JP2000076876A - Non-volatile semiconductor storage device - Google Patents

Non-volatile semiconductor storage device

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JP2000076876A
JP2000076876A JP24351198A JP24351198A JP2000076876A JP 2000076876 A JP2000076876 A JP 2000076876A JP 24351198 A JP24351198 A JP 24351198A JP 24351198 A JP24351198 A JP 24351198A JP 2000076876 A JP2000076876 A JP 2000076876A
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Japan
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voltage
transistor
memory cell
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source
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JP24351198A
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Takayuki Emori
孝之 江守
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-volatile semiconductor storage device capable of preventing readout precision from being lowered due to variation of a verification voltage or a readout voltage, and easily realizing readout of a multivalued memory. SOLUTION: A source line voltage generating circuit 30 generates a reference voltage Vref based on a difference in a threshold voltage between an enhancement-type nMOS transistor and a depletion-type nMOS transistor, and further generates based thereon a source line voltage VSL to be supplied to a common source line CSL of a memory cell array 10. A source line voltage switching circuit 20 selects the source line voltage VSL in the case of a page readout so that the ource line voltage VSL is applied to the common source line CSL, while the common source line CSL is held at a ground potential in the other cases. Thus, a verification operation and a readout operation can be performed with the same level of word line voltage, and therefore, a readout error due to variation of the word line voltage at the verify and readout operations is prevented from occurring.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置、特に多値メモリ装置の書き込み検証(ベリファ
イ)および読み出しに関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to non-volatile semiconductor memory devices, and more particularly, to write verification and reading of multi-valued memory devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】不揮発性メモリトランジスタは、フロー
ティングゲート型(FG型)の他に、MONOS型およ
びMNOS型がある。このらの不揮発性メモリトランジ
スタは、周囲と絶縁されている電荷蓄積層が設けられ、
当該電荷蓄積層に何らかの手段で電荷を注入すると、注
入した電荷が蓄積され、ほぼ永久的に保持できる特性が
ある。さらに、当該電荷蓄積層に蓄積されている電荷の
量に応じてメモリトランジスタのしきい値電圧が変化す
るので、しきい値電圧に対応したデータを保持すること
が可能である。
2. Description of the Related Art Nonvolatile memory transistors include a MONOS type and an MNOS type in addition to a floating gate type (FG type). These nonvolatile memory transistors are provided with a charge storage layer insulated from the surroundings,
When charges are injected into the charge storage layer by any means, the injected charges are accumulated and have a characteristic that they can be held almost permanently. Further, since the threshold voltage of the memory transistor changes according to the amount of charge stored in the charge storage layer, data corresponding to the threshold voltage can be held.

【0003】図4はフローティングゲート型、MONO
S型およびMNOS型の不揮発性メモリトランジスタの
構成例を示す簡略断面図である。同図(a)はフローテ
ィングゲート型不揮発性メモリトランジスタの断面を示
している。図4(a)において、1はn型またはp型の
導電型を有する半導体基板またはウェル(以下、便利の
ために単に基板という)、2および3は基板1と逆の導
電型の不純物を高濃度に注入することにより形成された
領域で、それぞれソースとドレインを形成する。ソース
2とドレイン3に挟まれた領域(チャネル形成領域)の
基板1の表面に緻密な酸化シリコン(SiO2 )膜から
なるゲート絶縁膜4が成膜されている。
FIG. 4 shows a floating gate type MONO.
It is a simplified sectional view showing the example of composition of the S type and the MNOS type nonvolatile memory transistor. FIG. 1A shows a cross section of a floating gate type nonvolatile memory transistor. In FIG. 4A, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate or well having n-type or p-type conductivity (hereinafter simply referred to as a substrate for convenience), and 2 and 3 denote impurities of a conductivity type opposite to that of the substrate 1 at a high level. Sources and drains are formed in the regions formed by the implantation at the respective concentrations. A gate insulating film 4 made of a dense silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the surface of the substrate 1 in a region (channel forming region) between the source 2 and the drain 3.

【0004】ゲート絶縁膜4の表面にポリシリコンから
なるフローティングゲート7が形成され、さらにその表
面に絶縁性の良い層間絶縁膜6が形成されている。な
お、層間絶縁膜6は、例えば、ONO膜(酸化シリコン
膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜)からなる複合膜
で構成されている。層間絶縁膜6の表面に、例えば導電
性のよいポリシリコン膜からなる制御ゲート(コントロ
ールゲート)5が成膜されている。
A floating gate 7 made of polysilicon is formed on the surface of the gate insulating film 4, and an interlayer insulating film 6 having good insulating properties is formed on the surface. The interlayer insulating film 6 is composed of, for example, a composite film composed of an ONO film (a silicon oxide film-a silicon nitride film-a silicon oxide film). A control gate (control gate) 5 made of, for example, a polysilicon film having good conductivity is formed on the surface of the interlayer insulating film 6.

【0005】ゲート絶縁膜4、フローティングゲート7
および層間絶縁膜6からなる部分は通常積層膜と呼ばれ
ており、同図では符号4aで表している。コントロール
ゲート5と積層膜4aの側面に、例えば、酸化シリコン
からなる絶縁膜(サイドウォール)9が形成されてい
る。
[0005] Gate insulating film 4, floating gate 7
The portion composed of the interlayer insulating film 6 is usually called a laminated film, and is denoted by reference numeral 4a in FIG. An insulating film (side wall) 9 made of, for example, silicon oxide is formed on side surfaces of the control gate 5 and the stacked film 4a.

【0006】フローティングゲート型不揮発性メモリト
ランジスタでは、フローティングゲート7に蓄積されて
いる電荷の量に応じてメモリトランジスタのしきい値電
圧が変化するので、蓄積電荷の量を制御することにより
しきい値電圧を所定のレベルに設定し、それに対応した
データを記憶することができる。
In a floating gate type non-volatile memory transistor, the threshold voltage of the memory transistor changes in accordance with the amount of charge stored in the floating gate 7. Therefore, the threshold value is controlled by controlling the amount of stored charge. The voltage can be set to a predetermined level, and data corresponding to the voltage can be stored.

【0007】図4(b)はMONOS型不揮発性メモリ
トランジスタの断面を示している。なお、同図(a)に
示すフローティングゲート型不揮発性メモリトランジス
タの断面に比べると、積層膜4bの部分以外はほぼ同じ
構成を有している。ここで、積層膜4bを中心にその構
成を説明する。図示のように、MONOS型不揮発性メ
モリトランジスタのソース2とドレイン3に挟まれてい
る領域の表面には、積層膜4bとその表面に成膜されて
いるコントロールゲート5がある。積層膜4bは、酸化
シリコンからなるゲート絶縁膜4、その表面に成膜され
ている窒化膜8a、さらに窒化膜8aの表面に形成され
ているトップ酸化膜6aにより構成されている。窒化膜
8aは、例えば、窒化シリコンで構成され、トップ酸化
膜6aは、例えば、酸化シリコンにより構成されてい
る。
FIG. 4B shows a cross section of a MONOS type nonvolatile memory transistor. Note that, as compared with the cross section of the floating gate type nonvolatile memory transistor shown in FIG. Here, the configuration of the laminated film 4b will be mainly described. As shown in the figure, on the surface of a region sandwiched between the source 2 and the drain 3 of the MONOS type nonvolatile memory transistor, there is a laminated film 4b and a control gate 5 formed on the surface. The laminated film 4b includes a gate insulating film 4 made of silicon oxide, a nitride film 8a formed on the surface thereof, and a top oxide film 6a formed on the surface of the nitride film 8a. The nitride film 8a is made of, for example, silicon nitride, and the top oxide film 6a is made of, for example, silicon oxide.

【0008】このように構成されているMONOS型不
揮発性メモリトランジスタにおいて、窒化膜8aは、電
荷蓄積手段(キャリアトラップ)導入のために形成され
た層であり、電荷蓄積層に相当するものである。窒化膜
8aの形成により導入されたキャリアトラップのうち電
荷蓄積手段として機能するのは、主として窒化膜8aの
バルクトラップと窒化膜8aと上層のトップ酸化膜6a
との界面付近に形成された深いキャリアトラップであ
る。
In the MONOS type nonvolatile memory transistor thus configured, the nitride film 8a is a layer formed for introducing charge storage means (carrier trap), and corresponds to a charge storage layer. . Of the carrier traps introduced by the formation of the nitride film 8a, those functioning as charge storage means are mainly a bulk trap of the nitride film 8a, the nitride film 8a, and the upper oxide film 6a.
This is a deep carrier trap formed near the interface with.

【0009】図4(c)に示すMNOS型の不揮発性メ
モリトランジスタにおいて、その積層膜4cは下層のゲ
ート絶縁膜4と上層の窒化膜8bの2層絶縁膜から構成
されている。窒化膜8bは、例えば、窒化シリコンによ
り構成され、同図(b)に示すMONOS型のメモリト
ランジスタと同様にキャリアトラップを導入するために
形成されている。なお、この窒化膜8bはホールの注入
を防止するために、MONOS型のメモリトランジスタ
の窒化膜8aに比べて比較的に厚く形成されている。
In the MNOS type nonvolatile memory transistor shown in FIG. 4C, the laminated film 4c is composed of a two-layer insulating film of a lower gate insulating film 4 and an upper nitride film 8b. The nitride film 8b is made of, for example, silicon nitride, and is formed to introduce a carrier trap similarly to the MONOS type memory transistor shown in FIG. The nitride film 8b is formed to be relatively thicker than the nitride film 8a of the MONOS type memory transistor in order to prevent hole injection.

【0010】図4に示す不揮発性メモリトランジスタの
電荷蓄積層に蓄積した電荷の量に応じてそのしきい値電
圧が制御され、当該しきい値電圧に応じたデータを記憶
することが可能である。従って、蓄積電荷の量を制御し
てメモリトランジスタのしきい値電圧を複数のレベルに
設定することにより、一つのメモリトランジスタに2ビ
ット以上のデータを記憶可能な多値メモリを実現するこ
とができる。
The threshold voltage of the nonvolatile memory transistor shown in FIG. 4 is controlled according to the amount of charge stored in the charge storage layer, and data corresponding to the threshold voltage can be stored. . Therefore, by controlling the amount of accumulated charge and setting the threshold voltage of the memory transistor to a plurality of levels, a multi-valued memory capable of storing two or more bits of data in one memory transistor can be realized. .

