WO1998003978A1 - Reference apparatus, reference level setting method, self-diagnosis method and nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

Reference apparatus, reference level setting method, self-diagnosis method and nonvolatile semiconductor memory Download PDF

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WO1998003978A1
WO1998003978A1 PCT/JP1997/002269 JP9702269W WO9803978A1 WO 1998003978 A1 WO1998003978 A1 WO 1998003978A1 JP 9702269 W JP9702269 W JP 9702269W WO 9803978 A1 WO9803978 A1 WO 9803978A1
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memory cell
reference cell
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Nobuyoshi Takeuchi
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Nkk Corporation
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    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/563Multilevel memory reading aspects
    • G11C2211/5634Reference cells

Definitions

  • Reference mounting method reference level setting method, self-diagnosis method, and nonvolatile semiconductor memory device
  • the present invention relates to a semiconductor device, in particular EP ROM, E '2 P ROM , reference device and its's Reference level setting for data references in the nonvolatile memory device such as a hula Sshumemo Li.
  • the present invention relates to a self-diagnosis method using the reference device, and further relates to a nonvolatile semiconductor memory device including the reference device.
  • non-volatile memory devices such as EP ROM, E 2 P ROM, flash memory, etc.
  • Such a reference cell is generally made of the same type as the memory cell in order to represent the characteristics of the memory cell.
  • U.S. Pat. Nos. 4,223,394 describe an isomorphic reference cell in an EPROM.
  • n 1
  • the voltage applied to the reference cell is multi-staged, the output is multi-valued, or a plurality of sense amplifiers having different sense ratios are prepared, and the sense amplifier is operated according to the output.
  • a method has been proposed to support multi-leveling by using different methods.
  • the circuit itself becomes complicated and the circuit area increases.
  • the setting of multi-leveling is not a reference cell itself, but a so-called reference. The problem is that the correlation with the memory cell becomes difficult because the external environment of the reference cell is changed.
  • the present invention provides a reference cell set including a reference cell having a gate power ripple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of the memory cell.
  • two reference cells constituting each reference cell set may have a gate power ratio of ⁇ 0.5 to 7.0 with respect to a gate power ratio of a memory cell.
  • the present invention includes a memory cell, a reference cell having a smaller gate power ruffle ratio than the memory cell, and a reference cell having a larger gate power ruffle ratio than the memory cell. 2 to provide a non-volatile semi-conductor memory device characterized by comprising a's Reference device having a plurality of re files Rensuseruse' DOO
  • a multi-valued reference cell set including a reference cell having a gate couple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate couple ratio larger than the memory cell is used.
  • the three reference cell sets prepared for each level are programmed according to the number of multi-levels, using pulses that are an integral multiple of the number of voltage pulses used to program the memory cells.
  • each reference cell set is set so as to maintain the margin of each level according to the number of pulses and also have a margin corresponding to the multilevel level.
  • the specified level will always be at the point where the memory cell was pulsed. Therefore, without increasing the circuit area, it is possible to cope with multi-leveling while sufficiently correlating with the memory cell.
  • FIG. 1 is a diagram showing a nonvolatile memory circuit including a cell array and a reference device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows the program characteristics of the memory cell and each reference cell.
  • FIG. 3 is a diagram showing program characteristics of a memory cell and each reference cell when a multi-level level setting reverse to that of FIG. 2 is performed.
  • c Figure 5 A and 5 B is a cross-sectional view showing an example of Jozo memory cell used in the present invention is a diagram showing an example in which occupies different Getokatsupuru ratio of the reference cell.
  • FIG. 6 is a plan view showing another example of the structure of the memory cell and the reference cell used in the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line YY ′ of FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the structure of the reference cell used in the present invention.
  • FIGS. 10A and 10B are plan views showing the reference cell shown in FIG. 9, respectively.
  • FIGS. 11A and 11B are plan views each showing another example of the reference cell.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a specific nonvolatile memory circuit using the reference device of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing another example of a specific nonvolatile memory circuit using the reference device of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a nonvolatile memory circuit including a cell array and a reference device according to an embodiment of the present invention.
  • the cell array 1 has a plurality of memory cells 2, each of which is connected to a reference selection circuit 4 via a sense amplifier 3.
  • the reference selection / selection circuit 4 has a plurality of reference cell sets 5 2 , 5, 5, 5 2 , 5, and 5, according to the levels R, R 2 , R, of multi-level quantization.
  • the reference cell set is composed of a reference cell having a smaller gate coupling ratio than a memory cell and a reference cell having a larger gate coupling ratio than the memory cell.
  • Figure 2 shows the program characteristics of memory cells and each reference cell, with the number of pulses (logarithm) on the horizontal axis and the threshold value on the vertical axis.
  • This shows the program characteristics of EPROM.
  • the threshold value of notes Riseru is between Li off Arensuseruse' bets 5, the threshold value of each re fa Rensuseru of ⁇ 5 n. Then, if the difference between the number of program pulses or the total program time is sufficiently large, the reference levels at each pulse number can be made not to overlap:
  • the characteristics are not limited to the flash EPROM by the Fauula-Nordheim tunnel electron injection, and other programming methods such as hot carrier injection have similar characteristics.
  • the multi-value determination can be performed by the following procedure.
  • Fig. 3 it is also possible to set a multi-level level opposite to that of Fig. 2 by extracting electrons from the high threshold voltage through the Fowler-Nordheim tunneling electron.
  • the memory cell and reference cell set explain the relationship with the program and the program time.
  • the gate coupling ratio (hereinafter abbreviated as the “kapple ratio”) of the reference cell set is too different from that of the memory cell. If it is small, the threshold change will be slow. For this reason, the memory cell must have a threshold between each reference cell in the reference cell set; an overlap with other multi-levels; and a reference level. It is necessary to consider the margin of the bezel, that is, the threshold width that can absorb the program variation of the memory array. In addition, the number of multilevel levels ( 2n ) also becomes a problem.
  • the difference between the two reference cells that make up each reference cell set is within ⁇ 0.5 to ⁇ 7.0% of the memory cell couple ratio. It is desirable that the magnitude ratio of the reference ratio of the reference cells in each set is not necessarily symmetric. In other words, if one of the reference cells is + 3%, the force ripple ratio of the other reference cell does not have to be 1: 1 :.
  • the reference device of the present invention may be configured as follows.
  • the memory cell and the reference set of the present invention are programmed or erased at the same time, and the threshold value of the memory cell is changed by an arbitrary number of pulses, and then the verify operation is performed. Can be.
  • the characteristics of the memory cell are found to be abnormal. This is because the threshold value of the memory cell must be within the threshold width of the reference cell set.
  • the threshold value after programming or erasing is compared with the threshold value of the reference cell to confirm that the cell has been programmed or erased. More specifically,
  • a voltage V1 is applied to the gate of the reference cell, and the output of the memory cell should be lower than the output of the reference cell at that time;
  • the threshold of the memory cell is checked. Therefore, the output component when a voltage V such that VI ⁇ V ⁇ V2 is applied is a margin. Thus, in the conventional method, the level at which the change in the threshold value of the memory cell is confirmed is determined. And it is difficult to set it to any value.
  • the present invention there are two cells in the reference cell set, one of which has a smaller gate cut ratio than the memory cell, the other has a larger size than the memory cell.
  • the transistor characteristics of the and reference cells are similar except for the gate couple ratio. Therefore, if a memory cell and the reference cell set have the same initial state, and if they are programmed or erased simultaneously, the threshold value of the memory cell will always fall between the threshold values of the cells in the reference cell set. This means that the programming and erasing speed depends only on the gate-cable ratio if other parameters are common, and the gate voltage of the programming and erasing on the memory device to avoid complexity. Are commonly used for memory cells and reference cells. Or
  • the memory cell and the reference cell set are programmed or erased only at an arbitrary time, and the threshold value of the memory cell is compared with the threshold value of the reference cell set. It can be confirmed that the threshold value is between the threshold values of the cells in the reference cell set. In other words, it is possible to confirm whether the memory cell is really programmed or erased. That is, according to the present invention, an arbitrary threshold value can be set and confirmed, that is, self-diagnosis can be performed.
  • the state of the memory cell and the reference cell set before programming or erasing are the same if the programming or erasing time exceeds several tens of milliseconds, even if the initial threshold is different. If so, for example, after programming to a certain value, the memory cell threshold can be clamped by the reference cell set threshold in subsequent programming or erasing. This is because the program or erase after enough time for the initial state of the memory cell and the reference cell to be different regardless of the initial threshold value, for example, several tens ⁇ sec to several msec. This is because the characteristic curve becomes common depending on the value of the gate force ripple ratio.In other words, the characteristic curve is applied only depending on the gate couple ratio, and the characteristic curve is different if the gate couple ratio is different. It is possible to beat.
  • the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased for a period of time sufficient for the initial state of the memory cell and the reference cell to be different, and the threshold and reset of the memory cell are performed.
  • Self-diagnosis is performed by comparing the threshold value of the reference cell set with the threshold value of the reference cell and confirming that the threshold value of the memory cell is within the threshold value of the reference cell.
  • the initial state of the memory cell differs from that of the reference cell.
  • the sufficient time to become fully assumes that voltage is applied when the memory cell and the reference cell program or erase, obtained is several tens mu ec order one r
  • the threshold value of a memory cell can be arbitrarily set using a reference cell set.
  • the memory cell is an abnormal cell :
  • the programming or erasing speed shows an abnormal value independent of the clickable ratio. Therefore, even though programming or erasing is started at the same time as the reference cell set, after a certain time, the threshold value of the memory cell is compared with the threshold value of the reference cell set. This means that the memory cell can be self-diagnosed as being abnormal. If there is a memory cell exhibiting the bit characteristics, the memory cell can be diagnosed by using this reference cell / reset. It can be estimated that the characteristics have deteriorated.
  • a force for forming a reference cell set by a reference cell having a smaller power ratio than a memory cell and a reference cell having a larger coupling ratio than the memory cell For example, the reference cell needs to have similar characteristics to the memory cell, so the basic structure of the memory cell and the reference cell is the same.
  • Change the power rubble ratio by changing the area of the part facing the control port c
  • a P o 1 y—S i cap type floating gate cell is disclosed in US Pat. This is shown in No. 14 and has a structure as shown in FIG. 4, for example. That is, the n-type source 22 and the drain 23 are formed on the main surface of the p-type substrate 2 ⁇ , and the P o is formed on the channel region 24 therebetween through the gate insulating film 25. 1 Floating gate 26 of y-Si is formed, and Poly-Si cap 27 is formed on it. Poly-Si cap 27 is formed.
  • a via hole 29 made of Po 1 y—S i is formed on the substrate through an interlayer insulating layer 28 made of, for example, ONO (oxide-nitride-oxide). Note that an insulating layer 30 is formed on the side of the floating gate 26.
  • the cell shown in FIG. 4 be a memory cell, and as shown in FIG. 5A, use a Po 1 y-Si cap 27 ′ with a shorter length (that is, a smaller area) than the cap 27.
  • the cell having a small coupling ratio corresponds to the reference cell, and as shown in FIG. 5B, a cell having a Poly-Si cap 27 "longer (that is, larger in area) than the cap 27.
