JP2001325796A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャッシュ機能や多値論理動作機能をそれぞ
れ最適条件で実現可能とした書き換え/読み出し回路を
持つEEPROMを提供する。 【解決手段】 書き換え/読み出し回路140は、メモ
リセルアレイに選択的に接続されると共に、相互のデー
タ転送が可能な第1のラッチ回路1と第2のラッチ回路
2を有し、2ビットの4値データを一つのメモリセルに
異なるしきい値電圧の範囲として記憶するようにして、
第1及び第2のラッチ回路1,2を用いて4値データの
上位ビットと下位ビットの書き換え/読み出しを行う多
値論理動作モードと、一つのメモリセルに記憶される1
ビットの2値データに関して、第1のアドレスで選択さ
れたメモリセルと第1のラッチ回路1との間でデータ授
受が行われる期間に、第2のアドレスについて第2のラ
ッチ回路2と入出力端子の間でデータ授受が行われるキ
ャッシュ動作モードとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電気的書き換え
可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係
り、特にキャッシュ機能や多値論理動作機能を実現でき
るようにした、書込みデータや読み出しデータを一時的
に保持するデータ書き換え/読み出し回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ファイルメモリ用途に用いられる大容量
フラッシュEEPROMにおいては、ビット単価を安く
することが課題となっている。そのためにプロセス技術
とセル構造で微細化を進めるだけでなく、多値論理技術
を使って大容量化する動きが活発になってきている。
【0003】図42は、NAND型フラッシュEEPR
OMにおいて、一つの不揮発性メモリセルに2ビットの
データを記憶する多値論理動作(4値論理動作)を実現
するデータ書き換え/読み出し回路(以後、これをペー
ジバッファと称する)を示している。このページバッフ
ァには、データ入出力バッファ50を介してデータ入出
力端子I/Oと接続されるラッチ回路1と、データ入出
力バッファ50とは直接接続されないラッチ回路2とが
設けられている。それぞれのラッチ回路1,2とメモリ
セル5のビット線BLの間には、転送トランジスタ4
2、60、30、61が設けられ、VCCを転送する経
路には転送トランジスタ71,70が、VSSを転送す
る経路には転送トランジスタ80,81がそれぞれ設け
られ、ビット線にプリチャージ電位VAを転送し、シー
ルド電位VBを転送するために、転送トランジスタ6
3,64が設けられている。
【0004】これにより、2本のビット線BLe,BL
oが一つのページバッファを共有する形で選択的にペー
ジバッファに接続される構成となっている(詳しくは、
K.Takeuchi et al.,”A Mult
ipage Cell Architecture f
or High−Speed Programming
Multilevel NAND Flash Me
mories”,IEEE J.Solid−Stat
e Circuit Circuits, VOL.3
3, pp.1228−1238,Aug.1998.
参照)。
【0005】2bit/cellの実現は、図43
(a)のようなメモリセルのしきい値分布と2ビットの
論理データの対応関係を定義し、第一ビットと第二ビッ
トを異なるロウアドレスに割り付けることによって、1
メモリセルで4値データの書き込み、読み出しが可能と
なる。第一ビットは、上位のビット、第二ビットは、下
位のビットで、例えば、”10”の場合、第一ビット
は”1”、第二ビットは”0”とする。
【0006】書込み動作において、第二ビットのデータ
を書き込む場合には、まず、第二の多値用ロウアドレス
に対応する書き込みデータをデータ入出力端子からラッ
チ回路1にロードする。その書き込みデータが”0”で
ある場合には、図43(a)の”11”状態から”1
0”状態に書き込みを行う。その書き込みデータが”
1”である場合には、非書き込み(書き込み禁止)とな
って”11”状態のままである。
【0007】第一ビットのデータを書き込む場合には、
図44に示すように、第一の多値用ロウアドレスに対応
する書き込みデータをデータ入出力端子からラッチ回路
1にロードし、メモリセルからは既に書き込まれている
第二ビットのデータをラッチ回路2に読み出す。ラッチ
回路1の書き込みデータが”0”である場合には、ラッ
チ回路2に保持した第二ビットのデータが”1”の場合
には、”11”状態から”01”状態へ、また、ラッチ
回路2に保持した第二ビットのデータが”0”の場合に
は”10”状態から”00”状態へ書き込みを行う。ラ
ッチ回路1に保持した第一ビットの書き込みデータが”
1”である場合には、非書き込みとなって、第二ビット
のしきい値状態がそのまま保たれ、”11”状態は”1
1”状態を保ち、”10”状態は”10”状態を保つ。
【0008】この従来例では、一つの不揮発性メモリセ
ルに2ビットの論理データを記憶するが、第一ビットの
データは、第一の多値用ロウアドレスのデータ、第二ビ
ットのデータは第二の多値用ロウアドレスのデータとし
て扱われ、一つのメモリセルに二つのロウアドレスが割
り当てられていることを特徴としている。ここでは、そ
の二つのロウアドレスを第一の多値用ロウアドレス、第
二の多値用ロウアドレスと称している。
【0009】読み出し動作においては、選択ワード線電
圧を図43(a)のVr00、Vr01、Vr10の順
に設定し、Vr00時のデータは、ラッチ回路1に読み
出し、Vr01時のデータは、ラッチ回路2に読み出
し、Vr10時の読み出しデータは、ビット線放電後
に、ラッチ回路1とラッチ回路2のデータでビット線を
再充電、あるいは再放電し、論理的につじつまがあうよ
うにラッチ回路1に読み出される。これは、多値動作の
一例であるが、このように、多値動作に対応したページ
バッファには、少なくとも2個のラッチ回路が必要とな
っている。
【0010】このような多値動作による大容量化の一方
で、フラッシュEEPROMの書込み速度や読み出し速
度の向上も重要になってきている。そのために、図45
(a)に示すように、メモリセルアレイ100が100
a,100bに2分割されている場合、2ページ分のデ
ータロードの後に2つのセルアレイ100a,100b
で同時に書き込みを行い、書込み単位を大きくして実効
書込み速度を向上することが有効である。更に実効書き
込み速度を向上するには、4分割アレイ、8分割アレイ
として、書き込み単位を4ページ、8ページと増やして
いけば良い。
【0011】しかし、セルアレイ分割数を増やすと今度
は、書き込み単位が増加することによって、データロー
ド時間が目立つようになってくる。例えば、1バイトの
データ入力サイクル50nsで1ページ(512バイ
ト)のデータロードを行うと約25us、4ページでは
約100usかかる。一回の書込み時間は約200us
である。よって、一括書き込み単位が4倍になることに
よって実効書き込み速度は向上するが、連続して次の4
ページの書き込むには、4ページ分のデータロードの時
間約100us待たねばならない。また、実際には、こ
のようにセルアレイ分割数を増やすと、チップ面積が大
きくなり、消費電力も増加する。
【0012】このように、フラッシュEEPROMに
は、大容量化と書き込み速度の高速化が期待されている
が、多値動作の場合には、通常の1ビットの論理データ
を一つの不揮発性メモリセルに記憶する2値動作の書込
みに比べて書き込み時間が数倍程度長い。よって、デー
タロード時間より書き込み時間のほうが非常に長いた
め、多値動作の場合は、セルアレイ分割により一括書込
みできるデータ量を増やすことが実効書込み速度向上に
効果的となっている。一方で、2値動作時の実効書込み
速度の高速化においては、前述のようにセルアレイ分割
だけではデータロードの時間の占める割合が大きく効率
が悪いので、データロード時間を見えなくすることが有
効である。そのためには、図45(b)に示すように、
書込み動作実行中に次の書込みデータをロードできるよ
うに、ページバッファ140a1,140a2とは別
に、キャッシュ(データレジスタ)140b1,140
b2があれば良い。キャッシュ140b1,140b2
の機能条件は、ページバッファ140a1,140a2
が読み出しや書き込みの動作中にデータ入出力端子との
間でデータのやりとりができること、データを安定保持
できること、ページバッファ140a1,140a2と
の間で双方向のデータ転送ができること等である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、フラッ
シュEEPROMは、大容量化のためには多値論理機能
を実現し、高速化のためにはキャッシュ機能を実現する
ことが望まれる。これらの機能は共に、一つのページバ
ッファにラッチ回路を2個備えることで実現できる機能
である。この発明は、上記事情を考慮してなされたもの
で、キャッシュ機能や多値論理動作機能をそれぞれ最適
条件で実現可能とした書き換え/読み出し回路を持つ不
揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。こ
の発明はまた、高いセンスマージンでビット線データを
センスすることを可能としたセンスアンプ回路を有する
不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明に係る不揮発性
半導体記憶装置は、電気的書き換え可能な不揮発性メモ
リセルが配列されたメモリセルアレイと、このメモリセ
ルアレイに書き込むべきデータを一時保持し、メモリセ
ルアレイからの読み出しデータをセンスする複数の書き
換え/読み出し回路と、前記メモリセルアレイのデータ
書き換え動作、及び読み出し動作を制御する制御回路と
を備え、前記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリ
セルアレイに選択的に接続されると共に、相互のデータ
転送が可能な第1のラッチ回路と第2のラッチ回路を有
し、且つ2ビットの4値データを一つのメモリセルに異
なるしきい値電圧の範囲として記憶するようにして、前
記第1及び第2のラッチ回路を用いて4値データの上位
ビットと下位ビットの書き換え/読み出しを行う多値論
理動作モードと、一つのメモリセルに記憶される1ビッ
トの2値データに関して、第1のアドレスで選択された
メモリセルと前記第1のラッチ回路との間でデータ授受
が行われる期間に、第2のアドレスについて前記第2の
ラッチ回路と入出力端子の間でデータ授受が行われるキ
ャッシュ動作モードとを有することを特徴とする。
【0015】この発明によると、書き込みデータや読み
出しデータを一時的に保持するデータ書き換え/読み出
し回路に2次的なラッチ回路を備え、この2次的なラッ
チ回路を有効に動作させることにより、キャッシュ機能
や多値論理機能をそれぞれ最適条件で実現することがで
きる。即ち、キャッシュ機能による書き込み速度優先の
フラッシュEEPROMと、多値論理動作による大容量
フラッシュEEPROMとの切り換えが可能になる。こ
の場合、多値論理動作と二値論理動作におけるキャッシ
ュ動作とは、コマンド入力によって時間的に切り換えら
れて実行されるものであってもよいし、或いは多値動作
の中でもデータのアドレスに依存するがオーバーラップ
してキャッシュ動作が行われるようにすることもでき
る。
【0016】この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は
また、電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列
されたメモリセルアレイと、このメモリセルアレイに書
き込むべきデータを一時保持し、メモリセルアレイから
の読み出しデータをセンスする複数の書き換え/読み出
し回路と、前記メモリセルアレイのデータ書き換え動
作、及び読み出し動作を制御する制御回路とを備え、前
記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレイ
の選択ビット線に第1の転送スイッチ素子及び第2の転
送スイッチ素子を直列に介して接続される第1のラッチ
回路と、前記第1の転送スイッチ素子と第2の転送スイ
ッチ素子の接続ノードに第3の転送スイッチ素子を介し
て接続される第2のラッチ回路とを有し、且つ前記第2
のラッチ回路のデータノードがカラム選択スイッチを介
してデータ入出力線に接続されていることを特徴とす
る。この様に、書き換え/読み出し回路を構成する第
1,第2のラッチ回路の接続関係を設定することによ
り、キャッシュ機能と多値論理動作機能を実現すること
ができる。
【0017】この発明の好ましい態様においては、選択
メモリセルへのデータ書き込みの後、その書き込みデー
タを読み出して確認するベリファイ読み出し動作を有
し、ベリファイ読み出し動作におけるデータセンスとデ
ータ保持は第1のラッチ回路により行われるものとす
る。またこの発明において、具体的に書き換え/読み出
し回路は、2ビットの4値データを一つのメモリセルに
異なるしきい値電圧の範囲として記憶するようにして、
第1及び第2のラッチ回路を用いて4値データの上位ビ
ットと下位ビットの書き換え/読み出しを行う多値論理
動作モードと、一つのメモリセルに記憶される1ビット
の2値データに関して、第1のアドレスで選択されたメ
モリセルと第1のラッチ回路との間でデータ授受が行わ
れる期間に、第2のアドレスについて第2のラッチ回路
と入出力端子の間でデータ授受が行われるキャッシュ動
作モードとを有するものとする。更に具体的には、4値
データは、メモリセルのしきい値電圧分布の低い方か
ら、“11”,“10”,“00”,“01”として定
義されたものとし、4値データの上位ビットと下位ビッ
トは異なるロウアドレスが割り付けられて書き込み及び
読み出しが行われるものとする。
【0018】更に、多値論理動作モードのデータ書き込
み動作の好ましい態様は、下位ビットデータを第2のラ
ッチ回路にロードした後、第1のラッチ回路に転送保持
し、第1のラッチ回路の保持データに基づいて選択メモ
リセルに書き込みを行う第1のデータ書き込み動作と、
上位ビットデータを第2のラッチ回路にロードした後、
第1のラッチ回路に転送保持すると共に、既に書き込ま
れた選択メモリセルの下位ビットデータを読み出して第
2のラッチ回路に転送保持し、第2のラッチ回路の保持
データに応じて決定される条件で第1のラッチ回路の保
持データに基づいて選択メモリセルに書き込みを行う第
2の書き込み動作とを有するものとする。
【0019】また、多値論理動作モードのデータ読み出
しの好ましい態様は、選択メモリセルの制御ゲートに与
える読み出し電圧を4値データの“10”と“00”の
しきい値電圧分布の間に設定して上位ビットの“0”,
“1”を判定する第1の読み出し動作と、選択メモリセ
ルの制御ゲートに与える読み出し電圧を4値データの
“00”と“01”のしきい値電圧分布の間に設定して
上位ビットの“0”のときの下位ビットの“0”,
“1”を判定する第2の読み出し動作と、選択メモリセ
ルの制御ゲートに与える読み出し電圧を4値データの
“11”と“10”のしきい値電圧分布の間に読み出し
電圧を設定して上位ビットの“1”のときの下位ビット
の“0”,“1”を判定する第3の読み出し動作とを有
するものとする。
【0020】更にこの発明において、例えば各書き換え
/読み出し回路は、メモリセルアレイの複数本のビット
線に対してビット線選択スイッチ素子により接続切り換
えが可能とされている。また書き換え/読み出し回路
は、第1の転送スイッチ素子と第2の転送スイッチ素子
の接続ノードに第4の転送スイッチ素子を介して、所定
電位が与えられる共通信号線が接続されてもよいし、第
1のラッチ回路のデータノードの電位を待避させて一時
記憶するための一時記憶ノードと、第4の転送スイッチ
素子と共通信号線と間に挿入されて一時記憶ノードの電
位により制御される第5の転送スイッチ素子とを有する
ものとしてもよい。
【0021】この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は
また、電気的書き換え可能な不揮発性メモリセルが配列
されたメモリセルアレイと、このメモリセルアレイに書
き込むべきデータを一時保持し、メモリセルアレイから
の読み出しデータをセンスする複数の書き換え/読み出
し回路と、前記メモリセルアレイのデータ書き換え動
作、及び読み出し動作を制御する制御回路とを備え、前
記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレイ
に選択的に接続されると共に、相互のデータ転送が可能
な第1のラッチ回路と第2のラッチ回路を有し、且つ一
つのメモリセルに記憶される2値データに関して、第1
のアドレスで選択されたメモリセルと前記第1のラッチ
回路との間でデータ授受が行われる期間に、第2のアド
レスについて前記第2のラッチ回路と入出力端子の間で
データ授受が行われるキャッシュ動作モードを有するこ
とを特徴とする。この発明によると、二つのラッチ回路
の協働により、キャッシュ機能を実現した、高速動作の
EEPROMを得ることができる。
【0022】この発明において、メモリセルアレイの選
択メモリセルに対するデータ書き込み動作サイクルが書
き込みパルス印加と書き込みベリファイ読み出しの繰り
返しにより行われる場合に、書き込みベリファイ読み出
しのデータを第1のラッチ回路に保持した状態で書き込
み動作サイクルを中断し、且つ第2のラッチ回路を非活
性に保って、選択されているメモリセルのセル電流を入
出力端子に読み出すテストモードを備えることが可能で
ある。この様に書き込み動作中にセル電流を測定するテ
ストモードがあれば、種々の解析に利用することができ
る。
【0023】この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は
また、ビット線の電流引き込みの有無又は大小によりデ
ータが記憶される不揮発性メモリセルを持つメモリセル
アレイと、このメモリセルアレイのビット線データを読
み出すセンスアンプ回路とを有し、前記センスアンプ回
路は、前記メモリセルアレイのビット線にクランプ用ト
ランジスタを介して接続されるセンスノードと、このセ
ンスノードに接続された、前記クランプ用トランジスタ
を介して前記ビット線をプリチャージするためのプリチ
ャージ回路と、前記センスノードに入力端子が接続され
るインバータを含むセンスアンプ本体と、前記センスノ
ードに一端が接続され、他端を駆動端子として前記ビッ
ト線データのセンス時に前記センスノードを昇圧するた
めの昇圧用キャパシタと、を備えたことを特徴とする。
【0024】この様に、ビット線データセンス時に、セ
ンスノードを昇圧用キャパシタによって電位制御するこ
とにより、センスノードに読み出される二値データの
“H”,“L”レベルを、センスアンプ本体のインバー
タの回路しきい値との関係で最適状態に調整することが
でき、高いセンスマージンを得ることができる。
【0025】具体的に、昇圧用キャパシタを用いたセン
スノードの昇圧動作を含むセンスアンプ回路のビット線
データセンスは、次の一連の動作で行われる。(a)ク
ランプ用トランジスタがオンの状態でプリチャージ回路
によりビット線をプリチャージし、(b)プリチャージ
されたビット線が選択されたメモリセルのデータに応じ
て電位変化する間、クランプ用トランジスタをオフ、プ
リチャージ回路をオンに保ってセンスノードのプリチャ
ージを継続し、(c)プリチャージ回路をオフにし、昇
圧用キャパシタを駆動してセンスノードを昇圧し、
(d)クランプ用トランジスタのゲートに読み出し電圧
を与えてビット線データをセンスノードに転送する。更
に具体的にいえば、(d)のビット線データ転送の後、
(e)クランプ用トランジスタに与えた読み出し電圧
を、クランプ用トランジスタのしきい値電圧よりは高い
電圧まで低下させた後に、昇圧用キャパシタによるセン
スノードの昇圧動作を停止する。
【0026】この様な昇圧動作を含むセンス動作によ
り、選択されたメモリセルのオン抵抗が大きく、センス
ノードに読み出されるデータの“L”レベルが十分に低
くない場合でも、これをより低いレベルにして、センス
アンプ本体の回路しきい値のばらつきによらず、確実に
データ判定することが可能になる。また、データ転送後
にクランプ用トランジスタの読み出し電圧を低下させる
ことにより、もともと十分に低い“L”レベル読み出し
の場合に、昇圧動作の結果として、センスノードが負電
位方向にまで振れるのを防止することができる。
【0027】この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は
更に、ビット線の電流引き込みの有無又は大小によりデ
ータが記憶される不揮発性メモリセルを持つメモリセル
アレイと、このメモリセルアレイのビット線データを読
み出すセンスアンプ回路とを有し、前記センスアンプ回
路は、前記メモリセルアレイのビット線にクランプ用ト
ランジスタを介して接続されるセンスノードと、このセ
ンスノードに接続された、前記クランプ用トランジスタ
を介して前記ビット線をプリチャージするためのプリチ
ャージ回路と、前記センスノードにゲートが接続され、
ソースが基準電位に固定されたセンス用トランジスタを
含むセンスアンプ本体と、前記センスノードに一端が接
続され、他端を駆動端子として前記ビット線データのセ
ンス時に前記センスノードを昇圧するための昇圧用キャ
パシタと、を備えたことを特徴とする。
【0028】読み出しデータを保持するラッチ回路等と
センスノードとの間に、センスノードにゲートが接続さ
れるセンス用トランジスタを備えるセンスアンプ回路方
式の場合にも、センスノードに昇圧用キャパシタを設け
て、ビット線データセンス時にセンスノードの電位制御
を行うことにより、同様に、高いセンスマージを得るこ
とができる。この場合のデータセンス動作も、上述の
(a)〜(d)の一連の動作、或いは(a)〜(e)の
一連の動作により行われる。
【0029】
【発明の実施の形態】[実施の形態1]図1は、この発
明の実施の形態によるNAND型フラッシュEEPRO
Mの全体構成を示すブロック図である。メモリセルアレ
イ100は、図3に示すように、複数個(図の例では1
6個)のスタックト・ゲート構造の電気的書き換え可能
な不揮発性メモリセルMC0〜MC15を直列接続して
NANDセルユニットNU(NU0,NU1, …)が
構成される。各NANDセルユニットNUは、ドレイン
側が選択ゲートトランジスタSG1を介してビット線B
Lに接続され、ソース側が選択ゲートトランジスタSG
2を介して共通ソース線CELSRCに接続される。ロ
ウ方向に並ぶメモリセルMCの制御ゲートは共通にワー
ド線WLに接続され、選択ゲートトランジスタSG1.
