JP2002279789A - Non-volatile semiconductor memory and its programming method - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory and its programming method

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JP2002279789A
JP2002279789A JP2001079152A JP2001079152A JP2002279789A JP 2002279789 A JP2002279789 A JP 2002279789A JP 2001079152 A JP2001079152 A JP 2001079152A JP 2001079152 A JP2001079152 A JP 2001079152A JP 2002279789 A JP2002279789 A JP 2002279789A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable parallel write for a plurality of memory cells one memory cell row of a VG type memory cell array and to shorten a whole programming time. SOLUTION: This device comprises a memory cell array 1 consisting of a plurality of sub-arrays and a control circuit 5. The control circuit 5 performs programming operation comprising a first stage in which a control gate CL capacitively coupled to a channel forming region of a memory transistor constituting a memory cell is driven, each of a plurality of sub-arrays is divided electrically in the row direction every prescribed numbers of memory cells, also, data of the prescribed bit unit to be written simultaneously in a plurality of memory cells selected by division is extracted from input data and it is loaded in the prescribed place and a second stage in a state in which data loaded in the first stage is written in a corresponding sub-array in a stage, in a state which a stage is shifted among a plurality of sub-arrays.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるバーチャ
ルグランド型メモリセルアレイを有し、たとえば、メモ
リセル行を複数に分割し、分割によりアクセス可能とな
ったメモリセル行の一部に対し複数ビットを並列に書き
込み可能な不揮発性半導体記憶装置と、そのプログラム
方法とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a so-called virtual ground type memory cell array. For example, a memory cell row is divided into a plurality of rows, and a plurality of bits are assigned to a part of a memory cell row accessible by the division. The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device that can be written in parallel, and a method of programming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】いわゆるバーチャルグランド(Vertual G
round:VG)型メモリセルアレイ構造では、たとえば、
p型半導体基板または半導体基板の主面に形成されたp
ウエルなどの表面部に、素子間を電気的に絶縁する誘電
体分離層を形成せずに、単に、ビット線方向に長いn+
不純物領域(ソース・ドレイン不純物領域)がワード線
方向に所定間隔をおいて並行ストライプ状に繰り返し形
成されている。ソース・ドレイン不純物領域間のpウエ
ル表面部上に、膜内または膜間に電荷蓄積手段を含む複
数の絶縁膜を介してゲート電極が積層されている。この
ため、pウエル表面部は、メモリトランジスタのチャネ
ル形成領域として機能する。
2. Description of the Related Art A so-called virtual ground (Vertual G)
In the round: VG) type memory cell array structure, for example,
p-type semiconductor substrate or p formed on the main surface of the semiconductor substrate
Without forming a dielectric isolation layer that electrically insulates elements from each other on the surface of a well or the like, only n +
Impurity regions (source / drain impurity regions) are repeatedly formed in parallel stripes at predetermined intervals in the word line direction. On the surface of the p-well between the source / drain impurity regions, a gate electrode is laminated via a plurality of insulating films including charge storage means in or between the films. Therefore, the p-well surface portion functions as a channel formation region of the memory transistor.

【0003】FG(フローティングゲート)型の場合、
最下層のゲート絶縁膜上に電荷蓄積手段として導電膜か
らなるフローティングゲートが形成され、その上にON
O(Oxide-Nitride-Oxide) 膜などのゲート間絶縁膜を介
してコントロールゲートが形成されている。コントロー
ルゲートは、通常、ワード線方向のメモリトランジスタ
間で共通に設けられたワード線を兼用する。
In the case of the FG (floating gate) type,
On the lowermost gate insulating film, a floating gate made of a conductive film is formed as a charge storage means, and ON is formed thereon.
A control gate is formed via an inter-gate insulating film such as an O (Oxide-Nitride-Oxide) film. The control gate usually also serves as a word line commonly provided between memory transistors in the word line direction.

【0004】一方、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-O
xide-Semiconductor) 型の場合、チャネル形成領域上
に、ONO膜を介在させてゲート電極が形成されてい
る。この場合、ONO膜内の窒化膜と酸化膜との界面付
近および窒化膜中に離散するキャリアトラップが電荷蓄
積手段として機能する。このようなチャネルに対向した
面内および膜厚方向に離散化された電荷蓄積手段を用い
る他のデバイスとしては、MNOS型、ナノ結晶型など
が存在する。なお、ゲート電極をワード線と兼用させる
場合と、孤立パターンにて形成したゲート電極を、ワー
ド線として形成された上層メタル配線で接続する場合と
がある。
On the other hand, MONOS (Metal-Oxide-Nitride-O
In the case of the xide-semiconductor type, a gate electrode is formed over a channel formation region with an ONO film interposed. In this case, carrier traps near the interface between the nitride film and the oxide film in the ONO film and in the nitride film function as charge storage means. Other devices using such charge storage means discretized in the plane and in the film thickness direction facing the channel include an MNOS type, a nanocrystal type, and the like. Note that there are a case where the gate electrode is also used as a word line, and a case where the gate electrode formed in an isolated pattern is connected by an upper metal wiring formed as a word line.

【0005】上記した何れのタイプにおいても、上記ソ
ース・ドレイン不純物領域がビット線、または上層の主
ビット線に連なる副ビット線として機能する。また、ワ
ード線が、通常、ソース・ドレイン不純物領域と直交し
て並行ストライプ状に配置されている。このように構成
されたVG型メモリセルアレイでは、誘電体分離層が不
要でソース・ドレイン不純物領域がワード線方向の2セ
ルで共通となっているため、メモリセル面積が小さいと
いう利点がある。
In any of the above types, the source / drain impurity region functions as a bit line or a sub-bit line connected to an upper-layer main bit line. The word lines are usually arranged in parallel stripes perpendicular to the source / drain impurity regions. The VG memory cell array thus configured does not require a dielectric isolation layer and has a common source / drain impurity region for two cells in the word line direction. Therefore, there is an advantage that the memory cell area is small.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】VG型メモリセルアレ
イでは、あるワード線に接続された一つのメモリトラン
ジスタを書き込みまたは読み出す際に、当該動作対象の
メモリトランジスタのチャネル形成領域に隣接する2本
のソース・ドレイン不純物領域間に、所定の読み出しド
レイン電圧または書き込みドレイン電圧を印加する。
In a VG type memory cell array, when writing or reading out one memory transistor connected to a certain word line, two sources adjacent to a channel forming region of the memory transistor to be operated are used. Apply a predetermined read drain voltage or write drain voltage between the drain impurity regions.

【0007】ところが、これらソース・ドレイン不純物
領域は、ワード線方向に隣接する2つの非選択メモリト
ランジスタとそれぞれ共有されているため、その印加電
圧が当該非選択メモリトランジスタの外側に位置する他
の2つのソース・ドレイン不純物領域の電圧を規制す
る。すなわち、選択メモリトランジスタとワード線を共
有して隣接した2つの非選択メモリトランジスタを動作
させないためには、両外側に位置する2つのソース・ド
レイン不純物領域それぞれに、隣り合うソース・ドレイ
ンと同程度の電圧を印加する必要が生じる。このことは
更に外側の、また更に外側のソース・ドレイン不純物領
域にも当てはまる。このようにして、一つのメモリトラ
ンジスタのソース・ドレイン不純物領域の電圧を規定す
ると、その影響が同じワード線に連なる他のソース・ド
レイン不純物領域に外側に向かって次々に波及し、最後
はメモリセルアレイ端のメモリトランジスタにまで至
る。
However, since these source / drain impurity regions are shared by two non-selected memory transistors adjacent in the word line direction, the applied voltage is different from those of the other non-selected memory transistors located outside the non-selected memory transistor. The voltage of one source / drain impurity region is regulated. That is, in order not to operate two adjacent non-selected memory transistors sharing the word line with the selected memory transistor, the two source / drain impurity regions located on both outer sides must have the same level as the adjacent source / drain. Need to be applied. This also applies to the outer and outer source / drain impurity regions. In this manner, when the voltage of the source / drain impurity region of one memory transistor is defined, the effect of the influence is successively spread outward to other source / drain impurity regions connected to the same word line, and finally the memory cell array Even the memory transistor at the end.

【0008】以上の電圧設定上の不利益により、従来の
メモリセルアレイでは、1本のワード線に連なる複数の
メモリトランジスタの1つを任意に選択するランダムア
クセスは可能であるが、複数のメモリトランジスタを同
時にアクセスするシリアルアクセスはできない。また、
たとえアクセスができたとしても、これはたまたま電圧
設定上の制約に適合した場合のみで、このような条件付
きのアクセスは実用に耐えない。したがって、従来のメ
モリセルアレイでは、1本のワード線に接続された複数
のメモリトランジスタを任意に、かつ独立に動作させる
ことができない。その結果、従来のメモリセルアレイを
用いた不揮発性メモリ装置では、ワード線一括、あるい
はそれに近い高速動作ができず、ビットコストが小さい
ため大容量用途に適合できても、高速動作が要求される
用途に使えないという不利益がある。
Due to the above disadvantages in voltage setting, in a conventional memory cell array, random access for arbitrarily selecting one of a plurality of memory transistors connected to one word line is possible. Cannot be accessed simultaneously. Also,
Even if access can be made, this happens only when the voltage setting constraint is met, and such conditional access is not practical. Therefore, in the conventional memory cell array, a plurality of memory transistors connected to one word line cannot be arbitrarily and independently operated. As a result, in a conventional nonvolatile memory device using a memory cell array, high-speed operation cannot be performed at a word line or close to it, and even if the bit cost is small, it can be applied to a large-capacity application, but the high-speed operation is required. There is a disadvantage that it can not be used.

【0009】本発明の目的は、いわゆるVG型メモリセ
ルアレイの1つのメモリセル行に対し、その行内の複数
のメモリセルへの並列書き込みを可能とし、かつ、当該
メモリセル行のプログラムを完結する過程で、アクセス
対象を同一行内で順次変えながら連続的に複数回の並列
書き込みを行う場合よりもトータルのプログラム時間が
短縮された不揮発性半導体記憶装置およびそのプログラ
ム方法を提供することにある。
An object of the present invention is to enable a parallel writing to a plurality of memory cells in one memory cell row of a so-called VG type memory cell array and complete a program of the memory cell row. It is therefore an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a programming method thereof in which the total programming time is reduced as compared with a case where a plurality of parallel writings are continuously performed while sequentially changing an access target in the same row.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の観点に係る不揮発性半導体記憶装置
は、メモリセルアレイと、メモリセルアレイを動作させ
るための周辺回路とを有し、上記メモリセルアレイが、
行列状に配置されたメモリセルを有した複数のサブアレ
イからなり、上記各メモリセルが、電荷蓄積手段および
チャネル形成領域を有し同一行内のメモリセル間で縦続
接続されたメモリトランジスタと、メモリトランジスタ
のチャネル形成領域に容量結合したコントロールゲート
とを含み、上記周辺回路が、上記コントロールゲートを
駆動して上記複数のサブアレイのそれぞれを行方向で所
定数のメモリセルおきに電気的に分割し、かつ、分割に
より選択された複数のメモリセルに同時に書き込むべき
所定ビット単位のデータを入力データから抜き出して所
定の場所にロードする第1のステージと、第1のステー
ジでロードしたデータを対応するサブアレイ内に書き込
む第2のステージとを含むプログラム動作を、複数のサ
ブアレイ間でステージを単位にシフトさせた状態で実行
する制御回路を含む。
In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to a first aspect of the present invention has a memory cell array and a peripheral circuit for operating the memory cell array. The memory cell array is
A memory transistor comprising a plurality of sub-arrays having memory cells arranged in a matrix, wherein each of the memory cells has a charge storage means and a channel forming region and is cascaded between memory cells in the same row; A control gate capacitively coupled to a channel forming region of the plurality of sub-arrays, and the peripheral circuit drives the control gate to electrically divide each of the plurality of sub-arrays every predetermined number of memory cells in a row direction, and A first stage for extracting data of a predetermined bit unit to be simultaneously written into a plurality of memory cells selected by division from input data and loading the data in a predetermined location; and loading the data loaded in the first stage in a corresponding sub-array. A program operation including a second stage for writing to the sub-arrays is performed between the plurality of sub-arrays. And a control circuit that performs in a state of being shifted di units.

【0011】上記制御回路は、上記第2のステージにお
いて、書き込みを行い、書き込み後のデータを読み出し
て検証する。あるいは、上記プログラム動作が、上記第
1および第2のステージに加え、第2のステージによる
書き込み後のデータを読み出して検証する第3のステー
ジを含む。あるいは、上記制御回路は、一つの上記プロ
グラム動作内で、上記第1のステージの後に、上記第2
および第3のステージを検証結果が書き込み十分となる
まで複数回繰り返す。
[0011] In the second stage, the control circuit performs writing and reads and verifies the written data. Alternatively, the program operation includes, in addition to the first and second stages, a third stage for reading and verifying data written by the second stage. Alternatively, the control circuit may control the second stage after the first stage in one program operation.
And the third stage are repeated a plurality of times until the verification result is sufficient for writing.

【0012】上記書き込みデータを行単位で保持するデ
ータ保持回路が上記周辺回路内で上記サブアレイごとに
配置され、上記制御回路がデータ保持回路を制御し、少
なくとも2つのサブアレイに対し異なるタイミングで上
記第1のステージを実行する。また、書き込み後のデー
タを読み出して検証するステージを上記プログラム動作
に含み、書き込み時に上記書き込みデータを保持し、上
記検証時に読み出しデータを保持するデータ保持回路
と、上記読み出しデータを所定の閾値と比較し、比較結
果が書き込み十分となったときに、データ保持回路の保
持電圧を、より大きな振幅の電圧に変化させる検証回路
とが上記周辺回路内で上記サブアレイごとに配置されて
いる。
A data holding circuit for holding the write data on a row-by-row basis is arranged for each of the sub-arrays in the peripheral circuit, and the control circuit controls the data holding circuit, and the control circuit controls the data holding circuit at different timings for at least two sub-arrays. Execute the first stage. Also, a stage for reading and verifying the data after writing is included in the program operation, the data holding circuit holds the write data at the time of writing, and holds the read data at the time of the verification, and compares the read data with a predetermined threshold value. Then, a verification circuit for changing the holding voltage of the data holding circuit to a voltage having a larger amplitude when the comparison result becomes sufficient for writing is arranged for each of the sub-arrays in the peripheral circuit.

【0013】メモリセルアレイの具体的構成に関し、好
適に、上記コントロールゲートが、上記メモリトランジ
スタのゲートを兼ね、かつ、同一列内のメモリセル間で
共有されている。また、好適に、行方向に縦続接続され
た複数の上記メモリトランジスタの各チャネル形成領域
間に配置され、チャネル形成領域と逆導電型の半導体不
純物領域からなるビット線と、同一行内の各メモリセル
内において、メモリトランジスタと一方のビット線との
間でチャネル形成領域の一部に対し単層の誘電体膜を介
して容量結合したワード線と、上記各メモリセル内に形
成され、ワード線が容量結合した上記チャネル形成領域
の一部でチャネルを制御するセレクトトランジスタとを
さらに有している。この場合、さらに好適に、チャネル
形成領域を共有した2つのメモリトランジスタが1メモ
リセル内に形成され、当該2つのメモリトランジスタ間
に、上記2つのメモリトランジスタとチャネル形成領域
を共有した上記セレクトトランジスタが形成されてい
る。
Regarding a specific configuration of the memory cell array, preferably, the control gate also serves as a gate of the memory transistor, and is shared by memory cells in the same column. Preferably, each of the memory cells in the same row is arranged between each channel forming region of the plurality of memory transistors cascaded in the row direction, the bit line including a semiconductor impurity region of the opposite conductivity type to the channel forming region. A word line that is capacitively coupled to a part of the channel formation region between the memory transistor and one of the bit lines via a single-layer dielectric film, and a word line formed in each of the memory cells. A select transistor that controls a channel in a part of the channel forming region that is capacitively coupled. In this case, more preferably, two memory transistors sharing a channel formation region are formed in one memory cell, and the select transistor sharing the channel formation region with the two memory transistors is provided between the two memory transistors. Is formed.

