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JP6929171B2 - Non-volatile semiconductor storage device - Google Patents

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JP6929171B2
JP6929171B2 JP2017170291A JP2017170291A JP6929171B2 JP 6929171 B2 JP6929171 B2 JP 6929171B2 JP 2017170291 A JP2017170291 A JP 2017170291A JP 2017170291 A JP2017170291 A JP 2017170291A JP 6929171 B2 JP6929171 B2 JP 6929171B2
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Description

本明細書中に開示されている発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。 The invention disclosed herein relates to a non-volatile semiconductor storage device.

メモリセルのデータを任意に書き換えることのできる不揮発性半導体記憶装置(例えばEEPROM[electrically erasable and programmable read only memory])は、様々なアプリケーションで利用されている。 Non-volatile semiconductor storage devices (for example, EEPROM [electrically erasable and programmable read only memory]) capable of arbitrarily rewriting data in memory cells are used in various applications.

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1や特許文献2を挙げることができる。 In addition, as an example of the prior art related to the above, Patent Document 1 and Patent Document 2 can be mentioned.

特開平2−244500号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-244500 特開平6−84400号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-84400

しかしながら、上記従来の不揮発性半導体記憶装置では、メモリセルの書換え最大回数について、更なる改善の余地があった。 However, in the above-mentioned conventional non-volatile semiconductor storage device, there is room for further improvement in the maximum number of times of rewriting of memory cells.

本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、メモリセルの書換え最大回数を改善することのできる不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。 The invention disclosed in the present specification provides a non-volatile semiconductor storage device capable of improving the maximum number of times of rewriting of a memory cell in view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application. The purpose.

本明細書中に開示されている不揮発性半導体記憶装置は、データを任意に書き換えることのできる第1メモリと、前記第1メモリに印加される読出し電圧の設定値を記憶する第2メモリと、前記第1メモリ及び前記第2メモリ双方からデータを読み出すためのセンスアンプと、前記第1メモリからデータを読み出す前に前記第2メモリから前記設定値を読み出して制御信号を生成するロジック部と、前記制御信号に応じて前記読出し電圧を設定する読出し電圧設定部と、を有する構成(第1の構成)とされている。 The non-volatile semiconductor storage device disclosed in the present specification includes a first memory in which data can be arbitrarily rewritten, a second memory for storing a set value of a read voltage applied to the first memory, and a second memory. A sense amplifier for reading data from both the first memory and the second memory, and a logic unit for reading the set value from the second memory and generating a control signal before reading the data from the first memory. It has a configuration (first configuration) including a read-out voltage setting unit that sets the read-out voltage according to the control signal.

なお、上記第1の構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記読出し電圧は、前記第1メモリのメモリセルにデータ”1”が書き込まれたときのしきい値電圧と、前記メモリセルにデータ“0”が書き込まれたときのしきい値電圧との中間値に設定される構成(第2の構成)にするとよい。 In the non-volatile semiconductor storage device having the first configuration, the read voltage is the threshold voltage when the data "1" is written in the memory cell of the first memory and the data in the memory cell. It is preferable to use a configuration (second configuration) in which the value is set to an intermediate value with the threshold voltage when "0" is written.

また、上記第1または第2の構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記第2メモリは、前記第1メモリに隣接して形成されたダミーメモリである構成(第3の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having the first or second configuration, the second memory may be a dummy memory formed adjacent to the first memory (third configuration). ..

また、上記第1〜第3いずれかの構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記ロジック部は、オペコードの入力期間中に前記設定値の読出し動作を完了する構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having any of the first to third configurations, the logic unit is configured to complete the reading operation of the set value during the input period of the operation code (fourth configuration). good.

また、上記第1〜第4いずれかの構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記設定値は、前記読出し電圧を所定の基準値から補正するための補正値である構成(第5の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having any of the first to fourth configurations, the set value is a correction value for correcting the read voltage from a predetermined reference value (fifth configuration). It is good to set it to.

また、上記第1〜第5いずれかの構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記第2メモリに印加される読出し電圧は、固定値である構成(第6の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having any of the first to fifth configurations, the read voltage applied to the second memory may be a fixed value (sixth configuration).

また、上記第1〜第6いずれかの構成から成る不揮発性半導体記憶装置において、前記第1メモリを形成する複数のメモリセルは、それぞれ、制御ゲート、浮遊ゲート、ソース及びドレインを持つメモリトランジスタと;ソースが前記メモリトランジスタのドレインに接続されて、ドレインがビットラインに接続されて、ゲートがワードラインに接続された第1選択トランジスタと;ドレインが前記メモリトランジスタのソースに接続されて、ソースが接地電位に接続されて、ゲートが第1ゲート制御手段に接続された第2選択トランジスタと;を含み、前記メモリトランジスタの制御ゲートは、第3選択トランジスタを介して第1パッドに接続されており、前記メモリトランジスタのソースは、第4選択トランジスタを介して第2パッドに接続されている構成(第7の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having any of the first to sixth configurations, the plurality of memory cells forming the first memory are a memory transistor having a control gate, a floating gate, a source and a drain, respectively. With the first choice transistor where the source is connected to the drain of the memory transistor, the drain is connected to the bit line and the gate is connected to the word line; the drain is connected to the source of the memory transistor and the source is The control gate of the memory transistor is connected to the first pad via the third selection transistor, including a second selection transistor whose gate is connected to the first gate control means, which is connected to the ground potential. The source of the memory transistor may be connected to the second pad via the fourth selection transistor (seventh configuration).

また、上記第7の構成から成る不揮発性半導体記憶装置は、ソースが前記センスアンプの入力段に接続され、ドレインが前記第2パッドに接続され、ゲートが第2ゲート制御手段に接続された第5選択トランジスタをさらに有する構成(第8の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having the seventh configuration, the source is connected to the input stage of the sense amplifier, the drain is connected to the second pad, and the gate is connected to the second gate control means. It is preferable to have a configuration (eighth configuration) further including a 5-select transistor.

また、上記第8の構成から成る不揮発性半導体記憶装置は、前記メモリトランジスタのしきい値電圧を測定するテストモードにおいて、前記第1パッドに印加される第1供給電位が可変値とされて、前記第2パッドに印加される第2供給電位が不定値又は固定値とされる構成(第9の構成)にするとよい。 Further, in the non-volatile semiconductor storage device having the eighth configuration, in the test mode for measuring the threshold voltage of the memory transistor, the first supply potential applied to the first pad is set to a variable value. It is preferable to have a configuration (9th configuration) in which the second supply potential applied to the second pad has an indefinite value or a fixed value.

また、上記第9の構成から成る不揮発性半導体記憶装置の初期設定方法は、前記第1選択トランジスタ、前記第2選択トランジスタ、及び、前記第3選択トランジスタをオン状態とし、前記第4選択トランジスタ及び前記第5選択トランジスタをオフ状態とし、前記第2パッドを不使用状態とし、前記第1供給電位を変化させながら前記メモリトランジスタのオン/オフ状態の遷移を前記センスアンプで検出することにより、前記メモリトランジスタの正のしきい値電圧を測定するステップと;前記第1選択トランジスタ、前記第3選択トランジスタ、前記第4選択トランジスタ、及び、前記第5選択トランジスタをオン状態とし、前記第2選択トランジスタをオフ状態とし、前記第2供給電位を固定するとともに、これよりも低い範囲で前記第1供給電位を変化させながら前記メモリトランジスタのオン/オフ状態の遷移を前記センスアンプで検出することにより、前記メモリトランジスタの負のしきい値電圧を測定するステップと;前記読出し電圧が前記正のしきい値電圧と前記負のしきい値電圧の中間値に設定されるように前記設定値を算出するステップと;前記設定値を前記第2メモリに記憶させるステップと;を有する構成(第10の構成)にするとよい。 Further, in the initial setting method of the non-volatile semiconductor storage device having the ninth configuration, the first selection transistor, the second selection transistor, and the third selection transistor are turned on, and the fourth selection transistor and the fourth selection transistor are turned on. The fifth selection transistor is turned off, the second pad is not used, and the transition of the memory transistor on / off state is detected by the sense amplifier while changing the first supply potential. The step of measuring the positive threshold voltage of the memory transistor; the first selection transistor, the third selection transistor, the fourth selection transistor, and the fifth selection transistor are turned on, and the second selection transistor is turned on. Is turned off, the second supply potential is fixed, and the transition of the on / off state of the memory transistor is detected by the sense amplifier while changing the first supply potential in a range lower than this. The step of measuring the negative threshold voltage of the memory transistor; the set value is calculated so that the read voltage is set to an intermediate value between the positive threshold voltage and the negative threshold voltage. It is preferable to have a configuration (10th configuration) having a step and a step of storing the set value in the second memory.

本明細書中に開示されている不揮発性半導体記憶装置によれば、メモリセルの書換え最大回数を改善することが可能となる。 According to the non-volatile semiconductor storage device disclosed in the present specification, it is possible to improve the maximum number of times of rewriting of a memory cell.

不揮発性半導体記憶装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the non-volatile semiconductor storage device. メモリセルの書換え回数としきい値電圧との相関関係を示す図である。It is a figure which shows the correlation between the number of times of rewriting of a memory cell, and the threshold voltage. 負のしきい値電圧の測定動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the measurement operation of a negative threshold voltage. 負のしきい値電圧の測定時に印加される測定入力電位を示す図である。It is a figure which shows the measurement input potential applied at the time of the measurement of a negative threshold voltage. 各モードでのノード電位とトランジスタのオン/オフ状態を示す図である。It is a figure which shows the node potential and the on / off state of a transistor in each mode. しきい値電圧が代表値であるときの書換え最大回数を示す図。The figure which shows the maximum number of times of rewriting when the threshold voltage is a typical value. しきい値電圧が上側シフトして書換え最大回数が減少する様子を示す図。The figure which shows how the threshold voltage shifts upward and the maximum number of rewrites decreases. しきい値電圧が下側シフトして書換え最大回数が減少する様子を示す図。The figure which shows how the threshold voltage shifts downward and the maximum number of rewrites decreases. 読出し電圧補正機能を備えた不揮発性半導体記憶装置の一構成例を示す図。The figure which shows one configuration example of the non-volatile semiconductor storage device which provided the read-out voltage correction function. 読出し電圧設定部の一構成例を示す図。The figure which shows one configuration example of a read-out voltage setting part. 読出し電圧補正動作の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the read-out voltage correction operation. しきい値電圧の上側シフト時に読出し電圧が補正される様子を示す図。The figure which shows how the read-out voltage is corrected at the time of the upper shift of a threshold voltage. しきい値電圧の下側シフト時に読出し電圧が補正される様子を示す図。The figure which shows how the read-out voltage is corrected at the time of the lower shift of a threshold voltage.

<基本構成>
図1は、不揮発性半導体記憶装置の基本構成を示す図である。
<Basic configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a non-volatile semiconductor storage device.

本図の不揮発性半導体記憶装置NVM1は、大きく分けると、センスアンプSA1、第1電位供給手段PAD1(以下、パッドPAD1と称する)を有するメモリセルMC1、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、及び、第2電位供給手段PAD2(以下、パッドPAD2と称する)を備える。 The non-volatile semiconductor storage device NVM1 in this figure can be roughly divided into a memory cell MC1 having a sense amplifier SA1, a first potential supply means PAD1 (hereinafter referred to as a pad PAD1), a fourth selection transistor M12, and a fifth selection transistor M13. , And a second potential supply means PAD2 (hereinafter, referred to as pad PAD2).

センスアンプSA1は、トランジスタM1,M2,M3,M4、 第1トランジスタM6、第2トランジスタM14、第3トランジスタM5、インバータINV1、及び、抵抗R1で構成されている。 The sense amplifier SA1 is composed of transistors M1, M2, M3, M4, a first transistor M6, a second transistor M14, a third transistor M5, an inverter INV1, and a resistor R1.

トランジスタM1,M2の2つのトランジスタは、pチャネルMOS型からなり、これら2つのトランジスタは良く知られたカレントミラー回路CUMの一部を構成している。カレントミラー回路CUMの出力電流Im2は、デプレション型からなるトランジスタM3と抵抗R1によって決定されている。トランジスタM1及びM2それぞれのソースは、いずれも電源電位VCCに接続されている。トランジスタM3のゲートは、接地電位GNDに接続されている。トランジスタM3のドレインは、トランジスタM1,M2の共通ゲートに接続されている。トランジスタM1のゲートとドレインは、共通接続されている。トランジスタM3のソースは、抵抗R1の一端に接続されている。抵抗R1の他端は、接地電位GNDに接続されている。トランジスタM1,M2で構成されたカレントミラー回路CUMの出力電流Im2は、第3トランジスタM5のドレインに供給されている。 The two transistors M1 and M2 are of the p-channel MOS type, and these two transistors form a part of the well-known current mirror circuit CUM. The output current Im2 of the current mirror circuit CUM is determined by a transistor M3 made of a depletion type and a resistor R1. The sources of the transistors M1 and M2 are both connected to the power supply potential VCS. The gate of the transistor M3 is connected to the ground potential GND. The drain of the transistor M3 is connected to the common gate of the transistors M1 and M2. The gate and drain of the transistor M1 are commonly connected. The source of the transistor M3 is connected to one end of the resistor R1. The other end of the resistor R1 is connected to the ground potential GND. The output current Im2 of the current mirror circuit CUM composed of the transistors M1 and M2 is supplied to the drain of the third transistor M5.

第1トランジスタM6は、センスアンプSA1の入力段を構成し、センスアンプSA1とメモリセルMC1とを結合させる役目を担うとともに、センスアンプSA1の第1の増幅手段の役割も担う。第1トランジスタM6のドレインと第3トランジスタM5のゲートは、第5ゲート制御手段VC5に共通接続されている。 The first transistor M6 constitutes an input stage of the sense amplifier SA1 and plays a role of coupling the sense amplifier SA1 and the memory cell MC1 and also plays a role of a first amplification means of the sense amplifier SA1. The drain of the first transistor M6 and the gate of the third transistor M5 are commonly connected to the fifth gate control means VC5.