  • FIGS. 7 and 8 show cells with such a structure.
  • FIG. 6 is a plan view showing a part of the cell array of such a cell
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line X--X '
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line Y--Y'.
  • the floating gate 37 is designed to cover a part of the source 32 and the drain 33 and a part of the element isolation region 36. The specific structure of this cell is shown in FIGS. 7 and 8.
  • the n-type source 32 and the drain 33 are formed on the main surface of the ⁇ -type substrate 31.
  • a gate insulating film 35 is formed on the channel region 34.
  • a floating gate 37 of P o 1 y—Si is formed on the gate insulating film 35, and an interlayer made of, for example, ONO (oxide mononitride monoxide) is further formed thereon.
  • a control / legate 39 made of Po 1 y—Si is formed via an insulating layer 38, and these cells are formed. Are separated by an element isolation region;
  • the area of the floating gate 37 is changed to change the area of the portion where the floating gate 37 and the control port 39 overlap.
  • the capacitance between the floating gate and the control gate can be changed, thereby changing the gate couple ratio.
  • the floating gate may be provided so as to extend in the arrangement direction of the source and the drain. Nor.
  • the following example is an example, and there is a method in which the opening gate is not stacked. In any case, it is simple and effective to adjust the cell characteristics by adjusting the floating gate length.
  • FIG. 9 shows an example in which a 1-poly EPROM according to the 1993 VLSI Symposium 52-A is used as a reference cell.
  • a source 45 and a drain 46 are respectively formed in the portion 2 and a common floating gate 49 is formed on the channel regions 47 and 48 therebetween through a gate oxide film (not shown). Is provided. That is, it has a CMOS structure in which NMOS and PMQS are combined.
  • the voltage Ve is applied to the source 43 and the drain 44 from the power supply 51, the source 4 and the drain 46 are grounded, and the NMOS part is read.
  • the transistor functions as a transistor, and the PMOS portion functions as a control gate portion.
  • Reference numeral 52 denotes a high-concentration region for improving grounding characteristics.
  • the gate couple ratio depends on the amount of threshold ion implantation, the thickness of the gate oxide film, and the floating in the control gate portion (PMOS). It depends on the area of the portion where the gate and the active region overlap, and the area ratio of the portion where the floating gate and the active region overlap in the readout transistor section (NMOS) (hereinafter referred to as the area ratio of the active region).
  • the gate cut ratio can be changed, and thus the threshold can be made different.

Abstract

A reference apparatus capable of handling the multi-level data while establishing sufficient correlation with memory cells, without increasing the area of the circuits. The reference apparatus is provided with a pluraltiy of reference cells sets each of which comprises a reference cell having a gate coupling ratio smaller than that of the memory cells, and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of the memory cells. The reference cells sets are programmed according to the number of pulses which is an integral multiple of the number of program pulses fed to the memory cells or according to the time that corresponds to the number of pulses, whereby a reference level is set.

Description

. 明 細 書  . Specification
リ ファ レンス装匱、 リ ファ レンスレベル設定方法および自己診断方法並びに 不揮発性半導体メモリ装置  Reference mounting method, reference level setting method, self-diagnosis method, and nonvolatile semiconductor memory device
技術分野  Technical field
本発明は、 半導体装置、 特に E P ROM、 E'2 P ROM、 フラ ッシュメモ リ等の不揮発性メモリ装置におけるデータ参照用のリファ レンス装置および そのリ ファ レンスレベル設定方法に関する。 また、 本発明は、 このリファ レ ンス装置での自己診断方法に関する,, さらに、 本発明は、 このリ ファ レンス 装置を具備する不揮発性半導体メモリ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, in particular EP ROM, E '2 P ROM , reference device and its's Reference level setting for data references in the nonvolatile memory device such as a hula Sshumemo Li. In addition, the present invention relates to a self-diagnosis method using the reference device, and further relates to a nonvolatile semiconductor memory device including the reference device.
背景技術  Background art
E P ROM, E 2 P ROM, フラッシュメモリ等の不揮発性メモリデバイ スにおいて、 メモリセルの 「0」 、 「 1」 を判定する必要があるが、 従来こ れはメモリセルの出力をリ ファ レンスセルの出力とセンスアンプによって比 較することで行なわれている。 In non-volatile memory devices such as EP ROM, E 2 P ROM, flash memory, etc., it is necessary to judge whether the memory cell is “0” or “1”. This is done by comparing the output with a sense amplifier.
このよ うなリ ファ レンスセルは、 メモリセルの特性を代表するため、 一般 にメモリセルと同型に造られている。 例えば、 米国特許第 4 , 2 2 3 , 3 9 4号には、 E P R O Mにおける同型リ ファ レンスセルが記述されている— ところで、 近年、 メモリの集積度を増加させる技術として多値メモリが話 題となっている。 ここで多値とは、 「0」 、 「 1」 の 2値ではなく、 「0」 、 Such a reference cell is generally made of the same type as the memory cell in order to represent the characteristics of the memory cell. For example, U.S. Pat. Nos. 4,223,394 describe an isomorphic reference cell in an EPROM. By the way, in recent years, multi-valued memory has become an issue as a technique for increasing memory integration. Has become. Here, multi-value is not “0” or “1” but “0”,
「 0. 3 3」 、 「 0. 6 6」 、 「 1」 の 4値のように 2 n ( n > 1 ) 個の状 態をもつことをいう。 It means that it has 2 n (n> 1) states like four values of “0.33”, “0.66”, and “1”.
このよ うな多値情報を判定するため、 従来、 リ ファ レンスセルへ印加する 電圧を多段化し、 出力を多値化したり、 センス比の異なる複数のセンスアン ブを準備し、 出力に応じてセンスアンプを使い分けることで多値化に対応す る手法が提案されている, しかしながら、 上述のような方法によって多値化に対応する場合には、 回 路自体が複雑になり回路面積が増大する その上、 多値化の設定がリファ レ ンスセ /レそのものではなく、 いわばリ ファ レンスセルの外部環境を変えるこ とでなされるため、 メモ リセルとの相関がとりにく くなつてしまうという問 題がある Conventionally, in order to determine such multi-valued information, the voltage applied to the reference cell is multi-staged, the output is multi-valued, or a plurality of sense amplifiers having different sense ratios are prepared, and the sense amplifier is operated according to the output. A method has been proposed to support multi-leveling by using different methods. However, in the case of responding to multi-leveling by the above-described method, the circuit itself becomes complicated and the circuit area increases. In addition, the setting of multi-leveling is not a reference cell itself, but a so-called reference. The problem is that the correlation with the memory cell becomes difficult because the external environment of the reference cell is changed.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、 回路面積を増大する ことなく、 しかもメモリセルと十分相関をとりながら多値化に対応すること ができるリファレンス装置およびそのリ ファ レンスレベル設定方法を提供す ることを課題とする。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and a reference device and a reference level setting thereof capable of coping with multi-leveling without increasing a circuit area and sufficiently correlating with a memory cell. The task is to provide a method.
発明の開示  Disclosure of the invention
上記課題を解決するために、 本発明は、 メモリセルよりも小さなゲート力 ップル比を有するリ ファ レンスセルと、 メモリセルより も大きなゲー トカツ ブル比を有するリ ファ レンスセルとで構成される リ ファ レンスセルセッ トを 複数備えたこ とを特徴とするリ ファ レンス装置を提供する,  In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a reference cell set including a reference cell having a gate power ripple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of the memory cell. To provide a reference device characterized by having a plurality of
また、 本発明は、 上記リ ファ レンス装匱において、 各リ ファ レンスセルセ ッ トを構成する 2つのリ ファ レンスセルが、 メモリセルのゲー ト力ッブル比 に対して ± 0 . 5〜土 7 . 0 %のゲートカップル比を有するリ ファ レンス装 置を提供する,:  Further, according to the present invention, in the above reference device, two reference cells constituting each reference cell set may have a gate power ratio of ± 0.5 to 7.0 with respect to a gate power ratio of a memory cell. Providing a reference device with a gate couple ratio of
本発明は、 メモリセルよりも小さなゲ一トカップル比を有するリファレン スセルと、 メモリセルより も大きなゲートカツプル比を有するリファ レンス セルとで構成される リ ファ レンスセルセッ トを複数備えたリファレンス装置 におけるリ ファ レンス レベル設定方法であって、 メモリセルへのプログラム パルスの整数倍のハルス数またはそれに相当する時問だけ前記リ ファ レンス セルセッ トをプログラムし、 リ ファ レンスレベル設定することを特徴とする リ ファ レンス レベル設定方法を提供する。 n また、 本発明は、 メモリセルよりも小さなゲー トカップル比を有するリフ ァレンスセルと、 メモ リセルより も大きなゲ一トカツプル比を有するリファ レンスセルとで構成されるリ ファ レンスセルセッ 卜を複数備えたリ ファ レン ス装置における 己診断方法であって、 前記メモ リセルと前記リ ファ レンス セルを同時にプログラムまたは消去して、 前記メモリセルのしきい値と リフ ァレンスセルのしきい値とを比較して、 前記メモリセルのしきい値が前記リ ファ レンスセルのしきい値の間にあることを確認することを特徴とする自己 診断方法を提供する The present invention provides a reference device having a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate couple ratio smaller than a memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than the memory cell. A method for setting a reference level, wherein the reference cell set is programmed and set to a reference level only when the number of Hals is an integral multiple of a program pulse for a memory cell or at a time corresponding thereto. Provides a reference level setting method. The present invention also provides a reference cell including a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate couple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of the memory cell. A self-diagnosis method for a memory device, wherein the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased, and a threshold of the memory cell is compared with a threshold of a reference cell to determine Providing a self-diagnosis method characterized by confirming that a cell threshold value is between the reference cell threshold values.
さらに、 本発明は、 メモリセルと、 前記メモリセルよりも小さなゲート力 ッフル比を有するリファレンスセルと、 前記メモリセルよりも大きなゲ一ト 力ッブ レ比を有するリ ファ レンスセルとで構成されるリ ファ レンスセルセッ トを複数備えたリ ファ レンス装置とを具備することを特徴とする不揮発性半 導体メモ リ装置を提供する 2 Further, the present invention includes a memory cell, a reference cell having a smaller gate power ruffle ratio than the memory cell, and a reference cell having a larger gate power ruffle ratio than the memory cell. 2 to provide a non-volatile semi-conductor memory device characterized by comprising a's Reference device having a plurality of re files Rensuseruse' DOO
本発明においては、 メモリセルよりも小さなゲ一トカップル比を有するリ ファ レンスセルと、 メモリセルよりも大きなゲ一.トカップル比を有するリフ ァレンスセルとで構成されるリファレンスセルセッ トを多値化したレ、レベル 分準備する 3 各々のリ ファ レンスセルセッ トを多値化の数に応じ、 メモリセ ルをブ口グラムする電圧パルス数の整数倍のパルスを用いてプログラムする。 以上により、 各リ ファ レンスセルセッ トは、 パルス数に応じ、 各々のレべ ル問のマ一ジンを保ち、 かつ、 多値レベルに応じたマージンももつように設 定される: このように設定されたレベルは、 必ずメモリセルがバルスブログ ラムされたときの通過点にあるようになる。 したがって、 回路面積を増大す ることなく、 メモリセルと十分相関をと りながら多値化に対応することがで きる,. In the present invention, a multi-valued reference cell set including a reference cell having a gate couple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate couple ratio larger than the memory cell is used. The three reference cell sets prepared for each level are programmed according to the number of multi-levels, using pulses that are an integral multiple of the number of voltage pulses used to program the memory cells. As described above, each reference cell set is set so as to maintain the margin of each level according to the number of pulses and also have a margin corresponding to the multilevel level. The specified level will always be at the point where the memory cell was pulsed. Therefore, without increasing the circuit area, it is possible to cope with multi-leveling while sufficiently correlating with the memory cell.