【0014】前記した目的を達成するために、本発明の
第2の観点に係る不揮発性半導体記憶装置のプログラム
方法は、メモリセルアレイと、メモリセルアレイを動作
させるための周辺回路とを有し、上記メモリセルアレイ
が、行列状に配置されたメモリセルを有した複数のサブ
アレイからなり、上記各メモリセルが、電荷蓄積手段お
よびチャネル形成領域を有し同一行内のメモリセル間で
縦続接続されたメモリトランジスタと、メモリトランジ
スタのチャネル形成領域に容量結合したコントロールゲ
ートとを含む不揮発性半導体記憶装置のプログラム方法
であって、上記方法が以下の諸ステップ、すなわち、上
記コントロールゲートを駆動して上記複数のサブアレイ
のそれぞれを行方向で所定数のメモリセルおきに電気的
に分割し、分割により選択された複数のメモリセルに同
時に書き込むべき所定ビット単位のデータを入力データ
から抜き出して所定の場所にロードする第1のステージ
と、第1のステージでロードしたデータを対応するサブ
アレイ内に書き込む第2のステージとを含むプログラム
動作を、複数のサブアレイ間でステージを単位にシフト
させた状態で実行する、各ステップを含む。
In order to achieve the above object, a method for programming a nonvolatile semiconductor memory device according to a second aspect of the present invention includes a memory cell array and a peripheral circuit for operating the memory cell array. A memory cell array comprising a plurality of sub-arrays having memory cells arranged in a matrix, wherein each of the memory cells has a charge storage means and a channel forming region and is cascaded between memory cells in the same row; And a control gate capacitively coupled to a channel formation region of a memory transistor, the method comprising the steps of: (a) driving the control gate; Are electrically divided in the row direction every predetermined number of memory cells, and A first stage for extracting data of a predetermined bit unit to be simultaneously written to a plurality of selected memory cells from input data and loading the data in a predetermined location, and writing the data loaded in the first stage in a corresponding subarray Executing a program operation including the second stage in a state where the stages are shifted by a unit among the plurality of sub-arrays.

【0015】本発明によれば、メモリセルアレイ内の各
サブアレイにおいて、たとえばチャネルがオンできない
電圧を所定数おきのコントロールゲートに印加すること
により、一行を複数に電気的に分割する。この分割によ
り、一つのメモリセルにおいて設定したバイアス電圧の
影響が分割箇所で遮断され、それより外側の他のメモリ
セルに影響しなくなる。この結果として、たとえば行方
向に数ビットおきに点在する複数のメモリセルに対し同
時アクセスが可能となる。そして、このアクセス箇所に
書き込むべきビットが同時にデータロードされ、このビ
ット単位に対し、連続して書き込みとベリファイが行わ
れる。このとき、サブアレイ間で見ると、プログラム動
作を構成するデータロードなどのステージを単位として
プログラム動作の実行タイミングがシフトしている。
According to the present invention, in each sub-array in the memory cell array, one row is electrically divided into a plurality of rows by applying, for example, a voltage at which a channel cannot be turned on to a predetermined number of control gates. By this division, the influence of the bias voltage set in one memory cell is cut off at the division point, and the other memory cells outside it are not affected. As a result, for example, a plurality of memory cells scattered every several bits in the row direction can be simultaneously accessed. Then, data to be written to the access location is simultaneously loaded with data, and writing and verification are continuously performed on this bit unit. At this time, when viewed between the sub-arrays, the execution timing of the program operation is shifted in units of stages such as data load constituting the program operation.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
不揮発性メモリ装置の要部構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention.

【0017】この不揮発性メモリ装置は、メモリセルア
レイ1、ロウデコーダ2、カラムデコーダ3、入出力回
路4、制御回路5およびチャージ回路6を有する。な
お、この図には、電源回路およびアドレスバッファ等は
省略している。また、図中の入出力回路4は、カラム選
択回路CS、センスアンプSA、書き込み回路WR、カ
ラムラッチ回路CLH、入出力バッファI/OBUF
等、書き込み,消去および読み出しに必要なビット線側
の回路全てを含む。
This nonvolatile memory device has a memory cell array 1, a row decoder 2, a column decoder 3, an input / output circuit 4, a control circuit 5, and a charge circuit 6. In this figure, a power supply circuit, an address buffer, and the like are omitted. The input / output circuit 4 in the figure includes a column selection circuit CS, a sense amplifier SA, a write circuit WR, a column latch circuit CLH, an input / output buffer I / OBUF.
And all the circuits on the bit line side necessary for writing, erasing and reading.

【0018】ロウデコーダ2は、アドレス信号ADRを
受けて、それに応じてメモリセルアレイ1内に配列され
た複数のワード線WLの何れかまたは全部を選択し、選
択したワード線WLを、読み出し、書き込みまたは消去
に応じた電圧に変化させて活性化する。
The row decoder 2 receives the address signal ADR, selects any or all of the plurality of word lines WL arranged in the memory cell array 1 in response thereto, and reads and writes the selected word line WL. Alternatively, it is activated by changing to a voltage corresponding to the erase.

【0019】カラムデコーダ3は、アドレス信号ADR
を受けて、それに応じて入出力回路4内のカラム選択回
路CSを制御し、メモリセルアレイ1内に配列された複
数のビット線BLを、たとえば所定本数おきに選択す
る。
The column decoder 3 has an address signal ADR
In response to this, the column selection circuit CS in the input / output circuit 4 is controlled accordingly, and a plurality of bit lines BL arranged in the memory cell array 1 are selected, for example, every predetermined number.

【0020】カラム選択回路CSは、読み出し時に、選
択されたビット線の全てをセンスアンプSAに接続し、
書き込み時に、選択されたビット線の全てを書き込み回
路WRに接続する。
At the time of reading, the column selection circuit CS connects all of the selected bit lines to the sense amplifier SA,
At the time of writing, all of the selected bit lines are connected to the write circuit WR.

【0021】読み出し時には、メモリセル内の記憶デー
タが、選択されたビット線BLからカラム選択回路CS
を経てセンスアンプSAにより検出され、検出結果は、
カラムラッチ回路CLHを経て入出力バッファI/OB
UFの所定アドレスに一旦蓄積される。これは、後述す
るように、本実施形態で一括して読み出されるデータが
所定ビットおきに離散的であるからである。複数回の読
み出しを経て1行の記憶データが全て揃ったら、たとえ
ば所定のワード単位で、読み出しデータDout として外
部のデータバス等に出力される。あるいは、離散的に読
み出されたデータは、バッファリングしないで、そのま
ま1ワードの記憶データとして扱い、外部のデータバス
等へ出力してもよい。
At the time of reading, data stored in the memory cell is transferred from the selected bit line BL to the column selection circuit CS.
And is detected by the sense amplifier SA.
Input / output buffer I / OB via column latch circuit CLH
The data is temporarily stored in a predetermined address of the UF. This is because, as will be described later, data that is collectively read in the present embodiment is discrete every predetermined bit. When all of the stored data in one row are obtained after a plurality of readings, the data is output as read data Dout to an external data bus or the like in a predetermined word unit, for example. Alternatively, discretely read data may be handled as it is as one-word storage data without buffering, and output to an external data bus or the like.

【0022】また、書き込み時には、外部からの入力デ
ータDinを入出力バッファI/OBUFに一旦蓄積して
おいて、必要に応じてカラムラッチ回路CLHにロード
した後、カラム選択回路CSにより離散的に選択された
複数のビット線BLを単位として、複数回の書き込み動
作により、1行のデータをビット線電圧からメモリトラ
ンジスタのしきい値電圧に変換しながら、メモリセル内
に書き込む。あるいは、外部からの入力データDinが離
散的に書き込む1ワードの記憶データとして送られてく
る場合、入力データをバッファリングしないで、順次、
メモリセルアレイ内に書き込んでもよい。
Further, at the time of writing, it had been temporarily stored input data D in from the outside to the input-output buffer I / OBUF, after loading the column latch circuit CLH optionally discretely by a column selection circuit CS The data of one row is written into the memory cell while converting the data of one row from the bit line voltage to the threshold voltage of the memory transistor by a plurality of write operations using the plurality of bit lines BL selected as a unit. Alternatively, when the input data D in from the outside is sent as one-word storage data to be discretely written, the input data is not buffered, but sequentially.
The data may be written in the memory cell array.

【0023】本発明の実施形態に係るメモリセルアレイ
1は、複数のサブアレイ(以下、バンクという)に分割
されている。たとえば図2に示すように、1ぺージが5
12Byteの規模の2つのバンク、すなわち第1のバ
ンクBK1と第2のバンクBK2とを有する。バンクB
K1に対しカラムラッチ回路CLH1が接続され、バン
クBK2にカラムラッチ回路CLH2が接続されてい
る。また、各バンクは、詳細は後述するが、ビット線方
向の共通線として、コントロールゲート線CLがビット
線BLと対で設けられている。コントロールゲート線C
Lは、ビット線BL1本に対し1本である場合と、ビッ
ト線BL1本に対し2本存在する場合とがある。なお、
バンクの個数は2個に限定されず、4個,8個など任意
に決めることができる。バンク間の制御の詳細は後述す
る。
The memory cell array 1 according to the embodiment of the present invention is divided into a plurality of sub-arrays (hereinafter, referred to as banks). For example, as shown in FIG.
It has two banks of a size of 12 bytes, that is, a first bank BK1 and a second bank BK2. Bank B
The column latch circuit CLH1 is connected to K1, and the column latch circuit CLH2 is connected to the bank BK2. In each bank, a control gate line CL is provided as a common line in the bit line direction in a pair with the bit line BL, as will be described in detail later. Control gate line C
L may be one for one bit line BL or two for one bit line BL. In addition,
The number of banks is not limited to two and can be arbitrarily determined, such as four or eight. Details of control between banks will be described later.

【0024】これらコントロールゲート線CLは、制御
回路5に接続されている。制御回路5は、カラムデコー
ダ3でデコードされた制御信号を受けて、予め決められ
た規則にしたがって、1ワード線に接続されたメモリセ
ル行を電気的に分割し、また分割箇所を変更する。具体
的に、分割箇所とすべきコントロールゲート線CLの電
圧を初期電圧から遮断電圧に切り替え、分割箇所を解除
するときは、逆に遮断電圧から初期電圧に切り替える。
また、制御回路5は、書き込み許可信号WEなどの各種
許可信号を受けて動作モードを切り換えたり、クロック
CLKを基に動作タイミングを制御する。また、所望の
動作に応じて入出力回路4、あるいはロウデコーダ2の
出力電圧等を制御する。
The control gate lines CL are connected to a control circuit 5. The control circuit 5 receives the control signal decoded by the column decoder 3 and electrically divides the memory cell row connected to one word line according to a predetermined rule, and changes the division. Specifically, the voltage of the control gate line CL, which should be a division, is switched from the initial voltage to the cut-off voltage, and when the division is released, the voltage is switched from the cut-off voltage to the initial voltage.
The control circuit 5 switches the operation mode in response to various permission signals such as the write permission signal WE, and controls the operation timing based on the clock CLK. In addition, it controls the output voltage and the like of the input / output circuit 4 or the row decoder 2 according to a desired operation.

【0025】チャージ回路6は、ビット線BLに接続さ
れている。チャージ回路6は、カラムデコーダ3からの
ディスチャージ信号DISまたはプリチャージ信号PR
Eを受けて、所定のビット線を充放電する。
The charge circuit 6 is connected to the bit line BL. The charge circuit 6 is provided with a discharge signal DIS or a precharge signal PR from the column decoder 3.
In response to E, a predetermined bit line is charged and discharged.

【0026】以下、各バンク内のメモリセルアレイ構成
例について図3〜図8に関連付けて説明し、その後、本
実施形態に係るプログラム動作について詳述する。
Hereinafter, an example of a memory cell array configuration in each bank will be described with reference to FIGS. 3 to 8, and then a program operation according to the present embodiment will be described in detail.

【0027】本実施形態に係るバンクを構成する1つの
メモリセルは、電荷蓄積層CAMを有する2つのメモリ
トランジスタMT1,MT2の間に、セレクトトランジ
スタSTを配置した構成を有している。構造的には、1
メモリセルのソースとドレイン間の中央部にセレクトゲ
ート(ワード線WL)を配置し、その両側にコントロー
ルゲートCGへの印加電圧に応じて電荷蓄積量が制御さ
れる電荷蓄積層CAMを配置している。本実施形態に係
るバンクは、各メモリセルMCijのセレクトトランジ
スタSTのセレクトゲートがワード線WLに接続され、
ソース、ドレインの両方がビット線BLに接続され、電
荷蓄積層を制御するコントロールゲート線CLがビット
線BLと平行に配置されたアレイ構造を有する。
One memory cell constituting the bank according to the present embodiment has a configuration in which a select transistor ST is arranged between two memory transistors MT1 and MT2 having a charge storage layer CAM. Structurally, 1
A select gate (word line WL) is disposed at the center between the source and the drain of the memory cell, and a charge storage layer CAM whose charge storage amount is controlled in accordance with a voltage applied to the control gate CG is disposed on both sides thereof. I have. In the bank according to the present embodiment, the select gate of the select transistor ST of each memory cell MCij is connected to the word line WL,
Both the source and the drain are connected to the bit line BL, and have an array structure in which a control gate line CL for controlling the charge storage layer is arranged in parallel with the bit line BL.

【0028】本実施形態においては、1つの電荷蓄積層
CAMの記憶データを1ビットと仮定する。本実施形態
に係るメモリセルでは、セレクトゲート1つが2つのビ
ットに相対しているため、ビット当たりのメモリセルサ
イズが小さい。なお、コントロールゲートCGとワード
線WLはポリシリコン等により形成され、ビット線BL
はn+ 不純物拡散層により形成される。
In the present embodiment, it is assumed that data stored in one charge storage layer CAM is one bit. In the memory cell according to the present embodiment, since one select gate is opposed to two bits, the memory cell size per bit is small. The control gate CG and the word line WL are formed of polysilicon or the like, and the bit line BL
Is formed by an n + impurity diffusion layer.

【0029】本実施形態に係るバンクに関し、コントロ
ールゲートをワード線方向に隣接するメモリセルのそれ
と分離するか共有するかで2種類のセルアレイ構造、具
体的には、コントロールゲート分離型とコントロールゲ
ート共有型の2つのセルアレイ構造が存在する。
In the bank according to the present embodiment, there are two types of cell array structures depending on whether the control gate is separated or shared with that of the memory cell adjacent in the word line direction, specifically, the control gate separated type and the control gate shared type. There are two types of cell array structures.

【0030】図3から図5に、コントロールゲート分離
型バンクを示す。図3はコントロールゲート分離型バン
クを示す等価回路図、図4はコントロールゲート分離型
バンクのワード線方向(行方向)の概略的な断面図、図
5はコントロールゲート分離型バンクの一部の平面図で
ある。
FIGS. 3 to 5 show a control gate separated type bank. 3 is an equivalent circuit diagram showing a control gate separated bank, FIG. 4 is a schematic sectional view of the control gate separated bank in a word line direction (row direction), and FIG. 5 is a partial plan view of the control gate separated bank. FIG.

【0031】コントロールゲート分離型バンク1Aは、
i×j個のメモリセルMC11,M12…,MC21,
MC22,…,Mijがマトリックス状に配列されてい
る。なお、図3においては、図面の簡単化のため、2行
4列(2×4)の8個のメモリセルMC11,MC1
2,MC13,MC14、MC21,MC22,MC2
3,MC24のみを示している。
The control gate separated type bank 1A comprises:
i × j memory cells MC11, M12,.
MC22,..., Mij are arranged in a matrix. In FIG. 3, for simplification of the drawing, eight memory cells MC11, MC1 in two rows and four columns (2 × 4) are shown.
2, MC13, MC14, MC21, MC22, MC2
3, only MC24 is shown.

【0032】各メモリセルMC11〜MC24は、上述
したように、電荷蓄積層CAMを有する2つのメモリト
ランジスタ、すなわち第1メモリトランジスタMT1と
第2メモリトランジスタMT2とを有する。第1および
第2メモリトランジスタ間に、セレクトトランジスタS
Tがチャネル形成領域を共有するように配置されてい
る。1行目に配列されたメモリセルMC11〜MC14
のセレクトトランジスタSTのゲートがワード線WL1
に共通に接続され、2行目に配列されたメモリセルMC
21〜MC24のセレクトトランジスタのゲートがワー
ド線WL2に共通に接続されている。実際には、セレク
トトランジスタSTのゲートは、図4に示すように、ワ
ード線WLにより構成される。
As described above, each of the memory cells MC11 to MC24 has two memory transistors having the charge storage layer CAM, that is, the first memory transistor MT1 and the second memory transistor MT2. A select transistor S is provided between the first and second memory transistors.
T are arranged so as to share a channel forming region. Memory cells MC11 to MC14 arranged in the first row
Of the select transistor ST of the word line WL1
And the memory cells MC arranged in the second row
The gates of the select transistors 21 to MC24 are commonly connected to the word line WL2. Actually, the gate of the select transistor ST is formed by a word line WL as shown in FIG.