トランジスタM2,M4,第3トランジスタM5の3つのトランジスタによって、1つの増幅手段が構成されている。トランジスタM4は、pチャネルMOS型であり、ソースが電源電位VCCに接続されており、ゲートが第4ゲート制御手段VC4に接続されており、ドレインが第3トランジスタM5のドレインに接続されている。トランジスタM2,M4は、ともに第3トランジスタM5の負荷となるが、トランジスタM4は、ノードAの電位を早くしきい値電圧Vthにするために、そのチャネル幅がトランジスタM2のそれよりも大きく設定されている。ノードAがしきい値電圧Vthになった後は、第4ゲート制御手段VC4によりトランジスタM4がオフされる。その後は、トランジスタM2のみが第3トランジスタM5の負荷となる。 One amplification means is composed of three transistors M2, M4, and a third transistor M5. The transistor M4 is a p-channel MOS type, the source is connected to the power supply potential VCS, the gate is connected to the fourth gate control means VC4, and the drain is connected to the drain of the third transistor M5. Both the transistors M2 and M4 are the loads of the third transistor M5, but the channel width of the transistor M4 is set to be larger than that of the transistor M2 in order to quickly set the potential of the node A to the threshold voltage Vth. ing. After the node A reaches the threshold voltage Vth, the transistor M4 is turned off by the fourth gate control means VC4. After that, only the transistor M2 becomes the load of the third transistor M5.

第3トランジスタM5は、nチャネルMOS型である。第3トランジスタM5のゲートは、先にも述べたように、第1トランジスタM6のドレインと共に第5ゲート制御手段VC5に接続されている。センスアンプSA1のオン/オフは、第5ゲート制御手段VC5により制御される。第3トランジスタM5のソースは、第1トランジスタM6のゲートに接続されるとともに、ノードA(すなわち第1導電路)に結合されている。こうした第3トランジスタM5と第1トランジスタM6との回路接続は、良く知られた負帰還を成している。これにより、センスアンプSA1の増幅度を所定の大きさに設定すると共に、第1導電路の電位の安定化を図っている。 The third transistor M5 is an n-channel MOS type. As described above, the gate of the third transistor M5 is connected to the fifth gate control means VC5 together with the drain of the first transistor M6. The on / off of the sense amplifier SA1 is controlled by the fifth gate control means VC5. The source of the third transistor M5 is connected to the gate of the first transistor M6 and is coupled to the node A (that is, the first conductive path). Such a circuit connection between the third transistor M5 and the first transistor M6 forms a well-known negative feedback. As a result, the amplification degree of the sense amplifier SA1 is set to a predetermined magnitude, and the potential of the first conductive path is stabilized.

トランジスタM2,第3トランジスタM5は、センスアンプSA1の第2の増幅手段の役割を担い、上記第1の増幅手段に直列に接続されている。トランジスタM2, 第3トランジスタM5の共通接続点、すなわち、これらのトランジスタのドレインは、インバータINV1の入力端に接続されている。センスアンプSA1の出力OUTは、インバータINV1を介して取り出されている。インバータINV1は、例えばCMOSインバータからなる第3の増幅手段も兼ねている。 The transistors M2 and the third transistor M5 play the role of the second amplification means of the sense amplifier SA1 and are connected in series with the first amplification means. The common connection points of the transistors M2 and the third transistor M5, that is, the drains of these transistors are connected to the input end of the inverter INV1. The output OUT of the sense amplifier SA1 is taken out via the inverter INV1. The inverter INV1 also serves as a third amplification means including, for example, a CMOS inverter.

第2トランジスタM14は、センスアンプSA1の1つの特徴でもあり、不揮発性半導体記憶装置NVM1のテストモードにおいて、負のしきい値電圧の測定のために用意されている。第2トランジスタM14のドレインは、第1トランジスタM6のソースに接続されている。第2トランジスタM14のソースは、接地電位GNDに接続されている。第2トランジスタM14のゲートは、第3ゲート制御手段VC3に接続されている。不揮発性半導体記憶装置NVM1のノーマルモードにおいては、第1トランジスタM6のソースが常に第2トランジスタM14を介して接地電位GNDに結合されることになる。これにより、ノーマルモードでは、メモリセルMC1へのデータの書込み、読込み、及び消去が実行され、センスアンプSA1ではそれらのデータ信号の増幅作用が実行される。一方、テストモードでは第2トランジスタM14が常時オフに設定されている。 The second transistor M14 is also one of the features of the sense amplifier SA1 and is prepared for measuring a negative threshold voltage in the test mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1. The drain of the second transistor M14 is connected to the source of the first transistor M6. The source of the second transistor M14 is connected to the ground potential GND. The gate of the second transistor M14 is connected to the third gate control means VC3. In the normal mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1, the source of the first transistor M6 is always coupled to the ground potential GND via the second transistor M14. As a result, in the normal mode, data is written, read, and erased in the memory cell MC1, and the sense amplifier SA1 amplifies the data signals. On the other hand, in the test mode, the second transistor M14 is always set to off.

メモリセルMC1は、カラム選択トランジスタM7、ビット選択トランジスタM8、メモリトランジスタM9、第2選択トランジスタM10、第3選択トランジスタM11を備えている。 The memory cell MC1 includes a column selection transistor M7, a bit selection transistor M8, a memory transistor M9, a second selection transistor M10, and a third selection transistor M11.

カラム選択トランジスタM7とビット選択トランジスタM8は、直列に接続されて複合トランジスタを成している。本明細書中では、こうした複合トランジスタを第1選択トランジスタと称している。 The column selection transistor M7 and the bit selection transistor M8 are connected in series to form a composite transistor. In the present specification, such a composite transistor is referred to as a first-choice transistor.

ビット選択トランジスタM8は、複数のメモリセルの中から1つのビットラインを選択する。ビット選択トランジスタM8のドレインは、カラム選択トランジスタM7のソースに接続されている。ビット選択トランジスタM8のソースは、メモリトランジスタM9のドレインに接続されている。ビット選択トランジスタM8のゲートは、ワードラインWLに接続されている。図1には、メモリセルMC1を1つ、すなわち1ビット分のみを示しているが、実際の不揮発性半導体記憶装置NVM1は、例えば128ビット、すなわち、128個のメモリセルを備えている。 The bit selection transistor M8 selects one bit line from a plurality of memory cells. The drain of the bit selection transistor M8 is connected to the source of the column selection transistor M7. The source of the bit selection transistor M8 is connected to the drain of the memory transistor M9. The gate of the bit selection transistor M8 is connected to the word line WL. Although FIG. 1 shows only one memory cell MC1, that is, one bit, the actual non-volatile semiconductor storage device NVM1 includes, for example, 128 bits, that is, 128 memory cells.

カラム選択トランジスタM7は、複数のビットラインをまとめて、すなわち、所定ビット(たとえば8ビット)のビットラインを一単位として選択する。カラム選択トランジスタM7のドレインは、ノードA(すなわち第1導電路)に接続されている。カラム選択トランジスタM7のソースは、ビット選択トランジスタM8のドレインに接続されている。カラム選択トランジスタM7のゲートは、カラム選択ゲートCG1に接続されている。 The column selection transistor M7 selects a plurality of bit lines together, that is, a bit line of a predetermined bit (for example, 8 bits) as one unit. The drain of the column selection transistor M7 is connected to the node A (that is, the first conductive path). The source of the column selection transistor M7 is connected to the drain of the bit selection transistor M8. The gate of the column selection transistor M7 is connected to the column selection gate CG1.

なお、ビット選択トランジスタM8は、この種の不揮発性半導体記憶装置では必須であるが、カラム選択トランジスタM7は必ずしも必須ではない。従って、カラム選択トランジスタM7を用意するか否かは選択的事項の1つとなる。 The bit selection transistor M8 is indispensable in this type of non-volatile semiconductor storage device, but the column selection transistor M7 is not always indispensable. Therefore, whether or not to prepare the column selection transistor M7 is one of the selective items.

パッドPAD1は、メモリトランジスタM9のしきい値電圧を測定する時に、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9に所定の電位、すなわち、第1供給電位Vpad1を印加するために用意されている。第1供給電位Vpad1は可変電位に設定されている。メモリトランジスタM9は、不揮発性のメモリトランジスタであり、EEPROMの主体となる記憶素子である。 The pad PAD1 is prepared to apply a predetermined potential, that is, a first supply potential Vpad1, to the control gate CG9 of the memory transistor M9 when measuring the threshold voltage of the memory transistor M9. The first supply potential Vpad1 is set to a variable potential. The memory transistor M9 is a non-volatile memory transistor and is a storage element that is the main body of the EEPROM.

第2選択トランジスタM10は、メモリトランジスタM9のソースを接地電位GNDに結合させるためのいわゆる、接地選択トランジスタとしての役割を担っている。第2選択トランジスタM10のドレインは、メモリトランジスタM9のソースに接続されている。第2選択トランジスタM10のソースは、接地電位GNDに接続されている。第2選択トランジスタM10のゲートは、第1ゲート制御手段VC1に接続されている。 The second selection transistor M10 plays a role as a so-called ground selection transistor for coupling the source of the memory transistor M9 to the ground potential GND. The drain of the second selection transistor M10 is connected to the source of the memory transistor M9. The source of the second selection transistor M10 is connected to the ground potential GND. The gate of the second selection transistor M10 is connected to the first gate control means VC1.

第2選択トランジスタM10がオン状態に置かれると、メモリセルMC1のビットラインBLと接地電位GNDとの間に第1選択トランジスタ(カラム選択トランジスタM7、ビット選択トランジスタM8)、メモリトランジスタM9、及び、第2選択トランジスタM10からなる直列の導電路が形成される。第2選択トランジスタM10がオフ状態に置かれると、直列の導電路の形成は遮断される。 When the second selection transistor M10 is placed in the ON state, the first selection transistor (column selection transistor M7, bit selection transistor M8), the memory transistor M9, and the memory transistor M9 are placed between the bit line BL of the memory cell MC1 and the ground potential GND. A series conductive path composed of the second selection transistor M10 is formed. When the second selection transistor M10 is placed in the off state, the formation of the conductive path in series is cut off.

第3選択トランジスタM11は、nチャネル型のMOSトランジスタであり、ドレインがパッドPAD1に接続されており、ソースSがメモリトランジスタM9の制御ゲートCG9に接続されており、ゲートがノードD、すなわち、ワードラインWLに接続されている。第3選択トランジスタM11は、一般的にバイト選択トランジスタと称される。バイト選択トランジスタは、1ビットのメモリセル8ビット分を一括して選択することができるので、例えば、1バイト単位でデータを消去する時に利用される。 The third selection transistor M11 is an n-channel type MOS transistor, the drain is connected to the pad PAD1, the source S is connected to the control gate CG9 of the memory transistor M9, and the gate is the node D, that is, the word. It is connected to the line WL. The third selection transistor M11 is generally referred to as a byte selection transistor. Since the byte selection transistor can collectively select 8 bits of a 1-bit memory cell, it is used, for example, when erasing data in 1-byte units.

パッドPAD1には、不揮発性半導体記憶装置NVM1がノーマルモードに置かれた場合に、メモリトランジスタM9に対してデータの書込み、読出し、及び消去を実行するに適切な電圧が図示しない回路から印加される。 When the non-volatile semiconductor storage device NVM1 is placed in the normal mode, a voltage suitable for writing, reading, and erasing data to the memory transistor M9 is applied to the pad PAD1 from a circuit (not shown). ..

一方、不揮発性半導体記憶装置NVM1のテストモードにおいて、メモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2を測定する際には、パッドPAD1に対して、例えば2V〜0Vの範囲で、例えば0.1Vステップの電位が印加される。詳細は後述する。 On the other hand, when measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9 in the test mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1, the pad PAD1 is stepped, for example, in the range of 2V to 0V, for example, 0.1V. Potential is applied. Details will be described later.

第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、及びパッドPAD2は、不揮発性半導体記憶装置NVM1のメモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2を測定するために用意されている。不揮発性半導体記憶装置NVM1のテストモード、すなわち、メモリトランジスタM9のしきい値電圧を測定する時に、第4選択トランジスタM12は、メモリトランジスタM9のソース、すなわち、ノードCを所定の電位に維持するために用意されている。また、第5選択トランジスタM13は、不揮発性半導体記憶装置NVM1のテストモードにおいて、センスアンプSA1のダイナミックレンジに不具合を与えない範囲で、第1導電路すなわちノードAの電位を高めるために用意されている。 The fourth selection transistor M12, the fifth selection transistor M13, and the pad PAD2 are prepared for measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9 of the non-volatile semiconductor storage device NVM1. In the test mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1, that is, when measuring the threshold voltage of the memory transistor M9, the fourth selection transistor M12 maintains the source of the memory transistor M9, that is, the node C at a predetermined potential. It is prepared in. Further, the fifth selection transistor M13 is prepared to increase the potential of the first conductive path, that is, the node A in the test mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1 within a range that does not affect the dynamic range of the sense amplifier SA1. There is.

第5選択トランジスタM13がテストモード時にオン状態に置かれると、ノードAの電位は(Vpad2+Vth)となる。ここでVthは第1トランジスタM6のしきい値電圧であり、第2供給電位Vpad2はパッドPAD2に印加されている。なお、ノーマルモードでのノードAの電位は、第2トランジスタM14がオン状態に置かれているので、第1トランジスタM6のしきい値電圧Vthとほぼ同じ値となる。従って、テストモードにおけるノードAの電位は、ノーマルモードに比べて第2供給電位Vpad2だけ上昇される。こうして上昇された電位は、第1選択トランジスタ(カラム選択トランジスタM7とビット選択トランジスタM8)を介してメモリトランジスタM9のドレインに印加される。これによって、メモリトランジスタM9のドレイン・ソース間には負のしきい値電圧Vth2の測定を正常に行うに十分な電位が与えられる。 When the fifth selection transistor M13 is placed in the ON state in the test mode, the potential of the node A becomes (Vpad2 + Vth). Here, Vth is the threshold voltage of the first transistor M6, and the second supply potential Vpad2 is applied to the pad PAD2. Since the second transistor M14 is placed in the ON state, the potential of the node A in the normal mode is substantially the same as the threshold voltage Vth of the first transistor M6. Therefore, the potential of the node A in the test mode is increased by the second supply potential Vpad2 as compared with the normal mode. The potential thus increased is applied to the drain of the memory transistor M9 via the first selection transistor (column selection transistor M7 and bit selection transistor M8). As a result, a potential sufficient to normally measure the negative threshold voltage Vth2 is provided between the drain and the source of the memory transistor M9.

