(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電極（１２２）と、浮遊電極（１２３）と、ソース（１２４）と、ドレイン（１２５）と、を有するメモリセル（１２１）と、
前記制御電極と前記ドレインを接続するスイッチ（３０）と、
前記ソースに接続され前記ソースに所定電圧を印可するソースドライバ（１４）と、
前記ソースに接続可能に構成され前記ソースに所定電流を供給する電流源（２０）と、
前記ドレインに接続され、前記ドレインに所定電圧を印可するドレインドライバ（１６）と、
前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定する電圧測定回路（２２）と、
前記制御電極に所定電圧を印加する制御電極ドライバ（１８）と、を有し、
前記メモリセルの書込み時に、前記電圧測定回路は、前記スイッチがオンされた状態で前記ソースドライバから前記メモリセルに所定電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定し、
前記制御電極ドライバは、前記電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加することを特徴とする半導体記憶装置（１０）。
【請求項２】
制御電極と、浮遊電極と、ソースと、ドレインと、を有するメモリセルと、
前記制御電極と前記ドレインを接続するスイッチと、
前記ソースに接続され前記ソースに所定電圧を印可するソースドライバと、
前記ソースに接続可能に構成され前記ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記ドレインに接続され、前記ドレインに所定電圧を印可するドレインドライバと、
前記制御電極と前記ソース間に印加される電圧を測定する電圧測定回路と、
前記制御電極に所定の電圧を印加する制御電極ドライバと、を有する半導体記憶装置において、
前記メモリセルの書込み時に、前記スイッチがオンされ、次いで、前記電流源から前記メモリセルに所定電流を流すステップ（Ａ１，Ａ２）と、
前記電圧測定回路により、前記ソースと前記ドレイン間に前記所定の電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定するステップ（Ａ３）と、
次いで、前記制御電極ドライバが、前記電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加するステップ（Ａ４，Ａ５）と、を少なくとも備えることを特徴とする半導体記憶装置の書込み方法。
【請求項３】
制御電極と、浮遊電極と、ソースと、ドレインと、を有するメモリセルと、
前記制御電極と前記ドレインを接続するスイッチと、
前記ソースに接続され前記ソースに所定電圧を印可するソースドライバと、
前記ソースに接続可能に構成され前記ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記ドレインに接続され、前記ドレインに所定電圧を印可するドレインドライバと、
前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定する電圧測定回路と、
前記制御電極に所定の電圧を印加する制御電極ドライバと、を有する半導体記憶装置において、
前記メモリセルの書込み時に、前記スイッチがオンされ、次いで、前記電流源から前記メモリセルに所定電流を流すステップ（Ｂ１，Ｂ２）と、
前記電圧測定回路により、前記ソースと前記ドレイン間に前記所定の電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる第１の電圧を測定するステップ（Ｂ３）と、
次いで、前記制御電極ドライバが、前記第１の電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加するステップを含む第１書込み処理（Ｂ４，Ｂ５）と、
前記スイッチがオンされ、次いで、前記電圧測定回路が、前記ソースドライバから前記メモリセルに所定電流を流すステップ（Ｂ６，Ｂ７）と、
前記電圧測定回路により、前記ソースと前記ドレイン間に前記所定の電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる第２の電圧を測定するステップ（Ｂ８）と、
次いで、前記制御電極ドライバが、前記第２の電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加するステップを含む第２書込み処理（Ｂ９，Ｂ１０）と、を少なくとも備えることを特徴とする半導体記憶装置の書込み方法。
【請求項４】
制御電極と、浮遊電極と、ソースと、ドレインと、を有するメモリセルと、
前記制御電極と前記ドレインを接続するスイッチと、
前記ソースに接続され前記ソースに所定電圧を印可するソースドライバと、
前記ソースに接続可能に構成され前記ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記ドレインに接続され、前記ドレインに所定電圧を印可するドレインドライバと、
前記制御電極と前記ソース間に印加される電圧を測定する電圧測定回路と、
前記制御電極に所定の電圧を印加する制御電極ドライバと、を有する半導体記憶装置において、
前記メモリセルの書込み時に、前記スイッチがオンされ、次いで、前記電流源から前記メモリセルに所定電流を流すステップと、
前記電圧測定回路により、前記ソースと前記ドレイン間に前記所定の電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定するステップと、
次いで、前記制御電極ドライバが、前記電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加するステップを含む書込み処理を、
前記電圧が所定の値となるまで繰り返すことを特徴とする半導体記憶装置の書込み方法。
【請求項５】
少なくとも、第１制御電極（１２２ａ）と、第１浮遊電極（１２３ａ）と、第１ソース（１２４ａ）と、第１ドレイン（１２５ａ）と、を備える参照用メモリセル（１２１ａ）と、
