JP2001006374A - Semiconductor memory and system - Google Patents

Semiconductor memory and system

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JP2001006374A
JP2001006374A JP17095699A JP17095699A JP2001006374A JP 2001006374 A JP2001006374 A JP 2001006374A JP 17095699 A JP17095699 A JP 17095699A JP 17095699 A JP17095699 A JP 17095699A JP 2001006374 A JP2001006374 A JP 2001006374A
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JP
Japan
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data
area
binary
memory
mode
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JP17095699A
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Toshifumi Noda
敏史 野田
Kazuyoshi Oshima
一義 大嶋
Hiroshi Sato
弘 佐藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • G11C11/56Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using storage elements with more than two stable states represented by steps, e.g. of voltage, current, phase, frequency
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
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    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/564Miscellaneous aspects
    • G11C2211/5641Multilevel memory having cells with different number of storage levels
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
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    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/564Miscellaneous aspects
    • G11C2211/5642Multilevel memory with buffers, latches, registers at input or output

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve convenience of a device by realizing a flash memory and the like capable of being selectively operated in a binary mode or a quaternary mode, performing high speed access and reducing chip size is reduced thereby increasing the operation speed of a flash file system and the like including the memory. SOLUTION: In the flash memory FM and the like including in the flash file system FF and the like, a two layer gate structure type memory cell is operated selectively in a binary mode or a multivalue mode based on a command, its storage area is made selectively for a binary area or a multi-level area, for example, in a sector unit, that is, a word line unit, while a binary/ multi-value control table VT showing whether a storage area is allotted to the binary area or the multivalue area is provided in the flash file system FF and the like. Further, the binary area is used as a buffer area at the time of writing or reading the data for the multivalue area, and a data compression/ defrosting function is provided to a flash memory FM and the like.

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】この発明は半導体記憶装置及
びシステムに関し、例えば、フラッシュメモリ及びこれ
を基本構成要素とするフラッシュファイルシステムなら
びにその高速化及びシステム柔軟性の向上に利用して特
に有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a system, for example, a flash memory and a flash file system using the flash memory as a basic component, and a technique particularly effective when used for speeding up and improving system flexibility. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】コントロールゲート及びフローティング
ゲートを備えるいわゆる2層ゲート構造型メモリセルが
ある。また、2層ゲート構造型メモリセルが格子配列さ
れてなるメモリアレイを基本構成要素とするフラッシュ
メモリがあり、このようなフラッシュメモリを所定数含
むフラッシュファイルシステムがある。一般的なフラッ
シュメモリにおいて、メモリアレイを構成する2層ゲー
ト構造型メモリセルは、いわゆる2値モードで動作し、
そのしきい値電圧が所定値より低いか高いかによって論
理“0”又は“1”のデータを選択的に保持する。
2. Description of the Related Art There is a so-called two-layer gate type memory cell having a control gate and a floating gate. In addition, there is a flash memory having a memory array in which two-layer gate structure type memory cells are arranged in a lattice as a basic component, and there is a flash file system including a predetermined number of such flash memories. In a general flash memory, a two-layer gate structure type memory cell constituting a memory array operates in a so-called binary mode,
Data of logic "0" or "1" is selectively held depending on whether the threshold voltage is lower or higher than a predetermined value.

【0003】一方、2層ゲート構造型メモリセルからな
り、例えばそのしきい値電圧が4段階に切り換えられる
ことでそれぞれ2ビットの記憶データを保持しうる多値
メモリセルがあり、このような多値メモリセルが格子配
列されてなるメモリアレイを基本構成要素とする多値フ
ラッシュメモリがある。4値モードとされる多値メモリ
セルは、そのしきい値電圧の各段階において、それぞれ
例えば論理“01”“00”“10”あるいは“11”
のデータを選択的に保持する。
On the other hand, there is a multi-valued memory cell comprising a memory cell of a two-layer gate structure, for example, capable of holding two bits of stored data by switching its threshold voltage in four stages. 2. Description of the Related Art There is a multilevel flash memory having a memory array in which value memory cells are arranged in a lattice as a basic component. The multi-valued memory cell set to the quaternary mode has, for example, logic "01", "00", "10" or "11" at each stage of the threshold voltage.
Data is selectively retained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】メモリセルのしきい値
電圧が2段階で切り換えられる2値モードのフラッシュ
メモリでは、データ読み出し時のワード線選択レベルが
単一化され、またデータ書き込時におけるワード線電位
の切り換えも少ない。このため、通常のフラッシュメモ
リのデータの読み出し及び書き込み動作時の所要時間
は、多値フラッシュメモリに比較して充分に短く、高速
アクセスが可能となるが、1個のメモリセルが保持しう
るデジタルデータは1ビットであるため、メモリアレイ
部のデータ密度が小さくなって、そのレイアウト所要面
積が大きくなり、結果的にフラッシュメモリのチップサ
イズが大きくなるという問題点を抱える。
In a flash memory of a binary mode in which the threshold voltage of a memory cell is switched in two stages, the word line selection level at the time of data reading is unified, and at the time of data writing. Switching of the word line potential is small. For this reason, the time required for data reading and writing operations of a normal flash memory is sufficiently shorter than that of a multilevel flash memory, and high-speed access is possible. Since the data is one bit, there is a problem that the data density of the memory array portion is reduced, the layout required area is increased, and as a result, the chip size of the flash memory is increased.

【0005】一方、メモリセルのしきい値電圧が例えば
4段階で切り換えられる4値モードの多値フラッシュメ
モリでは、データ読み出し時のワード線選択レベルが3
段階となり、データ書き込時のワード線電位の切り換え
回数も多くなる。このため、多値フラッシュメモリのデ
ータの読み出し及び書き込み動作時の所要時間は、通常
のフラッシュメモリに比較して長くなり、アクセスタイ
ムが遅くなるという問題を抱えるが、各メモリセルは2
ビットのデータを保持するため、メモリアレイ部のデー
タ密度が高くなり、そのレイアウト所要面積が小さくな
る。
On the other hand, in a multilevel flash memory in a quaternary mode in which the threshold voltage of a memory cell is switched in, for example, four stages, the word line selection level at the time of data reading is three.
At this stage, the number of switching of the word line potential at the time of writing data also increases. For this reason, the time required for data read and write operations of the multi-level flash memory is longer than that of a normal flash memory, and there is a problem that the access time is slow.
Since the bit data is retained, the data density of the memory array section is increased, and the required layout area is reduced.

【0006】この発明の目的は、必要に応じて選択的に
2値又は多値モードで動作させうるフラッシュメモリ等
を提供することにある。この発明の他の目的は、高速ア
クセスが可能で、しかもチップサイズの縮小を図ったフ
ラッシュメモリ等を提供することにある。この発明のさ
らなる目的は、フラッシュメモリを含むフラッシュファ
イルシステム等の高速化を図り、その利便性を高めるこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a flash memory or the like which can be selectively operated in a binary or multi-level mode as needed. Another object of the present invention is to provide a flash memory or the like which can be accessed at high speed and has a reduced chip size. A further object of the present invention is to increase the speed of a flash file system or the like including a flash memory, and to enhance its convenience.

【0007】この発明の前記ならびにその他の目的と新
規な特徴は、この明細書の記述及び添付図面から明らか
になるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次
の通りである。すなわち、フラッシュファイルシステム
等のシステムに含まれるフラッシュメモリ等において、
そのメモリアレイを構成する2層ゲート構造型メモリセ
ルを、コマンドに従って選択的に2値モード又は例えば
4値モードの多値モードで動作させる。また、その記憶
領域を、例えばワード線単位で選択的に2値モードで動
作する2値領域又は多値モードで動作する多値領域とす
るとともに、フラッシュファイルシステム等に、各記憶
領域が2値領域又は多値領域のいずれに割り当てられて
いるかを示す2値・多値管理テーブルを設ける。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application. That is, in a flash memory or the like included in a system such as a flash file system,
The two-layer gate structure type memory cells constituting the memory array are selectively operated in a binary mode or a multilevel mode such as a quaternary mode according to a command. In addition, the storage area is, for example, a binary area that selectively operates in a binary mode or a multi-level area that operates in a multi-level mode in units of word lines. A binary / multi-value management table is provided which indicates whether the region is assigned to a region or a multi-value region.

【0009】さらに、フラッシュメモリ等の2値領域と
して割り当てられた記憶領域を、多値領域に対するデー
タ書き込み又は読み出し時のバッファ領域として使用す
るとともに、フラッシュメモリ等に、2値領域の2個の
メモリセルに書き込まれたデータを読み出し、多値領域
の1個のメモリセルに書き込むデータ圧縮機能と、多値
領域の1個のメモリセルに書き込まれたデータを読み出
し、2値領域の2個のメモリセルに書き込むデータ解凍
機能とを持たせる。
Further, a storage area allocated as a binary area, such as a flash memory, is used as a buffer area for writing or reading data to or from a multi-value area, and two memories of a binary area are used in a flash memory or the like. A data compression function for reading data written in a cell and writing it to one memory cell in a multi-value area, and a data compression function for reading data written in one memory cell in a multi-value area It has a data decompression function for writing to cells.

【0010】上記手段によれば、データ密度は比較的低
いが高速動作可能な2値領域と、動作速度は比較的遅い
がデータ密度の高い多値領域とを同一チップ上に実現す
ることができるとともに、これらの記憶領域を、システ
ム構成に応じて選択的に活用し、その構成比率も自由に
設定することができる。また、2値領域をバッファ領域
として用い、フラッシュメモリ等に、2値領域及び多値
領域間のデータ圧縮機能及びデータ解凍機能を持たせる
ことで、フラッシュメモリ等のアクセス装置からみた見
掛け上のアクセスタイムを短縮しつつ、そのチップサイ
ズを縮小することができる。これらの結果、フラッシュ
メモリ等を含むフラッシュファイルシステム等の高速化
を図り、その利便性を高めることができる。
According to the above means, it is possible to realize, on the same chip, a binary region having a relatively low data density but capable of high-speed operation and a multi-value region having a relatively low operation speed but a high data density. At the same time, these storage areas can be selectively used according to the system configuration, and the configuration ratio can be set freely. Also, by using a binary area as a buffer area and providing a flash memory or the like with a data compression function and a data decompression function between a binary area and a multi-value area, an apparent access from an access device such as a flash memory is provided. The chip size can be reduced while shortening the time. As a result, the speed of a flash file system or the like including a flash memory or the like can be increased, and its convenience can be improved.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1には、この発明が適用された
フラッシュファイルシステムFF(システム)の一実施
例のブロック図が示され、図2には、その記憶領域つま
りアドレス領域を説明するための一実施例のアドレス構
成図が示されている。これらの図をもとに、この実施例
のフラッシュファイルシステムFFの構成及び動作なら
びにアドレス構成の概要について説明する。なお、図1
の各ブロックを構成する回路素子は、特に制限されない
が、公知のMOSFET(金属酸化物半導体型電界効果
トランジスタ。この明細書では、MOSFETをして絶
縁ゲート型電界効果トランジスタの総称とする)集積回
路の製造技術により、単結晶シリコン等からなるそれぞ
れ1個又は複数個の半導体基板面上にそれぞれ形成され
る。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a flash file system FF (system) to which the present invention is applied, and FIG. 2 explains a storage area, that is, an address area. FIG. 1 shows an address configuration diagram of an embodiment for the present invention. The outline of the configuration and operation of the flash file system FF of this embodiment and the address configuration will be described with reference to these drawings. FIG.
Although the circuit elements constituting each block are not particularly limited, a known MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; in this specification, a MOSFET is a generic name of an insulated gate field effect transistor) integrated circuit Is formed on one or a plurality of semiconductor substrate surfaces made of single crystal silicon or the like, respectively.

【0012】図1において、この実施例のフラッシュフ
ァイルシステムFFは、マイクロコンピュータMCと、
マイクロコンピュータMCにアドレスバスAB及びデー
タバスDBを介して結合される4個のフラッシュメモリ
FM(半導体記憶装置)とをその基本構成要素とする。
このうち、マイクロコンピュータMCは、いわゆるスト
アドプログラム方式の中央処理ユニットを含み、フラッ
シュファイルシステムFFの各部の動作を制御・統轄す
る。また、フラッシュメモリFMは、後述するように、
2層ゲート構造型メモリセルが格子配列されてなるメモ
リアレイをその基本構成要素とし、アクセス装置となる
マイクロコンピュータMC等の指示を受けて指定アドレ
スに対するデータの読み出し又は書き込みを行う。
In FIG. 1, a flash file system FF of this embodiment includes a microcomputer MC,
Four flash memories FM (semiconductor storage devices) coupled to the microcomputer MC via the address bus AB and the data bus DB are basic components thereof.
Among them, the microcomputer MC includes a so-called stored program type central processing unit, and controls and controls the operation of each unit of the flash file system FF. Also, the flash memory FM has a
A memory array in which a two-layer gate structure type memory cell is arranged in a lattice is used as its basic component, and data is read or written to a specified address in response to an instruction from a microcomputer MC or the like serving as an access device.

【0013】フラッシュファイルシステムFFは、さら
に、アドレスバスAB及びデータバスDBを介してマイ
クロコンピュータMCに結合されるECC(誤り訂正符
号)回路ECC,標準バスインタフェース部BIならび
にライトバッファWBと、各種管理テーブルつまりセク
タ管理テーブルST,書き込み回数管理テーブルWTな
らびに2値・多値管理テーブルVT等の管理テーブルと
を備える。このうち、標準バスインタフェース部BI及
びライトバッファWBは、その他方において標準バスB
USに結合され、この標準バスBUSには、例えば図示
されないホストコンピュータの標準バスインタフェース
部が結合される。
The flash file system FF further includes an ECC (error correction code) circuit ECC coupled to the microcomputer MC via the address bus AB and the data bus DB, a standard bus interface unit BI and a write buffer WB, and various types of management. It has management tables such as a table, that is, a sector management table ST, a write count management table WT, and a binary / multi-value management table VT. Of these, the standard bus interface section BI and the write buffer WB
The standard bus BUS is connected to a standard bus interface unit of a host computer (not shown).

