JP2004005999A - Non-volatile semiconductor storage device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a NAND cell type EEPROM having a cell array for achieving high-speed random reading and a sense-amplifying circuit, without increasing a chip area. <P>SOLUTION: The NAND cell type EEPROM has a memory cell array where a memory cell unit is arranged in a matrix, where the memory cell unit comprises a first selection MOS transistor STD for allowing a NAND cell where a plurality of nonvolatile memory cell arrays are connected in series to make conductive a bit line; and a second selection MOS transistor STS for allowing the NAND cell to make conductive a source line. In the NAND cell type EEPROM, a first memory cell unit, where the threshold of STD is larger than that of STS and a second memory cell, where the threshold of STD is smaller than that of STS share a gate electrode in each STD and each STS, to compose a subarray. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的に書き替え可能な不揮発性メモリセルを用いた半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電気的書き替えを可能とし高集積化を達成した不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)の1つとして、NANDセル型EEPROMが提案されている。このNANDセル型EEPROMは、電荷蓄積層としての例えば浮遊ゲートと、この浮遊ゲート上の絶縁膜を介して制御ゲートが積層されたnチャネルFETMOS構造の複数のメモリセルを、それらのソース,ドレインを隣接するもの同士で共有する形で直列接続し、これを1単位としてビット線に接続するものである。
【0003】
NANDセルのドレイン側は第1の選択ゲートをゲート電極とする第1の選択MOSトランジスタを介してビット線に接続され、ソース側は第2の選択ゲートをゲート電極とする第2の選択MOSトランジスタを介してソース線に接続される。メモリセルの制御ゲート及び第1,第2の選択ゲートは、行方向に連続的に配設される。通常、制御ゲートにつながるメモリセルの集合を1ページと呼び、1組のドレイン側及びソース側の選択MOSトランジスタによって挟まれたページの集合を1NANDブロック又は単に1ブロックと呼ぶ。メモリセルアレイは通常、n型半導体基板に形成されたp型ウエル内に形成される。
【0004】
NANDセル型EEPROMの動作は、次の通りである。データ書き込みは、ビット線から遠い方のメモリセルから順に行う。選択されたメモリセルの制御ゲートには昇圧された書き込み電圧Vpp(=20V程度)を印加し、他の非選択メモリセルの制御ゲート及び第1の選択ゲートには中間電位(=10V程度)を印加し、ビット線にはデータに応じて0V(”0”書き込み)又は中間電位(”1”書き込み)を印加する。このとき、ビット線の電位は選択メモリセルに伝達される。データ”0”の時は、選択メモリセルの浮遊ゲートと基板間に高電圧がかかり、基板から浮遊ゲートに電子がトンネル注入されて、しきい値が正方向に移動する。データが”1”の時はしきい値は変化しない。
【0005】
データ消去は、NANDセル内の全てのメモリセルに対してほぼ同時に行われる。即ち、全ての制御ゲート,選択ゲートを0Vとし、p型ウエル及びn型基板に昇圧された昇圧電位VppE(20V程度)を印加する。これにより、全てのメモリセルにおいて浮遊ゲートの電子がウエルに放出され、しきい値が負方向に移動する。
【0006】
データ読み出し動作は、選択されたメモリセルの制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリセルの制御ゲートを電源電圧Vcc(例えば3V)として、選択メモリセルで電流が流れるか否かを検出することにより行われる。NANDセル型EEPROMでは、複数のメモリセルが縦列接続されているため、読み出し時のセル電流が小さい。また、メモリセルの制御ゲート及び第1,第2の選択ゲートは行方向に連続的に配設されているので、1ページ分のデータが同時にビット線に読み出される。
【0007】
(問題点1)
従来のNANDセル型EEPROMのセンスアンプの回路例を図30に示す。このセンスアンプによってビット線電位の検出は以下のように行われる。まず、アドレスが設定され、読み出しモードになると、ビット線プリチャージ制御信号PREBがVccからVssになり、ビット線BLj,ノードN2が電源電位Vccに充電される。さらに、ノードN2をVccに、ノードN1をVssにしてセンスアンプSAをリセットする。ワード線選択後、セルデータが”0”ならばビット線電位はVccが保たれ、セルデータが”1”ならばビット線電位はVssに向けて放電される。そして、ビット線の電位が決定した後に、ビット線電位はノードN2に転送される。
【0008】
次に、SENBがVccからVss、SENがVssからVccになり、クロックドインバータINV1が活性化される。そして、ノードN2の電位がクロックドインバータINV1の回路しきい値よりも大きければノードN1はVssに保たれ、ノードN2の電位がクロックドインバータINV2の回路しきい値よりも小さければノードN1はVccになり、ビット線BLjの電位が検知されることになる。その後、クロックドインバータINV2が活性化されて検知したデータがラッチされ、カラム選択信号CSLjがVssからVccになるとラッチされたデータがI/O,I/O’に出力される。
【0009】
本方式では、上記のようにフローティング状態のビット線の電位がクロックドインバータの回路しきい値よりも大きいか或いは小さいかによってセルデータを検知するが、フローティング状態のビット線電位は隣接するビット線との間の容量結合により、隣接するビット線の状態によって変化する。例えば、セルに”0”データが書き込まれている場合には読み出し電流を流さず、ビット線BLjの電位はプリチャージ電位Vccを保っているはずである。一方、隣接するビット線BLiに接続されるセルに”1”データが書き込まれていて読み出し電流を流すと、ビット線BLiの電位はVccからVssに下がる。すると、Vccを保っているはずのビット線BLjの電位は、VccからVssに下がる隣接するビット線BLiの電位に引きずられて下がる。
【0010】
従って、このビット線BLjを”0”データであると正しく検知するためには、クロックドインバータINV1の回路しきい値は、ビット線間の容量結合によるビット線電位の変化を考慮して、低めに設定されなければならない。ビット線BLiを”1”データと読むためには、ビット線BLiの電位をVccからクロックドインバータINV1の回路しきい値まで引き下げなければならず、NAND型セルの読み出し電流が小さいことを考えると、クロックドインバータINV1の回路しきい値を低めに設定すると、ビット線の検知に要する時間が長くなる。
【0011】
図30のようなクロックドインバータを用いたセンスアンプでは、ビット線電位を検知するのに長い時間を要するが、これを以下では数値を用いて例示する。隣接するビット線間の容量が、ビット線の総容量の1/2を占めるとすると、Vccを保つはずのビット線BLjは、隣接するビット線BLiに応じてVcc/2に引き下げられる。電源電圧Vccを例えば3Vとすると、BLjは1.5Vに引き下げられることになる。従って、クロックドインバータINV1の回路しきい値をマージンをとって例えば1.2Vに設定する。NANDセルの読み出し電流が最も小さい場合、つまり選択のセルに”1”が書き込まれ、非選択のセルに”0”が書き込まれている場合のセル電流を1μAとする。また、ビット線の容量を3pFとすると、ビット線BLiの電位を回路しきい値まで放電するには、
3pF×(3−1.2)V/1μA=5.4μs
要することになる。
【0012】
上記問題点を解決する方法として、DRAMで用いられているフォールディッド・ビット線方式を用いて、センスアンプへの入力をビット線対BLj,/BLjとし、これらを差動的に動作させて高速に読み出すことが考えられる。ビット線BLjにつながるセルを読み出す場合を例にとって、ビット線を放電する時間を見積もる。ビット線/BLjの電位を例えば1.5Vに保ち、ビット線BLjの電位を1.7Vにプリチャージすると、ビット線BLjにつながるセルの情報が”0”ならばビット線BLjは1.7Vを保ち、”1”ならばビット線が放電して1.3Vになればよい。セル電流を1μA、ビット線容量を3pFとすると、ビット線を放電するのに要する時間は、
3pF×(1.7−1.3)/1μA=1.2μs
になり、従来のシングルエンド方式よりも読み出しが高速化される。
【0013】
フォールディッド・ビット線方式では、ビット線BLjにつながるセルを読み出す場合にはビット線/BLjは放電されてはならないが、従来のNANDセル型EEPROMではメモリセルの制御ゲート及び第1,第2の選択ゲートは、行方向に連続的に配設されているので、隣接するビット線BLj、/BLjに接続するセルが共に”1”が書き込まれていれば、ビット線BLj、/BLjが同時に放電されてしまう。
【0014】
ビット線BLjにつながるセルを読み出す際にビット線/BLjを放電しない方法として、例えばビット線BLjとビット線/BLjのドレイン側の選択ゲート(又はソース側の選択ゲート)を別のタイミングで動作させる方法が考えられる。例えば、ドレイン側の選択ゲートをビット線BLjとビット線/BLjで別のタイミングで動作させるためには、ビット線BLjの選択ゲートを選択する制御信号SGD1とビット線/BLjを選択する制御信号SGD2が必要になる。ビット線コンタクトとソース線の間に8個のメモリセルが直列接続されているとすると、従来のセルアレイでは1ブロックにつき行方向に10本(8本の制御ゲートと2本の選択ゲート)の配線が必要であるが、この方式では11本(8本の制御ゲートと3本の選択ゲート)の配線が必要なのでセルアレイの面積が増加し、その結果チップ面積が増加するという問題がある。
【0015】
(問題点2)
上記のようにNANDセル型EEPROMでは、メモリセルを直列に接続しているためにセル電流が小さく、ビット線の放電には数μs要し、ランダムリードには約10μsかかる。データは1ページ分、センスアンプに同時に検知及びラッチされる。ページリードは、このラッチデータを読み出すだけであるから約100nsで読める。例えばページ長が256バイトで、1ページのデータを読み出す場合には、ランダムリード1回とページリード255回で、
10+0.1×255〜35μs
の時間を要する。よって、複数のページにわたるデータを読み出す場合には、ページの切り替え部で10μsのランダムリード動作を必要とする。
【0016】
ページの切り替え時のランダムリード動作をなくして見かけ上ページリードのサイクルで複数ページのデータを読み出す方法として、例えばメモリセルアレイとセンスアンプを2分割してランダムリードとページリードを同時に行う方法がある。2分割したメモリセルアレイの一方でページリード動作をしている間に、他方でランダムリード動作を行うことによって、ページの切り替わり点でランダムリード動作を挟むことなくページリードのタイミングを保ったまま複数のページにわたるデータを読み出すことができる。
【0017】
従来のメモリセルアレイでは、2分割したメモリセルアレイでランダムリードのタイミングをずらして動作させるためには、ワード線に電圧を伝える周辺回路(ロウデコーダなど)を増加させる必要がある。特に、EEPROMでは書き込み時にワード線に20V程度の高電圧を印加するために、ワード線に電圧を伝える周辺回路(ロウデコーダなど)を構成するトランジスタの面積は大きい。従って、従来のメモリセルアレイでこの高速ページ読み出し方法を採用すると、ワード線に電圧を伝える周辺回路(ロウデコーダなど)の増加のためにチップ面積が増加するという問題がある。
【0018】
(問題点3)
集積度が上がり、ビット線間距離が縮まるにつれて、ビット線間容量結合が大きくなる。その結果、読み出し時に”H;High”状態を保つべきビット線の電位が、隣の”L;Low”状態に放電するビット線に引きずられて”H”状態から落ちる。このビット線間容量結合に起因する雑音を低減するために、読み出し時にビット線を1本おきに定電位に保つ方法(ビット線シールド)が提案されている(特開平4−276393号公報)。ビット線シールドでは読み出しは1本おきのビット線に対して行うので、データ書き込みも1本おきのビット線に対して行う。
