JP2002367380A - Non-volatile semiconductor memory - Google Patents

Non-volatile semiconductor memory

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JP2002367380A
JP2002367380A JP2001170033A JP2001170033A JP2002367380A JP 2002367380 A JP2002367380 A JP 2002367380A JP 2001170033 A JP2001170033 A JP 2001170033A JP 2001170033 A JP2001170033 A JP 2001170033A JP 2002367380 A JP2002367380 A JP 2002367380A
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JP
Japan
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memory cell
cell array
memory cells
memory
verification
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Application number
JP2001170033A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Terano
登志夫 寺野
Toshio Kobayashi
敏夫 小林
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-volatile semiconductor memory in which the number of times of verifying is less, a time of a write-in cycle including verifying or an erasure cycle is short, and power consumption is less. SOLUTION: In a memory cell array MCA, a plurality of dielectric films comprising a discrete level for storing information as quantity of captured electric charges have a plurality of memory cells laminated between a semiconductor in which a channel is formed and a control electrode. A column control circuit CC accesses to a memory cell of which the number is less than the number of memory cells in a write-in unit (e.g. memory cell connected to one word line) with which write-in is performed simultaneously, verification and read-out are performed, depending on the result, it is decided whether write-in (or erasure) is performed correctly in a corresponding write-in unit or not. A memory cell performing this verification/read-out may be provided separately, or a memory cell of one part of the memory cell array MCA can be used.

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、情報を捕獲電荷量
として記憶するための手段として、複数の誘電体膜内に
離散準位を有した不揮発性半導体メモリ装置に関する。
特定的に、本発明は、書き込みまたは消去後の検証読み
出し回数を低減した不揮発性半導体メモリ装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device having discrete levels in a plurality of dielectric films as means for storing information as a trapped charge amount.
Specifically, the present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device in which the number of times of verification reading after writing or erasing is reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気的にプログラムし一括消去可能な不
揮発性メモリ(フラッシュEEPROM)の素子構造の
代表的なものとして、チャネルが形成される半導体基板
と制御ゲート電極との間の誘電体膜内に単一の導電層を
埋め込んで電気的にフローティング状態としたFG型が
ある。
2. Description of the Related Art As a typical element structure of a nonvolatile memory (flash EEPROM) which can be electrically programmed and erased at once, a dielectric film between a semiconductor substrate on which a channel is formed and a control gate electrode is formed. There is an FG type in which a single conductive layer is embedded so as to be in an electrically floating state.

【0003】図11は、FG型メモリトランジスタの基
本構造を示す断面図である。チャネルが形成されるp型
半導体、たとえばp型半導体基板SUBの上に、二酸化
珪素からなるボトム誘電体膜BTMが形成され、その上
に、多結晶珪素からなるフローティングゲートFGが形
成されている。フローティングゲートFG上に、ONO
(Oxide-Nitride-Oxide) 膜からなるゲート間誘電体膜I
NTが形成され、その上に、多結晶珪素からなるコント
ロールゲートCGが形成されている。これらの積層膜の
両側の半導体基板SUB表面には、n型半導体からなる
ソース・ドレイン領域S/Dが形成されている。
FIG. 11 is a sectional view showing a basic structure of an FG type memory transistor. A bottom dielectric film BTM made of silicon dioxide is formed on a p-type semiconductor on which a channel is formed, for example, a p-type semiconductor substrate SUB, and a floating gate FG made of polycrystalline silicon is formed thereon. ONO on the floating gate FG
(Oxide-Nitride-Oxide) Inter-gate dielectric film I
NT is formed, and a control gate CG made of polycrystalline silicon is formed thereon. Source / drain regions S / D made of an n-type semiconductor are formed on the surface of the semiconductor substrate SUB on both sides of these laminated films.

【0004】FG型フラッシュメモリでは、たとえばチ
ャネル全面あるいはチャネル両側のソース・ドレイン不
純物領域S/DからFNトンネリングを利用して電荷を
フローティングゲートFGに注入したり、逆に、フロー
ティングゲートFG内の電荷を基板側に引き抜くことを
基本動作とする。この電荷の有無、電荷量の相違によっ
てメモリトランジスタの閾値電圧が変化する。たとえば
電子注入によって書き込みがされる場合、電子注入によ
ってnチャネル型メモリトランジスタの閾値電圧は消去
状態“1”から上昇して書き込み状態“0”に推移す
る。消去時には、フローティングゲートFGから電子を
引く抜くことによって閾値電圧が低下し、書き込み状態
“0”から消去状態“1”に戻される。また、読み出し
時には、この閾値電圧の違いに応じてメモリトランジス
タをオンまたはオフさせることで、記憶データをビット
線電位差に変換し、外部に出力する。
In the FG type flash memory, charges are injected into the floating gate FG from the entire surface of the channel or from the source / drain impurity regions S / D on both sides of the channel by using FN tunneling, and conversely, charges in the floating gate FG are charged. The basic operation is to pull out to the substrate side. The threshold voltage of the memory transistor changes depending on the presence or absence of the charge and the difference in the charge amount. For example, when writing is performed by electron injection, the threshold voltage of the n-channel memory transistor rises from the erased state “1” and changes to the written state “0” by the electron injection. At the time of erasing, the threshold voltage is lowered by extracting electrons from the floating gate FG, and the writing state is returned from “0” to the erasing state “1”. At the time of reading, by turning on or off the memory transistor according to the difference in the threshold voltage, the stored data is converted to a bit line potential difference and output to the outside.

【0005】FG型フラッシュメモリの書き込みまたは
消去の各動作サイクルにおいて、所望の範囲内に閾値電
圧が変化したか否かを確認する読み出しステップとし
て、書き込みベリファイまたは消去ベリファイが行われ
る。
In each write or erase operation cycle of the FG type flash memory, a write verify or erase verify is performed as a read step for checking whether or not the threshold voltage has changed within a desired range.

【0006】これらのベリファイは、通常、書き込みま
たは消去を行った全てのビットに関して行われる。以
下、書き込みベリファイを例に、図1を用いて説明す
る。図1は、1本のワード線に2048bitのメモリ
セルが接続されワード線が約2k本存在した4Mbit
メモリセルアレイMCAと、その周辺回路の一部を示し
ている。この周辺回路は、I/Oピン数が8本の場合を
想定して構成されている。つまり、メモリセルアレイM
CAの(256×2k)bitを1つの単位として、カ
ラムデコーダC−DEC、1つのセンスアンプSA、お
よび図示しない256bit分のデータ保持回路(デー
タラッチ)を付属する。図1では、メモリセルアレイM
CAの(256×2k)bitを、I/O0,I/O
1,I/O2,I/O3,I/O4,I/O5,I/O
6,I/O7と表記する。
[0006] These verifications are usually performed for all bits that have been written or erased. Hereinafter, a write verify operation will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a 4M bit in which a memory cell of 2048 bits is connected to one word line and about 2 k word lines exist.
The memory cell array MCA and a part of its peripheral circuits are shown. This peripheral circuit is configured on the assumption that the number of I / O pins is eight. That is, the memory cell array M
Using (256 × 2k) bits of CA as one unit, a column decoder C-DEC, one sense amplifier SA, and a 256-bit data holding circuit (data latch) not shown are attached. In FIG. 1, the memory cell array M
(256 × 2k) bits of CA are transferred to I / O0, I / O
1, I / O2, I / O3, I / O4, I / O5, I / O
6, I / O7.