図面の簡単な説明 図 1 は、 セルァレイと本発明の一実施形態に係るリ ファ レンス装置とを有 すろ不揮発性メモ リ回路を示す図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a diagram showing a nonvolatile memory circuit including a cell array and a reference device according to an embodiment of the present invention.
図 2は、 メモリセルと各リファレンスセルのプログラム特性を示す図であ る .  Figure 2 shows the program characteristics of the memory cell and each reference cell.
図 3は、 図 2 と逆の多値レベル設定を行なった場合におけるメモリセルと 各リファ レンスセルのプログラム特性を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing program characteristics of a memory cell and each reference cell when a multi-level level setting reverse to that of FIG. 2 is performed.
図 4は、 本発明に用いられるメモリセルの情造の一例を示す断面図である c 図 5 Aおよび 5 Bは、 リファレンスセルのゲートカツプル比を異ならしめ た例を示す図である。 4, c Figure 5 A and 5 B is a cross-sectional view showing an example of Jozo memory cell used in the present invention is a diagram showing an example in which occupies different Getokatsupuru ratio of the reference cell.
図 6は、 本発明に用いられるメモ リセルおよびリ ファ レンスセルの構造の 他の例を示す平面図である。  FIG. 6 is a plan view showing another example of the structure of the memory cell and the reference cell used in the present invention.
図 7は、 図 6の X— X ' 断面図である。  FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG.
図 8は、 図 6の Y— Y ' 断面図である。  FIG. 8 is a sectional view taken along line YY ′ of FIG.
図 9は、 本発明に用いられるリファレンスセルの構造の他の例を示す模式 図:.  FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the structure of the reference cell used in the present invention.
図 1 O Aおよび 1 0 Bは、 それぞれ、 図 9に示すリファ レンスセルを示す 平面図である,  FIGS. 10A and 10B are plan views showing the reference cell shown in FIG. 9, respectively.
図 1 1 Aおよび 1 1 Bは、 それぞれ、 リ ファ レンスセルの他の例を示す平 面図である。  FIGS. 11A and 11B are plan views each showing another example of the reference cell.
図 1 2は、 本発明のリファレンス装置を用いた具体的な不揮発性メモリ回 路の一例について示す図である。  FIG. 12 is a diagram showing an example of a specific nonvolatile memory circuit using the reference device of the present invention.
図 1 3は、 本発明のリ ファ レンス装置を用いた具体的な不揮発性メモリ回 路の他の例について示す図である。  FIG. 13 is a diagram showing another example of a specific nonvolatile memory circuit using the reference device of the present invention.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の実施の形態について具体的に説明する„ 図 1 は、 セルァレイと本発明の一実施形態に係るリファレンス装置とを有 する不揮発性メモ リ回路を示す図である Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. FIG. 1 is a diagram showing a nonvolatile memory circuit including a cell array and a reference device according to an embodiment of the present invention.
セルア レイ 1 は複数のメモ リセル 2を有しており、 各メモ リセル 2にはセ ンスアンプ 3を介してリ ファ レンス選択回路 4に接続されている。 リファ レ ンスセ /レ選択回路 4 は、 多値化のレベル R ,、 R 2、 R ,、に応じ た数の複数のリ ファ レンスセルセッ ト 5 い 5 2、 5 ,,を有して いる. 各リ ファ レンスセルセッ トは、 メモリセルよりも小さなゲートカップ ル比を有するリ ファ レンスセルとメモリセルよりも大きなゲートカツプル比 を有するリ ファ レンスセルとで構成されている。 The cell array 1 has a plurality of memory cells 2, each of which is connected to a reference selection circuit 4 via a sense amplifier 3. The reference selection / selection circuit 4 has a plurality of reference cell sets 5 2 , 5, 5, 5 2 , 5, and 5, according to the levels R, R 2 , R, of multi-level quantization. The reference cell set is composed of a reference cell having a smaller gate coupling ratio than a memory cell and a reference cell having a larger gate coupling ratio than the memory cell.
各リ フ ァ レンスセルセッ トを多値化のレベルに応じ、 メモリセルをプログ ラムする電圧パルスの整数倍のパルスを用いてプログラムする  Program each reference cell set according to the level of multi-leveling using a pulse that is an integral multiple of the voltage pulse that programs the memory cell.
図 2は、 横軸にパルス数 (対数) をとり、 縦軸にしきい値をとつて、 メモ リセルと各リ ファ レンスセルのプログラム特性を示す図であり、 フアウラ ― . ノードハイム トンネル電子注入によるフラッシュ E P R O Mにおけるブ ログラム特性を示す。 この図に示すように、 メモ リセルのしきい値は、 リ フ ァレンスセルセッ ト 5 ,〜 5 nの各リ ファ レンスセルのしきい値の間にある。 そして、 プログラムパルス数またはト一タルのプログラム時間の差を充分に とれば、 各バルス数でのリ ファ レンスレベルに重なりがないようにすること ができる:: Figure 2 shows the program characteristics of memory cells and each reference cell, with the number of pulses (logarithm) on the horizontal axis and the threshold value on the vertical axis. This shows the program characteristics of EPROM. As shown in this figure, the threshold value of notes Riseru is between Li off Arensuseruse' bets 5, the threshold value of each re fa Rensuseru of ~ 5 n. Then, if the difference between the number of program pulses or the total program time is sufficiently large, the reference levels at each pulse number can be made not to overlap:
なお、 フアウラ一 ' ノー ドハイム トンネル電子注入によるフラッシュ E P R O Mに限らず、 ホッ 卜キャリア注入等の他のプログラム方法でも同様な特 性となる  It should be noted that the characteristics are not limited to the flash EPROM by the Fauula-Nordheim tunnel electron injection, and other programming methods such as hot carrier injection have similar characteristics.
以上のことから、  From the above,
( 1 ) メモリセルのプログラムパルス数の整数倍、 またはそれに相当する 時間フログラム (ある一定の時間プログラムすること。 ) で、 各リファ レン スセルセッ トのリ ファ レンスレベルを決める。 (1) An integer multiple of the number of program pulses of the memory cell, or a time program equivalent to that, must be programmed for a certain period of time. Determine the reference level for the cell set.
( 2 ) 多値レベルに応じてメモリセルにプログラムパルスを与え、 メモリ セルをフ '口 グラムする「  (2) Apply a program pulse to the memory cell according to the multi-level level and program the memory cell.
( 3 ) 次に、 適当なリ ファ レンスセルセッ トを選択し、 メモリセルがリ フ ア レンスレベル内にあるかどうかを調べる。  (3) Next, select an appropriate reference cell set and check whether the memory cell is within the reference level.
という手順で多値の判定が可能であることがわかる。 It can be understood that the multi-value determination can be performed by the following procedure.
なお、 図 3に示すように、 高しきい値から、 フアウラ一 ' ノードハイム ト ンネル電子引き抜きにより、 図 2 と逆の多値レベル設定を行うこともできる, 次に、 メモリセルと リ ファ レンセルセッ トとの関係、 およびプログラム時 間について説明する。  As shown in Fig. 3, it is also possible to set a multi-level level opposite to that of Fig. 2 by extracting electrons from the high threshold voltage through the Fowler-Nordheim tunneling electron. Next, the memory cell and reference cell set Explain the relationship with the program and the program time.
メモリセルに対し、 リ ファ レンスセルセッ トのゲ一 トカツプル比 (以下、 カツフル比と略記する. ) が違いすぎると問題が生じる カツブル比が大き いとフログラム等でのしきい値変化は速くなり、 逆に小さいと しきい値変化 は遅くなる。 このため、 メモリセルは、 リ ファ レンスセルセッ トの各リ ファ レンスセルの間のしきい値を有することになる力;、 他の多 j直レベルとのォー バ一ラ ップや、 リ ファ レンスレべゾレのマージン、 つま り メモリアレイのプロ グラムばらつきを吸収できるだけのしきい値幅を有するように考慮する必要 がある, 他に、 多値レベルのレベル数 ( 2 n ) も問題となる。 A problem arises when the gate coupling ratio (hereinafter abbreviated as the “kapple ratio”) of the reference cell set is too different from that of the memory cell. If it is small, the threshold change will be slow. For this reason, the memory cell must have a threshold between each reference cell in the reference cell set; an overlap with other multi-levels; and a reference level. It is necessary to consider the margin of the bezel, that is, the threshold width that can absorb the program variation of the memory array. In addition, the number of multilevel levels ( 2n ) also becomes a problem.
以上のようなことを考慮,すれば、 各リ ファレンスセルセッ トを構成する 2 つのリ ファ レンスセルの違いが、 メモリセルのカップル比に対して ± 0 . 5 〜± 7 . 0 %の範囲であることが望ましい 各セッ トのリ ファ レンスセルの カツフル比の大小割合は必ずしも対称でなく ともよい。 つまり、 一方のリ フ ァ レンスセルが + 3 %の場合、 他方のリ ファ レンスセルの力ップル比が必ず しも一: %でなくてもよレ、。  Considering the above, the difference between the two reference cells that make up each reference cell set is within ± 0.5 to ± 7.0% of the memory cell couple ratio. It is desirable that the magnitude ratio of the reference ratio of the reference cells in each set is not necessarily symmetric. In other words, if one of the reference cells is + 3%, the force ripple ratio of the other reference cell does not have to be 1: 1 :.
フログラム時間に関しては、 図 2にも示すように、 初期の部分にしきい値 ? 逆転領域が存在するため、 初期領域の使用は避けなければならない。 このよ うにしきい値逆転領域が生じるのは、 カツプル比が大きいと初期しきい値が 低くフログラム速度が速いが、 力ップル比が小さいと初期しきい値は高くプ 口グラム速度が遅いためである。 この逆転領域はトンネル酸化膜厚や印加電 -:等にも影響されるが、 初期状態から概ね数 μ s e cのオーダ一である 次に、 本発明のリファレンス装置の自己診断機能について説明する c 一般に、 書込みや消去の証明はリファレンスレベルとの比較でなされる。 このとき、 リ ファ レンスレベルはある特定の値である。 Regarding the program time, as shown in Fig. 2, ? Because there is a reversal area, the use of the initial area must be avoided. The threshold inversion region occurs because the initial threshold is low and the program speed is high when the coupling ratio is large, but the initial threshold is high and the program speed is low when the force-pull ratio is low. is there. This reversal area tunnel oxide thickness and applied electric -: it also affects the like, generally of the order one number mu sec from the initial state then, the c generally describing a self-diagnosis function of the reference apparatus of the present invention The proof of writing or erasing is made by comparison with the reference level. At this time, the reference level is a specific value.