少なくとも、第２制御電極（１３２）と、第２浮遊電極（１３３）と、第２ソース（１３４）と、第２ドレイン（１３５）と、を備える記憶用メモリセル（１３１）と、を有し、
前記第１ソースに接続され前記第１ソースに所定電圧を印可する第１ソースドライバ（１４１）と、
前記第１ソース及び前記第２ソースに接続可能に構成され、前記第１ソースまたは前記第２ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記第１ドレインに接続され所定電圧を印可する第１ドレインドライバ（１６１）と、
前記第１制御電極と前記第１ドレインを接続するスイッチ（３０）と、
前記第１制御電極と前記第１ソース間に印加される電圧を測定する電圧測定回路（２２）と、
前記第１制御電極に所定の電圧を印加する第１制御電極ドライバ（１８１）と、
前記第２ソースに接続され所定電圧を印可する第２ソースドライバ（１４２）と、前記第２ドレインに接続され所定電圧を印可する第２ドレインドライバ（１６２）と、
前記第２制御電極に所定の電圧を印加する第２制御電極ドライバ（１８２）と、をさらに備え、
前記電圧測定回路は、前記スイッチがオンされた状態で前記電流源から前記参照用メモリセルに所定電流が流れた場合に前記第１制御電極と前記第１ソース間に生じる電圧を測定し、
前記第２ソースドライバと、前記第２ドレインドライバと、前記第２制御電極ドライバが生成する電圧は、前記電圧測定回路により測定された前記第１制御電極と前記第１ソース間に印加される前記電圧に基づいて制御されることを特徴とする半導体記憶装置。
【請求項６】
前記参照用メモリセルは、それぞれが異なる閾値を有する複数の参照用メモリセル（１２１ａ、１２１ｂ）で構成されており、
前記複数の参照用メモリセルのそれぞれの閾値は、記憶用メモリセルの書込み前の閾値から、書込み終了まで複数の閾値となるように書込みがされており、
前記記憶用メモリセルの書込みは、前記複数の参照用メモリセルの閾値が書込み前のものから順に前記電圧を測定することにより前記電圧を切り替えて前記第２制御電極に印加し、前記記憶用メモリセルに書込み処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体記憶装置。
【請求項７】
前記記憶用メモリセルは、前記第２制御電極と前記第２ドレインを接続する第２スイッチ（３０ｂ）と、前記第２制御電極と前記第２ソース間に生じた電圧を測定する第２電圧測定回路（２２ｂ）と、を有し、
さらに、第３制御電極（１２２ｃ）と、第３浮遊電極（１２３ｃ）と、第３ソース（１２４ｃ）と、第３ドレイン（１２５ｃ）と、
前記第３制御電極と前記第３ドレインを接続する第３スイッチ（３０ｃ）と、前記第３制御電極と前記第３ソース間に生じた電圧を測定する第３電圧測定回路（２２ｃ）とを備える閾値参照用メモリセル（１２１ｃ）と、
前記第２電圧測定回路と前記第３電圧測定回路とに接続された比較器（４０）と、備え、
前記第２電圧測定回路は、前記第２スイッチがオンされた状態で前記第２制御電極と前記第２ソース間に所定電流が流れた場合に前記第２制御電極と前記第２ソース間に生じる第１電圧を測定し、
前記第３電圧測定回路は、前記第３スイッチがオンされた状態で前記第３制御電極と前記第３ソース間に所定電流が流れた場合に前記第３制御電極と前記第３ソース間に生じる第２電圧を測定し、
前記比較器により、前記第１電圧と前記第２電圧と、を比較することにより、
前記記憶用メモリセルに所定の書込みがされたことを確認するベリファイを行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体記憶装置。
【請求項８】
少なくとも、第１制御電極と、第１浮遊電極と、第１ソースと、第１ドレインと、を備える参照用メモリセルと、
少なくとも、第２制御電極と、第２浮遊電極と、第２ソースと、第２ドレインと、を備える記憶用メモリセルと、を有する半導体記憶装置において、
前記第１ソースに接続され所定電圧を印可する第１ソースドライバと、
前記第１ソースに接続され前記第１ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記第１ドレインに接続され所定電圧を印可する第１ドレインドライバと、
前記第１制御電極と前記第１ドレインを接続するスイッチと、
前記第１制御電極と前記第１ソース間に生じる電圧を測定する電圧測定回路と、
前記第１制御電極に所定の電圧を印加する第１制御電極ドライバと、
前記第２ソースに接続され所定電圧を印可する第２ソースドライバと、前記第２ドレインに接続され所定電圧を印可する第２ドレインドライバと、
前記第２制御電極に所定の電圧を印加する第２制御電極ドライバと、をさらに備え、
前記電圧測定回路は、前記スイッチがオンされた状態で前記電流源から前記参照用メモリセルに所定電流が流れた場合に前記第１制御電極と前記第１ソース間に生じる電圧を測定し、
前記第２ソースドライバと、前記第２ドレインドライバと、前記第２制御電極ドライバが生成する電圧は、前記電圧測定回路により測定された前記第１制御電極と前記第１ソース間に印加される前記電圧に基づいて制御されることを特徴とする半導体記憶装置の書込み方法。
【請求項９】
前記参照用メモリセルは、それぞれが異なる閾値を有する複数の参照用メモリセルで構成されており、前記複数の参照用メモリセルの閾値は、記憶用メモリセルの書込み前の閾値から、書込み終了まで複数の閾値となるように書込みがされており、
前記記憶用メモリセルの書込みは、前記複数の参照用メモリセルのうち書込み前の閾値のものから順に、発生した前記電圧を切り替えて前記第２制御電極に印加し、前記記憶用メモリセルに書込み処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の半導体記憶装置の書込み方法。
【請求項１０】
前記記憶用メモリセルは、前記第２制御電極と前記第２ドレインを接続する第２スイッチと、前記第２制御電極と前記第２ソース間に生じる電圧を測定する第２電圧測定回路と、を有し、
さらに、第３制御電極と、第３浮遊電極と、第３ソースと、第３ドレインと、を備え、前記第３制御電極と前記第３ドレインを接続する第３スイッチと、前記第３制御電極と前記第３ソース間に生じる電圧を測定する第３電圧測定回路とを備える閾値参照用メモリセルと、