【0007】書き込み動作は、1本のワード線に接続さ
れた2048bitのメモリセルを一括して行う。具体
的には、まず、各ビット線に接続されたデータラッチに
書き込みデータを格納する。このとき、書き込まれるビ
ット数と同じだけのデータが格納される。すなわち、こ
こでは約2kbit分のデータがデータラッチに格納さ
れる。つぎに、このデータラッチに格納されたデータに
基づいて、ビット線電位を決める。たとえば、“1”を
書き込むセルにつながるビット線に4Vを印加し、
“0”を書き込むセルにつながるビット線に0Vを印加
する。また、ロウデコーダR−DECがワード線を選択
し、その電位を書き込み電位まで上昇させる。これによ
り、それぞれのメモリセルに“1”または“0”のデー
タが書き込まれる。
The write operation is performed collectively on 2048-bit memory cells connected to one word line. Specifically, first, write data is stored in a data latch connected to each bit line. At this time, as many data as the number of bits to be written are stored. That is, here, about 2 kbits of data is stored in the data latch. Next, the bit line potential is determined based on the data stored in the data latch. For example, 4V is applied to a bit line connected to a cell into which "1" is to be written,
0V is applied to the bit line connected to the cell where "0" is to be written. Further, the row decoder R-DEC selects a word line and raises the potential to a writing potential. As a result, data "1" or "0" is written to each memory cell.

【0008】書き込みが適正に行われたか否かを確認す
る書き込みベリファイを実行する。具体的には、カラム
デコーダC−DECが256本のビット線内の1本を選
択し、そのビット線に接続されたメモリセルに対し、ソ
ースとドレイン間の電圧を1.5Vとし、ゲート(ワー
ド線)電圧を2Vとする。これにより、このメモリセル
の記憶データがビット線間の電位差に変換されて読み出
され、その結果をもとに、メモリセルへの書き込みが適
正に行われたか否かが判断される。このベリファイの結
果により適正な書き込みが完了したと判断された場合、
読み出しを行ったビット線に接続されたデータラッチ
に、そのベリファイ結果が格納される。
[0008] A write verify for confirming whether or not the write has been properly performed is executed. Specifically, the column decoder C-DEC selects one of the 256 bit lines, sets the voltage between the source and the drain to 1.5 V for the memory cell connected to the bit line, and sets the gate ( (Word line) voltage is 2V. As a result, the data stored in the memory cell is converted into a potential difference between the bit lines and read, and based on the result, it is determined whether or not the writing to the memory cell has been properly performed. If it is determined that the proper writing has been completed based on the result of this verification,
The verification result is stored in the data latch connected to the read bit line.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】この従来の不揮発性メ
モリ装置では、書き込みベリファイ(およびデータ格
納)を、カラムデコーダC−DECが256本のビット
線内で選択するビット線を変更しながら繰り返す。つま
り、書き込みベリファイを1ページにつながった全ての
約2kビットに対し実行するためには、ベリファイとデ
ータ格納の動作を少なくとも256回繰り返す。
In this conventional nonvolatile memory device, write verification (and data storage) is repeated while changing the bit line selected from among the 256 bit lines by the column decoder C-DEC. In other words, in order to execute the write verify for all about 2 k bits connected to one page, the verify and data storage operations are repeated at least 256 times.

【0010】ここで、ベリファイを行った全てのビット
に関して適正な書き込みが完了していないと判断された
場合は、再び、データラッチの情報に従ってビット線に
電圧を印加して書き込みを行い、その後、ベリファイを
行い、書き込みが適正と判断される場合にデータをデー
タラッチに格納する。したがって、1ページに対して行
った書き込みの回数をN回とすると、ベリファイの回数
は、1ページ当たり256N回となる。
Here, if it is determined that the proper writing has not been completed for all the verified bits, a voltage is again applied to the bit line in accordance with the information of the data latch, and writing is performed. Verify is performed, and when writing is determined to be appropriate, data is stored in a data latch. Therefore, assuming that the number of write operations performed on one page is N, the number of verify operations is 256N per page.

【0011】このように、上述した従来の不揮発性メモ
リ装置ではベリファイ回数が多い。書き込みごとに25
6回ものベリファイを必要とするのは、FG型メモリセ
ルの閾値電圧の収束性が悪いためである。FG型メモリ
セルでは、1回の書き込みで全てのセルを適正な閾値電
圧範囲に収めることが難しい。したがって、たとえば、
ワード線に印加するプログラムパルスの印加時間を細か
く設定して、書き込みごとにベリファイをしながらプロ
グラムパルスの印加回数などをセル間で異ならせる必要
があった。
As described above, in the above-described conventional nonvolatile memory device, the number of times of verification is large. 25 per write
The reason why the verification is required six times is that the convergence of the threshold voltage of the FG type memory cell is poor. In the FG type memory cell, it is difficult to keep all cells within an appropriate threshold voltage range by one writing. So, for example,
It is necessary to finely set the application time of the program pulse applied to the word line, and make the number of times of application of the program pulse different between cells while verifying each writing.

【0012】ベリファイごとに、ワード線電圧やビット
線電圧を書き込み時の電圧からベリファイ時の電圧に変
化させる必要がある。このことが、FG型不揮発性メモ
リ装置のベリファイを含めた書き込みサイクルの時間を
長くし、また、消費電力を増大させる原因となってい
た。
For each verification, it is necessary to change the word line voltage and the bit line voltage from the voltage at the time of writing to the voltage at the time of verification. This causes a longer write cycle time including verification of the FG type nonvolatile memory device and an increase in power consumption.

【0013】本発明の目的は、ベリファイ回数が少な
く、ベリファイを含めた書き込みサイクルまたは消去サ
イクルの時間が短く、また、消費電力が少ない不揮発性
半導体メモリ装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which the number of times of verification is small, the time of a write cycle or erase cycle including verification is short, and power consumption is low.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る不揮発性半導体メモリ装置は、情報を
捕獲電荷量として記憶するための離散準位を内部に含む
複数の誘電体膜が、チャネルが形成される半導体と制御
電極との間に積層されたメモリセルを複数有したメモリ
セルアレイと、一度に書き込みを行う書き込み単位内の
メモリセル数より少ないメモリセルにアクセスして検証
読み出しを行い、その結果により、対応した書き込み単
位内で書き込み(または消去)が正しく行われたか否か
を判定する回路とを有している。具体的に、たとえば、
上記メモリセルアレイとは別に、書き込み単位ごとに所
定数設けた参照メモリセルの集合である参照メモリセル
アレイを有し、上記回路は、上記参照メモリセルアレイ
内の参照メモリセルにアクセスし、検証読み出しを行
う。あるいは、上記回路は、決められた規則に従って上
記メモリセルアレイ内の書き込み単位ごとに所定数の代
表メモリセルを選定し、選定した代表メモリセルにアク
セスし、検証読み出しを行う。
In order to achieve the above object, a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention comprises a plurality of dielectric films each including a discrete level for storing information as a trapped charge amount. Access and verify reading by accessing a memory cell array having a plurality of memory cells stacked between a semiconductor in which a channel is formed and a control electrode, and a memory cell less than the number of memory cells in a writing unit for writing at a time. And a circuit for determining whether or not the writing (or erasing) has been correctly performed in the corresponding writing unit based on the result. Specifically, for example,
In addition to the memory cell array, the memory circuit includes a reference memory cell array which is a set of reference memory cells provided in a predetermined number for each write unit, and the circuit accesses the reference memory cells in the reference memory cell array and performs verification reading. . Alternatively, the circuit selects a predetermined number of representative memory cells for each write unit in the memory cell array according to a determined rule, accesses the selected representative memory cells, and performs verification reading.