【0019】
従来のセルアレイを用いたオープンビット線方式やシングルエンド方式では、隣接するビット線は選択ゲート及び制御ゲートを共有しているので、一方のビット線にセルデータを読み出す際に隣接するビット線もセルデータを読み出して、その結果放電してしまう。従って、ビット線間容量結合に起因する雑音を低減するためにビット線を1本おきに基準電位に保つ方法(ビット線シールド)を用いる際に、基準電位は0Vにせざるを得ない。その結果、複数ページにわたって書き込まれたデータを読む場合に、例えば偶数番目のビット線に接続されるメモリセルのデータを読み出した後に奇数番目のビット線に接続されるメモリセルのデータを読み出す際に、最初に読み出した偶数番目のビット線は電荷を全て放電して0Vになり、2番目に読み出す奇数番目のビット線は0Vからプリチャージされる。
【0020】
即ち、偶数番目のビット線のメモリセルを読み出してから、次に奇数番目のビット線のデータを読み出す際のページ切り替わり時、及び奇数番目のビット線のメモリセルを読み出してから、次に偶数番目のビット線のデータを読み出す際のページの切り替わり時に、前に読み出したビット線を全て放電し、次に読み出す全てのビット線を0Vからプリチャージする必要がある。このようにビット線シールドを従来のセルアレイを用いてオープンビット線方式,シングルエンド方式に適用した場合には読み出しに、ページの切り替わりでプリチャージ時間がかかり、消費電力も大きいという問題がある。
【0021】
次に、ビット線シールドを従来のメモリセルアレイを用いてオープンビット線方式やシングルエンド方式に適用した場合、書き込み時に生じる問題点を説明する。上記のようにビット線シールドを適用した場合、書き込みも偶数番目のビット線に接続するメモリセルと、奇数番目のビット線に接続するメモリセルで別々に行われる。従って、例えば偶数番目のビット線に接続するメモリセルに書き込みを行う際には、奇数番目のビット線に接続するメモリセルには書き込みを行わないので、奇数番目のビット線には中間電位(10V程度)を与える。つまり、書き込み時には少なくとも半分のビット線を中間電位に充電しなければならない。
【0022】
書き込み動作はまず書き込みを行ってから次に、書き込みが十分行われたかを調べるベリファイリードを行う。そして、十分に書き込まれたセルには追加書き込みを行わず、書き込み不十分のセルにのみ追加書き込みを行う。従来のメモリセルアレイでは偶数番目のビット線に接続するメモリセルを書き込んだ後にベリファイリードする時に、奇数番目のビット線も中間電位から放電されてしまうので、例えば偶数番目のビット線に接続するメモリセルを書き込む場合には、書き込み−ベリファイリードのサイクル毎に奇数番目のビット線を中間電位に充放電しなければならず、書き込み時間は増加し、消費電力も増加するという問題がある。
【0023】
上記(問題点1)で述べたように、選択MOSトランジスタを制御する選択ゲートを隣接するビット線で変えれば上記(問題点3)は解決するが、その代わりにソースとビット線で挟まれたNAND列につき1個余分に選択MOSトランジスタの面積が必要であり、その結果チップ面積が増加するという問題がある。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】
(課題1)
上記のように、従来の不揮発性半導体記憶装置で用いられているシングルエンド型のセンスアンプは読み出し時間が遅いと言う問題がある。また、読み出しが高速な、いわゆるDRAMで用いられているフォールディッド・ビット線方式を不揮発性半導体記憶装置で実現する場合には、従来の不揮発性半導体記憶装置ではセルアレイの面積が増加し、その結果チップ面積が増加するという問題があった。
【0025】
(課題2)
上記のように、従来の不揮発性半導体記憶装置では、複数のページにわたるデータを読み出す際には、ワード線の切り替え時にランダムリードを必要とするため、無駄な時間が入り、読み出し時間がかかるという問題がある。この問題を解決するために、メモリセルアレイ及びセンスアンプを2分割し、ランダムリードとページリードを同時に行う方法が提案されているが、従来の不揮発性半導体記憶装置にこの方法を適用するとチップ面積が増加するという問題がある。
【0026】
(課題3)
従来のオープンビット線方式やシングルエンド方式のメモリセルアレイに対して、ビット線間結合容量に起因する雑音を低減するために、読み出し時にビット線を1本おきに基準電位に保つビット線シールドを適用すると、書き込み,読み出しを1本おきのビット線に対して行うので、書き込み−ベリファイリードのサイクル毎に非選択ビット線を中間電位(10V程度)に充放電する必要がある。また、複数ページにわたるデータを読み出す際に、ページ切り替わり時にシールドするビット線の放電と、次に選択するビット線のプリチャージを必要とする。このため、書き込み及び読み出し時に消費電力が大きく、プリチャージ時間分だけ書き込み,読み出しが遅いという問題がある。
【0027】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、チップ面積を増加させることなく、高速なランダムリードを可能とするメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路を持つ不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【0028】
また、本発明の他の目的は、チップ面積を増加させることなく、ワード線の切り替え時に発生する無駄時間を無くして高速にページリード動作を行い得る不揮発性半導体装置を提供することにある。
【0029】
また、本発明のさらに他の目的は、従来のセルアレイを用いてオープンビット線方式、シングルエンド方式にビット線シールドを適用した場合に生じる問題点、即ち複数のページにわたるデータを読み出し,書き込みを行う場合の消費電力の増加,読み出し,書き込み時間の増加を防止し得る半導体記憶装置を提供することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【0031】
本発明の一局面では、複数個の不揮発性メモリセルが直列接続され一端がビット線に他端がソース線に接続されるNANDセルユニットと、複数の前記NANDセルユニットで構成されるメモリセルアレイと、前記ビット線を予め充電し前記NANDセルユニットが前記ビット線から前記ソース線に電流を流すか否かで前記NANDセルユニットに記憶されているデータを読み出す読み出し回路と、各々のビット線に接続され前記NANDセルユニットから読み出したデータを一時記憶する複数のラッチ回路と、前記ラッチ回路のデータを外部へ出力するデータ出力回路とを備え、前記データ出力回路から前記ラッチ回路のデータを外部へ出力するとともに前記NANDセルユニットからデータの読み出しを行うことを特徴とする。本不揮発性半導体記憶装置において、下記の実施態様が好ましい。
(1) 前記ラッチ回路はビット線の電位をセンスする機能を更に備えること。
【0032】
(2) 前記ビット線と前記ラッチ回路の接続を制御するMOSトランジスタが前記ビット線と前記ラッチ回路の間に設けられること。
【0033】
(3) 前記複数のラッチ回路のデータは複数回に分けられて前記データ出力回路から外部へ出力されること。
【0034】
また、本発明の一局面では、不揮発性半導体記憶装置において、1個又は複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部を第1の共通信号線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、不揮発性メモリ部と第2の共通信号線を導通させ、且つ第1の選択MOSトランジスタとはしきい値が異なる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有することを特徴とする。
【0035】
また、本発明一局面では、不揮発性半導体記憶装置において、1個又は複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部をビット線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、不揮発性メモリ部とソース線を導通させ、かつ第1の選択MOSトランジスタとはしきい値が異なる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有することを特徴とする。
【0036】
また、本発明一局面では、複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部をビット線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、不揮発性メモリ部とソース線を導通させる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有する不揮発性半導体記憶装置において、第1の選択MOSトランジスタが第1のしきい値Vth1を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第2のしきい値Vth2を持つ第1のメモリセルユニットと、第1の選択MOSトランジスタが第3のしきい値Vth3を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第4のしきい値Vth4を持つ第2のメモリセルユニットとが、第1の選択MOSトランジスタのゲート電極及び第2の選択MOSトランジスタのゲート電極をそれぞれ第1及び第2の選択ゲートとして共有してサブアレイを構成し、第1及び第3のしきい値Vth1,Vth3の大小関係と第2及び第4のしきい値Vth2,Vth4の大小関係とは逆の関係になっていることを特徴とする。
【0037】
また、本発明一局面では、複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部をビット線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、前記不揮発性メモリ部とソース線を導通させる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有する不揮発性半導体記憶装置において、第1の選択MOSトランジスタが第1のしきい値Vth1を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第2のしきい値Vth2を持つ第1のメモリセルユニットと、第1の選択MOSトランジスタが第3のしきい値Vth3を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第4のしきい値Vth4を持つ第2のメモリセルユニットとが、第1の選択MOSトランジスタのゲート電極及び第2の選択MOSトランジスタのゲート電極をそれぞれ第1及び第2の選択ゲートとして共有してサブアレイを構成し、
第1及び第3のしきい値Vth1,Vth3の大小関係と第2及び第4のしきい値Vth2,Vth4の大小関係とは逆の関係になっており、かつ第2のしきい値と第3のしきい値が異なることを特徴とする。
【0038】
また、本発明一局面では、複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部をビット線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、不揮発性メモリ部とソース線を導通させる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有する不揮発性半導体記憶装置において、第1の選択MOSトランジスタが第1のしきい値Vth1を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第2のしきい値Vth2を持つ第1のメモリセルユニットと、第1の選択MOSトランジスタが第3のしきい値Vth3を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第4のしきい値Vth4を持つ第2のメモリセルユニットとが、第1の選択MOSトランジスタのゲート電極及び第2の選択MOSトランジスタのゲート電極をそれぞれ第1及び第2の選択ゲートとして共有してサブアレイを構成し、第1及び第3のしきい値Vth1,Vth3の大小関係と第2及び第4のしきい値Vth2,Vth4の大小関係とは逆の関係になっており、サブアレイ中の第1及び第2のメモリセルユニットで、一方のメモリセルユニット中の不揮発性メモリ部に記憶されているデータをランダムリードする間に、他方のメモリセルユニット中の不揮発性メモリ部に記憶されているデータをページリードするタイミング手段を有することを特徴とする。
【0039】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては、次のものがあげられる。
【0040】
(1)第1のしきい値と第4のしきい値が等しく、かつ第2のしきい値と第3のしきい値が等しいこと。
【0041】
(2)第1のメモリセルユニットと第2のメモリセルユニットが、交互に配設されてサブアレイを構成すること。