これとは異なり、 あるメモリセルを任意の値にしたいときにどのようにす ればよいのかという問題がある。 すなわち、 従来技術においては、 任意のリ ファ レンスレベルを準備するにはリファ レンスセルの数ゃリファ レンス設定 電圧が膨大なものとなってしまう。 このような要望に対しては、 本発明のリ ファ レンス装置では次のようにすればよレ、。  On the other hand, there is a problem of how to set a certain memory cell to an arbitrary value. That is, in the prior art, to prepare an arbitrary reference level, the number of reference cells セ ル the reference setting voltage becomes enormous. To meet such demands, the reference device of the present invention may be configured as follows.
メモリセルと本発明のリ ファ レンスセッ 卜を同時にプログラムまたは消去 し、 任意のパルス数分だけメモリセルのしきい値を変えた後にベリファイを 行う, これで任意の値の設定及びべリファイを行なうことができる。  The memory cell and the reference set of the present invention are programmed or erased at the same time, and the threshold value of the memory cell is changed by an arbitrary number of pulses, and then the verify operation is performed. Can be.
さらに、 もしリファ レンスセルセッ トが正常であるとき、 上記のベリファ ィでベリ ファイ不良となったら、 メモリセルの特性が異常であることがわか る。 メモリセルのしきい値は必ずリファレンスセルセッ トのしきい値幅の中 に入っていなければならないからである。  Furthermore, if the reference cell set is normal and the verification fails in the above verification, the characteristics of the memory cell are found to be abnormal. This is because the threshold value of the memory cell must be within the threshold width of the reference cell set.
つまり、 本発明を用いれば、  That is, if the present invention is used,
( 1 ) 任意のしきい値の設定とその自己診断、 および  (1) Arbitrary threshold setting and self-diagnosis, and
( 2 ) セル特性の異常、 正常の自己診断の 2つの自己診断ができることにな る':  (2) Two self-diagnoses can be performed: abnormal cell characteristics and normal self-diagnosis.
二番目の自己診断は、 従来のテ一ルビッ トという形のしきい値変化異常自 己診断と同様である . 本発明では診断対象メモリセルと一対一で行える特徴 がある 一番目の任意のしきい値の設定と自己診断ができる点は本発明特有 の効果である。 The second self-diagnosis is a self-diagnosis of threshold change abnormalities in the form of a conventional bit. The present invention is characterized in that it can be performed on a one-to-one basis with the memory cell to be diagnosed. The first optional threshold setting and self-diagnosis are the effects unique to the present invention.
この本発明の自己診断機能についてより詳細に説明する。 従来の E P R O Mゃフラッシュメモリでは、 ブログラム後や消去後のしきい値をリファンレ スセルのしきい値と比較し、 セルがプログラムまたは消去されていることを 確認している。 より具体的には、  The self-diagnosis function of the present invention will be described in more detail. In conventional EPROM ゃ flash memory, the threshold value after programming or erasing is compared with the threshold value of the reference cell to confirm that the cell has been programmed or erased. More specifically,
@ 1 : リ ファ レンスセルのゲートに電圧 V 1 を与え、 その時のリファ レン スセルの出力よりメモリセルの出力が低ければよい場合、 および、  @ 1: A voltage V1 is applied to the gate of the reference cell, and the output of the memory cell should be lower than the output of the reference cell at that time; and
@ 2 : リ ファ レンスセルのゲ一 トに電圧 V 2 ( > V 1 ) を与え、 その時の リ ファ レンスセルの出力よりメモリセルの出力が高ければ良い場合  @ 2: When the voltage V 2 (> V 1) is applied to the gate of the reference cell and the output of the memory cell is higher than the output of the reference cell at that time
とに分けて、 メモリセルのしきい値の確認を行なっている。 従って、 V I < V < V 2なる電圧 Vを印加したときの出力分がマ一ジンとなっている- こ のように、 従来の方法ではメモリセルのしきい値の変化を確認するレベルが 決まっており、 任意の値に設定することが困難である。  The threshold of the memory cell is checked. Therefore, the output component when a voltage V such that VI <V <V2 is applied is a margin. Thus, in the conventional method, the level at which the change in the threshold value of the memory cell is confirmed is determined. And it is difficult to set it to any value.
一方、 本発明では、 リ ファ レンスセルセッ トのセルは 2つあり、 そのゲ一 トカツフル比は 1 つはメモリセルよ り も小さく 、 も う 〗 つはメモリセルよ り も大きレ、 また、 メモリセルと リ ファ レンスセルはゲートカップル比が異な るだけでトランジスタ特性は似ている。 従って、 あるメモリセルとリファ レ ンスセルセッ トの初期状態が同じとき、 これらを同時にプログラムまたは消 去すると、 メモリセルのしきい値は必ずリ ファ レンスセルセッ 卜のセルたち のしきい値の間に入っていることになる: これは、 プログラムおよび消去速 度は他のパラメータ一が共通ならばゲートカッブル比にだけ依存し、 かつ、 複雑さを避けるためにメモリデバイスにおけるプログラムや消去のゲ一ト電 圧等のハラメ一タ一は、 メモリセルおよびリ ファ レンスセルで一般に共通だ か On the other hand, according to the present invention, there are two cells in the reference cell set, one of which has a smaller gate cut ratio than the memory cell, the other has a larger size than the memory cell. The transistor characteristics of the and reference cells are similar except for the gate couple ratio. Therefore, if a memory cell and the reference cell set have the same initial state, and if they are programmed or erased simultaneously, the threshold value of the memory cell will always fall between the threshold values of the cells in the reference cell set. This means that the programming and erasing speed depends only on the gate-cable ratio if other parameters are common, and the gate voltage of the programming and erasing on the memory device to avoid complexity. Are commonly used for memory cells and reference cells. Or
従って、 本発明を用いれば、 任意の時問だけメモリセルと リ ファ レンスセ ルセッ トをプログラムまたは消去して、 メモリセルのしきい値とリファ レン スセルセッ トのしきい値とを比較すると、 メモリセルのしきい値がリ ファ レ ンスセルセッ 卜のセルたちのしきい値の間にあることが確認できる., 言い換 えるならば、 メモリセルが本当にプログラムまたは消去されたかを確認する ことができる。 つまり、 本発明によれば、 任意のしきい値の設定とその確認, すなわち自己診断ができる。  Therefore, according to the present invention, the memory cell and the reference cell set are programmed or erased only at an arbitrary time, and the threshold value of the memory cell is compared with the threshold value of the reference cell set. It can be confirmed that the threshold value is between the threshold values of the cells in the reference cell set. In other words, it is possible to confirm whether the memory cell is really programmed or erased. That is, according to the present invention, an arbitrary threshold value can be set and confirmed, that is, self-diagnosis can be performed.
ところで、 ブログラムまたは消去する前のメモリセルと リ ファ レンスセル セッ 卜の状態は、 プログラムまたは消去時間が数十 m s e cを超える場合は 初期のしきい値が異なっていても、 初期の状態が共通であれば、 例えばある 値にフログラムした後であれば、 その後のプログラムまたは消去でメモリセ ルのしきい値をリファ レンスセルセッ トのしきい値で挟み打ちできる。 これ は、 初期しきい値の値に関わらず、 メモリセルと リ ファ レンスセルの初期の 状態が異なるものになるのに十分な時間、 例えば数十 μ s e c〜数 m s e c がたつた後のフログラムまたは消去特性曲線はゲ一ト力ップル比の値により 共通になるからである つまり、 ゲ一 卜カップル比にだけ依存して特性曲線 がかけ、 ゲー トカップル比が違えば特性曲線も異なるため、 上記挟み打ちが 可能である。  By the way, the state of the memory cell and the reference cell set before programming or erasing are the same if the programming or erasing time exceeds several tens of milliseconds, even if the initial threshold is different. If so, for example, after programming to a certain value, the memory cell threshold can be clamped by the reference cell set threshold in subsequent programming or erasing. This is because the program or erase after enough time for the initial state of the memory cell and the reference cell to be different regardless of the initial threshold value, for example, several tens μsec to several msec. This is because the characteristic curve becomes common depending on the value of the gate force ripple ratio.In other words, the characteristic curve is applied only depending on the gate couple ratio, and the characteristic curve is different if the gate couple ratio is different. It is possible to beat.
従って、 メモリセルと リファレンスセルとの初期の状態が異なるものにな るのに十分な時問の間、 メモリセルとリファレンスセルとを同時にプログラ ムまたは消去して、 メモリセルのしきい値と リ ファ レンスセルセッ トのリ フ ア レンスセルのしきい値とを比較して、 メモリセルのしきい値がリ ファ レン スセルのしきい値の間にあることを確認することにより、 自己診断を行うこ とができる メモリセルと リファレンスセルとの初期の状態が異なるものに なるのに十分な時間とは、 完全にメモりセルおよびリファレンスセルをプロ グラムまたは消去するときの電圧が印可されていることを前提と して、 数十 μ e cオーダ一である得る r Therefore, the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased for a period of time sufficient for the initial state of the memory cell and the reference cell to be different, and the threshold and reset of the memory cell are performed. Self-diagnosis is performed by comparing the threshold value of the reference cell set with the threshold value of the reference cell and confirming that the threshold value of the memory cell is within the threshold value of the reference cell. The initial state of the memory cell differs from that of the reference cell. The sufficient time to become fully assumes that voltage is applied when the memory cell and the reference cell program or erase, obtained is several tens mu ec order one r
上述のように、 本発明ではリファレンスセルセッ トを用いてメモリセルの しきい値を任意に設定できる。  As described above, in the present invention, the threshold value of a memory cell can be arbitrarily set using a reference cell set.
ここで、 もしメモリセルが異常セルであつたと仮定する:: この場合、 プロ グラムまたは消去の速度はカツブル比に依存せず異常値を示す。 従って、 リ ファレンスセルセッ トと同時にプログラムまたは消去を始めたにもかかわら ず、 ある時間後、 メモリセルと リ ファ レンスセルセッ トのしきい値を比較す るとメモリセルのしきい値がリ ファ レンスセルセッ トのしきい値の間に入ら ないことを確認できる このことは、 メモリセルが異常であることを自己診 断できることを意味する。 テ一ルビッ ト特性を示すメモリセルがあった場合、 そのメモリセルをこのリ ファ レンスセ/レセッ トを用いて診断すると、 例えば 単体セル特性を調べたにもかかわらず問題ないと、 セルァレイの並べ方で特 性が劣化していることを推定できる。  Here, it is assumed that the memory cell is an abnormal cell :: In this case, the programming or erasing speed shows an abnormal value independent of the clickable ratio. Therefore, even though programming or erasing is started at the same time as the reference cell set, after a certain time, the threshold value of the memory cell is compared with the threshold value of the reference cell set. This means that the memory cell can be self-diagnosed as being abnormal. If there is a memory cell exhibiting the bit characteristics, the memory cell can be diagnosed by using this reference cell / reset. It can be estimated that the characteristics have deteriorated.