【0015】このような構成の不揮発性半導体メモリ装
置では、情報を捕獲電荷量として記憶するための手段が
離散準位であることから、FG型と比較して閾値電圧の
収束性が極めて高い。そのため、上記したようにメモリ
セルアレイと別に設けた参照メモリセルアレイ内の参照
メモリセル、またはメモリセルアレイ内の代表メモリセ
ルに対し、当該メモリセルアレイで一度に書き込みを行
う書き込み単位内のメモリセル数より少ない回数の検証
読み出し(ベリファイ)を行う。したがって、ベリファ
イ回数が従来のFG型不揮発性半導体メモリ装置より少
ない。
In the nonvolatile semiconductor memory device having such a configuration, since the means for storing information as the amount of trapped charges is a discrete level, the convergence of the threshold voltage is extremely high as compared with the FG type. Therefore, as described above, the reference memory cell in the reference memory cell array provided separately from the memory cell array, or the representative memory cell in the memory cell array, is smaller than the number of memory cells in the write unit in which writing is performed at a time in the memory cell array. The number of times of verification reading (verification) is performed. Therefore, the number of times of verification is smaller than that of the conventional FG type nonvolatile semiconductor memory device.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
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。この不揮発性メモリ装置は、4Mbitのメモリセ
ルアレイMCAと、ロウデコーダR−DECを含むロウ
制御回路と、カラム制御回路CCと、ロジックコントロ
ーラLCを含むアドレス制御回路と、図示しない電源回
路などを有する。
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a nonvolatile memory device according to an embodiment of the present invention. This non-volatile memory device includes a 4-Mbit memory cell array MCA, a row control circuit including a row decoder R-DEC, a column control circuit CC, an address control circuit including a logic controller LC, a power supply circuit (not shown), and the like.

【0017】メモリセルアレイMCAは、1本のワード
線に2048bitのメモリセルが接続され、ワード線
が約2k本存在し、4Mbitの記憶容量を有してい
る。各メモリセルは、例えば1つのメモリトランジスタ
から構成される。メモリトランジスタ間のビット線およ
びワード線等の接続方式には種々あり、NOR型、NA
ND型などに分類される。メモリセルの構成例は後述す
る。
In the memory cell array MCA, 2048-bit memory cells are connected to one word line, there are about 2 k word lines, and the memory capacity is 4 Mbit. Each memory cell is composed of, for example, one memory transistor. There are various types of connection methods such as bit lines and word lines between memory transistors.
It is classified into ND type and the like. A configuration example of the memory cell will be described later.

【0018】ロウデコーダR−DECは、Xアドレスを
入力し、Xアドレスに基づいて2k本のワード線の1本
または複数本を選択して活性化する。
The row decoder R-DEC receives an X address, selects and activates one or more 2k word lines based on the X address.

【0019】カラム制御回路CCは、I/Oピン数が8
本の場合を想定して構成されている。つまり、メモリセ
ルアレイMCAの(256×2k)bitを1つの単位
として、カラムデコーダC−DEC、1つのセンスアン
プSA、および図示しない256bit分のデータ保持
回路(データラッチ)を付属する。これに応じて、図1
では、メモリセルアレイMCAの(256×2k)bi
tそれぞれを、左からI/O0,I/O1,I/O2,
I/O3,I/O4,I/O5,I/O6,I/O7と
表記する。各カラムデコーダC−DECは、Yアドレス
を入力し、Yアドレスに基づいて約256本のビット線
の1本を選択し所定の電圧を印加する。書き込み時にお
ける、この電圧としては、カラム制御回CC内の図示し
ないデータラッチに格納されたにライトデータに応じて
決められる。消去時および読み出し時には、所定の電圧
が予め決められている。センスアンプS/Aは256b
itに1つ設けられており、カラムデコーダC−DEC
が選択したビット線に適宜接続され、選択メモリセルに
対するビット線電位差を増幅する。増幅後のデータは、
データラッチに格納され、データバッファD−BUFを
経て、リードデータとして出力される。
The column control circuit CC has eight I / O pins.
It is configured assuming the case of a book. That is, using (256 × 2 k) bits of the memory cell array MCA as one unit, a column decoder C-DEC, one sense amplifier SA, and a data holding circuit (data latch) for 256 bits (not shown) are attached. In response, FIG.
Then, (256 × 2k) bi of the memory cell array MCA
t from the left, I / O0, I / O1, I / O2,
I / O3, I / O4, I / O5, I / O6, and I / O7. Each column decoder C-DEC inputs a Y address, selects one of about 256 bit lines based on the Y address, and applies a predetermined voltage. This voltage at the time of writing is determined according to the write data stored in a data latch (not shown) in the column control circuit CC. At the time of erasing and reading, a predetermined voltage is predetermined. The sense amplifier S / A is 256b
It is provided for each column decoder C-DEC
Are appropriately connected to the selected bit line, and amplify the bit line potential difference with respect to the selected memory cell. The amplified data is
The data is stored in the data latch, and is output as read data via the data buffer D-BUF.

【0020】本実施形態に係る不揮発性メモリ装置は、
図1に示す前述した4MbitのメモリセルアレイMC
Aの他に、参照メモリセルアレイRMCAを備える。図
2は、この参照メモリセルアレイRMCAを、メモリセ
ルアレイMCAの(256×2k)bit部分I/Ox
とともに示すブロック図である。メモリセルアレイMC
Aの接続方式に限定はないが、ここでは、分離ソース線
NOR型が採用されている。すなわち、行列状に配置し
たメモリセルMCを構成するメモリトランジスタのう
ち、同一列のメモリトランジスタのソースがソース線S
L1,SL2,…に接続され、同一列のメモリトランジ
スタのドレインがビット線BL1,BL2,…に接続さ
れている。また、同一行のメモリトランジスタのゲート
がワード線WL1,WL2,…に接続されている。
The nonvolatile memory device according to the present embodiment
The aforementioned 4-Mbit memory cell array MC shown in FIG.
In addition to A, a reference memory cell array RMCA is provided. FIG. 2 shows this reference memory cell array RMCA as a (256 × 2k) bit portion I / Ox of the memory cell array MCA.
It is a block diagram shown with. Memory cell array MC
There is no limitation on the connection method of A, but here, an isolated source line NOR type is adopted. That is, among the memory transistors constituting the memory cells MC arranged in a matrix, the sources of the memory transistors in the same column are connected to the source line S.
, And the drains of the memory transistors in the same column are connected to the bit lines BL1, BL2,. The gates of the memory transistors in the same row are connected to word lines WL1, WL2,.

【0021】一方、本実施例の参照メモリセルアレイR
MCAは、1行に1個の参照メモリセルRMCにより構
成されている。各参照メモリセルRMCは、参照ビット
線RBLと参照ソース線RSLとに接続されている。ま
た、参照メモリセルRMCの各ゲートは、メモリセルM
Cと共通のワード線WL1,WL2,…の何れかに接続
されている。
On the other hand, the reference memory cell array R
The MCA includes one reference memory cell RMC in one row. Each reference memory cell RMC is connected to a reference bit line RBL and a reference source line RSL. Each gate of the reference memory cell RMC is connected to the memory cell M
Are connected to any of the common word lines WL1, WL2,.

【0022】この参照メモリセルRMCとメモリセルM
Cは、その素子構造が等しく同時形成される。また、参
照メモリセルRMCは、チップ内位置による閾値電圧の
差を最小とするため、望ましくは、対応するメモリセル
アレイ部分I/Oxと連続した領域に形成されている。
The reference memory cell RMC and the memory cell M
C has the same element structure and is formed simultaneously. The reference memory cell RMC is preferably formed in a region continuous with the corresponding memory cell array portion I / Ox in order to minimize the difference in threshold voltage depending on the position in the chip.

