8770798A JP 8770798 A JP8770798 A JP 8770798A JP H11288597 A JPH11288597 A JP H11288597A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 経時変化監視用テ゛ータヒ゛ットが書き込まれるメモリセ
ルアレイの書き込み及び消去のしきい値電圧を検出し、消去
のしきい値電圧に対し、読み出し電圧および読み出し電
圧に対する書き込み時間を設定する不揮発性半導体記憶
装置を提供する。 【解決手段】 図に示すフラッシュEEPROMは、第1のメモリセルアレイ
1、第2のメモリセルアレイ2、列テ゛コータ゛3、行テ゛コータ゛4、読み出し制御
回路5,書き込み消去制御回路6、書き込み時間制御回路7、
高電圧発生回路8、カウンタ回路13、1/N回路9,読み出し電圧発
生回路11により構成される。第1のメモリセルアレイ1と第2のメモリセ
ルアレイ2とは、同一メモリセルアレイに形成され、全てのメモリセルに記憶
されているテ゛ータが一括消去される。そのため、前記メモリセル
アレイにおけるメモリセルは、全てが同じ消去のしきい値電圧と
なる。第1メモリセルアレイ1は、任意に書き込みを行えるエリアと
し、第2のメモリセルアレイ2は、メモリセルのしきい値電圧検出用エリアと
して、しきい値電圧検出時以外の場合に書き込みを行え
ないように設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯情報機器等に
おけるデータ記憶に用いられる不揮発性半導体記憶装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のフラッシュEEPROMは、メモ
リセルの特性が製造上のバラツキや書き換えストレスに
よって、書き込みのしきい値電圧が下がったり、消去の
しきい値電圧が上がったりし、さらに読み出し電圧がば
らつくため、読み出し不良が発生する問題がある。
【0003】この問題は、書き込みのしきい値電圧が読
み出し電圧以下に劣化したり、消去のしきい値電圧が読
み出し電圧以上に劣化したりすると発生するため、常に
各チップ毎で書き込みを行う前に、消去のしきい値電圧
を読み出し電圧以下にし、書き込みのしきい値電圧を読
み出し電圧以上になるように、最適化することが要求さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この要求に応えるため
に、例えば、特開平5−28788に開示されているよ
うに、経時変化監視用データビットをが書き込まれる第
2のメモリセルアレイ2に第1のメモリセルアレイ1と
異なる条件で書き込みを行い、経時変化を定期的に監視
するようにして、劣化が発見されると第1のメモリセル
アレイ1を再書き込みすることが提案されている。この
先行技術文献に開示された手法は、図5に示されている
が、消去のしきい値電圧を監視していないため、消去の
しきい値電圧に対して、読み出し電圧を最適化するとい
う構成を有していない。
【0005】このため、経時変化、すなわちしきい値電
圧レベルの劣化により、消去のしきい値電圧が読み出し
電圧以上に上昇すると、正しく読み出しができないとい
う欠点がある。本発明はこのような背景の下になされた
もので、経時変化監視用データビットが書き込まれるメ
モリセルアレイの書き込みおよび消去のしきい値電圧を
検出し、消去のしきい値電圧に対して読み出し電圧を設
定し、かつ読み出し電圧に対する書き込み時間を設定す
る不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気的に書き
込み一括消去可能な不揮発性メモリ(以下、フラッシュ
EEPROMと称す)において、書き込み使用時に、メ
モリセルに電荷が注入されていない状態(以下、消去と
称す)とメモリセルに電荷を注入されている状態(以
下、書き込みと称す)のしきい値電圧を検出する手段
と、検出されたしきい値電圧から、読み出し電圧と、書
き込み時間を任意に変更できる手段を設け、前記メモリ
セルの消去のしきい値電圧に対して適切な読み出し電圧
と書き込み時間を設定できることを特徴としている。
【0007】図1において、第1のメモリセルアレイ1
と第2のメモリセルアレイ2は、同一メモリセルアレイ
にあり、消去時は一括消去され同じ消去のしきい値電圧
となり、書き込み時は同じ書き込み時間で書き込まれる
ものとする。第1のメモリセルアレイ1は、任意に書き
込みが行えるエリアとし、第2のメモリセルアレイ2
は、メモリセルのしきい値電圧検出用エリアとして、し
きい値検出時しか書き込みを行えないようにする。
【0008】前記、第2のメモリセルアレイ2のしきい
値電圧の検出は、第1のメモリセルアレイ1への書き込
みを行う前に、高電圧発生回路8から出力される電圧
を、1/N回路9で1/Nに分圧して、第2のメモリセ
ルアレイ2へ供給し、読み出し制御回路5から出力され