SG2のゲート電極はワード線WLと平行して配設され
る選択ゲート線SGD,SGSに接続される。
【0030】一本のワード線WLにより選択されるメモ
リセルの範囲が書き込み及び読み出しの単位となる1ペ
ージである。1ページあるいはその整数倍の範囲の複数
のNANDセルユニットNUの範囲がデータ消去の単位
である1ブロックとなる。書き換え/読み出し回路14
0は、ページ単位のデータ書き込み及び読み出しを行う
ために、ビット線毎に設けられたセンスアンプ回路(S
A)兼ラッチ回路(DL)を含み、以後ページバッファ
と称する。
【0031】図3のメモリセルアレイ100は、簡略化
した構成となっており、複数のビット線でページバッフ
ァを共有してもよい。この場合は、データ書き込み又は
読み出し動作時にページバッファに選択的に接続される
ビット線数が1ページの単位となる。また図3は、一つ
のデータ入出力端子(I/O)との間でデータの入出力
が行われるセルアレイの範囲を示している。メモリセル
アレイ100のワード線WL及びビット線BLの選択を
行うために、それぞれロウデコーダ120及びカラムデ
コーダ150が設けられている。制御回路110は、デ
ータ書き込み、消去及び読み出しのシーケンス制御を行
う。制御回路110により制御される高電圧発生回路1
30は、データ書き換え、消去、読み出しに用いられる
昇圧された高電圧や中間電圧を発生する。
【0032】入出力バッファ50は、データの入出力及
びアドレス信号の入力に用いられる。即ち、入出力バッ
ファ50を介して、I/O端子I/O0〜I/O8とデ
ータ書き換え/読み出し回路140の間でデータの転送
が行われる。I/O端子から入力されるアドレス信号
は、アドレスレジスタ180に保持され、ロウデコーダ
120及びカラムデコーダ150に送られてデコードさ
れる。
【0033】I/O端子からは動作制御のコマンドも入
力される。入力されたコマンドはデコードされてコマン
ドレジスタ170に保持され、これにより制御回路11
0が制御される。チップイネーブル信号CEB、コマン
ドラッチイネーブルCLE、アドレスラッチイネーブル
信号ALE、書き込みイネーブル信号WEB、読み出し
イネーブル信号REB等の外部制御信号は動作ロジック
コントロール回路190に取り込まれ、動作モードに応
じて内部制御信号が発生される。内部制御信号は、入出
力バッファ50でのデータラッチ、転送等の制御に用い
られ、また制御回路110に送られて、動作制御が行わ
れる。レディ/ビジーレジスタ210は、チップがレデ
ィ状態にあるか、ビジー状態にあるかを外部に知らせ
る。
【0034】この実施の形態において、書き換え/読み
出し回路(即ちページバッファ)140は、多値動作の
機能とキャッシュの機能を切り換えて実行できるように
構成されている。即ち、一つのメモリセルに1ビットの
2値データを記憶する場合に、キャッシュ機能を備えた
り、一つのメモリセルに2ビットの4値データを記憶す
る場合には、キャッシュ機能とするか、又はアドレスに
よって制限されるがキャッシュ機能を有効とすることが
できる。そのような機能を実現するための具体的な書き
換え/読み出し回路140の構成を図2に示す。図2で
は、2本のビット線BLe,BLoがページバッファ1
40に選択的に接続されるようになっている。この場
合、ビット線選択信号BLTReまたは、BLTRoに
よって、NMOSトランジスタ60又は61を導通さ
せ、ビット線BLe又はビット線BLoの一方を選択的
にページバッファ140に接続する。
【0035】一方のビット線が選択されている間、非選
択状態である他方のビット線は、固定のGND電位やV
dd電位にすることによって、隣接ビット線間のノイズ
を削減するのに効果的である。また、NAND型フラッ
シュメモリの他、あるロウアドレスに対する1ページ分
のデータをシリアル入出力し、メモリセルへの書き込み
動作や読み出し動作を一括に処理するEEPROMにお
いては、ビット線ピッチに対して、データ書き込み回路
や読み出し回路のレイアウトサイズが決まっている。ビ
ット線ピッチが狭くなると、これらの回路のレイアウト
が困難になるため、複数のビット線でページバッファを
共有することによってレイアウトの自由度が増すだけで
なく、ページバッファレイアウトの面積を削減できるな
どのメリットがある。
【0036】図2のページバッファ140は、第1のラ
ッチ回路1を含むメイン書き換え/読み出し回路10
と、第2のラッチ回路2とを有する。第1のラッチ回路
1を含むメイン書き換え/読み出し回路10が、後述の
動作制御によって、主に読み出し、書き込み動作に寄与
する。第2のラッチ回路2は、2値動作においては、キ
ャッシュ機能を実現する二次的なラッチ回路であり、キ
ャッシュ機能を使用しない場合にはメイン書き換え/読
み出し回路10の動作に補助的に寄与して多値動作を実
現することになる。
【0037】メイン書き換え/読み出し回路10のラッ
チ回路1は、クロックト・インバータCI1,CI2を
逆並列接続して構成されている。メモリセルアレイのビ
ット線BLは、転送スイッチ素子であるNMOSトラン
ジスタ41を介してセンスノードN4に接続され、セン
スノードN4は更に転送スイッチ素子であるNMOSト
ランジスタ42を介してラッチ回路1のデータ保持ノー
ドN1に接続されている。センスノードN4には、プリ
チャージ用NMOSトランジスタ47が設けられてい
る。
【0038】ノードN1は、転送スイッチ素子であるN
MOSトランジスタ45を介してノードN1のデータを
一時記憶するための一時記憶ノードN3に接続されてい
る。この記憶ノードN3には、VREGをプリチャージ
するためのNMOSトランジスタ46も接続されてい
る。ノードN3にはレベル保持のためのキャパシタ49
が接続されている。キャパシタ49の端子は接地され
る。
【0039】図2の共通信号線COMは、各カラム毎に
1バイト分の書き換え/読み出し回路140に共通に配
設されるものである。共通信号線COMは、ノードN3
により制御される転送スイッチ素子であるNMOSトラ
ンジスタ44と、制御信号REGにより制御される転送
スイッチ素子であるNMOSトランジスタ43を介し
て、センスノードN4に接続されている。この共通信号
線COMは、センスノードN4を選択的に充電する際に
用いられるVdd電源線として、また書き込み・消去の
ベリファイ動作においてはパス/フェイル判定を行うた
めの信号線として用いられる。
【0040】第2のラッチ回路2は、第1のラッチ回路
1と同様に、クロックト・インバータCI1,CI2を
逆並列接続して構成されている。そしてこのラッチ回路
2の二つのデータノードN5,N6は、カラム選択信号
CSLにより制御されるカラムゲートNMOSトランジ
スタ51,52を介して、データバッファにつながるデ
ータ線io,ionに接続されている。ノードN5に
は、これをVddに充電するためのプリチャージ用PM
OSトランジスタ82が接続されている。ノードN5は
また、転送スイッチ素子であるNMOSトランジスタ3
0を介して、メイン書き換え/読み出し回路10のノー
ドN4に接続されている。
【0041】図3には、ページバッファ140とデータ
入出力バッファ50の接続関係を示す。NAND型フラ
ッシュEEPROMの読み出し、書き込みの処理単位
は、あるロウアドレスでの同時に選択される1ページ分
の容量512バイトとなっている。データ入出力端子I
/Oが8個あるため、一つのデータ入出力端子I/Oに
対しては、512ビットとなっており、図3ではその5
12ビット分の構成を示している。
【0042】図45に示すようにセルアレイが複数分割
されている場合には、ページバッファ140の第1のラ
ッチ回路1を含む部分140aは、複数のページバッフ
ァ140a1,140a2に相当し、第2のラッチ回路
2を含む部分140bは、図45(b)の複数のキャッ
シュに相当する部分である。例えば、書き込み動作にお
いては、512ビットのデータを同時に書き込むため、
512個のページバッファが必要となる。512ビット
の個々のデータは、カラムアドレスと対応している。カ
ラムアドレスをデコードした信号CSL0〜CSL51
1によって、512個のページバッファから一つのペー
ジバッファを選択し、カラム選択スイッチ素子を介して
データ信号線ioとの間でデータの入出力を行うことに
なる。
【0043】次に、この実施形態での書き換え/読み出
し回路140の基本的な動作を、図4〜図8を参照して
説明する。データをメモリセルに書き込む場合には、デ
ータ信号線io、ionから書き込みデータを第2のラ
ッチ回路2に取り込む。書き込み動作を開始するには、
書き込みデータが第1のラッチ回路1になければならな
いので、続いて、ラッチ回路2に保持したデータをラッ
チ回路1に転送する。また、読み出し動作においては、
データ入出力端子I/Oにデータを出力するには、読み
出したデータがラッチ回路2になければならないので、
ラッチ回路1で読み出したデータをラッチ回路2に転送
する必要がある。したがって、図4に示すように、スイ
ッチ素子42と30を導通状態にしてラッチ回路1とラ
ッチ回路2の間でデータを転送を行うことが可能とされ
ている。この時、転送先のラッチ回路を非活性状態にし
てからデータを転送し、その後転送先のラッチ回路を活
性状態に戻してデータを保持することなる。
【0044】図5は、メモリセルへの書き込み、および
メモリセルからの読み出し動作中の状態を示している。
多値動作の場合を除いて、通常は、第1のラッチ回路1
を含むメイン書き換え/読み出し回路10で書き込み動
作制御と読み出し動作制御が行われる。この時、スイッ
チ素子30を非導通状態に保持し、スイッチ素子41,
42を導通状態として、ラッチ回路1とメモリセルアレ
イのビット線との間で、データの授受が可能になる。
【0045】図6は、書き込み状態を確認する書き込み
ベリファイ読み出し中の動作として、スイッチ素子43
と42だけが導通する状態があることを示している。こ
れは、書き込み動作におけるビット毎ベリファイ機能に
よるもので、例えば、消去状態の”1”セルに、”1”
を書き込む場合には、非書き込み(書き込み禁止)動作
となるため、何回書き込みを行っても、選択ビット線は
ベリファイ読み出しで放電されて読み出しデータが
“1”即ち、書き込みフェイルとなる。これを書き込み
パスさせるため、ビット線放電後にスイッチ42、43
を導通させてラッチ回路1に”H”レベルを再充電する
制御を行う。ここで、パスとは、所望の書き込み動作が
終了した状態を意味し、フェイルとは、所望の書き込み
動作が未終了の状態を意味する。
【0046】図7は、多値動作モードにおける書き込み
動作のある状態を示している。ラッチ回路1に第一ビッ
トの書き込みデータを一時的に保持し、ラッチ回路2に
第二ビットのデータを保持して書き込み動作を行う場合
があり、この時、第二ビットのデータをメモリセルから
読み出すために、スイッチ素子42を非導通状態にし
て、ラッチ回路1に第一ビットの書き込みデータを保持
した状態で、スイッチ素子41と30を導通状態として
メモリセルからラッチ回路2にデータを読み出す。ま
た、この書き込み動作の中の、書き込みパルス印加動作
後の書き込みベリファイリードにおいて、ラッチ回路2
からビット線プリチャージする動作があり、この場合に
もスイッチ素子41と30を導通状態に制御する。
【0047】図8は、多値動作モードにおける、第二の
多値ロウアドレス選択時の読み出し動作におけるある状
態を示している。スイッチ素子42と43を導通状態に
制御し、共通信号線COMをGND電位にすることによ
って、ビット線から読み出したデータを強制的に変更す
ることができる。これにより、図43(b)のVtとデ
ータとの関係で正しくデータが読み出されるようになっ
ている。
【0048】次に、具体的に多値論理動作について説明
する。この実施の形態では、図43(a)に対して、図
43(b)に示すようなメモリセルのしきい値(Vt)
と2ビットの論理データの対応のもとで多値動作を行
う。メモリセルのVtとデータの対応は、図43(a)
の場合と異なるが、上位ビットと下位ビットがそれぞ
れ、別のロウアドレスに対応したデータとなっている点
は、同じである。すなわち、多値動作においてのみ、同
一の選択セルに対して、二つのロウアドレスがあり、上
位ビット、下位ビットに割り当てられたロウアドレスを
それぞれ第一の多値用ロウアドレス、第二の多値用ロウ
アドレスと称することにする。
【0049】ここで、第一の多値用ロウアドレス選択時
のデータは、図43(b)の第一ビット(上位ビット)
であり、第二の多値用ロウアドレス選択時のデータは、
図43(b)の第二ビット(下位ビット)である。例え
ば、”10”の場合、第一ビット(上位ビット)のデー
タは”1”であり、第二ビット(下位ビット)のデータ
は”0”である。
【0050】まず、第二の多値用ロウアドレス選択時の
書き込みおよび書き込みベリファイ読み出しについて説
明する。図9(a)は、第二の多値用ロウアドレス選択
時の書き込み動作のフローチャートである。まず、第二
の多値用ロウアドレス選択時の書き込みデータがデータ
信号線io/ionからラッチ回路2にロードされる
(ステップS11)。1ページ分のデータ512バイト
がシリアル入力される間に、カラムアドレスに対応した
データがラッチ回路2に取り込まれる。1ページ分のデ
ータロードが終了すると、ラッチ回路2からラッチ回路
1へのデータ転送が行われる(ステップS12)。
【0051】このラッチ回路2からラッチ回路1へのデ
ータ転送のタイミング図を図10(a)に示す。スイッ
チ素子NMOSトランジスタ42のゲートBLCDとス
イッチ素子NMOSトランジスタ30のゲートBLCD
2をVddの転送が可能な”H”レベル電位にして、ラ
ッチ回路2からラッチ回路1へ書き込みデータを転送す
る。図10(a)では、データロード後にラッチ回路2
に”H”データがロードされ、ノードN5が”H”レベ
ル(Vdd)になっている。このデータ転送後に書き込
み動作が開始される(ステップS13)。
【0052】書き込みパルス印加動作のタイミングを図
11に示す。ラッチ回路1の書き込みデータが、NMO
Sトランジスタ42、NMOSトランジスタ41、ビッ
ト線選択トランジスタ60を介して選択ビット線に転送
される。これらラッチ回路1とビット線BLeの間の転
送トランジスタのゲートには、ビット線BLeにVdd
を転送するのに十分な電圧が印加されている。この例で
は、1個のページバッファを共有する2本のビット線の
うち、アドレスによって、BLeが選択された状態にな
っている。以下の全ての動作説明でも、BLeを選択ビ
ット線とする。
【0053】この時、ラッチ回路1の一端であるノード
N1が”H”レベルの場合は、ビット線BLeに”H”
レベルが転送され、非書き込み状態の”1”書き込み状
態となる。逆に、ノードN1が”L”レベルの場合に
は、”0”書き込み状態となる。図11では、”L”レ
ベルを選択ビット線BLeに転送し(実線)、”11”
状態から”10”状態への”0”書き込みとなってい
る。
【0054】ここで、NAND型フラッシュEEPRO
Mでは、書き込む前の消去状態は、図43(b)の”1
1”状態に示すような負のしきい値Vtの状態である。
消去動作では、図12(a)に示すように、選択ブロッ
クの全ワード線510を0V、メモリセルのソース/ド
レイン512をフローティング、メモリセルのPウェル
513を正の高い消去電圧(約20V)にして、フロー
ティングゲート511から電子を引き抜く。また、書き
込みパルス印加動作では図12(b)に示すように、選
択されたワード線510を正の高い書き込み電圧Vpg
m(15〜20V)、Pウェル513を0Vにして、電
子がフローティングゲート511に注入されるようなバ
イアス関係にする。
【0055】この時、ラッチ回路1からビット線BLe
に0Vが転送されている場合には、ビット線、ビット線
側選択トランジスタ、およびNANDセルユニット内の
非選択セルを介して、N型拡散層512に0Vが転送さ
れるため、メモリセルのチャネルとフローティングゲー
ト511間に書き込みに十分な電位差が生じ、電子が注
入される。一方、ラッチ回路1から選択ビット線に”
H”レベルが転送されている場合には、選択されたメモ
リセルのチャネル電位が高くなり、メモリセルのチャネ
ルとフローティングゲート511間の電位差が小さくな
り、電子は注入されない。このように書き込まない場合
にチャネル電位を高くするために、非選択のメモリセル
のワード線には、Vpassという中間電位(8V程
度)が印加されている。但し、Vpassが印加される
のは、選択ワード線のあるNANDセルユニット内の非
選択ワード線だけである。
【0056】書き込みパルス印加動作の後に書き込みベ
リファイリードVerify10を行う(ステップS1
4)。このタイミングを図13に示す。Verify1
0では、選択ワード線の電位をVv10(図43(b)
参照)にして読み出しを行う。同じNANDセルユニッ
ト内の非選択ワード線にはパス電圧Vreadを印加し
て非選択セルをパストランジスタとしておいて、選択ワ
ード線のメモリセルの導通状態のみを判定する。ビット
線プリチャージ期間である時刻R4からR7では、NM
OSトランジスタ47、41およびビット線選択トラン