【0023】この参照メモリセルRMCとメモリセルM
Cを構成するMONOS型メモリトランジスタの基本構
造を、図3の概略断面図に示す。チャネルが形成される
p型半導体、たとえばp型半導体基板,p型ウエルまた
はp型SOI(Silicon On Insulator)層(以下、単に基
板SUBという)の上に、ボトム誘電体膜BTMが形成
されている。ボトム誘電体膜BTMは、たとえば二酸化
珪素, 酸化窒化珪素,トラップが少ない窒化珪素または
それらの積層体からなる。ボトム誘電体膜BTM上に電
荷蓄積膜CHSが形成されている。電荷蓄積膜CHS
は、ボトム誘電体膜BTMより電荷捕獲準位(電荷トラ
ップ)が十分多い誘電体、たとえば窒化珪素などの窒化
物からなる。電荷蓄積膜CHS上に、たとえば二酸化珪
素などからなるトップ誘電膜TOPが形成されている。
電荷蓄積膜CHSが窒化珪素または酸化窒化珪素からな
りトップ誘電膜TOPが二酸化珪素からなる場合は、そ
の両者の界面付近に電荷蓄積を主に担う深い電荷トラッ
プが形成される。これら3層の膜により、ゲート誘電体
膜GDが構成されている。ゲート誘電体膜GD上に、多
結晶珪素からなりワード線として機能するゲート電極G
Eが形成されている。
The reference memory cell RMC and the memory cell M
FIG. 3 is a schematic sectional view showing the basic structure of the MONOS type memory transistor constituting C. A bottom dielectric film BTM is formed on a p-type semiconductor on which a channel is formed, for example, a p-type semiconductor substrate, a p-type well or a p-type SOI (Silicon On Insulator) layer (hereinafter simply referred to as a substrate SUB). . The bottom dielectric film BTM is made of, for example, silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon nitride with few traps, or a laminate thereof. The charge storage film CHS is formed on the bottom dielectric film BTM. Charge storage film CHS
Is made of a dielectric material having more charge trapping levels (charge traps) than the bottom dielectric film BTM, for example, a nitride such as silicon nitride. On the charge storage film CHS, a top dielectric film TOP made of, for example, silicon dioxide is formed.
When the charge storage film CHS is made of silicon nitride or silicon oxynitride and the top dielectric film TOP is made of silicon dioxide, a deep charge trap mainly responsible for charge storage is formed near the interface between the two. These three layers constitute the gate dielectric film GD. A gate electrode G made of polycrystalline silicon and functioning as a word line is formed on the gate dielectric film GD.
E is formed.

【0024】これらの積層膜の両側の半導体基板SUB
表面には、n型半導体からなるソース・ドレイン領域S
/Dが形成されている。ソース・ドレイン領域S/D自
身をソース線またはビット線としてもよい。あるいは、
ソース線およびビット線は、このソース・ドレイン領域
S/Dと、上層の配線層とにより階層化した構造として
もよい。
The semiconductor substrates SUB on both sides of these laminated films
On the surface, a source / drain region S made of an n-type semiconductor
/ D is formed. The source / drain region S / D itself may be used as a source line or a bit line. Or,
The source line and the bit line may have a layered structure with the source / drain region S / D and an upper wiring layer.

【0025】このようなMONOS型メモリトランジス
タは、その閾値電圧分布の収束性が極めて良好である。
図4は、MONOS型不揮発性メモリ装置において、プ
ログラミング時間と閾値電圧変化との関係を示すグラフ
である。このグラフは、4Mbitのメモリセルアレイ
MCA内の全てのメモリセルMCについて、その閾値電
圧の平均値をプログラミング時間ごとにプロットしたも
のである。また、各プログラム時間における、閾値電圧
分布を図5(A)〜図7(C)に示す。こららの図にお
いて横軸は閾値電圧Vthを表し、縦軸は4Mbitの
メモリセルアレイMCA内のビット数を表す。これらの
図から、書き込み状態の閾値電圧Vthwの分散σの平
均値は、約0.038Vと極めて小さいことが分かる。
これは、電荷蓄積手段が離散準位からなるためであり、
MONOS型の大きな特長である。この特長はMNOS
型でも同じと考えられる。
Such a MONOS type memory transistor has extremely good convergence of the threshold voltage distribution.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between programming time and threshold voltage change in a MONOS type nonvolatile memory device. This graph is obtained by plotting the average value of the threshold voltage for every memory cell MC in the 4-Mbit memory cell array MCA for each programming time. FIGS. 5A to 7C show threshold voltage distributions at each program time. In these figures, the horizontal axis represents the threshold voltage Vth, and the vertical axis represents the number of bits in the 4-Mbit memory cell array MCA. From these figures, it can be seen that the average value of the variance σ of the threshold voltage Vthw in the written state is as extremely small as about 0.038 V.
This is because the charge storage means is composed of discrete levels,
This is a major feature of the MONOS type. This feature is MNOS
It is considered the same for types.

【0026】消去状態の閾値電圧Vtheの分散σの平
均値も同様に調べた。また、文献に記載されたFG型メ
モリトランジスタの閾値電圧分布の分散値を拾った。こ
れらの結果を、図8の表にまとめた。図8から分かるよ
うに、MONOS型メモリトランジスタの閾値電圧の分
散σは、FG型の1/4未満であり、MONOS型メモ
リトランジスタの閾値電圧の収束性の良さを実証するこ
とができた。
The average value of the variance σ of the threshold voltage Vthe in the erased state was examined in the same manner. Further, the variance of the threshold voltage distribution of the FG type memory transistor described in the literature was picked up. These results are summarized in the table of FIG. As can be seen from FIG. 8, the variance σ of the threshold voltage of the MONOS type memory transistor is less than の of that of the FG type, and it was possible to demonstrate the good convergence of the threshold voltage of the MONOS type memory transistor.

【0027】本発明では、このMONOS型メモリトラ
ンジスタの特長を生かし、ベリファイ回数を低減する。
すなわち、書き込みベリファイまたは消去ベリファイを
参照メモリセルRMCで行い、その結果により、書き込
みまたは消去が十分と判断されれば、対応する256b
itのメモリセルMC全てで書き込みまたは消去が十分
と推定する。これは、上述したように閾値電圧分布が揃
ったMONOS型などの離散化された電荷捕獲準位を有
した不揮発性メモリ装置であればこそ可能であり、従来
のFG型では不可能である。
In the present invention, the number of times of verification is reduced by utilizing the features of the MONOS type memory transistor.
That is, write verify or erase verify is performed on the reference memory cell RMC, and if it is determined from the result that write or erase is sufficient, the corresponding 256b
It is presumed that writing or erasing is sufficient in all the memory cells MC of the it. This is possible only with a non-volatile memory device having a discrete charge trapping level, such as a MONOS type having a uniform threshold voltage distribution, as described above, but not with a conventional FG type.

【0028】図9(B)は、本実施形態に係るプログラ
ム手順を示すフロー図である。また、図9(A)は、比
較例として、従来のFG型不揮発性メモリ装置における
プログラム手順を示すフロー図である。従来のプログラ
ムでは、必要に応じて書き込み前消去を行った後、ま
ず、ページプログラム(ST0)を行い、Nビット(本
実施形態と同じとすれば8ビット)の書き込みベリファ
イを256回繰り返す(ST11〜ST1E)。
FIG. 9B is a flowchart showing a program procedure according to this embodiment. FIG. 9A is a flowchart showing a program procedure in a conventional FG type nonvolatile memory device as a comparative example. In the conventional program, after erasing before writing as necessary, first, a page program (ST0) is performed, and write verification of N bits (8 bits in the present embodiment) is repeated 256 times (ST11). STST1E).