【0033】第1列に配置されたメモリセルMC11と
MC21の第1メモリトランジスタMT1のコントロー
ルゲートが共通のコントロールゲート線CLL1に接続
され、第2メモリトランジスタMT2のコントロールゲ
ートが共通のコントロールゲート線CLR1に接続され
ている。同様に、第2列に配置されたメモリセルMC1
2とMC22の第1メモリトランジスタMT1のコント
ロールゲートが共通のコントロールゲート線CLL2に
接続され、第2メモリトランジスタMT2のコントロー
ルゲートが共通のコントロールゲート線CLR2に接続
されている。第3列に配置されたメモリセルMC13と
MC23の第1メモリトランジスタMT1のコントロー
ルゲートが共通のコントロールゲート線CLL3に接続
され、第2メモリトランジスタMT2のコントロールゲ
ートが共通のコントロールゲート線CLR3に接続され
ている。第4列に配置されたメモリセルMC14とMC
24の第1メモリトランジスタMT1のコントロールゲ
ートが共通のコントロールゲート線CLL4に接続さ
れ、第2メモリトランジスタMT2のコントロールゲー
トが共通のコントロールゲート線CLR4に接続されて
いる。
The control gates of the first memory transistors MT1 of the memory cells MC11 and MC21 arranged in the first column are connected to a common control gate line CLL1, and the control gate of the second memory transistor MT2 is connected to a common control gate line CLR1. It is connected to the. Similarly, memory cells MC1 arranged in the second column
2 and the control gate of the first memory transistor MT1 of the MC22 are connected to a common control gate line CLL2, and the control gate of the second memory transistor MT2 is connected to a common control gate line CLR2. The control gates of the first memory transistors MT1 of the memory cells MC13 and MC23 arranged in the third column are connected to a common control gate line CLL3, and the control gate of the second memory transistor MT2 is connected to a common control gate line CLR3. ing. The memory cells MC14 and MC arranged in the fourth column
The control gates of the 24 first memory transistors MT1 are connected to a common control gate line CLL4, and the control gates of the second memory transistors MT2 are connected to a common control gate line CLR4.

【0034】各メモリセルのソースが、行方向の一方側
に隣り合う他のメモリセルのドレインに接続され、各メ
モリセルのドレインが行方向の他方側に隣り合う他のメ
モリトランジスタのソースに接続されている。この共通
化されたソースとドレインは、ビット線方向(列方向)
で他のソースとドレインの接続箇所を結ぶライン状のソ
ース・ドレイン不純物領域(n+ 不純物拡散層)により
構成されている。このようにして形成されたソース・ド
レイン不純物領域は、図5に示すように、バンク全体で
は平行ストライプ状のパターンとなる。本実施形態で
は、これらのソース・ドレイン不純物領域を、そのまま
ビット線BL1,BL2,BL3,…として用いてい
る。ただし、各ソース・ドレイン不純物領域の上層にメ
タル配線層からなるビット線BL1,BL2,BL3,
…を設けてもよい。この場合、各ビット線BL1,BL
2,BL3,…は、対応する下層のソース・ドレイン不
純物領域と適宜コンタクトを取りながら列方向に配線さ
れる。
The source of each memory cell is connected to the drain of another memory cell adjacent to one side in the row direction, and the drain of each memory cell is connected to the source of another memory transistor adjacent to the other side in the row direction. Have been. The common source and drain are in the bit line direction (column direction).
And a line-shaped source / drain impurity region (n + impurity diffusion layer) connecting the connection points of other sources and drains. The source / drain impurity regions thus formed have a parallel stripe pattern over the entire bank, as shown in FIG. In the present embodiment, these source / drain impurity regions are used as they are as the bit lines BL1, BL2, BL3,. It should be noted that bit lines BL1, BL2, BL3 formed of metal wiring layers are formed above the source / drain impurity regions.
... may be provided. In this case, each bit line BL1, BL
, BL3,... Are wired in the column direction while appropriately making contact with the corresponding lower source / drain impurity regions.

【0035】図6から図8に、コントロールゲート共有
型バンクを示す。図6はコントロールゲート共有型バン
クを示す等価回路図、図7はコントロールゲート共有型
バンクの行方向の概略的な断面図、そして図8はコント
ロールゲート共有型バンクの一部の平面図である。
FIGS. 6 to 8 show a control gate sharing type bank. 6 is an equivalent circuit diagram showing a shared control gate bank, FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in the row direction of the shared control gate bank, and FIG. 8 is a plan view of a part of the shared control gate bank.

【0036】図6に示すコントロールゲート共有型バン
ク1Bは、図3のコントロールゲート分離型バンク1A
と同様に、たとえば、i×j個のメモリトランジスタM
C11,M12…,MC21,MC22,…,Mijが
マトリックス状に配列されている。なお、図6において
は、図面の簡単化のため、2行4列(2×4)の8個の
メモリセルMC11,MC12,MC13,MC14、
MC21,MC22,MC23,MC24のみを示して
いる。
The shared control gate bank 1B shown in FIG. 6 is the same as the control gate separated bank 1A shown in FIG.
Similarly, for example, i × j memory transistors M
, MC21, MC22, ..., Mij are arranged in a matrix. In FIG. 6, for simplification of the drawing, eight memory cells MC11, MC12, MC13, MC14 of two rows and four columns (2 × 4) are used.
Only MC21, MC22, MC23 and MC24 are shown.

【0037】このコントロールゲート共有型バンク1B
が、コントロールゲート分離型バンク1Aと異なる点
は、各メモリセルの第1メモリトランジスタMT1が、
隣接するメモリセルの第2メモリトランジスタMT2と
コントロールゲートCGを共有しており、2列のメモリ
セル境界で隣り合う第1および第2メモリトランジスタ
MT1,MT2が共通のコントロールゲート線CLに接
続されていることにある。
This shared control gate bank 1B
However, the difference from the control gate separated type bank 1A is that the first memory transistor MT1 of each memory cell is
The control gate CG is shared with the second memory transistor MT2 of the adjacent memory cell, and the first and second memory transistors MT1 and MT2 adjacent at the memory cell boundary of two columns are connected to a common control gate line CL. Is to be.

【0038】具体的には、第1列に配置されたメモリセ
ルMC11とMC21の第1メモリトランジスタMT1
のコントロールゲートが、図面で左隣の図示しないメモ
リセルMC10,MC20の第2メモリトランジスタM
T2のコントロールゲートとともにコントロールゲート
線CL0に接続されている。同様に、メモリセルMC1
1とMC21の第2メモリトランジスタMT2のコント
ロールゲートが、図面で右隣のメモリセルMC12,M
C22の第1メモリトランジスタMT1のコントロール
ゲートとともにコントロールゲート線CL1に接続され
ている。メモリセルMC12とMC22の第2メモリト
ランジスタMT2のコントロールゲートが、図面で右隣
のメモリセルMC13,MC23の第1メモリトランジ
スタMT1のコントロールゲートとともにコントロール
ゲート線CL2に接続されている。メモリセルMC13
とMC23の第2メモリトランジスタMT2のコントロ
ールゲートが、図面で右隣のメモリセルMC14,MC
24の第1メモリトランジスタMT1のコントロールゲ
ートとともにコントロールゲート線CL3に接続されて
いる。メモリセルMC14とMC24の第2メモリトラ
ンジスタMT2のコントロールゲートが、図面で右隣の
図示しないメモリセルMC15,MC25の第1メモリ
トランジスタMT1のコントロールゲートとともにコン
トロールゲート線CL4に接続されている。
More specifically, the first memory transistors MT1 of the memory cells MC11 and MC21 arranged in the first column
Is the second memory transistor M of the memory cells MC10 and MC20 (not shown) on the left side in the drawing.
It is connected to the control gate line CL0 together with the control gate of T2. Similarly, the memory cell MC1
1 and the control gate of the second memory transistor MT2 of MC21 are connected to the memory cells MC12, M
C22 is connected to the control gate line CL1 together with the control gate of the first memory transistor MT1. The control gates of the second memory transistors MT2 of the memory cells MC12 and MC22 are connected to the control gate line CL2 together with the control gates of the first memory transistors MT1 of the memory cells MC13 and MC23 on the right side in the drawing. Memory cell MC13
And the control gate of the second memory transistor MT2 of MC23 is connected to the memory cells MC14, MC
It is connected to the control gate line CL3 together with the control gates of the 24 first memory transistors MT1. The control gates of the second memory transistors MT2 of the memory cells MC14 and MC24 are connected to the control gate line CL4 together with the control gates of the first memory transistors MT1 of the memory cells MC15 and MC25 (not shown) on the right in the drawing.

【0039】その他の構造は、上述したコントロールゲ
ート分離型バンクと略同様であることから、ここではそ
の詳細な説明は省略する。
The other structure is substantially the same as that of the above-mentioned control gate separated type bank, so that the detailed description is omitted here.

【0040】電荷蓄積層CAMに関しては、コントロー
ルゲート分離型の場合はフローティングゲート(F
G)、または、離散したトラップが形成された窒化膜を
含む誘電体膜であり、コントロールゲート共有型の場合
は離散したトラップが形成された窒化膜を含む誘電体膜
である。メモリトランジスタMT1,MT2のそれぞれ
において、コントロールゲートとpウエルとの間に、M
ONOS型の場合、酸化膜と窒化膜との界面を含むよう
に積層された複数の誘電体膜が形成されている。FG型
あるいはナノ結晶型の場合、少なくもコントロールゲー
ト直下の部分に複数の誘電体膜が形成され、その膜間に
単一膜状の、あるいは無数の微細径粒に分散された導電
物質が埋め込まれている。当該導電物質、あるいは、上
記酸化膜と窒化膜との界面および窒化膜中のキャリアト
ラップは、メモリトランジスタの電荷蓄積手段として機
能する。
Regarding the charge storage layer CAM, in the case of the control gate separated type, the floating gate (F
G) or a dielectric film including a nitride film on which discrete traps are formed, and in the case of a shared control gate type, a dielectric film including a nitride film on which discrete traps are formed. In each of the memory transistors MT1 and MT2, between the control gate and the p well, M
In the case of the ONOS type, a plurality of dielectric films stacked so as to include an interface between an oxide film and a nitride film are formed. In the case of the FG type or nanocrystal type, a plurality of dielectric films are formed at least immediately below the control gate, and a single film or a conductive material dispersed in countless fine particles is embedded between the films. Have been. The conductive material, or the interface between the oxide film and the nitride film and the carrier traps in the nitride film function as charge storage means of the memory transistor.

【0041】メモリトランジスタは、この電荷蓄積手段
の電荷蓄積量に応じてしきい値電圧Vthが変化する。チ
ャネルホットエレクトロン(CHE)注入を用いて書き
込みを行う場合、この電荷蓄積量は、たとえば、書き込
み時にオンとなったチャネルに加わる横方向電界によっ
て変化し、横方向電界はビット線電圧に応じて決まる。
すなわち、ビット線の電圧設定の有無としてメモリセル
に伝達された書き込みデータは、書き込み時にしきい値
電圧Vthの差に変換されて、メモリセル内に記憶され
る。読み出しの際は、両ビット線間に所定の読み出しド
レイン電圧を印加した状態で、記憶データの論理に応じ
てメモリトランジスタがオンまたはオフする電圧を、コ
ントロールゲート線を介してメモリトランジスタのゲー
トに印加する。これにより、メモリトランジスタがオン
する場合のみ、チャネルを介して両ビット線間に電流が
流れ、ビット線電圧が変化する。このビット線電圧変化
の有無をセンスアンプSA等で検出して読み出す。すな
わち、読み出しの場合は、書き込みの場合と逆に、記憶
データが、メモリトランジスタのしきい値電圧Vthの差
からビット線電圧差に変換されることで、外部に伝達可
能となる。
The threshold voltage Vth of the memory transistor changes in accordance with the amount of charge stored in the charge storage means. When writing is performed by using channel hot electron (CHE) injection, the amount of charge storage varies depending on, for example, a lateral electric field applied to a channel turned on at the time of writing, and the lateral electric field is determined according to a bit line voltage. .
That is, the write data transmitted to the memory cell as the presence or absence of the bit line voltage setting is converted into a difference in threshold voltage Vth at the time of writing, and stored in the memory cell. At the time of reading, a voltage for turning on or off the memory transistor according to the logic of the stored data is applied to the gate of the memory transistor via the control gate line with a predetermined read drain voltage applied between both bit lines. I do. Thus, only when the memory transistor is turned on, a current flows between both bit lines via the channel, and the bit line voltage changes. The presence or absence of this bit line voltage change is detected and read by the sense amplifier SA or the like. That is, in the case of reading, contrary to the case of writing, the stored data is converted from the difference in threshold voltage Vth of the memory transistor to the bit line voltage difference, so that it can be transmitted to the outside.

【0042】なお、電荷蓄積層CAMとしては、MON
OS(あるいはMNOS)型のものを用いることは望ま
しい。その理由は以下の通りである。
The charge storage layer CAM is MON
It is desirable to use an OS (or MNOS) type. The reason is as follows.

【0043】MONOS型不揮発性半導体メモリトラン
ジスタでは、電荷保持を主体的に担っている窒化膜〔S
ix Ny (0<x<1、0<y<1)〕膜中、または、
窒化膜と、その上に形成されたトップ酸化膜との界面の
キャリアトラップが空間的に(すなわち、面方向および
膜厚方向に)離散化して拡がっている。このため、電荷
保持特性が、最下層のボトム誘電体膜厚のほかに、Si
x Ny 膜中のキャリアトラップに捕獲される電荷のエネ
ルギー的および空間的な分布に依存する。
In a MONOS type nonvolatile semiconductor memory transistor, a nitride film [S
ix Ny (0 <x <1, 0 <y <1)] in the film or
Carrier traps at the interface between the nitride film and the top oxide film formed thereon are spatially discrete (that is, in the plane direction and the film thickness direction) and spread. For this reason, the charge retention characteristic is not only the bottom dielectric film thickness of the lowermost layer, but also
It depends on the energy and spatial distribution of the charge trapped by the carrier trap in the xNy film.

【0044】このボトム誘電体膜に局所的にリーク電流
パスが発生した場合、FG型では多くの電荷がリークパ
スを通ってリークして電荷保持特性が低下しやすい。こ
れに対し、MONOS型では、電荷蓄積手段が空間的に
離散化されているため、リークパス周辺の局所的な電荷
がリークパスを通して局所的にリークするに過ぎず、記
憶素子全体の電荷保持特性が低下しにくい。このため、
MONOS型においては、ボトム誘電体膜の薄膜化によ
る電荷保持特性の低下の問題はFG型ほど深刻ではな
い。したがって、ゲート長が極めて短い微細メモリトラ
ンジスタにおけるボトム誘電体膜のスケーリング性は、
MONOS型の方がFG型よりも優れている。また、平
面的に離散化したキャリアトラップの分布平面に対し電
荷が局所的に注入された場合、その電荷はFG型のよう
に平面内および膜厚方向に拡散することなく保持され
る。
When a leak current path occurs locally in the bottom dielectric film, in the FG type, a large amount of charge leaks through the leak path, and the charge retention characteristics are apt to deteriorate. On the other hand, in the MONOS type, since the charge storage means is spatially discretized, local charges around the leak path only leak locally through the leak path, and the charge retention characteristics of the entire storage element deteriorate. Hard to do. For this reason,
In the MONOS type, the problem of lowering the charge retention characteristics due to the thinner bottom dielectric film is not as serious as the FG type. Therefore, the scaling property of the bottom dielectric film in a micro memory transistor having an extremely short gate length is as follows.
The MONOS type is superior to the FG type. Further, when electric charges are locally injected into the distribution plane of the carrier traps discretized in a plane, the electric charges are held without being diffused in the plane and in the film thickness direction unlike the FG type.

【0045】本実施形態のメモリセルでは、書き込み速
度の向上を目的として、CHEをソース側から注入する
ソースサイド注入型MONOS(またはNMOS)トラ
ンジスタが実現されている。
In the memory cell of this embodiment, a source side injection type MONOS (or NMOS) transistor for injecting CHE from the source side is realized for the purpose of improving the writing speed.

【0046】このソースサイドCHE注入の原理を、図
9に模擬的に示す。書き込み時に、メモリトランジスタ
のソース側に配置されたセレクトゲートSGに相対的に
低い電圧、コントロールゲートCGに相対的に高い電圧
を与える。このとき、セレクトゲートSGと電荷蓄積層
CAMとの境界にあるチャネル形成領域表面に高い横方
向電界が発生する。その結果、図中矢印で示すように、
エネルギー的に励起された電荷(チャネルホットエレク
トロン)が電荷蓄積層CAMにソース側から注入され
る。その注入効率は、高電界をドレイン側で発生させ
て、電荷を電荷蓄積層CAMにドレイン側から注入する
通常のCHE注入方式より高く、よって書き込み時間の
低減が可能である。
FIG. 9 schematically shows the principle of this source-side CHE injection. At the time of writing, a relatively low voltage is applied to the select gate SG and a relatively high voltage is applied to the control gate CG arranged on the source side of the memory transistor. At this time, a high lateral electric field is generated on the surface of the channel formation region at the boundary between the select gate SG and the charge storage layer CAM. As a result, as shown by the arrow in the figure,
Energically excited charges (channel hot electrons) are injected into the charge storage layer CAM from the source side. The injection efficiency is higher than in a normal CHE injection method in which a high electric field is generated on the drain side and charges are injected into the charge storage layer CAM from the drain side, so that the writing time can be reduced.