第4選択トランジスタM12及び第5選択トランジスタM13は、共にnチャネル型MOSトランジスタで構成されている。このように、第4選択トランジスタM12は、第3選択トランジスタM11と同導電型に選ばれ、かつ、両トランジスタM11及びM12のチャネル長、チャネル幅などの物理的なサイズも同じになるように選ばれている。これにより、両トランジスタM11及びM12のゲート・ソース間のしきい値電圧は、ほぼ等しくなり、オン抵抗もほぼ等しくなるので、両トランジスタM11及びM12に同じゲート電圧を与えた時には、それぞれのドレイン・ソース間に生じる電圧降下分が等しくなる。 Both the fourth selection transistor M12 and the fifth selection transistor M13 are composed of an n-channel type MOS transistor. In this way, the fourth selection transistor M12 is selected so as to be of the same conductive type as the third selection transistor M11, and the physical sizes such as the channel length and channel width of both transistors M11 and M12 are also selected. It has been. As a result, the threshold voltage between the gate and source of both transistors M11 and M12 becomes almost equal, and the on-resistance becomes almost equal. Therefore, when the same gate voltage is applied to both transistors M11 and M12, the respective drain voltages are used. The voltage drops that occur between the sources are equal.

第3選択トランジスタM11と第4選択トランジスタM12のゲート・ソース間での電圧降下分(しきい値)を等しく設定することは、負のしきい値電圧Vth2の測定に際して極めて重要なことである。なぜならば、メモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2を測定するとき、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9には、パッドPAD1から第3選択トランジスタM11のドレイン・ソースの導電路を介して第1供給電位Vpad1が印加されるとともに、メモリトランジスタM9のソースには、パッドPAD2から第4選択トランジスタM12のドレイン・ソースの導電路を介して第2供給電位Vpad2がそれぞれ印加されるからであり、2つのゲート・ソースの導電路での電圧降下分(しきい値)が等しければ、第1供給電位Vpad1と第2供給電位Vpad2との差分をもって負のしきい値電圧Vth2とみなせるからである。 It is extremely important to set the voltage drop (threshold value) between the gate and source of the third selection transistor M11 and the fourth selection transistor M12 to be equal in the measurement of the negative threshold voltage Vth2. This is because, when measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9, the control gate CG9 of the memory transistor M9 is first supplied from the pad PAD1 via the conductive path of the drain source of the third selection transistor M11. This is because the potential Vpad1 is applied and the second supply potential Vpad2 is applied to the source of the memory transistor M9 from the pad PAD2 via the conductive path of the drain source of the fourth selection transistor M12, respectively. This is because if the voltage drops (threshold values) in the conduction path of the gate and source are equal, the difference between the first supply potential Vpad1 and the second supply potential Vpad2 can be regarded as the negative threshold voltage Vth2.

パッドPAD2に例えば2Vの第2供給電位Vpad2を印加すると、第4選択トランジスタM12と第5選択トランジスタM13それぞれのドレインには2Vが供給される。この時、両トランジスタM12及びM13のゲートに接続された第2ゲート制御手段VC2に高電位を印加すると、両トランジスタM12及びM13は共にオン状態となる。 When, for example, a 2V second supply potential Vpad2 is applied to the pad PAD2, 2V is supplied to the drains of the fourth selection transistor M12 and the fifth selection transistor M13. At this time, when a high potential is applied to the second gate control means VC2 connected to the gates of both transistors M12 and M13, both transistors M12 and M13 are turned on.

パッドPAD2と第4選択トランジスタM12及び第5選択トランジスタM13それぞれのドレインとが共通に接続されている。第4選択トランジスタM12のソースとメモリトランジスタM9のソース(ノードC)と第2選択トランジスタM10のドレインとが共通に接続されている。第2選択トランジスタM10のソースは、接地電位GNDに接続されている。第5選択トランジスタM13のソースと第1トランジスタM6のソースと第2トランジスタM14のドレインとが共通に接続されている。 The pad PAD2 and the drains of the fourth selection transistor M12 and the fifth selection transistor M13 are commonly connected. The source of the fourth selection transistor M12, the source of the memory transistor M9 (node C), and the drain of the second selection transistor M10 are commonly connected. The source of the second selection transistor M10 is connected to the ground potential GND. The source of the fifth selection transistor M13, the source of the first transistor M6, and the drain of the second transistor M14 are commonly connected.

パッドPAD2は、不揮発性半導体記憶装置NVM1のテストモードでは、メモリトランジスタM9のソース電位を決定するとともに、メモリセルMC1のドレイン電圧、すなわちノードA(第1導電路)、延いては、センスアンプSA1のバイアス電圧をも同時に決定する基準電圧となる。 In the test mode of the non-volatile semiconductor storage device NVM1, the pad PAD2 determines the source potential of the memory transistor M9, and also determines the drain voltage of the memory cell MC1, that is, the node A (first conductive path), and thus the sense amplifier SA1. It is also the reference voltage that determines the bias voltage of.

微細化されたnチャネルMOSトランジスタのドレインに電圧を印加すると、ドレイン近傍に高電界領域が形成される。この領域にキャリアが流れ込むとキャリアは電界により高いエネルギーを得てホットキャリアとなる。そのうち、あるものはフォノン散乱し、あるものはインパクトイオン化によりエネルギーが失われる。しかし、ホットキャリアの中でシリコン−酸化シリコンの電位障壁を越えられるだけのエネルギーを持ったものが、ゲート酸化膜に注入され、MOSトランジスタのしきい値電圧や相互コンダクタンスの変動を引き起こす原因となる。 When a voltage is applied to the drain of a miniaturized n-channel MOS transistor, a high electric field region is formed in the vicinity of the drain. When carriers flow into this region, the carriers obtain high energy due to the electric field and become hot carriers. Some of them scatter phonons, and some lose energy due to impact ionization. However, hot carriers with enough energy to overcome the silicon-silicon oxide potential barrier are injected into the gate oxide film, causing fluctuations in the threshold voltage and transconductance of MOS transistors. ..

メモリセルに対して書換え、すなわちデータの書込みと消去とを繰り返していくと上記現象が徐々に進行し、メモリセルのしきい値電圧が徐々に変動していくことが知られている。また、メモリセルを半導体基板に作製する場合、製造プロセスのばらつきが原因でゲート酸化膜圧などにばらつきが生じ、メモリセルのしきい値にもある程度のばらつきを生じてしまうことが知られている。 It is known that when rewriting to a memory cell, that is, writing and erasing data is repeated, the above phenomenon gradually progresses, and the threshold voltage of the memory cell gradually fluctuates. Further, it is known that when a memory cell is manufactured on a semiconductor substrate, the gate oxide film pressure and the like vary due to variations in the manufacturing process, and the threshold value of the memory cell also varies to some extent. ..

図2は、メモリセルの書換え回数によるメモリセルのしきい値電圧の変化を模式的に表した図である。横軸(対数軸)はメモリセルの書換え回数Nwを示しており、縦軸はメモリセルの正のしきい値電圧Vth1及び負のしきい値電圧Vth2の変化を示している。 FIG. 2 is a diagram schematically showing a change in the threshold voltage of the memory cell depending on the number of times the memory cell is rewritten. The horizontal axis (logarithmic axis) indicates the number of times the memory cell is rewritten Nw, and the vertical axis indicates the change in the positive threshold voltage Vth1 and the negative threshold voltage Vth2 of the memory cell.

通常、メモリセルにデータ“1”が書込まれた時のしきい値電圧と、メモリセルにデータ“0”が書込まれている時のしきい値電圧には違いが生じる。データ“0”が書込まれた時のしきい値電圧は、通常0V以下となるので、一般的に「負のしきい値電圧」とも称される。また、データ“1”が書込まれた時のしきい値電圧は、通常0Vを超えるので、一般的に「正のしきい値電圧」と称される。 Normally, there is a difference between the threshold voltage when the data "1" is written in the memory cell and the threshold voltage when the data "0" is written in the memory cell. Since the threshold voltage when the data "0" is written is usually 0 V or less, it is also generally referred to as "negative threshold voltage". Further, since the threshold voltage when the data "1" is written usually exceeds 0V, it is generally called "positive threshold voltage".

図2において、正のしきい値電圧Vth1は、メモリセルMC1を構成するメモリトランジスタM9にデータ“1”が書込まれた時のしきい値電圧を示している。一方、負のしきい値電圧Vth2は、メモリトランジスタM9にデータ“0”が書き込まれた時のしきい値電圧を示している。 In FIG. 2, the positive threshold voltage Vth1 indicates the threshold voltage when the data “1” is written to the memory transistor M9 constituting the memory cell MC1. On the other hand, the negative threshold voltage Vth2 indicates the threshold voltage when the data “0” is written to the memory transistor M9.

正のしきい値電圧Vth1は、書換え回数Nwの増加に従って、徐々に低下していくことが知られている。ここで、書換え回数Nwとは、メモリセルMC1へのデータの書込み(ライト)及び消去を合わせた回数である。正のしきい値電圧Vth1の最小値Vth1(min)及び最大値Vth1(max)も当然のことながら書換え回数Nwの増加と共に低下していく。しかし、しきい値電圧Vth1の分布Dth1は、書込み回数Nwが増加してもほぼ初期の分布と同じであることが知られている。したがって、正のしきい値電圧Vth1の最小値Vth1(min)及び最大値Vth1(max)も図2に示すように書換え回数Nwの増加と共に同じ分布幅をもって低下していくことになる。当然のことではあるが、分布Dth1の中央値Vth1(cen)や平均値Vth1(ave)でみても同じことになる。 It is known that the positive threshold voltage Vth1 gradually decreases as the number of rewrites Nw increases. Here, the number of rewrites Nw is the total number of times data is written (written) and erased in the memory cell MC1. The minimum value Vth1 (min) and the maximum value Vth1 (max) of the positive threshold voltage Vth1 also naturally decrease as the number of rewrites Nw increases. However, it is known that the distribution Dth1 of the threshold voltage Vth1 is almost the same as the initial distribution even if the number of writes Nw increases. Therefore, as shown in FIG. 2, the minimum value Vth1 (min) and the maximum value Vth1 (max) of the positive threshold voltage Vth1 also decrease with the same distribution width as the number of rewrites Nw increases. As a matter of course, the same thing can be seen from the median value Vth1 (cent) and the average value Vth1 (ave) of the distribution Dth1.

一方、負のしきい値電圧Vth2は、書換え回数Nwの増加に伴い、徐々に上昇していくことが知られている。負のしきい値電圧Vth2の最大値Vth2(max)及び最小値Vth2(min)も当然のことながら書換え回数Nwの増加と共に上昇していく。しかし、しきい値電圧Vth2の分布Dth2は、書換え回数Nwが増加してもほぼ初期の分布と同じであることが知られている。したがって、負のしきい値電圧Vth2の最大値Vth2(max)及び最小値Vth2(min)も図2に示すように書換え回数Nwの増加と共に同じ分布幅をもって上昇していくことになる。当然のことであるが、分布Dth2の中央値Vth2(cen)や平均値Vth2(ave)でみても同じことになる。 On the other hand, it is known that the negative threshold voltage Vth2 gradually increases as the number of rewrites Nw increases. As a matter of course, the maximum value Vth2 (max) and the minimum value Vth2 (min) of the negative threshold voltage Vth2 also increase as the number of rewrites Nw increases. However, it is known that the distribution Dth2 of the threshold voltage Vth2 is almost the same as the initial distribution even if the number of rewrites Nw increases. Therefore, as shown in FIG. 2, the maximum value Vth2 (max) and the minimum value Vth2 (min) of the negative threshold voltage Vth2 also increase with the same distribution width as the number of rewrites Nw increases. As a matter of course, the same thing can be seen from the median value Vth2 (cent) and the average value Vth2 (ave) of the distribution Dth2.

図2に示した読出し電圧Vwは、不揮発性半導体記憶装置NVM1のメモリセルMC1に蓄積されたデータを読み出す時の電圧を示している。読出し電圧Vwは、データ“0”及びデータ“1”の2つのデータを読み出すことになるので、正のしきい値電圧Vth1の分布Dth1と負のしきい値電圧Vth2の分布Dth2に基づき、両者の分布のほぼ中間の値に設定されることになる。読出し電圧Vwが、正のしきい値電圧の分布Dth1または負のしきい値電圧の分布Dth2のいずれかに一方に偏って設定されるとなると、書換え最大回数Nw(max)が低下し、不揮発性半導体記憶装置NVM1の寿命は短くなってしまう。 The read voltage Vw shown in FIG. 2 indicates a voltage at which the data stored in the memory cell MC1 of the non-volatile semiconductor storage device NVM1 is read. Since the read voltage Vw reads two data of data "0" and data "1", both are based on the distribution Dth1 of the positive threshold voltage Vth1 and the distribution Dth2 of the negative threshold voltage Vth2. It will be set to a value almost in the middle of the distribution of. When the read voltage Vw is biased to either the positive threshold voltage distribution Dth1 or the negative threshold voltage distribution Dth2, the maximum number of rewrites Nw (max) decreases and is non-volatile. The life of the sex semiconductor storage device NVM1 is shortened.

読出し電圧Vwの設定にあたっては、正のしきい値電圧の分布Dth1に基づいて、正のしきい値電圧の最小値Vth1(min)を求めるとともに、負のしきい値電圧の分布Dth2に基づいて、負のしきい値電圧の最大値Vth2(max)を求めておき、それぞれの値から、読出し電圧Vwを、Vw=(Vth1(min)+Vth2(max))/2として設定するとよい。 In setting the read voltage Vw, the minimum value Vth1 (min) of the positive threshold voltage is obtained based on the distribution Dth1 of the positive threshold voltage, and based on the distribution Dth2 of the negative threshold voltage. , The maximum value Vth2 (max) of the negative threshold voltage may be obtained, and the read voltage Vw may be set as Vw = (Vth1 (min) + Vth2 (max)) / 2 from each value.

また、別の設定方法としては、正のしきい値電圧の分布Dth1に基づいて、正のしきい値電圧の平均値Vth1(ave)を求めるとともに、負のしきい値電圧の分布Dth2に基づいて、負のしきい値電圧の平均値Vth2(ave)を求めておき、それぞれの値から、読出し電圧Vwを、Vw=(Vth1(ave)+Vth2(ave))/2として設定することも可能である。 As another setting method, the average value Vth1 (ave) of the positive threshold voltage is obtained based on the distribution Dth1 of the positive threshold voltage, and the distribution Dth2 of the negative threshold voltage is used as the basis. It is also possible to obtain the average value Vth2 (ave) of the negative threshold voltage and set the read voltage Vw from each value as Vw = (Vth1 (ave) + Vth2 (ave)) / 2. Is.