【0014】ECC回路ECCは、1個の専用LSI
(大規模集積回路装置)からなり、フラッシュメモリF
Mのデータ書き込みに際して所定の誤り訂正符号を付加
するとともに、フラッシュメモリFMの読み出しに際し
て読み出しデータの誤りを検出し、修正する。また、標
準バスインタフェース部BIは、同様に1個の専用LS
Iからなり、内部バスつまりアドレスバスAB及びデー
タバスDBと標準バスBUSとの間のインタフェース整
合を行う。ライトバッファWBは、標準バスBUSを介
して高速入力される書き込みデータを一時的に退避させ
る。
ECC circuit ECC is one dedicated LSI
(Large-scale integrated circuit device)
A predetermined error correction code is added when writing M data, and an error in read data is detected and corrected when reading the flash memory FM. Similarly, the standard bus interface section BI also has one dedicated LS
I, and performs interface matching between the internal bus, that is, the address bus AB and the data bus DB, and the standard bus BUS. The write buffer WB temporarily saves write data input at a high speed via the standard bus BUS.

【0015】一方、セクタ管理テーブルSTは、フラッ
シュメモリFMの記憶領域をワード線単位でセクタに対
応付けて管理し、書き込み回数管理テーブルWTは、フ
ラッシュメモリFMの各セクタに対する書き込み回数を
管理して、所定値を超えないように監視する。また、2
値・多値管理テーブルVTは、フラッシュメモリFMの
セクタつまりワード線単位の記憶領域が、2値領域又は
多値領域のいずれに割り当てられているかを設定し、記
憶するために用いられる。
On the other hand, the sector management table ST manages the storage area of the flash memory FM in association with the sector in word line units, and the write count management table WT manages the write count for each sector of the flash memory FM. Is monitored so as not to exceed a predetermined value. Also, 2
The value / multi-value management table VT is used to set and store whether a sector of the flash memory FM, that is, a storage area in units of word lines is assigned to a binary area or a multi-value area.

【0016】この実施例において、フラッシュメモリF
Mは、図2に示されるように、4個のフラッシュメモリ
FM0〜FM3からなり、その記憶領域は、これらのフ
ラッシュメモリのワード線W0〜Wmを単位としてセク
タに対応付けられる。また、フラッシュメモリFM0〜
FM3の記憶領域は、ワード線つまりセクタを単位とし
て、2値モードで動作する2値領域、又は例えば4値モ
ードで動作する多値領域とされ、上記2値・多値管理テ
ーブルVTは、各セクタがいずれの領域に割り当てられ
ているかを示すために用いられる。フラッシュメモリF
Mのアクセス装置となるマイクロコンピュータMCは、
そのアクセスに先立って2値・多値管理テーブルVTを
参照し、これからアクセスしようとする領域が2値領域
又は多値領域のいずれに割り当てられているかを確認し
た後、その結果に応じてフラッシュメモリFMに対する
メモリコマンドを選択的に編集する。
In this embodiment, the flash memory F
As shown in FIG. 2, M includes four flash memories FM0 to FM3, and the storage areas thereof are associated with sectors in units of word lines W0 to Wm of these flash memories. Also, the flash memories FM0 to FM0
The storage area of the FM3 is a binary area that operates in a binary mode or a multilevel area that operates in, for example, a quaternary mode in units of word lines or sectors, and the binary / multilevel management table VT includes It is used to indicate to which area a sector is assigned. Flash memory F
A microcomputer MC serving as an access device of M
Prior to the access, the binary / multi-value management table VT is referred to determine whether the area to be accessed is assigned to the binary area or the multi-value area. Selectively edit memory commands for FM.

【0017】これにより、この実施例のフラッシュファ
イルシステムFFでは、フラッシュメモリFMの記憶領
域を、セクタつまりワード線単位で選択的に2値領域又
は多値領域として活用することができ、これによってフ
ラッシュファイルシステムFFの利便性を高め、フラッ
シュファイルシステムFFひいてはこれを含むコンピュ
ータシステム等のシステム柔軟性を高めることができる
ものである。
As a result, in the flash file system FF of this embodiment, the storage area of the flash memory FM can be selectively used as a binary area or a multi-level area in units of sectors, that is, word lines. The convenience of the file system FF can be improved, and the system flexibility of the flash file system FF and, consequently, a computer system or the like including the flash file system FF can be improved.

【0018】なお、フラッシュメモリFMつまりFM0
〜FM3の具体的な構成や、その2値モード及び4値モ
ードによる具体的な読み出し及び書き込み動作、ならび
にメモリコマンドの具体的構成等については、後で詳細
に説明する。
The flash memory FM, that is, FM0
FM3, the specific read and write operations in the binary mode and the quaternary mode, and the specific configuration of the memory command will be described later in detail.

【0019】図3には、図1のフラッシュファイルシス
テムFFに含まれるフラッシュメモリFM0の一実施例
のブロック図が示され、図4には、そのメモリアレイ及
び周辺部の一実施例の部分的な回路図が示されている。
また、図5には、図4のメモリアレイARYUL及びA
RYDLを構成する2層ゲート構造型メモリセルのしき
い値電圧の一実施例の分布特性図が示され、図6には、
図3のフラッシュメモリに対するメモリコマンドの一実
施例のビット構成図が示されている。これらの図をもと
に、この実施例のフラッシュファイルシステムFFを構
成するフラッシュメモリFM0〜FM3の構成及び動作
をやや具体的に説明する。
FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of the flash memory FM0 included in the flash file system FF of FIG. 1, and FIG. 4 is a partial view of one embodiment of the memory array and peripheral portions. A simple circuit diagram is shown.
FIG. 5 shows the memory arrays ARYUL and A of FIG.
FIG. 6 shows a distribution characteristic diagram of an embodiment of the threshold voltage of the memory cell of the two-layer gate structure constituting RYDL.
FIG. 4 shows a bit configuration diagram of an embodiment of a memory command for the flash memory of FIG. With reference to these figures, the configuration and operation of the flash memories FM0 to FM3 constituting the flash file system FF of this embodiment will be described more specifically.

【0020】なお、図3の各ブロックを構成する回路素
子は、前記のように、公知のMOSFET集積回路の製
造技術により単結晶シリコンのような1個の半導体基板
面上に形成される。また、図4に示されるMOSFET
は、すべてNチャンネルMOSFETである。さらに、
図3では、フラッシュメモリFM0の説明をもって、フ
ラッシュメモリFM1〜FM3を説明し、図4では、メ
モリアレイARYUL及びARYDL,データラッチD
LUL及びDLDLならびにセンスラッチSLLの説明
をもって、メモリアレイARYUR及びARYDR,デ
ータラッチDLUR及びDLDRならびにセンスラッチ
SLRを説明する。
The circuit elements constituting each block in FIG. 3 are formed on a single semiconductor substrate surface such as single crystal silicon by a known MOSFET integrated circuit manufacturing technique as described above. Also, the MOSFET shown in FIG.
Are all N-channel MOSFETs. further,
In FIG. 3, the flash memories FM1 to FM3 will be described with the description of the flash memory FM0. In FIG. 4, the memory arrays ARYUL and ARYDL and the data latch D will be described.
The memory arrays ARYUR and ARYDR, the data latches DLUR and DLDR, and the sense latch SLR will be described with the description of LUL and DLDL and the sense latch SLL.

【0021】図3において、フラッシュメモリFM0
は、特に制限されないが、2個のメモリマットMATU
及びMATDと、間接周辺回路となるリードオンリメモ
リROM,書込消去判定回路WE,直接周辺制御回路P
C,電源切替回路POWS,アドレスカウンタADD
C,冗長救済回路RCならびにクロック発生回路CPG
等とを備える。このうち、上側つまりUpper側のメ
モリマットMATUは、ワード線WLを共有する一対の
メモリアレイARYUL及びARYURをその基本構成
要素とし、さらに、メインデコーダMDUと、一対のサ
ブデコーダSDUL及びSDURならびにデータラッチ
DLUL及びDLURとを含む。
In FIG. 3, a flash memory FM0
Is not particularly limited, but the two memory mats MATU
And MATD, a read-only memory ROM serving as an indirect peripheral circuit, a write / erase determination circuit WE, and a direct peripheral control circuit P
C, power supply switching circuit POWS, address counter ADD
C, redundancy repair circuit RC and clock generation circuit CPG
And the like. Among them, the memory mat MATU on the upper side, that is, the upper side, has a pair of memory arrays ARYUL and ARYUR sharing a word line WL as its basic constituent elements, and further has a main decoder MDU, a pair of sub decoders SDUL and SDUR, and a data latch. DLUL and DLUR.

【0022】同様に、下側つまりDown側のメモリマ
ットMATDは、ワード線WLを共有する一対のメモリ
アレイARYDL及びARYDRをその基本構成要素と
し、さらに、メインデコーダMDDと、一対のサブデコ
ーダSDDL及びSDDRならびにデータラッチDLD
L及びDLDRとを含む。メモリマットMATU及びM
ATDの中間には、センスラッチSLL及びSLRが設
けられる。
Similarly, the lower memory mat MATD on the down side, that is, the down side, has a pair of memory arrays ARYDL and ARYDR sharing a word line WL as its basic constituent elements, and further has a main decoder MDD and a pair of sub decoders SDDL and SDDR and data latch DLD
L and DLDR. Memory mats MATU and M
In the middle of the ATD, sense latches SLL and SLR are provided.

【0023】ここで、メモリマットMATUのメモリア
レイARYUL及びARYURならびにメモリマットM
ATDのメモリアレイARYDL及びARYDRは、図
4のメモリアレイARYUL及びARYURにそれぞれ
代表して示されるように、図の水平方向に平行して配置
される実質(m+1)/2本のワード線(図4には、メ
モリアレイARYULを構成する2本のワード線WLU
1及びWLU2と、メモリアレイARYDLを構成する
1本のワード線WLD3とが例示される)と、図の垂直
方向に平行して配置されるn+1本のビット線(図4に
は、メモリアレイARYULを構成するビット線がBL
Uとして、メモリアレイARYDLを構成するビット線
がBLDとして例示される)とをそれぞれ含む。これら
のワード線及びビット線の交点には、コントロールゲー
ト及びフローティングゲートを有する2層ゲート構造型
メモリセル(図4には、メモリアレイARYULを構成
するメモリセルMC1及びMC2と、メモリアレイAR
YDLを構成するメモリセルMC3とが例示される)が
それぞれ格子状に配置される。
Here, the memory arrays ARYUL and ARYUR of the memory mat MATU and the memory mat M
The ATD memory arrays ARYDL and ARYDR are substantially (m + 1) / 2 word lines (see FIG. 4) arranged in parallel in the horizontal direction in FIG. 4 as representatively represented by the memory arrays ARYUL and ARYUR, respectively. 4 has two word lines WLU constituting the memory array ARYUL.
1 and WLU2 and one word line WLD3 constituting the memory array ARYDL) and n + 1 bit lines arranged in parallel in the vertical direction in the drawing (FIG. 4 shows the memory array ARYUL Is BL
U includes a bit line constituting the memory array ARYDL as a BLD). At the intersections of these word lines and bit lines, a two-layer gate structure type memory cell having a control gate and a floating gate (in FIG. 4, memory cells MC1 and MC2 constituting a memory array ARYUL and a memory array AR
And a memory cell MC3 constituting the YDL) are arranged in a grid pattern.

【0024】この実施例において、メモリアレイARY
ULを構成するメモリセルMC1及びMC2は、前記2
値領域に含まれる2値モードのメモリセルとされ、メモ
リアレイARYDLを構成するメモリセルMC3は、多
値領域に含まれる多値モードつまり4値モードのメモリ
セルとされるが、これらのメモリセルの書き込み及び読
み出し動作時の具体的動作等については、後で詳細に説
明する。
In this embodiment, the memory array ARY
The memory cells MC1 and MC2 forming the UL are
The memory cells MC3 constituting the memory array ARYDL included in the multivalued mode, ie, the memory cells of the quaternary mode, ie, the quaternary mode memory cells included in the memory array ARYDL. The specific operation and the like at the time of writing and reading operations will be described later in detail.

【0025】メモリアレイARYUL及びARYDLの
同一列に配置される(m+1)/2個のメモリセルのド
レインは、対応するビット線BLU又はBLD等に共通
結合される。また、メモリアレイARYUL及びARY
DLの同一行に配置されるn+1個のメモリセルのコン
トロールゲートは、対応するワード線WLU1及びWL
U2あるいはWLD3等に共通結合され、各メモリアレ
イを構成するすべてのメモリセルのソースは、接地電位
VSSに共通結合される。
The drains of (m + 1) / 2 memory cells arranged in the same column of the memory arrays ARYUL and ARYDL are commonly coupled to the corresponding bit line BLU or BLD. Also, the memory arrays ARYUL and ARY
The control gates of the (n + 1) memory cells arranged on the same row of the DL correspond to the corresponding word lines WLU1 and WLU.
The sources of all the memory cells constituting each memory array are commonly coupled to U2 or WLD3 or the like, and are commonly coupled to the ground potential VSS.

【0026】一方、メモリアレイARYUL及びARY
DLを構成するワード線WLU1及びWLU2ならびに
WLD3等は、対応するサブデコーダSDUL又はSD
DLに結合され、択一的に所定の選択レベルとされる。
また、メモリアレイARYUL及びARYDLを構成す
るビット線BLU及びBLD等は、その外側においてデ
ータラッチDLUL又はDLDLの対応する単位回路に
それぞれ結合され、その内側においてセンスラッチSL
Lの対応する単位回路に結合される。
On the other hand, memory arrays ARYUL and ARY
The word lines WLU1, WLU2, WLD3, etc. constituting the DL are connected to corresponding sub-decoders SDUL or SDUL.
DL, or alternatively, a predetermined selection level.
The bit lines BLU and BLD constituting the memory arrays ARYUL and ARYDL are respectively coupled to the corresponding unit circuit of the data latch DLUL or DLDL on the outside, and the sense latch SL on the inside.
L is connected to the corresponding unit circuit.