ジスタ60を導通させて、ビット線BLeをプリチャー
ジする。この時、NMOSトランジスタ41のゲートに
は、Vpreを印加し、ビット線BLeには、Vpre
からしきい値電圧Vtだけ低い電圧Vpre−Vtをプ
リチャージする。このビット線プリチャージ電位Vpr
e−Vtは、Vddより低い電位である。
【0057】時刻R7で、NANDセルユニットNUの
ソース側選択トランジスタSG2をオンさせると、選択
セルのしきい値状態によって、ビット線BLeの放電が
開始される。即ち、選択されたメモリセルのVtがVv
10より低ければ選択メモリセルがオンし、ビット線プ
リチャージ電位Vpre−Vtを放電する。一方で選択
メモリセルのVtがVv10より高ければ、選択メモリ
セルがオンしないため、ビット線プリチャージ電位Vp
re−Vtは保持される。その後、ビット線電位を増
幅、センスする前に、書き込みデータをノードN3に記
憶させる。時刻S1までに、ノードN3にVdd+αを
充電しフローティング状態にしておいてから、時刻S2
でDTGをVddにする。キャパシタ49は、ノードN
3の電位をフローティングにして保持する期間中にリー
ク電流による電位低下や、配線間のカップリングによる
ノイズを受けにくくするために設けられている。
【0058】書き込みデータを保持しているノードN1
が”H”レベルの場合には、MOSトランジスタ45が
オンしないために、ノードN3は”H”レベルを保持
し、ノードN1が”L”レベルの場合には、MOSトラ
ンジスタ45がオンするため、ノードN3は”L”レベ
ルになる。その後、ビット線電位を増幅、センスするた
めに、ラッチ回路1を非活性状態にする。すなわち、L
ATとSENを”L”にし、これらの反転信号であるL
ATB、SENB(図2参照)は、それぞれ、“H”と
する。
【0059】ラッチ回路1を非活性状態にしてから、B
LCDを”H”レベルにしてスイッチ素子42を導通状
態にして、ノードN1とN4を同電位にし、NMOSト
ランジスタ47をオンしてこれらのノードを、”H”レ
ベルに充電する。時刻S7で、BLCLAMPにセンス
用電圧Vsenを印加する。ビット線電位がVpre−
VtからVsen−Vtまで放電されていた場合、NM
OSトランジスタ41がオンするため、ノードN1、N
4の電位は、ビット線電位とほぼ等しくなるまで低下す
る。この時、ノードN1、N4の電位は、Vddからビ
ット線電位まで低下する。また、ノードN1、N4の容
量に比べて、ビット線容量は非常に大きいため、ノード
N1、N4の電荷は瞬時に抜ける。ビット線電位が、V
sen−Vtまで放電されていない場合は、NMOSト
ランジスタ41がオンしないため、ノードN1、N4に
はVddが保持される。
【0060】ノードN1の電位が下がる場合には、ビッ
ト線電位までしか低下しないが、Vddを保持する場合
には、ビット線プリチャージ電位Vpre−Vtよりも
Vddが高いために、ビット線振幅が増幅されて見え
る。図中、ビット線BLe波形の実線は、放電されてい
るため、メモリセルは、書き込み不十分か、または、非
書き込みのメモリセルであったことを示している。
【0061】時刻S9で、REGを”H”にしてスイッ
チ素子トランジスタ43をオン状態にする。ノードN3
が”L”の場合、つまり、書き込みパルス印加動作
中、”0”書き込み状態にあった場合には、NMOSト
ランジスタ44がオンしないため、ノードN1、N4の
電位には変化がなく、時刻S11までビット線電位を反
映した電位がノードN1に保持されている。時刻S11
でSENを”H”、SENBを”L”にすると、ノード
N1をゲートにしたラッチ回路1のクロックトインバー
タが活性化し、ノードN1の電位をクロックトインバー
タでセンスする。時刻S12でLATを”H”、LAT
Bを”L”にして、ラッチ回路1を活性化すると、ノー
ドN1の電位を”L”または”H”の2値情報として取
り込む。結果として、ノードN1に”L”がラッチされ
ると、次の書き込みパルス印加動作で再び選択ビット線
に”L”が転送されるため、”0”書き込みする状態に
保持される。
【0062】また、図中ビット線BLeの破線波形のよ
うにセル電流が流れずビット線プリチャージレベルが保
持されれば、センス後にラッチ回路1には”H”がラッ
チされ、このメモリセルでの書き込みが終了する。書き
込みベリファイリードの結果”H”がラッチされると、
次に書き込みパルス印加動作に移っても、選択ビット線
には”H”レベルが転送され、非書き込みの”1”書き
込み状態になる。
【0063】また、ノードN3が”H”の場合、つま
り、書き込みパルス印加動作中、”1”書き込み状態で
あった場合には、共通信号線COMから”H”レベルが
ノードN1、N4に転送される。このため、時刻S12
で、ノードN1に再び”H”がラッチされる。よっ
て、”1”書き込み状態では、書き込みベリファイの結
果に関係なく、ノードN1に”H”をラッチし、非書き
込みの”1”書き込み状態を保持する。
【0064】図32及び図33は、これらの動作の各部
電位関係をまとめたものである。書き込みが終了したペ
ージバッファでは、ノードN1が”H”レベルの”1”
書き込み状態に変わるため、1ページ内の全てのページ
バッファのノードN1、あるいは、その反転状態のN2
の状態を検出することによって、1ページ分の書き込み
が終了しているかどうかが判定できる(ステップS1
5)。一つでもノードN1が”L”レベルのページバッ
ファがあると、再び、図11に示した書き込みパルス印
加動作、および、書き込みベリファイ読み出しを行う。
【0065】NAND型フラッシュEEPROMでは、
このように書き込みベリファイ読み出しの結果、書き込
みが終了したメモリセルにおいては、そのメモリセルに
接続されるページバッファが”1”書き込み状態に変わ
るため、1ページ分の全てのメモリセルが書き込めるま
で書き込みパルス印加動作を行っても、Vt分布を狭く
制御できる。1ページ内の個々のページバッファでこの
ように書き込み制御する方法をビット毎ベリファイと称
している。また、書き込み速度を向上するため、書き込
みパルス印加動作と書き込みベリファイ読み出しを繰り
返し行う毎に、書き込み電圧Vpgmを少しずつ高めて
書き込みパルス印加動作を行っている。そのため、選択
ワード線の電位だけを見ると、図14のような波形(実
線)になる。
【0066】次に、第一の多値用ロウアドレス選択時の
書き込みと書き込みベリファイ読み出しについて説明す
る。上位ビット(第一の多値用ロウアドレス選択時)の
書き込み動作のフローチャートを図9(b)に示す。ま
ず、第一の多値用ロウアドレス選択時の書き込みデータ
を外部データ入出力端子からラッチ回路2にロードする
(ステップS21)。その後、図10のタイミングでラ
ッチ回路2からラッチ回路1に書き込みデータを転送す
る(ステップS22)。ここまでが図15(a)のステ
ップ1である。
【0067】次に、図15(b)にも示すように、既に
メモリセルに書き込まれている下位ビット(第二の多値
用ロウアドレス選択時)のデータをラッチ回路2に取り
込む(ステップS23)。この動作を内部データロード
と称する。内部データロードのタイミングを図16に示
す。データ転送後のラッチの状態は、N1が”L”(実
線)と図示されている。ここでは、選択ワード線の電位
をVr10(図43(b)参照)にして読み出しを行
う。ここで、第一の多値用ロウアドレスと第二の多値用
ロウアドレスは、同じワード線を選択する。ビット線プ
リチャージ期間の時刻R4からR7では、NMOSトラ
ンジスタ47、41、およびビット線選択トランジスタ
60をオンさせてビット線BLeをプリチャージする。
この時、NMOSトランジスタ41のゲートには、Vp
reを印加し、ビット線BLeには、Vpre−Vtを
プリチャージする。
【0068】時刻R7で、NANDセルユニットのソー
ス側選択トランジスタSG2をオンさせると、セルの状
態によって、ビット線の放電が開始される。図中のビッ
ト線BLe波形の実線は、”11”状態のセルを想定し
ている。この読み出し動作のみ、読み出しデータをラッ
チ回路2に取り込む。よって、ビット線電位をセンスす
る前に、時刻S4でCLATとCSENを”L”にし
て、ラッチ回路2を非活性状態にする。CLATBとC
SENBは、それぞれCLATとCSENの反転信号で
ある。時刻S5で、BLCD2を”H”レベルにしてス
イッチ素子30を導通状態にしつつ、NMOSトランジ
スタ47で、ノードN4、N5をVddにプリチャージ
する。
【0069】時刻S7で、BLCLAMPにセンス用電
圧Vsenを印加すると、前述のクランプを利用した動
作によって、ビット線電位を反映した電位がノードN
4、N5に現れる。そして、時刻S11でCSENを”
H”、CSENBを”L”にして、ノードN5が入力ゲ
ートになるラッチ回路2のクロックトインバータを活性
化し、ノードN5をクロックトインバータでセンスし
て、S12でCLATを”H”、CLATBを”L”に
してラッチ回路2を活性化してデータを取り込む(ステ
ップS23)。この動作中、BLCDは“L”であるた
め、NMOSトランジスタ42は非導通状態となってお
り、外部から入力された書き込みデータは、ラッチ回路
1に保持される。
【0070】このように、第一の多値用ロウアドレスの
書き込みデータをラッチ回路1に、第二の多値用ロウア
ドレスのデータをメモリセルから読み出し、ラッチ回路
2に保持した状態で、書き込みパルス印加動作を開始す
る(ステップS24)。書き込みパルス印加動作は、前
述と同様図11のタイミングで実施し、ラッチ回路1に
保持するデータを選択ビット線に転送して書き込みパル
ス印加動作を行う。第一の多値用ロウアドレス選択時の
書き込みでは、図43(b)に示すように、Vtの分布
を変化させる。ラッチ回路1のノードN1に”L”レベ
ルが保持されている場合には、”11”状態を”01”
状態へ、”10”状態を”00”状態へ書き込む。ま
た、ラッチ回路1のノードN1に”H”レベルが保持さ
れている場合には、書き込みを行わない”1”書き込み
となるので、”11”状態、”10”状態をそのまま保
持する。よって、4つの場合が存在し、それぞれの動作
のまとめを図34〜図37に示す。
【0071】”11”状態を”01”状態へ、”10”
状態を”00”状態への書き込みは、同じ書き込み電圧
を選択ワード線に印加して同時に行う。よって、図9
(b)に示すように、”00”状態の書き込みベリファ
イ読み出しVerify00(ステップS25)と、”
01”状態の書き込みベリファイ読み出しVerify
01(ステップS26))を、1回の書き込みパルス印
加動作後に行う必要がある。そこで、”01”状態へ書
き込みを行っているメモリセルが、”00”状態の書き
込みベリファイで書き込み終了しないようにする必要が
ある。なぜなら、”00”状態の書き込みベリファイリ
ード(Verify00)では、選択ワード線電圧をV
v00にして読み出しを行うが、”01”状態へ書き込
もうとしているメモリセルでは、Vtが”00”状態ま
で上昇してくると、Verify00ではビット線電位
を放電しないため書き込めたように見えてしまうためで
ある。
【0072】そこで、ここでは、ラッチ回路2に保持し
ている第二の多値用ロウアドレスに対応したデータに基
づいて書き込みベリファイリードの制御を行うようにし
た。このステップS25の書き込みベリファイ読み出し
Verify00のタイミングを図17に示す。時刻R
4からR7は、ビット線プリチャージ期間であり、この
間にNMOSトランジスタ30、41、およびビット線
選択トランジスタ60をオンさせてビット線プリチャー
ジを行う。MOSトランジスタ30をオンさせることに
よって、ラッチ回路2のノードN5からビット線BLe
へプリチャージする。
【0073】問題となっている”11”状態から”0
1”状態への書き込みでは、第二の多値用ロウアドレス
に対応するデータを読み込む内部データロードを行った
後に、ラッチ回路2のノードN5が”L”となってい
る。何故なら、前述の内部データロードにおいては、選
択ワード線電圧をVr10にするため、“11”状態の
メモリセルは導通してビット線のプリチャージ電位を放
電し、センス後に“L”が取り込まれるからである。し
たがって、”01”状態へ書き込みを行っているページ
バッファでは、”L”レベルをプリチャージする。”0
1”状態へ書き込むメモリセルにとっては、Verif
y00のところで、必ず書き込みベリファイリードの結
果がフェイルする必要があるので、最初からファイルす
るプリチャージを行う。一方で、“10”状態から“0
0”状態へ書き込みを行うページバッファでは、ラッチ
回路2のノードN5が“H”となっている。従ってこの
場合は、他の読み出し動作と同様のビット線プリチャー
ジを行う。ラッチ回路2は、書き込み単位となるページ
内の各ページバッファに有しているので、”00”状態
へ書き込みしているページバッファでは、選択ビット線
へ通常のプリチャージを行い、”01”状態へ書き込み
しているページバッファでは、フェイルするプリチャー
ジを選択的に行うことになる。
【0074】Verify00の動作前に、ビット線を
0Vに保持しておけば、Verify00が開始されて
このラッチ回路2からの選択的なプリチャージを行う期
間中に、不要なプリチャージ電流が流れないため、消費
電流が小さくなるメリットもある。図17のノードN5
とビット線BLeの波形は、内部データロードの結果、
実線が”00”状態への書き込み、最初からGNDレベ
ルを保持している破線が”01”状態への書き込みの場
合を示している。
【0075】時刻R7以降は、前述の書き込みベリファ
イリードと同様である。”00”状態に書き込みを行う
ページバッファにおいては、ビット線BLe波形の実線
のように、時刻R7までの期間にビット線BLeがプリ
チャージされる。選択されたメモリセルの導通状態によ
って、ビット線BLeが放電、あるいは放電されず、時
刻S7以降でセンス用電圧Vsenによって増幅、セン
スされ、書き込み結果がラッチ回路1に取り込まれる。
一方で、同様に、ラッチ回路2に”H”が保持されてい
る”10”状態を”10”状態に保持する”1”書き込
みにおいては、ラッチ1のノードN1には”H”レベル
が保持されているので、前述のビット毎ベリファイ動作
によって、時刻S9で、ノードN1がノードN3のデー
タによって”H”レベルに充電されるため、”1”書き
込み状態を保持する。
【0076】次に、続けて行われるステップS26の”
01”状態への書き込みベリファイリード(Verif
y01)について説明する。そのタイミングを図18に
示す。ここでは、選択ワード線電位をVv01(図43
(b)参照)に設定して読み出しを行う。この場合は、
選択ワード線電位を除いて、前述のVerify10と
同様である。
【0077】”11”から”01”状態へ書き込みする
ページバッファにおいては、選択ワード線電位Vv01
においてビット線電位をセンスすればよく、”11”状
態のまま保持する”1”書き込みにおいては、ノードN
1が再充電され”1”書き込み状態を保持する。一方
で、”10”状態から”00”状態へ書き込むページバ
ッファにおいては、Verify00で書き込みフェイ
ルしているメモリセルはVerify01でも必ずフェ
イルする。何故なら、Vverify00でフェイルす
るメモリセルのVtは、Vv00より低いため、Vve
rify01時の選択ワード線電圧Vv01ではよりフ
ェイルし易い読み出しになるからである。また、”0
0”状態を保持する”1”書き込みのページバッファに
おいては、前述のビット毎ベリファイの動作によって”
1”書き込み状態を保持するので問題ない。
【0078】以上より、Verify00時と、Ver
ify01時で所望の書き込みベリファイリードが実現
でき、ページ内の全てのページバッファで書き込みが終
了するまで(ステップS27)、書き込みパルス印加動
作と書き込みベリファイリードからなる書き込みサイク
ルを繰り返し、第一の多値用ロウアドレス選択時の書き
込みが実行できる。
【0079】次に、読み出し動作について説明する。図
43(b)に示すように、多値動作時の2ビットの論理
データが、上位ビットは第一の多値用ロウアドレス選択
時のデータ、下位ビットは第二の多値用ロウアドレス選
択時のデータというように、ロウアドレスに割り付けら
れているため、ロウアドレスによって、読み出し方が異
なる。多値動作時の読み出し動作のフローチャートを図
19(a)(b)に示す。
【0080】第一の多値用ロウアドレスが入力された上
位ビット読み出しの場合には、選択ワード線電位をVr
00(図43(b)参照)にして読み出すことにより、
図19(b)のように、ステップS41に示す1回の読
み出し動作Read00を行うだけで、“0”又は
“1”の2値データを読み出すことができる。第二の多
値用ロウアドレスが入力された場合には、選択ワード線
電位をVr01とVr10(図43(b)参照)にして
読み出す必要があり、図19(a)に示すステップS3
1,S32の2回の読み出し動作Read01とRea
d10が必要になる。
【0081】まず、第一の多値用ロウアドレス選択時の
読み出し動作について説明する。この読み出し動作Re
ad00のタイミングを図20に示す。時刻R7までの