【0011】これらの不揮発性メモリトランジスタ(以
下、メモリセルともいう)を複数用いて、例えば、行列
上に配列し、同一行に配置されているメモリセルを同じ
ソースに、同一列に配置されているメモリセルを同じビ
ット線にそれぞれ接続して不揮発性メモリ装置を構成す
る。このような不揮発性メモリ装置において、同一のワ
ード線に接続されている多数のメモリセルに対して同時
に読み出しを行うページ読み出し(またはシリアル読み
出しという)の方法がある。ここでいうページとは、一
本のワード線に接続されている複数のメモリセルからな
るメモリセル群のことであり、一ページ内には例えば、
512バイトのメモリセルを有する。
By using a plurality of these nonvolatile memory transistors (hereinafter also referred to as memory cells), for example, the memory cells arranged in a matrix, and the memory cells arranged in the same row are arranged in the same source and in the same column. Memory cells are connected to the same bit line to form a nonvolatile memory device. In such a nonvolatile memory device, there is a page read (or serial read) method for simultaneously reading data from a large number of memory cells connected to the same word line. The page referred to here is a memory cell group including a plurality of memory cells connected to one word line.
It has a memory cell of 512 bytes.

【0012】ページ読み出しでは、同一のワード線に接
続されている多数のメモリセルを同時に読み出すので、
選択ワード線に印加されたワード線電圧VWLが各メモリ
セルのコントロールゲートに印加される。選択ワード線
に印加されるワード線電圧VWLをメモリセルの各記憶デ
ータに応じたしきい値電圧Vthレベルの中間に設定し、
メモリセルに電流が流れるか否かを検出することにより
各メモリセルの記憶データを判別することができる。
In page reading, a large number of memory cells connected to the same word line are read at the same time.
The word line voltage VWL applied to the selected word line is applied to the control gate of each memory cell. Setting the word line voltage V WL applied to the selected word line to an intermediate value between the threshold voltage V th levels corresponding to the respective storage data of the memory cells;
The data stored in each memory cell can be determined by detecting whether or not a current flows through the memory cell.

【0013】例えば、図5(a)に示すように、各メモ
リセルのしきい値電圧を4つのレベルに設定することに
より一つのメモリセルに2ビットのデータ“00”,
“10”,“10”,“11”の何れかを記憶すること
が可能である。例えば、メモリセルにデータ“00”を
記憶する場合に書き込みのとき、選択メモリセルのしき
い値電圧Vthを2.8Vから3.2Vの範囲内に設定
し、メモリセルにデータ“01”を記憶する場合に書き
込みのとき、選択メモリセルのしきい値電圧Vthを1.
6Vから2.0Vの範囲内に設定し、メモリセルにデー
タ“10”を記憶する場合に書き込みのとき、選択メモ
リセルのしきい値電圧Vthを0.4Vから0.8Vの範
囲内に設定する。また、メモリセルにデータ“11”を
記憶する場合に消去により選択メモリセルのしきい値電
圧Vthを−2.0V以下に設定する。
For example, as shown in FIG. 5A, by setting the threshold voltage of each memory cell to four levels, 2-bit data "00",
Any of "10", "10", and "11" can be stored. For example, at the time of writing when data “00” is stored in a memory cell, the threshold voltage V th of the selected memory cell is set within a range of 2.8 V to 3.2 V, and data “01” is stored in the memory cell. , The threshold voltage V th of the selected memory cell is set to 1.
The threshold voltage Vth of the selected memory cell is set within the range of 0.4 V to 0.8 V at the time of writing when data is set in the range of 6 V to 2.0 V and data "10" is stored in the memory cell. Set. When data "11" is stored in the memory cell, the threshold voltage Vth of the selected memory cell is set to -2.0 V or less by erasing.

【0014】書き込みによりメモリセルのしきい値電圧
thがそれぞれ書き込みデータに応じたレベルに設定さ
れる。読み出しのとき選択ワード線にメモリセルのしき
い値電圧の4つの分布範囲の中間レベルに設定し、メモ
リセルに電流が流れるか否かかによりメモリセルの記憶
データを読み出すことができる。例えば、まず選択ワー
ド線に2.4Vの読み出し電圧VWLを印加し、次に選択
ワード線に1.2Vの読み出し電圧VWLを印加し、最後
に選択ワード線に0Vの読み出し電圧VWLを印加し、そ
れぞれの読み出し電圧VWLにおいてメモリセルに電流が
流れるか否かを検出することによって、メモリセルのし
きい値電圧Vthがどの範囲に分布しているかが分かり、
その記憶データを読み出すことができる。
By writing, the threshold voltage Vth of the memory cell is set to a level corresponding to the write data. At the time of reading, it is possible to set the selected word line to an intermediate level between the four distribution ranges of the threshold voltage of the memory cell, and read the data stored in the memory cell depending on whether or not a current flows through the memory cell. For example, first, a read voltage V WL of 2.4 V is applied to the selected word line, then a read voltage V WL of 1.2 V is applied to the selected word line, and finally, a read voltage V WL of 0 V is applied to the selected word line. By detecting whether or not a current flows through the memory cell at each read voltage V WL , it is possible to determine in which range the threshold voltage V th of the memory cell is distributed,
The stored data can be read.

【0015】一方、書き込み時のベリファイは、選択ワ
ード線、即ち書き込みメモリセルのコントロールゲート
に印加されるベリファイ電圧VVRは、メモリセルのしき
い値電圧Vthの各分布範囲のもっとも低いレベルであ
り、それぞれ2.8V、1.6Vおよび0.4Vであ
る。例えば、書き込み前に消去が行われ、各メモリセル
のしきい値電圧が0V以下に設定される。書き込み時ワ
ード線を介して選択メモリセルのコントロールゲートに
所定の電圧レベルおよび時間幅を持つパルスを複数回印
加し、パルスを印加したあと書き込みデータに応じて設
定されたベリファイ電圧VVRをワード線を介して選択メ
モリセルのコントロールゲートに印加し、メモリセルに
電流が流れるか否かによりそのしきい値電圧が所望のレ
ベルに達したか否かを判定する。メモリセルのしきい値
電圧が所望のしきい値電圧に達すると書き込みが終了す
る。このように書き込みを行うことにより、各メモリセ
ルのしきい値電圧が書き込みデータに応じて所定の電圧
範囲内に分布するように制御される。
On the other hand, in the verify operation at the time of writing, the verify voltage V VR applied to the selected word line, that is, the control gate of the write memory cell is at the lowest level in each distribution range of the threshold voltage V th of the memory cell. And 2.8V, 1.6V and 0.4V respectively. For example, erasing is performed before writing, and the threshold voltage of each memory cell is set to 0 V or less. At the time of writing, a pulse having a predetermined voltage level and time width is applied to the control gate of the selected memory cell a plurality of times via the word line, and after the pulse is applied, a verify voltage V VR set according to the write data is applied to the word line. Is applied to the control gate of the selected memory cell through the memory cell, and whether or not the threshold voltage has reached a desired level is determined based on whether or not a current flows through the memory cell. When the threshold voltage of the memory cell reaches a desired threshold voltage, the writing ends. By performing writing in this manner, control is performed so that the threshold voltage of each memory cell is distributed within a predetermined voltage range according to write data.

【0016】上述した多値メモリの場合に、ベリファイ
電圧VVRは読み出し電圧よりそれぞれ0.4V高く設定
されるので、各しきい値電圧分布範囲の間に十分な間隔
が保たれ、読み出し時に各分布範囲の中間レベルに読み
出し電圧を設定することでメモリセルの記憶データを判
別することができる。
In the case of the above-described multi-valued memory, the verify voltage V VR is set to be higher than the read voltage by 0.4 V, so that a sufficient interval is maintained between the respective threshold voltage distribution ranges, and each of the verify voltages V VR is set at the time of read. By setting the read voltage at an intermediate level in the distribution range, data stored in the memory cell can be determined.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の多値メモリでは、一つのメモリセルにさらに多数の
ビットを記憶する場合に、例えば、メモリセルのしきい
値電圧を16の異なる領域に分布させ、それに応じて4
ビットのデータを記憶する場合に、各しきい値電圧の分
布領域間の間隔が狭くなり、通常のページ読み出し時の
読み出し電圧VWLとベリファイのときのベリファイ電圧
VRとの電圧差ΔVは0.1Vになる(図5(b))。
このため、電圧発生回路の特性の変動、回路素子のバラ
ツキなどによって発生した電圧にわずかの誤差が生じる
と、通常読み出し電圧VWLとベリファイ電圧VVRが同じ
レベルになってしまい、正しいデータの読み出しが難し
くなるという不利益がある。
In the conventional multi-valued memory described above, when a larger number of bits are stored in one memory cell, for example, the threshold voltage of the memory cell is set to 16 different areas. Distribution and 4 accordingly
When bit data is stored, the interval between the distribution regions of the respective threshold voltages becomes narrow, and the voltage difference ΔV between the read voltage V WL at the time of normal page read and the verify voltage V VR at the time of verify is 0. 0.1 V (FIG. 5B).
For this reason, if a slight error occurs in the voltage generated due to fluctuations in the characteristics of the voltage generating circuit, variations in circuit elements, etc., the normal read voltage VWL and the verify voltage VVR become the same level, and correct data reading is performed. There is a disadvantage that it becomes difficult.

【0018】図6は4ビットのデータを記憶する不揮発
性メモリセルのしきい値電圧の分布例を示している。図
示のように、4ビットのデータを記憶する場合に、それ
ぞれの記憶データに応じて、メモリセルのしきい値電圧
が16の異なる領域に分布するようにプログラムされ
る。各分布範囲が2ビットのデータを記憶する場合より
狭くなり、例えば、約0.1Vとなる。さらに、各分布
範囲の間に、例えば、ほぼ0.2Vの間隔が設けられて
いる。読み出しの場合に、図6(a)に示すように、各
しきい値電圧の分布範囲の中間の電圧Vg1,Vg2,Vg3
…を読み出し電圧VWLとして選択ワード線に順次印加
し、各読み出し電圧VWLが印加しているときメモリセル
に流れる電流を検出することにより、メモリセルのしき
い値電圧の分布範囲が確定でき、それに応じてメモリセ
ルに記憶されている4ビットのデータを読み出すことが
できる。
FIG. 6 shows an example of the distribution of threshold voltages of nonvolatile memory cells storing 4-bit data. As shown in the figure, when storing 4-bit data, the threshold voltages of the memory cells are programmed so as to be distributed in 16 different regions according to the respective stored data. Each distribution range is narrower than when storing 2-bit data, for example, about 0.1V. Further, for example, an interval of approximately 0.2 V is provided between the distribution ranges. In the case of reading, as shown in FIG. 6A , voltages V g1 , V g2 and V g3 in the middle of the distribution range of each threshold voltage.
Are sequentially applied to the selected word line as the read voltage VWL , and by detecting the current flowing in the memory cell when each read voltage VWL is applied, the distribution range of the threshold voltage of the memory cell can be determined. Accordingly, 4-bit data stored in the memory cell can be read.