【0042】
(3)第1のメモリセルユニットの不揮発性メモリ部を読み出す時には、第1のメモリセルユニットの第1及び第2の選択MOSトランジスタの双方を導通状態とし、第2のメモリセルユニットの第1及び第2の選択MOSトランジスタの一方を非導通状態とし、第2のメモリセルユニットの不揮発性メモリ部を読み出す時には、第1のメモリセルユニットの第1及び第2の選択MOSトランジスタの一方を非導通状態とし、第2のメモリセルユニットの第1及び第2の選択MOSトランジスタの双方を導通状態とするように、選択されたサブアレイ内の第1及び第2の選択MOSトランジスタに読み出し選択ゲート電圧を印加する手段を備えたこと。
【0043】
(4) (3)において、サブアレイ中の第1のメモリセルユニットと第2のメモリセルユニットのうち、一方のメモリセルユニット中の不揮発性メモリ部に記憶されているデータをビット線に読み出す際に、他方のメモリセルユニットが接続するビット線を非選択読み出しビット線電位に保つこと。
【0044】
(5) (4)において、非選択読み出しビット線電位を参照電位として、読み出し時の第1のメモリセルユニットが接続される第1のビット線電位と、第2のメモリセルユニットが接続される第2のビット線電位と、の電位差を差動的に検出するビット線電圧検出手段を備えること。
【0045】
(6)不揮発性メモリ部は、電気的書き替え可能な複数の不揮発性メモリセルで構成されていること。
【0046】
(7)不揮発性メモリセルは、半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲートを積層して形成され、複数の不揮発性メモリセルが隣接するもの同士でソース,ドレインを共有する形で直列接続されて不揮発性メモリ部を構成すること。
【0047】
(8)不揮発性メモリセルは、半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲートを積層して形成され、1個又は複数の不揮発性メモリセルが全てソース,ドレインを共有する形で並列接続されて不揮発性メモリ部を構成すること。
【0048】
(9)不揮発性メモリセルのチャネルの不純物濃度を制御することにより、第1,第2,第3,第4のしきい値を選択すること。
【0049】
(10)第1及び第2の選択MOSトランジスタは、半導体層上に電荷蓄積層と選択ゲートが積層されて構成されていること。
【0050】
(11)第1の選択MOSトランジスタと第2の選択MOSトランジスタで、各々のゲート長が異なること。
【0051】
(12)サブアレイ中の第1のメモリセルユニットと第2のメモリセルユニットのうち、一方のメモリセルユニット中の前記不揮発性メモリ部に書き込み及び書き込みが十分であるか調べるベリファイ動作を行う際に、或いは書き込み,書き込みベリファイ,再書き込み,書き込みベリファイ動作を通じて、他方のメモリセルユニットが接続するビット線を定電位に保つこと。
【0052】
(13)メモリセルアレイが第1のサブメモリセルアレイと第2のサブメモリセルアレイで構成され、これら各サブメモリセルアレイはそれぞれ第1及び第2のメモリセルユニットからなり、第1のサブメモリセルアレイの第1の選択MOSトランジスタのゲートに印加する電圧を第2のサブメモリセルアレイの第2のMOSトランジスタのゲートに印加し、かつ第1のサブメモリセルアレイの第2のMOSトランジスタのゲートに印加する電圧を第2のサブメモリセルアレイの第1のMOSトランジスタのゲートに印加すること。
【0053】
また、本発明一局面では、複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部を第1の共通信号線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、前記不揮発性メモリ部と第2の共通信号線を導通させる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有する不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルアレイ中の1本又は複数本のビット線に接続するメモリセルに対し読み出し又は書き込みを行う間に、メモリセルアレイ中の残りのビット線のうちの、複数本のビット線から構成されるビット線群内で、ビット線間を接続・遮断する手段を有することを特徴とする。
【0054】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては、次のものがあげられる。
【0055】
(1)ビット線間を接続・遮断する手段が、ビット線間に設けたMOSトランジスタであること。
【0056】
(2)ビット線群が、同じセンスアンプ回路に接続するビット線対で構成されること。
【0057】
(3)複数本のビット線が同一のセンスアンプ回路に接続され、センスアンプ回路が、該回路に接続されるビット線の間に配設されるオープンビット線方式のメモリセルアレイを構成すること。
【0058】
(4)オープンビット線方式のメモリセルアレイで、第1のビット線対と第2のビット線対がセンスアンプを共有する共有センスアンプ方式をなし、第1のビット線対に接続するメモリセルを読み出し又は書き込みを行う際に、第2のビット線対を構成するビット線間を接続する手段を有すること。
【0059】
(5)メモリセルアレイは、1個又は複数個の不揮発性メモリセルから構成される不揮発性メモリ部と、この不揮発性メモリ部を第1の共通信号線と導通させる第1の選択MOSトランジスタと、不揮発性メモリ部と第2の共通信号線を導通させ、かつ第1の選択MOSトランジスタとしきい値が異なる第2の選択MOSトランジスタと、から構成されるメモリセルユニットがマトリクス状に配置されたものである。
【0060】
(6)第1の選択MOSトランジスタが第1のしきい値Vth1を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第2のしきい値Vth2を持つ第1のメモリセルユニットと、第1の選択MOSトランジスタが第3のしきい値Vth3を持ち、第2の選択MOSトランジスタが第4のしきい値Vth4を持つ第2のメモリセルユニットとが、第1の選択MOSトランジスタのゲート電極及び第2の選択MOSトランジスタのゲート電極をそれぞれ第1及び第2の選択ゲートとして共有してサブアレイを構成し、第1及び第3のしきい値Vth1,Vth3の大小関係と第2及び第4のしきい値Vth2,Vth4の大小関係とは逆の関係になっていること。
【0061】
(7)第1のしきい値と第4のしきい値が等しく、かつ第2のしきい値と第3のしきい値が等しいこと。
【0062】
(8)第1のメモリセルユニットと第2のメモリセルユニットが、交互に配設されてサブアレイを構成すること。
【0063】
(9) (4)において、サブアレイ中で、第1のメモリセルユニットは第1のビット線対に接続され、第2のメモリセルユニットは第2のビット線対に接続されること。
【0064】
【作用】
本発明では、1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタの中で、導通状態と非導通状態のものを生じさせることができ、またそのような選択ゲートを2本用意することにより、同一選択ゲートを有するメモリセル内で選択状態のメモリセルと、非選択状態のメモリセルを用意に実現できる。具体的には、ソース側の選択ゲートとドレイン側の選択ゲートのしきい値を変え、また隣接するメモリセルで選択ゲートのしきい値を変えることにより、例えば偶数番目のビット線に接続するメモリセルをビット線に読み出す際に、奇数番目のビット線に接続するメモリセルを非選択にすることができる。その結果、チップ面積を増加させることなくフォールディッド・ビット線方式を実現でき、高速なランダムリードが可能になる。
【0065】
また本発明によれば、第1のメモリセルユニットと第2のメモリセルユニットの一方をランダムリードしている間に他方をページリードすることにより、チップ面積を増加させることなくワード線の切り替え時に発生する無駄時間を無くして、高速にページリード動作を行うことが可能になる。さらに本発明によると、ビット線シールド等に伴うプリチャージを省略することができることから、従来のセルアレイを用いてオープンビット線方式、シングルエンド方式にビット線シールドを適用した場合に生じる問題点、即ち複数のページにわたるデータを読み出し、書き込む場合の消費電力の増加、読み出し,書き込み時間の増加を減少させることができる。
【0066】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0067】
(実施例1)
以下、(課題1)を解決する実施例を説明する。
【0068】
図1は、本発明の第1の実施例に係わるNANDセル型EEPROMの全体構成を示すブロック図である。図中の1はメモリセルアレイ、2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ兼ラッチ回路、3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ、6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0069】
図2は、メモリセルアレイの構成を示す図であり、BL,/BLはビット線、WLはワード線、STDはNANDセルのドレイン側につながる第1の選択MOSトランジスタ、STSはNANDセルのソース側につながる第2の選択MOSトランジスタ、SGDは選択MOSトランジスタSTDを駆動するための選択ゲート、SGSは選択MOSトランジスタSTSを駆動するための選択ゲート、SAはセンスアンプ、TGはセンスアンプSAとビット線BLをつなぐためのゲートを駆動する制御信号を示している。
【0070】
センスアンプSAは、図2のように隣接するビット線対BLj,/BLjを入力としている。これはDRAMで用いられているフォールディッド・ビット線方式である。フォールディッド・ビット線方式を実現するためには、ビット線対の一方のビット線が放電する際に、他方のビット線が放電しないようにしなければならない。これを同じ選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタ(例えば図2のSTS00とSTS10、STD00とSTD10)のしきい値に差を設け、さらにドレイン側の選択ゲートとソース側の選択ゲートに異なる電圧を印加することによって実現する。
【0071】
図2では、高いしきい値Vt1(例えば2V)を持つ選択MOSトランジスタをE−type、低いしきい値Vt2(例えば0.5V)(Vt1>Vt2)を持つ選択MOSトランジスタをI−typeと記している。2種類の選択MOSトランジスタのゲート(選択ゲート)に印加する電圧は、I−typeトランジスタもE−typeトランジスタも両方オンする電圧Vsgh(例えば3V)(Vsgh>Vt1、Vt2)と、I−typeトランジスタはオンするがE−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl(例えば1.5V)(Vt1>Vsgl>Vt2)である。
【0072】
ここで、メモリセルは半導体基板上に浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートを積層した電気的書き替え可能な不揮発性メモリセルであり、このメモリセルを複数個直列接続してNANDセル(不揮発性メモリ部)が構成されている。そして、NANDセルにI−typeのSTSとE−typeのSTDが接続されて第1のメモリセルユニットが構成され、NANDセルにE−typeのSTSとI−typeのSTDが接続されて第2のメモリセルユニットが構成され、第1及び第2のメモリセルユニットが交互に配置されている。そして、ワード線を共有する複数の第1及び第2のメモリセルユニットからサブアレイが構成されている。
【0073】
図2を用いて、選択ゲートの電圧の印加方法を具体的に説明する。例えば、メモリセルMC000のデータを読み出す場合には、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVcc(例えば3V)にする。そして、ソース側の選択ゲートSGS0はVsgh、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsglにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ソース側の選択MOSトランジスタSTS00、STS10は共にオンする。一方、ビット線BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00はオンするが、ビット線/BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD10はオフするので、メモリセルMC000のデータが”1”ならばビット線BL0は放電するが、メモリセルMC100のデータにかかわらずビット線/BL0は放電しない。
【0074】