るデータ17が、すべて“H”になるまで、繰り返し1
/Nずつ電圧を上げて検出を行う。次に第2のメモリセ
ルアレイ2へ書き込みを行い、書き込みのしきい値電圧
を消去しきい値電圧検出と同様に検出する。
【0009】さらに、カウンタ回路13は、第2のメモ
リセルアレイ2のしきい値電圧を検出するまで、カウン
ト動作を行い、カウンタ値12を出力する。このカウン
タ値12は、消去のしきい値電圧を検出した時点のカウ
ンタ値12を、読み出し電圧発生回路11に入力して、
読み出し電圧を設定する。書き込みのしきい値電圧を検
出した時点のカウンタ値12は、書き込み時間制御回路
7に入力し、消去のしきい値電圧を検出した時点のカウ
ンタ値12との差から、書き込み時間を設定する。
【0010】以上のように、第1メモリセルアレイ1と
同一特性を持つ、第2のメモリセルアレイ2の消去のし
きい値電圧と、書き込みのしきい値電圧を検出すること
により、第1メモリセルアレイ1へ書き込みを行う場合
は、必ず読み出し電圧以上になる書き込み時間で書き込
みし、読み出しを行う場合は、読み出し電圧を消去のし
きい値電圧以上、書き込みのしきい値電圧以下に設定
し、正しく読み出しができるようにする。
【0011】従って、製造バラツキや書き換えストレス
などで、消去のしきい値電圧が読み出し電圧以上に劣化
したり、書き込みのしきい値電圧が読み出し電圧以下に
劣化した場合、チップ毎に読み出し電圧と書き込み時間
を最適に補正し、読み出し電圧としきい値電圧の逆転に
よる読み出し不良を防ぎ、歩留まりを向上させることが
できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態に
よる不揮発性半導体記憶装置、たとえばフラッシュEE
PROM(電気的消去・書き込み可能な読み出し専用メ
モリ)の構成を示すブロック図である。図1に示すフラ
ッシュEEPROMは、第1のメモリセルアレイ1、第
2のメモリセルアレイ2、列デコーダ3、行デコーダ
4、読み出し制御回路5,書き込み消去制御回路6、書
き込み時間制御回路7、高電圧発生回路8、カウンタ回
路13、1/N回路9,読み出し電圧発生回路11によ
り構成されている。
【0013】ここで、第1のメモリセルアレイ1と第2
のメモリセルアレイ2とは、同一メモリセルアレイに形
成されており、全てのメモリセルに記憶されているデー
タが一括消去される。そのため、前記メモリセルアレイ
におけるメモリセルは、全てが同じ消去のしきい値電圧
となっている。第1メモリセルアレイ1は、任意に書き
込みを行えるエリアとし、第2のメモリセルアレイ2
は、メモリセルのしきい値電圧検出用エリアとして、し
きい値電圧検出時以外の場合に書き込みを行えないよう
に設計されている。
【0014】書き込み消去制御回路6は、書き込み/消
去要求があると、列デコーダ3、行デコーダ4で示され
るアドレスのメモリセルに対して、高電圧発生回路8で
作られた書き込み/消去用電圧を供給する。書き込み消
去制御回路6は、書き込み時間制御回路7で決められた
時間だけ、メモリセルへ書き込み電圧を供給し、所定の
時間だけメモリセルへ消去電圧を供給する。読み出し制
御回路5は、列デコーダ3、行デコーダ4で示される第
1のメモリセルアレイ1のアドレスのメモリセルに対し
て、読み出し電圧発生回路11から供給される読み出し
電圧を供給し、データDをメモリ外部へ出力する。
【0015】このデータDは、読み出し電圧がメモリセ
ルのしきい値電圧より低い状態、つまり書き込まれたメ
モリセルを読み出すと“L”を出力し、読み出し電圧が
メモリセルのしきい値電圧より高い状態、つまり消去さ
れたメモリセルを読み出すと“H”を出力する。
【0016】本発明に従って設けられた第2のメモリセ
ルアレイ2、カウンタ回路13、1/N回路9は、第2
のメモリセルアレイ2のしきい値電圧を検出用として設
けており、第1メモリセルアレイ1への書き込みを行う
前に、第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値電圧
を検出し、次に第2のメモリセルアレイ2すべてに書き
込みを行い、第2のメモリセルアレイ2の書き込みのし
きい値電圧を検出する。
【0017】1/N回路9は、高電圧発生回路8から出
力される電圧を1/Nに分圧して、第2のメモリセルア
レイ2に供給する。また、1/N回路9は、読み出し制
御回路5から出力されるデータ17がすべて“H”にな
り、第2のメモリセルアレイ2のすべての消去のしきい
値電圧が検出できたと判断できるまで、繰り返し1/N
ずつ電圧を上げて供給し、消去のしきい値電圧の検出を
行う。カウンタ回路13は、消去のしきい値電圧の検出
が終了するまで、AND19からクロック16が入力さ
れ、カウント動作を行いカウンタ値Cを出力する。カウ
ンタ回路13は、カウンタ値Cを1/N回路9に供給す
る。また、1/N回路9は、このカウンタ値Cの入力に
対応して1/Nずつ電圧を上げる。