【0019】しかし、同図(b)に示すように、発生し
た電圧にバラツキが生じた場合に、ベリファイ電圧VVR
と読み出し電圧VWLが同じレベルになってしまうことが
あり、正しい読み出しができなくなる。例えば、書き込
み時に発生したベリファイ電圧VVRが通常より0.05
V低くなると、それによりメモリセルのしきい値電圧の
分布範囲が通常より0.05V低い範囲に設定されてい
まう。読み出しのときに、電圧発生回路のバラツキによ
り発生した読み出し電圧VWLが通常より0.05V高く
なると、仮に読み出すべき記憶データが“0001”で
ある場合、読み出し電圧VWLをVg2に設定したときメモ
リセルに電流が流れてはいけないが、この場合電圧Vg2
がすでに記憶データ“0001”のしきい値電圧分布範
囲に入っているので、メモリセルに電流が流れることが
ある。さらに次に読み出し電圧VWLを一段低い電圧Vg3
に設定した場合にメモリセルに電流が流れないため、読
み出しデータが“0001”ではなく、その一段したの
分布範囲に対応するデータ“0010”と誤判断される
可能性がある。
However, as shown in FIG. 2B, when the generated voltage varies, the verify voltage V VR
And the read voltage VWL may be at the same level, and correct reading cannot be performed. For example, the verify voltage V VR generated at the time of writing is 0.05
As the voltage becomes lower, the distribution range of the threshold voltage of the memory cell is set to a range lower by 0.05 V than usual. At the time of reading, if the read voltage V WL generated by the variation of the voltage generating circuit becomes 0.05 V higher than usual, if the storage data to be read is “0001”, the read voltage V WL is set to V g2. No current must flow through the memory cell, but in this case the voltage V g2
Already exists in the threshold voltage distribution range of the storage data "0001", a current may flow through the memory cell. Next, the read voltage V WL is reduced by one step to a voltage V g3.
In this case, since no current flows through the memory cell, the read data may not be "0001" but may be erroneously determined to be data "0010" corresponding to a further distribution range.

【0020】このように、通常ページ読み出し時の読み
出し電圧とベリファイ電圧の両方のバラツキが原因で、
メモリセルの各しきい値電圧と通常ページ読み出し時の
読み出し電圧VWLとの間隔が確保できなくなり、特に4
ビット以上の多値データを記憶する場合に正確な読み出
しが実現困難であった。
As described above, both the read voltage and the verify voltage at the time of normal page read cause variations,
The interval between each threshold voltage of the memory cell and the read voltage VWL at the time of normal page reading cannot be secured.
When storing multi-valued data of bits or more, accurate reading has been difficult to achieve.

【0021】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、ベリファイまたは読み出し電圧
のバラツキによる読み出し精度の低下を回避でき、多値
メモリの読み出しを容易に実現できる不揮発性半導体記
憶装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to avoid a decrease in readout accuracy due to a variation in verifying or readout voltage, and to easily implement a multilevel memory readout. It is to provide a storage device.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、周囲と絶縁さ
れている電荷蓄積層を有し、当該電荷蓄積層に対する電
荷の授受によりしきい値電圧が制御され、当該しきい値
電圧に応じたデータを記憶するメモリセルを有し、プロ
グラム時に上記メモリセルの上記電荷蓄積層に対して電
荷の授受を行うことにより上記メモリセルのしきい値電
圧を所定の方向に遷移させる書き込み動作のあと、制御
ゲートに所定のベリファイ電圧を印加したとき上記メモ
リセルの電流を検出することで当該メモリセルのしきい
値電圧レベルを判定するベリファイを行い、上記メモリ
セルのしきい値電圧が書き込みデータに応じた所定のレ
ベルに達するまで上記書き込みとベリファイを繰り返し
て行い、読み出し時に上記制御ゲートに所定の読み出し
電圧を印加しその電流を検出することで当該メモリセル
の記憶データを判別する不揮発性半導体記憶装置であっ
て、上記ベリファイと読み出しの時に、上記メモリセル
の制御ゲートに同じレベルの電圧を印加し、上記ベリフ
ァイのとき上記メモリセルのソース領域を接地電位に保
持し、上記読み出しのとき上記メモリセルのソース領域
に所定のソースバイアス電圧を印加するソース電圧切り
換え手段を有する。
In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a charge storage layer insulated from the surroundings, and a threshold is provided by transferring charges to and from the charge storage layer. A memory cell that controls a value voltage and stores data according to the threshold voltage, and transfers a charge to and from the charge storage layer of the memory cell at the time of programming so that the threshold of the memory cell is increased. After a write operation for changing the value voltage in a predetermined direction, when a predetermined verify voltage is applied to the control gate, verify is performed by detecting the current of the memory cell to determine the threshold voltage level of the memory cell. The above-described writing and verifying are repeated until the threshold voltage of the memory cell reaches a predetermined level corresponding to the write data, A nonvolatile semiconductor memory device which determines storage data of the memory cell by applying a predetermined read voltage to the control gate and detecting the current, wherein the verify gate and the control gate of the memory cell are connected to each other at the time of the verify and read. Source voltage switching means for applying a voltage of the same level, holding the source region of the memory cell at the ground potential during the verify operation, and applying a predetermined source bias voltage to the source region of the memory cell during the read operation; .

【0023】また、本発明の不揮発性半導体記憶装置
は、電荷蓄積層の蓄積電荷量に応じてしきい値電圧が制
御されるメモリセルを複数有し、行列状に配置されたこ
れらのメモリセルに対して、同一行の各メモリセルの制
御ゲートが同じワード線に接続され、各メモリセル列毎
にビット線が配線され、当該ビット線と共通のソース線
との間に同一列の各メモリセルが直列または並列に接続
されて構成されているメモリセルアレイを有し、上記複
数本のワード線から入力アドレス信号により指定された
一本のワード線を選択する行デコーダと、ベリファイ時
および読み出し時に所定のレベルを持つ電圧を発生し、
上記行デコーダにより選択されたワード線に当該発生し
た電圧を印加するワード線電圧発生回路と、所定のレベ
ルを持つソース線バイアス電圧を発生するソース線バイ
アス電圧発生回路と、上記ベリファイのとき上記共通の
ソース線を接地電位に接続し、上記読み出しのとき上記
共通のソース線に上記ソース線バイアス電圧を印加する
ソース線電圧切り換え回路とを有する。
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention has a plurality of memory cells whose threshold voltage is controlled in accordance with the amount of charge stored in the charge storage layer, and these memory cells are arranged in a matrix. In contrast, the control gate of each memory cell in the same row is connected to the same word line, a bit line is wired for each memory cell column, and each memory cell in the same column is connected between the bit line and a common source line. A row decoder that has a memory cell array in which cells are connected in series or in parallel and selects one word line specified by an input address signal from the plurality of word lines; Generates a voltage with a predetermined level,
A word line voltage generating circuit for applying the generated voltage to the word line selected by the row decoder; a source line bias voltage generating circuit for generating a source line bias voltage having a predetermined level; And a source line voltage switching circuit for applying the source line bias voltage to the common source line at the time of reading.

【0024】また、本発明では、好適には、上記各メモ
リセルに少なくとも2ビットのデータを記憶するために
当該メモリセルのしきい値電圧が記憶データに応じて少
なくとも4つの異なる電圧領域の何れかに分布するよう
にプログラムされ、上記ソース線バイアス電圧発生回路
は、上記複数の異なる分布領域間の最小間隔のほぼ半分
の電圧を発生し、当該発生した電圧を上記ソースバイア
ス電圧として上記ソース線電圧切り換え回路に供給す
る。
In the present invention, preferably, in order to store at least 2 bits of data in each of the memory cells, the threshold voltage of the memory cell is set to one of at least four different voltage regions in accordance with the storage data. And the source line bias voltage generating circuit generates a voltage that is substantially half of a minimum interval between the plurality of different distribution regions, and uses the generated voltage as the source bias voltage. Supply to voltage switching circuit.

【0025】また、本発明では、好適には、上記ソース
線バイアス電圧発生回路は、ゲートが接地電位に保持さ
れている第1のトランジスタと第2のトランジスタとか
らなる差動回路と、ゲートが上記差動回路を構成する上
記第2のトランジスタのドレインに接続され、ドレイン
が電源電圧に接続され、ソースが抵抗素子を介して上記
接地電位に接続され、当該ソースと上記抵抗素子との接
続点が上記第2のトランジスタのゲートに接続されてい
る第3のトランジスタとを有し、上記第3のトランジス
タのソースと上記抵抗素子との接続点から上記第2と第
1のトランジスタのしきい値電圧の差に応じた基準電圧
が出力される基準電圧発生回路を有し、さらに、上記第
1と第2のトランジスタとは導電性が異なり、ゲートに
上記基準電圧が印加される第4のトランジスタと当該第
4のトランジスタと同じ導電性を有する第5のトランジ
スタからなる差動回路と、上記電源電圧と接地電位との
間に直列に接続されている導電性の異なる第6と第7の
トランジスタからなり、これら第6と第7のトランジス
タのゲートが上記第4のトランジスタのドレインに接続
され、これら第6と第7のトランジスタのドレイン同士
の接続点が上記第5のトランジスタのゲートに接続され
て構成されているインバータとを有し、上記インバータ
を構成する上記第6と第7のトランジスタのドレイン同
士の接続点は当該インバータの出力端子を構成し、当該
出力端子から上記基準電圧に応じたレベルを有するソー
ス線バイアス電圧が出力される。
In the present invention, preferably, the source line bias voltage generating circuit includes a differential circuit including a first transistor and a second transistor whose gates are kept at a ground potential; The second transistor constituting the differential circuit is connected to a drain of the second transistor, a drain is connected to a power supply voltage, a source is connected to the ground potential via a resistance element, and a connection point between the source and the resistance element Has a third transistor connected to the gate of the second transistor, and has a threshold voltage of the second and first transistors from a connection point between the source of the third transistor and the resistance element. A reference voltage generating circuit that outputs a reference voltage corresponding to the voltage difference; furthermore, the first and second transistors have different conductivity, and the reference voltage is imprinted on a gate. And a differential circuit including a fifth transistor having the same conductivity as the fourth transistor, and a fourth transistor having different conductivity connected in series between the power supply voltage and the ground potential. 6 and a seventh transistor. The gates of the sixth and seventh transistors are connected to the drain of the fourth transistor. The connection point between the drains of the sixth and seventh transistors is connected to the fifth transistor. An inverter configured to be connected to the gate of the transistor; a connection point between the drains of the sixth and seventh transistors configuring the inverter forms an output terminal of the inverter; A source line bias voltage having a level corresponding to the reference voltage is output.

【0026】また、本発明では、好適には、上記基準電
圧発生回路の差動回路を構成する上記第2のトランジス
タは、エンハンスメント型トランジスタであり、上記第
1のトランジスタは、しきい値電圧がエンハンスメント
型トランジスタのしきい値電圧より低いデプレッション
型トランジスタである。
In the present invention, preferably, the second transistor constituting the differential circuit of the reference voltage generating circuit is an enhancement transistor, and the first transistor has a threshold voltage. It is a depression type transistor which is lower than the threshold voltage of the enhancement type transistor.

