(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置され、接続されたワード線およびビット線への印加電圧に応じてメモリトランジスタの電荷蓄積部への電荷蓄積量を変化させてメモリトランジスタのしきい値電圧を遷移させ、データの記録を行う半導体不揮発性記憶装置であって、
前記メモリトランジスタのプログラム回数に応じて設定された複数プログラム状態のうちの浅いプログラム状態からより深いプログラム状態へしきい値電圧を遷移させることにより、複数回のデータプログラムを行うデータプログラム手段と、
前記メモリトランジスタが何回目のプログラム回数であるかを記録するプログラム回数記録部と、
前記メモリトランジスタにプログラムされているデータ内容を読み出して判定するデータ読み出し手段と
を有する半導体不揮発性記憶装置。
【請求項２】
前記プログラム回数記録部は、データプログラム可能な不揮発性の記憶素子により構成されている
請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項３】
前記データプログラム手段は、データプログラム時に、前記プログラム回数記録部に記録されたプログラム回数に応じて、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数のプログラムワード線電圧のうちの対応するプログラムワード線電圧を被選択ワード線に印加するプログラムワード線電圧印加手段
を有する請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項４】
前記データ読み出し手段は、データ読み出し時に、前記プログラム回数記録部に記録されたプログラム回数に応じて、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数の読み出しワード線電圧のうちの対応する読み出しワード線電圧を被選択ワード線に印加する読み出しワード線電圧印加手段
を有する請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項５】
前記プログラム回数記録部は、各ワード線セクタ毎に設けられ、前記データプログラムも各ワード線セクタを単位として行う
請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項６】
前記プログラム回数記録部は、前記半導体不揮発性記憶装置を複数のブロックに分割した各ブロック毎に設けられ、前記データプログラムも各ブロックを単位として行う
請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項７】
前記半導体不揮発性記憶装置は、ＮＯＲ型構造をなし、前記データプログラムはチャンネルホットエレクトロンにより前記メモリトランジスタの電荷蓄積部に電子を注入することにより行う
請求項１記載の半導体不揮発性記憶装置。
【請求項８】
行列状に配置され、接続されたワード線およびビット線への印加電圧に応じてメモリトランジスタの電荷蓄積部への電荷蓄積量を変化させてメモリトランジスタのしきい値電圧を遷移させ、データの記録を行う半導体不揮発性記憶装置であって、
前記メモリトランジスタのプログラム回数に応じて設定された複数プログラム状態のうちの浅いプログラム状態からより深いプログラム状態へしきい値電圧を遷移させることにより、複数回のデータプログラムを行う複数回データプログラム手段と、
前記メモリトランジスタを消去状態から前記複数プログラム状態の最も深いプログラム状態へ遷移させることにより、１回だけデータプログラムを行う単数回データプログラム手段と、
前記複数回データプログラム手段と前記単数回データプログラム手段を任意に選択するプログラム回数選択手段と
を有する半導体不揮発性記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的にプログラム可能な半導体不揮発性記憶装置に係り、特に、データの書き換えが可能なデータプログラミング系回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ユーザープログラム可能なマイクロコントローラ（以下ＭＣＵ）のＲＯＭ部には、ワンタイププログラマブルＲＯＭ（以下ＯＴＰ）を用いることが一般的である。
一般的なＯＴＰはＮＯＲ型構造をなす半導体不揮発性記憶装置であって、紫外線消去状態で出荷され、ユーザーサイドでチャンネルホットエレクトロン（以下ＣＨＥ）によりデータプログラムが行われる。
【０００３】
図１０は、一般的なＮＯＲ型構造をなすＯＴＰにおいて、メモリトランジスタにデータを記録する場合の、しきい値電圧Ｖｔｈレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【０００４】
図１０において、横軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを、縦軸はメモリトランジスタの分布頻度を表している。
メモリトランジスタに記録するデータ内容は、消去状態Ｄａｔａ−Ｅとプログラム状態Ｄａｔａ−Ｐにより表される。
ＶＲは、メモリトランジスタに記録されたデータ内容が、Ｄａｔａ−ＥであるのかあるいはＤａｔａ−Ｐであるのかを判定するための、読み出しワード線電圧である。
【０００５】