【0027】データラッチDLULは、メモリアレイA
RYULのビット線BLU等に対応して設けられるn+
1個の単位回路を備え、これらの単位回路のそれぞれ
は、図4に例示されるように、1個の単位データラッチ
UDLUと、単位データラッチUDLUの入出力ノード
とメモリアレイARYULの対応するビット線BLU等
との間に設けられるMOSFETN11と、電源電圧V
DDとメモリアレイARYULの対応するビット線BL
U等との間に直列形態に設けられる2個のMOSFET
N12及びN13と、単位データラッチUDLUの入出
力ノードとコモンIO線CIODとの間に設けられるM
OSFETN14とを含む。MOSFETN11のゲー
トには、制御信号DTUが共通に供給され、MOSFE
TN12のゲートには、制御信号PCDUが共通に供給
される。また、MOSFETN13のゲートは、単位デ
ータラッチUDLUの入出力ノードに結合され、MOS
FETN14のゲートには、対応する制御信号YGUが
供給される。
The data latch DLUL is connected to the memory array A
N + provided corresponding to the bit line BLU of RYUL, etc.
As shown in FIG. 4, each of the unit circuits includes one unit data latch UDLU, an input / output node of the unit data latch UDLU, and a corresponding bit of the memory array ARYUL. And a power supply voltage V
DD and corresponding bit line BL of memory array ARYUL
Two MOSFETs provided in series with U etc.
N12 and N13, and M provided between an input / output node of the unit data latch UDLU and the common IO line CIOD.
OSFET N14. The control signal DTU is commonly supplied to the gate of the MOSFET N11,
The control signal PCDU is commonly supplied to the gate of TN12. The gate of MOSFET N13 is coupled to the input / output node of unit data latch UDLU,
The corresponding control signal YGU is supplied to the gate of the FET N14.

【0028】これにより、データラッチDLUの各単位
回路のMOSFETN11は、制御信号DTUのハイレ
ベルを受けて選択的にオン状態となり、単位データラッ
チUDLUの入出力ノードとメモリアレイARYULの
対応するビット線BLU等との間を選択的に接続状態と
する。また、MOSFETN12及びN13は、メモリ
アレイARYULの対応するビット線BLU等を所定の
レベルにプリチャージするためのプリチャージ回路とし
て作用するとともに、単位データラッチUDLUに保持
されるデータと対応するビット線BLU等に残存するデ
ータの論理値をもとに所定の演算処理を行うための演算
回路としても作用する。さらに、MOSFETN14
は、対応する制御信号YGUのハイレベルを受けて選択
的にオン状態となり、単位データラッチUDLUの入出
力ノードとコモンIO線CIODとの間を選択的に接続
するためのカラムスイッチとして作用する。
As a result, the MOSFET N11 of each unit circuit of the data latch DLU is selectively turned on in response to the high level of the control signal DTU, and the input / output node of the unit data latch UDLU and the corresponding bit line of the memory array ARYUL. A connection state is selectively established with the BLU or the like. The MOSFETs N12 and N13 function as a precharge circuit for precharging the corresponding bit lines BLU and the like of the memory array ARYUL to a predetermined level, and the bit lines BLU corresponding to the data held in the unit data latch UDLU. And the like, and also functions as an arithmetic circuit for performing a predetermined arithmetic process based on the logical value of the remaining data. Furthermore, MOSFET N14
Are selectively turned on in response to the high level of the corresponding control signal YGU, and function as column switches for selectively connecting the input / output node of the unit data latch UDLU and the common IO line CIOD.

【0029】同様に、データラッチDLDLは、メモリ
アレイARYDLのビット線BLD等に対応して設けら
れるn+1個の単位回路を備え、これらの単位回路のそ
れぞれは、図4に例示されるように、1個の単位データ
ラッチUDLDと、単位データラッチUDLDの入出力
ノードとメモリアレイARYDLの対応するビット線B
LD等との間に設けられるMOSFETN31と、電源
電圧VDDと対応するビット線BLD等との間に直列形
態に設けられる2個のMOSFETN32及びN33
と、単位データラッチUDLDの入出力ノードとコモン
IO線CIODとの間に設けられるMOSFETN34
とを含む。このうち、MOSFETN31のゲートに
は、制御信号DTDが共通に供給され、MOSFETN
32のゲートには、制御信号PCDDが共通に供給され
る。また、MOSFETN33のゲートは、単位データ
ラッチUDLDの入出力ノードに結合され、MOSFE
TN34のゲートには、対応する制御信号YGDが供給
される。
Similarly, the data latch DLDL includes n + 1 unit circuits provided corresponding to the bit lines BLD and the like of the memory array ARYDL. Each of these unit circuits is, as illustrated in FIG. One unit data latch UDLD, an input / output node of unit data latch UDLD, and corresponding bit line B of memory array ARYDL
And two MOSFETs N32 and N33 provided in series between the power supply voltage VDD and the corresponding bit line BLD, etc.
MOSFET N34 provided between an input / output node of unit data latch UDLD and common IO line CIOD
And The control signal DTD is commonly supplied to the gate of the MOSFET N31,
The control signal PCDD is commonly supplied to the 32 gates. The gate of the MOSFET N33 is coupled to the input / output node of the unit data latch UDLD,
The corresponding control signal YGD is supplied to the gate of TN34.

【0030】これにより、データラッチDLDの各単位
回路のMOSFETN31は、制御信号DTDのハイレ
ベルを受けて選択的にオン状態となり、単位データラッ
チUDLDの入出力ノードとメモリアレイARYDLの
対応するビット線BLD等との間を選択的に接続状態と
する。また、MOSFETN32及びN33は、メモリ
アレイARYDLの対応するビット線BLD等を所定の
レベルにプリチャージするためのプリチャージ回路とし
て作用するとともに、単位データラッチUDLDに保持
されるデータと対応するビット線BLD等に残存するデ
ータの論理値をもとに所定の演算処理を行うための演算
回路としても作用する。さらに、MOSFETN34
は、対応する制御信号YGDのハイレベルを受けて選択
的にオン状態となり、単位データラッチUDLDの入出
力ノードとコモンIO線CIODとの間を選択的に接続
するためのカラムスイッチとして作用する。
As a result, the MOSFET N31 of each unit circuit of the data latch DLD is selectively turned on in response to the high level of the control signal DTD, and the input / output node of the unit data latch UDLD and the corresponding bit line of the memory array ARYDL. A connection state is selectively established with the BLD or the like. The MOSFETs N32 and N33 function as a precharge circuit for precharging the corresponding bit line BLD or the like of the memory array ARYDL to a predetermined level, and the bit line BLD corresponding to the data held in the unit data latch UDLD. And the like, and also functions as an arithmetic circuit for performing a predetermined arithmetic process based on the logical value of the remaining data. Further, MOSFET N34
Are selectively turned on in response to the high level of the corresponding control signal YGD, and function as column switches for selectively connecting between the input / output node of the unit data latch UDLD and the common IO line CIOD.

【0031】一方、センスラッチSLLは、メモリアレ
イARYUL及びARYDLのビット線BLU及びBL
D等に対応して設けられるn+1個の単位回路を備え、
これらの単位回路のそれぞれは、図4に例示されるよう
に、1個の単位センスラッチUSLを含む。また、単位
センスラッチUSLの左側の入出力ノードとメモリアレ
イARYULの対応するビット線BLU等との間に設け
られるMOSFETN21と、電源電圧VDDとメモリ
アレイARYULの対応するビット線BLU等との間に
直列形態に設けられる2個のMOSFETN22及びN
23と、単位センスラッチUSLの左側の入出力ノード
とコモンIO線CIOSとの間に設けられるMOSFE
TN24とを含み、さらに、単位センスラッチUSLの
右側の入出力ノードとメモリアレイARYDLの対応す
るビット線BLD等との間に設けられるMOSFETN
25と、電源電圧VDDとメモリアレイARYDLの対
応するビット線BLD等との間に直列形態に設けられる
2個のMOSFETN26及びN27と、単位センスラ
ッチUSLの右側の入出力ノードとコモンIO線CIO
Dとの間に設けられるMOSFETN28とを含む。
On the other hand, the sense latch SLL is connected to the bit lines BLU and BL of the memory arrays ARYUL and ARYDL.
And n + 1 unit circuits provided corresponding to D and the like.
Each of these unit circuits includes one unit sense latch USL as illustrated in FIG. Further, a MOSFET N21 provided between the input / output node on the left side of the unit sense latch USL and the corresponding bit line BLU of the memory array ARYUL, and the power supply voltage VDD and the corresponding bit line BLU of the memory array ARYUL are provided. Two MOSFETs N22 and N provided in series
23 and a MOSFE provided between the input / output node on the left side of the unit sense latch USL and the common IO line CIOS.
And a MOSFET N provided between the input / output node on the right side of the unit sense latch USL and the corresponding bit line BLD of the memory array ARYDL.
25, two MOSFETs N26 and N27 provided in series between the power supply voltage VDD and the corresponding bit line BLD of the memory array ARYDL, an input / output node on the right side of the unit sense latch USL, and a common IO line CIO.
D.

【0032】各単位回路のMOSFETN21及びN2
5のゲートには、制御信号TRU又はTRDがそれぞれ
共通に供給され、MOSFETN22及びN26のゲー
トには、制御信号PCU又はPCDがそれぞれ共通に供
給される。また、MOSFETN23及びN27のゲー
トは、単位センスラッチUSLの左側又は右側の入出力
ノードにそれぞれ結合され、MOSFETN24及びN
28のゲートには、対応する制御信号YGSU又はYG
SDがそれぞれ供給される。
The MOSFETs N21 and N2 of each unit circuit
The control signal TRU or TRD is commonly supplied to the gate of No. 5, and the control signal PCU or PCD is commonly supplied to the gates of the MOSFETs N22 and N26. The gates of the MOSFETs N23 and N27 are respectively coupled to the left and right input / output nodes of the unit sense latch USL.
The gate 28 has a corresponding control signal YGSU or YGSU.
SD are supplied respectively.

【0033】これにより、センスラッチSLLの各単位
回路を構成するMOSFETN21及びN25は、制御
信号TRU又はTRDのハイレベルを受けてそれぞれ選
択的にオン状態となり、単位センスラッチUSLの左側
又は右側の入出力ノードとメモリアレイARYUL又は
ARYDLの対応するビット線BLU又はBLD等との
間を選択的に接続状態とする。また、各単位回路のMO
SFETN22及びN23ならびにN26及びN27
は、メモリアレイARYUL又はARYDLの対応する
ビット線BLL又はBLD等を所定のレベルにプリチャ
ージするためのプリチャージ回路として作用するととも
に、単位センスラッチUSLに保持されるデータと対応
するビット線BLU又はBLD等に残存するデータの論
理値をもとに所定の演算処理を行うための演算回路とし
ても作用する。さらに、各単位回路のMOSFETN2
4及びN28は、対応する制御信号YGSU又はYGS
Dのハイレベルを受けてそれぞれ選択的にオン状態とな
り、単位センスラッチUSLの左側又は右側の入出力ノ
ードとコモンIO線CIOS又はCIODとの間を選択
的に接続するためのカラムスイッチとして作用する。
As a result, the MOSFETs N21 and N25 constituting each unit circuit of the sense latch SLL are selectively turned on in response to the high level of the control signal TRU or TRD, and are turned on at the left or right of the unit sense latch USL. The output node is selectively connected to the corresponding bit line BLU or BLD of the memory array ARYUL or ARYDL. Also, the MO of each unit circuit
SFETs N22 and N23 and N26 and N27
Operates as a precharge circuit for precharging the corresponding bit line BLL or BLD of the memory array ARYUL or ARYDL to a predetermined level, and also operates the bit line BLU or the data corresponding to the data held in the unit sense latch USL. It also functions as an arithmetic circuit for performing predetermined arithmetic processing based on the logical value of data remaining in the BLD or the like. Furthermore, MOSFET N2 of each unit circuit
4 and N28 are the corresponding control signals YGSU or YGS
D is selectively turned on in response to the high level of D, and acts as a column switch for selectively connecting the input / output node on the left or right side of the unit sense latch USL and the common IO line CIOS or CIOD. .

【0034】ところで、この実施例のフラッシュメモリ
では、メモリマットMATU及びMATDの各メモリア
レイを構成する2層ゲート構造型メモリセルが、セクタ
つまりワード線を単位として選択的に2値モード又は多
値モードつまり4値モードで動作するものとされ、図4
の実施例では、例えばメモリアレイARYULのワード
線WLU1及びWLU2に結合されるメモリセルMC1
及びMC2が2値モードで、またメモリアレイARYD
Lのワード線WLD3に結合されるメモリセルMC3が
4値モードで、それぞれ動作するものとされる。
In the flash memory of this embodiment, the memory cells of the two-layer gate structure constituting each memory array of the memory mats MATU and MATD are selectively operated in the binary mode or the multilevel mode in units of sectors, that is, word lines. Mode, that is, a four-value mode.
In the embodiment, for example, the memory cell MC1 coupled to the word lines WLU1 and WLU2 of the memory array ARYUL
And MC2 are in the binary mode, and the memory array ARYD
The memory cells MC3 coupled to the L word line WLD3 operate in the quaternary mode.

【0035】メモリセルが2値モードで動作するとき、
そのしきい値電圧は、図5(a)に例示されるように、
電位VRW1を境界電位として2段階の分布をとる。ま
た、各メモリセルは、それが消去状態にあり、そのしき
い値電圧が境界電位VRW1より低い分布1の領域にあ
るとき、例えば論理“0”のデータを保持するものとさ
れ、それが書き込み状態にあり、そのしきい値電圧が境
界電位VRW1より高い分布2の領域にあるときには、
論理“1”のデータを保持するものとされる。したがっ
て、フラッシュメモリの2値モードによる読み出し動作
は、指定されたセクタに対応するワード線を境界電位V
RW1のような選択レベルとすることにより行われ、そ
の2値モードによる書き込み動作は、書き込み後におけ
る指定メモリセルのしきい値電圧が分布2の領域に達す
るまで境界電位VRW1より充分に高い書き込み電圧を
印加することによって行われる。
When the memory cell operates in the binary mode,
The threshold voltage is, as exemplified in FIG.
A two-stage distribution is obtained with the potential VRW1 as the boundary potential. When each memory cell is in an erased state and its threshold voltage is in a region of distribution 1 lower than the boundary potential VRW1, for example, it is assumed that the memory cell holds data of logic "0". State and its threshold voltage is in the region of distribution 2 higher than the boundary potential VRW1,
It holds data of logic "1". Therefore, in the read operation of the flash memory in the binary mode, the word line corresponding to the specified sector is set to the boundary potential V
The write operation in the binary mode is performed by setting the write voltage to a selection level such as RW1. The write voltage sufficiently higher than the boundary potential VRW1 until the threshold voltage of the specified memory cell after writing reaches the area of distribution 2 is obtained. Is applied.