【0027】さらに、本発明では、上記ソース線電圧切
り換え回路は、ソースおよびドレインを構成する不純物
領域の内一方が上記インバータの出力端子に接続し、他
方が上記共通のソース線に接続され、ゲートに読み出し
信号が入力されるトランジスタからなる第1のスイッチ
ング素子と、ソースを構成する不純物領域を接地電位に
接続され、ドレインを構成する不純物領域を上記共通の
ソース線に接続され、ゲートに上記読み出し信号の論理
反転信号が印加されるトランジスタからなる第2のスイ
ッチング素子とを有する。
Further, according to the present invention, in the source line voltage switching circuit, one of the impurity regions forming the source and the drain is connected to the output terminal of the inverter, the other is connected to the common source line, and the gate is connected to the common source line. A first switching element composed of a transistor to which a read signal is input, an impurity region forming a source connected to a ground potential, an impurity region forming a drain connected to the common source line, and a gate connected to the readout. A second switching element comprising a transistor to which a logically inverted signal of the signal is applied.

【0028】本発明によれば、不揮発性メモリセルで構
成された不揮発性半導体記憶装置において、書き込み後
のベリファイ時および読み出し時に選択ワード線に同じ
レベルのワード線電圧が印加される。ベリファイのとき
共通のソース線が接地電位に保持されるが、読み出しの
とき共通のソース線に所定のレベルを持つソース線バイ
アス電圧が印加される。これによって、読み出しのとき
等価的に各メモリセルのしきい値電圧はそれぞれのソー
ス線に印加されているソース線バイアス電圧分だけ高く
なるので、通常ベリファイのとき読み出し時より高いワ
ード線電圧が必要としたところ、本発明によれば、ベリ
ファイと読み出しに同じワード線電圧で実現可能であ
る。なお、ソース線バイアス電圧は、例えば、多値メモ
リの場合に隣り合うしきい値電圧分布領域間の最小の間
隔の半分程度に設定することができ、これにより、多値
メモリにおける読み出しの場合に、各しきい値電圧の分
布範囲のほぼ中間レベルにワード線電圧が制御され、読
み出しエラーの発生が抑制される。
According to the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device composed of nonvolatile memory cells, the same word line voltage is applied to the selected word line at the time of verification after writing and at the time of reading. At the time of verification, the common source line is held at the ground potential. At the time of reading, a source line bias voltage having a predetermined level is applied to the common source line. As a result, the threshold voltage of each memory cell is equivalently increased by the source line bias voltage applied to each source line at the time of reading, so that a word line voltage higher than that at the time of reading is required for normal verification. However, according to the present invention, verification and reading can be realized with the same word line voltage. Note that the source line bias voltage can be set to, for example, about half of the minimum interval between adjacent threshold voltage distribution regions in the case of a multi-valued memory. The word line voltage is controlled to a substantially intermediate level in the distribution range of each threshold voltage, and the occurrence of a read error is suppressed.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係る不揮発性半導
体記憶装置の一実施形態を示すブロック図である。図示
のように、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置は、メ
モリセルアレイ10、ソース線電圧切り換え回路20お
よびソース線電圧発生回路30により構成されている。
さらに、ソース線電圧発生回路30は、基準電圧発生回
路32と電圧設定回路34により構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. As shown, the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment includes a memory cell array 10, a source line voltage switching circuit 20, and a source line voltage generation circuit 30.
Further, the source line voltage generation circuit 30 includes a reference voltage generation circuit 32 and a voltage setting circuit 34.

【0030】メモリセルアレイ10は、例えば、複数の
メモリセルにより構成され、各メモリセルのソース電圧
は、ソース線電圧切り換え回路20により設定されたソ
ース線バイアス電圧に設定される。ソース線電圧切り換
え回路20は、切り換えスイッチにより構成され、ソー
ス線電圧発生回路30により発生したソース電圧または
接地電位GNDの何れかを選択し、メモリセルアレイ1
0の共通のソース線に供給する。例えば、ページ読み出
しのときソース線電圧発生回路30により発生したソー
ス線電圧VSLを選択して、メモリセル10の共通のソー
ス線CSLに印加し、それ以外のとき接地電位GNDを
選択して、メモリセル10の共通のソース線CSLに接
続する。
The memory cell array 10 includes, for example, a plurality of memory cells, and the source voltage of each memory cell is set to the source line bias voltage set by the source line voltage switching circuit 20. The source line voltage switching circuit 20 is constituted by a changeover switch, selects either the source voltage generated by the source line voltage generation circuit 30 or the ground potential GND, and selects the memory cell array 1
0 is supplied to the common source line. For example, at the time of page reading, the source line voltage V SL generated by the source line voltage generating circuit 30 is selected and applied to the common source line CSL of the memory cell 10, and at other times, the ground potential GND is selected. It is connected to a common source line CSL of the memory cells 10.

【0031】ソース線電圧発生回路30において、基準
電圧発生回路32は、例えば、バンドキャップリファレ
ンス(Band gap reference)回路により構成され、例え
ば、トランジスタのしきい値電圧により設定した所定の
レベルを持つ基準電圧Vrefを発生する。電圧設定回路
34は、基準電圧発生回路32により発生した基準電圧
ref を受けて、それに応じてソース線電圧VSLを発生
し、ソース線電圧切り換え回路20に供給するととも
に、メモリセルアレイ10のメモリセルに電流が流れる
ように電荷を引き込む機能を有する。
In the source line voltage generating circuit 30, the reference voltage generating circuit 32 is formed of, for example, a band gap reference (Band gap reference) circuit, for example, a reference having a predetermined level set by a threshold voltage of a transistor. A voltage Vref is generated. Voltage setting circuit 34 receives a reference voltage V ref generated by the reference voltage generating circuit 32 generates a source line voltage V SL, is supplied to the source line voltage switching circuit 20 together accordingly, the memory of the memory cell array 10 It has a function of drawing electric charge so that a current flows through the cell.

【0032】図2は、図1に示すブロック図における各
部分の構成を示す回路図である。以下、図2を参照しつ
つ、本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の構成を説明
する。図示のように、メモリセルアレイ10は、例え
ば、各ビット線BL1,BL2,…,BLm−1,BL
mと共通のソース線CSLとの間に直列に接続されてい
る複数のメモリセルからなるメモリセル列を複数設けて
構成されているいわゆるNAND型不揮発性メモリセル
アレイである。ここで、mは正整数である。ビット線B
L1と共通のソース線CSLとの間に、n(nは正整
数)個のメモリセルMC11,MC12,…,MC1nが直列
に接続されて、メモリストリングを構成している。な
お、メモリセルMC11とビット線BL1との間に、ビッ
ト線選択トランジスタSB1が接続され、メモリセルM
1nと共通のソース線CSLとの間に、ソース線選択ト
ランジスタSS1が接続されている。また、他のビット
線と共通のソース線CSLとの間に接続されている他の
メモリセルストリングもほぼ同じ構成を有する。例え
ば、ビット線BLmと共通のソース線CSLとの間に、
MCm1,MCm2,…,MCmnが直列に接続されている。
メモリセルMCm1とビット線BLmとの間に、ビット線
選択トランジスタSBmが接続され、メモリセルMCmn
と共通のソース線CSLとの間に、ソース線選択トラン
ジスタSSmが接続されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of each part in the block diagram shown in FIG. Hereinafter, the configuration of the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown, the memory cell array 10 includes, for example, each of the bit lines BL1, BL2,.
This is a so-called NAND type nonvolatile memory cell array configured by providing a plurality of memory cell columns including a plurality of memory cells connected in series between m and a common source line CSL. Here, m is a positive integer. Bit line B
Between L1 and a common source line CSL, n (n is a positive integer) memory cells MC 11, MC 12, ..., MC 1n are connected in series to form memory strings. Between the memory cell MC 11 and the bit line BL1, the bit line selection transistor SB1 is connected, the memory cell M
A source line select transistor SS1 is connected between C 1n and a common source line CSL. Further, other memory cell strings connected between the other bit lines and the common source line CSL have substantially the same configuration. For example, between the bit line BLm and the common source line CSL,
MC m1 , MC m2 ,..., MC mn are connected in series.
A bit line selection transistor SBm is connected between the memory cell MC m1 and the bit line BLm, and the memory cell MC mn
And a common source line CSL, a source line select transistor SSm is connected.

【0033】メモリセルアレイ10において、同一行に
配置されている複数のメモリセルが同じワード線に接続
されている。例えば、メモリセルMC11,MC21,…,
MCm-1,1 ,MCm1の各メモリセルのコントロールゲー
トはワード線WL1に共通に接続されている。このた
め、ワード線WL1,WL2,,WLn−1,WLnの
何れかを選択することにより、それに接続されているm
個のメモリセル(メモリセル群)がすべて選択される。
また、メモリセルアレイ10において、同一列に配置さ
れているn個のメモリセルがその列に対応するビット線
と共通のソース線CSLとの間に直列に接続されている
ので、ベリファイまたは読み出し時に同じビット線によ
り、各メモリセルのしきい値電圧が判別され、記憶デー
タの読み出しが行われる。
In the memory cell array 10, a plurality of memory cells arranged in the same row are connected to the same word line. For example, the memory cells MC 11 , MC 21 ,.
The control gates of the memory cells MC m-1,1 and MC m1 are commonly connected to a word line WL1. Therefore, by selecting one of the word lines WL1, WL2, WLn-1, and WLn, the m connected to the word line is selected.
All the memory cells (memory cell groups) are selected.
Further, in the memory cell array 10, since n memory cells arranged in the same column are connected in series between a bit line corresponding to the column and a common source line CSL, the same memory cell is used during verification or reading. The threshold voltage of each memory cell is determined by the bit line, and storage data is read.

【0034】各メモリストリングと共通のソース線CS
Lとの間に接続されているソース線選択トランジスタS
S1,SS2,…,SSm−1,SSmのゲートは、例
えば、ソース線選択信号線SSLに共通に接続されてい
る。このため、ソース線選択信号線SSLにハイレベル
の信号、例えば、電源電圧VCCレベルの信号が印加され
ているとき、ソース線選択トランジスタSS1,SS
2,…,SSm−1,SSmがオンする。一方、各メモ
リストリングとビット線BL1,BL2,…,BLm−
1,BLmとの間に接続されているビット線選択トラン
ジスタSB1,SB2,…,SSm−1,SSmのゲー
トは、例えば、ビット線選択信号線BSLに共通に接続
されている。このため、ビット線選択信号線BSLにハ
イレベルの信号、例えば、電源電圧VCCレベルの信号が
印加されているとき、ビット線選択トランジスタSB
1,SB2,…,SBm−1,SBmがオンし、これに
よって選択ワード線に接続されている一メモリセル群の
すべてのメモリセルに対して、同時に読み出しを行うこ
とができ、いわゆるページ読み出しを実現できる。
Source line CS common to each memory string
L connected to the source line selection transistor S
The gates of S1, SS2,..., SSm-1, and SSm are commonly connected to, for example, a source line selection signal line SSL. Therefore, when a high-level signal, for example, a signal at the power supply voltage V CC level is applied to the source line selection signal line SSL, the source line selection transistors SS1 and SS1
2,..., SSm−1, SSm are turned on. On the other hand, each memory string and bit lines BL1, BL2,.
, SSm-1 and SSm connected to the bit line selection signal line BSL are connected to the gates of the bit line selection transistors SB1, SB2,. Therefore, when a high-level signal, for example, a signal at the power supply voltage V CC level is applied to the bit line selection signal line BSL, the bit line selection transistor SB
, SB2,..., SBm-1 and SBm are turned on, whereby all the memory cells of one memory cell group connected to the selected word line can be simultaneously read. realizable.