図１０の例において、Ｄａｔａ−Ｅは紫外線消去状態であって、しきい値電圧Ｖｔｈは１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖの範囲にある。
Ｄａｔａ−ＰはＣＨＥによるプログラム状態であって、しきい値電圧Ｖｔｈは６Ｖ＜Ｖｔｈ＜７Ｖの範囲にある。
また、読み出しワード線電圧ＶＲは５Ｖに設定され、メモリトランジスタがオンである場合にＤａｔａ−Ｅであると判定され、オフである場合にＤａｔａ−Ｐであると判定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述した一般的なＮＯＲ型構造をなすＯＴＰの場合、いったんプログラムしたメモリトランジスタは消去して再度プログラムのやり直しができないため、ユーザーサイドでプログラムの修正を行う必要が生じた場合に対処できないという問題がある。
【０００７】
かかる問題に対処できるプログラマブルＲＯＭとして、紫外線消去型ＥＰＲＯＭとフラッシュメモリがある。
【０００８】
しかし、紫外線消去型ＥＰＲＯＭの場合は、チップが封入されたパッケージに紫外線消去用窓を設ける必要があり、実装コストが高くなるだけでなく、オンボード上で直接書き換えができないという欠点がある。
また、フラッシュメモリの場合は、製造プロセス上の付加工程を必要としまた付加的な周辺回路も必要なため、チップコストが高くなる。また、消去時のしきい値電圧を収束させなければならないため、技術的難易度が高いという欠点もある。
【０００９】
さらに、通常のユーザープログラム可能なＭＣＵの応用においては、１回または２回のデータの書き換えで済む場合がほとんどであり、したがって、低コストで少数回データの書き換えができる半導体不揮発性記憶装置が要望されている。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストでデータの書き換えができる半導体不揮発性記憶装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、行列状に配置され、接続されたワード線およびビット線への印加電圧に応じてメモリトランジスタの電荷蓄積部への電荷蓄積量を変化させてメモリトランジスタのしきい値電圧を遷移させ、データの記録を行う半導体不揮発性記憶装置であって、前記メモリトランジスタのプログラム回数に応じて設定された複数プログラム状態のうちの浅いプログラム状態からより深いプログラム状態へしきい値電圧を遷移させることにより、複数回のデータプログラムを行うデータプログラム手段と、前記メモリトランジスタが何回目のプログラム回数であるかを記録するプログラム回数記録部と、前記メモリトランジスタにプログラムされているデータ内容を読み出して判定するデータ読み出し手段とを有する。
【００１２】
また、前記プログラム回数記録部は、データプログラム可能な不揮発性の記憶素子により構成されている
【００１３】
また、前記データプログラム手段は、データプログラム時に、前記プログラム回数記録部に記録されたプログラム回数に応じて、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数のプログラムワード線電圧のうちの対応するプログラムワード線電圧を被選択ワード線に印加するプログラムワード線電圧印加手段を有する。
【００１４】
また、前記データ読み出し手段は、データ読み出し時に、前記プログラム回数記録部に記録されたプログラム回数に応じて、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数の読み出しワード線電圧のうちの対応する読み出しワード線電圧を被選択ワード線に印加する読み出しワード線電圧印加手段を有する。
【００１５】
また、前記プログラム回数記録部は、各ワード線セクタ毎に設けられ、前記データプログラムも各ワード線セクタを単位として行う。
【００１６】
また、前記プログラム回数記録部は、前記半導体不揮発性記憶装置を複数のブロックに分割した各ブロック毎に設けられ、前記データプログラムも各ブロックを単位として行う。
【００１７】
また、前記半導体不揮発性記憶装置は、ＮＯＲ型構造をなし、前記データプログラムはチャンネルホットエレクトロンにより前記メモリトランジスタの電荷蓄積部に電子を注入することにより行う。
【００１８】
また、本発明は、行列状に配置され、接続されたワード線およびビット線への印加電圧に応じてメモリトランジスタの電荷蓄積部への電荷蓄積量を変化させてメモリトランジスタのしきい値電圧を遷移させ、データの記録を行う半導体不揮発性記憶装置であって、前記メモリトランジスタのプログラム回数に応じて設定された複数プログラム状態のうちの浅いプログラム状態からより深いプログラム状態へしきい値電圧を遷移させることにより、複数回のデータプログラムを行う複数回データプログラム手段と、前記メモリトランジスタを消去状態から前記複数プログラム状態の最も深いプログラム状態へ遷移させることにより、１回だけデータプログラムを行う単数回データプログラム手段と、前記複数回データプログラム手段と前記単数回データプログラム手段を任意に選択するプログラム回数選択手段とを有する。
【００１９】
本発明の半導体不揮発性記憶装置によれば、メモリトランジスタのプログラム回数に応じた複数のプログラム状態を用意し、プログラム回数の進行にしたがい、プログラムすべきメモリトランジスタのしきい値電圧をより深いプログラム状態へと遷移させていくことにより、複数回のデータプログラムが可能となる。