前記第３ソースに接続され前記第３ソースに所定電流を供給する電流源と、
前記第２電圧測定回路と前記第３電圧測定回路とに接続された比較器と、を有しており、
前記第２電圧測定回路は、前記第２スイッチがオンされた状態で前記第２制御電極と前記第２ソース間に所定電流が流れた場合に前記第２制御電極と前記第２ソース間に生じる第１電圧を測定し、
前記第３電圧測定回路は、前記第３スイッチがオンされた状態で前記第３制御電極と前記第３ソース間に所定電流が流れた場合に前記第３制御電極と前記第３ソース間に生じる第２電圧を測定し、
前記比較器により、前記第１電圧と前記第２電圧と、を比較することにより、前記記憶用メモリセルに所定の書込みがされたことを確認する閾値のベリファイを行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体記憶装置の書込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体記憶装置、及びその書込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、Ｐチャンネルフラッシュメモリセルの書込みにおいて、従来はメモリセルへの印可電圧は固定値であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５５００４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Joe Brewer, Manzur Gill, "Nonvolatile Memory Technologies with Emphasis on Flash: A Comprehensive Guide to Understanding and Using Flash Memory Devices", Wiley-IEEE Press
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、プロセス変動や温度、書込み状態に応じて、最適な書込み条件はメモリセルそれぞれにおいて異なっている場合があり、すべてのメモリセルに対し一律に同じ条件で書込みを行うと、すべてのメモリセルにおいて必ずしも効率の良い書込みが行われているわけではなかった。また、この場合、書込み状態が不均一となるため、書込みされたメモリセルの閾値のばらつきを招来する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、その目的は、書込み効率の向上、及び書込みの均一化を可能とする半導体記憶装置、及びその書込み方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載する半導体記憶装置は、制御電極と、浮遊電極と、ソースと、ドレインと、を有するメモリセルとを有する。さらに、前記制御電極と前記ドレインを接続するスイッチと、前記ソースに接続され、前記ソースに所定電圧を印可するソースドライバと、前記ドレインに接続され、前記ドレインに所定電圧を印可するドレインドライバとを有する。前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定する電圧測定回路と、前記制御電極に所定電圧を印加する制御電極ドライバと、を有する。前記メモリセルの書込み時に、前記電圧測定回路は、前記スイッチがオンされた状態で前記電流源から前記メモリセルに所定電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定し、前記制御電極ドライバは、前記電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加する。
【０００８】
また、請求項２に記載する半導体記憶装置の書込み方法は、上記半導体記憶装置において、前記メモリセルの書込み時に、前記スイッチがオンされ、次いで、前記電流源から前記メモリセルに所定電流を流すステップと、前記電圧測定回路により、前記ソースと前記ドレイン間に前記所定の電流が流れた時に前記制御電極と前記ソース間に生じる電圧を測定するステップと、次いで、前記制御電極ドライバが、前記電圧に基づいて制御された電圧を前記制御電極に印加するステップと、を少なくとも備える。
【０００９】
この構成及び方法によれば、半導体記憶装置のメモリセルに対して最適な書込み条件を用いて書込みを行うことが可能となるため、書込み効率の向上、及び書込みの均一化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る半導体記憶装置の概略構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係る半導体記憶装置の書込み処理の概略を示すフローチャート
【図３】第２実施形態に係る半導体記憶装置の書込み処理の概略を示すフローチャート
【図４】第２実施形態に係る半導体記憶装置の閾値の変化を示すグラフ
【図５】第３実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図
【図６】第３実施形態に係る半導体記憶装置の書込み処理の概略を示すフローチャート
【図７】第４実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図
【図８】第４実施形態に係る半導体記憶装置の書込み処理の概略を示すフローチャート
【図９】第５実施形態に係る半導体記憶装置の構成の一例を示すブロック図
【図１０】第５実施形態に係る半導体記憶装置の書込み処理の概略を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態で実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る半導体記憶装置１０は、例えばＰチャネルフラッシュメモリであり、メモリセル１２１を有している。メモリセル１２１は、制御電極１２２、浮遊電極１２３、ソース１２４、及びドレイン１２５を有している。メモリセル１２１は、浮遊電極１２３に電子が注入されることにより書込みが実施される。