もう少し詳しく説明すると、 このテールビッ ト特性を示したメモリセルに 対し、 メモリセル単体と リ ファ レンスセルセッ トを同時にプログラムまたは 消去してメモリセルのしきい値をリファ レンスセルセッ トのしきい値で挟み 撃ちできることを確認する これは、 セル単体は正常であることを示してい る。 それにもかかわらずテールビッ ト特性を示しているとすれば、 そのセル に七分な電圧が供給できない状況になっていることが推定される。 例えば、 セルァレイ全体を動作させると各メモリセルでリーク電流が大きすぎ末端の メモリセ/レにはリークによる電位降下の影響が出てしまっている場合等であ る。  To explain in more detail, for a memory cell that exhibits this tail bit characteristic, it is possible to program or erase the memory cell alone and the reference cell set at the same time and shoot the threshold of the memory cell with the threshold of the reference cell set. This indicates that the cell alone is normal. Nevertheless, if it shows tail bit characteristics, it is presumed that the cell cannot be supplied with seven-seventh voltage. For example, when the entire cell array is operated, the leak current is too large in each memory cell, and the terminal memory cell at the end is affected by the potential drop due to the leak.
次に、 メモリセルと リ ファ レンスセルの構造例について説明する 本発明では、 メモリセルよりも小さな力ッブル比を有するリ ファ レンスセ ルと、 メモリセルよりも大きなカツプル比を有するリ ファ レンスセルとでリ ファ レンスセルセッ トを構成する力;、 カップル比を異ならせためには以下の ような構造が例示される, リ ファ レンスセルはメモリセルと相似的な特性を 持つ必要があるため、 メモリセルとリファレンスセルの基本構造を同一と し. フ口一ティングゲ一卜のコント口一ルゲ一トに対向する部分の面積を変える こ とによ り力ッブル比を変化させる c Next, an example of the structure of the memory cell and the reference cell will be described. According to the present invention, a force for forming a reference cell set by a reference cell having a smaller power ratio than a memory cell and a reference cell having a larger coupling ratio than the memory cell; For example, the reference cell needs to have similar characteristics to the memory cell, so the basic structure of the memory cell and the reference cell is the same. Change the power rubble ratio by changing the area of the part facing the control port c
ここでは、 P o 1 y— S i キヤップ型のフ口一ティングゲ一トセルを用い た例について説明する P o 1 y— S i キャップ型のフロ一ティングゲート セルは米国特許第 4 8 3 3 5 1 4号に示されており、 例えば図 4に示すよう な構造を有している。 すなわち、 p型の基板 2 〗 の主面に n型のソース 2 2 及びドレイン 2 3が形成されており、 その間のチヤネル領域 2 4の上には、 ゲー ト絶縁膜 2 5を介して P o 1 y— S i のフローテイングゲ一 卜 2 6が形 成されており、 さらにその上に P o l y— S i キャップ 2 7が形成されてい る— P o 1 y— S i キャップ 2 7の上には例えば O N O (酸化物一窒化物一 酸化物) からなる層間絶縁層 2 8を介して P o 1 y— S i からなるコン ト口 —ルケ一ト 2 9が形成されている。 なお、 フローティングゲート 2 6の側方 には絶縁層 3 0が形成されている。  Here, an example using a P o 1 y—S i cap type opening gate cell will be described. A P o 1 y—S i cap type floating gate cell is disclosed in US Pat. This is shown in No. 14 and has a structure as shown in FIG. 4, for example. That is, the n-type source 22 and the drain 23 are formed on the main surface of the p-type substrate 2〗, and the P o is formed on the channel region 24 therebetween through the gate insulating film 25. 1 Floating gate 26 of y-Si is formed, and Poly-Si cap 27 is formed on it. Poly-Si cap 27 is formed. A via hole 29 made of Po 1 y—S i is formed on the substrate through an interlayer insulating layer 28 made of, for example, ONO (oxide-nitride-oxide). Note that an insulating layer 30 is formed on the side of the floating gate 26.
フローティングゲ一ト 2 6はチャネル領域 2 4を覆うように設けられてお り、 その上の P o 1 y— S i キャップ 2 7はソ一ス 2 2およびドレイン 2 3 の一部または全部、 またはフィールド酸化膜等素子分離領域の一部をカバ一 する庇状をなしている。 そして、 この P o 1 y— S i キャップ 2 7はフロー ティングゲ一ト 2 6の一部として機能する。 この P o 1 y— S i キャップ 2 7を設けることにより、 フローティングゲ一トおよびコントロ一ルゲー 卜間 のキャパシタンスを大きくすることができる c ここで、 フローティ ングゲ一トおよびコン トロールゲ一 ト間のキャパシタ ンスを変化させることによりカツプル比を変化させることができるから、 上 記構造において P o l y— S i キャップ 2 7の面積を異ならしめ、 P o l y 一 S i キャ ップ 2 7とコン ト口一ルゲ一 ト 2 9とが重なり合う部分の面積を 変化させることにより力ッブル比を変化させることができる— The floating gate 26 is provided so as to cover the channel region 24, and the P o 1 y—S i cap 27 on the floating gate 26 is part or all of the source 22 and the drain 23. Alternatively, it has an eaves shape that covers a part of the element isolation region such as a field oxide film. The P o 1 y—S i cap 27 functions as a part of the floating gate 26. By providing the P o 1 y- S i cap 2 7, c it is possible to increase the capacitance between the floating gate Ichito and control one Ruge Bok Here, since the coupling ratio can be changed by changing the capacitance between the floating gate and the control gate, the area of the poly-Si cap 27 in the above structure is changed, The power rubble ratio can be changed by changing the area of the portion where the oly-Si cap 27 and the control port 29 overlap.
例えば、 図 4に示したセルをメモリセルと し、 図 5 Aのように、 キャップ 2 7よりも長さが短い (すなわち面積が狭い) P o 1 y - S i キャ ップ 2 7 ' を有するセルをカップル比が小さレ、リ ファ レンスセルに対応させ、 図 5 Bのように、 キャップ 2 7よりも長さが長い (すなわち面積が広い) P o l y— S i キャップ 2 7 " を有するセルを力ップル比が大きいリ ファ レンスセ ルに対応させる  For example, let the cell shown in FIG. 4 be a memory cell, and as shown in FIG. 5A, use a Po 1 y-Si cap 27 ′ with a shorter length (that is, a smaller area) than the cap 27. The cell having a small coupling ratio corresponds to the reference cell, and as shown in FIG. 5B, a cell having a Poly-Si cap 27 "longer (that is, larger in area) than the cap 27. To the reference cell with a large force ripple ratio
以上のセルは、 フ口一ティングゲ一トの上に P o 1 y - S i キヤッブを設 けたものであるが、 このようなキャップを設けず、 フローティングゲー ト自 体に P o 1 y— S i キヤップの機能を持たせてもよい。 このような構造のセ ルを図 6〜図 8に示す。 図 6はこのようなセルのセルァレイの一部を示す平 面図であり、 図 7はその X— X ' 断面図、 図 8は Y— Y ' 断面図である こ れらの図に示すように、 このセルにおいては、 フロ一ティングゲー ト 3 7が ソース 3 2およびドレイ ン 3 3の一部、 および素子分離領域 3 6の一部を力 バーするようになっている。 このセルの具体的な構造は図 7、 8に示されて レヽる すなわち、 ρ型の基板 3 1の主面に n型のソ一ス 3 2及びドレイ ン 3 3が形成されており、 その間のチャネル領域 3 4の上には、 ゲート絶縁膜 3 5が形成されている。 そして、 ゲート絶縁膜 3 5の上には P o 1 y— S i の フローティ ングゲ一ト 3 7が形成されており、 さらにその上に例えば O N O (酸化物一窒化物一酸化物) からなる層間絶縁層 3 8を介して P o 1 y— S i からなるコン トロ一/レゲート 3 9が形成されてレ、る, そして、 これらのセ ルは素子分離領域; 6により分離されている。 The above cell has a Po1y-Si cap on the opening gate, but without such a cap, the floating gate itself has a Po1y-S i It may have a cap function. Figures 6 to 8 show cells with such a structure. FIG. 6 is a plan view showing a part of the cell array of such a cell, FIG. 7 is a sectional view taken along line X--X ', and FIG. 8 is a sectional view taken along line Y--Y'. As shown in these figures. Further, in this cell, the floating gate 37 is designed to cover a part of the source 32 and the drain 33 and a part of the element isolation region 36. The specific structure of this cell is shown in FIGS. 7 and 8. That is, the n-type source 32 and the drain 33 are formed on the main surface of the ρ-type substrate 31. On the channel region 34, a gate insulating film 35 is formed. A floating gate 37 of P o 1 y—Si is formed on the gate insulating film 35, and an interlayer made of, for example, ONO (oxide mononitride monoxide) is further formed thereon. A control / legate 39 made of Po 1 y—Si is formed via an insulating layer 38, and these cells are formed. Are separated by an element isolation region;
このよ う な構成のセルにおいては、 フローティ ングゲ一 卜 3 7の面積を変 化させて、 フローテイ ングゲ一 卜 3 7 とコン ト口一ルケ一 ト 3 9とが重なり 合う部分の面積を変化させることによりフローティングゲ一トおよびコント 口一ルゲ一 卜間のキャパシタンスを変化させ、 もってゲ一トカップル比を変 化させることができる-:  In a cell having such a configuration, the area of the floating gate 37 is changed to change the area of the portion where the floating gate 37 and the control port 39 overlap. Thus, the capacitance between the floating gate and the control gate can be changed, thereby changing the gate couple ratio.
なお、 フロ一ティングゲートをソース、 ドレインの配列方向に直交する方 向に延在させた例について示したが、 ソース、 ドレインの配列方向に延在す ろように設けてもよいことはいうまでもない。  Although the example in which the floating gate is extended in the direction orthogonal to the arrangement direction of the source and the drain is shown, it goes without saying that the floating gate may be provided so as to extend in the arrangement direction of the source and the drain. Nor.
以 _ヒの例は一例であり 、 フ口一ティングゲートを積層にしない方法もある が、 いずれにしてもフローティングゲ一 ト長の調整によってセル特性を調整 するのが簡便かつ有効である。  The following example is an example, and there is a method in which the opening gate is not stacked. In any case, it is simple and effective to adjust the cell characteristics by adjusting the floating gate length.
次に、 フローティ ングゲートを積層しない場合であって、 アクティブ領域 と共通ゲートととの重なり合う面積を変更することによってセル特性を調整 する場合について説明する。  Next, the case where the floating gate is not stacked and the cell characteristics are adjusted by changing the overlapping area between the active region and the common gate will be described.