【0047】なお、このソースサイドCHE注入は、電
荷蓄積層がフローティングゲートであるFG型、窒化膜
を含むMONOS(MNOS)型メモリトランジスタの
両方に適用可能である。
The source-side CHE injection can be applied to both the FG type in which the charge storage layer is a floating gate and the MONOS (MNOS) type memory transistor including a nitride film.

【0048】MONOS(MNOS)型メモリトランジ
スタは、CHE注入方式によって電荷を離散的なトラッ
プの一部に注入できることに着目して、電荷蓄積層のソ
ース側とドレイン側に独立に2値情報を書き込むことが
可能である。この場合、たとえばソースとドレイン間の
電圧印加方向を入れ換えて2ビット情報をCHE注入に
より書き込む。読み出し時には、書き込み時と逆方向に
所定電圧をソースとドレイン間に印加する、いわゆる
“リバースリード”方法によって、書き込み時間が短く
蓄積電荷量が少ない場合でも2ビット情報を確実に読み
出すことができる。したがって、前述したコントロール
共有型の場合には、MONOS(MNOS)型メモリト
ランジスタが好適である。
The MONOS (MNOS) type memory transistor writes binary information independently on the source side and the drain side of the charge storage layer, paying attention to the fact that charges can be injected into a part of discrete traps by the CHE injection method. It is possible. In this case, 2-bit information is written by CHE injection, for example, by changing the voltage application direction between the source and the drain. At the time of reading, a so-called "reverse read" method in which a predetermined voltage is applied between the source and the drain in a direction opposite to that at the time of writing, the 2-bit information can be reliably read even when the writing time is short and the accumulated charge amount is small. Therefore, in the case of the above-mentioned shared control type, a MONOS (MNOS) type memory transistor is preferable.

【0049】図10は、MONOS型メモリトランジス
タの具体的な構造例を示す断面図である。このメモリト
ランジスタは、pウエルWのチャネル形成領域中央部上
に形成されワード線WLに接続されたセレクトトランジ
スタのゲート電極GTと、ゲート電極GTと絶縁分離さ
れ、チャネル方向両側に設けられた第1メモリトランジ
スタのコントロールゲートCGLと、第2メモリトラン
ジスタのコントロールゲートCGRを有する。コントロ
ールゲートCGL,CGRと、ビット線BLまたはチャ
ネル形成領域端部との間に、ゲート誘電体膜10a,1
0bが形成されている。
FIG. 10 is a sectional view showing a specific example of the structure of a MONOS type memory transistor. The memory transistor includes a gate electrode GT of a select transistor formed on the center of the channel formation region of the p-well W and connected to the word line WL, and first electrodes provided on both sides in the channel direction insulated from the gate electrode GT. It has a control gate CGL of a memory transistor and a control gate CGR of a second memory transistor. Between the control gates CGL, CGR and the bit line BL or the end of the channel formation region, the gate dielectric films 10a, 1
0b is formed.

【0050】ゲート誘電体膜10aは、ボトム誘電体膜
11a,窒化膜12a,トップ誘電体膜13aを含んで
いる。同様に、ゲート誘電体膜10bは、ボトム誘電体
膜11b,窒化膜12b,トップ誘電体膜13bを含ん
でいる。ゲート電極GTは、ソース側とドレイン側で空
間的に分離された2つのコントロールゲートCGL,C
GRとゲート絶縁膜10a,10bとの積層パターンの
間に、単層の誘電体膜14を介して埋め込まれている。
このゲート電極GTは、図示しないワード線WLをなす
上層配線層に接続され、ワード線方向のメモリセル間で
共通に接続されている。
The gate dielectric film 10a includes a bottom dielectric film 11a, a nitride film 12a, and a top dielectric film 13a. Similarly, the gate dielectric film 10b includes a bottom dielectric film 11b, a nitride film 12b, and a top dielectric film 13b. The gate electrode GT has two control gates CGL and CGL spatially separated on the source side and the drain side.
It is buried between the GR and the lamination pattern of the gate insulating films 10a and 10b via a single-layer dielectric film.
The gate electrode GT is connected to an upper wiring layer forming a word line WL (not shown), and is commonly connected between memory cells in the word line direction.

【0051】このようにして、チャネル形成領域中央部
に、ワード線に接続されMOS構造を有したセレクトト
ランジスタSTが形成されている。また、斜めイオン注
入で形成したポケット領域PCTおよび拡散層(ビット
線BL)の上部では、電荷蓄積手段を含むONO膜タイ
プのゲート絶縁膜10a,10bを介してコントロール
ゲートCGL,CGRが配置されている。このゲートG
TとコントロールゲートCGL,CGRとの組合せは、
基本的にスプリットゲート構造のソースサイド注入タイ
プのメモリセルと同一である。セレクトトランジスタ
は、書き込み時にソースサイド注入を効率よく行うため
に用いられる。また、消去時には電荷蓄積手段が過剰消
去された場合でも、メモリトランジスタの消去状態での
しきい値電圧Vthを一定に保持する役割を果たす。この
ため、このセレクトトランジスタのしきい値電圧は、た
とえば0.5Vと1Vとの間に設定される。
As described above, the select transistor ST connected to the word line and having the MOS structure is formed at the center of the channel formation region. In addition, control gates CGL and CGR are arranged above the pocket region PCT and the diffusion layer (bit line BL) formed by oblique ion implantation via ONO film type gate insulating films 10a and 10b including charge storage means. I have. This gate G
The combination of T and control gates CGL and CGR is
This is basically the same as the source side injection type memory cell having the split gate structure. The select transistor is used for efficiently performing source side injection at the time of writing. In addition, at the time of erasing, even when the charge storage means is over-erased, the memory transistor plays a role of keeping the threshold voltage Vth in the erased state constant. Therefore, the threshold voltage of this select transistor is set, for example, between 0.5V and 1V.

【0052】なお、ボトム誘電体膜11a,11bとし
て、通常の熱酸化法により形成された酸化珪素膜、その
酸化珪素膜を窒化して形成された酸化窒化珪素膜を用い
る。また、FNトンネリング特性を示す誘電体膜、たと
えばFN窒化珪素膜、FN酸化窒化珪素膜、あるいはこ
れらと他の膜との多層膜等のいずれかをボトム誘電体膜
として用いることができる。FNトンネリング特性を示
す誘電体膜を用いた場合、ソースサイド注入における、
伝導帯側のエネルギー障壁が通常の酸化珪素膜の場合の
3.2eVより低減され、ホットエレクトロンの注入効
率がさらに改善される。
As the bottom dielectric films 11a and 11b, a silicon oxide film formed by a normal thermal oxidation method and a silicon oxynitride film formed by nitriding the silicon oxide film are used. In addition, a dielectric film exhibiting FN tunneling characteristics, for example, any of a FN silicon nitride film, an FN silicon oxynitride film, or a multilayer film including these and other films can be used as the bottom dielectric film. When a dielectric film exhibiting FN tunneling characteristics is used,
The energy barrier on the conduction band side is reduced from 3.2 eV in the case of a normal silicon oxide film, and the injection efficiency of hot electrons is further improved.

【0053】図11は、入出力回路の一部およびチャー
ジ回路の具体的構成を含む回路図である。図11には、
上述したカラム選択回路CS,カラムラッチ回路CLH
およびセンスアンプS/Aを含み、一つのプログラムが
完結するページ単位でデータの書き込みおよび読み出し
を制御するページバッファを示す。
FIG. 11 is a circuit diagram including a part of the input / output circuit and a specific configuration of the charge circuit. In FIG.
The above-described column selection circuit CS and column latch circuit CLH
And a page buffer including a sense amplifier S / A and controlling writing and reading of data in page units where one program is completed.

【0054】一つのビット線に接続されたページバッフ
ァの各ユニットは、2個のインバータINV1,INV
2と、6個のMOSトランジスタM0〜M5を有してい
る。インバータINV1,INV2は互いの入力と出力
が接続されており、カラムラッチ回路CLHを構成す
る。その一方のノードLATが、nMOSトランジスタ
M0を介してビット線に接続されている。nMOSトラ
ンジスタM0のゲートは、書き込み許可信号WEに基づ
いて活性化される制御信号PGMによって、全ユニット
で同時に制御される。
Each unit of the page buffer connected to one bit line has two inverters INV1, INV
2 and six MOS transistors M0 to M5. The inverters INV1 and INV2 have their inputs and outputs connected to each other, and constitute a column latch circuit CLH. One of the nodes LAT is connected to the bit line via the nMOS transistor M0. The gate of the nMOS transistor M0 is simultaneously controlled in all units by a control signal PGM activated based on the write enable signal WE.

【0055】カラムラッチ回路のノードLATはnMO
SトランジスタM3を介してデータ線I/Oに接続さ
れ、カラムラッチ回路の他のノードはnMOSトランジ
スタM4を介してデータ補線I/O_に接続されてい
る。2つのnMOSトランジスタM3,M4のゲート
は、カラム選択信号CSLによって制御される。また、
このカラムラッチ回路の他のノードに、ソースが接地さ
れたnMOSトランジスタM5のドレインが接続されて
いる。nMOSトランジスタM5のゲートは、リセット
信号RSTによって制御される。
The node LAT of the column latch circuit is nMO
It is connected to the data line I / O via the S-transistor M3, and the other node of the column latch circuit is connected to the data auxiliary line I / O_ via the nMOS transistor M4. The gates of the two nMOS transistors M3 and M4 are controlled by a column selection signal CSL. Also,
The drain of the nMOS transistor M5 whose source is grounded is connected to another node of the column latch circuit. The gate of the nMOS transistor M5 is controlled by a reset signal RST.

【0056】さらに、電源電圧VCCの供給線とカラムラ
ッチ回路の他のノードとの間に、2つのpMOSトラン
ジスタM1,M2が縦続接続されている。pMOSトラ
ンジスタM1のソースが電源電圧VCCの供給線に接続さ
れ、そのドレインがpMOSトランジスタM2のソース
に接続され、そのゲートがビット線BLに接続されてい
る。pMOSトランジスタM1は、ビット線BLの電圧
が、そのしきい値電圧を越えたときにオンし、ビット線
BLの電圧が、そのしきい値電圧以下のときはオフ状態
を維持する。pMOSトランジスタM2のドレインが、
カラムラッチ回路の他のノードに接続されている。pM
OSトランジスタM2のゲートは、制御信号SENSE
によって、全ユニットで同時に制御される。pMOSト
ランジスタM2は、pMOSトランジスタM1のオン/
オフに応じて、カラムラッチ回路の他のノードを電源電
圧VCCにプルアップするときのタイミング制御を行う。
Further, two pMOS transistors M1 and M2 are cascaded between the supply line of the power supply voltage V CC and another node of the column latch circuit. The source of the pMOS transistor M1 is connected to the supply line of the power supply voltage V CC , the drain is connected to the source of the pMOS transistor M2, and the gate is connected to the bit line BL. The pMOS transistor M1 turns on when the voltage of the bit line BL exceeds its threshold voltage, and maintains the off state when the voltage of the bit line BL is equal to or lower than the threshold voltage. The drain of the pMOS transistor M2 is
It is connected to another node of the column latch circuit. pM
The gate of the OS transistor M2 is connected to the control signal SENSE.
Are controlled simultaneously by all units. The pMOS transistor M2 is turned on / off of the pMOS transistor M1.
Timing control is performed when another node of the column latch circuit is pulled up to the power supply voltage V CC in accordance with the off state.

【0057】このような構成のページバッファのユニッ
トは、ビット線ごとに設けられている。
The page buffer unit having such a configuration is provided for each bit line.

【0058】ディスチャージ回路は、ビット線放電を制
御するnMOSトランジスタDMをビット線の数だけ有
する。各nMOSトランジスタDMのドレインが対応す
るビット線BLに接続され、そのソースが接地線に接続
されている。全てのnMOSトランジスタDMのゲート
は、ディスチャージ信号DISにより同時に制御され
る。
The discharge circuit has nMOS transistors DM for controlling bit line discharge, the number of which is equal to the number of bit lines. The drain of each nMOS transistor DM is connected to the corresponding bit line BL, and the source is connected to the ground line. The gates of all the nMOS transistors DM are simultaneously controlled by the discharge signal DIS.

【0059】プリチャージ回路は、ビット線充電を制御
するnMOSトランジスタPM0〜PM2を有する。n
MOSトランジスタPM0〜PM2のドレインは電源電
圧V CCの供給線に接続され、そのソースが対応するビッ
ト線に接続されている。nMOSトランジスタPM0〜
PM2のそれぞれが、図11の例では、3本ごとのビッ
ト線に接続されている。同じ符号のnMOSトランジス
タが同一のプリチャージ信号によって制御される。すな
わち、周期的に配置された複数のnMOSトランジスタ
PM0のゲートは、プリチャージ信号PRE0によって
同時に制御される。同様にして、複数のnMOSトラン
ジスタPM1のゲートがプリチャージ信号PRE1によ
って同時に制御され、複数のnMOSトランジスタPM
2のゲートがプリチャージ信号PRE2によって同時に
制御される。このように同時に制御されるnMOSトラ
ンジスタの周期は、バンクのワード分割の周期に対応し
て決められる。この図11の例では、メモリセルアレイ
1内にコントロールゲート共有型バンクを有しており、
そのワード分割後の最小単位がワード線方向での3個ご
とのセル(6ビットごと)の集合となる。この構成に対
応して、3本ごとにビット線を同時にプリチャージする
ようにプリチャージ回路が構成されている。
The precharge circuit controls bit line charging.
NMOS transistors PM0 to PM2. n
The drains of the MOS transistors PM0 to PM2 are
Pressure V CCOf the corresponding bit
Connected to the line. nMOS transistors PM0
In the example of FIG. 11, each of PM2
Connected to the line. NMOS transistors of the same sign
Are controlled by the same precharge signal. sand
That is, a plurality of periodically arranged nMOS transistors
The gate of PM0 is activated by a precharge signal PRE0.
Controlled at the same time. Similarly, a plurality of nMOS transistors
The gate of the transistor PM1 is driven by the precharge signal PRE1.
At the same time, and a plurality of nMOS transistors PM
2 at the same time by the precharge signal PRE2
Controlled. The nMOS transistors controlled simultaneously in this manner are
The transistor cycle corresponds to the word division cycle of the bank.
Can be determined. In the example of FIG. 11, the memory cell array
1 has a shared control gate bank,
The minimum unit after word division is three in the word line direction.
(6 bits). For this configuration
In response, precharge the bit lines every three lines at the same time
The precharge circuit is configured as described above.

【0060】次に、図面に関連付けてコントロールゲー
ト共有型バンクに対するプログラム動作について説明す
る。図12は、コントロールゲート共有型メモリセルア
レイに対するプログラム条件を示す図である。以下、図
12において、コントロールゲート共有型バンクの第
1,第4列のメモリセルMC11,MC14の第2メモ
リトランジスタに同時に書き込みおよびベリファイを行
う場合を説明する。
Next, a program operation for a control gate shared bank will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a diagram showing a program condition for a shared control gate memory cell array. Hereinafter, a case will be described with reference to FIG. 12 where writing and verification are simultaneously performed on the second memory transistors of the memory cells MC11 and MC14 in the first and fourth columns of the shared control gate bank.