【００１３】
半導体記憶装置１０は、ソース１２４に接続され、ソース１２４に所定の電圧を印可するソースドライバ１４と、ドレイン１２５に接続され、ドレイン１２５に所定の電圧を印可するドレインドライバ１６を備える。半導体記憶装置１０は、制御電極１２２に接続され、制御電極１２２に所定の電圧を印可する制御電極ドライバ１８を備える。
【００１４】
制御電極１２２とドレイン１２５の間にはスイッチ３０が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。半導体記憶装置１０は、ソース１２４とドレイン１２５を接続する電流源２０と、ソース１２４とドレイン１２５間の電圧を測定可能に構成される電圧測定回路２２を有している。ソース１２４と、電流源２０及び電圧測定回路２２の間にはスイッチ３２が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。ドレイン１２５と、電流源２０及び電圧測定回路２２の間にはスイッチ３２が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。
【００１５】
電圧測定回路２２は、スイッチ３０、３２及び３３がオン（接続）されている場合に、制御電極１２２とソース１２４との間に生じる電圧を測定することができる。
第１実施形態に係る半導体記憶装置１０における書込み処理の手順は、図２に示すように、まず、スイッチ３０、３２及び３３をオンする（Ａ１）。次に、電流源２０からメモリセル１２１に所定の電流が流れるまで、制御電極ドライバ１８から制御電極１２２に電圧を印可する（Ａ２）。すなわち、制御電極１２２とソース１２４間に電圧を印可する。この時、所定の電流値は微小電流であり、例えば、１μＡと規定する。これは、メモリセル１２１の閾値を測定するためである。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４とドレイン１２５間の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ａ３）。制御電極１２２とドレイン１２５は接続状態にあるため、この電位差（電圧）は、メモリセル１２１の閾値電圧（Ｖｔｈ）となる。
【００１６】
次に、測定した電位差、すなわち、メモリセル１２１の閾値電圧に基づいて、制御電極１２２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１２４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１２５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ａ４）。制御電極１２２に印加する書込み制御電極電圧は制御電極ドライバ１８が制御する。ソース１２４に印加する書込みソース電圧はソースドライバ１４が制御する。ドレイン１２５に印加する書込みドレイン電圧はドレインドライバ１６が制御する。
【００１７】
これら電圧は、ステップＡ３で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ）に基づいて、メモリセル１２１の浮遊電極１２３への電子の注入効率が最適となるように制御される。例えば、メモリセル１２１がＰチャネルメモリセルである場合、書込み時に制御電極１２２に印加する電圧とソース１２４に印加する電圧との電圧差が閾値電圧近傍の電圧となるようにする。このようにすると、浮遊電極１２３への電子の注入効率が向上し、書込み効率が向上する。
【００１８】
続いて、上述のように制御された各電圧を、制御電極ドライバ１８、ソースドライバ１４、ドレインドライバ１６のそれぞれからメモリセル１２１に印加することにより、メモリセル１２１に書込み処理が実行される（Ａ５）。
【００１９】
上述のステップＡ１〜Ａ３により、メモリセル１２１の閾値電圧をモニタする。モニタした閾値電圧に基づいて、ステップＡ４、Ａ５により、メモリセル１２１の制御電極１２２、ソース１２４、ドレイン１２５に印加する電圧を制御し、浮遊電極１２３への電子の注入効率が最適な条件となるように書込み処理を行う。
【００２０】
上述したように、第１実施形態に係る半導体記憶装置１０、及びその書込み方法によれば、半導体記憶装置１０が有する個々のメモリセル１２１の閾値電圧を測定し、測定した閾値電圧に基づいて、当該メモリセル１２１の書込み電圧を制御することができる。
【００２１】
これにより、浮遊電極１２３に対する電子の注入効率が向上し、ひいては、メモリセル１２１の書込み効率が向上するため、半導体記憶装置１０全体に書込みトータル時間を短縮することができる。さらに、書込みのばらつきを小さくすることができ、書込みの均一化を図ることができる。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第２実施形態における半導体記憶装置１０の構成は第１実施形態におけるものと同じである。
【００２３】
図３に示すように、第２実施形態における書込み処理において、まず、スイッチ３０、３２及び３３をオンする（Ｂ１）。次に、電流源２０からメモリセル１２１に所定の電流を流す（Ｂ２）。すなわち、ドレイン１２５と接続された制御電極１２２と、ソース１２４間に電圧を印可して、メモリセル１２１に所定の電流を流す。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４とドレイン１２５間に生じる第１の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ｂ３）。制御電極１２２とドレイン１２５は接続状態にあるため、この第１の電位差（電圧）は、メモリセル１２１の書込み前の閾値電圧となる。以後、これを第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）と称する。
【００２４】