また、さらに別の設定方法としては、正のしきい値電圧の分布Dth1に基づいて、正のしきい値電圧の中央値Vth1(cen)を求めるとともに、負のしきい値電圧の分布Dth2に基づいて、負のしきい値電圧の中央値Vth2(cen)を求めておき、それぞれの値から、読出し電圧Vwを、Vw=(Vth1(cen)+Vth2(cen))/2として設定することも可能である。 As yet another setting method, the median value Vth1 (cent) of the positive threshold voltage is obtained based on the distribution Dth1 of the positive threshold voltage, and the distribution Dth2 of the negative threshold voltage is set. Based on this, the median value Vth2 (ce n) of the negative threshold voltage can be obtained, and the read voltage Vw can be set as Vw = (Vth1 (cen) + Vth2 (cen)) / 2 from each value. It is possible.

なお、読出し電圧Vwの設定手法は、上記3つの方法に限定されない。例えば、上記3つの組み合わせであっても良い。例えば、正のしきい値電圧の最小値Vth1(min)と負のしきい値電圧の平均値Vth2(ave)を参考にして設定することもできる。いずれにしても、正負それぞれのしきい値電圧の分布状態Dth1及びDth2に鑑みて、読出し電圧Vwが設定されることになる。 The method for setting the read voltage Vw is not limited to the above three methods. For example, it may be a combination of the above three. For example, it can be set with reference to the minimum value Vth1 (min) of the positive threshold voltage and the average value Vth2 (ave) of the negative threshold voltage. In any case, the read voltage Vw is set in consideration of the distribution states Dth1 and Dth2 of the positive and negative threshold voltages, respectively.

図3は、メモリセルMC1の負のしきい値電圧Vth2の測定時における主なノードのタイミングチャートである。以下、図1を参照しながら図3について説明する。 FIG. 3 is a timing chart of the main nodes at the time of measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory cell MC1. Hereinafter, FIG. 3 will be described with reference to FIG.

図3の(a)段は、パッドPAD1に印加される第1供給電位Vpad1の時間的な遷移を示す。第1供給電位Vpad1は、メモリセルMC1の負のしきい値電圧Vth2を測定するための測定入力電位の役割を担う。第1供給電位Vpad1は、時刻t0から時刻t4までの区間、たとえば2Vに維持されている。その後、時刻t4では1.9Vに、時刻t5では1.8Vという具合に、0.1Vステップで徐々に低くなるように調整されている。時刻t6から時刻t7までの区間は、説明及び作図の便宜上割愛している。時刻t7に至ると、第1電位供給電位Vpad1は0.3Vに、時刻t8では0.2Vに、時刻t9では0.1Vに、時刻t10では0Vになるようにそれぞれ調整される。 The stage (a) of FIG. 3 shows the temporal transition of the first supply potential Vpad1 applied to the pad PAD1. The first supply potential Vpad1 plays the role of a measurement input potential for measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory cell MC1. The first supply potential Vpad1 is maintained in a period from time t0 to time t4, for example, 2V. After that, the voltage is adjusted to 1.9 V at time t4 and 1.8 V at time t5 so as to gradually decrease in 0.1 V steps. The section from time t6 to time t7 is omitted for convenience of explanation and drawing. When the time t7 is reached, the first potential supply potential Vpad1 is adjusted to 0.3V, 0.2V at the time t8, 0.1V at the time t9, and 0V at the time t10.

図3の(b)段は、パッドPAD2に印加される第2供給電位Vpad2の時間的な遷移を示す。第2供給電位Vpad2は、メモリセルMC1の負のしきい値電圧Vth2を測定するための基準電位としての役割を担う。第2供給電位Vpad2は、時刻t1に達すると、負のしきい値電圧Vth2の測定が完了する時刻t10までの区間において、例えば2Vの固定電位に維持される。 The stage (b) of FIG. 3 shows the temporal transition of the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2. The second supply potential Vpad2 serves as a reference potential for measuring the negative threshold voltage Vth2 of the memory cell MC1. When the time t1 is reached, the second supply potential Vpad2 is maintained at a fixed potential of, for example, 2 V in the section up to the time t10 when the measurement of the negative threshold voltage Vth2 is completed.

図3の(c)段は、ノードAの電位を示す。ノードAに生じる電位の大きさとタイミングは、パッドPAD2に印加される第2供給電位Vpad2に追随する。したがって、第2供給電位Vpad2が立ち上がる時刻t1から間もない時刻t2に達すると、ノードAの電位は(Vpad2+Vth)に固定される。ここで、Vthは第1トランジスタM6のゲート・ソース間のしきい値電圧である。 Stage (c) of FIG. 3 shows the potential of node A. The magnitude and timing of the potential generated at the node A follows the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2. Therefore, when the second supply potential Vpad2 reaches the time t2 shortly after the rising time t1, the potential of the node A is fixed at (Vpad2 + Vth). Here, Vth is the threshold voltage between the gate and source of the first transistor M6.

図3の(d)段は、ノードB(=メモリトランジスタM9のゲート)の電位を示す。ノードBに生じる電位の大きさとタイミングは、パッドPAD1に印加される第1供給電位Vpad1とワードラインWL(=ノードD)に印加される電位の大きさと立ち上がりタイミングに追随する。従って、時刻t3で2Vとなり、時刻t4では1.9Vとなり、時刻t5では1.8Vとなる。以降の時刻においても、パッドPAD1に印加される電位に追随し、その大きさも第1供給電位Vpad1と同じになる。 The stage (d) of FIG. 3 shows the potential of the node B (= the gate of the memory transistor M9). The magnitude and timing of the potential generated in the node B follow the magnitude and timing of the potential applied to the first supply potential Vpad1 applied to the pad PAD1 and the wordline WL (= node D). Therefore, it becomes 2V at time t3, 1.9V at time t4, and 1.8V at time t5. Even at the subsequent time, the potential follows the potential applied to the pad PAD1, and its magnitude becomes the same as that of the first supply potential Vpad1.

図3の(e)段は、ノードCの電位を示す。ノードCに生じる電位の大きさとタイミングは、パッドPAD2に印加される第2供給電位Vpad2の大きさと立ち上がりタイミングに追随する。したがって、時刻t2に達すると、ノードCの電位は2Vとなり、以降の区間においてもこの電位が維持される。 The stage (e) in FIG. 3 shows the potential of the node C. The magnitude and timing of the potential generated in the node C follow the magnitude and rising timing of the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2. Therefore, when the time t2 is reached, the potential of the node C becomes 2V, and this potential is maintained in the subsequent sections.

図3の(f)段は、ノードDの高電位VPPを示す。ノードDすなわちワードラインWLに印加される電位は、第3選択トランジスタM11を十分にオンさせるに足りる電位に設定されている。ノードDの高電位VPPは、例えば15V〜17Vである。 Stage (f) of FIG. 3 shows the high potential VPP of node D. The potential applied to the node D, that is, the word line WL is set to a potential sufficient to sufficiently turn on the third selection transistor M11. The high potential VPP of node D is, for example, 15V to 17V.

図3の(g)段は、図3の(d)段に示したノードBの電位によって、メモリトランジスタM9がオフ状態からオン状態に、または、オン状態からオフ状態に遷移したという前提での負のしきい値電圧Vth2を示している。すなわち、時刻t3〜t4の区間では、ノードBの電位が2Vである時に、メモリトランジスタM9が例えばオフ状態からオン状態に遷移した場合の負のしきい値電圧Vth2は、0Vであることを示している。これと同様に、時刻t4〜t5、時刻t5〜t6、時刻t7〜t8、時刻t8〜t9、及び、時刻t9〜t10において、メモリトランジスタM9がオフ状態からオン状態に遷移した場合の負のしきい値電圧Vth2は、それぞれ、−0.1V、−0.2V、−1.7V、−1.8V、及び、−1.9Vであるとして測定される。なお、ノードBの電位が立ち上がるまでの時刻t0〜t3では負のしきい値電圧Vth2を測定できないので不定となる。 The stage (g) of FIG. 3 is based on the premise that the memory transistor M9 has transitioned from the off state to the on state or from the on state to the off state depending on the potential of the node B shown in the stage (d) of FIG. It shows a negative threshold voltage Vth2. That is, in the section from time t3 to t4, when the potential of the node B is 2V, the negative threshold voltage Vth2 when the memory transistor M9 transitions from the off state to the on state is 0V. ing. Similarly, at time t4 to t5, time t5 to t6, time t7 to t8, time t8 to t9, and time t9 to t10, the negative value when the memory transistor M9 transitions from the off state to the on state. The threshold voltage Vth2 is measured as −0.1V, −0.2V, -1.7V, -1.8V, and -1.9V, respectively. Since the negative threshold voltage Vth2 cannot be measured at times t0 to t3 until the potential of the node B rises, it is undefined.

一方、メモリセルMC1のメモリトランジスタM9の正のしきい値電圧Vth1を測定する時には、第1選択トランジスタ(カラム選択トランジスタM7、ビット選択トランジスタM8)、第2選択トランジスタM10、第3選択トランジスタM11をオン状態とする。また、第4選択トランジスタ12及び第5選択トランジスタM13は、オフ状態にそれぞれ設定される。すなわち、パッドPAD2への電位供給を遮断し、パッドPAD1に第1供給電位Vpad1を可変しながら印加し、メモリトランジスタM9のオン/オフ状態の遷移をセンスアンプSA1で検出して測定する。 On the other hand, when measuring the positive threshold voltage Vth1 of the memory transistor M9 of the memory cell MC1, the first selection transistor (column selection transistor M7, bit selection transistor M8), the second selection transistor M10, and the third selection transistor M11 are used. Turn on. Further, the 4th selection transistor 12 and the 5th selection transistor M13 are set to the off state, respectively. That is, the potential supply to the pad PAD2 is cut off, the first supply potential Vpad1 is variablely applied to the pad PAD1, and the transition of the on / off state of the memory transistor M9 is detected and measured by the sense amplifier SA1.

図4は、図3に示したパッドPAD1に印加する、いわゆる測定入力電位としての第1供給電位Vpad1を時間軸ではなく測定回数で示したものである。図3においては、横軸を時間軸とし、例えば、図3の(d)段には、時刻t3でノードBの電位が2Vに遷移し、時刻t4を境界に、ノードBの電位が2.0Vから1.9Vにすばやく遷移する状態を示した。しかし、実際の測定では、2.0Vの第1供給電位Vpad1VをメモリトランジスタM9に印加した後、一旦負のしきい値電圧Vth2を測定し、測定が終わった後に第1供給電位Vpad1を1.9Vに可変している。こうした測定は、電位2.0Vでの測定を1回目、電位1.9Vでの測定を2回目、1.8Vでの測定を3回目として、以降、第1供給電位Vpad1を0.3V、0.2V、0.1V、及び、0Vでのそれぞれの測定を18回目、19回目、20回目、及び、21回目とみることができる。図4は、こうした視点で第1供給電位Vpad1の可変状態を示したものである。 FIG. 4 shows the first supply potential Vpad1 as a so-called measurement input potential applied to the pad PAD1 shown in FIG. 3 not on the time axis but on the number of measurements. In FIG. 3, the horizontal axis is the time axis. For example, in the stage (d) of FIG. 3, the potential of the node B transitions to 2V at time t3, and the potential of node B is 2. It showed a state of rapid transition from 0V to 1.9V. However, in the actual measurement, after applying the first supply potential Vpad1V of 2.0 V to the memory transistor M9, the negative threshold voltage Vth2 is once measured, and after the measurement is completed, the first supply potential Vpad1 is set to 1. It is variable to 9V. These measurements are performed with the first measurement at a potential of 2.0 V, the second measurement at a potential of 1.9 V, the third measurement at a potential of 1.8 V, and thereafter, the first supply potential Vpad1 is 0.3 V, 0. The measurements at .2V, 0.1V, and 0V can be seen as the 18th, 19th, 20th, and 21st measurements, respectively. FIG. 4 shows the variable state of the first supply potential Vpad1 from such a viewpoint.

図4に示したものは、負のしきい値電圧Vth2を測定するにあたり、パッドPAD1に印加する電位を、2.0Vから0Vまで、0.1Vステップで変化させる状態を示している。したがって、測定回数は1から21までの21回となる。21回の測定は、1つのチップに対して行う最大の回数となる。測定回数が1回目、すなわち、最初の測定では、第1供給電位Vpad1は、2.0Vに設定される。この時にメモリトランジスタM9がオン/オフ状態の遷移をセンスアンプSA1側で測定する。仮に電位2.0VでメモリトランジスタM9のオン/オフの遷移が測定された場合には、負のしきい値電圧Vth2は0Vとなる。もし電位2.0Vでの動作の反転が検出されなかった場合には、電位を1.9Vに下げて再びメモリトランジスタM9の動作の反転状態を確認し、この動作を継続していく。仮に18回目の測定、すなわち、第1供給電位Vpad1=0.3VでメモリトランジスタM9の動作の反転が確認された場合の負のしきい値電圧Vth2は、−1.7Vとなる。同様に、最終回である21回目にメモリトランジスタM9の動作の反転状態が検出された場合の負のしきい値電圧Vth2は、−2.0Vとなる。上述のように、負のしきい値電圧Vth2を測定する回数は、最小で1回、最大で21回となる。 What is shown in FIG. 4 shows a state in which the potential applied to the pad PAD1 is changed from 2.0 V to 0 V in 0.1 V steps when measuring the negative threshold voltage Vth2. Therefore, the number of measurements is 21 from 1 to 21. The 21 measurements are the maximum number of measurements for one chip. In the first measurement, that is, in the first measurement, the first supply potential Vpad1 is set to 2.0 V. At this time, the transition of the memory transistor M9 in the on / off state is measured on the sense amplifier SA1 side. If the on / off transition of the memory transistor M9 is measured at a potential of 2.0 V, the negative threshold voltage Vth2 becomes 0 V. If the reversal of the operation at the potential of 2.0 V is not detected, the potential is lowered to 1.9 V, the reversal state of the operation of the memory transistor M9 is confirmed again, and this operation is continued. If the 18th measurement, that is, when the inversion of the operation of the memory transistor M9 is confirmed at the first supply potential Vpad1 = 0.3V, the negative threshold voltage Vth2 becomes -1.7V. Similarly, the negative threshold voltage Vth2 when the inverted state of the operation of the memory transistor M9 is detected in the 21st inning, which is the final inning, becomes −2.0V. As described above, the number of times the negative threshold voltage Vth2 is measured is at least once and at most 21 times.