ビット線プリチャージ期間に、NMOSトランジスタ4
7、41、ビット線選択トランジスタ60をオンさせ
る。NMOSトランジスタ41のゲートには、Vpre
を印加するため、ビット線BLeにはVpre−Vtが
プリチャージされる。時刻R7で、NANDセルユニッ
トのソース側選択トランジスタSG2をオンさせると、
セルのしきい値状態によって、選択ビット線の放電が開
始される。
【0082】時刻S4で、LAT、SENを”L”レベ
ルにして、ラッチ回路1を非活性状態にし、NMOSト
ランジスタ42をオンさせて、ノードN1とN4を同電
位にしつつ、MOSトランジスタ47をオンしてVdd
に充電する。時刻S7で、NMOSトランジスタ41の
ゲートBLCLAMPをVsenにして、ビット線電位
をクランプして読み出す。これにより、前述のように小
振幅Vpre−Vsen(約0.4V)のビット線電位
を、ノードN1では増幅して読み出すことができる。そ
の後時刻S11、S12で、SENとLATを順に”
H”にして、ラッチ回路1のクロックトインバータを順
に活性化して、ノードN1のデータをラッチ回路1に取
り込み保持する。
【0083】ラッチ回路1に読み出しデータが取り込ま
れた後、1ページ分のラッチ回路1に保持されている読
み出しデータをラッチ回路2に同時に転送する(ステッ
プS42)。1ページが512バイトである場合には、
512バイト分の各ページバッファにおいて、ラッチ回
路1からラッチ回路2へデータ転送する。このラッチ回
路1からラッチ回路2にデータを転送するタイミングを
図10(b)に示す。
【0084】ラッチ回路2は、カラム選択トランジスタ
51、52によってデータ入出力バッファ50に接続さ
れているので、カラムアドレスに従いカラムデコード信
号CSLが”H”になると、それぞれのラッチ回路2か
らデータ信号線io/ion、データ入出力バッファ5
0を介して外部にデータが出力される。メモリセルアレ
イが図45(b)のように2アレイで構成されており、
一つのロウアドレスでそれぞれのセルアレイの1ページ
を選択して同時に前述の読み出し動作を行った場合に
は、2ページ分のページバッファにおいて、このデータ
転送を同時に行うことができる。この場合には、データ
転送の後に、まず、セルアレイ100aの1ページ分の
データをラッチ回路2から出力した後、セルアレイ10
0bの1ページデータを外部に出力するようデータ入出
力バッファ50が制御される。
【0085】この様に、多値動作モードでの第一の多値
用ロウアドレス選択時のデータは、1回の読み出し動作
とデータ転送で、データを外部に出力することができ
る。次に第二の多値用ロウアドレス選択時の読み出し動
作について説明する。第二の多値用ロウアドレス選択時
の読み出し動作は、図19(a)に示すように、ステッ
プS31,S32の2回の読み出し動作Read01、
Read10となる。
【0086】その読み出しRead01のタイミングを
図21に示す。選択ワード線電位がVr01となってい
ることを除くと前述の読み出しRead00と同じであ
るので、詳細な説明を省略する。読み出しRead01
後は、読み出されたデータはラッチ回路1に保持され
る。続いて、読み出しRead10を行う。この読み出
しRead10のタイミングを図22に示す。
【0087】選択ワード線電位をVr10(図43
(b)参照)にして読み出しを行い、ビット線プリチャ
ージから時刻S9までは、読み出しRead10とほぼ
同じである。ただし、Read00や、Read01と
異なり、COMRSTを”H”にして、ノードCOM
を”L”レベルに保持する。また、Read00や、R
ead01では、ノードN3の電位が読み出し動作に関
係しなかったが、Read10では、ノードN3の電位
が動作に影響する。Read01に続いて行うRead
10では、時刻S4までの間、ラッチ回路1にRead
01での読み出しデータが保持されている。
【0088】時刻S2までの間に、ノードN3はVdd
+αの電圧に充電されフローティングとなっている。時
刻S2でDTGがVddになると、ラッチ回路1のノー
ドN1が”H”ならば、ノードN3は、Vdd+αを保
持するが、ノードN1が”L”ならば、ノードN3の電
位は放電されて0Vとなる。時刻S7でビット線電位を
増幅した後、時刻S9でREGが”H”レベルになる
と、Read01においてノードN1に”H”をラッチ
していた場合には、N3が”H”レベルのためMOSト
ランジスタ44がオンしてノードN1、N4はノードC
OM側に放電され、時刻S12でノードN1には”L”
が取り込まれる。つまり、メモリセルが図43(b)
の”01”状態にあった場合には、”1”データであ
る”L”をN1にラッチする。
【0089】読み出しRead01において、ノードN
1に”L”をラッチした場合には、時刻S9でNMOS
トランジスタ44がオンせずノードN1、N4が放電さ
れないため、ビット線電位が増幅されたノードN1の電
位を時刻S11、S12でセンスしてラッチする。Re
ad01、Read10を終了すると、第二の多値用ロ
ウアドレスに対して読み出されたデータがラッチ回路1
に保持されているので、これを図10(b)に示すタイ
ミングでラッチ回路2にデータ転送して(ステップS3
3)、ラッチ回路2から外部へのデータ出力を可能な状
態にして終了する。
【0090】以上の多値動作モードの読み出し中の状態
を図38〜図41に示す。図38は、上位ビット読み出
し動作時であり、図39〜41は下位ビット読み出し時
である。また図40,41はそれぞれ、1回目の下位ビ
ット読み出し結果のノードN1が“H”,“L”のとき
の第2回目の下位ビット読み出し動作を示している。
【0091】次に、実効書き込み速度向上のために、ラ
ッチ回路2をキャッシュとして使用する場合の説明をす
る。このときの、メモリセルセルのVt分布とデータの
関係は、図23のようになっている。読み出し時には、
1回の読み出し動作ですむため、選択ワード線電圧を、
図23のVr0にすることを除いては、前述の読み出し
Read00と同様の制御で読み出しを行う。
【0092】図24に、キャッシュを使った読み出し動
作のタイミング図を示す。図24(a)は、1アレイの
みでの読み出し動作である。まず、読み出しコマンド0
0Hを受け付け、第一のロウアドレスを入力した後に、
Ready//Busy(以後R/BBとする)を”
L”、つまりビジー状態を出力して“ページ読み出し
1”を行う。このページ読み出し1は、前述の読み出し
Read00と同様の読み出し動作である。ページ読み
出し1が終了すると、読み出された第一のロウアドレス
に対応する512バイトのデータが、個々のページバッ
ファのラッチ回路1に保持されているため、前述のデー
タ転送でラッチ回路1のデータをラッチ回路2に転送す
る。
【0093】その後、 R/BBを”H”、つまりレデ
ィ状態にすると、読み出しイネーブル信号ReadEn
ableBによって、シリアルデータ出力が可能にな
り、ReadEnabl信号に同期して第一のロウアド
レスに対応するデータがデータ入出力端子に出力され
る。また、内部では、第二のロウアドレスが選択され、
“ページ読み出し2”が実行される。この時、内部のR
/BBは”L”、つまりBusyになる。
【0094】ラッチ回路2からシリアルデータ出力1が
終了しないと、ページ読み出し2の結果であるラッチ回
路1のデータをラッチ回路2に転送できないので、シリ
アル出力1の終了を検出して、R/BBを”L”、つま
りBusyにして、ラッチ回路1からラッチ回路2のデ
ータ転送を行う。データ転送が終了したら、再び、R/
BBを”H”、つまり、Readyにしてシリアルデー
タ出力2を開始するとともに、第三のロウアドレスを選
択して、“ページ読み出し3”を内部で実行する。
【0095】この読み出し動作により第一のロウアドレ
スに対応するデータを出力中に、第二のロウアドレスの
読み出し動作を行うために、シリアルデータ出力1とシ
リアルデータ出力2の間の時間tdbを短縮できる。1
ページ容量を512バイトとし、ページ読み出し時間を
10us、シリアルデータ出力サイクルを50nsとす
ると、従来の実効読み出し速度は、14MByte/s
であった。これに対してこの実施の形態によれば、例え
ば、tdb=1usとすると、最高で実効読み出し速度
が19MByte/sと高速化できる。
【0096】ここで、R/BBは、このフラッシュEE
PROMを使用するユーザーが、データの入出力が可能
か否かを判断するReady//Busy信号である
が、図24に示した内部R/BBは、図1のブロック図
に示した制御回路110が動作制御を判断するフラグ信
号であることを意味している。後述の動作においても同
様である。
【0097】図24(b)は、2アレイ構成である場合
に、2アレイで同時に、読み出しを行う場合を示してい
る。読み出しコマンド00H、アドレス入力の後、セル
アレイ100aでは、入力された第一のロウアドレスに
対して“ページ読み出し1”を行う。セルアレイ100
bにおいても、同様に第一のロウアドレスに対して“ペ
ージ読み出し2”を行う。この場合、第1のロウアドレ
スに対して、2ページが選択されることになり、チップ
外部にはページ容量が2倍になって見えることになる。
図24(a)と同様、それぞれの読み出しが終了し、デ
ータ転送するまでは、R/BBは”L”つまり、Bus
yである。
【0098】この場合、データ出力時には、セルアレイ
100aの“データ出力1”、セルアレイ100bの
“データ出力2”を順に行う。データ出力が始まると、
第二のロウアドレスが選択されて、セルアレイ100a
では、“ページ読み出し3”、セルアレイ100bで
は、“ページ読み出し4”を行う。この場合もtdb=
1usとして、実効読み出し速度を比較してみると、従
来は、17MByte/sであったが、最高で20MB
yte/sに向上することができる。
【0099】次に、キャッシュを使った書き込み動作に
ついて、図25を用いて説明する。ここでは、図45
(b)のようにセルアレイ100a、100bで同時に
書き込みをする場合について示す。
【0100】データ入力コマンド80H、アドレス入力
の後に、まず、セルアレイ100aで第一のロウアドレ
スに対応する書き込みデータ(Data1)を入力し
(“Load1”)、続いて、同様にセルアレイ100
bに対しても、80H、アドレス入力の後に、第二のロ
ウアドレスに対応する書き込みデータ入力を行う(“L
oad2”)を行う。2つのセルアレイで同時に書き込
みを行うため、10Hdはダミーの書き込み実行コマン
ドで実際には書き込み動作に入らない。また、連続した
データロード“Load3”,“Load4”を可能に
するため、R/BBはBusy信号”L”を出力して、
すぐに擬似的なReady信号”H”を出力する。最初
のデータ入力コマンド80H時の後に、全てのページバ
ッファにおいてキャッシュとなるラッチ回路2をリセッ
トする(図中のC.Rst)。
【0101】図2のPMOSトランジスタ82は、この
時ラッチ回路2をリセットするためのトランジスタであ
る。データロード“Load2”の後の書き込み実行コ
マンド10Hcで、二つのセルアレイで同時に書き込み
が開始される。ここで、各ページバッファのラッチ回路
2からラッチ回路1へデータ転送を行い、その後、前述
の書き込みパルス印加動作および、書き込みベリファイ
リードを行う。
【0102】データ転送は、図10(a)に示したタイ
ミングで実行し、書き込みパルス印加動作は、図11に
示したタイミングで実行し、書き込みベリファイリード
は、選択ワード線電圧をVv0にして、図13のベリフ
ァイ読み出しVerify10と同様のタイミングで実
行する。
【0103】この間、内部では、書き込み実行中となる
ため、内部のR/BBはBusy状態”L”になってい
る。前述のように、データ転送後は、全てのラッチ回路
2は、書き込みパルス印加動作とは切り離された状態に
なっているため、R/BBには擬似的なReady状態
の”H”を出力し、ラッチ回路2に対するデータロード
を可能にする。
【0104】データロード“Load4”の後、再び、
書き込み実行コマンド10Hcを入力すると、この時、
Data1、Data2の同時書き込みが終了していな
ければ、この時ラッチ回路2に保持されているData
3、Data4のデータをラッチ回路1にデータ転送で
きないため、Data1とData2の書き込みが終了
し、内部のR/BBがReady”H”になってから、
データ転送を行う。それから、Data3、Data4
の書き込みを実行するとともに、外部のR/BBにはR
eady”H”を出力し、再び、ラッチ回路2へのデー
タロードを可能にする。
【0105】また、読み出しの場合に説明したように、
一つのロウアドレスに対して二つ以上のアレイでそれぞ
れ1ページずつ選択されるような構成であってもよい。
その場合のキャッシュを使った書き込み動作を図25
(b)に示す。セルアレイ100aのデータロードLo
ad1に続いて、セルアレイ100bのデータロードL
oad1が実行される。この場合には、書き込み実行コ
マンド10Hcによって、内部ではData1とDat
a2の書き込み動作を開始し、外部では次のデータロー
ドを可能にする。また、1アレイ構成にキャッシュを使
った場合の書き込み動作を、図25(c)に示す。この
場合も、コマンド10Hcで内部での書き込み動作実行
と、外部のデータロードが可能な状態に制御される。
(b),(c)の場合も(a)と同様に、キャッシュ
(ラッチ回路2)にロードしたデータをラッチ回路1に
転送できるのは、内部R/BBがReady状態になっ
てからである。
【0106】実効書き込み速度は次のようになる。シリ
アルデータ入力サイクルを50ns、1ページを512
バイト、1ページ分の書き込みが終了する時間を200
usとすると、キャッシュを用いない場合、2アレイ構
成の同時書き込みであっても、4.1MByte/sで
ある。これに対してこの実施の形態のようにキャッシュ
を使った場合には、2ページ分のデータロード時間が書
き込み時間に隠れて見えなくなるため、5.1MByt
e/sとなる。更に4アレイ構成の同時書き込みの場合
には、従来の6.8MByte/sに対し、10MBy
te/sと非常に効果が大きくなる。
【0107】図2のページバッファは、このように多値
動作を可能にするばかりでなく、2値動作においては、
実効書き込み速度や、読み出し速度を向上させるキャッ
シュ機能も実現が可能である。また、図2の構成では、
ラッチ回路2とNMOSトランジスタ30を省略する
と、ほとんど2値動作用のページバッファと同じ構成に
なる。ノードCOMに接続されたPMOSトランジスタ
90と、NMOSトランジスタ91は、複数のページバ
ッファで共有すればよく、例えば、I/O数と同じであ
る8個のページバッファで1個づつあれば良い。したが
って、この回路は、非常に簡単な方法で多値動作とキャ
ッシュ機能を実現したことになる。また同じ回路構成で
多値動作とキャッシュ機能に対応しているため、読み出
しや書き込み動作の制御を変更することで、両機能の切
り換えが可能である。その制御は、制御回路110によ
り行われているため、コマンド入力及によって制御方法
及びアドレス空間を変更し、時間的に、多値動作機能を
実現したり、2値動作時にキャッシュ機能を実現するよ
うな切り換えが可能になる。
【0108】[実施の形態2]前述のキャッシュ動作に
おいては、2アレイ構成の場合について説明し、キャッ
シュとなるラッチ回路2のリセットに関しては、2ペー
ジ分のデータをロードする前のアドレス入力時に行って
いた。例えば、図25の“Load1”前のアドレス入
力時、“Load3”のアドレス入力時にリセットを行
っていた。データロードをする前には必ず、ラッチ回路
2をリセット状態にしておく必要があるが、データ転送
後に書き込み動作が開始されて、その間に実行されるデ
ータロードコマンド後にラッチ回路2をリセットするこ
とにすると、データロードコマンドが入るタイミングが
不定になるため、書き込み動作中の任意のタイミング
で、ラッチ回路2のリセット動作が入ってしまうおそれ
がある。この場合、書き込みベリファイリードのセンス
動作をしている最中にラッチ回路2のリセット動作によ
る電源ノイズが入る可能性があるため、好ましくない。
【0109】そこで、図26に示すようにラッチ回路2
からラッチ回路1へのデータ転送後に、続けてラッチ回
路2のリセット動作を行うと良い。つまり、ラッチ回路
2のリセット動作は、常に書き込み動作前に実行される
ことになる。しかしながら、一番最初のデータロード前
には、ラッチ回路2のリセットが必要となるので、内部
R/BBとの関係で、書き込み動作が実行中の間に入る
80H、アドレス入力時においては、リセットしないよ
うにすることで、書き込み中に不定のタイミングで行わ
れていたラッチ回路2のリセットを無くすことができ
る。
【0110】この場合のキャッシュを使った書き込み動
作を図27に示す。図27では、図25(a)の場合に
適用した場合を示しているが、図25(b),(c)の
場合でも同様の制御が可能である。2ページ分のデータ
ロード“Load1”,“Load2”の後、2ページ
同時の書き込み動作を開始し、ラッチ回路2からラッチ
回路1へのデータ転送、ラッチ回路2のリセット(C.