【0018】第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい
値電圧を検出した時点において、カウンタ回路13は、
読み出し電圧発生回路11にカウンタ値を供給し、消去
のしきい値電圧に対し、最適な読み出し電圧を設定す
る。第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値電圧検
出後は、第2のメモリセルアレイ2はすべてのメモリセ
ルに書き込みが行われ、書き込みのしきい値電圧検出
が、消去のしきい値電圧検出と同様に行われる。
【0019】ここで、書き込みのしきい値電圧検出の判
断は、データDの中に一つでも“H”がある場合に、書
き込みのしきい値電圧を検出したとする。カウンタ回路
13は、消去のしきい値電圧検出時のカウンタ値Cから
継続して、カウント動作を行う。書き込み時間制御回路
7は、第2のメモリセルアレイ2の書き込みのしきい値
電圧を検出した時点nに入力されるカウンタ値Cと、消
去のしきい値電圧を検出した時点のカウンタ値Cとの差
から、読み出し電圧に対し、最適な書き込み時間を演算
する。
【0020】次に、図1および図2を参照し、一実施形
態の動作例を説明する。以下、本実施例の動作につい
て、図2の書き込みモードにおけるタイミング図を用い
て説明する。たとえば、第1のメモリセルアレイ1と第
2のメモリセルアレイ2は、ともにすべてのメモリセル
が一括消去され、同じ消去しきい値電圧状態とする。本
発明の動作は、第1のメモリセルアレイ1への書き込み
モードで行われるため、図2に示すように、書き込みモ
ード信号が“H”になると、第2のメモリセルアレイ2
のアドレスがすべて選択され、まず、第2のメモリセル
アレイ2の消去のしきい値電圧を検出する。
【0021】検出信号Kが“H”の期間では、高電圧発
生回路8から出力される電圧を1/N回路9で、1/N
に分圧した検出電圧がAND10を介して第2のメモリ
セルアレイ2に供給される。第2のメモリセルアレイ2
のメモリセルは、検出電圧がメモリセルのしきい値電圧
より高い場合にオンする。そのため、読み出し制御回路
5から出力されるデータDは、“H”となる。検出電圧
がメモリセルのしきい値電圧より低い場合は、メモリセ
ルはオフし、データDは“L”となる。そのため、1/
N回路9は、カウンタ値Cが入力される毎に、検出電圧
を1/Nずつレベルを上げて、第2のメモリセルアレイ
2に供給する。そして、第2のメモリセルアレイ2のす
べてのメモリセルがオンし、データ17がすべて“H”
となるまで、しきい値電圧の検出が繰り返される。
【0022】次に、データDがすべて“H”出力とな
り、第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値電圧が
検出できると、AND15の出力が“L”から“H”と
なる。これにより、AND19の出力が“L”となるた
め、カウンタ回路13に入力するクロックCKは、AN
D19から出力されない。これにより、カウンタ回路1
3の計数動作は停止する。そして、カウンタ回路13が
停止したときのカウンタ値Cは、読み出し電圧発生回路
11に供給され、AND15の出力信号により読み出し
電圧発生回路11にラッチされる。読み出し電圧発生回
路11は、カウンタ値Cに基づき、消去のしきい値電圧
に対して最適な読み出し電圧を設定する。この結果、消
去されているメモリセルの読み出しは、必ずデータ
“H”を出力するようになる。
【0023】次に第2のメモリセルアレイ2は、すべて
のメモリセルに書き込みを行う。このときの書き込み時
間は、前回書き込み時間制御回路7で設定された書き込
み時間である。書き込みが終わると、第2のメモリセル
アレイ2の書き込みのしきい値電圧を検出する。カウン
タ回路13は、消去のしきい値電圧検出時のカウンタ値
12を保持しているため、継続してカウント動作を行
う。1/N回路9も消去のしきい値電圧検出時の検出電
圧から継続して供給するため、1/Nずつレベルを上げ
て、書き込みのしきい値電圧を検出する。第2のメモリ
セルアレイ2の書き込みのしきい値電圧は、書き込みが
行われた時点で、電荷が注入されたため、消去のしきい
値電圧より高くなっており、消去のしきい値電圧が検出
できた検出電圧では、すべてのメモリセルがオフ状態と
なるため、データDからは“L”しか出力されない。
【0024】次に、書き込みのしきい値電圧検出は、メ
モリセルが一つでも検出電圧より低くなった場合を判断
し、すなわち、データDが一つでも“H”となった時点
で、NOR14の出力が“H”から“L”になる。この
ときのカウンタ値Cは、書き込み時間制御回路7でラッ
チされる。そして、書き込みのしきい値電圧検出された
時点のカウンタ値Cと、消去のしきい値電圧が検出でき
た時点のカウンタ値Cとの差から、書き込み時間が書き
込み時間制御回路7に設定される。つまり、書き込み時
間制御回路7でラッチされたカウンタ値Cは、消去のし