【0061】コントロールゲート共有型に関しその電荷
蓄積層を窒化膜を含むMONOS型とした場合、書き込
み対象のメモリセルMC11,MC14のソース側に接
続されたビット線BL0,BL3に0V、ドレイン側に
接続されたビット線BL1,BL4に5Vまたは0V、
セレクトトランジスタSTのゲートに接続されたワード
線WL1に低い電圧の0.8V、書き込み対象である第
2メモリトランジスタMT2のコントロールゲートに接
続されたコントロールゲート線CL1,CL4に高い電
圧の6Vを加える。メモリセルMC11,MC14内の
選択されない左側ビット部(第1メモリトランジスタM
T1)に対しては、その部分の記憶データの種類にかか
わらず所望のチャネル電流が流れるような伝達の役割を
持たすため、第1メモリトランジスタMT1のコントロ
ールゲートに接続されたコントロールゲート線CL0,
CL3に適切な電圧Vpassを加える。これらのバイアス
条件により、選択ビットであるメモリセルMC11,M
C14の第2メモリトランジスタMT2にプログラムが
行われる。
When the charge storage layer of the shared control gate type is a MONOS type including a nitride film, 0 V is connected to the bit lines BL0 and BL3 connected to the source sides of the memory cells MC11 and MC14 to be written, and connected to the drain side. 5V or 0V to the applied bit lines BL1 and BL4,
A low voltage of 0.8 V is applied to the word line WL1 connected to the gate of the select transistor ST, and a high voltage of 6 V is applied to the control gate lines CL1 and CL4 connected to the control gate of the second memory transistor MT2 to be written. The unselected left bit portion (first memory transistor M1) in the memory cells MC11 and MC14
T1) has a role of transmitting a desired channel current irrespective of the type of storage data in that portion, and therefore, the control gate lines CL0 and CL0 connected to the control gate of the first memory transistor MT1.
Appropriate voltage Vpass is applied to CL3. Due to these bias conditions, the memory cells MC11 and M
The programming is performed on the second memory transistor MT2 of C14.

【0062】一方、書き込み対象のメモリセルMC1
1,MC14間に位置する他のメモリセルMC12,M
13は、誤書き込みを避けるため、メモリセルMC12
の第2メモリトランジスタMT2とメモリセルMC13
の第1メモリトランジスタに共通に接続されたコントロ
ールゲート線CL2の電圧を0Vとし、チャネル電流を
阻止する。これによって、当該2つのメモリセルMC1
2,MC13は非選択となる。以上のコントロールゲー
ト線CL1,CL2,…に印加する電圧は、制御回路5
により選択的に供給される。また、非選択のワード線W
L2に対しては0Vを加え、チャネル電流を阻止してい
る。結局、このコントロールゲート共有型バンク1Bで
は、選択されたワード線WL1に関し、6ビット毎のプ
ログラムが可能となる。
On the other hand, the memory cell MC1 to be written
1 and other memory cells MC12 and M
13 is a memory cell MC12 to avoid erroneous writing.
Of the second memory transistor MT2 and the memory cell MC13
The voltage of the control gate line CL2 commonly connected to the first memory transistor is set to 0 V to block the channel current. Thereby, the two memory cells MC1
2, MC13 is not selected. The voltages applied to the control gate lines CL1, CL2,.
Selectively supplied by In addition, unselected word lines W
0V is applied to L2 to block the channel current. As a result, in the control gate sharing type bank 1B, programming of every 6 bits can be performed on the selected word line WL1.

【0063】1回のプログラム動作は、実際には、デー
タロード,書き込みおよびベリファイの3ステップを経
て完結する。以下、周辺回路の制御も含めた、より詳し
いプログラム制御を、図11,図13の図面に関連付け
て説明する。図13(A)〜(K)は、プログラム動作
時の各種信号線の電圧変化を示すタイミングチャートで
ある。これらの図では、コントロールゲート線CL1に
制御されるメモリセルM11の第2メモリトランジスタ
MT2にハイレベルのデータ“0”を記憶する場合を例
示する。
One program operation is actually completed through three steps of data loading, writing, and verifying. Hereinafter, more detailed program control including the control of the peripheral circuits will be described with reference to the drawings of FIGS. FIGS. 13A to 13K are timing charts showing voltage changes of various signal lines during a program operation. These figures illustrate a case where high-level data “0” is stored in the second memory transistor MT2 of the memory cell M11 controlled by the control gate line CL1.

【0064】初期状態では、バンクに接続された全ての
ビット線BL0,BL1,…および全てのワード線WL
1,WL2,…を0Vで保持している。また、図11の
各種制御線に関しては、pMOSトランジスタM2をオ
フさせるため制御信号SENSEがハイレベルで維持さ
れている以外は、全ての制御信号がローレベルで維持さ
れている。
In the initial state, all the bit lines BL0, BL1,...
1, WL2,... Are held at 0V. As for the various control lines in FIG. 11, all the control signals are maintained at a low level except that the control signal SENSE is maintained at a high level to turn off the pMOS transistor M2.

【0065】データロードのステップでは、カラム選択
信号CSL1をハイレベルにすると、カラムスイッチを
構成するnMOSトランジスタM3,M4がオンする。
これにより、データ線I/Oのハイレベルの書き込みデ
ータ“0”がラッチ回路のノードLAT1に伝達され、
データ補線I/O_のローレベルのデータがラッチ回路
の他のノードに伝達される。このようにして、データ線
のデータがページバッファ内に入力されラッチ回路で保
持される。
In the data loading step, when the column selection signal CSL1 is set to the high level, the nMOS transistors M3 and M4 forming the column switch are turned on.
As a result, the high-level write data “0” of the data line I / O is transmitted to the node LAT1 of the latch circuit,
Low-level data of data auxiliary line I / O_ is transmitted to another node of the latch circuit. In this way, the data on the data line is input into the page buffer and held by the latch circuit.

【0066】つぎに、書き込みのステップにおいて、プ
ログラム信号PGMをローレベルからハイレベルに立ち
上げ、nMOSトランジスタM0をオンさせ、ハイレベ
ルの書き込みデータ“0”を、選択されたビット線BL
1にカラムラッチ回路から伝達する。その後、選択され
たワード線WL1に0.8Vのセレクトゲートパルスを
印加し、同時に、選択されたコントロールゲート線CL
1に6Vの書き込みパルスを印加する。また、選択され
たコントロールゲート線CL1の左隣の他のコントロー
ルゲート線CL0にチャネルがオンする程度の電圧Vpa
ssを印加する。
Next, in a write step, the program signal PGM is raised from a low level to a high level, the nMOS transistor M0 is turned on, and high-level write data “0” is transferred to the selected bit line BL.
1 from the column latch circuit. Thereafter, a 0.8V select gate pulse is applied to the selected word line WL1, and at the same time, the selected control gate line CL is selected.
1 is applied with a 6 V write pulse. In addition, a voltage Vpa enough to turn on the channel is applied to another control gate line CL0 on the left of the selected control gate line CL1.
Apply ss.

【0067】選択されたメモリセルにおいて、書き込み
データ“0”によってハイレベルとなったビット線BL
1の電圧5Vがドレイン電圧となり、ビット線BL0の
電圧0Vがソース電圧、コントロールゲート線CL1の
印加電圧6Vがゲート電圧となる。これらに加え、選択
されたワード線WL1の印加電圧0.8Vおよび隣りの
コントロールゲート線CL0の印加電圧Vpassによっ
て、メモリセルMC11内にチャネルが形成される。こ
のチャネル内にソース(ビット線BL0)から供給され
た電子がソースとドレイン間の電界によって加速され
る。このとき、選択されたワード線WL1に印加された
セレクトゲート電圧0.8Vは、セレクトトランジスタ
STと第2メモリトランジスタMT2との境界付近で、
チャネル内を走行する電子がエネルギー的に十分に励起
される値に定められている。このため、チャネル内の電
子が第2メモリトランジスタMT2のソース端に至る直
前でホットエレクトロンとなる確率が高くなる。このよ
うにして生成されたホットエレクトロンの一部が、第2
メモリトランジスタMT2内の電荷蓄積層CAMにソー
ス側から効率よく注入される。その結果、メモリトラン
ジスタMC11の第2メモリトランジスタMTのしきい
値電圧Vthが、低い消去状態から、より高い状態に変
化する。
In the selected memory cell, the bit line BL which has become high level due to the write data "0"
The voltage 5V of 1 becomes the drain voltage, the voltage 0V of the bit line BL0 becomes the source voltage, and the applied voltage 6V of the control gate line CL1 becomes the gate voltage. In addition, a channel is formed in the memory cell MC11 by the applied voltage 0.8V of the selected word line WL1 and the applied voltage Vpass of the adjacent control gate line CL0. Electrons supplied from the source (bit line BL0) into this channel are accelerated by the electric field between the source and the drain. At this time, the select gate voltage 0.8V applied to the selected word line WL1 changes near the boundary between the select transistor ST and the second memory transistor MT2.
The value is set to a value at which electrons traveling in the channel are sufficiently excited energetically. For this reason, the probability that electrons in the channel become hot electrons immediately before reaching the source end of the second memory transistor MT2 increases. Some of the hot electrons generated in this way are
The charge is efficiently injected into the charge storage layer CAM in the memory transistor MT2 from the source side. As a result, the threshold voltage Vth of the second memory transistor MT of the memory transistor MC11 changes from a low erase state to a higher state.

【0068】続くベリファイのステップでは、まず、デ
ィスチャージパルスDISを印加して、nMOSトラン
ジスタDMをオンさせ、全てのビット線BL0,BL
1,…を放電する。放電後の全てのビット線は再びフロ
ーティング状態となる。つぎに、プリチャージ信号PR
E0を立ち上げて、読み出し対象のビットが記憶された
メモリセルMC11に接続した左側のビット線BL0を
電源電圧VCCに充電する。その後、読み出し対象セルM
11に接続されたワード線WL1およびコントロールゲ
ート線CL1を、それぞれ所定の電圧に立ち上げる。ま
た、読み出し対象セルMC11に接続された他のコント
ロールゲート線CL0に、チャネルが十分オンする電圧
Vonを印加する。これにより、読み出し対象セルMC
11がオンし、0Vでフローティング状態であったビッ
ト線BL1が、コントロールゲート線CL1の印加電圧
VcgR から、読み出し対象ビットの第2メモリトランジ
スタMT2のしきい値電圧Vthを引いた電圧に充電され
る。
In the following verify step, first, a discharge pulse DIS is applied to turn on the nMOS transistor DM, and all the bit lines BL0 and BL
1, ... are discharged. After the discharge, all the bit lines enter a floating state again. Next, the precharge signal PR
By raising E0, the left bit line BL0 connected to the memory cell MC11 storing the bit to be read is charged to the power supply voltage V CC . Then, the read target cell M
The word line WL1 and the control gate line CL1 connected to 11 are each raised to a predetermined voltage. Further, a voltage Von for sufficiently turning on the channel is applied to another control gate line CL0 connected to the read target cell MC11. Thereby, the read target cell MC
11 turns on, and the bit line BL1, which was floating at 0V, is charged to a voltage obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the second memory transistor MT2 of the bit to be read from the applied voltage VcgR of the control gate line CL1. .

【0069】このビット線BL1の充電電圧は、ページ
バッファ内のpMOSトランジスタM1のゲートに伝達
され、このゲート電圧でpMOSトランジスタM1がオ
ン可能か否かが検知される。具体的には、ワード線WL
1およびコントロールゲート線CL1を立ち下げた後、
読み出し電圧の検出信号SENSEをハイレベルからロ
ーレベルに変化させる。
The charging voltage of bit line BL1 is transmitted to the gate of pMOS transistor M1 in the page buffer, and it is detected whether or not pMOS transistor M1 can be turned on with this gate voltage. Specifically, the word line WL
1 and the control gate line CL1 fall,
The detection signal SENSE of the read voltage is changed from the high level to the low level.

【0070】このとき、ビット線BL1に読み出された
電圧VBL1 が次の式(1)を満たすときは、pMOSト
ランジスタM1がオンする。
At this time, when the voltage VBL1 read to the bit line BL1 satisfies the following equation (1), the pMOS transistor M1 turns on.

【数1】 VBL1 =VcgR −Vth<VCC−|Vth(M1)|…(1) ここで、(VcgR −Vth)は、前記したように、コント
ロールゲート線CL1の印加電圧VcgR から第2メモリ
トランジスタMT2のしきい値電圧Vthを引いた、ビッ
ト線BL1の充電電圧である。また、VCCは電源電圧、
Vth(M1)はpMOSトランジスタM1のしきい値電圧で
ある。pMOSトランジスタM1がオンすると、ビット
線BL1に対応したカラムラッチ回路において、ノード
LAT1と反対側の他のノードが電源電圧VCCにプルア
ップされ、ノードLAT1がハイレベルから接地電位0
Vに引き下げられる。これにより、書き込みが十分であ
ることが検出される。
[Number 1] VBL1 = VcgR -Vth <V CC - | Vth (M1) | ... (1) where, (VCGR -Vth), as described above, the second memory from the applied voltage VCGR control gate line CL1 This is a charging voltage of the bit line BL1 obtained by subtracting the threshold voltage Vth of the transistor MT2. V CC is the power supply voltage,
Vth (M1) is the threshold voltage of the pMOS transistor M1. When the pMOS transistor M1 is turned on, in the column latch circuit corresponding to the bit line BL1, the other node on the opposite side of the node LAT1 is pulled up to the power supply voltage V CC , and the node LAT1 is changed from the high level to the ground potential 0.
It is reduced to V. Thus, it is detected that the writing is sufficient.

【0071】一方、ビット線BL1に読み出された電圧
VBL1 が次の式(2)を満たすときは、pMOSトラン
ジスタM1がオフのままとなる。
On the other hand, when the voltage VBL1 read to the bit line BL1 satisfies the following expression (2), the pMOS transistor M1 remains off.

【数2】 VBL1 =VcgR −Vth>VCC−|Vth(M1)|…(2) この場合、pMOSトランジスタM1がオンしないの
で、ノードLAT1はハイレベルのままとなる。したが
って、この場合、書き込みが未だ十分でないことが検出
される。
[Number 2] VBL1 = VcgR -Vth> V CC - | Vth (M1) | ... (2) in this case, since the pMOS transistor M1 is not turned on, the node LAT1 will remain at a high level. Therefore, in this case, it is detected that writing is not yet sufficient.

【0072】以上に述べてきたデータロード,書き込み
およびベリファイのステップからなるプログラム動作
は、3セル毎、すなわちMC11,MC14,…の第2
メモリトランジスタMT2に対して並列に実行される。
このとき、ハイレベルのデータ“0”を書き込まないセ
ルに対しては、データロード時にカラムラッチ回路の書
き込み側のノードLATがローレベルとなるため、この
時点で、上記した“書き込み十分”と等価であると見な
される。また、データロード,書き込みおよびベリファ
イのステップからなるプログラム動作は、並列に書き込
むセルに対応した全てのカラムラッチ回路のノードLA
Tにローレベルが揃うまで繰り返される。
The above-described program operation including the steps of data loading, writing, and verifying is performed every three cells, that is, the second operation of MC11, MC14,.
This is executed in parallel with the memory transistor MT2.
At this time, for a cell to which high-level data “0” is not written, the node LAT on the write side of the column latch circuit becomes low level at the time of data loading. Is assumed to be Further, the program operation including the steps of data loading, writing and verifying is performed at the node LA of all the column latch circuits corresponding to the cells to be written in parallel.
This operation is repeated until T has a low level.

【0073】なお、詳細は省略するが、この回路構成で
第1メモリトランジスタMT1側にプログラム動作を行
う場合、ページバッファ内のカラムスイッチおよびカラ
ムラッチ回路は、一つ下位側のものを用いる。つまり、
メモリセルM11の第1メモリトランジスタMT1に書
き込むべきデータは、カラム選択信号CSL0によって
制御されるカラムスイッチからノードLAT0に入力さ
れ、ビット線BL0を介してメモリセルMC11内に書
き込まれる。また、ベリファイ読み出しにおいても、ビ
ット線BL0側を0Vのフローティング状態とすること
で、ノードLAT0を有したカラムラッチ回路に読み出
される。
Although details are omitted, when a program operation is performed on the first memory transistor MT1 side in this circuit configuration, the column switch and the column latch circuit in the page buffer are one lower order. That is,
Data to be written to the first memory transistor MT1 of the memory cell M11 is input from the column switch controlled by the column selection signal CSL0 to the node LAT0, and is written into the memory cell MC11 via the bit line BL0. Also, in the verify read, the bit line BL0 is set to the floating state of 0 V, so that the data is read to the column latch circuit having the node LAT0.

【0074】図14は、コントロールゲート分離型メモ
リセルアレイに対するプログラム条件を示す図である。
なお、ここではメモリセルMC11,MC13の右側の
第2メモリトランジスタMT2に対してプログラムを行
う場合を例に説明する。
FIG. 14 is a diagram showing program conditions for a control gate separated type memory cell array.
Here, a case where programming is performed on the second memory transistor MT2 on the right side of the memory cells MC11 and MC13 will be described as an example.