Rst)を終えたところで、R/BBを擬似的なRea
dy状態”H”にする。その後受付可能となった、Da
ta1、Data2の書き込み中のデータロードコマン
ドのタイミングt1や、その後のt2が変化しても、ラ
ッチ回路2へのリセットは常に、書き込み動作前にしか
入らない。よって、キャッシュを使用した書き込みにお
いて、不要な電源ノイズを減らすことができる。
【0111】[実施の形態3]実施の形態1では、図2
の書き換え/読み出し回路(ページバッファ)140に
より、2ビットの論理データを一つの不揮発性メモリセ
ルに記憶する多値動作と、2値動作の場合のキャッシュ
動作と切り換え可能であることを説明した。しかし、多
値動作中においても、ラッチ回路2を使用していない期
間にこのラッチ回路2を利用したキャッシュ動作が可能
である。
【0112】例えば、多値動作モードの読み出し動作に
おいては、ラッチ回路2は使用していない。したがっ
て、図28(a)に示すように、ラッチ回路1を含むメ
イン書き換え/読み出し回路がが選択ビット線に接続さ
れて読み出し動作を行っている間に、ラッチ回路2から
は、データ出力が可能である。同様に、多値動作モード
の第二の多値用ロウアドレス選択時の書き込み動作にお
いては、ラッチ回路2を使用しない。このため、図28
(b)のように、書き込み中に、ラッチ回路2へ次の書
き込みデータをロードすることができる。しかし、第一
の多値用ロウアドレス選択時の書き込みにおいては、ラ
ッチ回路2に第二の多値用ロウアドレス選択時のデータ
を前述の内部データロードにより読み出し、保持したま
ま書き込み動作を行うため、キャッシュ機能を使うこと
ができない。
【0113】上述した多値動作モード時のキャッシュを
使った書き込み動作を図29に示す。図中、“下位Da
ta”とは、第二の多値用ロウアドレスに対応する書き
込みデータを意味し、“上位Data”とは、第一の多
値用ロウアドレスに対応する書き込みデータを意味して
いる。
【0114】図29ではまず、データロード“Load
1”、“Load2”で第二の多値用ロウアドレスに対
応する書き込みデータである下位Data1、下位Da
ta2を順次入力する。1回目の書き込み実行コマンド
10Hcが入力されると、2アレイで同時にラッチ回路
2からラッチ回路1にデータ転送して、内部では第二の
多値用ロウアドレスに対応する書き込み動作を実行す
る。その間に、次のデータロード“Load3”、“L
oad4”を行う。図29では、これらのデータロード
で、第一の多値用ロウアドレスに対応する書き込みデー
タである上位Data1、上位Data2を入力してい
る。
【0115】先の第二の多値用ロウアドレスに対応する
の書き込み動作が終了すると、第一の多値用ロウアドレ
スに対応する書き込みデータをラッチ回路2からラッチ
回路1に転送し書き込みを開始する。第一の多値用ロウ
アドレスに対応する書き込みでは、図29には示してい
ないが、前述の内部データロードによって、ラッチ回路
2には第二の多値用ロウアドレスに対応するデータがメ
モリセルから読み出されて保持されている。よって、上
位ビット(第一の多値用ロウアドレス選択時)の書き込
みが終了するまで、次のデータロードはできなくなって
いる。したがって、この場合、連続した書き込みを行っ
ていくと、書き込みを行うロウアドレスよって、キャッ
シュ機能が使える場合と使えない場合とがあるが、半分
のデータロード時間がキャッシュ動作によって、省略で
きる。
【0116】多値動作モードの書き込み時間が長いため
に、1ビットの論理データを一つの不揮発性メモリセル
に記憶する通常の2値動作モードに比べると効果は小さ
いが、この実施の形態によっても半分のデータロード時
間が省略できるので、実効書き込み速度が向上する効果
がある。
【0117】[実施の形態4]図30は、キャッシュと
なるラッチ回路2の接続状態を図2とは異ならせた実施
の形態の書き換え/読み出し回路140を示している。
この場合、スイッチ素子であるNMOSトランジスタ3
1は、第1のラッチ回路1のノードN1と第2のラッチ
回路2のノードN5の間に介在させている。
【0118】このような接続とした場合、多値動作機能
はないが、前述のキャッシュ機能が実現できる。ラッチ
回路1とラッチ回路2との間でデータ転送する場合に
は、MOSトランジスタ31を”L”レベル、”H”レ
ベル転送可能な導通状態に制御すればよい。キャッシュ
機能としては、前述の動作と同じである。
【0119】[実施の形態5]NAND型フラッシュE
EPROMでは、ページ内512バイトのセルが全て書
き込めるまで、書き込みパルス印加動作と書き込みベリ
ファイリードを繰り返し実行する。図14に示す選択ワ
ード線の印加電圧波形は、書き込みパルス印加動作と書
き込みベリファイのサイクルを繰り返す間、書き込み電
圧Vpgmを徐々に増加していく、ステップアップパル
ス書き込みを示している。この動作は、制御回路により
自動的に実行されているが、ページバッファ140を図
2の構成にすることによって、途中で中断して、その時
のセル電流を測定することが可能である。
【0120】前述のように、2値動作時の書き込みベリ
ファイ動作は、メイン書き換え/読み出し回路部10で
制御しており、書き込みベリファイ読み出し後のデータ
はラッチ回路1に保持されている。そこで、1回の書き
込みパルス印加動作と書き込みベリファイ読み出しのサ
イクルが終了した後、ベリファイ結果に応じて次の書き
込みパルス印加動作を実行する通常の書き込み制御を中
断して、書き込み中のラッチ回路1のデータを壊すこと
なく、セル電流の測定を行うテスト動作が可能である。
【0121】このセル電流の測定時には、スイッチ素子
42を非導通状態にするためBLCDを”L”にしてラ
ッチ回路1のデータを保持し、CSENとCLATを”
L”、同時にCSENBとCLATBを”H”にしてラ
ッチ回路2を非活性状態にして、選択ビット線からデー
タ線ioまでの全ての転送スイッチ、即ちビット線選択
トランジスタ60、転送トランジスタ41,30、カラ
ムゲートトランジスタ51を導通状態にし、データ信号
線ioから外部データ入出力端子間も導通状態にする。
このようにすることよって、セル電流を外部データ入出
力端子から測定することができる。
【0122】この動作を、従来法の場合の図31(a)
と対応させて、図31(b)に示す。従来のテストモー
ドおいても、書込み電圧の設定や、書込みだけ行う動作
モード、セル電流の測定モードなどがあり、図31
(a)のように類似の動作は可能であった。しかし従来
は、セル電流測定モードを入れると、書き込みベリファ
イ結果が保持されているラッチ回路1のデータを壊して
しまうために、セル電流とベリファイ結果の判定の相関
関係まで確認する場合には、ベリファイ結果をラッチ回
路1から読み出し、セル電流の読み出しを終えた後に再
びベリファイ結果をデータロードしてから次の書き込み
行うなど、複雑な制御が必要であった。また、書き込み
動作毎に設定された電圧まで昇圧するために、図31
(a)に示すように、選択ワード線電圧の立ち上がり特
性に、昇圧回路の立ち上がり特性が影響するため、選択
ワード線に印加される電圧波形も変わってしまう場合が
ある。それに対して、図31(b)の本実施の形態で
は、書き込み中のベリファイ結果等を保持したまま、書
き込みサイクルを一時中断してセル電流測定モードを行
うことができる。セル電流測定終了後には、次のサイク
ルの書き込みを再開することが可能である。
【0123】[実施の形態6]図46は、多値論理動作
とキャッシュ機能を実現するためのページバッファ14
0の他の構成例である。図2の構成と異なり、この実施
の形態では、第1のラッチ回路1と第2のラッチ回路2
の間のデータ授受は、第1のラッチ回路1のノードN2
と第2のラッチ回路2のノードN6の間に直列に介在さ
せたNMOSトランジスタ203,204により行うよ
うになっている。
【0124】一端が選択ビット線に接続されるクランプ
用NMOSトランジスタ41bの他端は、センスノード
N4bである。このセンスノードN4bは、図2の場合
のように直接に第1のラッチ回路1のノードN1には接
続されることはなく、センス用のNMOSトランジスタ
201のゲートに接続される。NMOSトランジスタ2
01のソースは接地され、ドレインがNMOSトランジ
スタ202,203を介してそれぞれ第1のラッチ回路
1のノードN1,N2に接続される。
【0125】即ちクランプ用NMOSトランジスタ41
bによりセンスノードN4bに読み出されたデータによ
り、センス用NMOSトランジスタ201がオン又はオ
フとなる。このトランジスタ201の状態は、信号BL
SEN0又はBLSEN1により選択的に活性化される
NMOSトランジスタ202又は203を介して、ノー
ドN1又はN2に転送される。これによりセンスデータ
がラッチ回路1に読み出される。また、ラッチ回路1,
2間のデータ授受は、信号BLSEN1,2によりオン
駆動されるNMOSトランジスタ203,204を介し
てノードN2,N6間で行われる。
【0126】データ書き込み時、第1のラッチ回路1の
保持データに応じて、ノードN1の電位を選択ビット線
に転送するためのNMOSトランジスタ42bは、クラ
ンプ用NMOSトランジスタ41bとは別の経路に配置
されている。また、第2のラッチ回路2のノードN5
は、NMOSトランジスタ30bを介してセンスノード
N4bに接続されている。このNMOSトランジスタ3
0bは、多値論理動作モードにおいて、第2のラッチ回
路2の保持データに応じて選択ビット線のプリチャージ
を行う場合に導通させるものである。またセンスノード
N4bには、このセンスノードN4bの電位を容量カッ
プリングにより制御可能とするために、一端を制御端子
CAPGとするキャパシタ48が接続されている。
【0127】このページバッファ140を用いた場合の
多値論理動作を説明する。多値論理動作のメモリセルの
しきい値電圧Vtとデータの関係は、図43(b)の関
係を用いる。書き込み動作については、第一ビット(上
位ビット)の書き込み動作、及び第二ビット(下位ビッ
ト)の書き込み動作とも、その動作フローは先の実施の
形態の図9と同じである。読み出し動作に関しては、図
47に示すように、先の実施の形態の図9とは、第二ビ
ットの読み出し動作が異なる。即ち、選択ワード線にV
r10を印加するRead10が先になり(ステップS
31’)、続いて、選択ワード線にVr01を印加する
Read01が実行される(ステップS32’)。それ
以外は、図19と変わらない。
【0128】具体的に、書き込み及び書き込みベリファ
イ読み出し動作を、図9を参照しながら説明する。ま
ず、下位ビット(第二ビット)について説明すると、デ
ータ入力端子からデータ信号線io,ionを介して第
2のラッチ回路2に書き込みデータを入力する(S1
1)。そして、先の実施の形態と同様に、その書き込み
データを第2のラッチ回路2から第1のラッチ回路1に
転送する(S12)。
【0129】このとき、第1のラッチ回路1の制御信号
SEN,LATを“H”、SENB,LATBを“L”
として、クロックトインバータCI1,CI2を非活性
にした状態で、制御信号BLSEN1,BLSEN2を
“H”にする。これにより、オンしたNMOSトランジ
スタ203,204を介して、ラッチ回路2のノードN
6の電位をラッチ回路1のノードN2に転送した後、ク
ロックトインバータCI1,CI2の順に活性化して、
転送されたデータを保持する。第1のラッチ回路1から
第2のラッチ回路2にデータを転送する場合も同様に、
第2のラッチ回路2を非活性にしてから、データ転送を
行う。
【0130】次に書き込みパルス印加動作を行う(S1
3)。この書き込みパルス印加動作では、このページバ
ッファ140の場合、NMOSトランジスタ42bをオ
ンにして、第1のラッチ回路1のノードN1のデータを
選択ビット線に転送する。このとき、ノードN1の
“L”レベル(0V),“H”レベル(Vdd)をレベ
ル低下なく転送するためには、NMOSトランジスタ4
2bのゲートに与える制御信号BLCDには、Vddよ
り昇圧された電位を用いることが好ましい。
【0131】書き込み動作後、選択ワード線に、図43
に示す電圧Vv10を印加して、書き込みベリファイ読
み出しVerify10を行う(S14)。図48は、
第1のラッチ回路1のノードN1に“L”データがある
場合の動作状態を示している。ベリファイ読み出しのた
めのビット線プリチャージは、プリチャージ用NMOS
トランジスタ47bをオン、更にクランプ用NMOSト
ランジスタ41bをオンにして行う。NMOSトランジ
スタ41bを用いたビット線データセンスの動作は先の
実施の形態と同様である。
【0132】図48中のリセット動作は、通常の読み出
し動作で必要な動作であり、センスデータをラッチ回路
に取り込む前にラッチの状態をリセットする動作であ
る。書き込みベリファイ読み出しの動作では、このリセ
ット動作は行わない。
【0133】ノードN4bに増幅された読み出しデータ
電位が現れた後、これを制御信号BLSEN1を
“H”、従ってNMOSトランジスタ203をオンする
ことにより、二値データとして第1のラッチ回路1に取
り込む。即ち、ノードN4bの電位がVddに近いレベ
ルの場合、センス用NMOSトランジスタ201がオン
し、NMOSトランジスタ203,201を介してノー
ドN2の電位が“L”レベルに引き下げられる。ノード
N4bの電位が低い場合には、NMOSトランジスタ2
01はオンせず、或いはオン抵抗が高く、ラッチ回路1
のノードN2の電位は保持される。
【0134】以上の動作は、第1のラッチ回路1が活性
状態において行われる。そしてこの動作が確実に行われ
るためには、NMOSトランジスタ201,202,2
03,204のオン抵抗が、ラッチ回路1を構成するP
MOSトランジスタ11,13,15,17より十分に
小さくなるように、トランジスタサイズを設定すること
が好ましい。
【0135】選択セルに対して読み出しを行い、書き込
みパルス印加後のメモリセルのしきい値が高くなること
によってビット線の放電が行われず、ビット線電位が
“H”を保持することにより、第1のラッチ回路1のノ
ードN2に“L”が取り込まれれば、書き込み終了とな
る。一方、メモリセルのしきい値が書き込みパルス印加
後も低い場合にはビット線が放電され、ベリファイ読み
出しでラッチ回路1のノードN2は“H”を保持する。
このときは、ノードN2が“L”になるまで、書き込み
パルス印加とベリファイ読み出しを繰り返す。
【0136】図49は、図48に対して、第1のラッチ
回路1のノードN1に“H”データがある場合(“1”
書き込みの場合、即ち非書き込みの場合)の状態を示し
ている。このとき、書き込みパルス印加でメモリセルの
しきい値変化を起こさないため、書き込みベリファイ読
み出しの結果を無視できる。第1のラッチ回路1のノー
ドN2は最初から“L”レベルであり、ビット線のセン
スデータを第1のラッチ回路1に取り込む動作で状態変
化はない。
【0137】先の実施の形態と同様に、1ページ分の同
時書き込みにおいて、全てのページバッファにおいて、
第1のラッチ回路1のノードN2が“L”、ノードN1
が“H”になるまで、書き込み動作とベリファイ読み出
し動作が繰り返される。そして全てのセルの書き込みを
判定して(S15)、書き込み終了となる。
【0138】次に、上位ビット(第一ビット)の書き込
み動作について、図9(b)を参照して説明する。各ペ
ージバッファにおいて、上位ビットのデータをI/O信
号線を介して第2のラッチ回路2に書き込み(S2
1)、その後この書き込みデータを第1のラッチ回路1
に転送する(S22)。次に、内部データロードを行う
(S23)。この内部データロードは、先の実施の形態
で説明したように、既にメモリセルに書き込まれている
下位ビットデータを、第2のラッチ回路2に読み出す動
作である。
【0139】先の実施の形態と同様に、一つのメモリセ
ルに記憶される第一ビットと第二ビットのデータは、第
一の多値用ロウアドレスと第二の多値用ロウアドレスに
対応している。そして、第一の多値用ロウアドレスと第
二の多値用ロウアドレスが選択するワード線及びメモリ
セルは同じものとする。
【0140】図50は、内部データロード時の動作状態
を示している。ビット線プリチャージからビット線電位
のセンスまでの間に、第2のラッチ回路2のリセットが
行われる。即ち、リセット用NMOSトランジスタ84
をオンすることにより、ノードN5を“L”、ノードN
6を“H”の状態にリセットする。この後、選択ワード
線に図43(b)に示す読み出し電圧Vr10を与え、
ビット線電位をノードN4bに読み出す。そして、制御
信号BLSEN2を“H”にして、NMOSトランジス
タ204をオンさせることにより、ノードN4bのセン
ス結果を、第2のラッチ回路2に取り込む。選択セルが
“11”であれば、ノードN5が“L”になり、選択セ
ルが“10”であれば、ノードN5が“H”になる。
【0141】そして、書き込みパルス印加動作(S2
4)の後、“00”に対する書き込みベリファイ読み出
しVerify00を行い(S25)、続いて“01”
に対する書き込みベリファイベリファイVerify0
1を行う(S26)。
【0142】図51は、“11”状態のセルから、第一
ビットの“0”書き込みの動作を行う場合の状態変化を
示している。“0”書き込みのため書き込み開始時の第
1のラッチ回路1のノードN1は“L”になっている。
ベリファイ読み出しVerify00においては、ビッ
ト線プリチャージを第2のラッチ回路2のノードN5か
ら行う。このとき、第2のラッチ回路2のノードN5と
第1のラッチ回路1側のノードN4bとの間に介在させ
たNMOSトランジスタ30bをオンにし、更にNMO
Sトランジスタ41bをオンにする。トランジスタ30
bのゲートには、“H”レベルVddを電位低下なしに
転送できる昇圧電位が与えられ、トランジスタ41bの
ゲートには読み出し動作時のビット線プリチャージ電位
を決めるVpreが与えられる。
【0143】前述の内部データロードで、“11”セル
を読み出した場合は、ノードN5に“L”レベルを保持
しているので、ビット線は0Vにプリチャージされる。
従って、ベリファイ読み出しVerify00により、
ノードN4bに現れるビット線電位センス結果は“L”
である。このとき、NMOSトランジスタ203をオン
にしても、第1のラッチ回路1の保持データは変化しな
い。
【0144】次のベリファイ読み出しVeryfy01
では、ビット線プリチャージをNMOSトランジスタ4
7bにより行う。即ち通常の読み出し時にビット線プリ
チャージと同様に、ノードN4bをVddにして、ビッ
ト線をプリチャージする。この場合、書き込みパルス印
加後の選択セルのしきい値に応じたビット線電位がノー
ドN4bに読み出される。従って、NMOSトランジス
タ203をオンにすると、ベリファイ読み出し結果が、
第1のラッチ回路1に取り込まれる。“11”セルから
“01”セルへの書き込みの場合、ベリファイ読み出し
Verify01において、第1のラッチ回路1のノー
ドN1に“H”が取り込まれれば、書き込み終了とな
る。
【0145】図52は、“10”状態のセルから、第一
ビットの“0”書き込みの動作を行う場合の状態変化を
示している。“0”書き込みのため書き込み開始時の第
1のラッチ回路1のノードN1は“L”になっている。
ベリファイ読み出しVerify00においては、ビッ
ト線プリチャージを第2のラッチ回路2のノードN5か
ら行う。このとき、第2のラッチ回路2のノードN5と
第1のラッチ回路1側のノードN4bとの間に介在させ
たNMOSトランジスタ30bをオンにし、更にNMO
Sトランジスタ41bをオンにする。このとき、前述の
ようにトランジスタ41bのゲートには、Vpreが与
えられる。
【0146】“11”セルからの書き込みと異なり、
“01”セルの場合は、ノードN5が“H”レベルであ
り、通常の読み出しの場合と同様にビット線プリチャー
ジが行われる。その後、書き込みパルス印加動作後の選
択セルのしきい値に応じてビット線電位がノードN4b
に読み出される。このデータが、NMOSトランジスタ
203をオンにすることにより、第1のラッチ回路1に
取り込まれる。
【0147】“10”セルから“00”セルへの書き込
みの場合、ベリファイ読み出しVerify00におい
て、第1のラッチ回路1のノードN1に“H”が取り込
まれれば、書き込み終了となる。続いて、ベリファイ読
み出しVerify01を行うが、この場合図43
(b)に示すように、選択ワード線の読み出し電圧Vv
01が高い。従って、“00”セルはこのベリファイ読
み出しでオンして、ビット線が“L”電位になり、ノー
ドN4bに現れるセンスデータは“L”になる。これに
より、第1のラッチ回路1にデータ取り込みを行っても
状態変化はない。以上により、ベリファイ読み出しVe
rify01において、書き込みが終了したものは、ノ
ードN1に“H”が保持され、未終了のものはノードN
1に“L”が保持される。
【0148】図53及び図54はそれぞれ、“11”セ
ル及び“10”セルからの“1”書き込みの動作の状態
変化を示す。“0”書き込みの場合と同様に、書き込み
パルス印加の後、書き込みベリファイ読み出しVeri
fy00,Verify01が順次行われるが、第1の
ラッチ回路1のノードN1には“H”レベルが保持さ
れ、ノードN2には“L”が保持されている。従って、
ベリファイ読み出し時、NMOSトランジスタ203を
オンにしても、第1のラッチ回路1の状態変化はない。
そして、全てのページバッファのノードN1が“H”に
なることが判定されるまで(S27)、書き込みとベリ
ファイ読み出しを繰り返して、書き込みを終了する。
【0149】次に、図46のページバッファ140を用
いた、多値データの通常の読み出し動作を説明する。図
55は、第一ビットの読み出し動作時の状態変化を示し
ている。第一ビットの読み出し動作は、第一の多値用ロ
ウアドレスが選択された場合の読み出し動作であり、そ
のフローは図47(b)になる。
【0150】選択ワード線に、図43(b)に示す読み