【0035】なお、図示していないが、メモリセルアレ
イ10において、各ビット線にそれぞれプリチャージ回
路とセンスアンプが接続されている。ベリファイまたは
読み出しの前に、プリチャージ回路により各ビット線が
それぞれ所定のプリチャージ電位に設定される。そし
て、選択ワード線にワード線電圧VWLが印加され、他の
非選択ワード線にハイレベルの高電圧が印加されるの
で、各メモリストリングにおいて非選択メモリセルがオ
ンし、選択メモリセルがそのコントロールゲートに印加
されているワード線電圧VWLとしきい値電圧Vthとの関
係に応じてオン/オフ状態が決まる。例えば、ワード線
電圧VWLがしきい値電圧Vthより高い場合に、選択メモ
リセルがオンする。このとき当該メモリストリングに接
続されているビット線と共通のソース線CSL間に電流
経路が形成され、ビット線からビット線選択トランジス
タ、メモリストリングおよびソース線選択トランジスタ
を介して共通のソース線CSLに電流が流れる。このた
めビット線の電位が低下する。一方、ワード線電圧VWL
がメモリセルのしきい値電圧Vthより低い場合に、選択
メモリセルがオフし、このときビット線と共通のソース
線間に電流の経路が形成されず、メモリストリングに電
流が流れないので、ビット線電位が低下せず、ほぼプリ
チャージ電位のままに保持される。
Although not shown, in the memory cell array 10, a precharge circuit and a sense amplifier are connected to each bit line. Before verification or reading, each bit line is set to a predetermined precharge potential by a precharge circuit. Then, the word line voltage V WL is applied to the selected word line, and a high level high voltage is applied to the other unselected word lines, so that the unselected memory cells are turned on in each memory string and the selected memory cells The on / off state is determined according to the relationship between the word line voltage VWL applied to the control gate and the threshold voltage Vth . For example, when the word line voltage V WL is higher than the threshold voltage V th , the selected memory cell turns on. At this time, a current path is formed between the bit line connected to the memory string and the common source line CSL, and the bit line is connected to the common source line CSL via the bit line selection transistor, the memory string, and the source line selection transistor. Electric current flows. Therefore, the potential of the bit line decreases. On the other hand, the word line voltage V WL
Is lower than the threshold voltage Vth of the memory cell, the selected memory cell is turned off. At this time, no current path is formed between the bit line and the common source line, and no current flows through the memory string. The bit line potential does not decrease and is kept almost at the precharge potential.

【0036】ビット線に接続されているセンスアンプで
ビット線電位の変化を検出することにより、選択メモリ
セルのしきい値電圧Vthのレベルを判別でき、当該しき
い値電圧Vthのレベルを確定できれば、選択メモリセル
の記憶データを読み出すことができる。
[0036] By detecting the change in the bit line potential by the sense amplifier connected to the bit line, to determine the level of the threshold voltage V th of the selected memory cell, the level of the threshold voltage V th If determined, the data stored in the selected memory cell can be read.

【0037】本実施形態において、書き込み後のベリフ
ァイと読み出し時に同じ電圧発生回路でワード線電圧V
WLを発生し、選択ワード線に印加する。即ち、ベリファ
イ電圧と読み出し電圧は共通のワード線電圧VWLであ
る。ただし、ベリファイのとき共通のソース線CSLを
接地電位GNDに保持し、読み出し時に共通のソース線
CSLの電圧VSLを一定のレベルに設定することによ
り、等価的に読み出しのとき選択ワード線にベリファイ
のときより電圧VSL分だけ低い読み出し電圧を印加する
ことになる。このため、本実施形態では、ベリファイお
よび読み出し時に同じ電圧を発生して選択ワード線に印
加するので、ワード線電圧発生回路のバラツキによる読
み出しエラーを防止できる。
In the present embodiment, the word line voltage V
Generate WL and apply it to the selected word line. That is, the verify voltage and the read voltage are the common word line voltage VWL . However, the verification are held at the ground potential GND to the common source line CSL when verifying, by setting the voltage V SL of the common source line CSL at a constant level during reading, the selected word line when equivalently read In this case, a read voltage lower by the voltage V SL than in the case of (1) is applied. For this reason, in the present embodiment, the same voltage is generated and applied to the selected word line at the time of verify and read, so that a read error due to variations in the word line voltage generation circuit can be prevented.

【0038】以下、ソース線電圧発生回路30の構成に
ついて説明する。ソース線電圧発生回路30は、基準電
圧発生回路32および電圧設定回路34により構成され
ている。基準電圧発生回路32において、デプレッショ
ン型nMOSトランジスタNT1とエンハンスメント型
nMOSトランジスタNT2により差動回路が構成され
ている。トランジスタNT1のゲートが接地されてい
る。トランジスタNT1とNT2のソースが電流源IS
1に共通に接続されている。pMOSトランジスタPT
1とPT2によりカレントミラーが構成され、当該カレ
ントミラーがトランジスタNT1とNT2からなる差動
回路の負荷回路を構成する。
Hereinafter, the configuration of the source line voltage generating circuit 30 will be described. The source line voltage generation circuit 30 includes a reference voltage generation circuit 32 and a voltage setting circuit 34. In the reference voltage generation circuit 32, a differential circuit is constituted by the depletion type nMOS transistor NT1 and the enhancement type nMOS transistor NT2. The gate of the transistor NT1 is grounded. The sources of transistors NT1 and NT2 are current sources IS
1 are connected in common. pMOS transistor PT
1 and PT2 constitute a current mirror, and the current mirror constitutes a load circuit of a differential circuit including transistors NT1 and NT2.

【0039】nMOSトランジスタNT3のドレインは
電源電圧VCCに接続され、そのゲートがトランジスタN
T2のドレイン、即ちノードND1に接続され、ソース
は抵抗素子R1を介して接地されている。トランジスタ
NT3のソースと抵抗素子R1との接続点からノードN
D2が形成されている。当該ノードND2から基準電圧
ref が出力される。なお、差動回路を構成するトラン
ジスタNT2のゲートはノードND2に接続されてい
る。
The drain of the nMOS transistor NT3 is connected to the power source voltage V CC, its gate transistors N
The drain of T2 is connected to the node ND1, and the source is grounded via the resistor R1. From the connection point between the source of the transistor NT3 and the resistance element R1 to the node N
D2 is formed. The reference voltage Vref is output from the node ND2. Note that the gate of the transistor NT2 forming the differential circuit is connected to the node ND2.

【0040】ここで、デプレッション型nMOSトラン
ジスタNT1のしきい値電圧をVthD とし、エンハンス
メント型nMOSトランジスタNT2のしきい値電圧を
thE とすると、基準電圧発生回路32により発生され
た基準電圧Vref は(VthE−VthD )となる。以下、
これについて説明する。
Here, assuming that the threshold voltage of the depletion type nMOS transistor NT1 is V thD and the threshold voltage of the enhancement type nMOS transistor NT2 is V thE , the reference voltage V ref generated by the reference voltage generating circuit 32 Is (V thE −V thD ). Less than,
This will be described.

【0041】例えば、ノードND2の電位がリーク電流
などにより下がると、トランジスタNT2に流れる電流
d がトランジスタNT1に流れる電流IC より小さく
なる。一方、トランジスタPT1とPT2により構成さ
れているカレントミラーにおいて、トランジスタPT2
のドレインにトランジスタNT1とほぼ同じ電流IC
流れるように制御されるので、トランジスタPT2とト
ランジスタNT2のドレイン同士の接続点、即ち、ノー
ドND1の電位が上昇する。このとき、トランジスタN
T3のゲート電位が上昇するので、それに流れる電流I
m が大きくなり、トランジスタNT3のソース電位、即
ち、ノードND2の電位も上昇する。ノードND2の電
位Vref が上昇して(VthE −VthD )と等しくなる
と、トランジスタNT3に電流Im が流れなくなり、ノ
ードND2の電位Vref が(VthE−VthD )のレベル
に安定する。
[0041] For example, when the potential of the node ND2 drops due a leakage current smaller than the current I C which current I d flowing through the transistor NT2 flows through the transistor NT1. On the other hand, in the current mirror constituted by the transistors PT1 and PT2, the transistor PT2
Is controlled so that almost the same current I C flows to the drain of the transistor NT1, the connection point between the drains of the transistor PT2 and the transistor NT2, that is, the potential of the node ND1 rises. At this time, the transistor N
Since the gate potential of T3 rises, the current I
m increases, and the source potential of the transistor NT3, that is, the potential of the node ND2 also increases. When the potential V ref of the node ND2 is equal to the (V thE -V thD) increases, the current I m not flow to the transistor NT3, the potential V ref of the node ND2 is stabilized to the level of (V thE -V thD) .

【0042】このように、基準電圧発生回路32により
差動回路を構成するエンハンスメント型nMOSトラン
ジスタNT2とデプレッション型nMOSトランジスタ
NT1のしきい値電圧の差(VthE −VthD )により設
定した基準電圧Vref が供給される。
As described above, the reference voltage V set by the threshold voltage difference (V thE −V thD ) between the enhancement type nMOS transistor NT2 and the depletion type nMOS transistor NT1 forming the differential circuit by the reference voltage generation circuit 32. ref is supplied.

【0043】電圧設定回路34は、図示のように、差動
回路を構成するpMOSトランジスタPT3,PT4お
よびインバータを構成するpMOSトランジスタPT5
とnMOSトランジスタNT6により構成されている。
なお、電圧設定回路34において、nMOSトランジス
タNT4とNT5はカレントミラーを構成し、トランジ
スタPT3とPT4からなる差動回路の負荷回路を構成
している。
As shown, the voltage setting circuit 34 includes pMOS transistors PT3 and PT4 forming a differential circuit and a pMOS transistor PT5 forming an inverter.
And an nMOS transistor NT6.
In the voltage setting circuit 34, the nMOS transistors NT4 and NT5 form a current mirror, and form a load circuit of a differential circuit including the transistors PT3 and PT4.

【0044】トランジスタPT3とPT4のソース同士
が電流源IS2に接続され、トランジスタPT3のゲー
トに基準電圧Vref が印加され、トランジスタPT4の
ゲートにトランジスタPT5とNT6からなるインバー
タの出力端子が接続されている。トランジスタPT3の
ドレインとカレントミラーを構成するトランジスタNT
4のドレイン同士が接続され、当該接続点によりノード
ND3を形成している。
The sources of the transistors PT3 and PT4 are connected to the current source IS2, the reference voltage Vref is applied to the gate of the transistor PT3, and the output terminal of the inverter consisting of the transistors PT5 and NT6 is connected to the gate of the transistor PT4. I have. Transistor NT forming a current mirror with the drain of transistor PT3
4 are connected to each other, and the connection point forms a node ND3.