したがって、消去動作を行うことなく、データプログラムの書き換えが可能となる。
【００２０】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、プログラム回数の記録は、データプログラム可能な不揮発性の記憶素子により構成されるプログラム回数記録部にプログラム回数を記憶することにより可能である。
【００２１】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、メモリトランジスタへのデータプログラムは、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数のプログラムワード線電圧を用意し、データプログラム時に、プログラム回数に応じた任意のプログラムワード線電圧を選択するワード線に印加することにより可能である。
【００２２】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、プログラムされたデータの読み出しは、前記複数プログラム状態に応じて設定された複数の読み出しワード線電圧を用意し、データ読み出し時に、プログラム回数に応じた任意の読み出しワード線電圧を選択するワード線に印加することにより可能である。
【００２３】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、前記プログラム回数記録部は、各ワード線セクタ毎に設けることにより、各ワード線セクタを単位とプログラムの書き換えが行えるため、好適である。
【００２４】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、前記プログラム回数記録部は、前記半導体不揮発性記憶装置を複数のブロックに分割した各ブロック毎に設けることにより、各ブロックを単位とプログラムの書き換えが行えるため、好適である。
【００２５】
また、前記半導体不揮発性記憶装置において、ＮＯＲ型構造をなす半導体不揮発性記憶装置とすることで、チャンネルホットエレクトロンによりデータプログラムが可能となり、好適である。
【００２６】
あるいは、本発明の半導体不揮発性記憶装置によれば、メモリトランジスタのプログラム回数に応じた複数のプログラム状態を用意し、プログラム回数の進行にしたがって、プログラムすべきメモリトランジスタのしきい値電圧をより深いプログラム状態へと遷移させていくことにより、複数回のデータプログラムを行う複数回データプログラム手段の他に、消去状態から前記複数プログラム状態の最も深いプログラム状態へ遷移させることにより、１回だけデータプログラムを行う単数回データプログラム手段を用意し、かつ、前記複数回データプログラム手段と前記単数回データプログラム手段を任意に選択できるため、ユーザーサイドで必要に応じて、プログラム書き換え手段と高速読み出し手段が選択可能となり好適である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る半導体不揮発性記憶装置、たとえばＮＯＲ型半導体不揮発性記憶装置において、メモリトランジスタにデータを記録する場合の、しきい値電圧Ｖｔｈレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【００２８】
図１において、横軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを、縦軸はメモリトランジスタの分布頻度を表している。
メモリトランジスタに記録するデータ内容は、消去状態Ｄａｔａ−Ｅと２レベルのプログラム状態Ｄａｔａ−Ｐ１およびＤａｔａ−Ｐ２により表される。
ＶＲ１は、メモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈが、Ｄａｔａ−Ｅ以下であるのか、あるいはＤａｔａ−Ｐ１以上であるのかを判定するための、読み出しワード線電圧である。
またＶＲ２は、メモリトランジスタのしきい値電圧ＶｔｈがＤａｔａ−Ｐ１以下であるのか、あるいはＤａｔａ−Ｐ２以上であるのかを判定するための、読み出しワード線電圧である。
【００２９】
図１の例においては、Ｄａｔａ−Ｅは紫外線消去状態であって、しきい値電圧Ｖｔｈは１．２５Ｖを中心として１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖの範囲にある。
Ｄａｔａ−Ｐ１はＣＨＥによる第１回目のプログラム状態であって、しきい値電圧Ｖｔｈは４Ｖを中心として３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖの範囲にある。
Ｄａｔａ−Ｐ２はＣＨＥによる第２回目のプログラム状態であって、しきい値電圧Ｖｔｈは７Ｖを中心として６．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜７．５Ｖの範囲にある。
読み出しワード線電圧ＶＲ１は２．５Ｖに設定され、メモリトランジスタがオンである場合にＤａｔａ−Ｐ１以上であると判定する。
読み出しワード線電圧ＶＲ２は５．５Ｖに設定され、メモリトランジスタがオンである場合にしきい値電圧ＶｔｈがＤａｔａ−Ｐ１以下であると判定し、オフである場合にＤａｔａ−Ｐ２以上であると判定する。
【００３０】