出し電圧Vr00を与えて、読み出し動作を行う(S4
1)。このとき、ビット線プリチャージから、ビット線
電位センスまでの間に、制御信号BLSEN0を“H”
にしてNMOSトランジスタ202をオン、またプリチ
ャージ用トランジスタ47bによりNMOSトランジス
タ201をオンとすることで、第1のラッチ回路1はリ
セットされる。リセット状態は、ノードN1が“L”、
ノードN2が“H”である。
【0151】そして、ビット線データセンスの結果、ノ
ードN4bは、“H”又は“L”になる。これを、制御
信号BLSEN1を“H”として、NMOSトランジス
タ203をオンすることにより、第1のラッチ回路1に
取り込む。選択セルが“11”又は“10”の場合、ビ
ット線データセンス結果はノードN4bが“L”であ
り、このときNMOSトランジスタ201,203によ
るノードN2の放電はなく、第1のラッチ回路1は、ノ
ードN1が“L”を保持する。これが外部に“1”とし
て読み出される。
【0152】一方、選択セルが“00”又は“01”の
場合は、ビット線データセンス結果はノードN4bが
“H”である。このときNMOSトランジスタ201,
203によりノードN2が放電され、第1のラッチ回路
1は、データ反転してノードN1が“H”になる。これ
が外部に“0”として読み出される。なお、実際の外部
入出力端子へのデータ読み出しは、第1のラッチ回路1
のデータを第2のラッチ回路2に転送し(S42)、カ
ラムアドレス選択を行うことで、カラムゲートトランジ
スタ51,52を介して行われる。
【0153】図56〜図58は、図47(a)に示すフ
ローによる第二ビット読み出し時の状態変化を示してい
る。第二ビット読み出し動作は、第二の多値用ロウアド
レスが選択された場合の読み出し動作であり、図47
(a)に示したように、2回の読み出しRead10
(S31’),Read01(S32’)を実行する。
このうち、1回目の読み出しRead10のときの状態
変化が図56である。
【0154】この1回目の読み出しRead10では、
選択ワード線に、図44(b)に示す読み出し電圧Vr
10を印加する。その動作は、選択ワード線の読み出し
電圧を除き、先に説明した読み出しRead00と同じ
である。読み出し結果は、“11”セルの場合、第1の
ラッチ回路1のノードN1が“L”になり、“10”,
“00”,“10”セルの場合、第1のラッチ回路1の
ノードN1が“H”になる。
【0155】次に、選択ワード線に、図43(b)に示
す読み出し電圧Vr01を印加した2回目の読み出しR
ead01を行う。図57はこの読み出し動作におけ
る、1回目の読み出しで第1のラッチ回路1のノードN
1が“L”(即ち、“11”の場合)である場合の状態
変化であり、図58は、1回目の読み出しで第1のラッ
チ回路1のノードN1が“H”(即ち、“10”,“0
0”,“10”の場合)である。
【0156】この2回目の読み出しread01では、
ビット線電位センスの前のリセット動作は行わない。従
って、1回目の読み出しRead10の読み出し結果が
第1のラッチ回路1に保持されている。そして、ノード
N4bに得られたビット線データセンスの結果を、制御
信号BLSEN0を“H”、従ってNMOSトランジス
タ202をオンすることにより、第1のラッチ回路1に
取り込む。
【0157】選択セルが“11”の場合は、第1のラッ
チ回路1のノードN1に“L”が保持されているので、
ノードN4bの状態に拘わらず、ノードN1は“L”を
保持する(図57)。選択セルが“10”又は“00”
の場合、選択ワード線電圧がVr01であることから、
選択セルがオンしてノードN4bのセンスデータは
“L”になる。従って、NMOSトランジスタ201は
オフ又はオンしても高抵抗状態であり、NMOSトラン
ジスタ202をオンしてもノードN1の電位は変化しな
い。即ち先の読み出しRead00のデータを保持する
(図58)。
【0158】選択セルが“01”の場合、選択ワード線
電圧Vr01ではオンせず、ビット線が放電されないか
ら、ビット線電位センス後のノードN4bは“H”であ
る。従って、NMOSトランジスタ201はオンし、N
MOSトランジスタ202をオンすると、ノードN1は
放電されて“L”に引き下げられる(図58)。
【0159】以上の結果、第二ビットが“1”の場合、
ノードN1が“L”、第二ビットが“0”の場合、ノー
ドN1が“H”となるように、データが第1のラッチ回
路1に取り込まれる。この後、第1のラッチ回路1のデ
ータを第2のラッチ回路2に転送し(S33)、該当す
るカラムアドレス選択により、読み出しデータが外部端
子に出力される。以上のようにして、多値論理記憶の読
み出し動作が可能である。
【0160】二値記憶の場合には、先の実施の形態と同
様に、第1のラッチ回路2をキャッシュとして動作させ
ることができる。第1のラッチ回路1を含む書き換え/
読み出し回路10がメインページバッファとなってお
り、二値動作においては、第2のラッチ回路2を介して
データの入出力を行うのみである。読み出し動作では、
二値データのしきい値分布の間にある読み出し電圧を選
択ワード線に印加して、図47(b)及び図55に示す
読み出しRead00と同じ制御を行えばよい。書き込
み動作時には、図9(a)と同様の制御を行えばよい。
【0161】先の実施の形態で説明したように、読み出
し動作においては、読み出しデータを第1のラッチ回路
1から第2のラッチ回路2に転送した後は、メインのペ
ージバッファ10により次のページ読み出しに移ること
が可能である。書き込み動作では、書き込みデータを第
2のラッチ回路2から第1のラッチ回路1に転送した後
は、次のページアドレスの書き込みデータを第2のラッ
チ回路2にロードすることが可能である。以上により、
キャッシュ機能が実現できる。
【0162】図46の実施の形態の回路では、活性状態
にあるラッチ回路1のデータ反転に利用されるNMOS
トランジスタ201,202,203,204のサイズ
は重要である。図46の回路の場合、図2の回路とは異
なり、センスノードN4bの“H”,“L”のビット線
データセンス結果をNMOSトランジスタ201のゲー
トで受ける。センスノードN4bのデータセンス時の
“H”レベルはVddであり、“L”レベルはオン状態
のセルにより放電されたビット線の電位とほぼ等しい電
位である。そして、NMOSトランジスタ201は、セ
ンスノードN4bが“H”レベルのとき十分に低抵抗状
態でオンし、“L”レベルのときはオフ、或いは少なく
とも十分な高抵抗状態であることが必要になる。特に、
ラッチデータの反転を確実にするためには、NMOSト
ランジスタ201,202,203のオン抵抗が小さい
ことが重要になる。
【0163】しかし、これらのトランジスタのサイズの
設計のみで十分なマージンを得ることは容易ではない。
この点の対策として、図46に示すキャパシタ48を利
用した容量カップリングによりセンスノードN4bの電
位を制御することが有効になる。即ち、トランジスタ4
7bを用いたビット線プリチャージ後、データセンス前
に、端子CAPGに例えば正電位を与えて、センスノー
ドN4bをブーストすることにより、“H”出力時と
“L”出力時のNMOSトランジスタ201のチャネル
抵抗比が最大になるように電位制御することにより、大
きなセンスマージンを得ることができる。
【0164】前述のように、図2に示したページバッフ
ァ140においては、第1のラッチ回路1を含むメイン
ページバッファ10が、ビット線データセンスを行うラ
ッチ機能を備えたセンスアンプ回路を構成している。N
AND型フラッシュメモリは、大容量化しやすい反面、
そのメモリセル構成からセル電流が小さく、NOR型メ
モリ等に比べて高速読み出しが難しい。そのため、一つ
の選択ワード線により選択される1ページ分のメモリセ
ル(例えば512バイト)のデータを同時に読み出し、
この読み出しデータをシリアル転送して出力する方式が
通常用いられる。この方式を適用するためには、512
バイトのメモリセルに対して512バイト分のセンスア
ンプ回路が配置される。
【0165】そしてセンスアンプ回路方式としては、図
2に示したように、クランプ用トランジスタ41を用い
て、ビット線電位のクランプ動作とプリセンス動作を行
うことにより、可能な限り高速読み出しを行うようにし
ている。しかし、クランプ動作を利用していることか
ら、“0”,“1”データのセンスマージンは小さい。
特に、電源電圧が低電圧化され、センスアンプ回路を構
成するラッチ回路1の回路しきい値が低くなると、セン
スマージンはより小さくなる。
【0166】具体的に、図59のセンス動作波形を用い
て説明する。読み出し時、NAND型セルブロックの選
択されたワード線に読み出し用電圧が印加され、残りの
非選択用ワード線には、直列に接続されるメモリセルを
パストランジスタとするための読み出し用パス電圧が印
加される。ビット線の放電をNAND型セルのソース側
の選択ゲート線SGSで行う場合には、ドレイン側選択
ゲート線SGDは常時オン、ソース側選択ゲート線SG
Sをオフとして、ビット線プリチャージを行う(時刻T
0−時刻T1)。即ち、クランプ用トランジスタ41を
オンとし、プリチャージ用トランジスタ47をオンし
て、ビット線プリチャージを行う。
【0167】このとき、図59に示すように、プリチャ
ージ用トランジスタ47のゲート端子BLPREには電
源Vddより昇圧された電位Vdd+Vtnを与えて、
センスノードN4にVddを与え、またクランプ用トラ
ンジスタ41のゲート端子BLCLAMPにはVpre
を与えることにより、ビット線をVpre−Vtnまで
プリチャージする。ここで、VtnはNMOSトランジ
スタのしきい値である。
【0168】その後、BLCLAMPを0Vに戻して、
ソース側選択ゲートをオンにすると、選択セルのデータ
に応じて、ビット線が放電されるか、又は放電されずに
プリチャージ電位を保持する。そして、時刻T2で、ト
ランジスタ42をオンし、センスノードN4とラッチ回
路1のノードN1を接続し、ノードN1をVddにプリ
チャージする。時刻T2で、ノードN1をVddにプリ
チャージする前に、SENとLATを“L”レベルにし
て、ラッチ回路1を非活性状態にする。
【0169】時刻T3でプリチャージ用トランジスタ4
7をオフにして、ノードN1をフローティングに保持し
た状態で、時刻T4−T5の間クランプ用トランジスタ
47のゲート端子BLCLAMPに読み出し用電位Vs
enを与える。これにより、選択セルのデータが“1”
の場合、ビット線電位は放電により低下して、Vsen
−Vtn以下になっており、ノードN4及びN1はクラ
ンプ用トランジスタ41がオンして、ビット線電位まで
低下する。一方、選択セルが“0”データの場合、ビッ
ト線がプリチャージ電位を保持するため、クランプ用ト
ランジスタ41はオフであり、ノードN1及びN4は、
Vddのプリチャージ電位を保持する。
【0170】結果として、“1”セルの場合、ビット線
振幅Vpre−VsenがノードN1,N4では、Vd
d−(Vsen−Vtn)として増幅されて読み出され
る。例えば、ヒット線プリチャージ電位を0.7Vとす
ると、ビット線の読み出し振幅を約0.25Vに設定し
たとき、ノードN1,N4の振幅は約2Vまで増幅され
る。
【0171】このクランプ動作後、ノードN1の電位を
“H”又は“L”として、ラッチ回路1に取り込む。通
常の読み出し動作では、時刻T7でラッチ回路1のクロ
ックトインバータCI2を活性化し、次いで時刻T8で
クロックトインバータCI1を活性化することにより、
データ取り込みを行う。
【0172】以上の動作説明から、クランプ動作による
ビット線電位増幅後、ノードN1,N4に得られる
“L”レベル電位(図59の波形q)は、ラッチ回路1
の回路しきい値より低くなければならない。逆にいえ
ば、ラッチ回路1の回路しきい値は、ノードN1,N4
に読み出される“L”レベルより高くなければならな
い。従って、電源電圧が低電圧化され、クロックトイン
バータの回路しきい値が低下した場合にも、ばらつきを
考慮したワーストケースで誤読み出しが起こらないよう
に、読み出し時ビット線の“H”,“L”レベルを設定
しなければならない。
【0173】一方、読み出し時にビット線プリチャージ
電位を低くしすぎると、セル電流のドレイン電圧依存性
により、セル電流が小さくなり、従って読み出し時間が
長くなる。逆に、高速読み出しを行うために、“1”デ
ータセルのオン電流を増加させようとしても、ラッチ回
路1の回路しきい値により制限されてしまう。そこで、
センスアンプ回路の回路しきい値によりビット線プリチ
ャージ電位や振幅が制限されないようなセンスアンプ回
路方式が望まれる。
【0174】以上の事情を考慮して、図2のメインペー
ジバッファ10に対応するセンスアンプ回路として、好
ましい実施の形態を以下に説明する。なお、以下の各実
施の形態で説明するセンスアンプ回路は、多値論理動作
やキャッシュ機能を実現する先の各実施の形態のメイン
ページバッファに適用できることは勿論、より一般的に
二値記憶を行う通常のNAND型フラッシュメモリにも
有効である。更には、電気的書き換え可能な不揮発性メ
モリに限らず、ビット線の電流引き込みの有無或いは大
小によりデータ記憶を行う形式のメモリセルを持つもの
であれば、他の不揮発性メモリのセンスアンプ回路とし
て利用することが可能である。実際に以下の各実施の形
態のセンスアンプ回路は、NAND型フラッシュメモリ
の二値データの読み出し動作に着目して説明する。
【0175】[実施の形態7]図60は、その様な実施
の形態のセンスアンプ回路141aを、図2のページバ
ッファ10に対応させて示している。ビット線選択スイ
ッチ回路141bは、二つのビット線BLo,BLeの
うち一本を選択してセンスアンプ回路141aに接続す
るためのものである。2個のクロックトインバータCI
1,CI2により構成されるラッチ回路1は、読み出し
動作において、1ページ分のメモリセルデータを同時に
読み出した後、これをシリアル転送して出力するまで保
持する働きをする。またラッチ回路1は、データ書き込
み時は、ページ単位の書き込みデータを書き込み動作が
終了するまで保持する。
【0176】図61は、具体的に二値データ記憶を行う
場合について、センスアンプ回路141aとセルアレイ
の接続関係を示している。1ページ分のセンスアンプ回
路(B/P)141aが選択スイッチ回路141bを介
して、ビット線BLo又はBLeに接続される。セルア
レイは図では、二つのNANDセルブロック101,1
02を示している。センスアンプ回路141aは、カラ
ムゲート150を介して、データ入出力バッファ50と
接続される。センスアンプ回路141aに保持された読
み出しデータは、カラムアドレスにより切り換えられる
カラムゲート150によりシリアルデータに変換され
て、取り出される。
【0177】センスアンプ回路141aにおいて、セン
スノードN4がクランプ用NMOSトランジスタ41を
介して選択ビット線に接続されること、センスノードN
4にプリチャージ用NMOSトランジスタ47が設けら
れていること、センスノードN4とラッチ回路1のノー
ドN1(クロックトインバータCI2の入力端子であ
る)の間に転送用NMOSトランジスタ42が設けられ
ていることは、図2の場合と同様である。またベリファ
イ回路20は、書き込みベリファイ時に用いられる回路
であり、図2のトランジスタ44,45,46及びキャ
パシタ49の部分に相当する。
【0178】この実施の形態において、データセンスノ
ードN4にはキャパシタ31が接続され、このキャパシ
タ31の端子BOOST2が、データセンス時に容量カ
ップリングによりセンスノードN4の電位制御を行う駆
動端子として用いられるようにしている。
【0179】図62は、図60のセンスアンプ回路14
1aのデータセンス時の動作波形を、図59に対応させ
て示している。まず通常の通り、時刻T0で、プリチャ
ージ用トランジスタ47のゲートBLPREにVdd+
Vtnを印加し、同時にクランプ用トランジスタ41の
ゲートBLCLAMPにVpreを印加して、センスア
ンプ回路141aからビット線をプリチャージする。こ
のとき、トランジスタ42はオフであり、ラッチ回路1
は活性状態に保持する。このプリチャージ動作により、
センスアンプ回路141a内のセンスノードN4はVd
dに、ビット線はVpre−Vtnに設定される。
【0180】次に時刻T2でクランプ用トランジスタ4
1をオフにし、NANDセルの選択ゲートをオンにし
て、選択セルのデータに応じてビット線を放電する。ビ
ット線放電を開始してから、時刻T2でNMOSトラン
ジスタ42のゲートBLCDにVdd+Vtnを印加し
て、これをオンにする。また、SENとLATを“L”
レベルにしてラッチ回路1を非活性状態にする。これに
より、ノードN1はノードN4からVddに充電され
る。時刻T3でBLPREを0Vとして、プリチャージ
用トランジスタ47をオフにし、同時にキャパシタ48
cの端子BOOST2を第1の電位から第2の電位に上
昇させる。具体的には例えば、0Vから1Vに上げる。
【0181】このとき、ノードN4はフローティングに
なっているため、容量カップリングによりノードN4は
電位上昇する。ノードN4の電位上昇は、キャパシタ4
8cとノードN4の容量比で決まる。ノードN1は、ト
ランジスタ42のゲートBLCDがVdd+Vtnであ
るため、Vddまでしか上昇できず、容量カップリング
による電位上昇はない。なおキャパシタ48cは、従来
より、ノードN4をフローティング状態に保持するとき
にリーク電流や寄生容量の影響を除く意味で用いられて
いるが、これを昇圧に用いることはなかった。
【0182】この後、時刻T4で、クランプ用トランジ
スタ41のゲートBLCLAMPにVsenを印加し、
選択ビット線とセンスノードN4を接続する。図62で
は、このときのノードN4の電位変化の幾つかのケース
(a)〜(d)を、選択セルのデータに応じたビット線
電位変化に対応させて示している。ケース(a)は選択
セルが十分にしきい値が高いデータ“0”状態の場合で
ある。このとき、ビット線電位は殆どプリチャージ電位
を保持するため、クランプ用トランジスタ41は導通せ
ず、ノードN4は昇圧された電位を保持する。
【0183】ケース(d)は、選択セルがデータ“1”
でありしかもしきい値が著しく低い場合である。このと
き、ビット線が略0Vまで放電した状態でノードN4と
接続されるので、ノードN4はビット線と同じ略0Vま
で放電される。ケース(c)は選択セルが“1”である
が、しきい値が高い場合である。この場合、ビット線の
放電は遅く、ノードN4はビット線と略同じ中間的な電
位になる。ケース(b)は、選択セルが“0”であるが
しきい値が選択ワード線電位に近く、サブスレッショル
ド電流が流れる場合である。この場合、ビット線電位が
僅かに低下し、ノードN4も僅かに低下する。
【0184】この様に、時刻T4での動作は、従来法と
異なり、ノードN4を高電位の状態でビット線電位増幅
を行うことになる。そして時刻T5では、クランプ用ト
ランジスタ41のゲートBLCLAMPをVsenより
わずかに低いVsupに変更する。この電圧Vsup
は、Vsenよりは低くしきい値より高い電圧であり、
クランプ用トランジスタ41を0V付近で導通させるも
のとする。これにより、Vsenを印加していたときに
比べて、低いビット線電位でなければ、ノードN4とビ
ット線が導通しない状態になる。
【0185】そして、時刻T6では、キャパシタ端子B
OOST2を0Vに戻す。クランプ用トランジスタ41
のゲート電圧を下げたことにより、ノードN4とビット
線と導通し難く、従ってノードN4はフローティングに
なりやすくなっている。このため、(a)(b)(c)
のケースでは、BOOST2の電位立ち下げに伴い、ノ
ードN4の電位は低下する。一方、時刻T4の後にノー
ドN4が略0Vとなった(d)の場合は、ノードN4が
フローティングであれば負電位まで低下するが、クラン
プ用トランジスタ41の導通によりビット線から電流が
流れ込むため、負電位までの低下は抑制される。これ
は、キャパシタ48cの容量がビット線容量に比べて小
さいために、可能となっている。
【0186】以上により、(a)のような“0”データ
読み出しの場合は、ノードN1の電位はキャパシタ41
による昇圧前のVddに戻る。一方、(c)のような、
ビット線放電の遅い“1”セルの場合、ノードN1の電
位をビット線電位よりも降圧することができる。即ち、
この実施の形態のセンスアンプ回路では、ビット線振幅
に対してノードN1を高電位側に増幅するだけでなく、
低電位側にも増幅したと等価になり、ノードN1の
“H”,“L”の差が大きいものとなる。
【0187】そして、時刻T7でクランプ用トランジス
タ41のゲートBLCLAMPを0Vとして、ビット線
とノードN4の間を完全に切り離す。その後、時刻T9
でクロックトインバータCI2を活性化し、次いで時刻
T10でクロックトインバータCI1を活性化する。こ
れにより、ノードN1の“H”,“L”による二値デー
タをラッチ回路1に取り込む。
【0188】図62には、ラッチ回路1のCMOSクロ
ックトインバータの回路しきい値(反転しきい値)の範
囲を、電源Vddやプロセスのばらつきを考慮して示し
ている。この実施の形態の場合、キャパシタ48cを用
いてノードN4の電位を昇圧した状態でクランプ動作に
よるビット線データセンスを行い、その後ノードN4を
降圧することにより、“1”セルを読み出したときのノ
ードN4の“L”レベルをビット線レベルより低電位ま
でシフトしているから、ビット線電位の“L”レベルが
回路しきい値より高い場合にも誤読み出しがなく、正常
に読み出し動作ができる。ビット線の“H”レベルプリ
チャージ電位や“L”の読み出し電位の設定値をより高
くしたい場合には、キャパシタ48cに与える電位振幅
をより大きくすればよい。
【0189】なお、ノードN4とN1の間のトランジス
タ42のゲートBLCDをVdd+Vtnとして、ノー
ドN1,N4のうち、ノードN4のみを昇圧するように
したのは、ノードN1にはラッチ回路1のPMOSトラ