【0075】コントロールゲート分離型に関しその電荷
蓄積層をフローティングゲートFGとした場合、書き込
み対象のメモリセルMC11,MC13のソース側に接
続されたビット線BL0,BL2に0V、ドレイン側に
接続されたビット線BL1,BL3に5Vまたは0V、
セレクトトランジスタSTのゲートに接続されたワード
線WL1に低い電圧の1.5V、書き込み対象である第
2メモリトランジスタMT2のコントロールゲートが接
続されたコントロールゲート線CLR1,CLR3に高
い電圧の12Vを加える。メモリセルMC11,MC1
3内の選択されない左側ビット部(第1メモリトランジ
スタMT1)に対しては、その部分の記憶データの種類
にかかわらず所望のチャネル電流が流れるような伝達の
役割を持たすため、第1メモリトランジスタMT1のコ
ントロールゲートに接続されたコントロールゲート線C
LL1,CLL3に適切な電圧Vpassを加える。これら
のバイアス条件により、書き込み対象のメモリセルMC
11,MC13の第2メモリトランジスタMT2にプロ
グラムが行われる。
When the charge storage layer of the control gate separated type is a floating gate FG, 0 V is applied to the bit lines BL0 and BL2 connected to the source sides of the memory cells MC11 and MC13 to be written, and the bit connected to the drain side. 5 V or 0 V on lines BL1 and BL3,
A low voltage of 1.5 V is applied to the word line WL1 connected to the gate of the select transistor ST, and a high voltage of 12 V is applied to the control gate lines CLR1 and CLR3 connected to the control gate of the second memory transistor MT2 to be written. Memory cells MC11, MC1
3 has a function of transmitting a desired channel current to the unselected left-side bit portion (first memory transistor MT1) regardless of the type of data stored in that portion. Control gate line C connected to the control gate
Appropriate voltage Vpass is applied to LL1 and CLL3. Due to these bias conditions, the memory cell MC to be written is
11, the programming is performed on the second memory transistor MT2 of the MC13.

【0076】一方、書き込み対象のメモリセルMC1
1,MC13間に位置する他のメモリセルMC12,M
C14は、誤書き込みを避けるため、第1メモリトラン
ジスタMT1のコントロールゲートが接続されたコント
ロールゲート線CLL2,CLL4、および第2メモリ
トランジスタMT2のコントロールゲートが接続された
コントロールゲート線CLR2,CLR4の電圧を0V
とし、チャネル電流を阻止する。これによって、当該2
つのメモリセルMC12,MC14は非選択となる。以
上のコントロールゲート線CLL、CLRに印加する電
圧は、制御回路5により選択的に供給される。また、非
選択のワード線WL2に対しては0Vを加え、チャネル
電流を阻止している。結局、このコントロールゲート分
離型バンク1Aでは、選択されたワード線WL1に関
し、4ビット毎のプログラムが可能となる。
On the other hand, the memory cell MC1 to be written
1 and MC13, other memory cells MC12 and M
C14 controls the voltages of the control gate lines CLL2 and CLL4 to which the control gate of the first memory transistor MT1 is connected and the control gate lines CLR2 and CLR4 to which the control gate of the second memory transistor MT2 is connected in order to avoid erroneous writing. 0V
And block the channel current. As a result, the second
One of the memory cells MC12 and MC14 is not selected. The voltages applied to the control gate lines CLL and CLR are selectively supplied by the control circuit 5. Further, 0 V is applied to the unselected word line WL2 to block the channel current. As a result, in the control gate separated type bank 1A, the program can be performed every four bits for the selected word line WL1.

【0077】このコントロールゲート分離型バンク1A
において、データロード,書き込みおよびベリファイか
らなる1つのプログラム動作が、図13とほぼ同様な制
御により遂行される。
This control gate separated type bank 1A
, One program operation including data loading, writing, and verifying is performed under substantially the same control as in FIG.

【0078】ここで、ワード線単位のビットをページと
し、そのページサイズを512Byteと仮定する。上
述した2種類のバンク1A,1Bでは、ワード線方向に
4ビット毎または6ビット毎のプログラムが可能であっ
た。以下、説明を分かりやすくするため、ページ内で8
ビット毎にプログラムを行うものと仮定する。よって、
1ワード内で同時にプログラムするビット数は64By
te(=512Byte÷8)である。以後、この64
Byteのプログラム全体をプログラム命令という。プ
ログラム命令は、図15に示すように、データロードに
引き続き、書き込みとベリファイの組合せを何回か繰り
返したものとなる。前述したように、データロードは、
プログラムデータをビット線に接続されたカラムラッチ
回路にロードするステップであり、書き込みは、ワード
線,コントロールゲート線およびビット線を書き込み時
の電圧に変化させることで書き込みパルスを書き込み対
象のビットに印加するステップであり、ベリファイは、
書き込み対象のビットに関しメモリトランジスタのしき
い値電圧が所望の値に達したか否かを検証する読み出し
ステップである。プログラム命令内の書き込みステップ
とベリファイステップの繰り返し回数は、同時プログラ
ムするバイト数およびしきい値電圧のバラツキなどに依
存し変動するものであるが、ここでは簡略化のため、以
後、2回に統一する。
Here, it is assumed that bits in word line units are pages and the page size is 512 bytes. In the two types of banks 1A and 1B described above, programming can be performed every 4 bits or every 6 bits in the word line direction. In the following, for ease of explanation, 8
It is assumed that programming is performed for each bit. Therefore,
The number of bits programmed simultaneously in one word is 64 By
te (= 512 Byte ÷ 8). Hereafter, this 64
The entire Byte program is called a program instruction. As shown in FIG. 15, the program instruction is obtained by repeating a combination of writing and verifying several times following data loading. As mentioned earlier, data loading is
This is the step of loading the program data into the column latch circuit connected to the bit line, and applying the write pulse to the bit to be written by changing the word line, control gate line and bit line to the voltage at the time of writing. And the verification is
This is a reading step for verifying whether or not the threshold voltage of the memory transistor has reached a desired value for the bit to be written. The number of repetitions of the write step and the verify step in the program instruction fluctuates depending on the number of bytes to be simultaneously programmed and the variation of the threshold voltage. I do.

【0079】上記した仮定の下、本発明のようにメモリ
セルアレイを複数のバンクに分割していない従来の不揮
発性メモリ装置に関し、1ページあたりのプログラム時
間を計算する。この従来の不揮発性メモリ装置において
は、ワード線方向に8ビット毎にある64Byteに対
しデータロード,書き込み,ベリファイ,書き込み,ベ
リファイからなるプログラム命令を実行する。続いて、
その隣にある64Byteに対し同様なプログラム命令
を実行する。この64Byteに対する同時に行うプロ
グラム命令を順次8回繰り返すことで1ページ(512
Byte)のプログラムが完了する。
Under the above assumption, a program time per page is calculated for a conventional nonvolatile memory device in which the memory cell array is not divided into a plurality of banks as in the present invention. In this conventional nonvolatile memory device, a program command consisting of data loading, writing, verifying, writing, and verifying is executed for 64 bytes that are provided every 8 bits in the word line direction. continue,
A similar program instruction is executed for the next 64 bytes. By repeating the program instruction for 64 Bytes simultaneously eight times, one page (512
Byte) is completed.

【0080】図16は、この従来の不揮発性メモリ装置
のプログラム手順を図解したものである。この図で、デ
ータロードは“L”で表記し、その時間を4μsと仮定
する。書き込みは“W”で表記し、その時間を10μs
と仮定する。ベリファイは“V”で表記し、その時間を
10μsと仮定する。結局、1ページのプログラム時間
は、352μs(=(4μs+10μs+10μs+1
0μs+10μs)×8)となる。この場合のプログラ
ム速度は1.45MByte/s(=512Byte/
352μs)と換算される。このプログラム速度は、最
低で2〜3MByte/sが必要なメモリカード用途の
要求速度を満たしていない。
FIG. 16 illustrates a program procedure of the conventional nonvolatile memory device. In this figure, the data load is represented by "L" and its time is assumed to be 4 μs. Writing is represented by “W” and the time is 10 μs
Assume that Verify is represented by "V", and its time is assumed to be 10 μs. As a result, the programming time for one page is 352 μs (= (4 μs + 10 μs + 10 μs + 1)
0 μs + 10 μs) × 8). The program speed in this case is 1.45 MByte / s (= 512 Byte /
352 μs). This program speed does not meet the required speed for a memory card application requiring a minimum of 2 to 3 MByte / s.

【0081】以下に、この従来の不揮発性メモリ装置の
プログラム速度を比較基準とした場合、より高速なプロ
グラムが可能な本発明の不揮発性メモリ装置におけるプ
ログラム動作手順の実施形態を幾つか説明する。本発明
の不揮発性メモリ装置では、メモリセルアレイを複数の
バンクに分割し、バンク間でプログラム命令の実行を時
間をシフトしながら実行する。ここで、そのシフトの単
位として“ステージ”という概念を導入する。ステージ
は、データロード,書き込み或いはベリファイといった
各動作ステップを単独で、または複数組み合わせたもの
である。
Hereinafter, several embodiments of the program operation procedure in the nonvolatile memory device of the present invention, which can perform a higher-speed program when the programming speed of the conventional nonvolatile memory device is used as a reference, will be described. In the nonvolatile memory device according to the present invention, the memory cell array is divided into a plurality of banks, and the execution of the program instruction is performed while shifting the time between the banks. Here, the concept of “stage” is introduced as a unit of the shift. The stage is a single operation or a combination of a plurality of operation steps such as data loading, writing, and verifying.

【0082】第1のプログラム動作 第1のプログラム動作においては、データロードを第1
のステージ、書き込みとベリファイの繰り返し2回を第
2のステージとし、この第1および第2ステージにより
1プログラム命令を構成する。
First Program Operation In the first program operation, data loading is performed in the first program operation.
, And two repetitions of write and verify are defined as a second stage, and the first and second stages constitute one program instruction.

【0083】ここでは、図2のバンクBK1でページ1
をプログラムし、これと並行してバンクBK2でページ
2をプログラムすることとする。その場合のプログラム
手順の概念図を図17に示す。最初にバンクBK1のペ
ージ1内で8ビット毎に点在するビットの集合(以後、
第1の64Byteという、図では「64Byte」
と表記)に対しプログラム命令を実行する。このプログ
ラム命令の最初の書き込みWの開始と同時に、バンクB
K2のページ2内の第1の64Byteに対しデータロ
ードLを開始する。その後、バンクBK2内の第1の6
4Byteの最初の書き込みWを、バンクBK1の第1
の64Byteの最後のベリファイVが終了するのと同
時に開始する。また、このとき同時に、バンクBK1の
上記第1の64Byteから1ビットずれたビットの集
合(以後、第2の64Byteという、図では「64B
yte」と表記)のデータロードLを開始する。その
後、バンクBK1内の第2の64Byteの最初の書き
込みWを、バンクBK2の第1の64Byteの最後の
ベリファイVが終了するのと同時に開始する。また、こ
のとき同時に、バンクBK2内の第2の64Byteに
対しデータロードを開始する。
Here, page 1 is stored in bank BK1 of FIG.
, And in parallel with this, page 2 is programmed in the bank BK2. FIG. 17 shows a conceptual diagram of the program procedure in that case. First, a set of bits scattered every 8 bits in the page 1 of the bank BK1 (hereinafter, a set of bits)
In the figure, the first 64 bytes is "64 bytes"
) Is executed. At the same time as the start of the first write W of this program instruction, the bank B
The data load L is started for the first 64 bytes in page 2 of K2. Then, the first 6 in bank BK2
The first write W of 4 Bytes is performed by the first write W of the bank BK1.
At the same time as the end of the last verify V of 64 bytes. At the same time, at the same time, a set of bits shifted by one bit from the first 64 bytes of the bank BK1 (hereinafter referred to as a second 64 bytes;
The data load L is started. Thereafter, the first write W of the second 64 bytes in the bank BK1 is started at the same time as the end of the last verify V of the first 64 bytes in the bank BK2. At the same time, data loading is started for the second 64 bytes in the bank BK2.

【0084】同様な動作を、第3〜第8の64Byte
に対して繰り返し実行する。これにより、ページ1の全
ビット(512Byte)とページ2の全ビット(51
2Byte)のプログラム命令の実行が終了する。
The same operation is performed for the third to eighth 64 bytes.
Is repeatedly executed. As a result, all bits (512 bytes) of page 1 and all bits (51 bytes) of page 2
Execution of the program instruction of 2 bytes) is completed.

【0085】このプログラム動作の合計時間は644μ
sと計算され、1ページあたりのプログラム時間に換算
すると322μsとなる。この1ページあたりのプログ
ラム時間は、図16と比較すると30μs短縮された。
The total time of this program operation is 644 μm
s, which is 322 μs when converted to the program time per page. The program time per page was reduced by 30 μs as compared with FIG.

【0086】第2のプログラム動作 第2のプログラム動作においては、データロード,書き
込み,ベリファイ,書き込み,ベリファイをそれぞれ1
つのステージとし、第1〜第5のステージにより1プロ
グラム命令を構成する。
Second Program Operation In the second program operation, data loading, writing, verifying, writing, and verifying are each performed by one.
One program instruction is composed of the first to fifth stages.

【0087】ここでは、図2のバンクBK1でページ1
をプログラムし、これと並行してバンクBK2でページ
2をプログラムすることとする。その場合のプログラム
手順の概念図を図18に示す。最初にバンクBK1の第
1の64Byteに対しプログラム命令を実行する。こ
のプログラム命令の最初の書き込みWの開始と同時に、
バンクBK2の第1の64Byteに対しデータロード
Lを開始する。つまり、バンクBK1の第1の64By
teのプログラム命令に対して1ステージ(10μs)
後にずらしてバンクBK2の第1の64Byteのプロ
グラム命令を開始する。さらに1ステージ(10μs)
の経過後に、バンクBK2内の第1の64Byteの最
初の書き込みWを、バンクBK1の第1の64Byte
の最初のベリファイVと同時に開始する。
Here, page 1 is stored in bank BK1 of FIG.
, And in parallel with this, page 2 is programmed in the bank BK2. FIG. 18 shows a conceptual diagram of the program procedure in that case. First, a program instruction is executed for the first 64 bytes of the bank BK1. Simultaneously with the start of the first write W of this program instruction,
The data load L is started for the first 64 bytes of the bank BK2. That is, the first 64 By of the bank BK1
1 stage (10 μs) for te program instruction
The program instruction of the first 64 bytes of the bank BK2 is shifted later. 1 stage (10μs)
Is passed, the first write W of the first 64 bytes in the bank BK2 is transferred to the first 64 bytes of the bank BK1.
Starts at the same time as the first verify V.

【0088】その後、バンクBK1の第1の64Byt
eに対しプログラム命令が終了したら、カラムラッチ回
路が初めて開放される。したがって、そのプログラム命
令の終了と同時に、バンクBK1の第2の64Byte
のデータロードを開始する。その後、バンクBK1の第
2の64Byteの第2ステージ(書き込みW)の開
始、あるいは、バンクBK2の第1の64Byteのプ
ログラム命令の終了のどちらか遅い方に同期して、バン
クBK2の第2の64ByteのデータロードLを開始
する。図ではプログラム命令内の書き込みとベリファイ
の繰り返し回数を2回に統一し、バンクBK1の第2の
64Byteの第2ステージ(書き込みW)の開始と、
バンクBK2の第1の64Byteのプログラム命令の
終了は同じである。ところが、実際には、この繰り返し
回数は1回の場合もあり、また3回、あるいは4回以上
の場合もある。したがって、ここで遅い方に同期してバ
ンクBK2の第2の64ByteのデータロードLを開
始させないと、以後、規則的な動作が出来なくなる。上
記した遅い方に同期させるという制御は、この規則的な
動作を保証するためである。
Thereafter, the first 64 bytes of the bank BK1
When the program instruction for e is completed, the column latch circuit is opened for the first time. Therefore, simultaneously with the end of the program instruction, the second 64 bytes of bank BK1
Start loading data. Thereafter, the second stage of the bank BK2 is synchronized with the start of the second stage (write W) of the second 64 bytes of the bank BK1 or the end of the program instruction of the first 64 bytes of the bank BK2, whichever is later. The 64-byte data load L is started. In the figure, the number of repetitions of write and verify in the program instruction is unified to two times, and the start of the second stage (write W) of the second 64 bytes of the bank BK1,
The end of the first 64 byte program instruction in bank BK2 is the same. However, in practice, the number of repetitions may be one, three, or four or more. Therefore, unless the data load L of the second 64 bytes of the bank BK2 is started in synchronization with the later one, a regular operation cannot be performed thereafter. The above-described control of synchronizing to the slower one is for guaranteeing this regular operation.

【0089】同様な動作を、第3〜第8の64Byte
に対して繰り返し実行する。これにより、ページ1の全
ビット(512Byte)とページ2の全ビット(51
2Byte)のプログラム命令の実行が終了する。
The same operation is performed for the third to eighth 64 bytes.
Is repeatedly executed. As a result, all bits (512 bytes) of page 1 and all bits (51 bytes) of page 2
Execution of the program instruction of 2 bytes) is completed.