一方、メモリセルMC100のデータを読み出す場合も、メモリセルMC000を読み出すときと同様に、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVccにする。ソース側の選択ゲートSGS0はVsgl、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsghにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00,STD10は共にオンする。ソース側の選択MOSトランジスタSTS10はオンするのでビット線/BL0はメモリセルMC100のデータが”1”ならば放電するが、選択MOSトランジスタSTS00はオフするのでビット線BL0は放電しない。
【0075】
本発明は、ビット線対BLj,/BLjにつながる選択MOSトランジスタで、同じ選択ゲートSGS,SGDによって制御される選択MOSトランジスタ(例えば図2のSTD00とSTD10、STS00とSTS10、STD01とSTD11、STS01とSTS11)のしきい値に差を付ければよく、しきい値の設定の仕方は任意性を有する。例えば図3のように、ビット線BLjの選択MOSトランジスタSTD00をE−type、STS00をI−type、ビット線/BLjの選択MOSトランジスタSTD10をI−type、STS10をE−typeとしてもよい。
【0076】
また、図2ではビット線BLjにつながるセルのドレイン側の選択MOSトランジスタは全てI−typeで、ソース側の選択MOSトランジスタはE−typeだが、例えば図4のように、ビット線コンタクトを共有する2つのNANDブロックで、ドレイン側の選択MOSトランジスタの一方をI−type、他方をE−typeとしてもよい。また、図2〜図4では交互に配設されているビット線BLjが同時に選択されて読み出されるが、例えば図5のように選択MOSトランジスタのしきい値を設定して、ビット線BL0が選択される時にはビット線/BL1が選択されるようにしてもよい。
【0077】
本発明では、この(実施例1)だけでなく後述する(実施例5)までの全ての実施例において、1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタの中で、導通状態のものと、非導通状態のものが生じさせることができ、またそのような選択ゲートを2本用意することにより、同一選択ゲートを有するメモリセル内で選択状態のメモリセルと、非選択状態のメモリセルを容易に実現できることを利用している。
【0078】
従って、選択MOSトランジスタのしきい値や選択ゲートに印加する電圧は任意性を有する。ドレイン側の選択MOSトランジスタがVtd1,Vtd2(Vtd1>Vtd2)の2種類のしきい値を持ち、ドレイン側の選択ゲートに印加する電圧がVsghd(Vsghd>Vtd1)、Vsgld(Vtd1>Vsgld>Vtd2)の2種類であり、ソース側の選択MOSトランジスタはVts1,Vts2(Vts1>Vts2)の2種類のしきい値を持ち、ソース側の選択ゲートに印加する電圧はVsghs(Vsghs>Vts1),Vsgls(Vts1>Vsgls>Vts2)の2種類であればよく、上記実施例のようにVtd1=Vts1,Vtd2=Vts2,Vsghd=Vsghs,Vsgld=Vsglsでなくてもよい。
【0079】
例えば、ドレイン側の選択MOSトランジスタのしきい値を2Vと0.5Vの2種類とし、ソース側の選択MOSトランジスタのしきい値を2.5Vと1Vの2種類として、ドレイン側の選択ゲートに印加する電圧をVsgh=3V,Vsgl=1.5V、ソース側の選択ゲートに印加する電圧をVsgh=3V,Vsgl=1.2Vとしてもよい。
【0080】
VsghをVccよりも大きくすれば、選択MOSトランジスタのコンダクタンスの増加(つまり抵抗の減少)につながり、読み出しの際にNANDセル列を流れるセル電流が増加するので、ビット線放電時間が短くなりその結果、読み出し,書き込みのベリファイ読み出しが高速化される。Vsghは例えばチップ内の昇圧回路でVccから昇圧すればよい。
【0081】
1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタを全て導通状態にする、選択ゲートの電圧Vsghは電源電圧Vcc以下が望ましい。VsghがVccよりも大きい場合には、チップ内で昇圧回路が必要になるのでチップ面積の増加につながる。
【0082】
また、選択MOSトランジスタの小さい方のしきい値Vt2は、負のしきい値(例えば−1V)であってもよい。書き込み時に、書き込むセルがつながっているビット線には0Vを印加し、書き込まないセルがつながっているビット線には中間電位(10V程度)を印加するが、この2つのビット線間にソース線を通じて電流が流れないようにソース側の選択ゲートはオフにしなければならない。従って、Vt2を−1V程度の負のしきい値に設定した場合、書き込み時にソース側の選択ゲートには負のしきい値の選択ゲートがオフする負電圧(例えば−1.5V)を印加すればよい。
【0083】
選択ゲートのしきい値のうち大きい方の値Vt1は、電源電圧Vcc以上の電圧(例えば3.5V)に設定してもよい。この場合、読み出しやベリファイ読み出し時にVt1のしきい値を持つ選択MOSトランジスタをオンするためには、例えばチップ内部の昇圧回路を用いて選択ゲートに例えば4Vを印加すればよい。
【0084】
ここで、図8のタイミング図を用いて、図6のビット線BLjに接続されているメモリセルMC000を読み出す場合の動作を説明する。センスアンプは制御信号SAN,SAPで制御されるCMOSフリップフロップで形成されている。
【0085】
まず、制御信号TGがVcc(例えば3V)からVssになって、CMOSフリップフロップFFとビット線BLj,/BLjが切り離される。次いで、プリチャージ信号φpA,φpBがVssからVccになり(時刻t0)、ビット線BLjがVA(例えば1.7V)に、ビット線/BLjがVB(例えば1.5V)にプリチャージされる(時刻t1)。プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BLj,/BLjはフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)、選択ゲートに所望の電圧が印加される(時刻t2)。
【0086】
図6のメモリセルMC000を読み出す場合には、WL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V(Vsgh)、SGS0は1.5V(Vsgl)となる。メモリセルMC000に書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルMC000のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjの電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGS0が1.5Vなので、選択トランジスタSTS10はオフになり、メモリセルMC100に書き込まれているデータに拘らずビット線/BLjは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0087】
その後、時刻t3にSAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、時刻t4にφEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされて、ノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。時刻t5にTGが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後(時刻t6)、SANが0Vから3Vになりビット線BLj,/BLjの電位差が増幅される。その後、時刻t7にSAPが3Vから0Vになりデータがラッチされる。
【0088】
つまり、メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ノードN1が3V,ノードN2が0Vとなる。MC000に”1”が書き込まれていれば、ノードN1が0V、ノードN2が3Vになる。その後、カラム選択信号CSLjが0Vから3Vとなると、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O’に出力される(時刻t8)。
【0089】
次に、図6のビット線/BLjに接続されるメモリセルMC100を読み出す場合のタイミング図を図10に示した。この場合、ビット線BLjに1.5V、ビット線/BLjに1.7Vプリチャージする(時刻t1)。セルデータのビット線への読み出し時にロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)に印加される電圧はメモリセルMC000を読み出す場合と同様だが、選択ゲートに印加される電圧はSGD0は1.5V、SGS0は3Vである(時刻t2)。
【0090】
メモリセルMC100に書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルMC100のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線/BLjの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線/BLjの電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGD0が1.5Vなので、選択MOSトランジスタSTD00はオフになり、メモリセルMC000に書き込まれているデータに拘らずビット線BLjは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。その後、メモリセルMC000を読み出しする場合と同様にビット線/BLjに読み出されたデータがセンスアンプでセンス及びラッチされ、そしてI/O,I/O’に出力される。
【0091】
読み出し動作のタイミングは任意性を有する。例えば、時刻t5に図9のようにビット線とセンスアンプを接続するトランスファゲートをオンにしてビット線BLj,/BLjの電位をノードN1,N2に転送した後、トランスファゲートをオフにしてもよい。従って、ビット線対がセンスアンプから切り離されることによりセンスアンプの負荷容量が減ったため、センス及びデータラッチ時にノードN1、N2の電位は急速に決定されることになる。
【0092】
図8〜図10のタイミング図では、センスアンプのセンス動作時にまずSANを0Vから3VにしてCMOSフリップフロップFFのNチャネルトランジスタをオンにしてから後に、SAPを3Vから0VにしてCMOSフリップフロップFFのPチャネルトランジスタをオンにしているが、SANを0Vから3Vにするのとほぼ同時にSAPを3Vから0Vにしてもよい。
【0093】
ビット線BLjに接続するセルのデータをセンスアンプでセンス及びラッチした時には、ビット線BLj,/BLjの電位は一方が0V、他方がVcc(例えば3V)になっている。ビット線BLjのセルデータをセンスアンプからI/O,I/O’に出力後、φEを3Vにすれば、ビット線BLj,/BLj間がつながり(イコライズ)、プリチャージすることなくビット線BLj,/BLjが1.5Vになる。その後、例えばビット線/BLjを読み出す場合にはφPBを3V、VBを1.7Vにすることにより、ビット線/BLjを1.7Vにプリチャージすればよい。このようにビット線BLjをセンス後、ビット線BLj,/BLj間をつなぐことによって、次の読み出しのプリチャージ時間を短時間にし、さらにプリチャージに要する消費電力を低減できる。
【0094】
また、図7のようにセンスアンプに書き込み後にベリファイを行う回路を付加してもよい。
【0095】
ビット線対に異なった電位をプリチャージする方法は、図6に示したように周辺回路から電位VA,VBを転送する方法の他に、例えば図11のようにダミーセルを設けてもよい。この場合、ビット線BLj,/BLjを同電位VPRにプリチャージする。ダミーセルで流れる電流はセルの最悪の読み出し電流よりも小さくしておく。これには、直列接続するダミーNAND型セルをデプレッション型トランジスタにし、チャネル長Lを大きく、チャネル幅Wを小さくしておくなど方法などがある。
【0096】
ダミー選択MOSトランジスタのしきい値を図11のように設定すれば、ビット線BLjに接続するメモリーセルのデータをビット線BLjに読み出す場合には、ビット線/BLjはダミーセルを通じて放電され、ビット線/BLjに接続するメモリーセルのデータを読み出す場合には、ビット線BLjがダミーセルを通じて放電される。
【0097】
メモリセルMC000を読み出す場合を例にとって本実施例の動作を説明する。まず、プリチャージ制御信号PREが3Vになり、ビット線BLj、/BLjがプリチャージ電位VPR(例えば1.7V)にプリチャージされる。その後、メモリセルの制御ゲート線,選択ゲートが選択され、ダミーワード線DWLには0V、ダミー選択ゲートDSGS,DSGDには選択MOSトランジスタの選択ゲートSGS,SGDに印加する電圧とほぼ同じ電圧が印加される。
【0098】
メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ビット線BLjは放電せずプリチャージ電位1.7Vを保つ。MC000に”1”が書き込まれていれば、ビット線BLjは例えば1.3Vまで放電する。”1”が書き込まれたビット線BLjが1.3Vまで放電した時に、ビット線/BLjはダミーセルを通じて1.5Vまで放電するようすればよい。その後、ビット線対の電位をセンスアンプで差動増幅する動作は図6の実施例と同様である。