きい値電圧検出時から継続しているため、消去のしきい
値電圧検出後から、書き込みのしきい値電圧検出までの
カウントが少ない場合、書き込み時間を長く設定でき、
読み出し電圧に対して、最適な書き込み時間が設定でき
る。
【0025】第2のメモリセルアレイ2のしきい値電圧
検出が終了した時点で、検出信号18は“L”となり、
次に設定された書き込み時間で第1のメモリセルアレイ
1の書き込み動作を行う。第1のメモリセルアレイ1の
アドレスAが指定され、書き込み時間制御回路7で設定
された書き込み時間だけ書き込み信号が“H”となり、
書き込み動作が任意のアドレスまで繰り返して行われ、
書き込みモードを終了する。この書き込み終了後、読み
出し電圧発生回路11で設定された読み出し電圧は、第
1のメモリセルアレイ1の任意のアドレスに供給され、
読み出し動作が行われる。
【0026】上述したように、本発明では、第1のメモ
リセルアレイ1と同一の特性である第2のメモリセルア
レイ2を、書き込みと消去のしきい値電圧検出用とし、
1/N回路9、カウンタ回路13を設け、第2のメモリ
セルアレイ2のしきい値電圧を検出するために、高電圧
発生回路8から出力される電圧を、1/N回路9で1/
Nに分圧して、第2のメモリセルアレイ2に供給する。
【0027】第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい
値電圧は、必ず読み出し電圧でオンする電圧にしなけれ
ばならないため、すべてのデータが”H”になった時点
で、消去のしきい値電圧が検出できたと判断する。消去
のしきい値電圧が検出できるまで、カウンタ回路13で
はカウント動作を行い、カウンタ回路13から出力され
るカウンタ値12は、1/N回路9に入力され、さらに
1/Nずつレベルを上げて、繰り返しを検出を行う。第
2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値電圧の検出が
終了した時点のカウン値12は、読み出し電圧発生回路
11に供給され、消去のしきい値電圧に対して最適な読
み出し電圧を設定する。
【0028】次に、第2のメモリセルアレイ2は、すべ
てのメモリセルに書き込みを行う。書き込みが終わる
と、第2のメモリセルアレイ2の書き込みのしきい値電
圧を検出する。カウンタ回路13は、消去のしきい値電
圧検出時のカウンタ値12を保持しているため、継続し
てカウント動作を行う。1/N回路9も消去のしきい値
電圧検出時の検出電圧から継続して供給するため、1/
Nずつレベルを上げて、書き込みのしきい値電圧を検出
する。書き込みのしきい値電圧は、必ず読み出し電圧で
オフする電圧にしなければならない。
【0029】このため、メモリセルが一つでも検出電圧
より低くなった時点で、書き込みのしきい値電圧が検出
できたと判断し、書き込みのしきい値電圧が検出できた
時点のカウンタ値Cは、書き込み時間制御回路7にラッ
チされる。このカウンタ値12は、消去のしきい値電圧
検出時から継続しているため、、消去のしきい値電圧検
出後から、書き込みのしきい値電圧検出までのカウント
が少ない場合、書き込み時間を長く設定でき、読み出し
電圧に対して、最適な書き込み時間が設定できる。
【0030】従って、第1メモリセルアレイ1と同一特
性を持つ、第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値
電圧と、書き込みのしきい値電圧を検出することによ
り、第1メモリセルアレイ1へ書き込みを行う場合は、
必ず読み出し電圧以上になる書き込み時間で書き込み
し、読み出しを行う場合は、読み出し電圧を消去のしき
い値電圧以上、書き込みのしきい値電圧以下に設定し、
正しく読み出しができるようになる。
【0031】従って、製造バラツキや書き換えストレス
などで、消去のしきい値電圧が読み出し電圧以上に劣化
したり、書き込みのしきい値電圧が読み出し電圧以下に
劣化した場合、チップ毎に読み出し電圧と書き込み時間
を最適に補正し、読み出し電圧としきい値電圧の逆転に
よる読み出し不良を防ぎ、歩留まりを向上させる効果を
得られる。 そして、図3に本発明による効果を示す。
フラッシュEEPROMは書き換え回数を増やすことに
より、書き込みではメモリセルに電荷を注入しづらくな
るため、書き込みのしきい値電圧が劣化して下がってし
まう。一方、消去ではメモリセルに電荷を放出しづらく
なるため、消去したしきい値電圧が劣化して上がってし
まう。
【0032】また、読み出し電圧は、製造ばらつきなど
により、電圧範囲にばらつきをもっている。このため、
一定の書き込み時間と読み出し電圧では、メモリセルの
しきい値電圧の劣化が大きくなると、読み出し電圧とし
きい値電圧とが逆転するため、読み出し不良が発生す
る。
【0033】本発明では、書き込みと消去のしきい値電
圧検出用のメモリセルアレイを設け、消去のしきい値電
圧から読み出し電圧を設定し、さらに書き込みのしきい