【0036】一方、メモリセルが多値モード、つまり例
えば4値モードで動作するとき、そのしきい値電圧は、
図5(b)に例示されるように、電位VRW1,VRW
2ならびにVRW3を境界電位として4段階の分布をと
る。また、各メモリセルは、特に制限されないが、それ
が消去状態にあり、そのしきい値電圧が境界電位VRW
1より低い分布1の領域にあるとき、例えば論理“0
1”のデータを保持するものとされ、それが書き込み状
態にあり、そのしきい値電圧が境界電位VRW1より高
い分布2,分布3あるいは分布4の領域にあるときに
は、それぞれ論理“00”“10”あるいは“11”の
データを保持するものとされる。
On the other hand, when a memory cell operates in a multilevel mode, for example, in a four-level mode, its threshold voltage is
As illustrated in FIG. 5B, the potentials VRW1 and VRW
A distribution of four steps is taken with 2 and VRW3 as boundary potentials. Each memory cell is not particularly limited, but is in an erased state, and its threshold voltage has a boundary potential VRW.
When it is in the area of distribution 1 lower than 1, for example, logic “0”
1 is held, and when the data is in the written state and its threshold voltage is in the distribution 2, distribution 3 or distribution 4 region higher than the boundary potential VRW1, the logic "00" and "10" respectively. "Or" 11 "data.

【0037】したがって、フラッシュメモリの4値モー
ドによる読み出し動作は、指定されたセクタに対応する
ワード線を境界電位VRW1,VRW2ならびにVRW
3のような選択レベルに順次切り換えていくことにより
行われ、その4値モードによる書き込み動作は、書き込
み後における指定メモリセルのしきい値電圧が目標とす
る分布2,分布3あるいは分布4の領域に達するまで境
界電位VRW1より充分に高い書き込み電圧を印加する
ことによって行われる。
Therefore, in the read operation of the flash memory in the four-value mode, the word line corresponding to the designated sector is connected to the boundary potentials VRW1, VRW2 and VRW.
The write operation in the quaternary mode is performed by sequentially switching to the selection level 3 as shown in FIG. Is performed by applying a write voltage sufficiently higher than the boundary potential VRW1 until the voltage reaches the threshold voltage VRW1.

【0038】なお、2値モードにおける境界電位VRW
1は、特に制限されないが、4値モードにおける境界電
位VRW1と同一電位とされる。また、図5に例示され
る分布状態が、ほんの一例であることは言うまでもな
く、各分布領域におけるメモリセルの保持データの論理
値も、任意に設定することが可能である。
The boundary potential VRW in the binary mode
Although not particularly limited, 1 is set to the same potential as the boundary potential VRW1 in the quaternary mode. Further, needless to say, the distribution state illustrated in FIG. 5 is only an example, and the logical value of the data held in the memory cells in each distribution region can also be set arbitrarily.

【0039】次に、図3に戻り、フラッシュメモリFM
0の間接周辺回路についてその概要を説明する。
Next, returning to FIG. 3, the flash memory FM
The outline of the indirect peripheral circuit of 0 will be described.

【0040】制御信号バッファCBは、マイクロコンピ
ュータMC等のアクセス装置から起動制御信号として供
給されるチップイネーブル信号CEB(ここで、それが
有効とされるとき選択的にロウレベルとされるいわゆる
反転信号等については、その名称の末尾にBを付して表
す。以下同様),ライトイネーブル信号WEB,出力イ
ネーブル信号OEB,リセット制御信号RESBならび
にコマンドデータイネーブル信号CDEBを受けて、フ
ラッシュメモリFM0の各部を動作状態とするための内
部制御信号を選択的に形成し、供給する。また、入出力
制御回路IOCは、上記制御信号バッファCBから供給
される内部制御信号とアクセス装置から供給されるシリ
アルクロック信号SCとをもとに、入出力制御に必要な
各種の内部制御信号を形成し、必要とする各部に供給す
る。さらに、クロック発生回路CPGは、所定の内部ク
ロック信号を生成し、ROM制御系回路ROMC,アド
レスカウンタACCならびに降圧回路VC等に供給す
る。
The control signal buffer CB is provided with a chip enable signal CEB (here, a so-called inverted signal or the like which is selectively turned to a low level when it is enabled) supplied as a start control signal from an access device such as a microcomputer MC. Of the flash memory FM0 in response to a write enable signal WEB, an output enable signal OEB, a reset control signal RESB, and a command data enable signal CDEB. An internal control signal for establishing a state is selectively formed and supplied. Further, the input / output control circuit IOC generates various internal control signals necessary for input / output control based on the internal control signal supplied from the control signal buffer CB and the serial clock signal SC supplied from the access device. Form and supply to required parts. Further, the clock generation circuit CPG generates a predetermined internal clock signal and supplies it to the ROM control system circuit ROMC, the address counter ACC, the step-down circuit VC, and the like.

【0041】一方、データ入出力バッファIOB0〜I
OB7は、アクセス装置からデータ入出力端子IO0〜
IO7を介して供給される8ビットの書き込みデータを
取り込み、入力データ演算回路IDAに伝達するととも
に、対応するメインアンプMA0〜MA7から出力され
る8ビットの読み出しデータを取り込み、データ入出力
端子IO0〜IO7を介してアクセス装置に出力する。
On the other hand, data input / output buffers IOB0 to IOB
OB7 is a data input / output terminal IO0 from the access device.
The 8-bit write data supplied via IO7 is fetched and transmitted to the input data operation circuit IDA, and the 8-bit read data output from the corresponding main amplifiers MA0 to MA7 is fetched, and the data input / output terminals IO0 to IO0 are input. Output to the access device via IO7.

【0042】この実施例において、データ入出力端子I
O0〜IO7は、フラッシュメモリFM0に対するメモ
リコマンドの入力端子としても併用される。このため、
データ入出力バッファIOB0〜IOB7は、アクセス
装置からデータ入出力端子IO0〜IO7を介して供給
されるメモリコマンドを8ビット単位で取り込み、コマ
ンドデコーダCMDに伝達する機能を併せ持つ。コマン
ドデコーダCMDは、制御信号バッファから供給される
所定の内部制御信号に従って動作し、データ入出力バッ
ファIOB0〜IOB7を介して供給されるメモリコマ
ンドを、予めリードオンリメモリROMに書き込まれた
固定データをもとにデコードする。そして、このデコー
ド結果に従ってフラッシュメモリFM0の動作モードを
決定し、対応する制御信号を選択的に形成して、各部に
供給する。
In this embodiment, the data input / output terminal I
O0 to IO7 are also used as input terminals of a memory command for the flash memory FM0. For this reason,
The data input / output buffers IOB0 to IOB7 have a function of taking in a memory command supplied from the access device via the data input / output terminals IO0 to IO7 in 8-bit units and transmitting the command to the command decoder CMD. The command decoder CMD operates according to a predetermined internal control signal supplied from the control signal buffer, and converts a memory command supplied via the data input / output buffers IOB0 to IOB7 into fixed data previously written in the read-only memory ROM. Decode to the original. Then, the operation mode of the flash memory FM0 is determined according to the decoding result, and a corresponding control signal is selectively formed and supplied to each unit.

【0043】前述のように、フラッシュメモリFM0の
各メモリアレイを構成するメモリセルは選択的に2値モ
ード又は4値モードで動作するが、これらの動作モード
は、アクセス装置からデータ入出力端子IO0〜IO7
を介して供給される所定のメモリコマンドをコマンドデ
コーダCMDでデコードすることによってメモリサイク
ルごとに決定される。このとき、メモリコマンドは、特
に制限されないが、図6に例示されるように、例えばそ
の第4ビットのコマンドデータCMB3として2値・多
値指定ビットを含み、各メモリアレイのメモリセルは、
コマンドデータCMB3がロウレベルつまり論理“0”
とされることで2値モードで動作し、ハイレベルつまり
論理“1”とされることで4値モードで動作する。
As described above, the memory cells constituting each memory array of the flash memory FM0 operate selectively in the binary mode or the quaternary mode. ~ IO7
Is determined for each memory cycle by decoding a predetermined memory command supplied through the command decoder CMD. At this time, although the memory command is not particularly limited, as illustrated in FIG. 6, for example, the fourth bit command data CMB3 includes a binary / multi-value designation bit, and the memory cell of each memory array is
Command data CMB3 is low level, that is, logic "0".
The operation in the two-level mode is performed when the signal is turned on, and the operation in the four-value mode is performed when the signal is set to the high level, that is, the logic “1”.

【0044】このように、本実施例のフラッシュメモリ
FM0は、フラッシュメモリFM1〜FM3を含めて、
指定されるセクタつまりワード線に対するアクセスを選
択的に2値モード又は4値モードで実行する。したがっ
て、フラッシュファイルシステムFFに、各セクタが2
値モード又は4値モードのいずれに割り当てられている
かを示す2値・多値管理テーブルVTを設けることで、
記憶領域を、ワード線単位で選択的に、かつ任意に2値
モード又は4値モードとして割り当てることができ、こ
れによってフラッシュファイルシステムFFひいてはこ
れを含むコンピュータシステム等のシステム柔軟性を高
めることができるものである。
As described above, the flash memory FM0 of this embodiment includes the flash memories FM1 to FM3,
Access to a specified sector, that is, a word line, is selectively executed in a binary mode or a quaternary mode. Therefore, each sector is 2 in the flash file system FF.
By providing a binary / multi-value management table VT indicating which of the value mode and the quaternary mode is assigned,
The storage area can be selectively and arbitrarily assigned in a binary mode or a quaternary mode on a word line basis, thereby increasing the system flexibility of the flash file system FF and, consequently, a computer system including the flash file system FF. Things.

【0045】なお、フラッシュメモリFM0は、さら
に、間接周辺回路として欠陥救済のための冗長制御回路
RC及びヒューズ回路FCと、各種の内部電圧を生成す
るための基板電源回路VRG,降圧回路VC,電源切替
回路POWSならびに電源制御回路POWCと、レディ
ービジー信号バッファRBB等を含むが、該機能ブロッ
クについては、本発明との関係が比較的薄いため、説明
を割愛する。
The flash memory FM0 further includes, as indirect peripheral circuits, a redundancy control circuit RC and a fuse circuit FC for relieving defects, a substrate power supply circuit VRG for generating various internal voltages, a step-down circuit VC, and a power supply. Although it includes a switching circuit POWS and a power supply control circuit POWC, a ready / busy signal buffer RBB, and the like, the description of the functional blocks is omitted because the relationship with the present invention is relatively thin.

【0046】図7には、図3のフラッシュメモリFM0
の2値モードによる読み出し動作時の一実施例の処理フ
ロー図が示され、図8には、その2値モードによる書き
込み動作時の一実施例の処理フロー図が示されている。
また、図9には、図3のフラッシュメモリFM0の多値
モードつまり4値モードによる読み出し動作時の一実施
例の処理フロー図が示され、図10には、その4値モー
ドによる読み出し動作時のワード線選択レベルとビット
線レベルの関係を説明するための一実施例の説明図が示
されている。さらに、図11には、図3のフラッシュメ
モリFM0の4値モードによる書き込み動作時の一実施
例の処理フロー図が示されている。これらの図をもと
に、この実施例のフラッシュメモリの2値モード及び4
値モードにおける動作の具体的手順ならびにその特徴に
ついて説明する。
FIG. 7 shows the flash memory FM0 of FIG.
FIG. 8 shows a processing flow diagram of an embodiment at the time of a read operation in the binary mode, and FIG. 8 shows a processing flow diagram of an embodiment at the time of a write operation in the binary mode.
FIG. 9 is a processing flowchart of an embodiment of the read operation in the multi-level mode, that is, the quaternary mode, of the flash memory FM0 of FIG. 3, and FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of one embodiment for explaining the relationship between the word line selection level and the bit line level. Further, FIG. 11 shows a processing flow chart of an embodiment at the time of the write operation in the quaternary mode of the flash memory FM0 of FIG. Based on these figures, the binary mode and 4
A specific procedure of the operation in the value mode and its characteristics will be described.

【0047】なお、図7及び図8では、メモリマットM
ATUのメモリアレイARYULのワード線WLU1に
結合されるメモリセルMC1が、2値モードで動作する
メモリセルの代表として例示され、図9ないし図11で
は、メモリマットMATDのメモリアレイARYDLの
ワード線WLD3に結合されるメモリセルMC3が、4
値モードで動作するメモリセルの代表として例示され
る。
In FIGS. 7 and 8, the memory mat M
The memory cell MC1 coupled to the word line WLU1 of the memory array ARYUL of the ATU is exemplified as a representative of the memory cell operating in the binary mode. In FIGS. 9 to 11, the word line WLD3 of the memory array ARYDL of the memory mat MATD is shown. Memory cell MC3 coupled to
It is exemplified as a representative of the memory cell operating in the value mode.

【0048】まず、図7において、フラッシュメモリF
M0の2値モードによる読み出し動作は、ステップST
71により、メモリアレイARYULのワード線WLU
1を境界電位VRW1のような選択レベルとすることに
より開始される。指定メモリアレイARYULのビット
線BLUは、予め例えば1.0V(ボルト)のようなハ
イレベルにプリチャージされ、対をなすメモリアレイA
RYDLのビット線BLDは、例えば0.5Vのような
中間レベルにプリチャージされる。
First, in FIG. 7, the flash memory F
The read operation in the binary mode of M0 is performed in step ST
71, the word line WLU of the memory array ARYUL
It is started by setting 1 to a selection level such as the boundary potential VRW1. The bit lines BLU of the designated memory array ARYUL are precharged to a high level such as 1.0 V (volts) in advance, and a pair of memory arrays A
The bit line BLD of RYDL is precharged to an intermediate level, for example, 0.5V.

【0049】メモリアレイARYULのメモリセルMC
1が消去状態にあり、論理“0”のデータを保持する場
合、そのしきい値電圧は、前記図5(a)に示した通り
分布1の領域にある。このため、メモリセルMC1は、
対応するワード線WLU1が境界電位VRW1のような
選択レベルとされることでオン状態となり、ビット線B
LUの約1.0Vのプリチャージレベルは、選択メモリ
セルMC1を介してディスチャージされ、例えば0Vの
ようなロウレベルとされる。
Memory cell MC of memory array ARYUL
When 1 is in the erased state and holds data of logic "0", its threshold voltage is in the region of distribution 1 as shown in FIG. For this reason, the memory cell MC1
When the corresponding word line WLU1 is set to a selection level such as the boundary potential VRW1, the word line WLU1 is turned on, and the bit line B
The precharge level of about 1.0 V of the LU is discharged via the selected memory cell MC1, and is set to a low level such as 0 V, for example.