【0029】これに対し、本実施形態では、書き込みベ
リファイが参照メモリセルRMCに対して行われ、その
回数は1回で済む。以下、この図9(B)に示すプログ
ラム手順を、より詳細に説明する。必要に応じて書き込
み前消去を行った後、まず、ステップST0において、
ページプログラムを行う。ページプログラムは、1本の
ワード線に接続された2048bitのメモリセルMC
群と、同じワード線に接続された参照メモリセルRMC
に対し一括して実行される。具体的には、各ビット線B
L1,BL2,…に接続されたデータラッチD−LAT
に書き込みデータを格納する。このとき、書き込まれる
ビット数と同じだけのデータが格納される。すなわち、
ここでは約2kbit分のデータがデータラッチD−L
ATに格納される。つぎに、このデータラッチD−LA
Tに格納されたデータに基づいて、ビット線電位を決め
る。たとえば、“1”を書き込むセルにつながるビット
線BLおよびソース線SLに4Vを印加し、“0”を書
き込むセルにつながるビット線BLおよびソース線SL
に0Vを印加する。このとき、参照メモリセルに対して
は、閾値電圧が必ず変化するように“0”書き込みデー
タが用意される。つまり、参照ビット線RBLおよび参
照ソース線RSLに0Vが印加される。また、ロウデコ
ーダR−DECがワード線WL1,WL2,…の何れか
1本を選択し、その電位を書き込み電位まで上昇させ
る。これにより、“0”データが書き込まれるメモリセ
ルMCと参照メモリセルRMCにおいて、たとえばチャ
ネル全面から電子が注入され、それらの閾値電圧が上昇
する。“1”データが書き込まれるメモリセルMCで
は、閾値電圧の上昇がなく、消去状態が維持される。こ
れによって、選択行の全メモリセルMCに“1”または
“0”のデータが書き込まれ、参照メモリセルRMCに
“0”データが書き込まれた。
On the other hand, in the present embodiment, the write verification is performed on the reference memory cell RMC, and the number of times is only one. Hereinafter, the program procedure shown in FIG. 9B will be described in more detail. After performing pre-write erasure as necessary, first, in step ST0,
Perform the page program. The page program is performed by a 2048-bit memory cell MC connected to one word line.
Group and a reference memory cell RMC connected to the same word line.
Are executed collectively. Specifically, each bit line B
Data latch D-LAT connected to L1, BL2,.
To store the write data. At this time, as many data as the number of bits to be written are stored. That is,
Here, data of about 2 kbits is stored in the data latch DL.
Stored in the AT. Next, the data latch D-LA
The bit line potential is determined based on the data stored in T. For example, 4 V is applied to the bit line BL and the source line SL connected to the cell to which "1" is written, and the bit line BL and the source line SL to the cell to which "0" is written.
To 0 V. At this time, “0” write data is prepared for the reference memory cell so that the threshold voltage always changes. That is, 0 V is applied to the reference bit line RBL and the reference source line RSL. Further, the row decoder R-DEC selects one of the word lines WL1, WL2,... And raises its potential to the write potential. As a result, electrons are injected from, for example, the entire surface of the memory cell MC into which the “0” data is written and the reference memory cell RMC, and their threshold voltages rise. In the memory cell MC to which "1" data is written, the threshold voltage does not rise and the erased state is maintained. As a result, data “1” or “0” is written in all the memory cells MC in the selected row, and data “0” is written in the reference memory cell RMC.

【0030】ステップST2では、書き込みが適正に行
われたか否かを確認する書き込みベリファイを実行す
る。この書き込みベリファイは、参照メモリセルアレイ
に対し実行される。具体的には、メモリセルアレイMC
Aの(256×2k)bit部分I/Ox(x=0〜
7)のそれぞれに対応したセンスアンプS/Aが、I/
Oxから切り離されて、代わりに、参照メモリセルアレ
イRMCA内の参照ビット線RBLに接続される。この
ビット線の切り換えは、図2に示すセレクタSTRの働
きにより達成される。
In step ST2, a write verify for confirming whether or not the write has been properly performed is executed. This write verify is performed on the reference memory cell array. Specifically, the memory cell array MC
A (256 × 2k) bit I / Ox (x = 0 to 0)
7) corresponds to I /
It is disconnected from Ox and is instead connected to the reference bit line RBL in the reference memory cell array RMCA. The switching of the bit lines is achieved by the operation of the selector STR shown in FIG.

【0031】次に、参照ビット線RBLを1.5Vに充
電する。この充電は、参照ビット線RBLに接続された
カラム制御回路CC中のビット線充電回路により行われ
る。次に、参照ビット線RBLをビット線充電回路より
切り離しフローティングにする。このときに、参照ビッ
ト線RBLの放電は行われない。すなわち、参照ビット
線RBLは1.5Vに保持される。また、この参照ビッ
ト線RBLの充電と同時に参照ソース線RSLはグラン
ドに接続される。これにより、フローティングに保たれ
た参照ビット線RBLと参照ソース線RSLとの間の電
位差は1.5Vに保たれる。次に、選択行のワード線に
2Vを印加する。これにより、この参照メモリセルRM
Cの記憶データが参照ビット線RBLの電位差に変換さ
れて読み出される。すなわち、参照メモリセルRMCに
対する書き込みが不十分である場合には、参照メモリセ
ルRMCの閾値電圧は低いため、選択行のワード線に印
加された電圧により参照メモリセルはオンし、参照ビッ
ト線RBLが参照ソース線RSLに接続され、参照ビッ
ト線RBLの電荷が参照メモリセルRMCを通じて参照
ソース線RSLへ放電される。その結果、参照ビット線
RBLの電位は1.5Vから低下する。一方、参照メモ
リセルRMCに対する書き込みが十分である場合には、
参照メモリセルRMCの閾値電圧は高くなっているた
め、選択行のワード線に印加された電圧により参照メモ
リセルはオンせず、参照ビット線RBLは参照ソース線
RSLに接続されずに参照ビット線RBLの電位は1.
5Vを保持することになる。このように参照メモリセル
RMCの記憶状態が参照ビット線RBLの電位に変換さ
れる。
Next, the reference bit line RBL is charged to 1.5V. This charging is performed by a bit line charging circuit in the column control circuit CC connected to the reference bit line RBL. Next, the reference bit line RBL is disconnected from the bit line charging circuit to be in a floating state. At this time, the reference bit line RBL is not discharged. That is, the reference bit line RBL is held at 1.5V. The reference source line RSL is connected to the ground simultaneously with the charging of the reference bit line RBL. Thus, the potential difference between the floating reference bit line RBL and the reference source line RSL is kept at 1.5V. Next, 2 V is applied to the word line of the selected row. Thereby, this reference memory cell RM
The stored data of C is converted into a potential difference of the reference bit line RBL and read. That is, when writing to the reference memory cell RMC is insufficient, the threshold voltage of the reference memory cell RMC is low, so that the reference memory cell is turned on by the voltage applied to the word line of the selected row, and the reference bit line RBL Are connected to the reference source line RSL, and the charge of the reference bit line RBL is discharged to the reference source line RSL through the reference memory cell RMC. As a result, the potential of the reference bit line RBL drops from 1.5V. On the other hand, when writing to the reference memory cell RMC is sufficient,
Since the threshold voltage of the reference memory cell RMC is high, the reference memory cell is not turned on by the voltage applied to the word line of the selected row, and the reference bit line RBL is not connected to the reference source line RSL but is connected to the reference bit line RSL. The potential of RBL is 1.
5V will be maintained. Thus, the storage state of reference memory cell RMC is converted to the potential of reference bit line RBL.