【0090】このプログラム動作の合計時間は410μ
sと計算され、1ページあたりのプログラム時間に換算
すると205μsとなる。この1ページあたりのプログ
ラム時間は、図16と比較すると147μs短縮され
た。
The total time of this program operation is 410 μ
s, which is 205 μs in terms of the program time per page. The program time per page was reduced by 147 μs as compared with FIG.

【0091】第3のプログラム動作 第3のプログラム動作は、第2のプログラム動作の変形
であり、ここでも、データロード,書き込み,ベリファ
イ,書き込み,ベリファイをそれぞれ1つのステージと
する。
Third Program Operation The third program operation is a modification of the second program operation. Here, data loading, writing, verifying, writing, and verifying are each one stage.

【0092】第1および第2のプログラム動作と同様
に、図2のバンクBK1でページ1をプログラムし、こ
れと並行してバンクBK2でベージ2をプログラムする
こととする。その場合のプログラム手順の概念図を図1
9に示す。
Similarly to the first and second program operations, page 1 is programmed in bank BK1 in FIG. 2, and page 2 is programmed in bank BK2 in parallel. Figure 1 shows a conceptual diagram of the program procedure in that case.
It is shown in FIG.

【0093】上述した第1および第2のプログラム動作
では、データロード時間が4μsと書き込みまたはベリ
ファイの時間10μsより短かった。ところが、書き込
みまたはベリファイの時間が短縮され、データロード時
間より短くなると、上述した第1および第2のプログラ
ム動作において、繰り返し回数が多い書き込みやベリフ
ァイに待機時間ができてしまい、全体のプログラム時間
短縮に不利となる。
In the above-described first and second program operations, the data load time was 4 μs, which was shorter than the write or verify time 10 μs. However, if the writing or verifying time is shortened and becomes shorter than the data load time, in the first and second program operations described above, a standby time for writing and verifying with a large number of repetitions is generated, and the entire program time is shortened. Disadvantaged.

【0094】このような理由から、第3のプログラム動
作では、最初に30μsの時間をかけて1ページ分のデ
ータロードを行う。ただし、2ビット/セル記憶の場合
にページ一括のデータロードを行うには、たとえば図1
1に示す回路構成では、ページバッファがもう一つ必要
となる。ここでは、プログラム命令が2種類ある。プロ
グラム命令1は、第1の64Byteに適用されるもの
で、データロード,書き込み,ベリファイ,書き込み,
ベリファイをそれぞれ一つのステージとし、これら第1
〜第5のステージにより1プログラム命令を構成する。
プログラム命令2は、第2〜第8の64Byteに適用
されるもので、書き込み,ベリファイ,書き込み,ベリ
ファイをそれぞれ一つのステージとし、これら第6〜第
9のステージにより1プログラム命令を構成する。
For such a reason, in the third program operation, data of one page is first loaded over 30 μs. However, in order to perform page batch data loading in the case of 2-bit / cell storage, for example, FIG.
In the circuit configuration shown in FIG. 1, another page buffer is required. Here, there are two types of program instructions. Program instruction 1 is applied to the first 64 bytes, and includes data load, write, verify, write,
Verify each stage as one,
The fifth stage forms one program instruction.
The program instruction 2 is applied to the second to eighth 64 bytes, and each of write, verify, write, and verify is one stage, and these sixth to ninth stages constitute one program instruction.

【0095】まず、最初の30μs時間において、バン
クBK1のページ1(512Byte)のデータロード
を一括して行う。続いて次の30μsの時間において、
バンクBK2のページ2(512Byte)のデータロ
ードを一括して行う。バンクBK2のデータロード終了
時点から、バンクBK1の第2〜第5ステージ(書き込
みWとベリファイVの2回の繰り返し)の実行を開始す
る。また、その途中の第2ステージの終了時点に同期し
て、バンクBK2の第2〜第5ステージ(書き込みWと
ベリファイVの2回の繰り返し)の実行を開始する。そ
の後、バンクBK1の第1の64Byteに対しプログ
ラム命令1が終了したら、カラムラッチ回路が初めて開
放される。したがって、そのプログラム命令1の終了と
同時に、バンクBK1の第2の64Byteの書き込み
を開始する。
First, in the first 30 μs, the data loading of page 1 (512 bytes) of the bank BK1 is performed collectively. Then, in the next 30 μs,
Data loading of page 2 (512 bytes) of the bank BK2 is performed at once. The execution of the second to fifth stages (two repetitions of the write W and the verify V) of the bank BK1 is started from the end of the data loading of the bank BK2. Further, in synchronization with the end of the second stage in the middle, the execution of the second to fifth stages (two repetitions of write W and verify V) of the bank BK2 is started. Thereafter, when the program instruction 1 is completed for the first 64 bytes of the bank BK1, the column latch circuit is opened for the first time. Therefore, at the same time as the end of the program instruction 1, the writing of the second 64 bytes of the bank BK1 is started.

【0096】その後、バンクBK1の第2の64Byt
eの第7ステージ(ベリファイV)の開始、あるいは、
バンクBK2の第1の64Byteのプログラム命令1
の終了のどちらか遅い方に同期して、バンクBK2の第
2の64Byteの書き込みWを開始する。図ではプロ
グラム命令内の書き込みとベリファイの繰り返し回数を
2回に統一し、バンクBK1の第2の64Byteの第
7ステージ(ベリファイV)の開始と、バンクBK2の
第1の64Byteのプログラム命令の終了は同じであ
る。ところが、実際には、この繰り返し回数は1回の場
合もあり、また3回、あるいは4回以上の場合もある。
したがって、ここで遅い方に同期してバンクBK2の第
2の64Byteの書き込みWを開始させないと、以
後、規則的な動作が出来なくなる。上記した遅い方に同
期させるという制御は、この規則的な動作を保証するた
めである。
Thereafter, the second 64 Byte of the bank BK1 is
Start of the 7th stage (verify V) of e
First 64 byte program instruction 1 of bank BK2
, The writing W of the second 64 bytes of the bank BK2 is started in synchronization with the later of the end of the writing. In the figure, the number of repetitions of write and verify in the program instruction is unified to two, the start of the seventh stage (verify V) of the second 64 bytes of bank BK1, and the end of the first 64 bytes of program instruction of bank BK2. Is the same. However, in practice, the number of repetitions may be one, three, or four or more.
Therefore, unless the write W of the second 64 bytes of the bank BK2 is started in synchronization with the later one, a regular operation cannot be performed thereafter. The above-described control of synchronizing to the slower one is for guaranteeing this regular operation.

【0097】同様な動作を、第3〜第8の64Byte
に対して繰り返し実行する。これにより、ページ1の全
ビット(512Byte)とページ2の全ビット(51
2Byte)のプログラム命令の実行が終了する。
The same operation is performed for the third to eighth 64 bytes.
Is repeatedly executed. As a result, all bits (512 bytes) of page 1 and all bits (51 bytes) of page 2
Execution of the program instruction of 2 bytes) is completed.

【0098】このプログラム動作の合計時間は390μ
sと計算され、1ページあたりのプログラム時間に換算
すると195μsとなる。この1ページあたりのプログ
ラム時間は、図16と比較すると157μs短縮され
た。
The total time of this program operation is 390 μm
s, which is 195 μs when converted to the program time per page. The program time per page is reduced by 157 μs as compared with FIG.

【0099】第4のプログラム動作 第4のプログラム動作は、図20に示すように、メモリ
セルアレイを8個のバンクに分割し、それぞれのバンク
にロウデコーダおよびカラムラッチ回路を設けた不揮発
性メモリ装置に適用される。データロード,書き込み,
ベリファイ,書き込み,ベリファイをそれぞれ一つのス
テージとし、これら第1〜第5のステージにより1プロ
グラム命令を構成する。
Fourth Program Operation In the fourth program operation, as shown in FIG. 20, a nonvolatile memory device in which a memory cell array is divided into eight banks and a row decoder and a column latch circuit are provided in each bank. Applied to Data loading, writing,
Verify, write, and verify are each one stage, and these first to fifth stages constitute one program instruction.

【0100】図21に、第1の64Byteに対するプ
ログラム動作の概念図を示す。他の第2〜第8の64B
yteの各プログラム動作は、それぞれが、この図21
と同じとなるので図示は省略した。
FIG. 21 shows a conceptual diagram of a program operation for the first 64 bytes. Other second to eighth 64B
Each of the program operations of “yte” in FIG.
The illustration is omitted because it is the same as.

【0101】最初にバンクBK1の第1の64Byte
に対しプログラム命令を実行する。このプログラム命令
の最初の書き込みWの開始と同時に、バンクBK2の第
1の64Byteに対しデータロードLを開始する。つ
まり、バンクBK1の第1の64Byteのプログラム
命令に対して1ステージ(10μs)後にずらしてバン
クBK2の第1の64Byteのプログラム命令を開始
する。同様に、バンクBK2の第1の64Byteのプ
ログラム命令に対して1ステージ(10μs)後にずら
してバンクBK3の第1の64Byteのプログラム命
令を開始する。このような単純に1ステージずつずらし
てプログラム命令を行う制御は、8個のバンクそれぞれ
がカラムラッチ回路を有しているのでカラムラッチ回路
の開放を待つ必要がないことに起因して可能となった。
First, the first 64 bytes of the bank BK1
Execute the program instruction for. At the same time as the start of the first write W of the program instruction, the data load L is started for the first 64 bytes of the bank BK2. That is, the first 64 Byte program instruction of the bank BK2 is started after being shifted by one stage (10 μs) from the first 64 Byte program instruction of the bank BK1. Similarly, the first 64-byte program instruction of the bank BK3 is shifted by one stage (10 μs) after the first 64-byte program instruction of the bank BK2. Such a control of simply shifting the program instruction by one stage at a time is possible because each of the eight banks has a column latch circuit, so that there is no need to wait for the column latch circuit to open. Was.

【0102】同様な動作を、第3〜第8のバンクにおけ
る第1の64Byteに対して繰り返し実行する。これ
により、ページ1〜ページ8の第1の64Byteの合
計である512Byteのプログラム命令の実行が終了
する。以上の動作を、残りの第2〜第8の64Byte
に対しても順次繰り返すことで、8バンク合計4096
Byteのプログラム動作が完了する。
The same operation is repeatedly executed for the first 64 bytes in the third to eighth banks. Thus, the execution of the program instruction of 512 bytes, which is the sum of the first 64 bytes of page 1 to page 8, is completed. The above operation is performed for the remaining second to eighth 64 bytes.
For 8 banks totaling 4096
Byte program operation is completed.

【0103】このプログラム動作の1ページ分に相当す
る512Byteあたりのプログラム時間は120μs
と計算される。この1ページあたりのプログラム時間
は、図16と比較すると232μs短縮された。
The program time per 512 bytes corresponding to one page of this program operation is 120 μs.
Is calculated. The program time per page was reduced by 232 μs as compared with FIG.

【0104】なお、この第4のプログラム動作は8バン
ク構成のメモリセルアレイで説明したが、図21の場
合、1つの64Byteに対しプログラム命令の実行が
終了するのに必要な時間が50μsで、次に同じバンク
でプログラム動作が開始するのが、その後、70μs
(=120μ−50μs)が経過したときである。した
がって、カラムラッチ回路の空き時間が70μsと長
い。そこで、たとえば半分の4バンク構成とすることが
できる。この場合でも、カラムラッチ回路が待機するよ
うなことはなく(カラムラッチ回路の空き時間:30μ
s)、1ページ当たりのプログラム時間は上記した8バ
ンク構成の場合と同じ120μsとなる。
Although the fourth program operation has been described using an 8-bank memory cell array, in the case of FIG. 21, the time required for completing the execution of the program instruction for one 64 Byte is 50 μs, and The program operation starts in the same bank after 70 μs
(= 120 μ−50 μs) has elapsed. Therefore, the empty time of the column latch circuit is as long as 70 μs. Therefore, for example, a half four-bank configuration can be adopted. Even in this case, the column latch circuit does not wait (the idle time of the column latch circuit: 30 μm).
s) The program time per page is 120 μs, which is the same as in the above-described eight-bank configuration.

【0105】第5のプログラム動作 本発明におけるプログラム命令は、データロードと書き
込みのステップを含めばよく、ベリファイは必ずしも必
要でない。メモリトランジスタの構造等により1回の書
き込みで所望のしきい値電圧が得られ、高い書き込み精
度が保証される場合である。第5のプログラム動作で
は、このベリファイを省略している。したがって、デー
タロード,書き込みをそれぞれ一つのステージとし、プ
ログラム命令を、この2つの第1および第2ステージで
構成する。
Fifth Program Operation The program instruction in the present invention may include data loading and writing steps, and verification is not necessarily required. This is a case where a desired threshold voltage can be obtained by one writing depending on the structure of the memory transistor and the like, and high writing accuracy is guaranteed. In the fifth program operation, this verify is omitted. Therefore, data loading and writing are each performed in one stage, and a program instruction is composed of these two first and second stages.

【0106】ここでは、図22に示すように、メモリセ
ルアレイを4つのバンクに分けている。各バンクに、カ
ラムラッチ回路とロウデコーダを備える。また、各バン
クのページサイズが上述した他のプログラム動作におけ
るページサイズの2倍、すなわち1024Byte(=
512Byte×2)に設定されている。同時に書き込
みされるバイト数が128Byteと他のプログラム動
作の2倍となるので、データロード時間も2倍の8μs
となる。
Here, as shown in FIG. 22, the memory cell array is divided into four banks. Each bank includes a column latch circuit and a row decoder. Also, the page size of each bank is twice the page size in the other program operation described above, that is, 1024 bytes (=
512 bytes × 2). Since the number of bytes to be written simultaneously is 128 bytes, which is twice that of other program operations, the data load time is also doubled to 8 μs.
Becomes

【0107】図23に、第1の128Byteに対する
プログラム動作の概念図を示す。他の第2〜第8の12
8Byteの各プログラム動作は、それぞれが、この図
23と同じとなるので図示は省略した。
FIG. 23 shows a conceptual diagram of a program operation for the first 128 bytes. Other second to eighth twelfth
Since each program operation of 8 bytes is the same as that of FIG. 23, it is not shown.

【0108】最初にバンクBK1の第1の128Byt
eに対し、データロードL(8μs)と書き込みW(1
0μs)とからなるプログラム命令を実行する。このプ
ログラム命令の書き込みWの開始と同時に、バンクBK
2の第1の128Byteに対しデータロードLを開始
する。つまり、バンクBK1の第1の128Byteの
プログラム命令に対して1ステージ(10μs)後にず
らしてバンクBK2の第1の128Byteのプログラ
ム命令を開始する。同様に、バンクBK2の第1の12
8Byteのプログラム命令に対して1ステージ(10
μs)後にずらしてバンクBK3の第1の128Byt
eのプログラム命令を開始する。また、バンクBK3の
第1の128Byteのプログラム命令に対して1ステ
ージ(10μs)後にずらしてバンクBK4の第1の1
28Byteのプログラム命令を開始する。このような
単純に1ステージずつずらしてプログラム命令を行う制
御は、4個のバンクそれぞれがカラムラッチ回路を有し
ているのでカラムラッチ回路の開放を待つ必要がないこ
とに起因して可能となった。
First, the first 128 bytes of the bank BK1
e, data load L (8 μs) and write W (1
0 μs). At the same time as the start of writing W of this program instruction, the bank BK
Data load L is started for the first 128 bytes of the second. That is, the first 128-byte program instruction of the bank BK2 is started after being shifted by one stage (10 μs) with respect to the first 128-byte program instruction of the bank BK1. Similarly, the first 12
One stage (10
μs) to be shifted to the first 128 bytes of the bank BK3.
Start the program instruction of e. Also, the first 128-byte program instruction of bank BK3 is shifted by one stage (10 μs) after the first 1-byte program instruction of bank BK4.
Start a 28-byte program instruction. Such control of simply shifting the program instruction by one stage at a time is possible because each of the four banks has a column latch circuit, so that there is no need to wait for the column latch circuit to open. Was.

【0109】これにより、ページ1〜ページ4の第1の
128Byteの合計である512Byteのプログラ
ム命令の実行が終了する。以上の動作を、残りの第2〜
第8の128Byteに対しても順次繰り返すことで、
4バンク合計8192Byteのプログラム動作が完了
する。
Thus, the execution of the program instruction of 512 bytes, which is the sum of the first 128 bytes of page 1 to page 4, is completed. The above operation is performed for the remaining second to second
By repeating sequentially for the eighth 128 bytes,
The program operation of a total of 8192 bytes in four banks is completed.