ンジスタ13のドレインが接続されているからである。
即ち、ノードN1をノードN4と同時に昇圧すると、P
MOSトランジスタのpn接合が順バイアスになり、ノ
ードN4が昇圧されなくなるため、これを防止してい
る。このときトランジスタ42のゲートBLCDに与え
る電圧は、Vdd+Vtnでなくてもよく、クロックト
インバータの回路しきい値より高く、Vddより低い電
圧が転送できるゲート電圧であればよい。
【0190】図62における時刻T8での制御信号RE
Gは、書き込みベリファイ等の読み出し動作で用いられ
るもので、図60のベリファイ回路20とノードN4の
間のトランジスタ43のゲート制御信号である。即ち、
NAND型フラッシュメモリではページ単位でデータ書
き込みを行うが、書き込みデータのしきい値範囲を所定
範囲に収めるために、書き込みパルス印加動作と書き込
みベリファイ読み出しを数回繰り返す。そして、書き込
みが終了したビット毎に、次の書き込みパルス印加動作
では非書き込み状態になるようにデータをセットする。
【0191】具体的に、“0”データ書き込みでは、ノ
ードN1の“L”レベルでビット線プリチャージを行
い、“0”書き込み(浮遊ゲートへの電子注入)が十分
であると、そのビットはベリファイ読み出しでノードN
1が“H”になる。即ち、以後書き込み禁止の状態にな
る。“0”書き込みが不十分であると、ベリファイ読み
出しでノードN1は“L”になり、このビットに対して
は再度の“0”書き込みが行われる。
【0192】一方、“1”データ書き込み(即ち書き込
み禁止)のビットでは、ノードN1の“H”レベルでビ
ット線プリチャージが行われ、セルデータが“1”の場
合にはそのまま保持されるようにする。このとき、ベリ
ファイ読み出しにより、ノードN1は、“L”になるか
ら、この状態でビット線プリチャージを行って次の書き
込みをすると、“0”書き込みになってしまう。従っ
て、この場合にはベリファイ読み出し動作で、ノードN
4の読み出しデータを反転して、非書き込み状態の
“H”にする必要がある。この様に、書き込みベリファ
イ読み出し時にノードN1,N2のデータ制御を行うの
が、ベリファイ回路20である。即ち、書き込みパルス
印加時のノードN1のデータが“H”の場合に限り、N
MOSトランジスタ43のゲートREGに“H”が印加
されたときに、ノードN1,N4を“H”状態にセット
するようにベリファイ回路20が働くことになる。
【0193】[実施の形態8]図63は、図60の回路
を少し変形した実施の形態のセンスアンプ回路141a
である。図60と異なる点は、センスノードN4に昇圧
電圧を与えるキャパシタ48cと別に、一端が接地され
たキャパシタ48aを付加していることである。センス
アンプ回路動作は、図60の場合と変わらない。
【0194】この実施の形態の場合、キャパシタ48c
の端子BOOST2に駆動電圧を与えて、ノードN4を
昇圧するとき、ノードN4の容量が実質的にキャパシタ
48aにより大きくなっているため、先の場合と同じ昇
圧電圧を得るのに、先の場合より高い駆動電圧が必要に
なる。言い換えれば、図60の回路では必要なノードN
4の昇圧電圧を得るために、駆動電圧として中間的な電
圧が必要となる場合でも、この実施の形態の場合、キャ
パシタ48c,48aの値を選ぶことにより、電源電圧
Vddを用いることが可能になる。この様にキャパシタ
端子BOOT2の電圧振幅を0VとVddとすれば、周
辺回路を複雑にすることがなく、好ましい。
【0195】[実施の形態9]図64は、図63の回路
を更に少し変形した実施の形態のセンスアンプ回路14
1aである。この実施の形態では、ノードN1に、プリ
チャージ回路として、ゲートが制御信号PPREにより
制御されるPMOSトランジスタ82bが付加されてい
る。またノードN1の電荷を保持するために、一端が接
地されたキャパシタ48bがノードN1に付加されてい
る。
【0196】図60のセンスアンプ回路では、キャパシ
タ端子BOOST2の制御によりノードN4を昇圧する
際、ノードN1を昇圧しないようにするために、トラン
ジスタ42のゲートBLCDにVdd+Vtnを印加し
た。この電圧が精度よく設定されていないと、ラッチ回
路1のPMOSトランジスタのpn接合が順バイアスに
なり、ノードN4の昇圧ができなくなる。そこで、ゲー
トBLCDの電圧は、ノードN1がVdd以下で且つラ
ッチ回路1の回路しきい値より高くなるように設定する
ことが必要になる。
【0197】図64の実施の形態は、この様なトランジ
スタ42の制御をより簡単にするために、ノードN1を
ノードN4とは独立にプリチャージ可能としたものであ
る。この場合、トランジスタ42のゲートBLCDの電
圧は、クランプ動作によりビット線とノードN4が接続
されノードN4に得られた読み出し電圧をノードN1に
転送できるものであればよく、Vsen以上の電圧であ
ればよい。例えば電源電圧Vddを所定のタイミングで
印加すればよい。
【0198】図65は、この実施の形態のセンスアンプ
回路の動作波形を示している。時刻T0から時刻T1ま
でのビット線プリチャージ動作は、図60の回路の場合
と同じである。時刻T2で制御端子PPREを“L”
(Vss)として、トランジスタ82bによりノードN
1をVddにプリチャージする。このとき、BLCDは
“L”であり、ノードN4とは独立にノードN1がプリ
チャージされる。時刻T3でBLCDをVsen以上の
電圧、例えばVddに設定する。BLCD、ノードN1
及びN4がいずれもVddのとき、NMOSトランジス
タ42はオフである。この状態で、BOOST2により
ノードN4を昇圧する。
【0199】なお、図64の場合、ノードN4の昇圧回
路として、図63と同様に二つのキャパシタ48c,4
8aを用いているが、図60と同様に一つのキャパシタ
48cのみを用いてもよい。
【0200】時刻T4で、プリチャージ制御信号PPR
Eを“H”としてノードN1のプリチャージ動作を停止
し、ノードN1をフローティングにする。この様にする
と、NMOSトランジスタ42のカットオフがよくなる
ため、ノードN4を安定に昇圧することが可能になる。
但し、前述のように“0”書き込み後のベリファイ読み
出しにおけるように、ノードN4,N1が“L”に放電
された後、再度“H”に充電する場合がある。従って、
ラッチ回路1の活性化前に、時刻T8でトランジスタ4
2のゲートBLCDをVdd+Vtnに上げる。
【0201】[実施の形態10]図66は更に別の実施
の形態によるセンスアンプ回路141aである。この実
施の形態では、ノードN4の昇圧制御は行わない。ノー
ドN4,N1にはそれそれ一端が接地されたキャパシタ
48a,48bが接続され、またノードN1には、リセ
ット用のNMOSトランジスタ82cが設けられる。
【0202】図67はこの実施の形態の場合の動作波形
である。この実施の形態の場合には、センスノードN4
を昇圧することなく、ビット線プリチャージとクランプ
によるビット線データセンスを行う。この間、BLCD
は0Vとし、トランジスタ42をオフにした状態で、ノ
ードN4とビット線とをクランプ動作で接続する。ノー
ドN4にビット線電位が現れた後、時刻T5でBLCD
にVdd+Vtnを与える。この時刻T5までの間に、
リセット信号NRSTを“H”にして、ノードN1は0
Vにリセットしておく。
【0203】この様な制御を行うと、トランジスタ42
が導通することにより、ノードN4のキャパシタ48a
に保持されていた電荷がノードN1のキャパシタ48b
に分配される。これにより、図67に示すように、ノー
ドN4の電位が低下し、ノードN1の電位が上昇する。
従って、ノードN4に読み出されるビット線データの
“L”レベルがラッチ回路1の回路しきい値より高い場
合にも、これを“L”として取り込むことが可能とな
る。
【0204】この実施の形態のセンスアンプ回路は、図
60,図63,図64の回路に比べて動作制御は簡単で
ある。但し、時刻T5でノードN4からの電荷分配によ
り決まるノードN1の“H”レベル電位が低すぎて、ラ
ッチ回路1の回路しきい値より低くなると、“0”読み
出しができなくなる。このため、読み出し時のビット線
電位の設定の自由度が、図60,63,64の回路に比
べると小さい。
【0205】[実施の形態11]図68は、更に他の実
施の形態によるセンスアンプ回路141aである。図6
0,図63,図64及び図66の回路では、センスノー
ドN4のデータをトランジスタ42を介してラッチ回路
1のノードN1に直接転送するようにしたが、この実施
の形態では、ノードN4のデータをゲートで受けるセン
ス用NMOSトランジスタ70を用いている。このトラ
ンジスタ70のソースは接地され、ドレインがスイッチ
用NMOSトランジスタ71,72を介してラッチ回路
1のノードN2,N1にそれぞれ接続される。
【0206】データ書き込み時、ラッチ回路1のノード
N1のデータをビット線に転送するNMOSトランジス
タ42は、クランプ用トランジスタ41とは別経路に設
けられている。このセンスアンプ回路方式は、図46の
それと同様である。この実施の形態の回路において、セ
ンスノードN4には、図60の回路と同様に、一端BO
OST2を駆動端子とした昇圧用キャパシタ48cが接
続されている。
【0207】この実施の形態によるセンスアンプ回路1
41aの通常のデータ読み出しの動作を、図69の動作
波形を用いて説明する。時刻T0で、プリチャージ用ト
ランジスタ47のゲートBLPREにVdd+Vtnを
印加し、クランプ用トランジスタ41のゲートBLCL
AMPにVpreを印加して、選択ビット線をVpre
−Vtnにプリチャージする。このときノードN4はV
ddになるため、同時に制御信号BLSEN0をVdd
にすると、ラッチ回路1のノードN1は“H”、ノード
N2は“L”の状態にリセットされる。
【0208】時刻T1でビット線プリチャージ動作を終
了し、NANDセルブロックの選択ゲートをオンにする
と、選択セルのデータ状態に応じて、ビット線は放電し
或いは放電せずにプリチャージ電位を保持する。時刻T
2まで、プリチャージ用トランジスタ47のオン状態を
保持してその後これをオフにし、時刻T3でBOOST
2を例えば1V程度上げると、ノードN4は容量カップ
リングにより昇圧される。
【0209】そして、時刻T4でクランプ用トランジス
タ41のゲートBLCLAMPをVsenにすると、ビ
ット線側ではVpre−Vsenの振幅で読み出しが行
われる。このときノードN4では、セルのしきい値状態
に応じて、図62と対応させて(a)〜(d)のような
電位変化を示す。即ち、ビット線振幅がクランプ用トラ
ンジスタ41により増幅されてノードN4に出力され
る。
【0210】(a)(b)の場合、トランジスタ70が
オン、(c)(d)の場合トランジスタ70がオフとす
る。時刻T5で、制御信号BLSEN1をVddにし
て、トランジスタ71をオンにすると、ラッチ回路1
は、(a)(b)の場合、ノードN2が“L”に反転
し、(c)(d)の場合、ノードN2が“H”の状態を
保持する。
【0211】このセンスアンプ回路方式の場合、ラッチ
回路を強制的に反転させる動作を行うために、トランジ
スタ70,71,72の寸法が大きくなる傾向がある。
しかしこの実施の形態の場合、ノードN4をデータセン
ス時昇圧しているため、これらのトランジスタ寸法を小
さくすることができる。
【0212】なお図69の動作では、ノードN4を昇圧
した状態のまま、ラッチ回路1にデータを取り込んでい
るが、図60の実施の形態の場合と同様に、ノードN4
の昇圧状態を解除してから、ラッチ回路1にデータ取り
込みを行うようにしてもよい。また、図63の実施の形
態と同様に、ノードN4に昇圧用キャパシタと別に、一
端が接地されたキャパシタを付加してもよい。
【0213】図70は、図60以下の実施の形態におい
て用いられるキャパシタ48c,48a,48bの構成
例を示している。図70(a)は、DタイプのNMOS
トランジスタを用いたMOSキャパシタであり、ゲート
をノードN4,N1等に接続し、ドレイン、ソースを共
通接続して、BOOST2端子(或いは接地端子)とす
る。この場合、BOOST2を0Vから正電圧に立ち上
げあげた状態でも、トランジスタがオン状態を保つこと
が望ましい。
【0214】図70(b)は、第1層多結晶シリコン5
15(1poly)と、第2層多結晶シリコン514
(2poly)の間でキャパシタを構成する例である。
不揮発性メモリセルには通常スタックトゲート構造が用
いられるから、不揮発性メモリセルを用いる場合、この
様なキャパシタを作り込むことは容易である。
【0215】図70(c)は、n型ウェル517とこの
上に絶縁膜を介して形成した電極515の間でキャパシ
タを構成した例である。n型ウェル517には、n+
拡散層516を形成して、ここをBOOST2端子に接
続する。BOOST2の電位に拘わらず、安定した容量
を得るためには、n型ウェル517の表面にこれより高
濃度のn型層518を形成することが好ましい。
【0216】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、二
つのラッチ回路を備えた書き換え/読み出し回路によ
り、キャッシュ機能による書き込み速度優先のフラッシ
ュEEPROMや、多値論理機能による大容量化優先の
フラッシュEEPROMを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態によるNAND型フラッ
シュEEPROMのブロック構成を示す。
【図2】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の構成
を示す。
【図3】同実施の形態のメモリセルアレイと書き換え/
読み出し回路の構成を示す。
【図4】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の一動
作態様を示す。
【図5】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の他の
動作態様を示す。
【図6】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の他の
動作態様を示す。
【図7】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の他の
動作態様を示す。
【図8】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の他の
動作態様を示す。
【図9】同実施の形態の多値論理動作のデータ書き込み
のフローを示す。
【図10】同実施の形態の多値論理動作でのラッチ回路
間のデータ転送のタイミングを示す。
【図11】同実施の形態のデータ書き込み動作のタイミ
ングを示す。
【図12】同実施の形態のメモリセルでの消去及び書き
込みの動作態様を示す。
【図13】同実施の形態のベリファイ読み出し動作のタ
イミングを示す。
【図14】同実施の形態の書き込み電圧波形を示す。
【図15】同実施の形態の書き換え/読み出し回路の動
作態様を示す。
【図16】同実施の形態の内部データロードの動作タイ
ミングを示す。
【図17】同実施の形態のベリファイ読み出しVeri
fy00の動作タイミングを示す。
【図18】同実施の形態のベリファイ読み出しVeri
fy01の動作タイミングを示す。
【図19】同実施の形態の多値動作の読み出し動作フロ
ーを示す。
【図20】同実施の形態の読み出しRead00の動作
タイミングを示す。
【図21】同実施の形態の読み出しRead01の動作
タイミングを示す。
【図22】同実施の形態の読み出しRead10の動作
タイミングを示す。
【図23】2値動作の場合のメモリセルしきい値分布を
示す。
【図24】同実施の形態のキャッシュを使った読み出し
動作を示す図である。
【図25】同実施の形態のキャッシュを使った書き込み
動作を示す図である。
【図26】同書き込み動作におけるラッチ回路のデータ
転送動作のタイミングを示す。
【図27】他の実施の形態のキャッシュを使った他の書
き込み動作を示す図である。
【図28】多値動作におけるキャッシュ動作のデータ転
送動作を示す。
【図29】多値動作におけるキャッシュを使った書き込
み動作を示す。
【図30】他の実施の形態による書き換え/読み出し回
路の構成を示す。
【図31】他の実施の形態におけるテストモードの動作
波形を従来例と比較して示す。
【図32】実施の形態の多値動作における下位ビット
“0”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図33】実施の形態の多値動作における下位ビット
“1”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図34】実施の形態の多値動作における上位ビット
“0”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図35】実施の形態の多値動作における上位ビット
“1”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図36】実施の形態の多値動作における上位ビット
“1”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図37】実施の形態の多値動作における上位ビット
“1”書き込み時の各部電位関係を示す。
【図38】実施の形態の多値動作における上位ビット読
み出し時の各部電位関係を示す。
【図39】実施の形態の多値動作における下位ビット読
み出し1回目の各部電位関係を示す。
【図40】実施の形態の多値動作における下位ビット読
み出し2回目の各部電位関係を示す。
【図41】実施の形態の多値動作における下位ビット読
み出し2回目の各部電位関係を示す。
【図42】従来の多値動作のフラッシュメモリ構成を示
す。
【図43】多値動作のメモリセルしきい値分布を示す。
【図44】従来の多値動作のデータロードの様子を示
す。
【図45】メモリセルアレイ構成とページバッファの関
係を示す。
【図46】他の実施の形態による書き換え/読み出し回
路の構成を示す図である。
【図47】同実施の形態による多値論理動作時の読み出
し動作フローである。
【図48】同多値論理動作の第二ビット“0”書き込み
状態を示す図である。
【図49】同多値論理動作の第二ビット“1”書き込み
状態を示す図である。
【図50】同多値論理動作の内部データロードの動作を
示す図である。
【図51】同多値論理動作の第一ビット“0”書き込み
状態を示す図である。
【図52】同多値論理動作の第一ビット“0”書き込み
状態を示す図である。
【図53】同多値論理動作の第一ビット“1”書き込み
状態を示す図である。
【図54】同多値論理動作の第一ビット“1”書き込み
状態を示す図である。
【図55】同多値論理動作の第一ビット読み出し状態を
示す図である。
【図56】同多値論理動作の第二ビット読み出し1回目
の状態を示す図である。
【図57】同多値論理動作の第二ビット読み出し2回目
の状態を示す図である。
【図58】同多値論理動作の第二ビット読み出し2回目
の状態を示す図である。
【図59】データ読み出し動作の波形を示す図である。
【図60】好ましいセンスアンプ回路の実施の形態を示
す図である。
【図61】同センスアンプ回路の適用例を示す図であ
る。
【図62】同センスアンプ回路の動作波形を示す図であ
る。
【図63】他の実施の形態によるセンスアンプ回路の構
成である。
【図64】他の実施の形態によるセンスアンプ回路の構
成である。
【図65】同センスアンプ回路の動作波形を示す図であ
る。
【図66】他の実施の形態によるセンスアンプ回路の構
成である。
【図67】同センスアンプ回路の動作波形を示す図であ
る。
【図68】他の実施の形態によるセンスアンプ回路の構
成である。
【図69】同センスアンプ回路の動作波形を示す図であ
る。
【図70】各実施の形態のセンスアンプ回路に用いられ
るキャパシタの構成例である。
【符号の説明】
100…メモリセルアレイ、120…ロウデコーダ、1
40…書き換え/読み出し回路(ページバッファ)、1
50…カラムデコーダ、110…制御回路、130…高
電圧発生回路、50…データ入出力バッファ、170…
コマンドレジスタ、180…アドレスレジスタ、190
…動作ロジックコントロール、200…状態レジスタ、
210…レディ/ビジーレジスタ、1…第1のラッチ回
路、2…第2のラッチ回路、30,41,42,43,
44…転送スイッチ素子、51,52…カラム選択スイ
ッチ素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G11C 17/00 634C 636A 636B 641 (72)発明者 竹内 健 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 今宮 賢一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD02 AD04 AD05 AD06 AD09 AD10 AD11 AE00 AE05 AE08

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的書き換え可能な不揮発性メモリセ
    ルが配列されたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイに書き込むべきデータを一時保持
    し、メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスす
    る複数の書き換え/読み出し回路と、 前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、及び読み
    出し動作を制御する制御回路とを備え、 前記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレ
    イに選択的に接続されると共に、相互のデータ転送が可
    能な第1のラッチ回路と第2のラッチ回路を有し、且つ