なお、負のしきい値電圧Vth2の分布状態を精度よく知る為には、パッドPAD1に印加する第1供給電位Vpad1の範囲を広くすること、さらには、測定のステップ電位を小さくすることが考えられる。いずれにしても、こうした選択は、許容できる測定時間を考慮して決定されることになる。 In order to accurately know the distribution state of the negative threshold voltage Vth2, it is conceivable to widen the range of the first supply potential Vpad1 applied to the pad PAD1 and to reduce the measurement step potential. Be done. In any case, these choices will be determined with an acceptable measurement time in mind.

図5は、図1に示す不揮発性半導体記憶装置NVM1がテストモード及びノーマルモードで使用される時の主なノードの電位状態と主なトランジスタのオン/オフ状態を示す。 FIG. 5 shows the potential states of the main nodes and the on / off states of the main transistors when the non-volatile semiconductor storage device NVM1 shown in FIG. 1 is used in the test mode and the normal mode.

まず、テストモード、すなわち、メモリセルMC1を構成するメモリトランジスタM9のしきい値電圧を測定する動作状態では、正のしきい値電圧Vth1と負のしきい値電圧Vth2のいずれを測定するかにより、主なノードの電位や主なトランジスタのオン/オフ状態が異なってくる。 First, in the test mode, that is, in the operating state of measuring the threshold voltage of the memory transistor M9 constituting the memory cell MC1, it depends on whether the positive threshold voltage Vth1 or the negative threshold voltage Vth2 is measured. , The potential of the main node and the on / off state of the main transistor are different.

テストモードで正のしきい値電圧Vth1を測定する場合、パッドPAD1には、例えば、2V〜4Vの第1供給電位Vpad1が、例えば、2V,2.1V,2.2V,…,3.8V,3.9V,4.0Vという具合に0.1Vステップで印加される。このとき、パッドPAD2は使用対象外であり、例えばオープン状態に置かれている。 When measuring the positive threshold voltage Vth1 in the test mode, the pad PAD1 has, for example, a first supply potential Vpad1 of 2V to 4V, for example, 2V, 2.1V, 2.2V, ..., 3.8V. , 3.9V, 4.0V, etc. are applied in 0.1V steps. At this time, the pad PAD2 is not intended for use, and is placed in an open state, for example.

なお、このとき、ノードAの電位は、第1トランジスタM6のしきい値電圧Vthにほぼ等しい。正確には第2トランジスタM14のドレイン側の電圧が加算されるが、こうした電圧はしきい値電圧Vthに比べて無視できるとみなしている。 At this time, the potential of the node A is substantially equal to the threshold voltage Vth of the first transistor M6. To be precise, the voltage on the drain side of the second transistor M14 is added, but such a voltage is considered to be negligible as compared with the threshold voltage Vth.

また、ノードBの電位、すなわち、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9の電位は、パッドPAD1に印加される第1供給電位Vpad1とほぼ等しくなる。正確には第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)のドレイン・ソース間の電圧分だけ第1供給電位Vpad1より低くなるが、こうした電圧の大きさも無視している。 Further, the potential of the node B, that is, the potential of the control gate CG9 of the memory transistor M9 becomes substantially equal to the first supply potential Vpad1 applied to the pad PAD1. To be precise, the voltage between the drain and the source of the third selection transistor M11 (byte selection transistor) is lower than that of the first supply potential Vpad1, but the magnitude of such a voltage is also ignored.

また、ノードCの電位、すなわち、メモリトランジスタM9のソース電位は、ほぼ接地電位GNDと等しい0Vとなる。これは第2選択トランジスタM10がオン状態に置かれているからである。 Further, the potential of the node C, that is, the source potential of the memory transistor M9 becomes 0V, which is substantially equal to the ground potential GND. This is because the second selection transistor M10 is placed in the ON state.

また、ノードDの電位、すなわち、第1選択トランジスタM8と第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)それぞれのゲート(=ワードラインWL)の電位は、高電位VPPに置かれている。 Further, the potential of the node D, that is, the potential of each gate (= wordline WL) of the first selection transistor M8 and the third selection transistor M11 (byte selection transistor) is placed in the high potential VPP.

なお、テストモードで正のしきい値電圧Vth1を測定する際、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、第1選択トランジスタM7(カラム選択トランジスタ)、第2選択トランジスタM10、及び、第2トランジスタM14は、図5に示すように、それぞれ、オフ、オフ、オン、オン、及び、オンになる。また、第1選択トランジスタM8と第3選択トランジスタM11は、いずれもオンになる。 When measuring the positive threshold voltage Vth1 in the test mode, the fourth selection transistor M12, the fifth selection transistor M13, the first selection transistor M7 (column selection transistor), the second selection transistor M10, and the second selection transistor M10. Transistors M14 are turned off, off, on, on, and on, respectively, as shown in FIG. Further, both the first-selection transistor M8 and the third-selection transistor M11 are turned on.

一方、テストモードで負のしきい値電圧Vth2を測定する際、パッドPAD1には、例えば、2V〜0Vの第1供給電位Vpad1が、例えば、2V,1.9V,1.8V,…,0.2V,0.1V,0Vという具合に0.1Vステップで印加される。 On the other hand, when measuring the negative threshold voltage Vth2 in the test mode, the pad PAD1 has, for example, a first supply potential Vpad1 of 2V to 0V, for example, 2V, 1.9V, 1.8V, ..., 0. It is applied in 0.1V steps such as .2V, 0.1V, 0V.

このとき、パッドPAD2に印加される第2供給電位Vpad2としては、固定電位の2Vが与えられている。すなわち、パッドPAD1に印加される第1供給電位Vpad1は、パッドPAD2に印加される第2供給電位Vpad2よりも低くなるように選ばれている。こうした大きさの電位の関係を持たせることで、負の電位供給手段を用いずに、メモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2を測定することが可能となる。 At this time, a fixed potential of 2V is given as the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2. That is, the first supply potential Vpad1 applied to the pad PAD1 is selected to be lower than the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2. By having a potential relationship of such a magnitude, it is possible to measure the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9 without using the negative potential supply means.

なお、このとき、ノードAの電位は、第1トランジスタM6のしきい値電圧Vthに、パッドPAD2に印加した第2供給電位Vpad2を加算した(Vpad2+Vth)となる。上昇されたノードA(=第1導電路)の電位は、第1選択トランジスタ(カラム選択トランジスタM7、ビット選択トランジスタM8)を介してメモリトランジスタM9のドレインDに印加される。これによって、メモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2を測定することが可能となる。もし、ノードAの電位が、メモリトランジスタM9のソース電位(=第2供給電位Vpad2)よりも低い時には、メモリトランジスタM9の負のしきい値電圧Vth2の測定は不十分となる。 At this time, the potential of the node A is obtained by adding the second supply potential Vpad2 applied to the pad PAD2 to the threshold voltage Vth of the first transistor M6 (Vpad2 + Vth). The increased potential of the node A (= first conductive path) is applied to the drain D of the memory transistor M9 via the first selection transistor (column selection transistor M7, bit selection transistor M8). This makes it possible to measure the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9. If the potential of the node A is lower than the source potential of the memory transistor M9 (= second supply potential Vpad2), the measurement of the negative threshold voltage Vth2 of the memory transistor M9 becomes insufficient.

また、ノードBの電位、すなわち、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9の電位は、第1供給電位Vpad1と等しくなり、2V〜0Vの範囲で電位が変化される。 Further, the potential of the node B, that is, the potential of the control gate CG9 of the memory transistor M9 becomes equal to the first supply potential Vpad1, and the potential is changed in the range of 2V to 0V.

また、ノードCの電位、すなわち、メモリトランジスタM9のソース電位は、パッドPAD2の電位とほぼ等しい2Vに置かれる。 Further, the potential of the node C, that is, the source potential of the memory transistor M9 is placed at 2V, which is substantially equal to the potential of the pad PAD2.

また、ノードDの電位、すなわち、第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)のゲート(=ワードラインWL)の電位としては、正のしきい値電圧Vth1の測定時と同様に高電位VPPが与えられている。 Further, as the potential of the node D, that is, the potential of the gate (= wordline WL) of the third selection transistor M11 (byte selection transistor), a high potential VPP is given as in the measurement of the positive threshold voltage Vth1. Has been done.

なお、テストモードで負のしきい値電圧Vth2を測定する際、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、第1選択トランジスタM7(カラム選択トランジスタ)、第2選択トランジスタM10、及び、第2トランジスタM14(第2トランジスタ)は、図5に示すように、それぞれ、オン、オン、オン、オフ、及び、オフになる。また、第1選択トランジスタM8と第3選択トランジスタM11は、いずれもオンになる。したがって、負のしきい値電圧Vth2の測定時は、正のしきい値電圧Vth1の測定時とは、第1選択トランジスタM7及びM8、並びに、第3選択トランジスタM11を除いて、他のトランジスタのオン/オフ状態が互いに反転されている。 When measuring the negative threshold voltage Vth2 in the test mode, the fourth selection transistor M12, the fifth selection transistor M13, the first selection transistor M7 (column selection transistor), the second selection transistor M10, and the second selection transistor M10. As shown in FIG. 5, the transistor M14 (second transistor) is turned on, on, on, off, and off, respectively. Further, both the first-selection transistor M8 and the third-selection transistor M11 are turned on. Therefore, when the negative threshold voltage Vth2 is measured, the positive threshold voltage Vth1 is measured with the exception of the first-selection transistors M7 and M8 and the third-selection transistor M11. The on / off states are reversed from each other.

図1に示した不揮発性半導体記憶装置NVM1をノーマルモードで使用する場合には、テストモードでの条件とは異なる。ノーマルモードでは、メモリセルMC1に対してデータの読出し、書込み(ライト)、または、消去(イレース)の3つの動作を実行することになるが、いずれの場合においても、パッドPAD1及びパッドPAD2は、使用対象外(不使用)となる。従って、第4選択トランジスタM12及び第5選択トランジスタM13は、常時オフ状態に置かれている。個々に少し詳しくみてみると、次のとおりである。 When the non-volatile semiconductor storage device NVM1 shown in FIG. 1 is used in the normal mode, the conditions are different from those in the test mode. In the normal mode, the memory cell MC1 is subjected to three operations of reading, writing (writing), or erasing (erasing) data. In any case, the pad PAD1 and the pad PAD2 are used. Not subject to use (not used). Therefore, the 4th selection transistor M12 and the 5th selection transistor M13 are always in the off state. Looking at each one in a little more detail, it is as follows.

ノーマルモードでの読出しでは、ノードAの電位、すなわち、オペアンプSA1の入力段を構成する第1トランジスタM6のゲート電位は、そのゲート・ソース間のしきい値電圧Vthにほぼ等しい。正確には、ノードAの電位には、第2トランジスタM14のドレイン側の電圧が加算されるが、こうした電圧はしきい値電圧Vthに比べて無視できるとみなしている。 In reading in the normal mode, the potential of the node A, that is, the gate potential of the first transistor M6 constituting the input stage of the operational amplifier SA1, is substantially equal to the threshold voltage Vth between the gate and the source. To be precise, the voltage on the drain side of the second transistor M14 is added to the potential of the node A, but such a voltage is considered to be negligible as compared with the threshold voltage Vth.

ノードBの電位、すなわち、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9の電位は、正のしきい値電圧Vth1の分布と負のしきい値電圧Vth2の分布から決定された所定の電位が与えられる。ここで、所定の電位は、図2に示した読出し電圧Vwに相当する。この読出し電圧Vwは、チップ単位で設定され、例えば、図2に示したように、読出し電圧Vwは、Vw=(Vth1(min)+Vth2(max))/2の大きさに設定された値である。 The potential of the node B, that is, the potential of the control gate CG9 of the memory transistor M9 is given a predetermined potential determined from the distribution of the positive threshold voltage Vth1 and the distribution of the negative threshold voltage Vth2. Here, the predetermined potential corresponds to the read-out voltage Vw shown in FIG. The read voltage Vw is set for each chip. For example, as shown in FIG. 2, the read voltage Vw is a value set to the magnitude of Vw = (Vth1 (min) + Vth2 (max)) / 2. be.

ノードCの電位、すなわち、メモリトランジスタM9のソース電位は、ほぼ接地電位GNDと等しい0Vとなる。これは第2選択トランジスタM10がオン状態に置かれているからである。 The potential of the node C, that is, the source potential of the memory transistor M9 becomes 0V, which is substantially equal to the ground potential GND. This is because the second selection transistor M10 is placed in the ON state.

ノードDの電位、すなわち、第1選択トランジスタM8(ビット選択トランジスタ)と第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)それぞれのゲート(=ワードラインWL)の電位としては、電源電位VCCが与えられている。 The power supply potential VCS is given as the potential of the node D, that is, the potential of the gate (= wordline WL) of each of the first selection transistor M8 (bit selection transistor) and the third selection transistor M11 (byte selection transistor). ..

ノーマルモードの読出し時において、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、第1選択トランジスタM7(カラム選択トランジスタ)、第2選択トランジスタM10、及び、第2トランジスタM14の動作状態は、図5に示したように、それぞれ、オフ、オフ、オン、オン、及び、オンに置かれることになる。 The operating states of the 4th selection transistor M12, the 5th selection transistor M13, the 1st selection transistor M7 (column selection transistor), the 2nd selection transistor M10, and the 2nd selection transistor M14 at the time of reading in the normal mode are shown in FIG. As shown, they will be placed off, off, on, on, and on, respectively.