次に、上述の第１の電位差、すなわち、メモリセル１２１の第１閾値電圧に基づいて、制御電極１２２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１２４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１２５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ｂ４）。これら電圧は、ステップＢ３で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ１）に基づいて、第１閾値電圧におけるメモリセル１２１の浮遊電極１２３への電子の注入効率が最適となるように制御される。
【００２５】
次に、スイッチ３０、３２、３３をオフした後、制御された各電圧を、制御電極ドライバ１８、ソースドライバ１４、ドレインドライバ１６のそれぞれからメモリセル１２１に印加することにより、メモリセル１２１に書込みを行う。ここでは書込みを最後まで完了するのではなく、途中まで行う（Ｂ５）。例えば第１実施形態において、書込み時間が２００μｓであったとすると、ここでの書込み時間は例えば１００μｓとする。
【００２６】
以上説明したＢ１〜Ｂ５までのステップを第１ステップ群と称し、第１ステップ群で行う書込みを第１書込みと称する。
次に、スイッチ３０、３２及び３３をオンする（Ｂ６）。次に、電流源２０からメモリセル１２１に所定の電流を流す（Ｂ７）。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４とドレイン１２５間の第２の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ｂ８）。制御電極１２２とドレイン１２５は接続状態にあるため、この第２の電位差（電圧）は、第１書込みによって書込みがされた状態のメモリセル１２１の閾値電圧である。以後、これを第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）と称する。
【００２７】
次に、測定した第２の電位差、すなわち、メモリセル１２１の第２閾値電圧に基づいて、制御電極１２２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１２４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１２５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ｂ９）。これら電圧は、ステップＢ８で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ２）に基づいて、第２閾値電圧におけるメモリセル１２１の浮遊電極１２３への注入効率が最適となるように制御される。
【００２８】
続いて、スイッチ３０、３２及び３３をオフした後、上述のように制御された各電圧を、制御電極ドライバ１８、ソースドライバ１４、ドレインドライバ１６のそれぞれからメモリセル１２１に印加することにより、メモリセル１２１に書込みを行う（Ｂ１０）。以後、メモリセル１２１の閾値電圧が目標値となるまで、これを繰り返す。
【００２９】
以上説明したＢ６〜Ｂ１０までのステップを第２ステップ群と称し、第２ステップ群で行う書込みを第２書込みと称する。
図４は、第１ステップ群における第１書込み、第２ステップ群における第２書込みと書込みが進むにつれて変化する閾値電圧を示したグラフであり、ステップを重ねるごとに、閾値電圧が所定の値に収束していく様子が分かる。
【００３０】
メモリセル１２１がＰチャネルメモリセルである場合は、制御電極１２２への印可電圧が閾値電圧の近傍の場合に書込み効率が最適となることは上述した通りであるが、書込みの最中にも閾値電圧は刻々と変化していく。書込み開始時と、書込みがしばらく進んだ状態では、閾値電圧が異なっている。従って、書込み開始時に最適であるとして印加した書込み電圧は、書込みがしばらく進んだ時点では、最適な書込み電圧ではないことになる。
【００３１】
第２実施形態によれば、第１書込み処理で目標閾値の途中まで書込みを行い、さらに、第２ステップ群で、書込み途中の第２閾値電圧を測定する。この第２閾値電圧に基づいて、第２書込み処理における書込み電圧を制御する。これにより、メモリセル１２１の書込み開始時から、終了時まで、最適な書込み電圧を維持することができるため、書込み効率を向上させることができ、さらに、書込みのばらつきを抑制し均一化することが可能となる。
【００３２】
なお、ここでは、第１ステップ群と、第２ステップ群に分けて書込みを行った例を示したが、これに限定されない。さらに、第３ステップ群（第３書込み）、第４ステップ群（第４書込み）等を設けて、書込み処理を細分化して実施してもよい。
【００３３】
（第３実施形態）
次に第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第３実施形態においては、図５に示すように、参照用メモリセル１２１ａ、及び、記憶用メモリセル１３１を設けたところが第１実施形態と異なる。
【００３４】
図５に示すように、半導体記憶装置１０は、参照用メモリセル１２１ａ及び記憶用メモリセル１３１を備えている。半導体記憶装置１０は、参照用メモリセル１２１ａのソース１２４ａに接続され、ソース１２４ａに所定の電圧を印可するソースドライバ１４１を備える。また、半導体装置１０は、ドレイン１２５ａに接続され、ドレイン１２５ａに所定の電圧を印可するドレインドライバ１６１を備える。また、半導体装置１０は、制御電極１２２ａに接続され、制御電極１２２ａに所定の電圧を印可する制御電極ドライバ１８１を備える。
【００３５】
制御電極１２２ａとドレイン１２５ａの間にはスイッチ３０が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。半導体記憶装置１０は、ソース１２４ａとドレイン１２５ａを接続される電流源２０と、ソース１２４ａとドレイン１２５ａ間の電圧を測定可能に構成される電圧測定回路２２を有している。ソース１２４ａと、電流源２０及び電圧測定回路２２の間にはスイッチ３２が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。
【００３６】