【0050】しかし、メモリアレイARYULのメモリ
セルMC1が書き込み状態にあり、論理“1”のデータ
を保持する場合、そのしきい値電圧は、図5(a)の分
布2の領域にある。このため、メモリセルMC1は、対
応するワード線WLU1が境界電位VRW1のような選
択レベルとされてもオン状態とはならず、ビット線BL
Uの約1.0Vのプリチャージレベルは、チャージシェ
アによりやや低下する程度で、約0.9Vのようなハイ
レベルのままとされる。
However, when the memory cell MC1 of the memory array ARYUL is in a write state and holds data of logic "1", its threshold voltage is in the area of distribution 2 in FIG. Therefore, even if the corresponding word line WLU1 is set to a selection level such as the boundary potential VRW1, the memory cell MC1 is not turned on and the bit line BL
The precharge level of U of about 1.0 V is slightly lowered by charge sharing, and is kept at a high level such as about 0.9 V.

【0051】メモリアレイARYULのビット線BLU
におけるロウレベル又はハイレベルの読み出し信号は、
ステップST72で、センスラッチSLLの対応する単
位センスラッチUSLが動作状態とされることにより、
対をなすビット線BLDの中間レベルを参照電位として
増幅され、その論理値が確定される。ビット線BLUの
論理値、つまりビット線BLUのハイレベル/ロウレベ
ル(H/L)は、そのままセンスラッチSLLの対応す
る単位センスラッチUSLに格納される。そして、ステ
ップST73により、対応するコモンIO線CIOSを
介して選択的にメインアンプMA0〜MA7にシリアル
に伝達され、増幅された後、データ入出力バッファIO
B0〜IOB7からデータ入出力端子IO0〜IO7を
介して、アクセス装置たるマイクロコンピュータMC等
に出力される。
Bit line BLU of memory array ARYUL
The low-level or high-level read signal at
In step ST72, the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL is set to the operating state,
The intermediate level of the paired bit lines BLD is amplified as a reference potential, and its logical value is determined. The logical value of the bit line BLU, that is, the high level / low level (H / L) of the bit line BLU is stored as it is in the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL. Then, in step ST73, the data is selectively transmitted serially to the main amplifiers MA0 to MA7 via the corresponding common IO line CIOS, amplified, and then input / output buffer IO.
The data is output from B0 to IOB7 to a microcomputer MC or the like as an access device via data input / output terminals IO0 to IO7.

【0052】一方、フラッシュメモリFM0の2値モー
ドによる書き込み動作は、図8に示されるように、ステ
ップST81により、データ入出力バッファIOB0〜
IOB7から入力データ演算回路IDAならびにコモン
IO線CIOSを介して8ビット単位でシリアルに供給
される書き込みデータを、センスラッチSLLの単位セ
ンスラッチUSLに順次取り込むことにより開始され
る。
On the other hand, in the write operation of the flash memory FM0 in the binary mode, as shown in FIG.
The operation is started by sequentially taking in write data serially supplied in 8-bit units from the IOB 7 via the input data operation circuit IDA and the common IO line CIOS into the unit sense latch USL of the sense latch SLL.

【0053】センスラッチSLLの単位センスラッチU
SLに取り込まれた書き込みデータは、ステップST8
2により、メモリアレイARYULのワード線WLU1
に結合されるn+1個のメモリセルにワード線単位でパ
ラレルに書き込まれる。このとき、書き込みデータの対
応するビットが論理“0”である場合、例えば対応する
ビットBLUがハイレベルとされるためにメモリセルM
C1のしきい値電圧は変化しないが、書き込みデータの
対応するビットが論理“1”である場合、対応するビッ
ト線BLUがロウレベルとされるためにメモリセルMC
1のしきい値電圧は徐々に高くされ、図5(a)の分布
2の領域に移行する。
Unit sense latch U of sense latch SLL
The write data captured in the SL is stored in step ST8.
2, the word line WLU1 of the memory array ARYUL
Are written in parallel to the (n + 1) memory cells coupled to the word line unit. At this time, when the corresponding bit of the write data is logic “0”, for example, since the corresponding bit BLU is set to the high level, the memory cell M
Although the threshold voltage of C1 does not change, if the corresponding bit of the write data is logic "1", the corresponding bit line BLU is set to low level, so that the memory cell MC
The threshold voltage of 1 is gradually increased, and shifts to the region of distribution 2 in FIG.

【0054】次に、多値モードつまり4値モードによる
読み出し動作は、図9に例示されるように、まずステッ
プST91により、メモリアレイARYDLの指定され
たワード線WLD3を境界電位VRW1のような選択レ
ベルとすることにより開始される。メモリアレイARY
DLのビット線BLD等は、予め1.0Vのようなハイ
レベルにプリチャージされ、対をなすメモリアレイAR
YULのビット線BLU等は、0.5Vのような中間レ
ベルにプリチャージされる。
Next, in the read operation in the multi-value mode, that is, in the quaternary mode, as shown in FIG. 9, first, in step ST91, the designated word line WLD3 of the memory array ARYDL is selected by the boundary potential VRW1. Start by leveling. Memory array ARY
The DL bit lines BLD and the like are pre-charged to a high level such as 1.0 V in advance, and form a pair of memory arrays AR.
The YUL bit lines BLU and the like are precharged to an intermediate level such as 0.5V.

【0055】メモリアレイARYDLの選択メモリセル
MC3が消去状態にあり、論理“01”のデータを保持
する場合、そのしきい値電圧は、図5(b)に示した通
り分布1の領域にある。このため、メモリセルMC3
は、ワード線WLD3が境界電位VRW1のような選択
レベルとされることでオン状態となり、ビット線BLD
の1.0Vのプリチャージレベルは、選択メモリセルM
C3を介してディスチャージされ、図10に示されるよ
うに、ロウレベルLとされる。このことは、ワード線W
LD3が境界電位VRW2又はVRW3のような選択レ
ベルとされる場合でも同様であり、ビット線BLDはや
はりロウレベルLとなる。
When the selected memory cell MC3 of the memory array ARYDL is in the erased state and holds data of logic "01", its threshold voltage is in the region of distribution 1 as shown in FIG. . Therefore, the memory cell MC3
Is turned on when the word line WLD3 is set to a selection level like the boundary potential VRW1, and the bit line BLD
1.0V precharge level is selected by the selected memory cell M
Discharged via C3, and brought to a low level L as shown in FIG. This means that the word line W
The same applies to the case where LD3 is at a selection level such as the boundary potential VRW2 or VRW3, and the bit line BLD is also at the low level L.

【0056】一方、メモリアレイARYDLのメモリセ
ルMC3が第1ないし第3の書き込み状態にあって、論
理“00”“10”あるいは“11”のデータを保持す
る場合、そのしきい値電圧は、図5(b)の分布2,分
布3あるいは分布4の領域にある。このため、メモリセ
ルMC3は、対応するワード線WLD3が境界電位VR
W1のような選択レベルとされてもオン状態とはなら
ず、ビット線BLDの約1.0Vのプリチャージレベル
は、チャージシェアによりやや低下する程度で、約0.
9VのようなハイレベルHのままとされる。
On the other hand, when the memory cell MC3 of the memory array ARYDL is in the first to third write states and holds data of logic "00", "10" or "11", its threshold voltage is It is in the distribution 2, distribution 3 or distribution 4 region of FIG. Therefore, in the memory cell MC3, the corresponding word line WLD3 has the boundary potential VR.
Even if a selection level such as W1 is set, the bit line BLD is not turned on, and the precharge level of about 1.0 V of the bit line BLD is slightly reduced due to charge sharing.
It is kept at a high level H such as 9V.

【0057】メモリアレイARYDLのビット線BLD
におけるロウレベル又はハイレベルの読み出し信号は、
ステップST92で、センスラッチSLLの対応する単
位センスラッチUSLが動作状態とされることにより、
対をなすビット線BLUの中間レベルを参照電位として
増幅され、その論理値が確定される。ビット線BLDの
論理値、つまりビット線BLDのハイレベル/ロウレベ
ル(H/L)は、そのままセンスラッチSLLの対応す
る単位センスラッチUSLに格納され、保持されるが、
ステップST93により、メモリアレイARYDL側の
対応する単位データラッチUDLDに転送され、保持さ
れる。
Bit line BLD of memory array ARYDL
The low-level or high-level read signal at
In step ST92, the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL is set to the operating state,
The intermediate level of the paired bit lines BLU is amplified as a reference potential, and its logical value is determined. The logic value of the bit line BLD, that is, the high level / low level (H / L) of the bit line BLD is stored and held as it is in the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL.
In step ST93, the data is transferred to and held by the corresponding unit data latch UDLD on the memory array ARYDL side.

【0058】次に、ステップST94により、ワード線
WLD3を境界電位VRW2のような選択レベルとし
て、メモリセルMC3に対する同様な読み出し動作が行
われ、その結果が、ステップST95により、センスラ
ッチSLLの単位センスラッチUSLによって増幅され
る。ビット線BLDの論理値は、ステップST96によ
り、センスラッチSLLの単位センスラッチUSLから
メモリアレイARYUL側の単位データラッチUDLU
に転送され、保持される。そして、ステップST97に
より、ワード線WLD3を境界電位VRW3のような選
択レベルとして、メモリセルMC3に対する3回目の読
み出し動作が行われ、その結果が、ステップST98に
より、センスラッチSLLの単位センスラッチUSLに
より増幅された後、そのまま対応する単位センスラッチ
USLに保持される。
Next, in step ST94, a similar read operation is performed on the memory cell MC3 by setting the word line WLD3 to a selection level such as the boundary potential VRW2. It is amplified by the latch USL. In step ST96, the logical value of the bit line BLD is changed from the unit sense latch USL of the sense latch SLL to the unit data latch UDLU on the memory array ARYUL side.
Is transferred to and retained. Then, in step ST97, the third read operation is performed on the memory cell MC3 by setting the word line WLD3 to a selection level such as the boundary potential VRW3, and the result is obtained by the unit sense latch USL of the sense latch SLL in step ST98. After being amplified, it is held in the corresponding unit sense latch USL as it is.

【0059】ステップST99では、センスラッチSL
Lの単位センスラッチUSLに保持される3回目の読み
出し結果(USL)と、単位データラッチUDLDに保
持される1回目の読み出し結果(UDLD)との排他的
論理和がとられ、その反転値が同じ単位データラッチU
DLDに格納される。単位データラッチUDLDの保持
データは、単位データラッチUDLUの保持データとと
もに、ステップST910により、コモンIO線CIO
S及びCIODに出力され、メインアンプMA0〜MA
7からデータ入出力バッファIOB0〜IOB7ならび
にデータ入出力端子IO0〜IO7を介してマイクロコ
ンピュータMC等に出力される。
At step ST99, sense latch SL
The exclusive OR of the third read result (USL) held in the L unit sense latch USL and the first read result (UDLD) held in the unit data latch UDLD is obtained, and the inverted value thereof is calculated. Same unit data latch U
Stored in DLD. The data held in the unit data latch UDLD together with the data held in the unit data latch UDLU are determined in step ST910 by the common IO line CIO.
S and CIOD are output to the main amplifiers MA0-MA
7 is output to the microcomputer MC or the like via the data input / output buffers IOB0 to IOB7 and the data input / output terminals IO0 to IO7.

【0060】メモリセルMC3が論理“00”のデータ
を保持する場合、ビット線BLDのレベルは、図10に
例示されるように、ワード線WLD3が境界電位VRW
1のような選択レベルとされる1回目の読み出し動作時
ではハイレベルHとなるが、境界電位VRW2及びVR
W3のような選択レベルとされる2回目及び3回目の読
み出し動作時にはともにロウレベルLとなる。また、メ
モリセルMC3が論理“10”のデータを保持する場
合、1回目及び2回目の読み出し動作時ではハイレベル
Hとなるが、3回目の読み出し動作にはロウレベルLと
なる。さらに、メモリセルMC3が論理“11”のデー
タを保持する場合、1回目ないし3回目の読み出し動作
時のすべてにおいてハイレベルHとなる。
When memory cell MC3 holds data of logic "00", the level of bit line BLD is such that word line WLD3 is at boundary potential VRW as shown in FIG.
At the time of the first read operation at a selection level such as 1, the level is high, but the boundary potentials VRW2 and VRW are high.
At the time of the second and third read operations at a selection level such as W3, both become low level L. Further, when the memory cell MC3 holds data of logic "10", it becomes high level H in the first and second read operations, but becomes low level L in the third read operation. Further, when the memory cell MC3 holds data of logic "11", it becomes high level H in all of the first to third read operations.

【0061】図10から明らかなように、単位データラ
ッチUDLUに保持される2回目の読み出し動作の出力
論理値は、そのままメモリセルMC3の保持データの上
位ビットの論理値に対応する。また、単位データラッチ
UDLDに保持される1回目の読み出し動作の出力論理
値(UDLD)と、単位センスラッチUSLに保持され
る3回目の読み出し動作の出力論理値(USL)との排
他的論理和は、さらに論理反転されることによってメモ
リセルMC3の保持データの下位ビットの論理値に対応
する。したがって、図9のステップST99の処理が終
了した後における単位データラッチUDLU及びUDL
Dの保持データは、メモリセルMC3の保持データの上
位及び下位ビットにそれぞれ対応するものとなる。
As is apparent from FIG. 10, the output logical value of the second read operation held in the unit data latch UDLU directly corresponds to the logical value of the upper bit of the data held in the memory cell MC3. Further, an exclusive OR of an output logical value (UDLD) of the first read operation held in the unit data latch UDLD and an output logical value (USL) of the third read operation held in the unit sense latch USL is performed. Correspond to the logical value of the lower bit of the data held in the memory cell MC3 by further logical inversion. Therefore, unit data latches UDLU and UDLU after the process of step ST99 in FIG.
The data held in D corresponds to the upper and lower bits of the data held in the memory cell MC3, respectively.