ノーマルモードでの書込み(ライト)では、ノードAの電位、すなわち、オペアンプSA1の入力段を構成する第1トランジスタM6のゲート電位は、ほぼ接地電位GNDと等しい0Vに置かれている。ノードBの電位、すなわち、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9の電位もほぼ0Vに置かれている。ノードCの電位、すなわち、メモリトランジスタM9のソース電位は、オープン状態に置かれる。ノードDの電位、すなわち、第1選択トランジスタM8と第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)のゲート(=ワードラインWL)それぞれのゲート電位としては、高電位VPPが与えられる。 In writing (writing) in the normal mode, the potential of the node A, that is, the gate potential of the first transistor M6 constituting the input stage of the operational amplifier SA1 is set to 0V, which is substantially equal to the ground potential GND. The potential of the node B, that is, the potential of the control gate CG9 of the memory transistor M9 is also set to approximately 0V. The potential of the node C, that is, the source potential of the memory transistor M9 is placed in the open state. A high potential VPP is given as the potential of the node D, that is, as the gate potential of each of the gates (= wordline WL) of the first selection transistor M8 and the third selection transistor M11 (byte selection transistor).

ノーマルモードの書込み(ライト)時において、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、第1選択トランジスタM7(カラム選択トランジスタ)、第2選択トランジスタM10、及び、第2トランジスタM14の動作状態は、図5に示したように、それぞれ、オフ、オフ、オフ、オフ、及び、オンに置かれることになる。 At the time of writing (writing) in the normal mode, the operating states of the 4th selection transistor M12, the 5th selection transistor M13, the 1st selection transistor M7 (column selection transistor), the 2nd selection transistor M10, and the 2nd selection transistor M14 are As shown in FIG. 5, they will be placed off, off, off, off, and on, respectively.

ノーマルモードでの消去(イレース)では、ノードAの電位、すなわち、センスアンプSA1の入力段を構成する第1トランジスタM6(第1トランジスタ)のゲート電位は、ほぼ0Vとなる。ノードBの電位、すなわち、メモリトランジスタM9の制御ゲートCG9の電位は、浮遊ゲートFGに蓄積された電子を接地電位GND側に引き抜くために高電位VPPに置かれている。ノードCの電位、すなわち、メモリトランジスタM9のソース電位は、メモリトランジスタM9の浮遊ゲートFG9に蓄積された電子を接地電位GND側に導くために、当然のことながらほぼ0Vに置かれる。ノードDの電位、すなわち、第1選択トランジスタM8(ビット選択トランジスタ)と第3選択トランジスタM11(バイト選択トランジスタ)それぞれのゲート(=ワードラインWL)の電位としては、高電位VPPが与えられている。 In the erasure (erase) in the normal mode, the potential of the node A, that is, the gate potential of the first transistor M6 (first transistor) constituting the input stage of the sense amplifier SA1 becomes approximately 0V. The potential of the node B, that is, the potential of the control gate CG9 of the memory transistor M9 is placed in the high potential VPP in order to pull out the electrons accumulated in the floating gate FG to the ground potential GND side. The potential of the node C, that is, the source potential of the memory transistor M9 is naturally set to about 0 V in order to guide the electrons accumulated in the floating gate FG9 of the memory transistor M9 to the ground potential GND side. A high potential VPP is given as the potential of the node D, that is, the potential of each gate (= wordline WL) of the first selection transistor M8 (bit selection transistor) and the third selection transistor M11 (byte selection transistor). ..

ノーマルモードの消去(イレース)時において、第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、第1選択トランジスタM7(カラム選択トランジスタ)、第2選択トランジスタM10、及び、第2トランジスタM14の動作状態は、図5に示したように、それぞれ、オフ、オフ、オフ、オン、及び、オンに置かれることになる。 At the time of erasing (erasing) in the normal mode, the operating states of the 4th selection transistor M12, the 5th selection transistor M13, the 1st selection transistor M7 (column selection transistor), the 2nd selection transistor M10, and the 2nd selection transistor M14 are As shown in FIG. 5, they will be placed off, off, off, on, and on, respectively.

なお、図1には、メモリセルMC1に1つの不揮発性のメモリトランジスタM9を含むものを例示したが、不揮発性のメモリトランジスタM9が複数個直列に接続される構成、例えばNAND型のフラッシュメモリの正及び負のしきい値電圧の測定にも適用できる。 Although FIG. 1 illustrates a memory cell MC1 including one non-volatile memory transistor M9, a configuration in which a plurality of non-volatile memory transistors M9 are connected in series, for example, a NAND flash memory It can also be applied to the measurement of positive and negative threshold voltages.

以上説明したように、不揮発性半導体記憶装置NVM1は、従前の構成と比べて極めて少ない追加素子(メモリセルMC1の第4選択トランジスタM12、第5選択トランジスタM13、パッドPAD2、並びに、センスアンプSA1の第2トランジスタM14)により、メモリセルMC1の正負のしきい値電圧を測定することが可能となる。 As described above, the non-volatile semiconductor storage device NVM1 has an extremely small number of additional elements (fourth selection transistor M12 of memory cell MC1, fifth selection transistor M13, pad PAD2, and sense amplifier SA1) as compared with the conventional configuration. The second transistor M14) makes it possible to measure the positive and negative threshold voltages of the memory cell MC1.

<読出し電圧に関する考察>
メモリセルMC1の書換え回数Nwを最大化するためには、正のしきい値電圧Vth1(=メモリセルMC1にデータ”1”が書き込まれている時のしきい値電圧)と、負のしきい値電圧Vth2(=メモリセルMC1にデータ”0”が書き込まれている時のしきい値電圧)との中間値(=平均値)に、読出し電圧Vwを設定しておくことが必須である。
<Consideration on read voltage>
In order to maximize the number of rewrites Nw of the memory cell MC1, a positive threshold voltage Vth1 (= threshold voltage when data "1" is written in the memory cell MC1) and a negative threshold are used. It is essential to set the read voltage Vw to an intermediate value (= average value) with the value voltage Vth2 (= threshold voltage when data “0” is written in the memory cell MC1).

しかしながら、メモリセルMC1の製造ばらつきなどに起因して、しきい値電圧Vth1及びVth2がそれぞれの代表値からシフトした場合には、両者の中間値が予め設定された読出し電圧Vw(=固定値)からずれるので、メモリセルMC1の書換え最大回数Nw(max)が減少してしまう。以下、図6A〜図6Cを参照して、具体的に説明する。 However, when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted from their respective representative values due to manufacturing variations of the memory cell MC1, an intermediate value between the two is set in advance as the read voltage Vw (= fixed value). Therefore, the maximum number of rewrites Nw (max) of the memory cell MC1 is reduced. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIGS. 6A to 6C.

図6Aは、しきい値電圧Vth1及びVth2がいずれも代表値であるとき(=シフトしていないとき)の書換え最大回数Nw(max)を示す図である。本図の場合には、しきい値電圧Vth1及びVth2の中間値(=(Vth1+Vth2)/2)と、予め設定された読出し電圧Vwとが一致している。従って、書換え最大回数Nw(max)が意図した回数を下回ることはない。 FIG. 6A is a diagram showing the maximum number of rewrites Nw (max) when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are both representative values (= when not shifted). In the case of this figure, the intermediate value (= (Vth1 + Vth2) / 2) of the threshold voltage Vth1 and Vth2 and the preset read-out voltage Vw match. Therefore, the maximum number of rewrites Nw (max) does not fall below the intended number of times.

図6Bは、しきい値電圧Vth1及びVth2がそれぞれの代表値から上側シフトしたときに、書換え最大回数Nw(max)が減少する様子を示す図である。本図のように、しきい値電圧Vth1及びVth2の中間値が読出し電圧Vwよりも高くなると、図6Aの場合よりも少ない書き換え回数Nwで、負のしきい値電圧Vth2が読出し電圧Vwを上回るようになる。従って、書換え最大回数Nw(max)は、その分だけ減少する。 FIG. 6B is a diagram showing how the maximum number of rewrites Nw (max) decreases when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted upward from their respective representative values. As shown in this figure, when the intermediate value of the threshold voltages Vth1 and Vth2 becomes higher than the read voltage Vw, the negative threshold voltage Vth2 exceeds the read voltage Vw with a smaller number of rewrites Nw than in the case of FIG. 6A. Will be. Therefore, the maximum number of rewrites Nw (max) is reduced by that amount.

図6Cは、しきい値電圧Vth1及びVth2がそれぞれの代表値から下側シフトしたときに、書換え最大回数Nw(max)が減少する様子を示す図である。本図のように、しきい値電圧Vth1及びVth2の中間値が読出し電圧Vwよりも低くなると、図6Aの場合よりも少ない書き換え回数Nwで、正のしきい値電圧Vth1が読出し電圧Vwを下回るようになる。従って、書換え最大回数Nw(max)は、その分だけ減少する。 FIG. 6C is a diagram showing how the maximum number of rewrites Nw (max) decreases when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted downward from their respective representative values. As shown in this figure, when the intermediate value of the threshold voltages Vth1 and Vth2 becomes lower than the read voltage Vw, the positive threshold voltage Vth1 falls below the read voltage Vw with a smaller number of rewrites Nw than in the case of FIG. 6A. Will be. Therefore, the maximum number of rewrites Nw (max) is reduced by that amount.

<読出し電圧補正機能を備えた不揮発性半導体記憶装置>
上記のような書換え最大回数Nw(max)の減少を改善すべく、以下では、読出し電圧補正機能を備えた不揮発性半導体記憶装置について提案する。
<Non-volatile semiconductor storage device with read voltage correction function>
In order to improve the decrease in the maximum number of rewrites Nw (max) as described above, the non-volatile semiconductor storage device provided with the read voltage correction function will be proposed below.

図7は、読出し電圧補正機能を備えた不揮発性半導体記憶装置の一構成例を示す図である。本図の不揮発性半導体記憶装置1は、通常メモリ10と、ダミーメモリ20と、センスアンプ30と、ロジック部40と、読出し電圧設定部50と、を有する。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a non-volatile semiconductor storage device having a read voltage correction function. The non-volatile semiconductor storage device 1 in this figure includes a normal memory 10, a dummy memory 20, a sense amplifier 30, a logic unit 40, and a read voltage setting unit 50.

通常メモリ10は、データを任意に書き換えることのできる不揮発性記憶ブロック(=第1メモリに相当)であり、複数のメモリセル11(*)(ただし、*=0,1,…)により形成されている。メモリセル11(*)の内部構成及び動作については、図1におけるメモリセルMC1と同様であるため、重複した説明は割愛する。 The normal memory 10 is a non-volatile storage block (= corresponding to the first memory) in which data can be arbitrarily rewritten, and is formed by a plurality of memory cells 11 (*) (however, * = 0, 1, ...). ing. Since the internal configuration and operation of the memory cell 11 (*) are the same as those of the memory cell MC1 in FIG. 1, duplicated description is omitted.

ダミーメモリ20は、通常メモリ10が形成される領域の中央部と外縁部との間でメモリセル11(*)の特性がばらつかないように、外縁部のメモリセル11(*)(本図のの例では、メモリセル11(0))に隣接して形成されたダミーメモリセル21を含む。ダミーメモリセル21の内部構成及び動作については、図1におけるメモリセルMC1と同様であるため、重複した説明は割愛する。 The dummy memory 20 has a memory cell 11 (*) at the outer edge so that the characteristics of the memory cell 11 (*) do not vary between the central portion and the outer edge of the area where the normal memory 10 is formed (this figure). In the example of, the dummy memory cell 21 formed adjacent to the memory cell 11 (0)) is included. Since the internal configuration and operation of the dummy memory cell 21 are the same as those of the memory cell MC1 in FIG. 1, duplicated description is omitted.

一般に、特性がばらつきやすいダミーメモリは、不使用とされることが多いが、本構成例の不揮発性半導体記憶装置1では、通常メモリ10に印加される読出し電圧Vwの設定値を記憶するための不揮発性記憶ブロック(=第2メモリに相当)として、ダミーメモリ20が積極的に活用されている。このような構成を採用することにより、不揮発性半導体記憶装置1のチップ面積を不必要に増大することなく、読出し電圧補正機能を導入することが可能となる。ただし、読出し電圧Vwの設定値を記憶する手段としては、OTPROM[one time programmable read only memory]などを別途組み込むことも可能である。 In general, a dummy memory whose characteristics tend to vary is often not used, but in the non-volatile semiconductor storage device 1 of this configuration example, a set value of a read voltage Vw usually applied to the memory 10 is stored. The dummy memory 20 is actively used as the non-volatile storage block (= corresponding to the second memory). By adopting such a configuration, it is possible to introduce the read voltage correction function without unnecessarily increasing the chip area of the non-volatile semiconductor storage device 1. However, as a means for storing the set value of the read voltage Vw, it is also possible to separately incorporate an OTPROM [one time programmable read only memory] or the like.

なお、読出し電圧Vwの設定値を算出してダミーメモリ20に書き込む作業は、不揮発性半導体記憶装置1の初期設定作業として、製品出荷時などに予め実施しておくとよい。これについては後述する。 The work of calculating the set value of the read voltage Vw and writing it to the dummy memory 20 may be performed in advance at the time of product shipment or the like as the initial setting work of the non-volatile semiconductor storage device 1. This will be described later.

センスアンプ30の入力ノードA(図1を参照)は、カラム選択トランジスタM7及びビットラインBLを介して、メモリセル11(*)及びダミーメモリセル21(特にそれぞれのビット選択トランジスタM8のドレイン)に接続されており、通常メモリ10とダミーメモリ20の双方から選択的にデータを読み出すための手段として機能する。なお、センスアンプ30で読み出されたデータは、読出し信号S1として、センスアンプ30の出力ノードOUTからロジック部40に出力される。センスアンプ30の内部構成及び動作については、図1のセンスアンプSA1と同様であるため、重複した説明は割愛する。 The input node A (see FIG. 1) of the sense amplifier 30 is connected to the memory cell 11 (*) and the dummy memory cell 21 (particularly the drain of each bit selection transistor M8) via the column selection transistor M7 and the bit line BL. It is connected and functions as a means for selectively reading data from both the normal memory 10 and the dummy memory 20. The data read by the sense amplifier 30 is output as a read signal S1 from the output node OUT of the sense amplifier 30 to the logic unit 40. Since the internal configuration and operation of the sense amplifier 30 are the same as those of the sense amplifier SA1 of FIG. 1, duplicated description is omitted.

ロジック部40は、不揮発性半導体記憶装置1の全体動作を統括する手段であり、特に読出し電圧補正機能に関連する動作としては、通常メモリ10からデータを読み出す前にダミーメモリ20から読出し電圧Vwの設定値を読み出し、その際にセンスアンプ30から入力される読出し信号S1(=読出し電圧Vwの設定値)に応じて制御信号S2を生成する。当該動作については、後ほど詳細に説明する。 The logic unit 40 is a means for controlling the overall operation of the non-volatile semiconductor storage device 1. In particular, as an operation related to the read voltage correction function, the read voltage Vw from the dummy memory 20 is set before the data is read from the normal memory 10. The set value is read, and the control signal S2 is generated according to the read signal S1 (= set value of the read voltage Vw) input from the sense amplifier 30 at that time. The operation will be described in detail later.