電圧測定回路２２は、スイッチ３０、３２及び３３がオン（接続）されている場合には、ソース１２４ａとドレイン１２５ａとの間の電圧を測定することになり、これは後述するように参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧となる。
【００３７】
半導体記憶装置１０は、記憶用メモリセル１３１のソース１３４と、ソース１３４に所定の電圧を印可するソースドライバ１４２とを備える。また、半導体装置１０は、ドレイン１３５に接続され、ドレイン１３５に所定の電圧を印可するドレインドライバ１６２を備える。また、制御電極１３２に接続され、制御電極１３２に所定の電圧を印可する制御電極ドライバ１８２を備える。
【００３８】
電圧測定回路２２によって測定された参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧は、ソースドライバ１４２、ドレインドライバ１６２、及び制御電極ドライバ１８２に送られる。ソースドライバ１４２、ドレインドライバ１６２、及び制御電極ドライバ１８２は、この閾値電圧に基づいて、制御電極１３２、ソース１３４、及びドレイン１３５に印加する電圧を制御する。
【００３９】
第３実施形態における書込み処理は、図６に示すように、まず、スイッチ３０、３２、及び３３をオンする（Ｃ１）。次に、電流源２０から参照用メモリセル１２１ａに所定の電流を流す（Ｃ２）。すなわち、ドレイン１２５ａに接続された制御電極１２２ａと、ソース１２４ａ間に電圧を印可する。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４ａとドレイン１２５ａ間の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ｃ３）。この時、所定の電流値は微小電流であり、例えば、１μＡと規定する。制御電極１２２ａとドレイン１２５ａは接続状態にあるため、この電位差（電圧）を測定することにより、参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧（Ｖｔｈ）を測定することができる。
【００４０】
次に、上述の電位差、すなわち、参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧に基づいて、記憶用メモリセル１３１の制御電極１３２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１３４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１３５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ｃ４）。これら電圧は、ステップＣ３で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ）に基づいて、第１閾値電圧における記憶用メモリセル１３１の浮遊電極１３３への電子の注入効率が最適となるように制御される。
【００４１】
次に、制御された各電圧を、記憶用メモリセル１３１の制御電極ドライバ１８２、ソースドライバ１４２、ドレインドライバ１６２のそれぞれから記憶用メモリセル１３１に印加することにより、記憶用メモリセル１３１に目標の閾値電圧となるまで書込み処理を行う（Ｃ５）。
【００４２】
上述した第３実施形態に係る半導体記憶装置１０及びその書込み方法によれば、第１実施形態と同様の効果を奏するほか、以下の効果を奏する。すなわち、参照用メモリセル１２１ａと記憶用メモリセル１３１を分けたため、参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧の測定と同時に記憶用メモリセル１３１の書込みを開始できるため、全体の書込み時間を短縮することができる。
【００４３】
（第４実施形態）
次に第４実施形態について説明する。第４実施形態においては、符号「１２１ａ」を第１参照用フラッシュメモリ１２１ａとする。第４実施形態においては、第１参照用メモリセル１２１ａ及び第２参照用メモリセル１２１ｂを設けた点が第３実施形態と異なる。図７に示すように、半導体記憶装置１０は、第１参照用フラッシュメモリ１２１ａ及び第２参照用メモリセル１２１ｂを備えている。第１参照用フラッシュメモリ１２１ａは、制御電極１２２ａ、及び浮遊電極１２３ａを有している。第２参照用メモリセル１２１ｂは、制御電極１２２ｂ、及び浮遊電極１２３ｂを有している。第１参照用フラッシュメモリ１２１ａと１２１ｂは、電流源２０及びスイッチ３０に対して対象となるように接続されている。
【００４４】
第１参照用メモリセル１２１ａのソース１２４ａはスイッチ３２ａを介して電流源２０及び電圧測定回路２２の一方に接続されている。第１参照用メモリセル１２１ａのドレイン１２５ａはスイッチ３３ａを介して電流源２０及び電圧測定回路２２の他方に接続されている。第１参照用メモリセル１２１ａは例えば書込み前の状態であり、第１参照用メモリセル１２１ａの閾値は書込み前の閾値電圧となるように調整されている。
【００４５】
第１参照用メモリセル１２１ａのソース１２４ａにはソースドライバ１４１ａが接続され、ドレイン１２５ａにはドレインドライバ１６１ａが接続され、制御電極１２２ａには制御電極ドライバ１８１ａが接続されている。制御電極１２２ａとドレイン１２５ａの間にはスイッチ３０が設けられており、この間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。また、第１参照用メモリセル１２１ａのソース１２４ａ及びドレイン１２５ａと、電流源２０及び電圧測定回路２２の間には、それぞれスイッチ３２ａ及びスイッチ３３ａが介在しており、これらの間の接続のオン／オフを切り替え可能に構成されている。
【００４６】
第２参照用メモリセル１２１ｂの構成は、第１参照用メモリセル１２１ａの構成と同じであり、これらは電流源２０及びスイッチ３０を基準として対象となるように接続されている。第２参照用フラッシュメモリ１２１ｂ及びその周辺の構成は、第１参照用メモリセル１２１ａにおける符号の添え字「ａ」を「ｂ」に読み替えればそのまま成り立つため説明は省略する。第２参照用メモリセル１２１ｂは例えば書込み途中の状態であり、例えば目標閾値電圧の７０％程度の閾値電圧となるように調整されている。