【0062】一方、多値モードつまり4値モードによる
書き込み動作は、図11に例示されるように、まずステ
ップST111により、入力データ演算回路IDAから
コモンIO線CIOS及びCIODを介して供給される
書き込みデータを、データラッチDLU及びDLDの単
位データラッチUDLU及びUDLDに取り込むことに
より開始される。単位データラッチUDLU及びUDL
Dに取り込まれ、保持される書き込みデータの上位及び
下位ビットは、ステップST112により、その非反転
値と反転値との論理和がとられ、その結果がセンスラッ
チSLLの対応する単位センスラッチUSLに格納され
る。
On the other hand, in the write operation in the multilevel mode, that is, the quaternary mode, as shown in FIG. 11, first, in step ST111, the write operation supplied from the input data operation circuit IDA via the common IO lines CIOS and CIOD is performed. The process is started by taking data into the unit data latches UDLU and UDLD of the data latches DLU and DLD. Unit data latches UDLU and UDL
The upper and lower bits of the write data captured and held in D are ORed with the non-inverted value and the inverted value in step ST112, and the result is stored in the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL. Is stored.

【0063】図10から明らかなように、単位データラ
ッチUDLUの保持データの非反転値と単位データラッ
チUDLDの保持データの反転値の論理和は、メモリセ
ルMC3に書き込むべきデータの上位ビットの反転値と
下位ビットの非反転値との論理積の反転値に対応する。
言い換えるならば、ステップST112による論理和の
結果が論理“1”であるということは、メモリセルMC
3に書き込むべきデータの論理値が“01”以外である
ことを示すものであって、これを受けて、ステップST
113によるメモリセルMC3のしきい値電圧を分布2
の領域に引き上げるための書き込みが選択的に行われ
る。言うまでもなく、ステップST112による論理和
の結果が論理“0”である場合、ステップST113に
よる1回目の書き込みは行われず、メモリセルMC3は
消去状態のままとされる。
As apparent from FIG. 10, the logical OR of the non-inverted value of the data held in unit data latch UDLU and the inverted value of the data held in unit data latch UDLD is obtained by inverting the upper bit of the data to be written to memory cell MC3. It corresponds to the inverted value of the logical product of the value and the non-inverted value of the lower bit.
In other words, the result of the logical sum at step ST112 being logic "1" means that the memory cell MC
3 indicates that the logical value of the data to be written is other than "01".
The distribution of the threshold voltage of the memory cell MC3 by the
Is selectively performed to raise the area. Needless to say, if the result of the logical sum in step ST112 is logical "0", the first write in step ST113 is not performed, and the memory cell MC3 remains in the erased state.

【0064】以下、ステップST114により、単位デ
ータラッチUDLUの保持データの非反転値と単位デー
タラッチUDLDの保持データの非反転値との論理和が
とられ、その結果に応じて、ステップST115による
メモリセルMC3のしきい値電圧を分布3の領域まで引
き上げるための書き込みが選択的に行われる。また、ス
テップST116により、単位データラッチUDLUの
保持データの反転値と単位データラッチUDLDの保持
データの非反転値との論理和がとられ、その結果に応じ
て、ステップST117によるメモリセルMC3のしき
い値電圧を分布4の領域まで引き上げるための書き込み
が選択的に行われる。
Thereafter, in step ST114, the logical sum of the non-inverted value of the data held in unit data latch UDLU and the non-inverted value of the data held in unit data latch UDLD is calculated. Writing for raising the threshold voltage of the cell MC3 to the region of distribution 3 is selectively performed. Also, in step ST116, the logical sum of the inverted value of the data held in unit data latch UDLU and the non-inverted value of the data held in unit data latch UDLD is calculated, and according to the result, the memory cell MC3 in step ST117 is removed. Writing for raising the threshold voltage to the region of distribution 4 is selectively performed.

【0065】図10から明らかなように、ステップST
114による単位データラッチUDLUの保持データの
非反転値と単位データラッチUDLDの保持データの非
反転値との論理和の結果は、メモリセルMC3に書き込
むべきデータの上位ビットの反転値と下位ビットの反転
値との論理積の反転値に対応するものであり、論理和の
結果が論理“1”であるということは、メモリセルMC
3に書き込むべきデータの論理値が“00”以外、すな
わち“10”又は“11”であることを示すものに他な
らない。また、ステップST116による単位データラ
ッチUDLUの保持データの反転値と単位データラッチ
UDLDの保持データの非反転値との論理和の結果は、
メモリセルMC3に書き込むべきデータの上位ビットの
非反転値と下位ビットの反転値との論理積の反転値に対
応し、論理和の結果が論理“1”であるということは、
メモリセルMC3に書き込むべきデータの論理値が“1
0”以外、すなわち“11”であることを示すものに他
ならない。
As is clear from FIG. 10, step ST
The result of the OR operation between the non-inverted value of the data held in the unit data latch UDLU and the non-inverted value of the data held in the unit data latch UDLD by 114 indicates the inverted value of the upper bit and the lower bit of the data to be written to the memory cell MC3. It corresponds to the inverted value of the logical product of the memory cell MC and the inverted value.
No. 3 indicates that the logical value of the data to be written is other than "00", that is, "10" or "11". The result of the logical sum of the inverted value of the data held in the unit data latch UDLU and the non-inverted value of the data held in the unit data latch UDLD in step ST116 is as follows:
The fact that the result of the logical sum is logical "1" corresponding to the inverted value of the logical product of the non-inverted value of the upper bit and the inverted value of the lower bit of the data to be written to the memory cell MC3 means that
The logical value of the data to be written to the memory cell MC3 is “1”.
It is nothing but "0", that is, "11".

【0066】これらのことから、メモリアレイARYD
Lの指定されたメモリセルMC3のしきい値電圧は、ス
テップST113,ST115ならびにST117によ
る書き込みを受けて次第に高くなり、分布1の領域の消
去状態から、分布2,分布3あるいは分布4の領域の書
き込み状態へと変化されるものとなる。
From these, the memory array ARYD
The threshold voltage of the memory cell MC3 designated as L gradually increases after receiving the writing in steps ST113, ST115 and ST117, and changes from the erased state of the distribution 1 area to the distribution 2, distribution 3 or distribution 4 area. The state is changed to the write state.

【0067】以上のように、この実施例のフラッシュメ
モリFM0〜FM3では、指定されたセクタつまりワー
ド線に対するアクセスが、メモリコマンドの所定ビット
に従って選択的に2値モード又は4値モードで行われ、
フラッシュファイルシステムFFには、各セクタが2値
モード又は4値モードのいずれに割り当てられているか
を示す2値・多値管理テーブルVTが設けられる。この
結果、データ密度は比較的低いが高速動作可能な2値領
域と、動作速度は比較的遅いがデータ密度の高い多値領
域とを同一チップ上に実現することができるとともに、
フラッシュファイルシステムFFの記憶領域を、セクタ
つまりワード線単位で選択的に、かつ任意の組み合わせ
で2値モード又は4値モードで割り当てることができ、
これによってフラッシュファイルシステムFFひいては
これを含むコンピュータシステム等のシステム柔軟性を
高めることができるものとなる。
As described above, in the flash memories FM0 to FM3 of this embodiment, the access to the designated sector, that is, the word line is selectively performed in the binary mode or the quaternary mode according to the predetermined bit of the memory command.
The flash file system FF is provided with a binary / multivalue management table VT indicating whether each sector is assigned to the binary mode or the quaternary mode. As a result, a binary region having a relatively low data density but capable of high-speed operation and a multi-value region having a relatively low operation speed but a high data density can be realized on the same chip.
The storage area of the flash file system FF can be selectively allocated in units of sectors, that is, word lines, and in any combination in the binary mode or the quaternary mode,
As a result, the system flexibility of the flash file system FF and the computer system including the flash file system FF can be enhanced.

【0068】図12には、図3のフラッシュメモリのデ
ータ圧縮・解凍動作を説明するための一実施例の概念図
が示されている。また、図13には、図3のフラッシュ
メモリのデータ圧縮時の一実施例の処理フロー図が示さ
れ、図14には、そのデータ解凍時の一実施例の処理フ
ロー図が示されている。これらの図をもとに、この実施
例のフラッシュメモリのもう一つの特徴であるデータ圧
縮・解凍機能とその効果について説明する。なお、図1
2〜図14においても、フラッシュメモリFM0の説明
をもって、フラッシュメモリFM1〜FM3を説明す
る。また、メモリアレイARYULのメモリセルMC1
及びMC2が、2値モードで動作するメモリセルの代表
例とされ、メモリアレイARYDLのメモリセルMC3
が、多値モードつまり4値モードで動作するメモリセル
の代表例とされる。
FIG. 12 is a conceptual diagram of one embodiment for explaining the data compression / decompression operation of the flash memory of FIG. FIG. 13 shows a processing flow chart of an embodiment at the time of data compression of the flash memory of FIG. 3, and FIG. 14 shows a processing flow chart of an embodiment at the time of data decompression. . A data compression / decompression function, which is another feature of the flash memory of this embodiment, and its effects will be described with reference to these drawings. FIG.
2 to 14, the flash memories FM1 to FM3 will be described with the description of the flash memory FM0. The memory cell MC1 of the memory array ARYUL
And MC2 are representative examples of the memory cells operating in the binary mode, and the memory cells MC3 of the memory array ARYDL are
Are typical examples of the memory cells operating in the multi-level mode, that is, the quaternary mode.

【0069】この応用例において、フラッシュメモリF
M0は、アクセス装置たるマイクロコンピュータMC等
との間のデータ授受を2値モードで行う。このため、フ
ラッシュメモリFM0は、マイクロコンピュータMC等
から供給される書き込みデータを、まず2値モードでメ
モリセルMC1及びMC2に書き込んだ後、これを読み
出し、メモリセルMC3に多値モードつまり4値モード
で書き込むデータ圧縮機能と、マイクロコンピュータM
C等に対する読み出しデータの出力に先立ち、メモリセ
ルMC3に保持されるデータを4値モードで読み出し、
メモリセルMC1及びMC2に2値モードで書き込むデ
ータ解凍機能とを備える。
In this application example, the flash memory F
M0 exchanges data with a microcomputer MC or the like as an access device in a binary mode. For this reason, the flash memory FM0 first writes write data supplied from the microcomputer MC or the like in the binary mode to the memory cells MC1 and MC2, reads it out, and stores it in the memory cell MC3 in the multilevel mode, that is, the quaternary mode. Data compression function to be written by microcomputer and microcomputer M
Prior to the output of the read data to C or the like, the data held in the memory cell MC3 is read in a quaternary mode,
A data decompression function for writing to the memory cells MC1 and MC2 in the binary mode.

【0070】書き込み動作時、マイクロコンピュータM
C等からフラッシュメモリFM0に与えられる論理値
“00”“01”“10”ならびに“11”の書き込み
データは、図12に例示されるように、2個のメモリセ
ルMC1及びMC2に、そのままの論理値で2値モード
によって書き込まれる。これらの書き込みデータは、図
12に実線で示されるように、後刻、メモリセルMC1
及びMC2から読み出され、データ圧縮を受けて1個の
メモリセルMC3に書き込まれる。
At the time of the writing operation, the microcomputer M
The write data of the logical values “00”, “01”, “10” and “11” given to the flash memory FM0 from C or the like are stored in the two memory cells MC1 and MC2 as they are, as illustrated in FIG. Written in binary mode with logical values. These write data are stored in the memory cell MC1 at a later time, as indicated by the solid line in FIG.
And MC2, and is subjected to data compression and written into one memory cell MC3.

【0071】このとき、フラッシュメモリFM0では、
図13に示されるように、まずステップST131によ
り、メモリセルMC1の保持データが2値モードで読み
出され、センスラッチSLLの対応する単位センスラッ
チUSLによって増幅された後、ステップST132に
より、データラッチDLUの対応する単位データラッチ
UDLUに転送される。また、ステップST133によ
り、メモリセルMC2の保持データが同じく2値モード
で読み出され、センスラッチSLLの対応する単位セン
スラッチUSLによって増幅された後、ステップST1
34により、データラッチDLDの対応する単位データ
ラッチUDLDに転送される。そして、ステップST1
35により、単位データラッチUDLU及びUDLDの
保持データに対して、図12に従ったデータ圧縮処理が
行われ、その結果が多値モードつまり4値モードで対応
するメモリセルMC3に書き込まれる。
At this time, in the flash memory FM0,
As shown in FIG. 13, first, in step ST131, the data held in the memory cell MC1 is read in the binary mode, and is amplified by the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL. The data is transferred to the corresponding unit data latch UDLU of the DLU. Also, in step ST133, the data held in the memory cell MC2 is read in the binary mode in the same manner and amplified by the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL.
At 34, the data is transferred to the corresponding unit data latch UDLD of the data latch DLD. Then, step ST1
By 35, the data held in the unit data latches UDLU and UDLD are subjected to data compression processing in accordance with FIG. 12, and the result is written to the corresponding memory cell MC3 in the multi-level mode, that is, the quaternary mode.

【0072】一方、マイクロコンピュータMC等のアク
セス装置からデータの読み出し指示があると、フラッシ
ュメモリFM0は、予め対応する記憶領域のメモリセル
MC3から、その保持データを多値モードつまり4値モ
ードで読み出す。これらの読み出しデータは、図12に
点線で示されるように、データ解凍処理を受けて対応す
る2個のメモリセルMC1及びMC2に2値モードで書
き込まれた後、改めてこれらのメモリセルMC1及びM
C2から2値モードで読み出され、マイクロコンピュー
タMC等のアクセス装置に出力される。
On the other hand, when there is an instruction to read data from an access device such as the microcomputer MC, the flash memory FM0 reads the held data from the memory cell MC3 of the corresponding storage area in the multi-value mode, that is, the quaternary mode. . These read data are subjected to data decompression processing and written in the corresponding two memory cells MC1 and MC2 in the binary mode, as shown by the dotted lines in FIG. 12, and then these memory cells MC1 and M2 are renewed.
The data is read from C2 in a binary mode and output to an access device such as a microcomputer MC.