図２は、図１のしきい値電圧Ｖｔｈレベルとデータ内容との関係を有する半導体不揮発性記憶装置において、メモリトランジスタにデータプログラムを行う時に、データ内容に応じてメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを制御するために、選択ワード線電圧ＶＷおよび選択ビット線電圧ＶＢがどのような電圧値に設定されるかを示す図である。
図２において、横軸は時間を、縦軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを表している。
【００３１】
図２の例においては、データ内容を紫外線消去状態に保持する場合には、選択ビット線電圧ＶＢを０Ｖ（ＧＮＤ）に設定する。
また、データ内容を第１番目のプログラム状態Ｄａｔａ−Ｐ１にプログラムする場合は、選択ワード線電圧ＶＷを９Ｖ、選択ビット線電圧ＶＢを６Ｖに設定することにより、時間ｔ１からｔ２までの間ににプログラムすることが可能である。
また、データ内容を第２番目のプログラム状態Ｄａｔａ−Ｐ２にプログラムする場合は、選択ワード線電圧ＶＷを１２Ｖ、選択ビット線電圧ＶＢを６Ｖに設定することにより、時間ｔ１からｔ２までのあいだにプログラムすることが可能である。
つまり、プログラムすべきプログラム状態に応じて、最適のプログラムワード線電圧を選択することにより、しきい値電圧Ｖｔｈの制御が可能である。
【００３２】
図３は、本発明に係る半導体不揮発性記憶装置、たとえばＮＯＲ型半導体不揮発性記憶装置の具体的な回路構成を示す図である。
【００３３】
図３において、１はメモリアレイであり、Ｎ本のワード線Ｗ１〜ＷＮとＭ本のビット線Ｂ１〜ＢＭが交差する各格子位置にメモリトランジスタＭ1,1 〜ＭN,M が配置されている。
２のプログラム回数記録部（ＰＴ）であって、電気的にプログラム可能な不揮発性記憶素子により構成され、たとえば、メモリアレイ１が第１回目のプログラムしか実行されていない場合には消去状態（データ０）に設定され、第２回目のプログラム実行時にユーザーサイドでプログラム状態（データ１）に設定される。
３は選択信号発生部であり、プログラム回数記録部２の１／０データおよび読み出し／書き込み（ＲＥＡＤ／ＷＲＩＴＥ）選択信号φＲ／Ｗを受けて４種類の選択信号φｐ1 、φｐ2 、φＲ1 、φＲ2 を発生し、電圧マルチプレクサ部４に出力する。
【００３４】
電圧マルチプレクサ部４は、選択信号φｐ1 、φｐ2 、φＲ1 、φＲ2 を受けて、その選択信号に応じてあらかじめ設定されている第１番目のプログラムワード線電圧Ｖｐ1 （９Ｖ）、第２番目のプログラムワード線電圧Ｖｐ2 （１２Ｖ）、第１番目の読み出しワード線ＶＲ1 （２．５Ｖ）、第２番目の読み出しワード線ＶＲ2 （５．５Ｖ）を選択して選択ワード線電圧ＶＷとして出力する。
【００３５】
すなわち、選択信号φｐ1 が選択される場合は、第１回目のプログラム時であって、電圧マルチプレクサ部４は、第１番目のプログラムワード線電圧Ｖｐ1 （９Ｖ）を選択ワード線電圧ＶＷとして出力する。
また、選択信号φｐ2 が選択される場合は、第２回目のプログラム時であって、電圧マルチプレクサ部４は、第２番目のプログラムワード線電圧Ｖｐ2 （１２Ｖ）を選択ワード線電圧ＶＷとして出力する。
また、選択信号φＲ1 が選択される場合は、第１回目のプログラム後のデータ読み出し時であって、電圧マルチプレクサ部４は、第１番目の読み出しワード線ＶＲ1 （２．５Ｖ）を選択ワード線電圧ＶＷとして出力する。
また、選択信号φＲ2 が選択される場合は、第２回目のプログラム後のデータ読み出し時であって、電圧マルチプレクサ部４は、第２番目の読み出しワード線ＶＲ2 （５．５Ｖ）を選択ワード線電圧ＶＷとして出力する。
【００３６】
５はローデコーダであり、データプログラム時または読み出し時に、Ｗ１〜ＷＮの中の任意の選択ワード線を選択ワード線電圧ＶＷに、その他の非選択ワード線を接地電圧ＧＮＤに設定する。
また、６はカラムーデコーダ、７はカラム選択部であり、データプログラム時または読み出し時に、Ｂ１〜ＢＭの中の任意の選択ビット線を選択ビット線電圧ＶＢに、その他の非選択ビット線を接地電圧ＧＮＤに設定する。
【００３７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで第１回目のデータプログラムおよび第２回目のデータプログラムを実行する場合の第１の実施例を示す図である。
図４（ａ）〜図４（ｃ）において、横軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを、縦軸はメモリトランジスタの分布頻度を表している。
【００３８】
まず、図４（ａ）は出荷時の紫外線消去状態であり、すべてのメモリトランジスタはＤａｔａ−Ｅ０に存在し、しきい値電圧Ｖｔｈは１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖの範囲にある。
次に、図４（ｂ）はユーザーサイドで第１回目のデータプログラムが実行された後の状態であり、プログラムメモリトランジスタ（１データ）はＤａｔａ−Ｐ１（３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ０（１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖ）のままである。
また、読み出しワード線電圧ＶＲ１（２．５Ｖ）により、データの１／０が判定される。