【００４７】
電圧測定回路２２は第１参照用フラッシュメモリ１２１ａ及び第２参照用メモリセル１２１ｂの閾値電圧を測定し、その結果はソースドライバ１４２、制御電極ドライバ１８２、及びドレインドライバ１６２に出力される。ソースドライバ１４２、制御電極ドライバ１８２、及びドレインドライバ１６２では入力され閾値電圧に基づいて記憶用メモリセル１３１の書込み制御を実施する。
【００４８】
第４実施形態における書込み処理は、図８に示すように、まず、スイッチ３０ａ、３２ａ、及び３３ａをオンし、スイッチ３０ｂ、３２ｂ、及び３３ｂをオフする（Ｄ１）。次に、電流源２０から第１参照用メモリセル１２１ａに所定の電流を流す（Ｄ２）。すなわち、ドレイン１２５ａに接続された制御電極１２２ａとソース１２４ａ間に電圧を印可する。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４ａとドレイン１２５ａ間の第１の電圧を測定する（Ｄ３）。この時、所定の電流値は微小電流であり、例えば、１μＡと規定する。制御電極１２２ａとドレイン１２５ａは接続状態にあるため、この第１の電圧は、第１参照用メモリセル１２１ａの閾値電圧である。以後、これを第１閾値電圧（Ｖｔｈ１）と称する。
【００４９】
次に、上述の第１の電位差、すなわち、第１参照用メモリセル１２１ａの第１閾値電圧に基づいて、記憶用メモリセル１３１の制御電極１３２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１３４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１３５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ｄ４）。これら電圧は、ステップＤ３で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ１）に基づいて、第１閾値電圧における記憶用メモリセル１３１の浮遊電極１３３への電子の注入効率が最適となるように制御される。
【００５０】
次に、制御された各電圧を、記憶用メモリセル１３１の制御電極ドライバ１８２、ソースドライバ１４２、ドレインドライバ１６２のそれぞれから記憶用メモリセル１３１に印加することにより、記憶用メモリセル１３１に書込みを行うが、ここでは書込みを最後まで完了するのではなく、記憶用メモリセル１３１の閾値電圧が、下記に説明する第２閾値電圧となるまで実行する（Ｄ５）。第２閾値電圧は例えば目標の閾値電圧の７０％程度の値とすることができる。
【００５１】
以上説明したＤ１〜Ｄ５までのステップを第１ステップ群と称し、第１ステップ群で行う書込みを第１書込みと称する。
次に、スイッチ３０ａ、３２ａ、及び３３ａをオフし、スイッチ３０ｂ、３２ｂ、及び３３ｂをオンする（Ｄ６）。これにより電流源２０及び電圧測定回路２２は第２参照用フラッシュメモリ１２１ｂに接続される。
【００５２】
次に、電流源２０から第２参照用メモリセル１２１ｂに所定の電流を流す（Ｄ７）。次いで、電圧測定回路２２によりソース１２４ｂとドレイン１２５ｂ間に生じる第２の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ｄ８）。この時、所定の電流値は微小電流であり、例えば、１μＡと規定する。制御電極１２２ｂとドレイン１２５ｂは接続状態にあるため、この第２の電位差（電圧）は、第２参照用メモリセル１２１ｂの閾値電圧である。以後、これを第２閾値電圧（Ｖｔｈ２）と称する。
【００５３】
次に、上述の第２の電位差、すなわち、第２参照用メモリセル１２１ｂの第２閾値電圧に基づいて、記憶用メモリセル１３１の制御電極１３２に印加する書込み制御電極電圧、ソース１３４に印加する書込みソース電圧、ドレイン１３５に印加する書込みドレイン電圧を制御する（Ｄ９）。これら電圧は、ステップＤ８で得られたメモリセルの閾値電圧（Ｖｔｈ２）に基づいて、第２閾値電圧における記憶用メモリセル１３１の浮遊電極１３３への電子の注入効率が最適となるように制御される。
【００５４】
次に、制御された各電圧を、記憶用メモリセル１３１の制御電極ドライバ１８２、ソースドライバ１４２、ドレインドライバ１６２のそれぞれから記憶用メモリセル１３１に印加することにより、記憶用メモリセル１３１に書込みを行う（Ｄ１０）。ここでは、記憶用メモリセル１３１に目標の閾値電圧となるまで書込みを行う。
【００５５】
以上説明したＤ６〜Ｄ１０までのステップを第２ステップ群と称し、第２ステップ群で行う書込みを第２書込みと称する。
第４実施形態によれば、第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第１参照用メモリセル１２１ａ及び第２参照用メモリセル１２１ｂを記憶用メモリセル１３１と別途に設け、記憶用メモリセル１３１への書込み処理を、まず、モニタした第１参照用メモリセル１２１ａの第１閾値電圧に基づいて制御し、次いで、第２参照用メモリセル１２１ｂの第２閾値電圧に基づいた制御に切り替えて記憶用メモリセル１３１の書込み処理を実行する。これによれば、第１閾値電圧及び第２閾値電圧のモニタを、より高精度に行うことができるため効率的な書込みが可能となり、あわせて書込みの均一化に寄与することができる。
【００５６】
なお、上述のように、第４実施形態では、第１ステップ群による第１書込みと、第２ステップ群による第２書込みに分けた例を示したが、これに限定する意図ではない。さらに、書込み前の閾値から書込み終了まで、順に並んだ複数の閾値となるように、複数の参照用メモリセルを設け、それぞれの閾値をモニタして書込み電圧を切り替えつつ、記憶用メモリセル１３１の閾値が目標の閾値電圧となるまで書込みを繰り返すようにしてもよい。すなわち、例えば、第１、第２の参照用メモリセルに加えて、第３、第４の複数の参照用メモリセルを設け、これらの閾値を、書込み前の閾値から、書込み終了まで順に並ぶ複数の閾値となるように調整する。そして、それぞれの閾値をモニタして書込み電圧を切り替えつつ、第１書込み、第２書込み、第３書込み、第４書込みと言うように、記憶用メモリセル１３１の閾値が目標の閾値電圧となるまで書込み処理を繰り返すようにしてもよい。