    2ビットの4値データを一つのメモリセルに異なるしき
    い値電圧の範囲として記憶するようにして、前記第1及
    び第2のラッチ回路を用いて4値データの上位ビットと
    下位ビットの書き換え/読み出しを行う多値論理動作モ
    ードと、一つのメモリセルに記憶される1ビットの2値
    データに関して、第1のアドレスで選択されたメモリセ
    ルと前記第1のラッチ回路との間でデータ授受が行われ
    る期間に、第2のアドレスについて前記第2のラッチ回
    路と入出力端子の間でデータ授受が行われるキャッシュ
    動作モードとを有することを特徴とする不揮発性半導体
    記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記多値論理動作モードと前記キャッシ
    ュ動作モードとは、コマンド入力によって時間的に切り
    換えられて実行されることを特徴とする請求項1記載の
    不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記多値論理動作モードと前記キャッシ
    ュ動作モードとは、データのアドレスに依存して一部重
    なる状態で実行されることを特徴とする請求項1記載の
    不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 電気的書き換え可能な不揮発性メモリセ
    ルが配列されたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイに書き込むべきデータを一時保持
    し、メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスす
    る複数の書き換え/読み出し回路と、 前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、及び読み
    出し動作を制御する制御回路とを備え、 前記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレ
    イの選択ビット線に第1の転送スイッチ素子及び第2の
    転送スイッチ素子を直列に介して接続される第1のラッ
    チ回路と、前記第1の転送スイッチ素子と第2の転送ス
    イッチ素子の接続ノードに第3の転送スイッチ素子を介
    して接続される第2のラッチ回路とを有し、且つ前記第
    2のラッチ回路のデータノードがカラム選択スイッチを
    介してデータ入出力線に接続されていることを特徴とす
    る不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 選択メモリセルへのデータ書き込みの
    後、その書き込みデータを読み出して確認するベリファ
    イ読み出し動作を有し、前記ベリファイ読み出し動作に
    おけるデータセンスとデータ保持は第1のラッチ回路に
    より行われることを特徴とする請求項4記載の不揮発性
    半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記書き換え/読み出し回路は、2ビッ
    トの4値データを一つのメモリセルに異なるしきい値電
    圧の範囲として記憶するようにして、前記第1及び第2
    のラッチ回路を用いて4値データの上位ビットと下位ビ
    ットの書き換え/読み出しを行う多値論理動作モード
    と、一つのメモリセルに記憶される1ビットの2値デー
    タに関して、第1のアドレスで選択されたメモリセルと
    前記第1のラッチ回路との間でデータ授受が行われる期
    間に、第2のアドレスについて前記第2のラッチ回路と
    入出力端子の間でデータ授受が行われるキャッシュ動作
    モードとを有することを特徴とする請求項4記載の不揮
    発性半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記多値論理動作モードにおいて、第1
    の転送スイッチ素子と第3の転送スイッチ素子を導通さ
    せて第2のラッチ回路とビット線を接続し、第2のラッ
    チ回路に保持したデータによりビット線プリチャージを
    行う書き込みベリファイ動作を有することを特徴とする
    請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 前記4値データは、メモリセルのしきい
    値電圧分布の低い方から、“11”,“10”,“0
    0”,“01”として定義されたものであることを特徴
    とする請求項1又は6記載の不揮発性半導体記憶装置。
  9. 【請求項9】 前記4値データの上位ビットと下位ビッ
    トは異なるロウアドレスが割り付けられて書き込み及び
    読み出しが行われることを特徴とする請求項1又は6記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
  10. 【請求項10】 前記多値論理動作モードのデータ書き
    込み動作は、 下位ビットデータを前記第2のラッチ回路にロードした
    後、前記第1のラッチ回路に転送保持し、前記第1のラ
    ッチ回路の保持データに基づいて選択メモリセルに書き
    込みを行う第1のデータ書き込み動作と、 上位ビットデータを前記第2のラッチ回路にロードした
    後、前記第1のラッチ回路に転送保持すると共に、既に
    書き込まれた選択メモリセルの下位ビットデータを読み
    出して前記第2のラッチ回路に転送保持し、前記第2の
    ラッチ回路の保持データに応じて決定される条件で前記
    第1のラッチ回路の保持データに基づいて選択メモリセ
    ルに書き込みを行う第2の書き込み動作とを有すること
    を特徴とする請求項9記載の不揮発性半導体記憶装置。
  11. 【請求項11】 前記多値論理動作モードのデータ読み
    出し動作は、 選択メモリセルの制御ゲートに与える読み出し電圧を前
    記4値データの“10”と“00”のしきい値電圧分布
    の間に設定して上位ビットの“0”,“1”を判定する
    第1の読み出し動作と、 選択メモリセルの制御ゲートに与える読み出し電圧を前
    記4値データの“00”と“01”のしきい値電圧分布
    の間に設定して上位ビットの“0”のときの下位ビット
    の“0”,“1”を判定する第2の読み出し動作と、 選択メモリセルの制御ゲートに与える読み出し電圧を前
    記4値データの“11”と“10”のしきい値電圧分布
    の間に設定して上位ビットの“1”のときの下位ビット
    の“0”,“1”を判定する第3の読み出し動作とを有
    することを特徴とする請求項9記載の不揮発性半導体記
    憶装置。
  12. 【請求項12】 前記各書き換え/読み出し回路は、前
    記メモリセルアレイの複数本のビット線に対してビット
    線選択スイッチ素子により接続切り換えが可能とされて
    いることを特徴とする請求項1又は4記載の不揮発性半
    導体記憶装置。
  13. 【請求項13】 前記書き換え/読み出し回路は、前記
    第1の転送スイッチ素子と第2の転送スイッチ素子の接
    続ノードに第4の転送スイッチ素子を介して、所定電位
    が与えられる共通信号線が接続されることを特徴とする
    請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。
  14. 【請求項14】 前記書き換え/読み出し回路は、前記
    第1のラッチ回路のデータノードの電位を待避させて一
    時記憶するための一時記憶ノードと、前記第4の転送ス
    イッチ素子と共通信号線と間に挿入されて前記一時記憶
    ノードの電位により制御される第5の転送スイッチ素子
    とを有することを特徴とする請求項13記載の不揮発性
    半導体記憶装置。
  15. 【請求項15】 電気的書き換え可能な不揮発性メモリ
    セルが配列されたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイに書き込むべきデータを一時保持
    し、メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスす
    る複数の書き換え/読み出し回路と、 前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、及び読み
    出し動作を制御する制御回路とを備え、 前記各書き換え/読み出し回路は、前記メモリセルアレ
    イに選択的に接続されると共に、相互のデータ転送が可
    能な第1のラッチ回路と第2のラッチ回路を有し、且つ
    一つのメモリセルに記憶される2値データに関して、第
    1のアドレスで選択されたメモリセルと前記第1のラッ
    チ回路との間でデータ授受が行われる期間に、第2のア
    ドレスについて前記第2のラッチ回路と入出力端子の間
    でデータ授受が行われるキャッシュ動作モードを有する
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  16. 【請求項16】 前記メモリセルアレイの選択メモリセ
    ルに対するデータ書き込み動作サイクルが書き込みパル
    ス印加と書き込みベリファイ読み出しの繰り返しにより
    行われる場合に、書き込みベリファイ読み出しのデータ
    を前記第1のラッチ回路に保持した状態で書き込み動作
    サイクルを中断し、且つ前記第2のラッチ回路を非活性
    に保って、選択されているメモリセルのセル電流を入出
    力端子に読み出すテストモードを有することを特徴とす
    る請求項1,4,15のいずれかに記載の不揮発性半導
    体記憶装置。
  17. 【請求項17】 電気的書き換え可能な不揮発性メモリ
    セルが配列されたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイに書き込むべきデータを一時保持
    し、メモリセルアレイからの読み出しデータをセンスす
    る複数の書き換え/読み出し回路と、 前記メモリセルアレイのデータ書き換え動作、及び読み
    出し動作を制御する制御回路とを備え、 前記各書き換え/読み出し回路は、 センスノードと前記メモリセルアレイの選択ビット線と
    の間に介在させた第1のトランジスタと、 ゲートが前記センスノードに接続されソースが基準電位
    に接続されて前記センスノードのレベル検出を行う第2
    のトランジスタと、 この第2のトランジスタのドレインに選択的にオン駆動
    される第3のトランジスタを介して接続された第1のラ
    ッチ回路と、 前記第2のトランジスタのドレインに選択的にオン駆動
    される第4のトランジスタを介して接続されると共に、
    選択ゲート回路を介してデータ入出力線に接続される第
    2のラッチ回路と、 前記第1のラッチ回路を選択的に前記メモリセルアレイ
    の選択ビット線に接続するための第5のトランジスタ
    と、 前記第2のラッチ回路を選択的に前記センスノードに接
    続するための第6のトランジスタと、を備えたことを特
    徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  18. 【請求項18】 前記書き換え/読み出し回路は、2ビ
    ットの4値データを一つのメモリセルに異なるしきい値
    電圧の範囲として記憶するようにして、前記第1及び第
    2のラッチ回路を用いて4値データの上位ビットと下位
    ビットの書き換え/読み出しを行う多値論理動作モード
    と、一つのメモリセルに記憶される1ビットの2値デー
    タに関して、第1のアドレスで選択されたメモリセルと
    前記第1のラッチ回路との間でデータ授受が行われる期
    間に、第2のアドレスについて前記第2のラッチ回路と
    入出力端子の間でデータ授受が行われるキャッシュ動作
    モードとを有することを特徴とする請求項17記載の不
    揮発性半導体記憶装置。
  19. 【請求項19】 前記多値論理動作モードにおいて、前
    記第1のトランジスタと第6のトランジスタをオンにし
    て、前記第2のラッチ回路に保持したデータによりビッ
    ト線プリチャージを行う書き込みベリファイ読み出し動
    作を有することを特徴とする請求項18記載の不揮発性
    半導体記憶装置。
  20. 【請求項20】 一端が前記センスノードに接続され、
    他端を駆動端子として、前記センスノードの電位制御を
    行うキャパシタを有することを特徴とする請求項17記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
  21. 【請求項21】 ビット線の電流引き込みの有無又は大
    小によりデータが記憶される不揮発性メモリセルを持つ
    メモリセルアレイと、 このメモリセルアレイのビット線データを読み出すセン
    スアンプ回路とを有し、 前記センスアンプ回路は、 前記メモリセルアレイのビット線にクランプ用トランジ
    スタを介して接続されるセンスノードと、 このセンスノードに接続された、前記クランプ用トラン
    ジスタを介して前記ビット線をプリチャージするための
    プリチャージ回路と、 前記センスノードに入力端子が接続されるインバータを
    含むセンスアンプ本体と、 前記センスノードに一端が接続され、他端を駆動端子と
    して前記ビット線データのセンス時に前記センスノード
    を昇圧するための昇圧用キャパシタと、を備えたことを
    特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  22. 【請求項22】 前記センスアンプ回路は、 前記クランプ用トランジスタがオンの状態で前記プリチ
    ャージ回路によりビット線をプリチャージし、 プリチャージされたビット線が選択されたメモリセルの
    データに応じて電位変化する間、前記クランプ用トラン
    ジスタをオフ、前記プリチャージ回路をオンに保って前
    記センスノードのプリチャージを継続し、 前記プリチャージ回路をオフにし、前記昇圧用キャパシ
    タを駆動して前記センスノードを昇圧し、 前記クランプ用トランジスタのゲートに読み出し電圧を
    与えて前記ビット線データを前記センスノードに転送す
    るものであることを特徴とする請求項21記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  23. 【請求項23】 前記センスアンプ回路は、 前記クランプ用トランジスタがオンの状態で前記プリチ
    ャージ回路によりビット線をプリチャージし、 プリチャージされたビット線が選択されたメモリセルの
    データに応じて電位変化する間、前記クランプ用トラン
    ジスタをオフ、前記プリチャージ回路をオンに保って前
    記センスノードのプリチャージ動作を継続し、 前記プリチャージ回路をオフにして前記昇圧用キャパシ
    タを駆動して前記センスノードを昇圧し、 前記クランプ用トランジスタのゲートに読み出し電圧を
    与えて前記ビット線データを前記センスノードに転送
    し、 前記読み出し電圧を前記クランプ用トランジスタのしき
    い値電圧より高い電圧まで低下させた後に、前記昇圧用
    キャパシタによる前記センスノードの昇圧動作を停止す
    るものであることを特徴とする請求項21記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  24. 【請求項24】 前記センスノードに一端が接続され他
    端が基準電位に固定された補助キャパシタを有すること
    を特徴とする請求項21に記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
  25. 【請求項25】 前記センスノードと前記センスアンプ
    本体の入力端子との間に、前記クランプ用トランジスタ
    をオフにして前記プリチャージ回路により前記センスノ
    ードのプリチャージ動作を継続している間にオン駆動さ
    れる転送用トランジスタを介在させたことを特徴とする
    請求項21記載の不揮発性半導体記憶装置。
  26. 【請求項26】 前記転送用トランジスタは、前記セン
    スアンプ本体の入力端子を電源電圧までプリチャージす
    るに必要なゲート電圧で駆動されるものであることを特
    徴とする請求項25記載の不揮発性半導体記憶装置。
  27. 【請求項27】 前記センスアンプ本体の入力端子に一
    端が接続され、他端が基準電位に固定された補助キャパ
    シタと、 前記センスアンプ本体の入力端子を電源電圧までプリチ
    ャージするための補助プリチャージ回路とを有すること
    を特徴とする請求項25記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
  28. 【請求項28】 前記センスアンプ本体は、読み出しデ
    ータを保持するラッチ回路であることを特徴とする請求
    項21記載の不揮発性半導体記憶装置。
  29. 【請求項29】 ビット線の電流引き込みの有無又は大
    小によりデータが記憶される不揮発性メモリセルを持つ
    メモリセルアレイと、 このメモリセルアレイのビット線データを読み出すセン
    スアンプ回路とを有し、 前記センスアンプ回路は、 前記メモリセルアレイのビット線にクランプ用トランジ
    スタを介して接続されるセンスノードと、 このセンスノードに接続された、前記クランプ用トラン
    ジスタを介して前記ビット線をプリチャージするための
    プリチャージ回路と、 前記センスノードに転送用トランジスタを介して入力端
    子が接続されるラッチ回路と、 前記センスノードに一端が接続され、他端が基準電位に
    固定された第1のキャパシタと、 前記ラッチ回路の入力端子に一端が接続され、他端が基
    準電位に固定された第2のキャパシタと、 を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  30. 【請求項30】 ビット線の電流引き込みの有無又は大
    小によりデータが記憶される不揮発性メモリセルを持つ
    メモリセルアレイと、 このメモリセルアレイのビット線データを読み出すセン
    スアンプ回路とを有し、 前記センスアンプ回路は、 前記メモリセルアレイのビット線にクランプ用トランジ
    スタを介して接続されるセンスノードと、 このセンスノードに接続された、前記クランプ用トラン
    ジスタを介して前記ビット線をプリチャージするための
    プリチャージ回路と、 前記センスノードにゲートが接続され、ソースが基準電
    位に固定されたセンス用トランジスタを含むセンスアン
    プ本体と、 前記センスノードに一端が接続され、他端を駆動端子と
    して前記ビット線データのセンス時に前記センスノード
    を昇圧するための昇圧用キャパシタと、を備えたことを
    特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  31. 【請求項31】 前記センスアンプ回路は、 前記クランプ用トランジスタがオンの状態で前記プリチ
    ャージ回路によりビット線をプリチャージし、 プリチャージされたビット線が選択されたメモリセルの
    データに応じて電位変化する間、前記クランプ用トラン
    ジスタをオフ、前記プリチャージ回路をオンに保って前
    記センスノードのプリチャージを継続し、 前記プリチャージ回路をオフにし、前記昇圧用キャパシ
    タを駆動して前記センスノードを昇圧し、 前記クランプ用トランジスタのゲートに読み出し電圧を
    与えて前記ビット線データを前記センスノードに転送す
    るものであることを特徴とする請求項30記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  32. 【請求項32】 前記センスアンプ回路は、 前記クランプ用トランジスタがオンの状態で前記プリチ
    ャージ回路によりビット線をプリチャージし、 プリチャージされたビット線が選択されたメモリセルの
    データに応じて電位変化する間、前記クランプ用トラン
    ジスタをオフ、前記プリチャージ回路をオンに保って前
    記センスノードのプリチャージ動作を継続し、 前記プリチャージ回路をオフにして前記昇圧用キャパシ
    タを駆動して前記センスノードを昇圧し、 前記クランプ用トランジスタのゲートに読み出し電圧を
    与えて前記ビット線データを前記センスノードに転送
    し、 前記読み出し電圧を前記クランプ用トランジスタのしき
    い値電圧より高い電圧まで低下させた後に、前記昇圧用
    キャパシタによる前記センスノードの昇圧動作を停止す
    るものであることを特徴とする請求項30記載の不揮発
    性半導体記憶装置。
  33. 【請求項33】 前記センスアンプ本体は、前記センス
    用トランジスタのドレインに転送用トランジスタを介し
    てデータノードが接続されたラッチ回路を有することを
    特徴とする請求項30記載の不揮発性半導体記憶装置
  34. 【請求項34】 前記メモリセルアレイは、電気的書き
    換え可能な不揮発性メモリセルにより構成されているこ
    とを特徴とする請求項21,29,30のいずれかに記
    載の不揮発性半導体記憶装置。
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