【0099】
ビット線対に異なった電位をプリチャージする方法としては、ダミーセルを図12のように1トランジスタ,1キャパシタで構成してもよい。まず、ビット線プリチャージ制御信号PREが3Vになり、ビット線BLj,/BLjを同電位VPRにプリチャージする。制御信号PREが0Vになりビット線がフローティング状態になった後、メモリセルMC000のデータをビット線BLjに読み出す場合には、φPBが3Vになり、キャパシタC1が充電される。キャパシタC1に充電された電荷分だけビット線/BLjがプリチャージ電位VPRから下がる。これをビット線対を差動増幅する際のレファレンス電位とすればよい。
【0100】
メモリセルMC100のデータをビット線/BLjに読み出す場合には、φPAが3VになることによりキャパシタC0が充電され、ビット線BLjがプリチャージ電位VPRから下がる。このビット線BLjをレファレンス電位とすればよい。
【0101】
また、図6〜図10の実施例では、読み出すメモリセルが接続されているビット線を放電している間に、センスアンプにつながるビット線対のうちの他方のビット線(例えば図6のメモリセルMC000を読み出す場合にはビット線/BLj、メモリセルMC100を読み出す場合にはビット線BLj)はフローティング状態である。しかし、ビット線(例えばビット線BLj)が1.7Vにプリチャージされ、その後メモリセルのデータを読み出している間も、プリチャージ制御信号φPBを3Vに保つことによって、レファレンスとなるビット線(例えばビット線/BLj)をレファレンス電位1.5Vに固定することもできる。
【0102】
このようにビット線/BLjをレファレンス電位に保つことによって、ビット線放電時の隣接ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。また、上記読み出しの場合と同様に書き込み後のベリファイリード(実施例4で詳細に記してある)時にはビット線はセルに書き込んだデータに従って充放電を行うが、読み出さないビット線/BLjをレファレンス電位に保てば、ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。
【0103】
ビット線に読み出されたメモリセルのデータをセンス及びラッチする際の、隣接ビット線間容量結合によるノイズを低減するために、図13のようにDRAMで提案されているツイスティッド・ビット線方式にしてもよい。図14のようなツイスティッド・ビット線方式にしてもよい。
【0104】
選択MOSトランジスタを図15のように選択ゲート,浮遊ゲートを有するセルで構成してもよい。本実施例の場合、半導体記憶装置を出荷する前に選択MOSトランジスタの浮遊ゲートに電子を注入することにより、選択MOSトランジスタのしきい値を決めることができる。ドレイン側の選択MOSトランジスタ(例えば図15のSTD00)の浮遊ゲートへの電子の注入は、基板からのトンネリングで行えばよい。
【0105】
つまり、ワード線WL00〜WL07は中間電位(10V程度)或いは0V、選択ゲートSGD0はVpp(20V程度)、選択ゲートSGD0は0V、ビット線BL0は0V、ビット線/BL0,BL1,/BL1は中間電位(10V程度)にすればよい。さらに、ソース側の選択MOSトランジスタのしきい値を決めるには、選択ゲートSGD0,SGS0、ワード線WL00〜WL07を全て”H”にしてNANDセル列を全てオンにし、ビット線BL0にはVpp又は中間電位、ビット線/BL0,BL1,/BL1には0Vを与えてホットエレクトロン注入すればよい。
【0106】
このように本発明によれば、選択MOSトランジスタのしきい値と選択ゲートに印加する電圧を変えることにより、チップ面積を増加させることなくフォールディッド・ビット線方式を実現でき、高速なランダムリードが可能になる。しきい値を変える方法としては、選択MOSトランジスタのゲート酸化膜厚を変える、選択MOSトランジスタにチャネルドープした不純物の濃度を変えるなどが考えられる。或いは選択MOSトランジスタに不純物のチャネルドープするか、しないによってしきい値に差をつけてもよい。選択MOSトランジスタのチャネル長を変えることによってもしきい値を変えることができる。つまり、チャネル長が短いトランジスタでは短チャネル効果によってしきい値が小さくなるので、これをI−typeトランジスタとしてもよい。
【0107】
また、ゲート酸化膜厚,チャネルの不純物濃度を変える方法としても、新たに製造工程を導入しなくても、周辺回路のチャネルドープなど、他の製造工程を利用してもよい。いずれの方法でも選択MOSトランジスタのしきい値に差をつければよく、しきい値に差ができれば基板バイアスなどによって所定のしきい値を得ることができる。
【0108】
従来のNANDセル型EEPROMでは、書き込みブロックのソース側の選択ゲートに0Vを与えているが、ソース側の選択MOSトランジスタがI−typeでしきい値Vt2が0.1V程度の場合(或いは負のしきい値の場合)、ソース側の選択MOSトランジスタは完全にはカットオフせず、セル電流が例えば0.1μA流れて書き込まないビット線が中間電位(10V程度)から放電する。
【0109】
例えば、200本のビット線に接続するメモリセルには書き込みを行わず、ビット線を中間電位に充電するとすると、セル電流は計200×0.1μA=20μA流れることになる。I−typeトランジスタのカットオフ特性を向上させるためには書き込み時に共通ソース線に、例えば0.5V程度の電圧を加えればよい。ソースに0.5V印加すれば、ソース−基板間の電位差が−0.5Vになり、基板バイアス効果でI−typeトランジスタのしきい値が増加するので、I−typeトランジスタのゲートに0V印加した時のカットオフ特性が向上し、読み出し時のセル電流を低減できる。
【0110】
選択ゲートのしきい値のうち、小さい方(I−type)のしきい値を例えば0.5Vと設定するために、基板濃度を薄くする方法が考えられる。基板濃度が薄いI−typeトランジスタでは、ゲート電圧を印加しなくてもドレイン電圧を印加するとドレイン−基板間の空乏層が広がり、その結果ドレイン−基板間の空乏層とソース−基板間の空乏層がつながりやくすなる(パンチスルー)という問題点がある。I−typeの選択MOSトランジスタのパンチスルー耐圧を上げるために、I−typeの選択MOSトランジスタのチャネル長Lを長くすればよい。
【0111】
なお、以上の実施例ではNANDセル型EEPROMについて説明したが、メモリセルのドレイン側が選択ゲートを介してビット線につながり、メモリセルのソース側も選択ゲートを介してソース線につながる不揮発性半導体記憶装置であれば本発明は有効である。例えば図16に示したようなANDセル型EEPROM(H.Kume el al.;IEDM Tech.Dig.,Dec.1992,pp.991−993)でも本発明は有効であるし、ドレイン側の選択ゲートとソース側の選択ゲートの間に1つのメモリセルを有するNOR型EEPROMやマスクROMでも有効である。
【0112】
(実施例2)
以下、(課題2)を解決する実施例を説明する。
【0113】
図17は、本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図である。図中の1はメモリ手段としてのメモリセルアレイであり、オープンビット線方式なのでメモリセルは1A,1Bに2分割されている。メモリセルアレイ1A,1Bはそれぞれ所定単位に少なくとも2分割されている。
【0114】
本実施例では、1ページを256ビットとし、メモリセルアレイ1A,1Bは128ビットずつ1A1,1A2と1B1,1B2に分割されているとする。2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ回路であり、メモリセルアレイ1A,1Bと同様に所定単位毎に少なくとも2分割されている。図17ではセンスアンプは2A,2Bに2分割されている。3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ,6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0115】
メモリセルアレイ1A1を図18、1B1を図19、1A2を図20、1B2を図21に示した。図18〜図21でメモリセルアレイの選択MOSトランジスタのしきい値は上記(実施例1)と同様に2種類の値を持つ。E−typeと記した選択MOSトランジスタのしきい値は2V、I−typeと記した選択MOSトランジスタのしきい値は0.5Vであるとする。従ってE−typeの選択MOSトランジスタもI−typeの選択MOSトランジスタも共にオンする場合には選択ゲートにVcc(例えば3V)を印加し、I−typeのみをオンする場合には選択ゲートに1.5V印加する。
【0116】
メモリセルアレイ1A1のデータをビット線BL0A〜BL127Aに読み出す場合には、ドレイン側の選択ゲートSGDは3V、ソース側の選択ゲートSGSは1.5Vにする。一方、メモリセルアレイ1A2のデータをビット線BL128A〜BL255Aに読み出す場合には、ドレイン側の選択ゲートSGDは1.5V、ソース側の選択ゲートSGSは3Vにする。メモリセルアレイ1A1と1A2のデータを同時に読み出す場合には、SGSもSGDも共に3Vにすればよい。
【0117】
センスアンプは上記(実施例1)のフォールディッド・ビット線方式と同様に差動式センスアンプである。メモリセルアレイ1A1,1B1に接続するセンスアンプ2A(SA1)を図22、メモリセルアレイ1A2,1B2に接続するセンスアンプ2B(SA2)を図23に示した。
【0118】
ここで、2ページに書き込まれたデータを読み出す場合を例にとり、図24,25のタイミング図を用いて、本実施例の読み出し動作を説明する。まず、1ページ目では、センスアンプ2A(SA1)とセンスアンプ2B(SA2)が同時に動作する。制御信号TG1,TG2が3Vから0VになってCMOSフリップフロップFF1,FF2とビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,255)が切り離される。
【0119】
次に、プリチャージ信号φpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vから3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,255)が例えば1.7Vに、ビット線BLjB(j=0,1,…,255)が例えば1.5Vにプリチャージされる。プリチャージが終わるとφpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vとなり、ビット線BLjA、BLjB(j=0,1,…,255)はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。
【0120】
図18、19でWL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は3Vとなる。ワード線WL00によって選択されたメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルのしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjAの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjAの電位は下がり、1.5V以下になる。またビット線BLjBは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0121】
その後、SAP1,SAP2が3V、SAN1,SAN2が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF1,FF2が不活性化され、φE1,φE2が3VになることによりCMOSフリップフロップFF1,FF2がリセットされる。そしてTG1,TG2が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN1,SAN2が3Vから0Vになりビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,255)の電位差が増幅される。その後、SAP1,SAN2が0Vから3Vになりデータがラッチされる。そして、カラム選択信号CSLj(j=0,1,…,255)が次々に選択され、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O’に出力される(ページリード)。
【0122】
1ページ目の前半のデータ(カラムアドレス0〜127)をページリードした後、1ページ目の後半のデータをページリードする間に、2ページ目のロウアドレスの前半のデータ(ビット線BLjA;j=0,1,…,127…につながるメモリセルのデータ)のランダムリードを行う。これは、例えばカラムアドレスが128であることを検知して行えばよい。
【0123】