次に、図４（ｃ）はユーザーサイドで第２回目のデータプログラム（プログラムの書き換え）が実行された後の状態であり、プログラムメモリトランジスタ（１データ）はＤａｔａ−Ｐ２（６．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜７．５Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ０（１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖ）またはＤａｔａ−Ｐ１（＝Ｅ１）（３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖ）のままである。
また、読み出しワード線電圧ＶＲ２（５．５Ｖ）により、データの１／０が判定される。
【００３９】
図５は、図４の第１の実施例の場合において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時、第２回目のプログラム時、第２回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【００４０】
すなわち、第１回目のプログラム時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）に設定されるように、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）のままで保持されるように、プログラムされる。
このプログラム時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＰ１（９Ｖ）およびＶＢ（６Ｖ）に設定される。
また、第１回目のプログラム後の読み出し時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）に存在している。
この読み出し時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＲ１（２．５Ｖ）およびＶＢ（１Ｖ）に設定される。
【００４１】
また、第２回目のプログラム時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に設定されるように、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖまたは４Ｖ）のままで保持されるように、プログラムされる。
このプログラム時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＰ２（１２Ｖ）およびＶＢ（６Ｖ）に設定される。
また、第２回目のプログラム後の読み出し時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖまたは４Ｖ）に存在している。
この読み出し時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＲ２（５．５Ｖ）およびＶＢ（１Ｖ）に設定される。
【００４２】
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで第１回目のデータプログラムおよび第２回目のデータプルグラムを実行する場合の第２の実施例を示す図である。
図６（ａ）〜図６（ｄ）において、横軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを、縦軸はメモリトランジスタの分布頻度を表している。
【００４３】
まず、図６（ａ）は出荷時の紫外線消去状態であり、すべてのメモリトランジスタはＤａｔａ−Ｅ０に存在し、しきい値電圧Ｖｔｈは１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖの範囲にある。
次に、図６（ｂ）はユーザーサイドで第１回目のデータプログラムが実行された後の状態であり、プログラムメモリトランジスタ（１データ）はＤａｔａ−Ｐ１（３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ０（１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖ）のままである。
また、読み出しワード線電圧ＶＲ１（２．５Ｖ）により、データの１／０が判定される。
次に、図６（ｃ）は第２回目のデータプログラム（プログラムの書き換え）を実行するための前準備として、すべてのメモリトランジスタをまず第１番目のプログラム状態Ｄａｔａ−Ｅ１（＝Ｐ１）（３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖ）にプログラムする。
次に、図６（ｄ）はユーザーサイドの第２回目のデータプログラム（プログラムの書き換え）が実行された後の状態であり、プログラムメモリトランジスタ（１データ）はＤａｔａ−Ｐ２（６．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜７．５Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ１（＝Ｐ１）（３．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜４．５Ｖ）のままである。
また、読み出しワード線電圧ＶＲ２（５．５Ｖ）により、データの１／０が判定される。