読出し電圧設定部50は、ロジック部40から入力される制御信号S2に応じて読出し電圧Vwを設定する。以下では読出し電圧設定部50の構成及び動作について説明する。 The read voltage setting unit 50 sets the read voltage Vw according to the control signal S2 input from the logic unit 40. The configuration and operation of the read voltage setting unit 50 will be described below.

<読出し電圧設定部>
図8は、読出し電圧設定部50の一構成例を示す図である。本構成例の読出し電圧設定部50は、NMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor]51〜55と、電流源56及び57と、可変抵抗58と、を含む。なお、NMOSFET51、52及び55はいずれもエンハンスメント型であり、NMOSFET53及び54はいずれもデプレション型である。
<Read voltage setting unit>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the read voltage setting unit 50. The read-out voltage setting unit 50 of this configuration example includes an MOSFET [N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor] 51 to 55, current sources 56 and 57, and a variable resistor 58. NMOSFETs 51, 52 and 55 are all enhancement types, and NMOSFETs 53 and 54 are depletion types.

電流源56の第1端は、電源電位に接続されている。電流源56の第2端は、NMOSFET51のドレインに接続されている。NMOSFET51及び52それぞれのゲートは、NMOSFET51のドレインに接続されている。NMOSFET51及び52それぞれのソースは、接地電位に接続されている。 The first end of the current source 56 is connected to the power supply potential. The second end of the current source 56 is connected to the drain of the NMOSFET 51. The gates of the NMOSFETs 51 and 52 are connected to the drain of the NMOSFET 51. The sources of NMOSFETs 51 and 52 are connected to the ground potential, respectively.

電流源57の第1端は、電源電位に接続されている。電流源57の第2端は、NMOSFET53のゲートと可変抵抗58の第1端に接続されている。可変抵抗58の第2端は接地電位に接続されている。可変抵抗58の制御端は、制御信号S2の入力ノードに接続されている。 The first end of the current source 57 is connected to the power supply potential. The second end of the current source 57 is connected to the gate of the NMOSFET 53 and the first end of the variable resistor 58. The second end of the variable resistor 58 is connected to the ground potential. The control end of the variable resistor 58 is connected to the input node of the control signal S2.

NMOSFET53のドレインは、電源電位に接続されている。NMOSFET52のドレインとNMOSFET53のソースは、NMOSFET54のドレインに接続されている。NMOSFET54のソースとNMOSFET55のドレインは、読出し電圧Vwの出力ノードに接続されている。NMOSET55のソースは、接地電位に接続されている。NMOSFET54のゲートは、制御電圧Vaの入力ノードに接続されている。NMOSFET55のゲートは、制御電圧Vbの入力ノードに接続されている。 The drain of the NMOSFET 53 is connected to the power supply potential. The drain of the NMOSFET 52 and the source of the NMOSFET 53 are connected to the drain of the NMOSFET 54. The source of the NMOSFET 54 and the drain of the NMOSFET 55 are connected to the output node of the read voltage Vw. The source of the NMOS ET55 is connected to the ground potential. The gate of the NMOSFET 54 is connected to the input node of the control voltage Va. The gate of the NMOSFET 55 is connected to the input node of the control voltage Vb.

上記構成から成る読出し電圧設定部50において、可変抵抗58の抵抗値は、制御信号S2に応じて可変制御される。可変抵抗58の抵抗値が引き上げられると、可変抵抗58の第1端に現れるノード電圧V51が高くなるので、NMOSFET54のドレインに現れるノード電圧V52も高くなる。逆に、可変抵抗58の抵抗値が引き下げられると、ノード電圧V51が低くなるので、ノード電圧V52も低くなる。 In the read voltage setting unit 50 having the above configuration, the resistance value of the variable resistor 58 is variably controlled according to the control signal S2. When the resistance value of the variable resistor 58 is raised, the node voltage V51 appearing at the first end of the variable resistor 58 becomes high, so that the node voltage V52 appearing at the drain of the NMOSFET 54 also becomes high. On the contrary, when the resistance value of the variable resistor 58 is lowered, the node voltage V51 becomes low, so that the node voltage V52 also becomes low.

制御電圧Vaがハイレベルとされて、制御電圧Vbがローレベルとされた場合には、NMOSFET54がオンしてNMOSFET55がオフする。従って、ノード電圧V52が読出し電圧Vwとして出力される。一方、制御電圧Vaがローレベルとされて、制御電圧Vbがハイレベルとされた場合には、NMOSFET54がオフしてNMOSFET55がオンする。従って、ノード電圧V52に依ることなく、読出し電圧Vwが接地電位に固定される。このように、読出し電圧設定部50は、制御電圧Va及びVbに応じて、読出し電圧Vwの出力可否が切り替えられる。 When the control voltage Va is set to a high level and the control voltage Vb is set to a low level, the NMOSFET 54 is turned on and the NMOSFET 55 is turned off. Therefore, the node voltage V52 is output as the read voltage Vw. On the other hand, when the control voltage Va is set to a low level and the control voltage Vb is set to a high level, the NMOSFET 54 is turned off and the NMOSFET 55 is turned on. Therefore, the read voltage Vw is fixed to the ground potential without depending on the node voltage V52. In this way, the read voltage setting unit 50 switches whether or not to output the read voltage Vw according to the control voltages Va and Vb.

<初期設定作業>
不揮発性半導体記憶装置1の初期設定作業では、読出し電圧Vwの設定値を算出して、ダミーメモリ20に予め記憶させておく必要がある。以下では、一連の初期設定作業について具体的に説明する。
<Initial setting work>
In the initial setting work of the non-volatile semiconductor storage device 1, it is necessary to calculate the set value of the read voltage Vw and store it in the dummy memory 20 in advance. Hereinafter, a series of initial setting operations will be specifically described.

まず、複数のメモリセル11(*)を測定対象として、正のしきい値電圧Vth1と負のしきい値電圧Vth2を測定し、それぞれの分布Dth1及びDth2を取得する。この測定作業については、図1〜図5を用いて、これまでに説明してきた通りであるので、重複した説明を割愛する。 First, with a plurality of memory cells 11 (*) as measurement targets, the positive threshold voltage Vth1 and the negative threshold voltage Vth2 are measured, and the respective distributions Dth1 and Dth2 are acquired. Since this measurement work has been described so far with reference to FIGS. 1 to 5, duplicate explanations will be omitted.

次に、読出し電圧Vwが正のしきい値電圧Vth1と負のしきい値電圧Vth2との中間値(=(Vth1+Vth2)/2)に設定されるように、読出し電圧Vwの設定値を算出する。例えば、読出し電圧Vwを所定の基準値(例えば1V)から上下にシフトするための補正値(オフセット値や補正係数)として、上記の設定値を算出すればよい。 Next, the set value of the read voltage Vw is calculated so that the read voltage Vw is set to an intermediate value (= (Vth1 + Vth2) / 2) between the positive threshold voltage Vth1 and the negative threshold voltage Vth2. .. For example, the above set value may be calculated as a correction value (offset value or correction coefficient) for shifting the read voltage Vw up and down from a predetermined reference value (for example, 1 V).

最後に、上記で算出された読出し電圧Vwの設定値をダミーメモリ20に記憶させる。なお、上記の設定値は、通常メモリ10を形成する全てのメモリセル1(*)に共通である。従って、これを記憶するためのダミーメモリセル21は、数ビット分あれば足りる。 Finally, the set value of the read voltage Vw calculated above is stored in the dummy memory 20. The above set value is common to all the memory cells 1 (*) forming the normal memory 10. Therefore, the dummy memory cell 21 for storing this needs only a few bits.

<読出し電圧補正動作>
図9は、不揮発性半導体記憶装置1における読出し電圧補正動作の一例を示すフローチャートである。なお、一点鎖線よりも左側には、ユーザ側(装置外部)から見える不揮発性半導体記憶装置1の動作が10番台のステップ番号(S11及びS12)を付して示されている。一方、上記一点鎖線よりも右側には、不揮発性半導体記憶装置1の内部で自動的に行われる動作が20番台のステップ番号(S21〜S24)を付して示されている。また、本図では、実線矢印が新規フロー(=読出し電圧補正機能あり)を示しており、破線矢印が従来フロー(=読出し電圧補正機能なし)を示している。
<Read voltage correction operation>
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the read voltage correction operation in the non-volatile semiconductor storage device 1. On the left side of the alternate long and short dash line, the operation of the non-volatile semiconductor storage device 1 seen from the user side (outside the device) is shown with step numbers (S11 and S12) in the 10s. On the other hand, on the right side of the alternate long and short dash line, the operations automatically performed inside the non-volatile semiconductor storage device 1 are indicated by step numbers (S21 to S24) in the 20s. Further, in this figure, the solid line arrow indicates the new flow (= with the read voltage correction function), and the broken line arrow indicates the conventional flow (= without the read voltage correction function).

ステップS11において、不揮発性半導体記憶装置1の外部からリードオペコードが入力されると、フローがステップS21に移行し、ダミーメモリ20のデータ(=読出し電圧Vwの設定値)がセンスアンプ30で読み出される。先出の図7を参照して述べると、ステップS21では、ダミーメモリ20に接続されているダミーワードラインWLdがハイレベルとされて、通常メモリ10に接続されているワードラインWL*が全てローレベルとされる。その結果、ダミーメモリ20のデータがセンスアンプ30で読み出される。 When the read operation code is input from the outside of the non-volatile semiconductor storage device 1 in step S11, the flow shifts to step S21, and the data of the dummy memory 20 (= the set value of the read voltage Vw) is read by the sense amplifier 30. .. As described above with reference to FIG. 7, in step S21, the dummy word line WLd connected to the dummy memory 20 is set to a high level, and all the word lines WL * connected to the normal memory 10 are low. It is considered to be a level. As a result, the data in the dummy memory 20 is read out by the sense amplifier 30.

なお、ダミーメモリ20に対しては、基本的にデータの書換えが行われないので、書換え動作の繰り返しに伴う劣化を考慮する必要がない。従って、ダミーメモリ20の読出し電圧Vdについては、所定の固定値(例えば1V)に設定しておけば足りる。 Since data is not basically rewritten for the dummy memory 20, it is not necessary to consider deterioration due to repeated rewriting operations. Therefore, it is sufficient to set the read voltage Vd of the dummy memory 20 to a predetermined fixed value (for example, 1 V).

次に、ステップS22では、ロジック部40を経由して読出し電圧Vwの補正が掛けられる。このとき、ロジック部40は、リードオペコードの入力期間中に、ダミーメモリ20からのデータ読出し動作と読出し電圧Vwの補正動作を完了しておくことが望ましい。そのためには、装置外部から入力されるオペコードの内容を問わず、装置外部からチップセレクト信号が入力された時点でフローがステップS21に移行するようにしてもよい。なお、制御信号S2に応じた読出し電圧Vwの設定動作については、図8を参照しながら既に説明済みであるので、重複した説明を割愛する。 Next, in step S22, the read voltage Vw is corrected via the logic unit 40. At this time, it is desirable that the logic unit 40 completes the data reading operation from the dummy memory 20 and the correction operation of the reading voltage Vw during the input period of the read operation code. For that purpose, regardless of the content of the operation code input from the outside of the device, the flow may shift to step S21 when the chip select signal is input from the outside of the device. Since the operation of setting the read voltage Vw according to the control signal S2 has already been explained with reference to FIG. 8, duplicated explanations will be omitted.

次に、ステップS23では、通常メモリ10のデータがセンスアンプ30で読み出される。例えば、先出の図7を参照しつつ、メモリセル11(0)からデータを読み出す場合について説明する。この場合、ステップS23では、メモリセル11(0)に接続されているワードラインWL0がハイレベルとされて、その余のワードラインWL1,WL2…が全てローレベルとされる。また、メモリセル11(0)の読出し電圧V0としては、ステップS22で補正された読出し電圧Vwが印加される。一方、ダミーメモリ20に接続されているダミーワードラインWLdは、ローレベルとされる。その結果、メモリセル11(0)に記憶されているデータがセンスアンプ30で読み出される。 Next, in step S23, the data in the normal memory 10 is read out by the sense amplifier 30. For example, a case where data is read from the memory cell 11 (0) will be described with reference to FIG. 7 above. In this case, in step S23, the word line WL0 connected to the memory cell 11 (0) is set to the high level, and the remaining word lines WL1, WL2 ... Are all set to the low level. Further, as the read voltage V0 of the memory cell 11 (0), the read voltage Vw corrected in step S22 is applied. On the other hand, the dummy word line WLd connected to the dummy memory 20 is set to a low level. As a result, the data stored in the memory cell 11 (0) is read out by the sense amplifier 30.

最後に、ステップS24では、ロジック部40を経由して通常メモリ10のデータが出力され、その後、ステップS12において、装置外部へのデータ出力が行われることにより、上記一連の動作が終了する。 Finally, in step S24, the data of the normal memory 10 is output via the logic unit 40, and then in step S12, the data is output to the outside of the device, so that the series of operations is completed.

このように、読出し電圧補正動作は、リードオペコードが入力される度に実施される。従って、通常メモリ10からデータを読み出す機会が生じる毎に、読出し電圧Vwの設定値を逐一リフレッシュすることができるので、ノイズなどに起因する設定値の意図しないデータ化けを気にせずに済む。 In this way, the read voltage correction operation is performed every time the read operation code is input. Therefore, the set value of the read voltage Vw can be refreshed one by one every time the opportunity to read the data from the normal memory 10 occurs, so that it is not necessary to worry about unintended data garbled of the set value due to noise or the like.

ただし、読出し電圧補正動作の実施タイミングについては、これに限定されるものではなく、例えば、不揮発性半導体記憶装置1の初回起動時において、読出し電圧Vwの設定値をレジスタに格納しておき、以降、そのレジスタ値に基づいて補正された読出し電圧Vwを継続的に用いて、通常メモリ10のデータ読出し動作を行うようにしてもよい。 However, the execution timing of the read voltage correction operation is not limited to this. For example, when the non-volatile semiconductor storage device 1 is started for the first time, the set value of the read voltage Vw is stored in the register, and thereafter. , The data read operation of the normal memory 10 may be performed by continuously using the read voltage Vw corrected based on the register value.