まず、プリチャージ信号φpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vから3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が1.7Vにビット線BLjB(j=0,1,…,127)が1.5Vにプリチャージされる。プリチャージが終わるとφpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vとなり、ビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。WL01は0V,WL00、WL02〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は1.5Vとなる。
【0124】
ワード線WL01によって選択されるメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位は下がり、1.5V以下になる。また、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)は放電せず、プリチャージ電位1.5Vが保たれる。
【0125】
その後、SAP1が3V、SAN1が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF1が不活性化され、φE1が3VになることによりCMOSフリップフロップFF1がイコライズされる。そしてTG1が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN1が3Vから0Vになりビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)の電位差が増幅される。その後、SAP1,SAN2が0Vから3Vになりデータがセンスアンプ2A(SA1)にラッチされる。
【0126】
1ページ目のページリードが256カラムアドレス分進んだところでは、既に次の2ページ目の128カラムアドレス分のデータがセンスアンプ2A(SA1)にラッチされているので、ランダムリード動作をする必要ない。センスアンプ2A(SA1)から2ページ目のカラムアドレス0〜127までをページリードしている間に、2ページ目の後半のカラムアドレス128〜255に対するランダムリード動作を行う。つまり、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。WL01は0V、WL00,WL02〜WL07は3V、SGD0は1.5V、SGS0は3Vとなる。
【0127】
ワード線WL01によって選択されるメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjAの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjA(j=128,129,…,255)の電位は下がり、1.5V以下になる。
【0128】
また、ビット線BLjB(j=128,129,…,255)は放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。そして、SAP2が3V、SAN2が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF2が不活性化され、φE2が3VになることによりCMOSフリップフロップFF2がリセットされる。そして、TG2が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN2が0Vから3Vになりビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)の電位差が増幅される。その後、SAP2が3Vから0Vになりデータがセンスアンプ2B(SA2)にラッチされる。
【0129】
2ページ目のページリードが128カラムアドレス分進んだところでは、既に次の2ページ目の後半の128カラムアドレス分のデータがセンスアンプ2B(SA2)にラッチされているので、ランダムリード動作をする必要なく、2ページ目の後半の128カラムアドレス分のデータをシリアルリードできる。
【0130】
本発明は、上記実施例に限られない。上記実施例では、メモリセルを2分割したが、例えば4分割にしてもかまわないし、任意の数に分割してもよい。
【0131】
図24,25のタイミングチャートは一例を示したにすぎない。1ページ目のデータのランダムリードを図24,25のタイミングチャートではセンスアンプ2A(SA1)とセンスアンプ2B(SA2)で同時に行っているが、図26,27のタイミング図に示したように、まず1ページ目の前半のカラムアドレスに相当するメモリセルのランダムリードを行い、続いて1ページ目の前半のデータをページリードしている間に1ページ目の後半のデータをランダムリードしてもよい。
【0132】
さらに、図24,25では2ページ目の前半のデータのランダムリードと2ページ目の後半のデータのランダムリードでビット線のプリチャージを同時に行っているが、図26,27のようにセンスアンプ2A(SA1)でランダムリードする場合と、センスアンプ2B(SA2)でランダムリードする場合でビット線のプリチャージのタイミングを変えてもよい。
【0133】
また、メモリセルアレイの分割は物理的に連続のものを1つの分割単位としなくてもよい。例えば、図28、図29に示したようにセンスアンプSA1に接続するビット線と、センスアンプSA2に接続するビット線を交互に配列してもよい。センスアンプSA1に接続するビット線をランダムリードする間は、センスアンプSA2に接続するビット線を0Vに接地することができるが、この場合センスアンプSA1に接続するビット線間距離は図18〜図21の場合の2倍になるので、ランダムリードの際にビット線間容量結合に起因する雑音を低減することができる。
【0134】
本発明を適用できるのはオープンビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLj(j=0,1,…,255)に接続するメモリセルアレイは図28のビット線BLjA(j=0,1,…,255)に接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0135】
(実施例3)
以下、(課題3)を解決する実施例を説明する。
【0136】
従来のメモリセルアレイでは、読み出し,書き込み時にロウデコーダ3であるワード線を選択すると、選択されたワード線とビット線が交差する所に配設されているメモリセルは全て選択される。従って、隣接するビット線に接続するメモリセルの一方を選択し、他方を非選択にすることはできない。
【0137】
上記(実施例1)、(実施例2)で説明しているように、本発明によればNANDブロックのソース側の選択MOSトランジスタとドレイン側の選択MOSトランジスタのしきい値を変え、更にソース側の選択ゲートとドレイン側の選択ゲートに印加する電圧を変えることによって、隣接するビット線の一方を選択し、他方のビット線を非選択にすることができる。その結果、読み出し,書き込み時のビット線へのプリチャージを省略することによって、プリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減することができる。
【0138】
そこで本実施例(実施例3)では、読み出し時にプリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減する実施例を説明する。また、書き込み時にプリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減する例は次の実施例(実施例4)で説明する。
【0139】
図32は、本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図である。図中の1はメモリ手段としてのメモリセルアレイであり、オープンビット線方式なので1A,1Bに2分割されている。本実施例では1ページを256ビットとする。2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ回路である。3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ、6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0140】
メモリセルアレイ1Aは図28と同様、メモリセルアレイ1Bは図29と同様である。但し、メモリセルアレイ1A、1Bに配設されている図28のビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)に接続するセンスアンプSA1は図22ではなく、図33である。同様にメモリセルアレイ1A,1Bに配設されている図29のビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)に接続するセンスアンプSA2は図23ではなく、図34である。図33、図34のセンスアンプSA1,SA2では図22、図23のセンスアンプSA1,SA2にビット線BLjA,BLjB間を制御信号φEQ1,φEQ2によってイコライズする(同電位にする)ためのトランジスタが付加されている。
【0141】
読み出し時に、ビット線間容量結合に起因する雑音を低減するために、ビット線を1本おきに基準電位に保つ(ビット線シールド)。この場合、書き込み動作はまず例えばビット線BLjA(j=0,1,…,127)につながるセルに対して行ってから、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するセルに対して書き込みを行う。ここでは、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に書き込まれたデータ(1ページ目のデータ)をまず読み、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に書き込まれたデータ(2ページ目のデータ)を読み出す場合を例にとって、本実施例を説明する。
【0142】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のデータを読み出す場合に、シールドするビット線BLjA(j=128,129,…,255)は基準電位(例えば1.5V)に保つ。従来のメモリセルアレイでは隣接するビット線が同時に選択されて放電するために、シールドするビット線は0Vしかできなかった。以下1ページ目のデータをビット線に読み出す時とビット線に読み出されたデータをセンスアンプでセンスする時、及び2ページ目のデータをビット線に読み出す場合に分けて、図35のタイミング図を用いて説明する。
【0143】
<ビット線への1ページ目のデータ読み出し時>
図28のメモリセルアレイでワード線WL00で選択され、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルを読み出す際には、まずビット線BLjA(j=0,1,…,127)を1.7Vに、ビット線BLjB(j=128,129,…,255)を1.5Vにプリチャージし、シールドするビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)は基準電位(例えば1.5V)にプリチャージする。
【0144】
ビット線プリチャージ後、制御ゲートWL00は0V、WL01〜WL07は3V、選択ゲートSGS0は1.5V、SGD0は3Vにする。この場合、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のソース側の選択MOSトランジスタはオンするが、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)のソース側の選択MOSトランジスタはオフする。従って、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)はワード線WL00により選択されるメモリセルのデータが”1”ならば放電するが、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は放電しない。
【0145】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が放電することによって、ビット線間容量結合でビット線BLjA(j=128,129,…,255)の電位が基準電位から落ちるが、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が放電している間に、例えばVA2,VB2を基準電位1.5V、制御信号φPA2,φPB2を3Vにすることによって、ビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)を1.5Vにプリチャージしつづければ、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)を基準電位に保つことができる。
【0146】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)にセルデータが読み出された後、制御信号φPA2,φPB2が0Vになり、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)、及びビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)はフローティングになる。