【0045】トランジスタPT5とトランジスタNT6
のゲート同士が接続され、当該接続点がインバータの入
力端子を構成して、ノードND3に接続されている。ト
ランジスタPT5のソースは電源電圧VCCに接続され、
ドレインはトランジスタNT6のドレインと接続され、
当該ドレイン同士の接続点によりインバータの出力端
子、即ち、ノードND4が構成されている。トランジス
タNT6のソースは接地電位GNDに接続されている。
Transistor PT5 and transistor NT6
Are connected to each other, and the connection point constitutes an input terminal of the inverter and is connected to the node ND3. The source of the transistor PT5 is connected to the power supply voltage V CC ,
The drain is connected to the drain of the transistor NT6,
An output terminal of the inverter, that is, a node ND4 is formed by a connection point between the drains. The source of the transistor NT6 is connected to the ground potential GND.

【0046】このように構成された電圧設定回路34に
おいて、基準電圧発生回路32により発生した基準電圧
ref に応じて、メモリセルアレイ10の共通のソース
線CSLに印加すべきソース線電圧VSLが発生され、イ
ンバータの出力端子であるノードND4から出力され
る。さらに、共通のソース線CSLの電位を電圧VSL
保持しながら、メモリセル電流により生じた電荷をノー
ドND4に引き込む。以下、電圧設定回路34の動作に
ついて説明する。
In the voltage setting circuit 34 thus configured, the source line voltage V SL to be applied to the common source line CSL of the memory cell array 10 is set according to the reference voltage V ref generated by the reference voltage generating circuit 32. It is generated and output from a node ND4, which is the output terminal of the inverter. Furthermore, while holding the potential of the common source line CSL to the voltage V SL, draw charge generated by the memory cell current to a node ND4. Hereinafter, the operation of the voltage setting circuit 34 will be described.

【0047】電圧設定回路34は、ページ読み出しの開
始時などに電荷をノードND4からソース線電圧切り換
え回路20を介して、メモリセルアレイ10の共通のソ
ース線CSLに供給し、共通のソース線CSLをソース
線電圧VSLに保持させる。そして、読み出しの間にメモ
リセルに電流が流れることにより共通のソース線CSL
に発生した電荷がソース線電圧切り換え回路20を介し
て、ノードND4に引き込まれる。
The voltage setting circuit 34 supplies a charge from the node ND4 to the common source line CSL of the memory cell array 10 via the source line voltage switching circuit 20 at the start of page reading or the like. It is kept at the source line voltage VSL . Then, a current flows through the memory cell during reading, so that the common source line CSL
Is drawn into the node ND4 via the source line voltage switching circuit 20.

【0048】図2に示すように、ソース線電圧切り換え
回路20は、スイッチング素子として二つのnMOSト
ランジスタSGT1,SGT2が設けられている。トラ
ンジスタSGT1のソースは共通のソース線CSLに接
続され、トレインはソース線電圧発生回路の出力端子、
即ち、ノードND4に接続されている。トランジスタS
GT2のドレインは共通のソース線CSLに接続され、
ソースは接地されている。トランジスタSGT1のゲー
トに読み出し信号RDが印加され、トランジスタSGT
2のゲートに読み出し信号RDの反転信号/RDが印加
されている。
As shown in FIG. 2, the source line voltage switching circuit 20 is provided with two nMOS transistors SGT1 and SGT2 as switching elements. The source of the transistor SGT1 is connected to a common source line CSL, and the train is an output terminal of a source line voltage generation circuit.
That is, it is connected to the node ND4. Transistor S
The drain of GT2 is connected to a common source line CSL,
The source is grounded. The read signal RD is applied to the gate of the transistor SGT1, and the transistor SGT
The inverted signal / RD of the read signal RD is applied to the second gate.

【0049】ページ読み出しのとき、読み出し信号RD
がハイレベルに保持され、その反転信号/RDがローレ
ベルに保持される。これに応じてトランジスタSGT1
がオン、SGT2がオフするので、ソース線電圧VSL
共通のソース線CSLに印加される。ページ読み出し以
外のとき、読み出し信号RDがローレベルに保持され、
その反転信号/RDがハイレベルに保持される。これに
応じてトランジスタSGT1がオフ、SGT2がオンす
るので、共通のソース線CSLが接地電位GNDに保持
される。
At the time of page reading, read signal RD
Are held at the high level, and the inverted signal / RD is held at the low level. In response, the transistor SGT1
But on, SGT2 is turned off so that, the source line voltage V SL is applied to the common source line CSL. At the time other than the page read, the read signal RD is held at the low level,
The inverted signal / RD is held at a high level. In response, the transistor SGT1 is turned off and the SGT2 is turned on, so that the common source line CSL is held at the ground potential GND.

【0050】例えば、ページ読み出し開始のときソース
線CSLの電位、即ち、ノードND4の電位が基準電圧
ref より低いとき、差動回路においてトランジスタP
T4に流れる電流Ib がトランジスタPT3に流れる電
流Ia より大きくなる。カレントミラーにおいて、トラ
ンジスタNT4にトランジスタPT4のドレイン電流と
ほぼ同じ電流Ib が流れるので、トランジスタPT3と
NT4のドレイン同士の接続点からなるノードND3の
電位が低下する。このときインバータを構成するトラン
ジスタPT5に流れる電流Ip が大きくなり、ノードN
D4の電圧VSLが上昇する方向に制御される。ノードN
D4の電位VSLが上昇し基準電圧Vref に達すると、ト
ランジスタPT5の電流Ip が低下し、ノードND4の
電位VSLが基準電圧Vref のレベルに安定する。
For example, when the potential of the source line CSL, that is, the potential of the node ND4 is lower than the reference voltage Vref at the start of page reading, the transistor P in the differential circuit
Current I b flowing through T4 is larger than the current I a flowing through the transistor PT3. In the current mirror, since approximately the same current I b flows between the drain current of the transistor PT4 to the transistor NT4, the potential of the node ND3 made from the connection point of the drains of the transistors PT3 and NT4 is reduced. At this time, the current Ip flowing through the transistor PT5 forming the inverter increases,
Voltage V SL of D4 is controlled in a direction to increase. Node N
When D4 potential V SL reaches the increased reference voltage V ref, decreased current I p of the transistor PT5 is, the potential V SL of the node ND4 is stabilized to the level of the reference voltage V ref.

【0051】通常ページ読み出しのとき共通のソース線
CSLにメモリセル電流が流れると、ノードND4にそ
の電流が流れ込み、その電圧VSLが上がり、基準電圧V
refより高くなる。この場合に、トランジスタPT4に
流れる電流Ib はトランジスタPT3に流れる電流Ia
より小さくなる。カレントミラーによりトランジスタN
T4に同じ電流Ib が流れるように制御される。このた
め、ノードND3の電位が上昇し、これに応じてインバ
ータを構成するトランジスタNT6のゲート電圧が上昇
し、それに流れる電流In 大きくなる。この結果、ノー
ドND4の電位が低下し、基準電圧Vref と等しくなる
と、トランジスタNT6の電流In が低下し、ノードN
D4の電位が基準電圧Vref のレベルに安定する。
When a memory cell current flows through the common source line CSL during normal page reading, the current flows into the node ND4, the voltage V SL increases, and the reference voltage V SL
higher than ref . In this case, the current flowing through the transistor PT4 I b current flows through the transistor PT3 I a
Smaller. Transistor N by current mirror
Control is performed so that the same current Ib flows in T4. Therefore, the potential of the node ND3 rises, which was the gate voltage rise of the transistor NT6 configuring the inverter in response to increases current I n flowing in it. As a result, the potential of the node ND4 drops, becomes equal to the reference voltage V ref, decreases the current I n of the transistors NT6, node N
The potential of D4 stabilizes at the level of the reference voltage Vref .

【0052】このように、電圧設定回路34により、ペ
ージ読み出し時にソース線電圧切り換え回路20を介し
て、メモリセルアレイ10の共通のソース線CSLにソ
ース線電圧VSLを供給するとともに、メモリセル電流に
より共通のソース線CSLに生じた電荷を引き込み、共
通のソース線CSLの電圧VSLを一定のレベルに安定さ
せる。
[0052] Thus, the voltage setting circuit 34, via the source line voltage switching circuit 20 during page read, supplies the source line voltage V SL to the common source line CSL of the memory cell array 10, the memory cell current It draws charge generated to a common source line CSL, to stabilize the voltage V SL of the common source line CSL at a constant level.

【0053】上述したように、ソース線電圧発生回路3
0により、エンハンスメント型とデプレッション型nM
OSトランジスタのしきい値電圧の差に応じて基準電圧
ref を発生し、これに応じてメモリセルアレイ10の
共通のソース線CSLに供給すべきソース線電圧VSL
発生する。ソース線電圧切り換え回路20により、ペー
ジ読み出しのときソース線電圧VSLを選択して共通のソ
ース線CSLに印加し、それ以外のとき共通のソース線
CSLを接地電位GNDに保持する。この結果、ページ
読み出しのとき共通のソース線CSLの電位がソース線
電圧VSL分だけ持ち上げられ、等価的に各メモリセルの
しきい値電圧がVSL分だけ高くなるので、ベリファイと
読み出しのときに同じ電圧発生回路により同じレベルの
電圧を発生し、選択ワード線に印加することができ、ワ
ード線電圧のバラツキによる読み出しエラーの発生を防
止できる。
As described above, the source line voltage generation circuit 3
0 indicates enhancement type and depletion type nM
It generates a reference voltage V ref depending on the difference between the threshold voltage of the OS transistor, for generating a source line voltage V SL to be supplied to the common source line CSL of the memory cell array 10 in response thereto. The source line voltage switching circuit 20 selects and applies the source line voltage V SL to the common source line CSL at the time of page reading, and holds the common source line CSL at the ground potential GND at other times. As a result, the potential of the common source line CSL is raised by the source line voltage V SL at the time of page read, and the threshold voltage of each memory cell is equivalently increased by V SL. In this case, a voltage of the same level can be generated by the same voltage generation circuit and applied to the selected word line, thereby preventing a read error from occurring due to a variation in the word line voltage.