【００５７】
（第５実施形態）
次に第５実施形態について説明する。第５実施形態においては、閾値参照用メモリセル１２１ｃ、及び電圧測定回路２２及び２２ｂに接続された比較器４０を設けた。そして、書込み後の記憶用メモリセル１３１の閾値と閾値参照用メモリセル１２１ｃの閾値とを比較器４０により比較し、これにより書込み後の記憶用メモリセル１３１の閾値をベリファイする。
【００５８】
図９に示すように、半導体記憶装置１０は閾値参照用メモリセル１２１ｃ、記憶用メモリセル１３１、及び比較器４０を備えている。閾値参照用メモリセル１２１ｃ及びその周辺の構成は、第３実施形態の説明において図５に示す第１参照用メモリセル１２１ａのそれと同様であり、符号の添え字を「ｃ」と変更すればそのまま成り立つため、実質的に同一部分の説明は省略する。
【００５９】
閾値参照用メモリセル１２１ｃは電圧測定回路２２ｃを備えている。電圧測定回路２２ｃは比較器４０に接続されている。電圧測定回路２２ｃの測定結果は比較器４０に入力される。閾値参照用メモリセル１２１ｃにはあらかじめ書込みがされており、書込み後の閾値となっている。
【００６０】
記憶用メモリセル１３１のソース１３４にはスイッチ３２を介して電流源２０ｂ及び電圧測定回路２２ｂの一方に接続されている。記憶用メモリセル１３１のドレイン１３５にはスイッチ３３ａｂを介して電流源２０ｂ及び電圧測定回路２２ｂの他方に接続されている。電圧測定回路２２ｂは比較器４０に接続されており、電圧測定回路２２ｂの測定結果が比較器４０に入力される。
【００６１】
比較器４０では、電圧測定回路２２ｃ及び電圧測定回路２２ｂから入力された測定値、すなわち、閾値参照用メモリセル１２１ｃ及び記憶用メモリセル１３１の閾値を比較する。
【００６２】
第５実施形態における書込み処理は、図１０に示される。記憶用メモリセル１３１への書込みは、第１から第４実施形態における書込み方法の何れを利用してもよい。例えば、第３実施形態におけるステップＣ１〜Ｃ５に示す方法で記憶用メモリセル１３１に書込みを行った後、閾値参照用メモリセル１２１ｃのスイッチ３０ｃ、３２ｃ、及び３３ｃをオンする（Ｅ１）。次に、電流源２０ｃから閾値参照用メモリセル１２１ｃに所定の電流を流す（Ｅ２）。次いで、電圧測定回路２２ｃによりソース１２４ｃとドレイン１２５ｃ間に生じる電圧を測定する（Ｅ３）。制御電極１２２ｃとドレイン１２５ｃは接続状態にあるため、この電圧は、閾値参照用メモリセル１２１ｃの閾値電圧（Ｖｔｈ）である。
【００６３】
次に、記憶用メモリセル１３１のスイッチ３０ｂ、３２ｂ、及び３３ｂをオンする（Ｅ４）。次いで、電流源２０ｂから記憶用メモリセル１３１に所定の電流が流れるまで、制御電極ドライバ１８２から制御電極１３２に電圧を印可する（Ｅ５）。すなわち、制御電極１３２とソース１３４間に電圧を印可する。続いて、電圧測定回路２２ｂによりソース１３４とドレイン１３５間の電位差（すなわち電圧、電圧差）を測定する（Ｅ６）。制御電極１３２とドレイン１３５は接続状態にあるため、この電位差は、記憶用メモリセル１３１の閾値電圧（Ｖｔｈ）である。なお、Ｅ１〜３と、Ｅ４〜６は、順番を逆にしてもよい。
【００６４】
次に、閾値参照用メモリセル１２１ｃの閾値と、記憶用メモリセル１３１の閾値を比較器４０により比較し（Ｅ７）、記憶用メモリセル１３１に書込みされた閾値のベリファイを行う（Ｅ８）。
【００６５】
ベリファイの結果、記憶用メモリセル１３１の閾値が目標の閾値に達していない場合は、追加書込みが必要であると判断され（Ｅ９：Ｙｅｓ）、追加書込みを行う（Ｅ１０）。追加書き込みは、記憶用メモリセル１３１の閾値が目標の値となるまで繰り返される。追加書込みは、例えば第１から第４実施形態に示した書込み方法を用いることができる。ベリファイの結果、記憶用メモリセル１３１の閾値が目標の閾値に達していた場合は（Ｅ９：Ｎｏ）、書込み処理を完了する（Ｅ１１）。
【００６６】
第５実施形態によれば、記憶用メモリセル１３１への書込み状態がベリファイにより分かるため、必要であれば追加書込みを行うことができる。これにより、より精度の高い書込みを可能とすることができ、書込みの均一化に寄与する。
【００６７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、記憶用メモリセル１３１の書込みにおいて、第１〜第４の書込み方法を組み合わせて行うことが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０は半導体記憶装置、１２１はメモリセル、１２１ａは第１参照用メモリセル（参照用メモリセル）、１２１ｂは第２参照用メモリセル（参照用メモリセル）、１２１ｃは閾値参照用メモリセル、１２２は制御電極、１２２ａは制御電極（第１制御電極）、１２２ｃは制御電極（第３制御電極）、１２３は浮遊電極、１２３ａは浮遊電極（第１浮遊電極）、１２３ｃは第３浮遊電極、１２４はソース、１２４ａはソース（第１ソース）、１２４ｃはソース（第３ソース）、１２５はドレイン、１２５ａはドレイン（第１ドレイン）、１２５ｃはドレイン（第３ドレイン）、１３１は記憶用メモリセル、１３２は制御電極（第２制御電極）、１３３は浮遊電極（第２浮遊電極）、１３４はソース（第２ソース）、１３５はドレイン（第２ドレイン）、１４はソースドライバ、１４１はソースドライバ（第１ソースドライバ）、１４２はソースドライバ（第２ソースドライバ）、１６はドレインドライバ、１６１はドレインドライバ（第１ドレインドライバ）、１６２はドレインドライバ（第２ドレインドライバ）、１８は制御電極ドライバ、１８１は制御電極ドライバ（第１制御電極ドライバ）、１８２は制御電極ドライバ（第２制御電極ドライバ）、２０は電流源、２２は電圧測定回路、２２ｂは電圧測定回路（第２電圧測定回路）、２２ｃは電圧測定回路（第３電圧測定回路）、３０はスイッチ、３０ｂはスイッチ（第２スイッチ）、３０ｃはスイッチ（第３スイッチ）、４０は比較器を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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