図10A及び図10Bは、それぞれ、しきい値電圧Vth1及びVth2の上側シフト時及び下側シフト時において、読出し電圧Vwが適切に補正される様子を示す図である。なお、各図の左半分には、読出し電圧Vwが固定値であるときの様子(=読出し電圧補正機能なし、先の図6B及び図6Cに相当)が描写されており、各図の右半分には、読出し電圧Vswが可変値であるときの様子(=読出し電圧補正機能あり)が描写されている。 10A and 10B are diagrams showing how the read voltage Vw is appropriately corrected when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted upward and downward, respectively. The left half of each figure shows the state when the read voltage Vw is a fixed value (= no read voltage correction function, corresponding to FIGS. 6B and 6C above), and the right half of each figure. Describes the state when the read voltage Vsw is a variable value (= with the read voltage correction function).

図10Aで示したように、しきい値電圧Vth1及びVth2の上側シフト時には、読出し電圧Vwも基準値から上側にシフトされる。従って、しきい値電圧Vth1及びVth2の中間値(=(Vth1+Vth2)/2)と、補正済みの読出し電圧Vwとが一致するので、書換え最大回数Nw(max)を意図した回数に維持することができる。 As shown in FIG. 10A, when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted upward, the read voltage Vw is also shifted upward from the reference value. Therefore, since the intermediate value (= (Vth1 + Vth2) / 2) of the threshold voltages Vth1 and Vth2 and the corrected read voltage Vw match, the maximum number of rewrites Nw (max) can be maintained at the intended number. can.

また、図10Bで示したように、しきい値電圧Vth1及びVth2の下側シフト時には、読出し電圧Vwも基準値から下側にシフトされる。従って、しきい値電圧Vth1及びVth2の中間値と補正済みの読出し電圧Vwとが一致するので、図10Aと同様、書換え最大回数Nw(max)を意図した回数に維持することができる。 Further, as shown in FIG. 10B, when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted downward, the read voltage Vw is also shifted downward from the reference value. Therefore, since the intermediate values of the threshold voltages Vth1 and Vth2 and the corrected read voltage Vw match, the maximum number of rewrites Nw (max) can be maintained at the intended number as in FIG. 10A.

このように、読出し電圧補正機能を備えた不揮発性半導体記憶装置1であれば、通常メモリ10の製造ばらつきなどに起因して、しきい値電圧Vth1及びVth2がそれぞれの代表値からシフトした場合でも、その書換え回数Nwを最大化することができる。従って、不揮発性半導体記憶装置1の長寿命化(例えば100万回保障→400万回保障)を実現することが可能となる。 As described above, in the non-volatile semiconductor storage device 1 provided with the read voltage correction function, even when the threshold voltages Vth1 and Vth2 are shifted from their respective representative values due to manufacturing variations of the normal memory 10 and the like. , The number of rewrites Nw can be maximized. Therefore, it is possible to extend the life of the non-volatile semiconductor storage device 1 (for example, guarantee 1 million times → guarantee 4 million times).

<その他の変形例>
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
<Other variants>
In addition to the above-described embodiment, the various technical features disclosed in the present specification can be modified in various ways without departing from the spirit of the technical creation. That is, it should be considered that the above-described embodiment is exemplary in all respects and is not restrictive, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and claims for a patent. It should be understood that the meaning equal to the scope and all changes belonging to the scope are included.

本明細書中に開示された発明によれば、不揮発性半導体記憶装置の長寿命化を実現することができるので、産業上の利用可能性は極めて高い。 According to the invention disclosed in the present specification, the life of the non-volatile semiconductor storage device can be extended, so that the industrial applicability is extremely high.

BL ビットライン
CG1 カラム選択ゲート
CUM カレンミラー回路
Dth1 正のしきい値電圧の分布
Dth2 負のしきい値電圧の分布
Im2 出力電流
INV1 インバータ
M1〜M4 トランジスタ
M5 第3トランジスタ
M6 第1トランジスタ
M7 第1選択トランジスタ(カラム選択トランジスタ)
M8 第1選択トランジスタ(ビット選択トランジスタ)
M9 メモリトランジスタ
M10 第2選択トランジスタ
M11 第3選択トランジスタ(バイト選択トランジスタ)
M12 第4選択トランジスタ
M13 第5選択トランジスタ
M14 第2トランジスタ
NVM1 不揮発性半導体記憶装置
Nw 書換え回数
Nw(max) 書換え最大回数
MC1 メモリセル
OUT 出力
PAD1 第1電位供給手段
PAD2 第2電位供給手段
R1 抵抗
SA1 センスアンプ
VC1 第1ゲート制御手段
VC2 第2ゲート制御手段
VC3 第3ゲート制御手段
VC4 第4ゲート制御手段
VC5 第5ゲート制御手段
VCC 電源電位
Vpad1 第1供給電位
Vpad2 第2供給電位
VPP 高電位
Vth しきい値電圧
Vth1 正のしきい値電圧
Vth1(ave) 正のしきい値電圧の平均値
Vth1(cen) 正のしきい値電圧の中央値
Vth1(max) 正のしきい値電圧の最大値
Vth1(min) 正のしきい値電圧の最小値
Vth2 負のしきい値電圧
Vth2(ave) 負のしきい値電圧の平均値
Vth2(cen) 負のしきい値電圧の中央値
Vth2(max) 負のしきい値電圧の最大値
Vth2(min) 負のしきい値電圧の最小値
Vw 読出し電圧
WL ワードライン
1 不揮発性半導体記憶装置
10 通常メモリ
11(0)、11(1) メモリセル
20 ダミーメモリ
21 ダミーメモリセル
30 センスアンプ
40 ロジック部
50 読出し電圧設定部
51〜55 NMOSFET
56、57 電流源
58 可変抵抗
BL Bitline CG1 Column Selection Gate CUM Karen Mirror Circuit Dth1 Positive Threshold Voltage Distribution Dth2 Negative Threshold Voltage Distribution Im2 Output Current INV1 Inverter M1 to M4 Transistor M5 Third Transistor M6 First Transistor M7 First Selection Transistor (column selection transistor)
M8 1st selection transistor (bit selection transistor)
M9 Memory Transistor M10 Second Selection Transistor M11 Third Selection Transistor (Byte Selection Transistor)
M12 4th selection transistor M13 5th selection transistor M14 2nd transistor NVM1 Non-volatile semiconductor storage device Nw Number of rewrites Nw (max) Maximum number of rewrites MC1 Memory cell OUT output PAD1 1st potential supply means PAD2 2nd potential supply means R1 Resistance SA1 Sense amplifier VC1 1st gate control means VC2 2nd gate control means VC3 3rd gate control means VC4 4th gate control means VC5 5th gate control means VCC power supply potential Vpad1 1st supply potential Vpad2 2nd supply potential VPP high potential Vth Threshold voltage Vth1 Positive threshold voltage Vth1 (ave) Average value of positive threshold voltage Vth1 (cent) Median value of positive threshold voltage Vth1 (max) Maximum value of positive threshold voltage Vth1 (Min) Minimum value of positive threshold voltage Vth2 Negative threshold voltage Vth2 (ave) Average value of negative threshold voltage Vth2 (cent) Median value of negative threshold voltage Vth2 (max) Negative Maximum value of threshold voltage Vth2 (min) Minimum value of negative threshold voltage Vw Read voltage WL Wordline 1 Non-volatile semiconductor storage device 10 Normal memory 11 (0), 11 (1) Memory cell 20 Dummy memory 21 Dummy memory cell 30 Sense amplifier 40 Logic unit 50 Read voltage setting unit 51-55 NMOSFET
56, 57 Current source 58 Variable resistor

Claims (9)

データを任意に書き換えることのできる第1メモリと、
前記第1メモリに印加される読出し電圧の設定値を記憶する第2メモリと、
前記第1メモリ及び前記第2メモリ双方からデータを読み出すためのセンスアンプと、
前記第1メモリからデータを読み出す前に前記第2メモリから前記設定値を読み出して制御信号を生成するロジック部と、
前記制御信号に応じて前記読出し電圧を設定する読出し電圧設定部と、
を有し、
前記第1メモリを形成する複数のメモリセルは、それぞれ、
制御ゲート、浮遊ゲート、ソース、及び、ドレインを持つメモリトランジスタと、
ソースが前記メモリトランジスタのドレインに接続されて、ドレインがビットラインに接続されて、ゲートがワードラインに接続された第1選択トランジスタと、
ドレインが前記メモリトランジスタのソースに接続されて、ソースが接地電位に接続されて、ゲートが第1ゲート制御手段に接続された第2選択トランジスタと、
を含み、
前記メモリトランジスタの制御ゲートは、第3選択トランジスタを介して第1パッドに接続されており、前記メモリトランジスタのソースは、第4選択トランジスタを介して第2パッドに接続されており、
前記第3選択トランジスタのドレイン・ソース間に生じる電圧降下分と、前記第4選択トランジスタのドレイン・ソース間に生じる電圧降下分とが等しい、不揮発性半導体記憶装置。
The first memory that can rewrite the data arbitrarily,
A second memory that stores the set value of the read voltage applied to the first memory, and
A sense amplifier for reading data from both the first memory and the second memory, and
A logic unit that reads the set value from the second memory and generates a control signal before reading the data from the first memory.
A read voltage setting unit that sets the read voltage according to the control signal, and a read voltage setting unit.
Have a,
The plurality of memory cells forming the first memory are each
Memory transistors with control gates, floating gates, sources, and drains,
A first-choice transistor with a source connected to the drain of the memory transistor, a drain connected to the bitline, and a gate connected to the wordline.
A second-select transistor in which the drain is connected to the source of the memory transistor, the source is connected to the ground potential, and the gate is connected to the first gate control means.
Including
The control gate of the memory transistor is connected to the first pad via the third selection transistor, and the source of the memory transistor is connected to the second pad via the fourth selection transistor.
A non-volatile semiconductor storage device in which the voltage drop generated between the drain and source of the third selection transistor is equal to the voltage drop generated between the drain and source of the fourth selection transistor.
前記読出し電圧は、前記第1メモリのメモリセルにデータ”1”が書き込まれたときのしきい値電圧と、前記メモリセルにデータ“0”が書き込まれたときのしきい値電圧との中間値に設定される請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The read voltage is intermediate between the threshold voltage when data "1" is written to the memory cell of the first memory and the threshold voltage when data "0" is written to the memory cell. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 1 , which is set to a value. 前記第2メモリは、前記第1メモリに隣接して形成されたダミーメモリである請求項1または請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 It said second memory is a dummy memory formed adjacent to the first memory, a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1 or claim 2. 前記ロジック部は、オペコードの入力期間中に前記設定値の読出し動作を完了する請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The logic unit completes the read operation of the set value during the input period of the opcode, the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 3. 前記設定値は、前記読出し電圧を所定の基準値から補正するための補正値である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 The set value, the read voltage is a correction value for correcting the predetermined reference value, the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 4. 前記第2メモリに印加される読出し電圧は、固定値である請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 It said second read voltage applied to the memory is a fixed value, the nonvolatile semiconductor memory device according to any one of claims 1 to 5. ソースが前記センスアンプの入力段に接続されて、ドレインが前記第2パッドに接続されて、ゲートが第2ゲート制御手段に接続された第5選択トランジスタをさらに有する、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 Claims 1 to 6 further include a fifth selection transistor in which the source is connected to the input stage of the sense amplifier, the drain is connected to the second pad, and the gate is connected to the second gate control means. The non-volatile semiconductor storage device according to any one of the above. 前記メモリトランジスタのしきい値電圧を測定するテストモードでは、前記第1パッドに印加される第1供給電位が可変値とされ、前記第2パッドに印加される第2供給電位が不定値又は固定値とされる、請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。 In the test mode for measuring the threshold voltage of the memory transistor, the first supply potential applied to the first pad is a variable value, and the second supply potential applied to the second pad is an indefinite value or fixed. The non-volatile semiconductor storage device according to claim 7, which is a value. 請求項に記載の不揮発性半導体記憶装置の初期設定方法であって、
前記第1選択トランジスタ、前記第2選択トランジスタ、及び、前記第3選択トランジスタをオン状態とし、前記第4選択トランジスタ及び前記第5選択トランジスタをオフ状態とし、前記第2パッドを不使用状態とし、前記第1供給電位を変化させながら前記メモリトランジスタのオン/オフ状態の遷移を前記センスアンプで検出することにより、前記メモリトランジスタの正のしきい値電圧を測定するステップと;
前記第1選択トランジスタ、前記第3選択トランジスタ、前記第4選択トランジスタ、及び、前記第5選択トランジスタをオン状態とし、前記第2選択トランジスタをオフ状態とし、前記第2供給電位を固定するとともに、これよりも低い範囲で前記第1供給電位を変化させながら前記メモリトランジスタのオン/オフ状態の遷移を前記センスアンプで検出することにより、前記メモリトランジスタの負のしきい値電圧を測定するステップと;
前記読出し電圧が前記正のしきい値電圧と前記負のしきい値電圧との中間値に設定されるように前記設定値を算出するステップと;
前記設定値を前記第2メモリに記憶させるステップと;
を有する不揮発性半導体記憶装置の初期設定方法。
The initial setting method for the non-volatile semiconductor storage device according to claim 8.
The first selection transistor, the second selection transistor, and the third selection transistor are turned on, the fourth selection transistor and the fifth selection transistor are turned off, and the second pad is not used. The step of measuring the positive threshold voltage of the memory transistor by detecting the transition of the on / off state of the memory transistor with the sense amplifier while changing the first supply potential;
The first selection transistor, the third selection transistor, the fourth selection transistor, and the fifth selection transistor are turned on, the second selection transistor is turned off, the second supply potential is fixed, and the second supply potential is fixed. A step of measuring the negative threshold voltage of the memory transistor by detecting the transition of the on / off state of the memory transistor with the sense amplifier while changing the first supply potential in a range lower than this. ;
With the step of calculating the set value so that the read voltage is set to an intermediate value between the positive threshold voltage and the negative threshold voltage;
With the step of storing the set value in the second memory;
The a, initial setting method of a nonvolatile semiconductor memory device.
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