値電圧から書き込み時間を設定しているため、書き換え
回数が増えても、消去のしきい値電圧は読み出し電圧以
下となり、書き込みのしきい値電圧は読み出し電圧以上
になる。例えば、読み出し電圧2の場合、消去のしきい
値電圧が(m+1)回目で検出できたため、読み出し電
圧2は、m回目 に検出できた読み出し電圧1より高く
設定される。ここで、「m」は、自然数である。さら
に、書き込みのしきい値電圧は(m+1+12)回目で
検出できたため、消去のしきい値電圧検出後から12回
目に検出できたことになり、13回目で検出できた前回
より、長く書き込み時間が設定され、書き込みのしきい
値電圧が高くなる。
【0034】以上、本発明の一実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、第二の
実施形態として図4に示す不揮発性半導体記憶装置は、
第一の実施形態の構成に加えて消去時間制御回路20が
設けられている。第一の実施形態と同様な他の構成の説
明は、省略する。
【0035】消去時間制御回路20は、カウンタ値Cを
入力し、前回の書き込みモードで、消去のしきい値電圧
を検出した時点のカウンタ値Cと、今回の消去のしきい
値電圧を検出した時点のカウンタ値Cを比較する。これ
により、消去のしきい値電圧を検出した時点のカウンタ
値Cに対して、今回のカウンタ値Cが大きい場合、消去
時間制御回路20は、消去時間を長く設定できるように
する。これにより、次回の消去においては、電荷が放出
しやすい状態になるため、消去のしきい値電圧を下げる
ことができる。
【0036】また、消去時間は、カウンタ値Cに基づき
消去時間制御回路19において設定され、書き込み消去
制御回路6を介して第1のメモリセルアレイ1と第2の
メモリセルアレイ2とに消去時間の間だけ消去電圧を供
給する。このように、第二の実施形態では、さらに、消
去時間を長く設定することにより、メモリセルの消去の
しきい値電圧を最適にすることができ、読み出し電圧と
書き込みのしきい値電圧を上げすぎずに、消去のしきい
値電圧を読み出し電圧以下にできる。
【0037】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、任意に書
き換え可能な第1のメモリ領域と、しきい値電圧検出用
に設けられた第2のメモリ領域とで構成されたメモリセ
ルアレイと、このメモリセルアレイのメモリセルに記憶
されているデータを消去する消去手段と、前記メモリセ
ルアレイのメモリセルにデータを記憶させる書き込み手
段と、前記メモリセルアレイのメモリセルに記憶されて
いるデータを読み出す読み出し手段と、前記第2のメモ
リ領域におけるメモリセルに対するデータの消去および
書き込みしきい値電圧を検出するまでの時間を計時し、
計時結果として消去時間および書き込み時間を出力する
計時手段と、電圧発生回路から供給される電圧を前記消
去時間に対応する電圧値に変換し、読み出し電圧として
出力するとともに、電圧発生回路から供給される電圧を
前記書き込み時間に対応する電圧値に変換し、書き込み
電圧として出力する電圧変換手段とを具備し、前記読み
出し手段が前記読み出し電圧により前記第1のメモリ領
域のメモリセルに記憶されているデータを読み出し、前
記書き込み手段が前記書き込み電圧により前記第1のメ
モリ領域のメモリセルにデータを記憶させるため、製造
バラツキや書き換えストレスなどで、消去のしきい値電
圧が読み出し電圧以上に劣化したり、書き込みのしきい
値電圧が読み出し電圧以下に劣化した場合、第2のメモ
リ領域のメモリセルを用いて求めた読み出し電圧と書き
込み電圧を、第1のメモリ領域のメモリセル対して使用
するので、不揮発性半導体記憶装置毎にに読み出し電圧
と書き込み電圧を最適に補正でき、読み出し電圧としき
い値電圧との逆転による読み出し不良を防ぎ、歩留まり
を向上させる効果がある。
【0038】請求項2記載の発明によれば、前記電圧変
換手段が前記消去時間の増加に伴い、前記読み出し電圧
の値を前記電圧発生回路から供給される電圧値の1/N
の値毎に増加させて出力するため、精度の高い読み出し
電圧の値を設定できる効果がある。
【0039】請求項3記載の発明によれば、前記電圧変
換手段が前記書き込み時間の増加に伴い、前記書き込み
電圧の値を前記電圧発生回路から供給される電圧値の1
/Nの値毎に増加させて行くため、精度の高い書き込み
電圧の値を設定できる効果がある。
【0040】請求項4記載の発明によれば、前記書き込
み手段が前記第1のメモリ領域のメモリセルにデータを
書き込む時間を、前記書き込み時間と前記消去時間との
差から求める書き込み時間演算手段を具備するため、製
造バラツキや書き換えストレスなどで、消去のしきい値
電圧が読み出し電圧以上に劣化したり、書き込みのしき
い値電圧が読み出し電圧以下に劣化した場合、消去のし
きい値電圧検出後から書き込みのしき値検出までの時間
が短いと書き込み時間を長く設定するので不揮発性半導