【００４４】
図７は、図６の第２の実施例の場合において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時、第２回目のプログラム時、第２回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【００４５】
すなわち、第１回目のプログラム時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）に設定されるように、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）のままで保持されるように、プログラムされる。
このプログラム時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＰ１（９Ｖ）およびＶＢ（６Ｖ）に設定される。
また、第１回目のプログラム後の読み出し時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）に存在している。
この読み出し時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＲ１（２．５Ｖ）およびＶＢ（１Ｖ）に設定される。
また、第２回目のプログラム時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に設定されるように、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）のままで保持されるように、プログラムされる。
このプログラム時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＰ２（１２Ｖ）およびＶＢ（６Ｖ）に設定される。
また、第２回目のプログラム後の読み出し時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝４Ｖ）に存在している。
この読み出し時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＲ２（５．５Ｖ）およびＶＢ（１Ｖ）に設定される。
【００４６】
図８（ａ）〜図８（ｂ）は、図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで１回だけデータプログラムを実行することを選択した場合の実施例を示す図である。
ＭＣＵの応用によっては、プログラマブルＲＯＭの使用が固まっており、ユーザーサイドで１回だけプログラムすれば、再プログラムする必要がない場合がある。このような場合、図４および図６の実施例のような２回データプログラムの仕様では、第１回目のデータプログラムだけ実行し、第２回目のデータプログラムは実行しないで終了することになる。
このような場合には、データ書き換え機能を有する２回データプログラム仕様によりも、１回データプログラム仕様を選択した方が、高速読み出しに有利である。
１回データプログラム仕様は、図３におけるプログラム回数記録部（ＰＴ）２を、第１回目のプログラム実行時にユーザーサイドでプログラム状態（データ１）に設定することにより自動的に選択される。
【００４７】
図８（ａ）〜図８（ｂ）において、横軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを、縦軸はメモリトランジスタの分布頻度を表している。
まず、図８（ａ）は出荷時の紫外線消去状態であり、すべてのメモリトランジスタはＤａｔａ−Ｅ０に存在し、しきい値電圧Ｖｔｈは１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖの範囲にある。
次に、図８（ｂ）はユーザーサイドで第１回目のデータプログラムが実行された後の状態であり、プログラムメモリトランジスタ（１データ）はより深いプログラム状態Ｄａｔａ−Ｐ２（６．５Ｖ＜Ｖｔｈ＜７．５Ｖ）に一度にプログラムされ、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ０（１Ｖ＜Ｖｔｈ＜１．５Ｖ）のままである。
また、読み出しワード線電圧ＶＲ２（５．５Ｖ）により、十分な読み出しマージンを保って高速にデータ１／０が判定される。
【００４８】
図９は、図８の実施例の場合において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【００４９】
すなわち、第１回目のプログラム時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に設定されるように、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）のままで保持されるように、プログラムされる。
このプログラム時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＰ２（１２Ｖ）およびＶＢ（６Ｖ）に設定される。
また、第１回目のプログラム後の読み出し時には、プログラムメモリトランジスタ（１データ）がＤａｔａ−Ｐ（中心Ｖｔｈ＝７Ｖ）に存在し、非プログラムメモリトランジスタ（０データ）はＤａｔａ−Ｅ（中心Ｖｔｈ＝１．２５Ｖ）に存在している。