【0073】データ解凍時、フラッシュメモリFM0で
は、図14に示されるように、まずステップST141
により、メモリセルMC3の保持データが4値モードで
読み出され、図12に従ったデータ解凍処理を受けた
後、データラッチDLU及びDLDの対応する単位デー
タラッチUDLU及びUDLDに取り込まれる。このう
ち、単位データラッチUDLUに保持されるデータは、
ステップST142により、センスラッチSLLの対応
する単位センスラッチUSLに転送された後、ステップ
ST143により、対応するメモリセルMC1に2値モ
ードで書き込まれる。また、単位データラッチUDLD
に保持されるデータは、ステップST144により、対
応する単位センスラッチUSLに転送された後、ステッ
プST145により、対応するメモリセルMC2に2値
モードで書き込まれる。
At the time of data decompression, first, in the flash memory FM0, as shown in FIG.
As a result, the data held in the memory cell MC3 is read in the quaternary mode, subjected to the data decompression process according to FIG. 12, and then loaded into the corresponding unit data latches UDLU and UDLD of the data latches DLU and DLD. Among them, the data held in the unit data latch UDLU is
After being transferred to the corresponding unit sense latch USL of the sense latch SLL in step ST142, the data is written to the corresponding memory cell MC1 in the binary mode in step ST143. Also, the unit data latch UDLD
Is transferred to the corresponding unit sense latch USL in step ST144, and is written in the corresponding memory cell MC2 in the binary mode in step ST145.

【0074】周知のように、2値モードによるデータの
読み出し及び書き込み動作の所要時間は、4値モードに
よるデータの読み出し及び書き込み動作の所要時間に比
較して3分の1から5分の1程度に短くて済む。しか
し、メモリセルをすべて2値モードで動作させた場合、
メモリアレイ部におけるデータ密度は4値モードに比較
して2分の1となり、相応してメモリアレイ部のレイア
ウト所要面積が大きくなって、フラッシュメモリFM0
のチップサイズが大きくなる。
As is well known, the time required for data read and write operations in the binary mode is about one third to one fifth of the time required for data read and write operations in the four value mode. To be short. However, when all the memory cells are operated in the binary mode,
The data density in the memory array section is halved compared to that in the quaternary mode, and the required layout area of the memory array section is correspondingly increased.
Chip size increases.

【0075】上記のように、フラッシュメモリFM0に
データ圧縮・解凍機能を持たせ、2値モードで動作する
メモリセルMC1及びMC2を言わばバッファとして用
い、マイクロコンピュータMC等のアクセス装置からの
アクセスを2値モードで受け付けることで、マイクロコ
ンピュータMC等からみたフラッシュメモリFM0の実
質的なアクセスタイムを短縮できるとともに、例えば、
2値モードで動作するメモリセルMC1及びMC2の領
域を1セクタのみとし、他の記憶領域をすべて4値モー
ドとすることで、メモリアレイ部のデータ密度を約2倍
に高め、そのレイアウト所要面積を小さくすることがで
きる。この結果、フラッシュメモリを高速動作させつ
つ、そのチップサイズを縮小できるものとなる。
As described above, the flash memory FM0 has a data compression / decompression function, and the memory cells MC1 and MC2 operating in the binary mode are used as buffers, so that the access from the access device such as the microcomputer MC can be performed for two times. By accepting in the value mode, the substantial access time of the flash memory FM0 viewed from the microcomputer MC or the like can be reduced, and for example,
By setting the area of the memory cells MC1 and MC2 operating in the binary mode to only one sector and all the other storage areas to be in the quaternary mode, the data density of the memory array section is approximately doubled, and the layout required area is increased. Can be reduced. As a result, the chip size can be reduced while operating the flash memory at high speed.

【0076】以上の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 (1)フラッシュファイルシステム等のシステムに含ま
れるフラッシュメモリ等の半導体記憶装置において、メ
モリアレイを構成する2層ゲート構造型メモリセルを、
コマンドに従って選択的に2値モード又は例えば4値モ
ードの多値モードで動作させるとともに、その記憶領域
を、例えばセクタつまりワード線単位で選択的に2値モ
ードで動作する2値領域又は多値モードで動作する多値
領域とし、フラッシュファイルシステム等に、フラッシ
ュメモリ等のワード線を単位とする記憶領域が2値領域
又は多値領域のいずれに割り当てられているかを示す2
値・多値管理テーブルを設けることで、レイアウト密度
は比較的低いが高速動作可能な2値領域と、動作速度は
比較的遅いがレイアウト密度の高い多値領域とを同一チ
ップ上に実現することができるとという効果が得られ
る。
The operation and effect obtained from the above embodiment are as follows. (1) In a semiconductor memory device such as a flash memory included in a system such as a flash file system, a two-layer gate structure type memory cell forming a memory array is
The storage area is selectively operated in a binary mode or a multilevel mode such as a quaternary mode in accordance with a command, and a storage area is selectively operated in a binary mode or a multilevel mode in units of, for example, word lines. 2 indicates whether a storage area in units of word lines, such as a flash memory, is allocated to a binary area or a multi-level area in a flash file system or the like.
By providing a value / multi-value management table, a binary region having a relatively low layout density but capable of high-speed operation and a multi-value region having a relatively low operation speed but high layout density can be realized on the same chip. Is obtained.

【0077】(2)上記(1)項により、フラッシュメ
モリ等及びこれを含むフラッシュファイルシステム等の
記憶領域を、システム構成に応じて選択的に活用し、そ
の構成比率も自由に設定することができるという効果が
得られる。
(2) According to the above item (1), a storage area of a flash memory or the like and a flash file system or the like containing the same can be selectively used according to the system configuration, and the configuration ratio can be set freely. The effect that it can be obtained is obtained.

【0078】(3)上記(1)項及び(2)項におい
て、フラッシュメモリ等の2値領域を、その多値領域に
対するデータ書き込み又は読み出し時のバッファ領域と
して使用するとともに、フラッシュメモリ等に、2値領
域の例えば2個のメモリセルに書き込まれたデータを読
み出し、多値領域の1個のメモリセルに書き込むデータ
圧縮機能と、多値領域の1個のメモリセルに書き込まれ
たデータを読み出し、2値領域の例えば2個のメモリセ
ルに書き込むデータ解凍機能とを持たせることで、フラ
ッシュメモリ等のアクセス装置側からみた見掛け上のア
クセスタイムを短縮しつつ、そのチップサイズを縮小で
きるという効果が得られる。 (4)上記(1)項ないし(3)項により、フラッシュ
メモリ等及びこれを含むフラッシュファイルシステム等
の高速化を図りつつ、その利便性を高めることができる
という効果が得られる。
(3) In the above items (1) and (2), the binary area of the flash memory or the like is used as a buffer area at the time of writing or reading data to or from the multi-level area. A data compression function for reading data written to, for example, two memory cells in a binary area, and writing data to one memory cell in a multi-level area, and reading data written to one memory cell in a multi-level area By providing a data decompression function for writing data to, for example, two memory cells in a binary area, it is possible to reduce the chip size while reducing the apparent access time from the side of an access device such as a flash memory. Is obtained. (4) According to the above items (1) to (3), it is possible to obtain the effect that the convenience of the flash memory and the like and the flash file system including the flash memory and the like can be improved while the speed is increased.

【0079】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、この発明は、上記実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例え
ば、図1において、フラッシュファイルシステムFF
は、任意数のフラッシュメモリFMを備えることができ
るし、そのブロック構成及びバス構成は、種々の実施形
態をとりうる。図2において、フラッシュファイルシス
テムFFのアドレス構成はほんの一例であって、そのワ
ード線との対応や組み合わせは任意に設定可能である。
また、2値又は多値領域として割り当てられる記憶領域
の単位は、複数のセクタつまりワード線を単位とする
等、任意に設定することができる。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say, there is. For example, in FIG. 1, the flash file system FF
Can have an arbitrary number of flash memories FM, and the block configuration and bus configuration thereof can take various embodiments. In FIG. 2, the address configuration of the flash file system FF is only an example, and the correspondence and combination with the word line can be set arbitrarily.
In addition, the unit of the storage area allocated as the binary or multi-level area can be arbitrarily set, such as a plurality of sectors, that is, word lines.

【0080】図3において、フラッシュメモリFM0に
代表されるフラッシュメモリは、任意数のメモリマット
を備えることができるし、各メモリマットのアレイ構成
や直接周辺回路の構成も任意である。フラッシュメモリ
に設けられるデータ入出力端子の数は、任意に設定でき
るし、そのブロック構成や起動制御信号の名称及び組み
合わせならびに接続形態等は、種々の実施形態をとりう
る。図4において、メモリアレイARYUL及びARY
DLに代表される各メモリアレイは、任意数の冗長素子
を含むことができるし、任意数のサブメモリアレイに分
割することも可能である。センスラッチSLLならびに
データラッチDLU及びDLDの各単位回路の具体的回
路構成は、この実施例による制約を受けない。
In FIG. 3, a flash memory represented by flash memory FM0 can have an arbitrary number of memory mats, and the array configuration of each memory mat and the configuration of a direct peripheral circuit are also arbitrary. The number of data input / output terminals provided in the flash memory can be set arbitrarily, and the block configuration, the names and combinations of the start control signals, the connection form, and the like can take various embodiments. In FIG. 4, memory arrays ARYUL and ARY
Each memory array represented by the DL can include an arbitrary number of redundant elements, and can be divided into an arbitrary number of sub-memory arrays. The specific circuit configuration of each unit circuit of the sense latch SLL and the data latches DLU and DLD is not limited by this embodiment.

【0081】図5において、2層ゲート構造型メモリセ
ルの分布特性は、種々の実施形態をとりうるし、2値モ
ード及び多値モードの対応も任意である。また、各分布
領域に割り当てられるデータの論理値は、任意に設定で
きる。図6において、メモリコマンドのビット構成は、
任意に設定できるし、2値・多値指定ビットとして割り
当てられるビット位置及び組み合わせも、任意に設定で
きる。
In FIG. 5, the distribution characteristics of the two-layer gate structure type memory cell can take various embodiments, and the correspondence between the binary mode and the multi-level mode is arbitrary. The logical value of the data assigned to each distribution area can be set arbitrarily. In FIG. 6, the bit configuration of the memory command is
It can be set arbitrarily, and the bit positions and combinations assigned as the binary / multi-value designation bits can also be set arbitrarily.

【0082】図7〜図9ならびに図11において、フラ
ッシュメモリの2値モード及び4値モードによる読み出
し及び書き込み動作の具体的な処理手順は、これらの実
施例による制約を受けない。図10において、多値読み
出し動作時におけるビット線のレベルは、任意に設定す
ることができる。図12ならびに図13及び図14にお
いて、フラッシュメモリのデータ圧縮・解凍処理の具体
的方法及び手順は、その論理性が保持される限り、種々
の実施形態をとりうる。
In FIG. 7 to FIG. 9 and FIG. 11, the specific processing procedures of the read and write operations in the binary mode and the quaternary mode of the flash memory are not restricted by these embodiments. In FIG. 10, the level of the bit line during the multi-value read operation can be set arbitrarily. In FIGS. 12, 13 and 14, the specific method and procedure of the data compression / decompression processing of the flash memory can take various embodiments as long as the logic is maintained.

【0083】各実施例において、多値モードで動作する
メモリセルMC3等は、例えば8値モード等、任意の多
値モードをとりうる。また、フラッシュメモリFM0〜
FM3ならびにフラッシュファイルシステムFFの電源
電圧及び境界電位等の極性ならびにMOSFETの導電
型等は、各実施例による制約を受けない。
In each embodiment, the memory cell MC3 or the like operating in the multi-level mode can take an arbitrary multi-level mode such as an 8-level mode. Also, the flash memories FM0 to FM0
The polarity such as the power supply voltage and the boundary potential of the FM3 and the flash file system FF, and the conductivity type of the MOSFET are not restricted by each embodiment.

【0084】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるフラ
ッシュメモリ及びこれを含むフラッシュファイルシステ
ムに適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、例えば、フラッシュメモリとして単体
で構成されるものや、EEPROM(電気的に消去・プ
ログラム可能なリードオンリメモリ)等の各種メモリ集
積回路装置ならびにこのようなメモリ集積回路装置を含
む各種のデジタルシステムにも適用できる。この発明
は、少なくとも2値及び多値モードで切り換え使用可能
なメモリセルが格子配列されてなるメモリアレイを基本
構成要素とする半導体記憶装置ならびにこのような半導
体記憶装置を含むシステムに広く適用できる。
In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to a flash memory and a flash file system including the flash memory, which is the field of application, has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, various types of memory integrated circuit devices such as a single unit configured as a flash memory, an electrically erasable and programmable read only memory (EEPROM), and various digital systems including such a memory integrated circuit device Also applicable to INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied to a semiconductor memory device having a memory array in which memory cells which can be switched and used in at least a binary mode and a multi-level mode are arranged in a lattice, and a system including such a semiconductor memory device.

【0085】[0085]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、フラッシュファイルシステ
ム等のシステムに含まれるフラッシュメモリ等の半導体
記憶装置において、メモリアレイを構成する2層ゲート
構造型メモリセルを、コマンドに従って選択的に2値モ
ード又は例えば4値モードの多値モードで動作させる。
また、その記憶領域を、例えばセクタつまりワード線単
位で選択的に2値モードで動作する2値領域又は多値モ
ードで動作する多値領域とするとともに、フラッシュフ
ァイルシステム等に、フラッシュメモリ等の記憶領域が
2値領域又は多値領域のいずれに割り当てられているか
を示す2値・多値管理テーブルを設ける。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, in a semiconductor memory device such as a flash memory included in a system such as a flash file system, a two-layer gate structure type memory cell constituting a memory array is selectively stored in a binary mode or multi-level in a four-level mode in accordance with a command. Operate in mode.
The storage area is, for example, a binary area which selectively operates in a binary mode or a multi-level area which operates in a multi-level mode in units of sectors, that is, word lines, and a flash file system or the like. A binary / multilevel management table is provided which indicates whether the storage area is assigned to a binary area or a multilevel area.