体記憶装置毎に書き込み時間を最適に補正する効果があ
る。
【0041】請求項5記載の発明によれば、前記消去手
段が前記第1のメモリ領域のメモリセルのデータを消去
する消去時間が前回の消去時間に比較して長い場合、次
の消去時間を所定の値だけ長く設定する消去時間設定手
段を具備するため、十分にメモリセルに記憶されている
データの消去が行われ、消去メモりセルの消去のしきい
値電圧を最適な値とする事ができ、読み出し電圧と書き
込みのしきい値電圧を上げすぎずに、消去のしきい値電
圧を読み出し電圧以下にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による不揮発性半導体記
憶装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示す不揮発性半導体記憶装置の動作を
示すタイミングチャートである。
【図3】 図1に示す不揮発性半導体記憶装置のしきい
値電圧の変化を示す概念図である。
【図4】 本発明の第二の実施形態による不揮発性半導
体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図5】 従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を示す
ブロック図である。
【符号の説明】
1 第1のメモリセルアレイ 2 第2のメモリセルアレイ 3 列デコーダ 4 行デコーダ 5 読み出し制御回路 6 書き込み消去制御回路 7 書き込み時間制御回路 8 高電圧発生回路 9 1/N回路 10、15、19 アンド回路 11 読み出し電圧発生回路 13 カウンタ回路 20 消去時間制御回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年3月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項4前記消去手段において、前回の消去しき
い値電圧を検出するまでのカウンタ値より、今回の消去
しきい値電圧を検出するまでのカウンタ値が多い場合、
次回の消去時間を今回の消去時間より長く設定する消去
時間制御手段を具備することを特徴とする請求項1記載
の不揮発性半導体記憶装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】ここで、書き込みのしきい値電圧検出の判
断は、データDの中に一つでも“H”がある場合に、書
き込みのしきい値電圧を検出したとする。カウンタ回路
13は、消去のしきい値電圧検出時のカウンタ値Cから
継続して、カウント動作を行う。書き込み時間制御回路
7は、第2のメモリセルアレイ2の書き込みのしきい値
電圧を検出した時点nに入力されるカウンタ値Cと、消
去のしきい値電圧を検出した時点のカウンタ値Cとの差
が、前回の書き込みモードでしきい値電圧の検出した時
点のカウンタ値Cとの差より少ない場合、次回の書き込
み時間を今回の書き込み時間より長く設定する。この結
果、読み出し電圧に対し、最適な書き込み時間で書き込
みを行うことができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】次に、データDがすべて“H”出力とな
り、第2のメモリセルアレイ2の消去のしきい値電圧が
検出できると、AND15の出力が“L”から“H”と
なる。これにより、AND19の出力が“L”となるた
め、カウンタ回路13に入力するクロックCKは、AN
D19から出力されない。これにより、カウンタ回路1
3の計数動作は停止する。そして、カウンタ回路13が
停止したときのカウンタ値Cは、読み出し電圧発生回路
11に供給され、AND15の出力信号により読み出し
電圧発生回路11にラッチされる。読み出し電圧発生回
路11は、ラッチしたカウンタ値Cが、前回の書き込み
モードで検出した消去のしきい値電圧のカウント値Cよ
り多い場合、多いカウント値Cの分だけ、前回の読み出
し電圧から1/Nずつ読み出し電圧を上げる。この結
果、消去のしきい値電圧に対して最適な読み出し電圧
設定され、消去されているメモリセルの読み出しは、必
ずデータ“H”を出力するようになる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0037
【補正方法】変更
【補正内容】
【0037】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、任意に書
き換え可能な第1のメモリ領域と、しきい値電圧検出用
に設けられた第2のメモリ領域とで構成されたメモリセ
ルアレイと、このメモリセルアレイのメモリセルに記憶
されているデータを消去する消去手段と、前記メモリセ
ルアレイのメモリセルにデータを記憶させる書き込み手
段と、前記メモリセルアレイのメモリセルに記憶されて
いるデータを読み出す読み出し手段と、前記第2のメモ
リ領域におけるメモリセルの消去および書き込みしきい