【0147】
ビット線へのセルデータの読み出し時には、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)間は制御信号φEQ2を3Vにすることによってイコライズしてもよいし、シールドするビット線BLjAとBLjB(j=128,129,…,255)を接続せずに(イコライズせずに)独立に基準電位1.5Vにプリチャージしてもよい。
【0148】
<ビット線に読み出された1ページ目のデータを増幅、センスする時>
ワード線WL00によって選択されたメモリセルのデータを反映して、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位が決定した後、ビット線の電位を(実施例2)で説明しているのと同様に、差動式にセンスする。その際、シールドするビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)はフローティング状態であるが、制御信号φEQ2を3Vに保つことによってイコライズされて同電位(1.5V)になっている。差動的にセンスすることによって、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に読み出したセルデータが”0”ならばビット線BLjAは3Vになり、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)は0Vになる。
【0149】
従って、図36(a)のように、センスによってシールドするビット線BLjA(j=128,129,…,255)は、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)との間の容量結合でδだけ基準電位から電位が持ち上がる。一方、シールドするビット線BLjB(j=128,129,…,255)は、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)との間の容量結合で−δだけ基準電位から電位が下がる。しかし、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)間はイコライズされているのでビット線BLjAにかかるビット線容量結合ノイズδと、ビット線BLjBにかかるビット線容量結合ノイズ−δが打ち消し合い、その結果シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)は基準電位1.5Vに保たれる。
【0150】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に読み出されたデータが”1”である場合も同様に、図36(b)のように、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)、BLjB(j=0,1,…,127)間をつなげる(イコライズする)ことによって、シールドされるビット線は基準電位を保つことができる。
【0151】
<2ページ目のデータを読み出す時>
以上で説明したように、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを読み出した後では、ビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)は既に1.5Vにプリチャージされている。また、最初に読み出されたビット線BLjA(j=0,1,…,127)、及びビット線BLjB(j=0,1,…,127)はセンス動作後、一方が0V、他方が3Vになっているので、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するデータを読み出す場合には、φEQ1を3Vにすれば(φE1を3Vにしてもよい)、プリチャージすることなくシールドするビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)を基準電位1.5Vにすることができる。
【0152】
従って、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを1ページ分読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するメモリセルのデータを読み出す場合には、2回目のプリチャージは読み出すビット線BLjA(128,129,…,255)を1.5Vから1.7Vにするだけでよい。
【0153】
このようにビット線シールドを用いて読み出しを行う場合、本発明のメモリセルアレイ及びセンスアンプを適用すると、シールドするビット線を0V以外の基準電位に設定することができる。その結果、複数ページにわたるデータを読み出す際に、プリチャージを短縮することができ、読み出しを高速化し、消費電力を低減することができる。
【0154】
本実施例ではビット線BLjA,BLjB間を制御信号φEQ1,φEQ2によってイコライズしているが、制御信号φE1,φE2によってイコライズしてもよい。図33、図34では制御信号φE1(φE2)で選択される2つのトランジスタのソースとドレインが接続するノードがVcc/2電位(例えば1.5V)で固定されている。セルデータのビット線への読み出し時は、図33、図34のままでよいが、ビット線のセンス時は、シールドするビット線をフローティングにするので、このノードに接続する端子をフローティング状態にする必要がある。
【0155】
本実施例では、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するメモリセルのデータを読み出す場合を例にとったが、読み出すビット線は任意性を有する。センスアンプSA1に接続するビット線を読み出す後に、センスアンプSA2に接続するビット線を読み出す場合ならばどのようなビット線でもよい。また、センスアンプSA2に接続するビット線を読み出した後に、センスアンプSA1に接続するビット線を読み出す場合でもよい。
【0156】
本発明は、複数のビット線を1つのセンスアンプで共有したいわゆる共有センスアンプ方式でも有効である。この共有センスアンプ方式を採用した場合のメモリセルアレイを図37、図38に示した。図39はセンスアンプSA3の具体的構成を示す図である。ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続され、ワード線WL00で選択されるメモリセルのデータを読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)につながりワード線WL00で選択されるメモリセルのデータを読み出す場合のタイミング図は図40である。読み出し動作は、ビット線1本につきセンスアンプを1個有する上記実施例とほぼ同様である。
【0157】
本発明を適用できるのはオープビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLjに接続するメモリセルアレイは、図28のビット線BLjAに接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0158】
また、本実施例ではビット線にセルのデータを読み出した後、読み出したビット線の電位をセンスする際には、シールドする2本のビット線間を接続して(イコライズして)基準電位に保っていた。ビット線の電位をセンスする際には、シールドする2本のビット線をイコライズせずに、基準電位を与える端子と接続したままでもよい。例えば、図23或いは図33のセンスアンプに接続するビット線をシールドする(基準電位に保つ)場合には、φPA1,φPB1を3V、TG1,TG2を0V、VA1,VB1を基準電位(例えば1.5V)に保てばよい。
【0159】
(実施例4)
(実施例3)から引き続き、以下に(課題3)を解決するための実施例を説明する。
【0160】
本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図は、(実施例3)と同様に図32である。メモリセルアレイも(実施例3)と同様である。即ち、メモリセルアレイ1Aは図28と同様、メモリセルアレイ1Bは図29と同様である。但し、メモリセルアレイ1A,1Bでビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)に接続するセンスアンプSA1は図22でも図33でもよい。同様にメモリセルアレイ1A,1Bでビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)に接続するセンスアンプSA2は図23でも図34でもよい。
【0161】
ビット線間容量結合を減らすために読み出し時にビット線を1本おきに基準電位に保つビット線シールド方式を行った場合、(実施例3)で記したように書き込み動作は例えばビット線BLjA(j=0,1,…,127)につながるセルに対して行ってから、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するセルに書き込みを行う。書き込み動作はまず書き込みを行ってから次に、書き込みが十分行われたかを調べるベリファイリードを行う。そして十分に書き込まれたセルには追加書き込みを行わず、書き込み不十分のセルにのみ追加書き込みを行う。ここでは、図28のメモリセルアレイ1Aのビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続し、ワード線WL00で選択されるメモリセルを書き込む場合を例にとって本実施例を説明する。
【0162】
図41は、データ入出力バッファ7からセンスアンプ2への書き込みデータのデータロード動作を除く、書き込み/書き込みベリファイリード動作を示している。書き込みに先だって、メモリセルアレイは制御ゲートを全て0Vとしメモリセルが形成されるp基板(又はp型ウエルとn基板)を高電圧Vpp(20V程度)として一括してデータ消去される。書き込みデータがデータ入出力バッファ7から入出力線I/O、I/O’を介してCMOSフリップフロップFFにラッチされた後、まず制御信号φPA1,φPA2,φPB1,φPB2が3Vになり、全てのビット線がリセットされる。
【0163】
この後、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)とセンスアンプを接続するトランスファゲート制御信号TGA1,VSWが中間電位(10V程度)になると、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)はデータに応じて”1”の時には中間電位、”0”の時には0Vとなる。ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は書き込みを行わないので、端子VA2から中間電位に充電される。そして、ロウデコーダ3によりワード線WL00が選択された時には、WL00がVpp、WL01〜WL07、SGD0が中間電位、SGS0が0Vになる。
【0164】
一定時間(〜20μs)の後に、制御ゲート,選択ゲートが0Vにリセットされた後、トランスファゲート制御信号TGA1は0Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)とセンスアンプが切り離される。その後、制御信号φPA1が3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)は0Vにリセットされる。VSWも3Vになる。なお、この間もビット線BLjA(j=128,129,…,255)は中間電位にプリチャージされたままである。
【0165】
次に、ベリファイリード動作となる。まず、φPA1,φPB1が3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が1.7Vに、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)が1.5Vに充電され、その後φPA1,φPB1が0Vになり、ビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)はフローティング状態になる。次に、制御ゲートWL00に例えば0.5Vを印加し、ワード線WL01〜WL07は3V、選択ゲートSGS0は1.5V、SGD0は3Vにする。通常の読み出しでは、メモリセルのしきい値が0V以上であれば”0”と読まれるが、ベリファイリードでは0.5V以上でないと、”0”と読まれない。
【0166】
ビット線放電後、ベリファイ信号φAVが3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が”1”書き込みした場合には、3V近くに充電される。ここで、ベリファイ信号によって行われるプリチャージの電圧レベルはビット線BLjB(j=0,1,…,127)のプリチャージ電圧1.5V以上であればよい。その後、イコライズ信号φEが3Vになり、センスアンプがリセットされる。そして、トランスファゲート制御信号TGA1,TGB1が3Vになって、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のデータが読み出される。読み出されたデータはセンスアンプにラッチされ、次の再書き込みのデータとなる。
【0167】