【0032】この参照ビット線RBLの電位は、センス
アンプにより増幅される。センスアンプとして例えば図
10に示した差動増幅器が用いられる。この差動増幅器
は、2つのpMOSトランジスタPI,PRと3つのN
MOSトランジスタNI,NR,NEとからなる。参照
ビット線はセンスアンプS/Aの入力SAIに接続さ
れ、基準電圧入力SARには1Vが印加され、センスア
ンプイネーブル入力SAEには3.3Vが入力されてい
る。この状態で参照ビット線RBLが接続されたセンス
アンプの入力SAIの電圧と基準電圧入力SARに入力
された電圧とがセンスアンプにより比較される。比較さ
れた結果は、センスアンプの出力SAOの電圧として出
力される。すなわち、センスアンプの入力SAIの電圧
が、基準電圧入力SARに入力された電圧1Vよりも低
い場合にはセンスアンプの出力SAOの電圧は上昇し、
3.3Vに近づく、センスアンプの入力SAIの電圧が
基準電圧入力SARに入力された電圧1Vよりも高い場
合にはセンスアンプの出力SAOの電圧は低下し0Vに
近づく。このようにして、ベリファイを行った結果がセ
ンスアンプの出力に反映される。そして、参照メモリセ
ルのベリファイ結果がラッチに格納される。
The potential of reference bit line RBL is amplified by a sense amplifier. For example, the differential amplifier shown in FIG. 10 is used as the sense amplifier. This differential amplifier has two pMOS transistors PI, PR and three N
It comprises MOS transistors NI, NR and NE. The reference bit line is connected to the input SAI of the sense amplifier S / A, 1 V is applied to the reference voltage input SAR, and 3.3 V is input to the sense amplifier enable input SAE. In this state, the voltage of the input SAI of the sense amplifier to which the reference bit line RBL is connected and the voltage input to the reference voltage input SAR are compared by the sense amplifier. The result of the comparison is output as the voltage of the output SAO of the sense amplifier. That is, when the voltage of the input SAI of the sense amplifier is lower than the voltage 1 V input to the reference voltage input SAR, the voltage of the output SAO of the sense amplifier increases,
When the voltage of the input SAI of the sense amplifier approaches 3.3V and is higher than the voltage 1V input to the reference voltage input SAR, the voltage of the output SAO of the sense amplifier decreases and approaches 0V. Thus, the result of the verification is reflected on the output of the sense amplifier. Then, the verification result of the reference memory cell is stored in the latch.

【0033】各I/Oに対する参照メモリセルRMCの
ベリファイ結果が全て、書き込みが終了していることを
示していると、そのページに対する書き込みが終了した
と判断される。すなわち、ベリファイの結果、書き込み
が完了していない場合にラッチの出力がハイ(Hi)に
なるとすれば、各センスアンプの出力であるベリファイ
結果を格納しているラッチの出力の全ての論理和(O
R)を取り、その結果が、ロー(Lo)である場合に、
書き込みが完了したと判断する。
If all the verification results of the reference memory cells RMC for each I / O indicate that the writing has been completed, it is determined that the writing for the page has been completed. That is, as a result of the verification, if the output of the latch becomes high (Hi) when the writing is not completed, if all the outputs of the latches storing the verification results, which are the outputs of the respective sense amplifiers, are ORed ( O
R), and if the result is low (Lo),
It is determined that the writing has been completed.

【0034】逆に、各センスアンプの出力であるベリフ
ァイ結果を格納しているラッチの出力の全てのORを取
り、その結果が、Hiである場合に、書き込み完了して
いないので、書き込むデータが格納されたラッチの情報
を各メモリセルに接続されているビット線に反映させ、
再び書き込みを行う。その後、ベリファイを行い、書き
込みが適正と判断される場合にデータをデータラッチに
格納する。なお、図9は、図の簡略化のため、書き込み
回数は1回の場合を示している。
Conversely, all the outputs of the latches storing the verification results, which are the outputs of the respective sense amplifiers, are ORed. If the result is Hi, the writing has not been completed. Reflect the stored latch information to the bit lines connected to each memory cell,
Write again. Thereafter, verification is performed, and when the writing is determined to be appropriate, the data is stored in the data latch. FIG. 9 shows a case where the number of times of writing is one for simplification of the drawing.

【0035】本実施形態では、このような書き込み手順
によって、たとえば数μsから数10μs程度、書き込
みサイクル時間を低減できた。また、ベリファイに関す
る消費電力が数桁、低減することが可能となった。
In the present embodiment, such a write procedure can reduce the write cycle time, for example, from several μs to several tens μs. In addition, the power consumption for verification can be reduced by several orders of magnitude.

【0036】消去においても、書き込み時同様に参照メ
モリセルRMCを用いて、ベリファイを行うことが可能
である。すなわち、特定のブロックに対して消去が行わ
れる際には、その消去と同時に参照メモリセルアレイ内
の参照メモリセルも同時に消去を行う。消去を行った結
果は、書き込み時のベリファイと同様にして、ビット線
電圧に変換し、そのビット線電圧をセンスアンプにより
基準電圧と比較し、その結果がラッチに格納される。参
照メモリセルRMCに対する消去が不十分である場合に
は、参照メモリセルRMCの閾値電圧は高いため、選択
行のワード線に印加された電圧により参照メモリセルは
オンせず、参照ビット線RBLが参照ソース線RSLに
接続されない。その結果、参照ビット線RBLの電圧は
1.5Vを保持する。一方、参照メモリセルRMCに対
する消去が十分である場合には、参照メモリセルRMC
の閾値電圧は低くなっているため、選択行のワード線に
印加された電圧により参照メモリセルはオンし、参照ビ
ット線RBLの電荷が参照メモリセルRMCを通じて参
照ソース線RSLへ放電される。その結果、参照ビット
線RBLの電位は1.5Vから低下する。このような参
照メモリセルRMCの記憶状態が参照ビット線RBLの
電位に変換される。
In erasing, verification can be performed by using the reference memory cell RMC in the same manner as in writing. That is, when erasing is performed on a specific block, the erasing is performed on the reference memory cells in the reference memory cell array simultaneously with the erasing. The result of the erasure is converted to a bit line voltage in the same manner as the verification at the time of writing, the bit line voltage is compared with a reference voltage by a sense amplifier, and the result is stored in a latch. When the erasing of the reference memory cell RMC is insufficient, the threshold voltage of the reference memory cell RMC is high, and thus the reference memory cell is not turned on by the voltage applied to the word line of the selected row, and the reference bit line RBL is turned off. Not connected to the reference source line RSL. As a result, the voltage of the reference bit line RBL holds 1.5V. On the other hand, if the erasure of the reference memory cell RMC is sufficient,
, The reference memory cell is turned on by the voltage applied to the word line of the selected row, and the charge of the reference bit line RBL is discharged to the reference source line RSL through the reference memory cell RMC. As a result, the potential of the reference bit line RBL drops from 1.5V. Such a storage state of the reference memory cell RMC is converted to the potential of the reference bit line RBL.