この読み出し時のワード線選択電圧ＶＷおよびビット線選択電圧ＶＢは、それぞれＶＲ２（５．５Ｖ）およびＶＢ（１Ｖ）に設定される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、メモリトランジスタのプログラム回数に応じた複数のプログラム状態を用意し、プログラム回数の進行にしたがって、プログラムすべきメモリトランジスタのしきい値電圧をより深いプログラム状態へと遷移させていくことにより、複数回のデータプログラムが可能となる。したがって、消去動作を行うことなく、プログラムの書き換えが可能となる。
【００５１】
また、複数回数のデータプログラムを行う複数回データプログラム手段の他に、１回だけデータプログラムを行う単数回データプログラム手段を用意し、ユーザーサイドで必要に応じて任意に選択できる。
したがって、プログラム書き換え手段と高速読み出し手段が選択可能となり好適である。
【００５２】
また、本実施形態においては、単一のメモリアレイを単位として、データプログラムを行う例について説明してあるが、本発明の応用においては、データプログラムを行う単位を、各ワード線セクタ毎、またはメモリアレイを複数のブロックに分割した各ブロック毎に行ってもよい。この場合、上述したプログラム回数記録部を、各ワード線セクタ毎、または各ブロック毎に設けることにより実現可能である。
データプログラムを行う単位を、各ワード線セクタ毎、または各ブロック毎とすることにより、データプログラムの一部修正が可能となり、よりフレキシブルなプログラム修正に対応でき好適である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、低コストでデータの書き換えができる半導体不揮発性記憶装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体不揮発性記憶装置において、メモリトランジスタにデータを記録する場合の、しきい値電圧Ｖｔｈレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【図２】図１の半導体不揮発性記憶装置において、データ内容に応じてメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈを制御するためのプログラム印加電圧の設定を示す図である。
【図３】本発明に係る半導体不揮発性記憶装置の具体的な回路構成を示す図である。
【図４】図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで第１回目のデータプログラムおよび第２回目のデータプログラムを実行する場合の第１の実施例を示す図である。
【図５】図４の第１の実施例において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時、第２回目のプログラム時、第２回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【図６】図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで第１回目のデータプログラムおよび第２回目のデータプログラムを実行する場合の第２の実施例を示す図である。
【図７】図６の第２の実施例において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時、第２回目のプログラム時、第２回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【図８】図３の半導体不揮発性記憶装置において、出荷時の紫外線消去状態から、ユーザーサイドで１回だけデータプログラムを実行することを選択した場合の実施例を示す図である。
【図９】図８の実施例において、第１回目のプログラム時、第１回目のプログラム後の読み出し時に、それぞれメモリトランジスタのしきい値電圧Ｖｔｈ、ワード線選択電圧ＶＷ、ビット線選択電圧ＶＢがどのような値に設定されるかを示す図である。
【図１０】一般的なＮＯＲ型構造をなすＯＴＰにおいて、メモリトランジスタにデータを記録する場合の、しきい値電圧Ｖｔｈレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【符号の説明】
φＲ／Ｗ…読み出し／書き込み（ＲＥＡＤ／ＷＲＩＴＥ）選択信号、φＰ1 …プログラムワード線電圧ＶＰ１選択信号、φＰ2 …プログラムワード線電圧ＶＰ２選択信号、Ｒ1 …読み出しワード線電圧ＶＰ１選択信号、Ｒ2 …読み出しワード線電圧ＶＰ２選択信号、ＶＰ１…第１のプログラムワード線電圧、ＶＰ２…第２のプログラムワード線電圧、ＶＲ１…第１の読み出しワード線電圧、ＶＲ２…第２の読み出しワード線電圧、ＶＷ…選択ワード線電圧、ＶＢ…ビット線電圧、Ｘ1 〜Ｘa …Ｘ入力、Ｙ1 〜Ｙb …Ｙ入力、Ｗ1 〜ＷN …ワード線Ｂ1 〜ＢN …ビット線、Ｍ1,1 〜Ｍn,m …メモリトランジスタ、Ｄａｔａ−Ｅ…消去状態、Ｄａｔａ−Ｐ…プログラム状態、Ｄａｔａ−Ｐ１…第１のプログラム状態、Ｄａｔａ−Ｐ２…第２のプログラム状態、１…メモリアレイ、２…プログラム回数記録部、３…選択信号発生部、４…電圧マルチプレクサ部、５…ローデコーダ、６…カラムデコーダ、７…カラム選択部。
【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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