例えば、 1 9 9 3 V L S I シンポジウム 5 2—Aによる 1 p o l y 型 E P ROMをリ ファ レンスセルと して用いた例について図 9を参照して示 す。 このセル 4 0は、 p型の基板 4 1の一部に n—ゥエル 4 2が形成され、 n—ゥエル 4 2以外の部分に n +型のソース 4 3およびドレイ ン 44力 n —ゥエル 4 2の部分にソース 4 5およびドレイン 4 6がそれぞれ形成されて おり、 これらの間のチャネル領域 4 7、 4 8の上に、 ゲート酸化膜 (図示せ ず) を介して共通のフローティングゲート 4 9が設けられている。 すなわち、 NMO Sと PMQ Sとが組み合わされた CMO S構造を有している。 そして、 ソース 4 3およびドレイ ン 44は電源 5 1から電圧 V eが印加されており 、 ソース 4 およびドレイン 4 6は接地されており、 NMO S部分が読み出し トランジスタと して機能し、 P MO S部分がコントロ一ルゲ一ト部として機 能する. なお、 参照符号 5 2は接地特性を良好にするための高濃度領域であ る For example, FIG. 9 shows an example in which a 1-poly EPROM according to the 1993 VLSI Symposium 52-A is used as a reference cell. The cell 4 0, p-type part of the substrate 4 1 n-Ueru 4 2 is formed of, n - Ueru 4 n + -type source to 2 other portions 4 3 and drain 44 power n - Ueru 4 A source 45 and a drain 46 are respectively formed in the portion 2 and a common floating gate 49 is formed on the channel regions 47 and 48 therebetween through a gate oxide film (not shown). Is provided. That is, it has a CMOS structure in which NMOS and PMQS are combined. The voltage Ve is applied to the source 43 and the drain 44 from the power supply 51, the source 4 and the drain 46 are grounded, and the NMOS part is read. The transistor functions as a transistor, and the PMOS portion functions as a control gate portion. Reference numeral 52 denotes a high-concentration region for improving grounding characteristics.
このような 1 p o I y型 E P ROM構造においては、 そのゲ一トカップル 比がしきい値イオン注入の注入量、 ゲート酸化膜の膜厚や、 コント口一ルゲ -- 卜部 ( P M O S ) におけるフローティングゲートとァクティブ領域とが重 なろ部分の面積と、 読み出し トランジスタ部 (NMO S) におけるフローテ ィングゲ一卜とァクティブ領域とが重なる部分の面積比 (以下、 アクティブ 領域の面積比と記す) に依存する。 これらを異ならしめることによりゲート カツフル比を変化させ、 もってしきい値を異ならしめることができる。  In such a 1 po Iy type EPROM structure, the gate couple ratio depends on the amount of threshold ion implantation, the thickness of the gate oxide film, and the floating in the control gate portion (PMOS). It depends on the area of the portion where the gate and the active region overlap, and the area ratio of the portion where the floating gate and the active region overlap in the readout transistor section (NMOS) (hereinafter referred to as the area ratio of the active region). By making these different, the gate cut ratio can be changed, and thus the threshold can be made different.
次いで、 コン トロールゲート部 ( PMO S) および読み出し トランジスタ 部 (NVIO S) 間でのアクティブ領域の面積比の違いにより、 セル問でゲー ト力ッブル比を変化させる場合について詳細に説明する。  Next, a detailed description will be given of a case where the gate power ratio is changed depending on the cell due to the difference in the area ratio of the active region between the control gate unit (PMOS) and the readout transistor unit (NVIOS).
図 1 0 Aに示すように、 第 1の 1 p o 1 y型 E P ROM構造のリファ レン スセル 6 ()では、 コン トロールゲー ト部 (NMO S ) 6 1および読み出しト ランジスタ部 (PMO S) 6 2のそれぞれにおいて、 両者に共通のフローテ イングゲー ト 6 3が各アクティブ領域 64、 6 5上に設けられている。 ここ で、 コン ト口一ルゲ一 卜部 6 1のァクティブ領域 64 とフ口一ティングゲ一 ト 6 3 との重なり合う部分の面積 : A nと、 読み出し トランジスタ部 6 2の ァクティブ領域 6 5とフローテイ ングゲ一ト 6 3との重なり合う部分の面 積: A pとの比 (以下、 重なり合う部分の面積比という) : A p/Anに、 リファレンスセル 60のゲー 卜力ップル比が依存する。  As shown in FIG. 10A, in the first reference cell 6 () of the 1 po 1 y-type EPROM structure, the control gate (NMOS) 61 and the read-out transistor (PMOS) 6 In each of 2, a floating gate 63 common to both is provided on each active area 64, 65. Here, the area of the overlapping portion between the active region 64 of the contact gate portion 61 and the contacting gate 63: An, the active region 65 of the read transistor portion 62, and the floating gate. Area of the overlapping portion with the point 63: Ratio to Ap (hereinafter, referred to as area ratio of the overlapping portion): The gate force ripple ratio of the reference cell 60 depends on Ap / An.
従って、 例えば、 図 1 0 Bに示すように、 第 2の 1 p o 1 y型 E P ROM 構造のリ ファ レンスセル 7 0において、 コン ト口一ノレゲ一ト部 7 1のァクテ ィブ領域 7 3 とフロ一ティングゲ一ト 6 3 との重なり合う部分の面積 : A n ' を第 1 のリ ファ レンスセル 6 0の面積 : A nと同じにし、 かつ、 読み出 し トランジスタ部 7 2のァクティブ領域 Ί 4 とフローティングゲート 6 3 と が重なり合')部分の面積: A p ' を、 第 1 のリ ファ レンスセル 6 0の面積 : A pより も人-き くする これにより、 第 2のリ ファ レンスセル 7 0での重な り合 ')部分の面積比 : A p ' /A n ' 力 第 1のリ ファ レンスセルでの重な り合う部分の面積比 : A p /A nに比べて大きくなる。 この結果、 第 1のリ ファ レンスセル 6 0のゲ一 トカップル比を、 第 2のリ ファ レンスセル 7 0の ゲ一ト力ップル比を変更し互いに異ならせし、 しいては両者のしきい値を異 ならせることが可能である。 Therefore, for example, as shown in FIG. 10B, in the reference cell 70 of the second 1 po 1 y type EPROM structure, the active area 73 of the contact opening part 71 is Area of overlapping part with floating gate 6 3: A n ′ is the same as the area of the first reference cell 60: A n, and the active area Ί4 of the read transistor section 72 is overlapped with the floating gate 63 ′). p 'is made larger than the area of the first reference cell 60: Ap. Thus, the overlap in the second reference cell 70') The area ratio of the portion: Ap '/ A n' force The area ratio of the overlapping portion in the first reference cell: larger than A p / A n. As a result, the gate couple ratio of the first reference cell 60 is changed to be different from the gate coupling ratio of the second reference cell 70 by changing the gate coupling ratio of the second reference cell 70. Can be different.
なお、 この場合には、 第 2のリ ファ レンスセル 7 0での読み出しトランジ スタ部 7 2の重なり合う部分の面積比 : A p ' を、 第 1のリ ファ レンスセル 6 0での読み出し トランジスタ部 6 5の重なり合う部分の面積 : A pと異な らせているが、 これに限定されるものではなく、 両者のコン トロールゲート 部 6 4、 7 1の重なり合う部分の面積 : A n、 A n ' を互いに異ならせ、 両 者の読み出し トランジスタ部 6 5、 7 2での重なり合う部分の面積: A p、 A p ' を同一にしても良いし、 両者のコン トロ --ルゲ一ト部 6 4、 7 1の重 なり合う部分の面積: A n、 A n ' 、 並びに、 両者の読み出しトランジスタ 部 6 5、 7 2での重なり合う部分の面積 : A p、 A p ' の両方を異ならせて も良い,  Note that, in this case, the area ratio of the overlapping portion of the read transistor portion 72 in the second reference cell 70: Ap ′ is determined by the read transistor portion 65 in the first reference cell 60. The area of the overlapping portion of the control gates is different from Ap, but is not limited thereto. The area of the overlapping portion of the control gate portions 64, 71 of both: An, An 'is mutually different. The areas of the overlapping portions in the read transistor portions 65, 72 may be the same: Ap, Ap 'may be the same, or the control portion portions 64, 71 of both may be different. The area of the overlapping portion of An: An and An 'and the area of the overlapping portion in both read transistor portions 65, 72: Both Ap and Ap' may be different.
なお、 図 9、 1 0八、 1 4 Bに示すリ ファ レンスセル 4 0、 6 0、 7 0で は、 コン ト口一ルゲ一ト部 6 1 、 7 1を NMO Sと し、 読み出し トランジス タ部 6 2、 7 2を PMO Sとした CMO S構造を例示した。 しかし、 これと は逆に、 リ ファ レンスセル 4 0、 6 0、 7 0は、 コン トロールゲート部 6 1 、 7 1 を PMO Sとし、 読み出し トランジスタ部 6 2、 7 2を NMO Sとした CMO S構造であっても良い 丄 b さらに、 共通のフローティ ングゲ一 卜 6 3は、 同一の導電層で形成されて いる、 しカゝし、 PMO S トランジスタのゲートと NMO S トランジスタのゲ 一 トとが電気的に結合していれば足りるのであって、 ゲ一トを構成する層と . ゲー ト間を結合する層とが別であっても構わないし、 PMO S トランジスタ のゲ一 卜を構成する層と N M O S トランジスタのゲー トを構成する層とが別 層であっても構わない- また、 上述の例では、 CMO S構造のセルであるが、 PMO S トランジス タのアクティブ部と、 N M O S トランジスタのアクティブ部とが電気的に絶 緣されていれば足りる In the reference cells 40, 60, and 70 shown in FIGS. 9, 108, and 14B, the readout transistors are set as the NMOS transistors for the connection port units 61 and 71. An example of a CMOS structure in which the parts 62 and 72 are PMOS is shown. However, conversely, the reference cells 40, 60, and 70 have a CMOS transistor in which the control gate sections 61 and 71 are PMOS and the read transistor sections 62 and 72 are NMOS. May be a structure 丄 b In addition, the common floating gate 63 is formed of the same conductive layer, and is electrically connected between the gate of the PMOS transistor and the gate of the NMOS transistor. It suffices if the layer forming the gate and the layer connecting the gates are different, and the layer forming the gate of the PMOS transistor and the gate of the NMOS transistor may be different. It is also possible that the active layer of the PMOS transistor and the active part of the NMOS transistor are electrically connected to each other. It is enough if it is absent
この場合に、 しきい値ィオン注入量を変化させる手法およびゲ一 ト酸化膜 の膜厚を変化させる手法の場合には、 工程数が増加してしまうが、 ァクティ ブ領域の面積比を変化させる手法の場合には工程数を増加させるおそれはな いのでより好ましい。 すなわち、 記アクティブ領域の面積比は、 素子分離 領域形成フォ トステップにおいて PMO Sおよび NMO Sのチャネル領域の 面積 (ゲ一 卜酸化膜面積) を変化させるか、 またはフローティングゲート形 成フォ トステップでフローティングゲ一 卜の面積を変化させることにより多 段化することができるが、 これらの面積を変化させるためには、 工程を増加 させることなく上述した例と同様にフォ トマスクを改良するという簡便な手 法で十分である.,  In this case, in the case of changing the threshold ion dose and the method of changing the thickness of the gate oxide film, the number of steps increases, but the area ratio of the active region is changed. The method is more preferable because there is no possibility of increasing the number of steps. That is, the area ratio of the active region is determined by changing the area (gate oxide film area) of the PMOS and NMOS channel regions in the element isolation region forming photostep or by changing the floating gate formation photostep. The number of stages can be increased by changing the area of the floating gate, but in order to change these areas, it is simple to improve the photomask in the same manner as in the above example without increasing the number of steps. The technique is sufficient.
図 1 1 A, 1 1 Bにリ ファ レンスセ/レの変形例を示す。  Figures 11A and 11B show modified examples of the reference cell.