【0110】このプログラム動作の1ページ分に相当す
る512Byteあたりのプログラム時間は48μsと
計算される。一方、図16において、1プログラム命令
をデータロードと書き込みの2ステージ構成とすると、
その1ページ分のプログラム時間は112μsとなる。
したがって、この図16のようにプログラム命令を順次
行う場合と比較すると、第5のプログラム動作によって
1ページあたりのプログラム時間が64μs短縮され
た。
The program time per 512 bytes corresponding to one page of this program operation is calculated as 48 μs. On the other hand, in FIG. 16, if one program instruction has a two-stage configuration of data loading and writing,
The program time for one page is 112 μs.
Therefore, as compared with the case where the program instructions are sequentially executed as shown in FIG. 16, the program time per page is reduced by 64 μs by the fifth program operation.

【0111】[0111]

【発明の効果】本発明によれば、メモリセルアレイを構
成する各サブアレイごとに、同一行内で電気的に分割し
たサブアレイの一部に対し並列プログラムができる。し
たがって、一行のプログラムを完結するのに分割数に応
じた数回のプログラム動作ですむ。このとき、サブアレ
イ間でプログラム動作の実行タイミングがシフトしてい
るので、総プログラム時間が短縮された。以上より、い
わゆるバーチャルグランド型のメモリセルアレイのプロ
グラム時間が大幅に短縮された。
According to the present invention, for each sub-array constituting a memory cell array, parallel programming can be performed on a part of the electrically divided sub-arrays in the same row. Therefore, several program operations corresponding to the number of divisions are required to complete a one-line program. At this time, since the execution timing of the program operation is shifted between the sub-arrays, the total program time is reduced. As described above, the program time of the so-called virtual ground type memory cell array is greatly reduced.

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

【図1】実施形態に係る不揮発性メモリ装置の要部構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a main configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment.

【図2】実施形態に係る不揮発性メモリ装置のバンク構
成の第1の例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a first example of a bank configuration of the nonvolatile memory device according to the embodiment.

【図3】実施形態に係るコントロールゲート分離型バン
クの等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a control gate separated bank according to the embodiment;

【図4】実施形態に係るコントロールゲート分離型バン
クのワード線方向(行方向)の概略的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in a word line direction (row direction) of a control gate separation type bank according to the embodiment.

【図5】実施形態に係るコントロールゲート分離型バン
クの一部の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a part of the control gate separated bank according to the embodiment.

【図6】実施形態に係るコントロールゲート共有型バン
クの等価回路図である。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of a shared control gate bank according to the embodiment.

【図7】実施形態に係るコントロールゲート共有型バン
クの行方向の概略的な断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in the row direction of the shared control gate bank according to the embodiment.

【図8】実施形態に係るコントロールゲート共有型バン
クの一部の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a part of the shared control gate bank according to the embodiment.

【図9】実施形態に係るメモリセルが動作可能なソース
サイド注入について説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for describing source side implantation in which the memory cell according to the embodiment can operate.

【図10】実施形態に係るMONOS型メモリトランジ
スタの具体的な構造例を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a specific structure example of the MONOS type memory transistor according to the embodiment.

【図11】実施形態に係る不揮発性メモリ装置につい
て、入出力回路の一部およびチャージ回路の具体的構成
を含む回路図である。
FIG. 11 is a circuit diagram including a specific configuration of a part of an input / output circuit and a charge circuit in the nonvolatile memory device according to the embodiment;

【図12】実施形態に係るコントロールゲート共有型メ
モリセルアレイに対するプログラム条件を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing program conditions for a shared control gate memory cell array according to the embodiment.

【図13】(A)〜(K)は、実施形態に係るコントロ
ールゲート共有型メモリセルアレイに対するプログラム
動作時の各種信号線の電圧変化を示すタイミングチャー
トである。
FIGS. 13A to 13K are timing charts showing voltage changes of various signal lines during a program operation for the shared control gate memory cell array according to the embodiment;

【図14】実施形態に係るコントロールゲート分離型メ
モリセルアレイに対するプログラム条件を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing program conditions for a control gate separated type memory cell array according to the embodiment.

【図15】1つのプログラム命令を図解した説明図であ
る。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating one program instruction.

【図16】本発明の比較対象として用いた、従来の不揮
発性メモリ装置のプログラム手順を図解した説明図であ
る。
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a program procedure of a conventional nonvolatile memory device used as a comparison object of the present invention.

【図17】実施形態に係る第1のプログラム動作の手順
を示す概念図である。
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a procedure of a first program operation according to the embodiment.

【図18】実施形態に係る第2のプログラム動作の手順
を示す概念図である。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a procedure of a second program operation according to the embodiment.

【図19】実施形態に係る第3のプログラム動作の手順
を示す概念図である。
FIG. 19 is a conceptual diagram showing a procedure of a third program operation according to the embodiment.

【図20】実施形態に係るメモリセルアレイの第2のバ
ンク構成例を示すブロック図である。
FIG. 20 is a block diagram illustrating a second bank configuration example of the memory cell array according to the embodiment;

【図21】実施形態に係る第4のプログラム動作の手順
を示す概念図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram showing a procedure of a fourth program operation according to the embodiment.

【図22】実施形態に係るメモリセルアレイの第3のバ
ンク構成例を示すブロック図である。
FIG. 22 is a block diagram showing a third bank configuration example of the memory cell array according to the embodiment.

【図23】実施形態に係る第5のプログラム動作の手順
を示す概念図である。
FIG. 23 is a conceptual diagram showing a procedure of a fifth program operation according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…メモリセルアレイ、2…ロウデコーダ、3…カラム
デコーダ、4…入出力回路、5…制御回路、6…チャー
ジ回路、10a,10b…ゲート誘電体膜、11a,1
1b…ボトム誘電体膜、12a,12b…窒化膜、13
a,13b…トップ誘電体膜、14…単層の誘電体膜、
CS…カラム選択回路、SA…センスアンプ、WR…書
き込み回路、CLH…カラムラッチ回路、I/OBUF
…入出力バッファ、MC11〜MC14,MC21〜M
C24…メモリセル、MT1…第1メモリトランジス
タ、MT2…第2メモリトランジスタ、ST…セレクト
トランジスタ、WL,WL1,WL2…ワード線、BL
0〜BL4…ビット線、CLL1〜CLL4,CLR1
〜CLR4,CL1〜CL4…コントロールゲート線、
CAM…電荷蓄積層、INV1,INV2…インバー
タ、M1〜M5,DM,PM0〜PM2…MOSトラン
ジスタ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory cell array, 2 ... Row decoder, 3 ... Column decoder, 4 ... Input / output circuit, 5 ... Control circuit, 6 ... Charge circuit, 10a, 10b ... Gate dielectric film, 11a, 1
1b: bottom dielectric film, 12a, 12b: nitride film, 13
a, 13b: top dielectric film; 14: single-layer dielectric film;
CS: column selection circuit, SA: sense amplifier, WR: write circuit, CLH: column latch circuit, I / OBUF
... I / O buffers, MC11 to MC14, MC21 to M
C24: memory cell, MT1: first memory transistor, MT2: second memory transistor, ST: select transistor, WL, WL1, WL2: word line, BL
0 to BL4... Bit lines, CLL1 to CLL4, CLR1
~ CLR4, CL1 ~ CL4 ... control gate lines,
CAM: charge storage layer, INV1, INV2: inverter, M1 to M5, DM, PM0 to PM2: MOS transistor.

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 29/792 Fターム(参考) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD04 AD05 AE05 5F083 EP02 EP24 EP34 EP42 EP44 EP49 EP75 GA15 JA04 LA02 PR37 ZA20 5F101 BA01 BA29 BB03 BC02 BD33 BE05 BH09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/792 F-term (Reference) 5B025 AA03 AB01 AC01 AD04 AD05 AE05 5F083 EP02 EP24 EP34 EP42 EP44 EP49 EP75 GA15 JA04 LA02 PR37 ZA20 5F101 BA01 BA29 BB03 BC02 BD33 BE05 BH09

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】メモリセルアレイと、 メモリセルアレイを動作させるための周辺回路とを有
し、 上記メモリセルアレイが、行列状に配置されたメモリセ
ルを有した複数のサブアレイからなり、 上記各メモリセルが、 電荷蓄積手段およびチャネル形成領域を有し同一行内の
メモリセル間で縦続接続されたメモリトランジスタと、 メモリトランジスタのチャネル形成領域に容量結合した
コントロールゲートとを含み、 上記周辺回路が、上記コントロールゲートを駆動して上
記複数のサブアレイのそれぞれを行方向で所定数のメモ
リセルおきに電気的に分割し、かつ、分割により選択さ
れた複数のメモリセルに同時に書き込むべき所定ビット
単位のデータを入力データから抜き出して所定の場所に
ロードする第1のステージと、第1のステージでロード
したデータを対応するサブアレイ内に書き込む第2のス
テージとを含むプログラム動作を、複数のサブアレイ間
でステージを単位にシフトさせた状態で実行する制御回
路を含む不揮発性半導体記憶装置。
1. A memory cell array comprising: a memory cell array; and a peripheral circuit for operating the memory cell array. The memory cell array includes a plurality of sub-arrays having memory cells arranged in a matrix. A memory transistor having charge storage means and a channel forming region and cascaded between memory cells in the same row; and a control gate capacitively coupled to a channel forming region of the memory transistor, wherein the peripheral circuit comprises the control gate To electrically divide each of the plurality of sub-arrays every predetermined number of memory cells in the row direction, and to input data of a predetermined bit unit to be simultaneously written to the plurality of memory cells selected by the division. The first stage, which is extracted from the The program operation and a second stage to write over de data in the corresponding sub-array, the nonvolatile semiconductor memory device comprising a control circuit that executes in a state of being shifted to stage unit among a plurality of sub-arrays.
【請求項2】上記制御回路は、上記第2のステージにお
いて、書き込みを行い、書き込み後のデータを読み出し
て検証する請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said control circuit performs writing in said second stage and reads and verifies the written data.
【請求項3】上記プログラム動作が、上記第1および第
2のステージに加え、第2のステージによる書き込み後
のデータを読み出して検証する第3のステージを含む請
求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein said program operation includes, in addition to said first and second stages, a third stage for reading and verifying data after writing by said second stage. apparatus.
【請求項4】上記制御回路は、一つの上記プログラム動
作内で、上記第1のステージの後に、上記第2および第
3のステージを検証結果が書き込み十分となるまで複数
回繰り返す請求項3記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The control circuit according to claim 3, wherein, in one program operation, after the first stage, the second and third stages are repeated a plurality of times until a verification result is sufficiently written. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項5】上記書き込みデータを行単位で保持するデ
ータ保持回路が上記周辺回路内で上記サブアレイごとに
配置され、 上記制御回路がデータ保持回路を制御し、少なくとも2
つのサブアレイに対し異なるタイミングで上記第1のス
テージを実行する請求項1記載の不揮発性半導体記憶装
置。
5. A data holding circuit for holding the write data on a row-by-row basis is arranged in each of the sub-arrays in the peripheral circuit, and the control circuit controls the data holding circuit, and
2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said first stage is executed at a different timing for one sub-array.
【請求項6】書き込み後のデータを読み出して検証する
ステージを上記プログラム動作に含み、 書き込み時に上記書き込みデータを保持し、上記検証時
に読み出しデータを保持するデータ保持回路と、 上記読み出しデータを所定の閾値と比較し、比較結果が
書き込み十分となったときに、データ保持回路の保持電
圧を、より大きな振幅の電圧に変化させる検証回路とが
上記周辺回路内で上記サブアレイごとに配置された請求
項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. A data holding circuit that includes a stage for reading and verifying data after writing in the program operation, holding the write data at the time of writing, and holding the read data at the time of the verification, A verification circuit for comparing a holding voltage of the data holding circuit to a voltage having a larger amplitude when the result of comparison is sufficient for comparison with a threshold value is provided for each of the sub-arrays in the peripheral circuit. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to 1.
【請求項7】上記コントロールゲートが、上記メモリト
ランジスタのゲートを兼ね、かつ、同一列内のメモリセ
ル間で共有された請求項1記載の不揮発性半導体記憶装
置。
7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said control gate also serves as a gate of said memory transistor and is shared between memory cells in the same column.
【請求項8】行方向に縦続接続された複数の上記メモリ
トランジスタの各チャネル形成領域間に配置され、チャ
ネル形成領域と逆導電型の半導体不純物領域からなるビ
ット線と、 同一行内の各メモリセル内において、メモリトランジス
タと一方のビット線との間でチャネル形成領域の一部に
対し単層の誘電体膜を介して容量結合したワード線と、 上記各メモリセル内に形成され、ワード線が容量結合し
た上記チャネル形成領域の一部でチャネルを制御するセ
レクトトランジスタとをさらに有した請求項1記載の不
揮発性半導体記憶装置。
8. A bit line, which is arranged between each channel forming region of the plurality of memory transistors cascaded in the row direction and is made of a semiconductor impurity region of a conductivity type opposite to the channel forming region, and each memory cell in the same row. A word line capacitively coupled to a part of a channel formation region between a memory transistor and one of the bit lines via a single-layer dielectric film; and a word line formed in each of the memory cells. 2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a select transistor that controls a channel in a part of the channel forming region that is capacitively coupled.
【請求項9】チャネル形成領域を共有した2つのメモリ
トランジスタが1メモリセル内に形成され、 当該2つのメモリトランジスタ間に、上記2つのメモリ
トランジスタとチャネル形成領域を共有した上記セレク
トトランジスタが形成された請求項8記載の不揮発性半
導体記憶装置。
9. Two memory transistors sharing a channel forming region are formed in one memory cell, and the select transistor sharing a channel forming region with the two memory transistors is formed between the two memory transistors. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 8.
【請求項10】メモリセルアレイと、メモリセルアレイ
を動作させるための周辺回路とを有し、上記メモリセル
アレイが、行列状に配置されたメモリセルを有した複数
のサブアレイからなり、上記各メモリセルが、電荷蓄積
手段およびチャネル形成領域を有し同一行内のメモリセ
ル間で縦続接続されたメモリトランジスタと、メモリト
ランジスタのチャネル形成領域に容量結合したコントロ
ールゲートとを含む不揮発性半導体記憶装置のプログラ
ム方法であって、 上記方法が以下の諸ステップ、すなわち、 上記コントロールゲートを駆動して上記複数のサブアレ
イのそれぞれを行方向で所定数のメモリセルおきに電気
的に分割し、 分割により選択された複数のメモリセルに同時に書き込
むべき所定ビット単位のデータを入力データから抜き出
して所定の場所にロードする第1のステージと、第1の
ステージでロードしたデータを対応するサブアレイ内に
書き込む第2のステージとを含むプログラム動作を、複
数のサブアレイ間でステージを単位にシフトさせた状態
で実行する、 各ステップを含む不揮発性半導体記憶装置のプログラム
方法。
10. A memory cell array and a peripheral circuit for operating the memory cell array, wherein the memory cell array is composed of a plurality of sub-arrays having memory cells arranged in a matrix, and each of the memory cells is A memory transistor having charge storage means and a channel forming region, cascaded between memory cells in the same row, and a control gate capacitively coupled to the channel forming region of the memory transistor. The method includes the following steps: driving the control gate to electrically divide each of the plurality of sub-arrays every predetermined number of memory cells in a row direction; Extract data of a predetermined bit unit to be written simultaneously to memory cells from input data. And shifting a program operation including a first stage for loading data into a predetermined location and a second stage for writing data loaded in the first stage into a corresponding sub-array in units of a plurality of sub-arrays. A method for programming a nonvolatile semiconductor memory device, the method being executed in a state where the nonvolatile semiconductor memory device is executed.
【請求項11】上記第2のステージにおいて、書き込み
を行い、書き込み後のデータを読み出して検証する請求
項10記載の不揮発性半導体記憶装置のプログラム方
法。
11. The programming method for a nonvolatile semiconductor memory device according to claim 10, wherein in the second stage, writing is performed, and data after the writing is read and verified.
【請求項12】上記プログラム動作のステップが、上記
第1および第2のステージに加え、第2のステージによ
る書き込み後のデータを読み出して検証する第3のステ
ージを含む請求項10記載の不揮発性半導体記憶装置の
プログラム方法。
12. The nonvolatile memory according to claim 10, wherein said program operation step includes, in addition to said first and second stages, a third stage for reading and verifying data after writing by said second stage. A method for programming a semiconductor storage device.
【請求項13】一つの上記プログラム動作のステップ内
で、上記第1のステージの後に、上記第2および第3の
ステージを検証結果が書き込み十分となるまで複数回繰
り返す請求項10記載の不揮発性半導体記憶装置のプロ
グラム方法。
13. The nonvolatile memory according to claim 10, wherein in said one step of said program operation, after said first stage, said second and third stages are repeated a plurality of times until a verification result is sufficiently written. A method for programming a semiconductor storage device.
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