【0054】基準電圧発生回路を構成するエンハンスメ
ント型とデプレッション型nMOSトランジスタのしき
い値電圧をそれぞれ設定することにより、所望の基準電
圧Vref を生成することができ、それに応じてソース線
電圧VSLを所望の電圧レベルに設定することができる。
例えば、デプレッション型nMOSトランジスタのしき
い値電圧VthD を−0.1Vに設定し、エンハンスメン
ト型nMOSトランジスタのしきい値電圧VthE を0.
3Vに設定することにより、0.4Vの基準電圧Vref
を発生され、これに応じてソース線電圧VSLを同じく
0.4Vに設定することができる。
By setting the threshold voltages of the enhancement type and depletion type nMOS transistors constituting the reference voltage generating circuit, a desired reference voltage Vref can be generated, and the source line voltage V SL can be generated accordingly. Can be set to a desired voltage level.
For example, the threshold voltage V tHD of the depletion type nMOS transistor is set to -0.1 V, the threshold voltage V thE enhancement type nMOS transistor 0.
By setting to 3V, the reference voltage V ref of 0.4V
Is generated, and the source line voltage V SL can be set to 0.4 V accordingly.

【0055】図3はメモリセルのしきい値電圧が4つの
レベルに設定される多値メモリにおける本実施形態の一
動作例を示すしきい値電圧分布図である。同図(a)
は、書き込みのベリファイ時のメモリセルのしきい値電
圧の分布および選択ワード線電圧VWLの各電圧値Vg1
g2,Vg3を示している。例えば、メモリセルにデータ
“00”を書き込み場合に、ベリファイのとき選択ワー
ド線に印加されるワード線電圧VWLは、Vg1(2.8
V)である。これにより、データ“00”を記憶するメ
モリセルのしきい値電圧が2.8V〜3.2Vの範囲内
に分布するように制御される。同様に、メモリセルにデ
ータ“01”を書き込む場合に、ベリファイのとき選択
ワード線に1.6Vの電圧Vg2を印加する。これに応じ
てデータ“01”を記憶するメモリセルのしきい値電圧
が1.6V〜2.0Vの範囲内に分布するようになる。
FIG. 3 is a threshold voltage distribution diagram showing one operation example of the present embodiment in a multilevel memory in which the threshold voltage of a memory cell is set to four levels. FIG.
Are the distribution of the threshold voltage of the memory cell at the time of write verification and the respective voltage values V g1 and V g1 of the selected word line voltage V WL .
V g2 and V g3 are shown. For example, when writing data “00” to a memory cell, the word line voltage V WL applied to the selected word line at the time of verification is V g1 (2.8
V). As a result, the threshold voltage of the memory cell storing the data “00” is controlled so as to be distributed in the range of 2.8V to 3.2V. Similarly, when writing data "01" to the memory cell, applying a voltage V g2 of 1.6V to the selected word line when the verification. Accordingly, the threshold voltage of the memory cell storing data "01" is distributed in the range of 1.6V to 2.0V.

【0056】通常のページ読み出しのとき、選択ワード
線に各しきい値電圧の分布範囲の中間レベルに設定され
た読み出し電圧を印加し、メモリセルに流れる読み出し
電流を検出することにより、メモリセルのしきい値電圧
の分布範囲を判別し、その記憶データを読み出す。本実
施形態において、ページ読み出しのときメモリセルアレ
イの共通のソース線CSLに所定のソース線電圧VSL
印加することにより、ベリファイ時と同じレベルの電圧
を選択ワード線に印加することができる。
At the time of normal page read, a read voltage set at an intermediate level in the distribution range of each threshold voltage is applied to the selected word line, and a read current flowing through the memory cell is detected, thereby detecting the memory cell. The distribution range of the threshold voltage is determined, and the stored data is read. In the present embodiment, by applying a predetermined source line voltage V SL to the common source line CSL of the memory cell array when the page read, it is possible to apply the same level of voltage and a verify operation to the selected word line.

【0057】例えば、ソース線電圧VSLを0.4Vに設
定し、ページ読み出しのとき、当該ソース線電圧VSL
ソース線電圧切り換え回路20を介して共通のソース線
CSLに供給する。この場合に、まず、選択ワード線に
2.8Vの電圧Vg1を印加して読み出しを行う。このと
き、共通のソース線CSLに0.4Vのソース線電圧V
SLが印加されているので、各メモリセルのしきい値電圧
がその分だけ持ち上げられる。例えば、データ“00”
を記憶しているメモリセルのしきい値電圧が3.2V〜
3.6Vの範囲内に分布し、データ“01”を記憶して
いるメモリセルのしきい値電圧が2.0V〜2.4Vの
範囲内に分布する。
[0057] For example, to set the source line voltage V SL to 0.4V, when the page read, supplied to the common source line CSL the source line voltage V SL via a source line voltage switching circuit 20. In this case, first, reading is performed by applying a voltage V g1 of 2.8 V to the selected word line. At this time, the source line voltage V of 0.4 V is applied to the common source line CSL.
Since SL is applied, the threshold voltage of each memory cell is raised by that amount. For example, data “00”
Threshold voltage of the memory cell storing
The threshold voltage of the memory cell storing data "01" is distributed in a range of 2.0V to 2.4V.

【0058】このため、選択ワード線に2.8Vの電圧
g1を印加すると、データ“00”を記憶しているメモ
リセルがオフのままとなり、データ“00”以外のデー
タ“01”,“10”,“11”を記憶しているメモリ
セルがすべてオンするので、選択ワード線に接続されて
いる各メモリセルに流れる電流を検出することにより、
データ“00”を記憶しているメモリセルからその記憶
データ“00”を読み出すことができる。
Therefore, when a voltage V g1 of 2.8 V is applied to the selected word line, the memory cell storing data “00” remains off, and data “01” and “01” other than data “00” are left. Since all the memory cells storing "10" and "11" are turned on, by detecting the current flowing through each memory cell connected to the selected word line,
The stored data “00” can be read from the memory cell storing the data “00”.

【0059】同様に、共通のソース線CSLをソース線
電圧VSLに保持しながら、選択ワード線に電圧Vg2,V
g3をそれぞれ印加することにより、各メモリセルに記憶
されているデータを読み出すことができる。
Similarly, while holding the common source line CSL at the source line voltage V SL , the voltages V g2 , V g
By applying g3 , data stored in each memory cell can be read.

【0060】このように、本実施形態の不揮発性半導体
記憶装置において、ベリファイとページ読み出しのとき
メモリセルアレイの共通のソース線CSLの電位を切り
換えることにより、ベリファイまたはページ読み出しの
とき選択ワード線に同じワード線電圧を印加することが
でき、ワード線電圧発生回路のバラツキにより生じた読
み出しエラーを防止できる。
As described above, in the nonvolatile semiconductor memory device of the present embodiment, by switching the potential of the common source line CSL of the memory cell array at the time of verify and page read, the same as the selected word line at the time of verify or page read. A word line voltage can be applied, and read errors caused by variations in the word line voltage generation circuit can be prevented.

【0061】なお、図3には一つのメモリセルに2ビッ
トのデータを記憶する場合にメモリセルのしきい値電圧
の分布例およびワード線電圧を示しているが、本発明は
これに限定されるものではなく、例えば、一つのメモリ
セルに4ビットのデータを記憶する場合においても、同
じ原理で各メモリセルのしきい値電圧の分布およびワー
ド線電圧を設定することができる。ただし、この場合
に、メモリセルの各しきい値電圧の分布範囲が狭くな
り、各しきい値電圧分布範囲の間隔も狭くなるので、共
通のソース線CSLに印加するソース線電圧VSLは上述
した2ビットのデータを記憶する場合に比べて低いレベ
ルに設定される。その一例として、例えば、図5(b)
に示すしきい値電圧の分布例では、ソース線電圧VSL
0.1Vに設定すべきである。
FIG. 3 shows an example of the distribution of the threshold voltages of the memory cells and the word line voltages when two bits of data are stored in one memory cell. However, the present invention is not limited to this. For example, even when 4-bit data is stored in one memory cell, the distribution of the threshold voltage and the word line voltage of each memory cell can be set by the same principle. However, in this case, the distribution range of each threshold voltage of the memory cell is narrowed, and the interval between the threshold voltage distribution ranges is also narrowed. Therefore, the source line voltage V SL applied to the common source line CSL is It is set to a lower level than when storing 2-bit data. As an example, for example, FIG.
In the example of the threshold voltage distribution shown in (1), the source line voltage V SL should be set to 0.1V.

【0062】なお、以上説明においては、メモリセルア
レイ10は、いわゆるNAND型構成を有するものであ
るが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば、各行のメモリセルのコントロールゲートがそれぞれ
同じワード線に接続され、各列のメモリセルのドレイン
がそれぞれ同じビット線に接続され、ソースが共通のソ
ース線に接続されるいわゆるNOR型不揮発性メモリに
おいても、本発明を適用できることはいうまでもない。
In the above description, the memory cell array 10 has a so-called NAND configuration, but the present invention is not limited to this. For example, the control gates of the memory cells in each row are the same. It is needless to say that the present invention can be applied to a so-called NOR type nonvolatile memory in which the drains of the memory cells in each column are connected to the same bit line, and the sources are connected to a common source line. Absent.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の不揮発性
半導体記憶装置によれば、メモリセルにおける各記憶デ
ータに対応するしきい値電圧の分布範囲の最小レベルと
読み出し時のメモリセルのゲート電圧との間隔を確実に
確保でき、多値メモリの読み出しが容易に実現でき、読
み出しエラーの発生を抑制できる。さらに、ベリファイ
および読み出し時にワード線に同じ電圧を印加すること
により、ワード線電圧を発生する、例えば昇圧回路の特
性のバラツキによる影響を抑制できる利点がある。
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the minimum level of the distribution range of the threshold voltage corresponding to each storage data in the memory cell and the gate of the memory cell at the time of reading. An interval with a voltage can be reliably ensured, reading of a multi-valued memory can be easily realized, and occurrence of a reading error can be suppressed. Further, by applying the same voltage to the word line at the time of verify and read, there is an advantage that the effect of generating a word line voltage, for example, the influence of variations in characteristics of the booster circuit can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の一実施
形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.

【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置の一具体例を
示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific example of the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図3】本発明の不揮発性半導体記憶装置におけるメモ
リセルしきい値電圧の分布およびベリファイと読み出し
時のゲート電圧を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a distribution of a memory cell threshold voltage and a gate voltage at the time of verify and read in the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.

【図4】フローティングゲート(FG)型、MONOS
型およびMNOS型の不揮発性メモリセルの構成を示す
簡略断面図である。
FIG. 4 Floating gate (FG) type, MONOS
FIG. 2 is a simplified cross-sectional view showing a configuration of a non-volatile memory cell of a type and an MNOS type.

【図5】多値メモリにおけるメモリセルのしきい値電圧
の分布例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a distribution of threshold voltages of memory cells in a multilevel memory.