値電圧を検出するまで、メモリセルに1/N(Nは自然
数)ずつ電圧を上げて供給する電圧発生回路手段と、
記電圧発生回路から供給される電圧で、前記第2のメモ
リ領域におけるメモリセルの消去および書き込みしきい
値電圧を検出するしきい値電圧検出手段と、前記しきい
値電圧検出手段がしきい値電圧を検出するまでカウント
動作を行い、しきい値電圧を検出した時点のカウンタ値
を出力する計時手段と、前記計時手段から出力される書
き込みしきい値電圧を検出するまでのカウンタ値と、消
去しきい値電圧を検出するまでのカウンタ値との差か
ら、前記メモリセルアレイヘの書き込み時間を設定する
時間制御手段と、前記計時手段から出力される消去しき
い値電圧を検出するまでのカウンタ値から、前記メモリ
セルアレイのメモリセルに記憶されているデータを読み
出す読み出し電圧を設定する電圧変換手段とを具備し、
前記メモリセルアレイの消去のしきい値電圧に対して適
切な読み出し電圧を設定し、読み出し電圧に対して適切
な書き込み時間を設定するため、製造バラツキや書き換
えストレスなどで、消去のしきい値電圧が読み出し電圧
以上に劣化したり、書き込みのしきい値電圧が読み出し
電圧以下に劣化した場合、第2のメモリ領域のメモリセ
ルを用いて求めた読み出し電圧と書き込み電圧を第1の
メモリ領域のメモリセルに対して使用するので、不揮発
性半導体記憶装置毎に読み出し電圧と書き込み電圧を最
適に補正でき、読み出し電圧としきい値電圧との逆転に
よる読み出し不良を防ぎ、歩留まりを向上させる効果が
ある。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0038
【補正方法】変更
【補正内容】
【0038】請求項2記載の発明によれば、前記計時手
段から出力される消去しきい値電圧を検出するまでのカ
ウンタ値が、前回の消去しきい値電圧を検出するまでの
カウンタ値より多い場合、前記電圧発生回路から供給さ
れる電圧値の1/Nの値毎に読み出し電圧を増加させる
電圧変換手段を具備するため、精度の高い読み出し電圧
の値を設定できる効果がある。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0039
【補正方法】変更
【補正内容】
【0039】請求項3記載の発明によれば、前記計時手
段から出力される書き込みしきい値電圧を検出するまで
のカウンタ値と消去しきい値電圧を検出するまでのカウ
ンタ値との差が、前回の書き込みしきい値電圧を検出す
るまでのカウンタ値と消去しきい値電圧を検出するまで
のカウンタ値との差より少ない場合、前記メモリセルア
レイヘの書き込み時間を増加させる時間制御手段を具備
するため、精度の高い読み出し電圧の値を設定できる効
果がある。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0040
【補正方法】削除
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0041
【補正方法】変更
【補正内容】
【0041】請求項4記載の発明によれば、前記消去手
段において、前回の消去しきい値電圧を検出するまでの
カウンタ値より、今回の消去しきい値電圧を検出するま
でのカウンタ値が多い場合、次回の消去時間を今回の消
去時間より長く設定する消去時間制御手段を具備する
め、十分にメモリセルに記憶されているデータの消去が
行われ、消去メモリセルの消去のしきい値電圧を最適な
値とする事ができ、読み出し電圧と書き込みのしきい値
電圧を上げすぎずに、消去のしきい値電圧を読み出し電
圧以下にできる効果がある。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年5月31日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0037
【補正方法】変更
【補正内容】
【0037】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、任意に書
き換え可能な第1のメモリ領域と、しきい値電圧検出用
に設けられた第2のメモリ領域とで構成されたメモリセ
ルアレイと、このメモリセルアレイのメモリセルに記憶
されているデータを消去する消去手段と、前記メモリセ
ルアレイのメモリセルにデータを記憶させる書き込み手
段と、前記メモリセルアレイのメモリセルに記憶されて
いるデータを読み出す読み出し手段と、前記第2のメモ
リ領域におけるメモリセルの消去および書き込みしきい
値電圧を検出するまで、メモリセルに1/N(Nは自然
数)ずつ電圧を上げて供給する電圧発生回路手段と、前
記電圧発生回路から供給される電圧で、前記第2のメモ
リ領域におけるメモリセルの消去および書き込みしきい
値電圧を検出するしきい値電圧検出手段と、前記しきい
値電圧検出手段が消去しきい値電圧を検出するまでカウ
ント動作を行い消去しきい値電圧を検出した時点のカウ