図 1 1 Aにおいて、 第 1 リ ファ レンス 1 6 1 では、 p型基板に形成された nォ拡散層 1 6 2とこの n +拡散層 1 6 2上に設けられた共通のポリシリコ ンゲ一ト 1 6 3とによりコン ト口一ルケ一卜部 1 64が構成されている。 ま た、 同じ P型基板に互いに離間して形成された n +領域からなるソース 1 6 5およびドレイ ン 1 6 6と、 ソース 1 6 5およびドレイ ン 1 6 6の間に形成 ^ ? されたチャネル領域 1 6 8と、 チャネル領域 1 6 8の上にゲート絶縁膜 (図 示せず) を介して形成された、 コン トロールゲート部 1 64 と共通のポリシ リコンゲー ト 1 64 とにより、 N M O S構造からなる読み出し トランジスタ 部 1 6 9が構成されている。 これらのコント口一ルゲ一 ト部 1 64および読 み出し トランジスタ部 1 6 9で第 1のリ ファ レンスセル 1 6 1が構成されて いる In FIG. 11A, in a first reference 161, an n-type diffusion layer 162 formed on a p-type substrate and a common polysilicon gate provided on the n + diffusion layer 162 are provided. The control port part 164 is constituted by 163. In addition, a source 165 and a drain 1666 consisting of n + regions formed on the same P-type substrate and separated from each other are formed between the source 165 and a drain 1666 ^? A channel region 1 6 8 which is, formed via a gate insulating film (not Shimese Figure) on the channel region 1 6 8, and controls the gate portion 1 64 and the common policy Rikonge sheet 1 64 A read transistor section 169 having an NMOS structure is configured. The first reference cell 161 is composed of the control gate section 164 and the read transistor section 169.
このような構造の第 1 のリ ファ レンスセル 1 6 1 において、 コン ト口一ル ゲート部 1 64での n J拡散層 1 6 2とポリシリ コンゲート 1 6 3 との重な り合う部分の面積: A 1 と、 読み出し トランジスタ部 1 6 9のアクティブ領 域 1 7 0とボリシリ コンゲート 1 6 3 との重なり合う部分の面積: A 2との 面積比 : A 2/A 1に、 第 1のメモ リセル 1 6 ] のゲートカツプル比が依存 する: In a first re file Rensuseru 1 6 1 of such a structure, the area of heavy Do Ri fit portion between the n J diffusion layer 1 6 2 and polysilicon Kongeto 1 6 3 in Con preparative port Ichiru gate unit 1 64: The area ratio of the area where A 1 overlaps the active area 170 of the read transistor section 16 9 with the polysilicon gate 16 3: area ratio with A 2: A 2 / A 1, the first memory cell 1 6] depends on the gate coupling ratio:
従って、 図 1 1 Bに示すように、 第 2のリ ファ レンスセル 1 7 1において、 コン トロールゲ一卜部 1 7 2の n +拡散層 1 7 3 とポリシリコンゲ一卜 1 7 4 との重なり合う部分の面積 : A 1 ' と、 読み出し トランジスタ部 1 7 5の ァクティブ領域 1 7 6 とポリシリ コンゲート 1 74 との重なり合う部分の面 稍 : A 2 ' との面積比 : Λ 1 ' ΖΑ2' を、 図 1 1 Αに示す第 1のリ ファ レ ンスセル 1 6 1の面積比 : A 2ZA 1 と異ならせることにより、 両者のゲー 卜力ッフル比を異ならせることができる。  Therefore, as shown in FIG. 11B, in the second reference cell 171, the area of the overlapping portion between the n + diffusion layer 173 of the control gate portion 172 and the polysilicon gate 174 is : A 1 'and the area ratio of the overlapping area of the active region 1776 of the readout transistor section 17 5 and the polysilicon gate 1 74: A 2': Area ratio of Λ 1 ΖΑ '2, FIG. By making the area ratio of the first reference cell 161 shown in FIG. 9 different from that of A2ZA1, the gate force ruffle ratio of the two can be made different.
なお、 この変形例では、 n+拡散層 1 6 2, 1 7 3 と NMO S トランジス タからなる読み出し トランジスタ部 1 6 9, 1 7 5とで第 1の、 第 2のリフ ア レンスセル 1 6 1, 1 7 1 を構成したが、 反対に、 P—拡散層と PMO S トランジスタとで第 1の、 第 2のリファレンスセルを構成しても良い e 以上説明したいずれのリファレンスセルでも、 フローティングゲ一ト長を 調整したり、 または、 アクティブ領域と共通フローティングゲートとの重な 1 O り合う面積を調整すること等によってセル特性を調整するのが簡便かつ有効 である In this modification, n + diffusion layer 1 6 2 1 7 3 and NMO S transistor read transistor unit 1 6 9 consisting of data, 1 7 5 and the first, the second riff A Rensuseru 1 6 1 , 171, but conversely, the P-diffusion layer and the PMOS transistor may constitute the first and second reference cells. E In any of the reference cells described above, the floating gate Length of the active area and the overlap between the active area and the common floating gate. 1 O It is simple and effective to adjust cell characteristics by adjusting the area where
次に、 このような構造のセルを用いて構成した具体的な不揮発性メモリ回 路の一例について図 1 2に示す, 図 1 2中、 各セルについては図 4〜図 8に 例示したようにフローティングゲ一 卜の長さを変えて示している:: ここでは, しきい値が下限 (L ) 以上か否かを判定するセンスアンプ 3 aおよび上限 ( H ) 以下か否かを判定するセンスアンプ 3 bの 2つのセンスアンプを有し ており、 これらはメモリセルの切り換え回路 6およびリファレンスセルの選 択回路 4に接続されている。 判定した状態 (Lか H力 に応じて、 切換え回 路 6ではセンスアンプの切り換えのみを行い、 選択回路 4はセンスアンプの 切り換えと リ ファ レンスレベル R ;の選択を行う,. なお、 図 1 2ではリ ファ レンスレベル R jに対応したリファレンスセルセッ 卜 5 ,を示している力;、 他のリ ファ レンスセルセッ トも同様に接続される: Next, an example of a specific nonvolatile memory circuit configured using cells having such a structure is shown in FIG. 12. In FIG. 12, each cell is illustrated in FIG. 4 to FIG. The floating gate length is shown differently: Here, the sense amplifier 3a determines whether the threshold value is equal to or greater than the lower limit (L) and the sense amplifier determines whether the threshold value is equal to or less than the upper limit (H). It has two sense amplifiers, amplifier 3b, which are connected to a memory cell switching circuit 6 and a reference cell selection circuit 4. Judgment state (Depending on the L or H force, the switching circuit 6 switches only the sense amplifier, and the selection circuit 4 switches the sense amplifier and selects the reference level R ; FIG. In FIG. 2, the reference cell set 5 corresponding to the reference level R j is shown; the other reference cell sets are connected in the same way:
選択回路 4においては、 バルスカゥントまたはプログラム時間から選択す る R ,,を决定するようにするのが最も簡便である。  In the selection circuit 4, it is simplest to determine R, which is selected from the balun scan or the program time.
以下、 本回路の使い方について説明する。  The following describes how to use this circuit.
まず、 各リファレンスセルセッ トを設定したい多値レベ/レに応じてフログ ラムする: 標準パルスを S O O n s e c とすると、 は 3 0パルス、 R 2 は 6 0パルス等でプログラムして多値レベルの設定を行う。 First, according to the multi-value level / LES to be set each reference cell set flogger to ram: If the standard pulse and SOO nsec, the 3 0 pulse, R 2 is a multi-level programmed 6 0 pulse and the like Make settings.
次に、 メモリセルのプログラムを行う。 メモリセルは、 各セルの製造ばら つき等を考慮して、 各設定パルス ± 5パルス程度の幅を設け、 例えば R 1 で は、 2 5パルスからベリ ファイを開始し、 プログラム終了 (ベリ ファイ O K ) 時にプログラムパルスを停止する。 もし、 3 5パルスでもべリファイ N Gの場合は、 プログラム N Gとする これは、 2値のプログラムでも用いら れている方法である- ベリ ファイは、 フログラム後、 例えば L レベルのセンスアンプ 3 aを選択 し、 まず L レベルをチェック した後、 次に Hレべ/レのセンスアンプ 3 bを選 択して Hレベルをチェック し、 メモリセルのしきい値がこの間に入っている か否かを調べる。 例えば、 R レベルの場合、 2 5パルスのプログラム後、 L→Hのべリ ファイが始まり、 O Kまでまたは 3 5パルスまで続ける。 3 5 バルスでもべリ ファイ N Gならばセルのプログラム N Gとなる, Next, the memory cell is programmed. The memory cell is provided with a width of about ± 5 pulses for each setting pulse in consideration of manufacturing variations of each cell. For example, in R1, verification starts from 25 pulses, and program ends (verification OK). ) Stop the program pulse at the time. If verifying NG is not performed even with 35 pulses, use program NG. This is the method that is also used in binary programs. After verifying the program, for example, select the L level sense amplifier 3a, first check the L level, then select the H level / level sense amplifier 3b and check the H level, It is checked whether the threshold value of the memory cell is within this range. For example, at the R level, after programming 25 pulses, L → H verification starts and continues until OK or 35 pulses. 3 5 Even if the valley is verified NG, the cell program is NG.
N Gが出た場合は、 全セルを消去し、 初期状態 (または初期状態に近い状 態) に戻し、 始めからプログラムをやり直す。  If NG appears, erase all cells, return to the initial state (or a state close to the initial state), and restart the program from the beginning.
これらの操作を各レベル分行えば、 プログラムが終了する。  If these operations are performed for each level, the program ends.
次に、 具体的な不揮発性メモリ回路の他の例について図 1 3に示す, この 例では、 図 1 2の切換え回路 6を用いずに、 1 個のセンスアンプ 3 ' を用い ている ί: このようにすることにより、 図 1 2の場合よりも動作速度が速くな るという効果が得られる Next, another specific example of the non-volatile memory circuit is shown in FIG. 13. In this example, one sense amplifier 3 ′ is used without using the switching circuit 6 in FIG. 12. By doing so, the effect that the operation speed is faster than in the case of FIG. 12 can be obtained.
なお、 上記例では、 メモリセルおよびリ ファ レンスセルと してスタック ト ゲー ト型のものを用いたが、 図 9〜図 1 1 に例示するように 1 p o 1 y型の ものも用いるとができ、 これらに限らずプロセス設計しやすいようにリファ レンスセルの型を選択すればよい。  In the above example, a stacked gate type memory cell and reference cell were used, but a 1 po 1 y type cell as shown in Figs. 9 to 11 can also be used. However, the type of the reference cell may be selected so as to facilitate the process design.