【図6】多値メモリにおいて読み出し時のゲート電圧の
バラツキによる読み出しエラーの発生原理を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a principle of occurrence of a read error due to a variation in gate voltage at the time of reading in a multi-valued memory.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板(ウェル)、2…ソース領域、3…ドレ
イン領域、4…ゲート絶縁膜、4a…積層膜、5…コン
トロールゲート、6…層間絶縁膜、6a…トップ酸化
膜、7…フローティングゲート、8a,8b…窒化膜、
9…サイドウォール、10…メモリセルアレイ、20…
ソース線電圧切り換え回路、30…ソース線電圧発生回
路、32…基準電圧発生回路、34…電圧設定回路、V
CC…電源電圧、GND…接地電位。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate (well), 2 ... Source region, 3 ... Drain region, 4 ... Gate insulating film, 4a ... Laminated film, 5 ... Control gate, 6 ... Interlayer insulating film, 6a ... Top oxide film, 7 ... Floating gate , 8a, 8b ... nitride film,
9 ... side wall, 10 ... memory cell array, 20 ...
Source line voltage switching circuit, 30: source line voltage generation circuit, 32: reference voltage generation circuit, 34: voltage setting circuit, V
CC : power supply voltage, GND: ground potential.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周囲と絶縁されている電荷蓄積層を有し、
当該電荷蓄積層に対する電荷の授受によりしきい値電圧
が制御され、当該しきい値電圧に応じたデータを記憶す
るメモリセルを有し、プログラム時に上記メモリセルの
上記電荷蓄積層に対して電荷の授受を行うことにより上
記メモリセルのしきい値電圧を所定の方向に遷移させる
書き込み動作のあと、制御ゲートに所定のベリファイ電
圧を印加したとき上記メモリセルの電流を検出すること
で当該メモリセルのしきい値電圧レベルを判定するベリ
ファイを行い、上記メモリセルのしきい値電圧が書き込
みデータに応じた所定のレベルに達するまで上記書き込
みとベリファイを繰り返して行い、読み出し時に上記制
御ゲートに所定の読み出し電圧を印加しその電流を検出
することで当該メモリセルの記憶データを判別する不揮
発性半導体記憶装置であって、 上記ベリファイと読み出しの時に、上記メモリセルの制
御ゲートに同じレベルの電圧を印加し、上記ベリファイ
のとき上記メモリセルのソース領域を接地電位に保持
し、上記読み出しのとき上記メモリセルのソース領域に
所定のソースバイアス電圧を印加するソース電圧切り換
え手段を有する不揮発性半導体記憶装置。
A charge storage layer insulated from the surroundings;
A threshold voltage is controlled by transfer of charge to the charge storage layer, the memory cell stores data corresponding to the threshold voltage, and charge is transferred to the charge storage layer of the memory cell during programming. After a write operation for changing the threshold voltage of the memory cell in a predetermined direction by performing transmission / reception, when a predetermined verify voltage is applied to the control gate, the current of the memory cell is detected by detecting the current of the memory cell. A verify operation for determining a threshold voltage level is performed, and the write and verify operations are repeated until the threshold voltage of the memory cell reaches a predetermined level corresponding to write data. Non-volatile semiconductor memory device that determines the data stored in the memory cell by applying a voltage and detecting the current A voltage of the same level is applied to a control gate of the memory cell at the time of the verify and read, a source region of the memory cell is held at the ground potential at the time of the verify, and the memory cell is read at the time of the read A non-volatile semiconductor memory device having source voltage switching means for applying a predetermined source bias voltage to the source region.
【請求項2】上記メモリセルに少なくとも2ビットのデ
ータを記憶するために当該メモリセルのしきい値電圧が
記憶データに応じて少なくとも4つの異なる電圧領域の
何れかに分布するようにプログラムされ、 上記読み出しのとき、上記複数の異なる分布領域間の最
小間隔のほぼ半分の電圧を発生し、当該発生した電圧を
上記ソースバイアス電圧として上記メモリセルのソース
領域に印加するソースバイアス電圧発生回路を有する請
求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. A program for storing at least two bits of data in the memory cell, wherein a threshold voltage of the memory cell is distributed in one of at least four different voltage regions according to storage data. A source bias voltage generating circuit that generates a voltage substantially half of the minimum interval between the plurality of different distribution regions and applies the generated voltage as the source bias voltage to the source region of the memory cell at the time of reading. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項3】電荷蓄積層の蓄積電荷量に応じてしきい値
電圧が制御されるメモリセルを複数有し、行列状に配置
されたこれらのメモリセルに対して、同一行の各メモリ
セルの制御ゲートが同じワード線に接続され、各メモリ
セル列毎にビット線が配線され、当該ビット線と共通の
ソース線との間に同一列の各メモリセルが直列または並
列に接続されて構成されているメモリセルアレイを有
し、 上記複数本のワード線から入力アドレス信号により指定
された一本のワード線を選択する行デコーダと、 ベリファイ時および読み出し時に所定のレベルを持つ電
圧を発生し、上記行デコーダにより選択されたワード線
に当該発生した電圧を印加するワード線電圧発生回路
と、 所定のレベルを持つソース線バイアス電圧を発生するソ
ース線バイアス電圧発生回路と、 上記ベリファイのとき上記共通のソース線を接地電位に
接続し、上記読み出しのとき上記共通のソース線に上記
ソース線バイアス電圧を印加するソース線電圧切り換え
回路とを有する不揮発性半導体記憶装置。
3. A memory cell having a plurality of memory cells whose threshold voltage is controlled in accordance with the amount of charge stored in a charge storage layer, wherein each of the memory cells arranged in a matrix is Are connected to the same word line, a bit line is wired for each memory cell column, and each memory cell in the same column is connected in series or parallel between the bit line and a common source line. A row decoder for selecting one word line specified by an input address signal from the plurality of word lines, and generating a voltage having a predetermined level at the time of verification and reading; A word line voltage generating circuit for applying the generated voltage to the word line selected by the row decoder; and a source line bias voltage for generating a source line bias voltage having a predetermined level. A nonvolatile semiconductor memory comprising: a generation circuit; and a source line voltage switching circuit that connects the common source line to a ground potential at the time of the verification and applies the source line bias voltage to the common source line at the time of the reading. apparatus.
【請求項4】上記各メモリセルに少なくとも2ビットの
データを記憶するために当該メモリセルのしきい値電圧
が記憶データに応じて少なくとも4つの異なる電圧領域
の何れかに分布するようにプログラムされ、 上記ソース線バイアス電圧発生回路は、上記複数の異な
る分布領域間の最小間隔のほぼ半分の電圧を発生し、当
該発生した電圧を上記ソースバイアス電圧として上記ソ
ース線電圧切り換え回路に供給する請求項3記載の不揮
発性半導体記憶装置。
4. In order to store at least two bits of data in each of the memory cells, a threshold voltage of the memory cells is programmed so as to be distributed in any of at least four different voltage regions according to storage data. The source line bias voltage generation circuit generates a voltage that is substantially half of a minimum interval between the plurality of different distribution regions, and supplies the generated voltage to the source line voltage switching circuit as the source bias voltage. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to 3.
【請求項5】上記ソース線バイアス電圧発生回路は、ゲ
ートが接地電位に保持されている第1のトランジスタと
第2のトランジスタとからなる差動回路と、 ゲートが上記差動回路を構成する上記第2のトランジス
タのドレインに接続され、ドレインが電源電圧に接続さ
れ、ソースが抵抗素子を介して上記接地電位に接続さ
れ、当該ソースと上記抵抗素子との接続点が上記第2の
トランジスタのゲートに接続されている第3のトランジ
スタとを有し、 上記第3のトランジスタのソースと上記抵抗素子との接
続点から上記第2と第1のトランジスタのしきい値電圧
の差に応じた基準電圧が出力される基準電圧発生回路を
有する請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。
5. The source line bias voltage generating circuit according to claim 1, wherein the differential circuit includes a first transistor and a second transistor having a gate maintained at a ground potential, and the gate includes the differential circuit. A drain of the second transistor, a drain connected to a power supply voltage, a source connected to the ground potential via a resistor, and a connection point between the source and the resistor connected to a gate of the second transistor. And a reference voltage corresponding to a difference between a threshold voltage of the second and first transistors from a connection point between the source of the third transistor and the resistance element. 4. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 3, further comprising a reference voltage generating circuit for outputting the reference voltage.
【請求項6】上記ソース線バイアス電圧発生回路は、上
記第1と第2のトランジスタとは導電性が異なり、ゲー
トに上記基準電圧が印加される第4のトランジスタと当
該第4のトランジスタと同じ導電性を有する第5のトラ
ンジスタからなる差動回路と、 上記電源電圧と接地電位との間に直列に接続されている
導電性の異なる第6と第7のトランジスタからなり、こ
れら第6と第7のトランジスタのゲートが上記第4のト
ランジスタのドレインに接続され、これら第6と第7の
トランジスタのドレイン同士の接続点が上記第5のトラ
ンジスタのゲートに接続されて構成されているインバー
タとを有し、 上記インバータを構成する上記第6と第7のトランジス
タのドレイン同士の接続点は当該インバータの出力端子
を構成し、当該出力端子から上記基準電圧に応じたレベ
ルを有するソース線バイアス電圧が出力される請求項5
記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. The source line bias voltage generating circuit according to claim 1, wherein the first and second transistors have different conductivity, and the fourth transistor having the gate to which the reference voltage is applied is the same as the fourth transistor. A differential circuit comprising a fifth transistor having conductivity; and a sixth and seventh transistor having different conductivity connected in series between the power supply voltage and the ground potential. An inverter configured such that the gate of the seventh transistor is connected to the drain of the fourth transistor, and the connection point between the drains of the sixth and seventh transistors is connected to the gate of the fifth transistor. A connection point between the drains of the sixth and seventh transistors that form the inverter forms an output terminal of the inverter; Claim source line bias voltage having a level corresponding to the reference voltage is output 5
14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項7】上記基準電圧発生回路の差動回路を構成す
る上記第2のトランジスタは、エンハンスメント型トラ
ンジスタであり、上記第1のトランジスタは、しきい値
電圧がエンハンスメント型トランジスタのしきい値電圧
より低いデプレッション型トランジスタである請求項5
記載の不揮発性半導体記憶装置。
7. The differential transistor of the reference voltage generating circuit, wherein the second transistor is an enhancement transistor, and the first transistor has a threshold voltage of the threshold voltage of the enhancement transistor. 6. A lower depletion type transistor.
14. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
【請求項8】上記ソース線電圧切り換え回路は、ソース
およびドレインを構成する不純物領域の内一方が上記イ
ンバータの出力端子に接続し、他方が上記共通のソース
線に接続され、ゲートに読み出し信号が入力されるトラ
ンジスタからなる第1のスイッチング素子と、 ソースを構成する不純物領域を接地電位に接続され、ド
レインを構成する不純物領域を上記共通のソース線に接
続され、ゲートに上記読み出し信号の論理反転信号が印
加されるトランジスタからなる第2のスイッチング素子
とを有する請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。
8. The source line voltage switching circuit according to claim 1, wherein one of the impurity regions forming the source and the drain is connected to the output terminal of the inverter, the other is connected to the common source line, and the gate receives a read signal. A first switching element comprising an input transistor; an impurity region forming a source connected to ground potential; an impurity region forming a drain connected to the common source line; and a gate having a logical inversion of the read signal. 7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, further comprising a second switching element including a transistor to which a signal is applied.
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