ンタ値と、引き続き前記第2のメモリ領域に書き込みが
行われた後、前記しきい値電圧検出手段が書き込みしき
い値電圧を検出するまでカウント動作を行い、書き込み
しきい値電圧を検出した時点のカウンタ値とを出力する
計時手段と、前記計時手段から出力される消去しきい値
電圧を検出するまでのカウンタ値と、その後に前記計時
手段から出力される、書き込みしきい値電圧を検出する
までのカウンタ値とを入力し、両カウンタ値の差から、
前記メモリセルアレイヘの書き込み時間を設定する時間
制御手段と、前記計時手段から出力される消去しきい値
電圧を検出するまでのカウンタ値から、前記メモリセル
アレイのメモリセルに記憶されているデータを読み出す
読み出し電圧を設定する電圧変換手段とを具備する
め、製造バラツキや書き換えストレスなどで、消去のし
きい値電圧が読み出し電圧以上に劣化したり、書き込み
のしきい値電圧が読み出し電圧以下に劣化した場合、第
2のメモリ領域のメモリセルを用いて求めた読み出し電
圧と書き込み電圧を第1のメモリ領域のメモリセルに対
して使用するので、不揮発性半導体記憶装置毎に読み出
し電圧と書き込み電圧を最適に補正でき、読み出し電圧
としきい値電圧との逆転による読み出し不良を防ぎ、歩
留まりを向上させる効果がある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0038
【補正方法】変更
【補正内容】
【0038】請求項2の発明によれば、前記計時手段か
ら出力される消去しきい値電圧を検出するまでのカウン
タ値が、前回の消去しきい値電圧を検出するまでのカウ
ンタ値より多い場合、前記メモリセルアレイへの読出し
電圧を増加させる電圧変換手段を具備するため、精度の
高い読み出し電圧の値を設定できる効果がある。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 任意に書き換え可能な第1のメモリ領域
    と、しきい値電圧検出用に設けられた第2のメモリ領域
    とで構成されたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイのメモリセルに記憶されているデ
    ータを消去する消去手段と、 前記メモリセルアレイのメモリセルにデータを記憶させ
    る書き込み手段と、 前記メモリセルアレイのメモリセルに記憶されているデ
    ータを読み出す読み出し手段と、 前記第2のメモリ領域におけるメモリセルに対するデー
    タの消去および書き込みしきい値電圧を検出するまでの
    時間を計時し、計時結果として消去時間および書き込み
    時間を出力する計時手段と、 電圧発生回路から供給される電圧を前記消去時間に対応
    する電圧値に変換し、読み出し電圧として出力するとと
    もに、電圧発生回路から供給される電圧を前記書き込み
    時間に対応する電圧値に変換し、書き込み電圧として出
    力する電圧変換手段とを具備し、 前記読み出し手段が前記読み出し電圧により前記第1の
    メモリ領域のメモリセルに記憶されているデータを読み
    出し、前記書き込み手段が前記書き込み電圧により前記
    第1のメモリ領域のメモリセルにデータを記憶させるこ
    とを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記電圧変換手段が前記消去時間の増加
    に伴い、前記読み出し電圧の値を前記電圧発生回路から
    供給される電圧値の1/N(Nは自然数)の値毎に増加
    させて出力することを特徴とする請求項1記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記電圧変換手段が前記書き込み時間の
    増加に伴い、前記書き込み電圧の値を前記電圧発生回路
    から供給される電圧値の1/Nの値毎に増加させて行く
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記書き込み手段が前記第1のメモリ領
    域のメモリセルにデータを書き込む時間を、前記書き込
    み時間と前記消去時間との差から求める書き込み時間演
    算手段を具備することを特徴とする請求項1ないし請求
    項3のいずれかに記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記消去手段が前記第1のメモリ領域の
    メモリセルのデータを消去する消去時間が前回の消去時
    間に比較して大きい場合、次の消去時間を所定の値だけ
    大きく設定する消去時間設定手段を具備することを特徴
    とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の不揮
    発性半導体記憶装置。
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