以ヒ説明したように、 本発明によれば、 回路面積を増大することなく、 し かもメモリセルと十分相関をと りながら多値化に対応することができるリフ ァレンス装置およびそのリ ファ レンスレベル設定方法が提供される。  As described above, according to the present invention, a reference device and a reference level thereof capable of coping with multi-leveling without increasing a circuit area and having a sufficient correlation with a memory cell. A setting method is provided.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . メモリセルよりも小さなゲートカップル比を有するリ ファ レンスセルと , メモ リセルよりも大きなゲートカツプル比を有する リ ファ レンスセルとで構 成されるリ ファ レンスセルセッ トを複数備えたことを特徴とするリ ファ レン ス装置 1. A reference cell having a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate couple ratio smaller than that of a memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of a memory cell. Reference equipment
2 . 前記各リ ファ レンスセルセッ トを構成する 2つのリ ファ レンスセルは、 メモリセルのゲートカップル比に対して ± 0 . 5〜 ± 7 . 0 %のゲートカツ ブル比を有すろ請求項 1 に記載のリ ファ レンス装置- 2. The method according to claim 1, wherein the two reference cells constituting each of the reference cell sets have a gate coupling ratio of ± 0.5 to ± 7.0% with respect to a gate coupling ratio of a memory cell. Reference device
3 . 各リ ファ レンスセルが、 主面を有する第 1導電型の半導体基板と、 その 主面に形成された第 2導電型のソースおよびドレイ ンと、 前記主面のソース およびドレイ ンの間のチヤネル領域の上に絶縁層を介して設けられたフロー ティングゲ一 卜と、 このフローティングゲ一トから突出するようにその上に 連続して設けられた導電性キヤップと、 その上に絶緣層を介して設けられた コントロ一ルゲ一トとを有し、 3. Each reference cell includes a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface, a source and a drain of a second conductivity type formed on the main surface, and a source and a drain between the source and the drain of the main surface. A floating gate provided on the channel region via an insulating layer, a conductive cap provided continuously on the floating gate so as to protrude from the floating gate, and an insulating layer provided on the conductive cap. And a control gate provided
前記導電性キヤ ップの面積が前記 2つの リ ファ レンスセルの間で異なって いる請求項 1記載のリ ファ レンス装置。  2. The reference device according to claim 1, wherein an area of the conductive cap is different between the two reference cells.
4 . 各リ ファ レンスセルが、 主面を有する第 1導電型の半導体基板と、 その 主面に形成された第 2導電型のソースおよびドレインと、 前記主面のソース およびドレインの間のチャネル領域の上に絶縁層を介して設けられたフ口一 ティ ングゲ一 トとを有し、  4. Each reference cell includes a first conductivity type semiconductor substrate having a main surface, a second conductivity type source and drain formed on the main surface, and a channel region between the source and drain on the main surface. A contacting gate provided on the substrate via an insulating layer,
前記 2つのリファ レンスセルにおけるフロ一ティングゲ一 卜のコン トロ一 ルゲ一トに対向する面のコントロ一ルゲートに対する部分の面積が前記 2つ のリ ファ レンスセルの問で異なっている請求項 1記載のリ ファ レンス装置。 2. The reference according to claim 1, wherein the area of a portion of the surface facing the control gate of the floating gate in the two reference cells with respect to the control gate is different depending on the two reference cells. 3. Reference device.
5 . 各リ ファ レンスセルが、 半導体基板の主面上に形成されるアクティブ部 及び前記主面上にゲ一 ト酸化膜を挟んで配置するゲート部とを備える第 1及 び第 2 M O S型トランジスタにより構成され、 前記第 1 M O S型トランジス タのアクティブ部と前記第 2 M O S型トランジスタのアクティブ部とが電気 的に絶縁され、 前記第 1 M◦ S型トランジスタのゲート部と前記第 2 M O S 型 トランジスタのゲ一 ト部とが電気的に結合しており、 5. Each of the reference cells includes an active portion formed on a main surface of a semiconductor substrate and a gate portion disposed on the main surface with a gate oxide film interposed therebetween. And an active portion of the first MOS transistor and an active portion of the second MOS transistor are electrically insulated from each other, and a gate portion of the first MOS transistor is electrically connected to the active portion of the first MOS transistor. A gate portion of the second MOS transistor is electrically coupled;
前記第 1 M O S型トランジスタのアクティブ部とゲート部との重なり合う 部分の面積と、 前記第 2 M O S型トランジスタのアクティブ部とゲート部と の重なり合う部分の面積との比が、 前記 2つのリファレンスセル間で異なる 請求項 1記載のリファ レンス装置。  The ratio of the area of the overlapping part of the active part and the gate part of the first MOS transistor to the area of the overlapping part of the active part and the gate part of the second MOS transistor is between the two reference cells. The reference device according to claim 1, which is different.
6 . メモ リセルよりも小さなゲートカップル比を有するリ ファ レンスセルと、 メモ リセルよりも大きなゲ一トカップル比を有するリファレンスセルとで構 成されるリ ファ レンスセルセッ トを複数備えたリファ レンス装置におけるリ ファ レンス レベル設定方法であって、 メモ リセルへのプログラムパルスの整 数倍のバルス数またはそれに相当する時間だけ前記リファレンスセルセッ ト をプログラムし、 リ ファ レンスレベル設定することを特徵とするリ ファ レン スレベル設定方法  6. A reference device having a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate couple ratio smaller than the memory cell and a reference cell having a gate couple ratio larger than the memory cell. A reference level setting method, wherein the reference cell set is programmed by a pulse number that is an integral multiple of a programming pulse to a memory cell or a time equivalent thereto, and the reference level is set. Lens level setting method
7 . メモリセルよりも小さなゲートカツプル比を有するリ ファ レンスセルと、 メモリセルより も大きなゲートカツプル比を有するリ ファ レンスセルとで構 成されるリ ファ レンスセルセッ トを複数備えたリ ファ レンス装置における自 己診断方法であって、 前記メモリセルと前記リファレンスセルを同時にプロ グラムまたは消去して、 前記メモリセルのしきい値とリファレンスセルのし きい値とを比較して、 前記メモ リセルのしきい値が前記リ ファ レンスセルの しきい値の間にあることを確認することを特徴とする自己診断方法。  7. The reference device having a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate coupling ratio smaller than the memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than the memory cell. A self-diagnosis method, wherein the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased, and a threshold value of the memory cell is compared with a threshold value of the reference cell to determine a threshold value of the memory cell. Self-diagnosis method, wherein it is confirmed that the value is within a threshold value of the reference cell.
8 · メモリセルと リ ファ レンスセルとの初期の状態が異なるものになるのに 十分な時間の間、 前記メモリセルと前記リファレンスセルとを同時にプログ ラムまたは消去する請求項 7記載の自己診断方法„ 8. The self-diagnosis method according to claim 7, wherein the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased for a time sufficient for the initial states of the memory cell and the reference cell to be different.
9 . 数十 μ s e cオーダーの間、 メモリセルと リ ファ レンスセルとを同時に フ口グラムまたは消去する請求項 8記載の自己診断方法。 9. The self-diagnosis method according to claim 8, wherein the memory cell and the reference cell are simultaneously programmed or erased for several tens of microseconds.
1 0 . メモリセルと、  1 0. The memory cell and
前記メモリセルよ り も小さなゲ一 トカップル比を有するリ ファ レンスセル と、 前記メモリセルよ り も大きなゲートカツプル比を有するリ ファ レンスセ ルとで構成されるリ ファ レンスセルセッ トを複数備えたリファ レンス装置と を具備することを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。  A reference including a plurality of reference cell sets each including a reference cell having a gate couple ratio smaller than that of the memory cell and a reference cell having a gate coupling ratio larger than that of the memory cell. A nonvolatile semiconductor memory device, comprising: a device;
1 1 . 前記各リ ファ レンスセルセッ トを構成する 2つのリ ファ レンスセルは, メモリセルのゲー トカツブル比に対して ± 0 . 5〜土 7 . 0 %のゲー トカツ プル比を有すること請求項 1 0記載の不揮発性半導体メモリ装置。  11. The two reference cells constituting each of the reference cell sets have a gate coupling ratio of ± 0.5 to 7.0% with respect to a gate coupling ratio of a memory cell. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
1 2 . 各リ ファ レンスセルが、 主面を有する第 1導電型の半導体基板と、 そ の主面に形成された第 2導電型のソースおよびドレインと、 前記主面のソ一 スおよびドレインの間のチヤネル領域の上に絶縁層を介して設けられたフロ —ティ ングゲ一トと、 このフロ一ティングゲ一トから突出するようにその上 に連続して設けられた導電性キヤップと、 その上に絶縁層を介して設けられ たコン ト口一ルゲ一トとを有し、  12. Each reference cell includes a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface, a source and a drain of a second conductivity type formed on the main surface, and a source and a drain of the main surface. A floating gate provided on the intervening channel region via an insulating layer; a conductive cap provided continuously on the floating gate so as to protrude from the floating gate; And a contact port provided with an insulating layer interposed therebetween.
前^導電性キヤ ッブの面精が前記 2つのリ ファ レンスセルの間で異なって いる請求項 1 0記載の不揮発性半導体メモリ装置。  10. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein the surface area of the conductive cap is different between the two reference cells.
1 . 各リ ファ レンスセルが、 主面を有する第 1導電型の半導体基板と、 そ の主面に形成された第 2導電型のソースおよびドレインと、 前記主面のソ一 スおよびドレインの間のチャネル領域の上に絶緣層を介して設けられたフロ 一ティングゲ一トとを有し、  1. Each reference cell includes a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface, a source and a drain of a second conductivity type formed on the main surface, and a source and a drain of the main surface. A floating gate provided on the channel region of the
前記 2つのリ ファ レンスセルにおけるフローティングゲ一トのコン トロ一 ルゲ一 トに対向する面のコン トロールゲ一トに対する部分の面積が前記 2つ のリ ファ レンスセルの間で異なっている請求項 1 0記載の不揮発性半導体メ モリ装置-. 10. The device according to claim 10, wherein an area of a portion of the surface of the two reference cells facing the control gate of the floating gate with respect to the control gate is different between the two reference cells. Nonvolatile semiconductor memory Moly device-.
1 4. 各リ ファ レンスセルが、 半導体基板の主面上に形成されるアクティブ 部及び前記主面上にゲ一ト酸化膜を挟んで配置するゲー ト部とを備える第 1 及び第 2 VIO S型トランジスタにより構成され、 前記第 1 MO S型トランジ スタのアクティブ部と前記第 2 M O S型トランジスタのアクティブ部とが電 気的に絶縁され、 前記第 1 MO S型トランジスタのゲ一ト部と前記第 2MO S型 トランジスタのゲ一ト部とが電気的に結合しており、  1 4. Each of the reference cells has an active portion formed on a main surface of a semiconductor substrate and a gate portion disposed on the main surface with a gate oxide film interposed therebetween. An active portion of the first MOS transistor and an active portion of the second MOS transistor are electrically insulated from each other, and the gate portion of the first MOS transistor and the active portion of the first MOS transistor are electrically insulated from each other. The gate portion of the second MOS transistor is electrically coupled,
前記第 1 MO S型トランジスタのァクティブ部とゲー ト部との重なり合う 部分の面積と、 前記第 2 M O S型トランジスタのアクティブ部とゲート部と の重なり合う部分の面積との比が、 前記 2つのリファレンスセル間で異なる 請求項 1 0記載の不揮発性半導体メモリ装置。  The ratio of the area of the overlapping part of the active part and the gate part of the first MOS transistor to the area of the overlapping part of the active part and the gate part of the second MOS transistor is the two reference cells. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein the nonvolatile semiconductor memory device differs between the nonvolatile semiconductor memory devices.
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