【0037】この参照ビット線RBLの電位は、書き込
みの場合と同様にセンスアンプにより増幅され、センス
アンプの出力に接続されたラッチに格納される。各I/
Oに対する参照メモリセルRMCのベリファイ結果が全
て、消去が完了していることを示していると、そのブロ
ックに対する消去が終了したと判断される。すなわち、
ベリファイの結果、消去が完了していない場合にラッチ
の出力がLoになるとすれば、各センスアンプの出力で
あるベリファイ結果を格納しているラッチの出力の全て
の論理積(AND)を取り、その結果が、Hiである場
合に、消去が完了したと判断する。逆に、各センスアン
プの出力であるベリファイ結果を格納しているラッチの
出力の全てのANDを取り、その結果が、Loである場
合に、消去が完了していないので、再びそのブロックに
対して消去を行う。
The potential of the reference bit line RBL is amplified by a sense amplifier as in the case of writing, and stored in a latch connected to the output of the sense amplifier. Each I /
If all the verification results of the reference memory cell RMC for O indicate that the erasure has been completed, it is determined that the erasure for that block has been completed. That is,
As a result of the verification, if the output of the latch becomes Lo when the erasure is not completed, the logical product (AND) of all the outputs of the latches storing the verification result, which is the output of each sense amplifier, is taken. If the result is Hi, it is determined that the erasure has been completed. Conversely, all the ANDs of the outputs of the latches storing the verification results, which are the outputs of the respective sense amplifiers, are taken. If the result is Lo, the erasure has not been completed, so that To erase.

【0038】消去ベリファイにおいても書き込みベリフ
ァイと同じように、本発明の適用によって、消去時間お
よび消去時の消費電力の低減が可能となった。
In the erase verify, as in the case of the write verify, the application of the present invention makes it possible to reduce the erase time and the power consumption during the erase.

【0039】なお、本実施形態では種々の変更が可能で
ある。まず、本発明では、参照メモリセルアレイRMC
AおよびセレクタSTRは必ずしも必要でない。すなわ
ち、メモリセルアレイ内の所定数のメモリセルを代表さ
せてベリファイを行い、その代表メモリセルで書き込み
または消去が十分であると判断できるときは、他のメモ
リセルの書き込みまたは消去も十分であると推定する方
法が採用可能である。たとえば、この場合、I/Ox内
で一番端の“0”書き込みセルを検知して、それを代表
メモリセルとすることが可能である。
In this embodiment, various changes can be made. First, in the present invention, the reference memory cell array RMC
A and the selector STR are not always necessary. That is, verification is performed on behalf of a predetermined number of memory cells in the memory cell array, and when it is determined that writing or erasing is sufficient in the representative memory cell, it is determined that writing or erasing of other memory cells is also sufficient. Estimation methods can be adopted. For example, in this case, it is possible to detect the end "0" write cell in the I / Ox and make it the representative memory cell.

【0040】また、メモリセルアレイの各ビット線ごと
にセンスアンプが設けられ、ベリファイ動作を一括して
行うビット毎ベリファイを想定した不揮発性メモリ装置
に対しても本発明の適用が可能である。この場合、ベリ
ファイ回数の低減という利点は得られない。しかし、本
発明では参照メモリセルあるいは代表メモリセルのみベ
リファイ動作させ、このときベリファイのために充放電
を行うビット線の本数が少ないことから、全てのセンス
アンプを動作させる従来技術に対して消費電力が少なく
て済むという利点が得られる。
The present invention is also applicable to a non-volatile memory device in which a sense amplifier is provided for each bit line of the memory cell array and the verify operation is performed collectively. In this case, the advantage of reducing the number of times of verification cannot be obtained. However, in the present invention, only the reference memory cell or the representative memory cell is subjected to the verify operation. At this time, the number of bit lines to be charged / discharged for verification is small. This has the advantage of requiring less.

【0041】メモリトランジスタは、MONOS型に限
定されず、MNOS型などでもよい。書き込み、消去方
法は、チャネル全面FNトンネリング注入に限らず、直
接トンネリング注入、チャネルホット電荷注入、ソース
サイド・ホット電荷注入、バンド−バンド間トンネリン
グに起因したホット電荷注入など、種々の書き込み/消
去方法が適用できる。電荷蓄積手段が離散化されている
ので、その分布領域の両側に独立に2値データを記憶す
ることができる。また、閾値電圧の分布幅を3値以上に
分割した多値化も可能である。とくに、MONOS型な
ど離散準位を利用した不揮発性メモリ装置では、閾値電
圧分布幅が狭いためベリファイなし、あるいはベリファ
イ回数を減らした多値化がFG型より容易であり、ビッ
トコストの低減が容易である。
The memory transistor is not limited to the MONOS type, but may be an MNOS type or the like. The writing and erasing methods are not limited to FN tunneling injection over the entire channel, but various writing / erasing methods such as direct tunneling injection, channel hot charge injection, source side hot charge injection, and hot charge injection caused by band-to-band tunneling. Can be applied. Since the charge storage means is discretized, binary data can be stored independently on both sides of the distribution area. It is also possible to multi-value by dividing the distribution width of the threshold voltage into three or more values. In particular, in a non-volatile memory device using discrete levels such as a MONOS type, the threshold voltage distribution width is narrow, so that there is no verification, or multi-valued operation by reducing the number of times of verification is easier than that of the FG type, and the bit cost can be easily reduced. It is.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明に係る不揮発性半導体メモリ装置
によれば、従来のFG型と比較すると、検証読み出し
(ベリファイ)が少ない分だけベリファイを含む書き込
みサイクルまたは消去サイクルの時間が短い。また、書
き込み時または消去時に消費する電力が削減された。
According to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, as compared with the conventional FG type, the time of the write cycle or the erase cycle including the verify operation is shorter because the verify read operation is less. Further, the power consumed at the time of writing or erasing is reduced.

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

【図1】本発明の実施の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.

【図2】本発明の実施の形態に係る参照メモリセルアレ
イを、メモリセルアレイの(256×2k)bit部分
とともに示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a reference memory cell array according to the embodiment of the present invention, together with a (256 × 2k) bit portion of the memory cell array.

【図3】本発明の実施の形態に係るMONOS型メモリ
トランジスタの基本構造を示す概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a basic structure of a MONOS type memory transistor according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態に係る4MbitのMON
OS型メモリセルアレイにおいて、プログラミング時間
と閾値電圧変化との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a MON of 4 Mbit according to the embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a relationship between programming time and threshold voltage change in an OS type memory cell array.

【図5】(A)および(B)は、本発明の実施の形態に
係る4MbitのMONOS型メモリセルアレイにおい
て、プログラム時間0sと2μsでの閾値電圧分布を示
す図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing threshold voltage distributions at a program time of 0 s and 2 μs in a 4 Mbit MONOS memory cell array according to an embodiment of the present invention;

【図6】(A),(B)および(C)は、本発明の実施
の形態に係る4MbitのMONOS型メモリセルアレ
イにおいて、それぞれプログラム時間10μs,100
μsおよび1msでの閾値電圧分布を示す図である。
FIGS. 6A, 6B and 6C show a program time of 10 μs and 100 μs, respectively, in a 4 Mbit MONOS type memory cell array according to an embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing threshold voltage distributions at μs and 1 ms.

【図7】(A),(B)および(C)は、本発明の実施
の形態に係る4MbitのMONOS型メモリセルアレ
イにおいて、それぞれプログラム時間10ms,100
msおよび1sでの閾値電圧分布を示す図である。
FIGS. 7A, 7B, and 7C show program times of 10 ms and 100 ms, respectively, in a 4 Mbit MONOS memory cell array according to an embodiment of the present invention;
It is a figure which shows the threshold voltage distribution in ms and 1s.

【図8】本発明の実施の形態に係る4MbitのMON
OS型メモリセルアレイにおける、書き込み状態と消去
状態の閾値電圧の分散を、文献に記載されたFG型メモ
リトランジスタのそれと比較した表である。
FIG. 8 shows a 4 Mbit MON according to the embodiment of the present invention.
9 is a table comparing the variance of the threshold voltage between the write state and the erase state in the OS memory cell array with that of the FG memory transistor described in the literature.