【0086】さらに、フラッシュメモリ等の2値領域に
割り当てられた記憶領域を、多値領域に対するデータ書
き込み又は読み出し時のバッファ領域として使用すると
ともに、フラッシュメモリ等に、2値領域の例えば2個
のメモリセルに書き込まれたデータを読み出し、多値領
域の1個のメモリセルに書き込むデータ圧縮機能と、多
値領域の1個のメモリセルに書き込まれたデータを読み
出し、2値領域の例えば2個のメモリセルに書き込むデ
ータ解凍機能とを持たせる。
Further, a storage area allocated to a binary area such as a flash memory is used as a buffer area at the time of writing or reading data to / from a multi-level area. A data compression function for reading data written in a memory cell and writing it to one memory cell in a multi-value area, and reading data written in one memory cell in a multi-value area, for example, two pieces of data in a binary area And a data decompression function for writing data into the memory cells of

【0087】以上により、データ密度は比較的低いが高
速動作可能な2値領域と、動作速度は比較的遅いがデー
タ密度の高い多値領域とを同一チップ上に実現すること
ができるとともに、これらの記憶領域を、システム構成
に応じて選択的に活用し、その構成比率も自由に設定す
ることができる。また、2値領域をバッファ領域として
用い、フラッシュメモリ等に、2値領域及び多値領域間
のデータ圧縮機能及びデータ解凍機能を持たせること
で、フラッシュメモリ等のアクセス装置側からみた見掛
け上のアクセスタイムを短縮しつつ、そのチップサイズ
を縮小することができる。以上の結果、フラッシュメモ
リ等を含むフラッシュファイルシステム等の高速化を図
り、その利便性を高めることができる。
As described above, a binary area having a relatively low data density but capable of high-speed operation and a multi-value area having a relatively low operation speed but high data density can be realized on the same chip. Can be selectively used according to the system configuration, and the configuration ratio can be set freely. In addition, by using a binary area as a buffer area and providing a flash memory or the like with a data compression function and a data decompression function between a binary area and a multi-value area, an apparent device viewed from an access device side of the flash memory or the like is provided. The chip size can be reduced while shortening the access time. As a result, the speed of a flash file system including a flash memory and the like can be increased, and the convenience thereof can be improved.

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

【図1】この発明が適用されたフラッシュファイルシス
テムの一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a flash file system to which the present invention is applied.

【図2】図1のフラッシュファイルシステムのアドレス
領域を説明するための一実施例を示すアドレス構成図で
ある。
FIG. 2 is an address configuration diagram showing an embodiment for explaining an address area of the flash file system of FIG. 1;

【図3】図1のフラッシュファイルシステムに含まれる
フラッシュメモリの一実施例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of a flash memory included in the flash file system of FIG. 1;

【図4】図3のフラッシュメモリのメモリアレイ及び周
辺部の一実施例を示す部分的な回路図である。
FIG. 4 is a partial circuit diagram showing one embodiment of a memory array and peripheral portions of the flash memory of FIG. 3;

【図5】図3のフラッシュメモリのメモリアレイを構成
する2層ゲート構造型メモリセルのしきい値電圧の一実
施例を示す分布特性図である。
FIG. 5 is a distribution characteristic diagram showing an example of a threshold voltage of a memory cell of a two-layer gate structure forming a memory array of the flash memory of FIG. 3;

【図6】図3のフラッシュメモリに対するメモリコマン
ドの一実施例を示すビット構成図である。
FIG. 6 is a bit configuration diagram showing an embodiment of a memory command for the flash memory of FIG. 3;

【図7】図3のフラッシュメモリの2値読み出し動作時
の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 7 is a processing flowchart showing one embodiment of a binary read operation of the flash memory of FIG. 3;

【図8】図3のフラッシュメモリの2値書き込み動作時
の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 8 is a processing flowchart showing one embodiment of a binary write operation of the flash memory of FIG. 3;

【図9】図3のフラッシュメモリの多値(4値)読み出
し動作時の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 9 is a processing flowchart showing an embodiment at the time of a multi-level (quaternary) read operation of the flash memory of FIG. 3;

【図10】図3のフラッシュメモリの多値(4値)読み
出し動作時におけるビット線レベルを説明するための一
実施例を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing one embodiment for explaining a bit line level at the time of a multi-level (quaternary) read operation of the flash memory of FIG. 3;

【図11】図3のフラッシュメモリの多値(4値)書き
込み動作時の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 11 is a processing flowchart showing one embodiment during a multi-level (quaternary) write operation of the flash memory of FIG. 3;

【図12】図3のフラッシュメモリのデータ圧縮・解凍
動作を説明するための一実施例を示す概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing one embodiment for explaining data compression / decompression operations of the flash memory of FIG. 3;

【図13】図3のフラッシュメモリのデータ圧縮動作時
の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 13 is a processing flowchart showing one embodiment of a data compression operation of the flash memory of FIG. 3;

【図14】図3のフラッシュメモリのデータ解凍動作時
の一実施例を示す処理フロー図である。
FIG. 14 is a processing flowchart showing one embodiment of a data decompression operation of the flash memory of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

FF……フラッシュファイルシステム、MC……マイク
ロコンピュータ、AB……アドレスバス、DB……デー
タバス、ST……セクタ管理テーブル、WT……書き込
み回数管理テーブル、VT……2値・多値管理テーブ
ル、FM……フラッシュメモリ、ECC……ECC回
路、WB……ライトバッファ、BI……標準バスインタ
フェース部、BUS……標準バス。FM0〜FM3……
フラッシュメモリ、W0〜Wm……ワード線。MAT
U,MATD……メモリマット、MDU,MDD……メ
インデコーダ、SDUL,SDUR,SDML,SDM
R,SDDL,SDDR……サブデコーダ、WL……ワ
ード線、BL……ビット線、SLL,SLR……センス
ラッチ、DLUL,DLUR,DLDL,DLDR……
データラッチ、ROMC……ROM制御系回路、ROM
D……ROMデコーダ、ROM……リードオンリメモ
リ、WE……書込消去制御回路、PC……直接周辺制御
回路、CPG……クロック発生回路、STR……ステイ
タスレジスタ、MA0〜MA7……メインアンプ、ID
A……入力データ演算回路、CMD……コマンドデコー
ダ、ADC……アドレスカウンタ、RC……冗長救済回
路、FC……ヒューズ回路、ADG……アドレスジェネ
レータ、POWC……電源制御回路、VRG……基準電
源回路、VC……降圧回路、POWS……電源切替回
路、CB……制御信号バッファ、IOC……入出力制御
回路、RBB……レディービジー信号バッファ、IOB
0〜IOB7……データ入出力バッファ。CEB……チ
ップイネーブル信号又はその入力端子、WEB……ライ
トイネーブル信号又はその入力端子、OEB……出力イ
ネーブル信号又はその入力端子、RESB……リセット
制御信号又はその入力端子、CDEB……コマンドデー
タイネーブル信号、SC……シリアルクロック信号、R
/BB……レディービジー信号、IO0〜IO7……入
出力データ又はその入出力端子。CIOS,CIOD…
…コモンIO線、WLU1〜WLU2,WLD3……ワ
ード線、BLU,BLD……ビット線、MC1〜MC3
……メモリセル、USL……単位センスラッチ、UDL
U,UDLD……単位データラッチ、N11〜N14,
N21〜N28,N31〜N34……NチャンネルMO
SFET。VRW1〜VRW3……境界電位(ワード線
選択電位)。CMB0〜CMB7……コマンドデータ。
ST71〜ST73,ST81〜ST82,ST91〜
ST910,ST111〜ST117,ST131〜S
T135,ST141〜ST145……処理ステップ。
FF: Flash file system, MC: Microcomputer, AB: Address bus, DB: Data bus, ST: Sector management table, WT: Write count management table, VT: Binary / multi-value management table , FM: flash memory, ECC: ECC circuit, WB: write buffer, BI: standard bus interface unit, BUS: standard bus. FM0 to FM3 ...
Flash memory, W0 to Wm ... word lines. MAT
U, MATD: Memory mat, MDU, MDD: Main decoder, SDUL, SDUR, SDML, SDM
R, SDDL, SDDR ... sub-decoder, WL ... word line, BL ... bit line, SLL, SLR ... sense latch, DLUL, DLUR, DLDL, DLDR ...
Data latch, ROMC ROM control system circuit, ROM
D: ROM decoder, ROM: Read only memory, WE: Write / erase control circuit, PC: Direct peripheral control circuit, CPG: Clock generation circuit, STR: Status register, MA0 to MA7: Main amplifier , ID
A: Input data operation circuit, CMD: Command decoder, ADC: Address counter, RC: Redundancy relief circuit, FC: Fuse circuit, ADG: Address generator, POWC: Power supply control circuit, VRG: Reference Power supply circuit, VC: Step-down circuit, POWS: Power supply switching circuit, CB: Control signal buffer, IOC: Input / output control circuit, RBB: Ready / busy signal buffer, IOB
0 to IOB7 Data input / output buffer. CEB: chip enable signal or its input terminal, WEB: write enable signal or its input terminal, OEB ... output enable signal or its input terminal, RESB ... reset control signal or its input terminal, CDEB ... command data enable Signal, SC: serial clock signal, R
/ BB: ready busy signal, IO0 to IO7: input / output data or input / output terminals. CIOS, CIOD…
... Common IO lines, WLU1-WLU2, WLD3 ... Word lines, BLU, BLD ... Bit lines, MC1-MC3
…… Memory cell, USL …… Unit sense latch, UDL
U, UDLD unit data latch, N11 to N14,
N21 to N28, N31 to N34 ... N channel MO
SFET. VRW1 to VRW3 ... boundary potential (word line selection potential). CMB0 to CMB7 ... command data.
ST71-ST73, ST81-ST82, ST91-
ST910, ST111 to ST117, ST131 to S
T135, ST141 to ST145 ... processing step.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 弘 東京都青梅市新町六丁目16番地の3 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD03 AD04 AD05 AE08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Sato 3-16-16 Shinmachi, Ome-shi, Tokyo F-term in the Hitachi, Ltd. Device Development Center Co., Ltd. 5B025 AA03 AB01 AC01 AD03 AD04 AD05 AE08

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アクセス装置の指示に従って選択的に2
値モード又は多値モードで動作するメモリセルが格子配
列されてなるメモリアレイを具備することを特徴とする
半導体記憶装置。
1. An apparatus according to claim 1, wherein said second instruction is selectively performed according to an instruction from said access device.
A semiconductor memory device comprising: a memory array in which memory cells operating in a value mode or a multi-value mode are arranged in a lattice.
【請求項2】 請求項1において、 上記メモリセルは、2層ゲート構造型メモリセルからな
るものであり、 上記多値モードは、4値モードとされるものであること
を特徴とする半導体記憶装置。
2. The semiconductor memory according to claim 1, wherein the memory cell is a memory cell having a two-layer gate structure, and the multi-level mode is a quaternary mode. apparatus.
【請求項3】 請求項1又は請求項2において、 上記半導体記憶装置の記憶領域は、ワード線を単位とし
て選択的に2値モードで動作する2値領域又は多値モー
ドで動作する多値領域とされるものであることを特徴と
する半導体記憶装置。
3. The storage area according to claim 1, wherein the storage area of the semiconductor memory device is a binary area that selectively operates in a binary mode or a multi-level area that operates in a multi-level mode in units of word lines. A semiconductor memory device characterized in that:
【請求項4】 請求項1,請求項2又は請求項3におい
て、 上記半導体記憶装置は、所定のシステムに含まれるもの
であり、 該システムは、上記半導体記憶装置の記憶領域が上記2
値領域又は多値領域のいずれに割り当てられているかを
示す2値・多値管理テーブルを備えるものであることを
特徴とする半導体記憶装置。
4. The semiconductor storage device according to claim 1, wherein the semiconductor storage device is included in a predetermined system, and the storage area of the semiconductor storage device is the second storage device.
A semiconductor memory device comprising a binary / multi-value management table indicating which of a value region and a multi-value region is assigned.
【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3又は請求
項4において、 上記半導体記憶装置は、上記2値領域の2個のメモリセ
ルに書き込まれたデータを読み出し、上記多値領域の1
個のメモリセルに書き込むデータ圧縮機能と、上記多値
領域の1個のメモリセルに書き込まれたデータを読み出
し、上記2値領域の2個のメモリセルに書き込むデータ
解凍機能とを備えるものであることを特徴とする半導体
記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the semiconductor memory device reads data written in two memory cells of the binary region, and reads the data written in the two-valued region. Of 1
And a data decompression function for reading data written to one memory cell in the multi-value area and writing the data to two memory cells in the binary area. A semiconductor memory device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】 請求項4において、 上記2値領域に対するデータの書き込み所要時間及び読
み出し所要時間は、上記多値領域に対するデータの書き
込み所要時間及び読み出し所要時間に比較してそれぞれ
短くされるものであり、 上記2値領域は、上記多値領域に対するデータの書き込
み又は読み出し時のバッファ領域として用いられるもの
であることを特徴とする半導体記憶装置。
6. The data writing time and the data reading time required for the binary area according to claim 4, wherein the data writing time and the data reading time for the multi-value area are respectively shortened. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the binary area is used as a buffer area when writing or reading data to or from the multilevel area.
【請求項7】 アクセス装置の指示に従って選択的に2
値モード又は多値モードで動作するメモリセルが格子配
列されてなるメモリアレイを含む半導体記憶装置を具備
することを特徴とするシステム。
7. Selectively according to an instruction of an access device.
A system comprising a semiconductor memory device including a memory array in which memory cells operating in a value mode or a multi-value mode are arranged in a lattice.
【請求項8】 請求項7において、 上記半導体記憶装置の記憶領域は、ワード線を単位とし
て選択的に2値モードで動作する2値領域又は多値モー
ドで動作する多値領域とされるものであり、 上記システムは、上記半導体記憶装置の記憶領域が上記
2値領域又は多値領域のいずれに割り当てられているか
を示す2値・多値管理テーブルを備えるものであること
を特徴とするシステム。
8. The storage area according to claim 7, wherein the storage area of the semiconductor memory device is a binary area which operates selectively in a binary mode or a multi-level area which operates in a multi-level mode in units of word lines. Wherein the system includes a binary / multivalue management table indicating whether the storage area of the semiconductor storage device is assigned to the binary area or the multilevel area. .
【請求項9】 請求項7又は請求項8において、 上記半導体記憶装置は、フラッシュメモリであって、 上記システムは、該フラッシュメモリを所定数含むフラ
ッシュファイルシステムであることを特徴とするシステ
ム。
9. The system according to claim 7, wherein said semiconductor memory device is a flash memory, and said system is a flash file system including a predetermined number of said flash memories.
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