【図9】(B)は、本発明の実施の形態に係るプログラ
ム手順を示すフロー図である。(A)は、比較例とし
て、従来のFG型不揮発性メモリ装置におけるプログラ
ム手順を示すフロー図である。
FIG. 9B is a flowchart showing a program procedure according to the embodiment of the present invention. (A) is a flowchart showing a programming procedure in a conventional FG type nonvolatile memory device as a comparative example.

【図10】センスアンプを構成する差動増幅器の回路図
である。
FIG. 10 is a circuit diagram of a differential amplifier constituting a sense amplifier.

【図11】従来のFG型メモリトランジスタの基本構造
を示す概略断面図である。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a basic structure of a conventional FG type memory transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

SUB…基板(チャネルが形成される半導体)、BTM
…ボトム誘電体膜、CHS…電荷蓄積膜、TOP…トッ
プ誘電膜、GE…ゲート電極(制御電極)、S/D…ソ
ース・ドレイン領域、MCA…メモリセルアレイ、MC
…メモリセル、RMCA…参照メモリセルアレイ、RM
C…参照メモリセル、BL1等…ビット線、SL1等…
ソース線、RBL…参照ビット線、RSL…参照ソース
線、WL1等…ワード線、CC…カラム制御回路(検証
読み出しおよび判定を行う回路)、SA…センスアン
プ。
SUB: Substrate (semiconductor on which channel is formed), BTM
... Bottom dielectric film, CHS ... Charge storage film, TOP ... Top dielectric film, GE ... Gate electrode (control electrode), S / D ... Source / drain region, MCA ... Memory cell array, MC
... memory cell, RMCA ... reference memory cell array, RM
C: Reference memory cell, BL1, etc .... Bit line, SL1, etc.
Source line, RBL: Reference bit line, RSL: Reference source line, WL1, etc .: Word line, CC: Column control circuit (circuit for performing verification reading and determination), SA: Sense amplifier.

───────────────────────────────────────────────────── 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 AA07 AB01 AB03 AC01 AD06 AD07 AE05 AE06 5F083 EP18 EP23 EP44 EP77 ER03 ER06 ER09 ER14 ER19 ER23 GA05 HA02 JA04 JA32 KA06 KA12 LA03 ZA20 ZA28 5F101 BA46 BB05 BC02 BC11 BD02 BE02 BE05 BE07 BG07 BH26──────────────────────────────────────────────────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 AA07 AB01 AB03 AC01 AD06 AD07 AE05 AE06 5F083 EP18 EP23 EP44 EP77 ER03 ER06 ER09 ER14 ER19 ER23 GA05 HA02 JA04 JA32 KA06 KA12 LA03 ZA20 ZA28 5F101 BA46 BB05 BC02 BC11 BD02 BE02 BE05 BE07 BG07 BH26

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】情報を捕獲電荷量として記憶するための離
散準位を内部に含む複数の誘電体膜が、チャネルが形成
される半導体と制御電極との間に積層されたメモリセル
を複数有したメモリセルアレイと、 一度に書き込みを行う書き込み単位内のメモリセル数よ
り少ないメモリセルにアクセスして検証読み出しを行
い、その結果により、対応した書き込み単位内で書き込
みが正しく行われたか否かを判定する回路とを有した不
揮発性半導体メモリ装置。
1. A semiconductor device comprising: a plurality of dielectric films each including a discrete level for storing information as a trapped charge amount; and a plurality of memory cells stacked between a semiconductor in which a channel is formed and a control electrode. Verification read is performed by accessing the memory cell array that has been written and the memory cells less than the number of memory cells in the write unit to be written at one time, and based on the result, it is determined whether or not the write was correctly performed in the corresponding write unit Nonvolatile semiconductor memory device having a circuit that performs
【請求項2】上記メモリセルアレイとは別に、書き込み
単位ごとに所定数設けた参照メモリセルの集合である参
照メモリセルアレイを有し、 上記回路は、上記参照メモリセルアレイ内の参照メモリ
セルにアクセスし、検証読み出しを行う請求項1記載の
不揮発性半導体メモリ装置。
A reference memory cell array which is a set of reference memory cells provided in a predetermined number for each write unit, separately from the memory cell array; and wherein the circuit accesses the reference memory cells in the reference memory cell array. 2. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein verification reading is performed.
【請求項3】上記回路は、決められた規則に従って上記
メモリセルアレイ内の書き込み単位ごとに所定数の代表
メモリセルを選定し、選定した代表メモリセルにアクセ
スし、検証読み出しを行う請求項1記載の不揮発性半導
体メモリ装置。
3. The circuit according to claim 1, wherein a predetermined number of representative memory cells are selected for each write unit in the memory cell array according to a predetermined rule, the selected representative memory cells are accessed, and verification reading is performed. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項4】上記メモリセルアレイのN列(N:2以上
の自然数)ごとにセンスアンプが接続され、 上記回路は、上記書き込み単位内でN列ごとに1つの代
表メモリセルを選定し、選定した代表メモリセルにアク
セスし、検証読み出しを行う請求項3記載の不揮発性半
導体メモリ装置。
4. A sense amplifier is connected to each of N columns (N: a natural number of 2 or more) of the memory cell array, and the circuit selects one representative memory cell for every N columns in the write unit. 4. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the verification read is performed by accessing the representative memory cell.
【請求項5】情報を捕獲電荷量として記憶するための離
散準位を内部に含む複数の誘電体膜が、チャネルが形成
される半導体と制御電極との間に積層されたメモリセル
を複数有したメモリセルアレイと、 一度に書き込みを行う書き込み単位内のメモリセル数よ
り少ないメモリセルにアクセスして読み出しを行い、そ
の結果により、対応した書き込み単位内で消去が正しく
行われたか否かを検証する回路とを有した不揮発性半導
体メモリ装置。
5. A memory cell comprising a plurality of dielectric films, each including a discrete level for storing information as a trapped charge amount, laminated between a semiconductor in which a channel is formed and a control electrode. Read and access the memory cell array that has been written and the number of memory cells less than the number of memory cells in the write unit to be written at a time, and verify whether or not erasure has been performed correctly in the corresponding write unit based on the result. And a non-volatile semiconductor memory device having a circuit.
【請求項6】上記メモリセルアレイとは別に、書き込み
単位ごとに所定数設けた参照メモリセルの集合である参
照メモリセルアレイを有し、 上記回路は、上記参照メモリセルアレイ内の参照メモリ
セルにアクセスし、検証読み出しを行う請求項5記載の
不揮発性半導体メモリ装置。
6. A reference memory cell array, which is a set of reference memory cells provided in a predetermined number for each writing unit, separately from the memory cell array, wherein the circuit accesses the reference memory cells in the reference memory cell array. 6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein verification reading is performed.
【請求項7】上記回路は、決められた規則に従って上記
メモリセルアレイ内の書き込み単位ごとに所定数の代表
メモリセルを選定し、選定した代表メモリセルにアクセ
スし、検証読み出しを行う請求項5記載の不揮発性半導
体メモリ装置。
7. The circuit according to claim 5, wherein a predetermined number of representative memory cells are selected for each write unit in the memory cell array according to a predetermined rule, and the selected representative memory cells are accessed to perform a verification read. Nonvolatile semiconductor memory device.
【請求項8】上記メモリセルアレイのN列(N:2以上
の自然数)ごとにセンスアンプが接続され、 上記回路は、上記書き込み単位内でN列ごとに1つの代
表メモリセルを選定し、選定した代表メモリセルにアク
セスし、検証読み出しを行う請求項7記載の不揮発性半
導体メモリ装置。
8. A sense amplifier is connected to each of N columns (N: a natural number of 2 or more) of the memory cell array, and the circuit selects one representative memory cell for every N columns in the write unit. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein the representative memory cell is accessed to perform verification reading.
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