ベリファイリードの間、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は放電されず、中間電位を保つのでビット線BLjA(j=0,1,…,127)のベリファイリード時にはシールド線となってビット線間結合容量雑音を低減させる。
【0168】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)を再書き込みする時にはビット線BLjA(j=128,129,…,255)は既に中間電位にプリチャージされているので再び充電する必要はなく、充電時間を省略できる。また、中間電位を充電する昇圧回路は、昇圧しはじめる際に電力を多く消費するので、本実施例によれば書き込み時の消費電力を減少できる。
【0169】
本実施例ではベリファイリード時、非選択ビット線BLjA(j=128,129,…,255)を中間電位に充電し続けているが、例えばφPA2を0Vにすることによって非選択ビット線を中間電位でフローティング状態にしてもよい。
【0170】
本実施例も複数のビット線を1つのセンスアンプで共有したいわゆる共有センスアンプ方式でも有効である。図37、図38は共有センスアンプ方式を採用した場合のメモリセルアレイである。共有センスアンプ方式を採用した場合のNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図も(実施例3)と同様に図32である。共有センスアンプ方式を採用した場合のセンスアンプSA3が図39である。共有センスアンプ方式を採用した場合のタイミング図は図41とほぼ同じである。
【0171】
本発明を適用できるのはオープビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLjに接続するメモリセルアレイは、図28のビット線BLjAに接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0172】
本発明は、図42のようなフォールディッド・ビット線方式にも適用できる。センスアンプに接続する2本のビット線のうちの1本(例えば図42のBL0)につながるメモリセルに書き込みを行っている間、他方のビット線BL1はトランスファゲート制御信号TG2を0Vにし、端子VBから中間電位(10V程度)に充電しつづければよい。書き込みを行ったビット線BL0につながるメモリセルの、ベリファイリードを行っている間はビット線BL1は中間電位に保つので、ビット線BL0につながるメモリセルのベリファイリードは差動的に行えない。
【0173】
しかし、例えば通常の読み出しは(実施例1)で説明したようにフォールディッド・ビット線方式で差動的に行い、ベリファイリード時には[従来の技術]の項でも述べたようにシングルエンド型、つまりセンスアンプのフリップフロップを構成する2個のインバータの一方を不活性にし、図30のようにビット線の電位がインバータの回路しきい値よりも大きいか否かによって読み出したデータが”0”であるか”1”であるかを判定してもよい。
【0174】
(実施例5)
本実施例では、書き込みのベリファイ読み出し時、及び通常の読み出し時にロウデコーダ3で選択される1ブロックのなかで、半分のメモリセルユニットのドレイン側の選択MOSトランジスタにSGD0が印加され、ソース側の選択MOSトランジスタにSGS0が印加される場合に、残りの半分のメモリセルユニットではドレイン側の選択MOSトランジスタにSGS0が印加され、ソース側の選択MOSトランジスタにはSGD0が印加される。
【0175】
選択ゲートに電圧を印加する方法としては、例えば図43のように、ビット線BL0〜BL127に接続するメモリセルの選択ゲートに印加する信号と、ビット線BL128〜BL255に接続するメモリセルの選択ゲートに印加する信号を別に配設すればよい。また、図44のように、メモリセルアレイの中間でソース側の選択ゲートとドレイン側の選択ゲートを入れ換えてもよい。
【0176】
図43、図44のようにすれば、例えばワード線WL00によって選択するメモリセルを読み出す場合に、選択ゲートSGS0を3V、SGD0を1.5Vとすればビット線BLj(j;偶数)に接続するメモリセルが読み出される。この場合、読み出されない非選択ビット線BLj(j;奇数)のうち、非選択ビット線BLj(j=1,3,5,…,125,127)はソース側の選択MOSトランジスタがオフし、非選択ビット線BLj(j=129,131,133,…,253,255)はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフする。つまり、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。
【0177】
一方、図43、図44でビット線BLj(j;奇数)に接続するメモリセルを読み出す場合には、選択ゲートSGS0を1.5V、SGD0を3Vとすればよい。この場合、読み出されない非選択ビット線BLj(j;偶数)のうち、非選択ビット線BLj(j=0,2,4,…,124,126)はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフし、非選択ビット線BLj(j=128,130,132,…,252,254)はソース側の選択MOSトランジスタがオフする。つまり、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。
【0178】
このように読み出し時に、奇数番目のビット線を読み出す場合も偶数番目のビット線を読み出す場合でも、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。従って、奇数番目のビット線を読み出す場合も偶数番目のビット線を読み出す場合も、非選択ビット線全体の容量は同じであり、ビット線BLj(j;奇数)を読み出す場合もビット線BLj(j;偶数)を読み出す場合もプリチャージ時間、及び読み出し時間を同じにすることができる。
【0179】
ここでは読み出しの場合について説明したが、書き込み後のベリファイリードの場合でも奇数番目のビット線を読み出す場合と偶数番目のビット線を読み出す場合で、ビット線全体の容量が等しくなる。
【0180】
なお、図43、図44ではフォールディッド・ビット線方式を例にとっているが、(実施例1)〜(実施例4)で説明したオープンビット線方式でもよいし、シングルエンド方式でもよい。また、複数のビット線を1つのセンスアンプが共有したいわゆる共有センスアンプ方式でもよい。
【0181】
(実施例6)
次に、別の実施例を説明する。この実施例は、基本的には第1の実施例と同様であり、第1の実施例と異なる点は選択MOSトランジスタのタイプを変えたことである。
【0182】
図45は、本実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図である。前記図2とは、I−typeの選択MOSトランジスタの一部をD−typeにした点が異なっている。
【0183】
図45では、高いしきい値Vt1(例えば2V)を持つ選択MOSトランジスタをE−type、低いしきい値Vt2,Vt3(例えば0.5V,−1V)(Vt1>Vt2>Vt3)を持つ選択MOSトランジスタをI−type,D−typeと記している。選択ゲートに印加する電圧はI−typeトランジスタ、D−type,E−typeトランジスタすべてがオンする電圧Vsgh(例えば3V)(Vsgh>Vt1,Vt2,Vt3)、及びI−typeトランジスタはオンするが、E−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl1(例えば1.5V)(Vt1>Vsgl1>Vt2)、及びD−typeトランジスタはオンするが、E−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl2(例えば0V)(Vt1>Vsgl2>Vt3)である。
【0184】
図45を用いて、選択ゲートの電圧の印加方法を具体的に説明する。例えば、メモリセルMC000のデータを読み出す場合には、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVcc(例えば3V)にする。そして、ソース側の選択ゲートSGS0はVsgh、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsgl1にする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ソース側の選択MOSトランジスタSTS00,STS10は共にオンする。一方、ビット線BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00はオンするが、ビット線/BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD10はオフするので、ビット線BL0は放電するが、ビット線/BL0は放電しない。
【0185】
一方、メモリセルMC100のデータを読み出す場合も、メモリセルMC000を読み出すときと同様に、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVccにする。ソース側の選択ゲートSGS0はVsgl2、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsghにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00,STD10は共にオンする。ソース側の選択MOSトランジスタSTS10はオンするのでビット線/BL0は放電するが、選択MOSトランジスタSTS00はオフするのでビット線BL0は放電しない。
【0186】
本発明は、ビット線対BLj,/BLjにつながる選択MOSトランジスタで、同じ選択ゲートSGS,SGDによって制御される選択MOSトランジスタ(例えば図45のSTD00とSTD10、STS00とSTS10、STD01とSTD11、STS01とSTS11)のしきい値に差を付ければよく、しきい値の設定の仕方は任意性を有する。図45ではビット線BLjにつながるセルのドレイン側の選択MOSトランジスタは全てI−typeで、ソース側の選択MOSトランジスタはE−typeだが、例えばビット線コンタクトを共有する2つのNANDブロックで、ドレイン側の選択MOSトランジスタの一方をI−type、他方をE−typeとしてもよい。
【0187】
本発明では、1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタの中で、導通状態のものと、非導通状態のものが生じさせることができ、またそのような選択ゲートを2本用意することにより、同一選択ゲートを有するメモリセル内で選択状態のメモリセルと、非選択状態のメモリセルを容易に実現できることを利用している。
【0188】
図46のようにドレイン側に接続する選択MOSトランジスタをE−type又はD−type、そしてソース側に接続する選択MOSトランジスタをE−type又はI−typeにしてもよい。この場合、メモリセルユニット2内のメモリセル(例えばMC000)を選択する場合には、SGS0をVsgh(例えば3V)、SGD0をVsgl2(例えば0V)、SGD1,SGS1を0Vにすればよい。メモリセルユニット1内のメモリセル(例えばMC100)を選択する場合には、SGS0をVsgl1(例えば1.5V)、SGD0をVsgh(例えば3V)、SGS1,SGD1を0Vにすればよい。
【0189】
VsghをVccよりも大きくすれば、選択MOSトランジスタのコンダクタンスの増加(つまり抵抗の減少)につながり、読み出しの際にNANDセル列を流れる電流が増加するので、ビット線放電時間が短くなり、その結果読み出し、書き込みのベリファイ読み出しが高速化される。Vsghは例えばチップ内の昇圧回路でVccから昇圧すればよい。
【0190】
またI−type選択MOSトランジスタとD−type選択MOSトランジスタのしきい値は、共に負のしきい値(例えば−1Vと−2V)であってもよい。
【0191】
選択ゲートのしきい値のうち大きい方の値Vt1も電源電圧Vcc以上の電圧(例えば3.5V)に設定してもよい。この場合、読み出しやベリファイ読み出し時にVt1のしきい値を持つ選択MOSトランジスタをオンするためには、例えばチップ内部の昇圧回路を用いて選択ゲートに例えば4Vを印加すればよい。
【0192】
ここで、図47のタイミング図を用いて図48のビット線BL1に接続されているメモリセルMC000を読み出す場合の動作を説明する。センスアンプは制御信号SAN,SAPで制御されるCMOSフリップフロップで形成されている。
【0193】
まず、制御信号φA,φBがVssになってCMOSフリップフロップFFとビット線BL0,BL1が切り離される。次いで、プリチャージ信号φpA,φpBがVssからVccになり(時刻t0)、ビット線BL1がVB(例えば1.7V)にダミービット線BL0がVA(例えば1.5V)にプリチャージされる(時刻t1)。プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BL0,BL1はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)、制御ゲートに所望の電圧が印加される(時刻t2)。
【0194】
図48のメモリセルMC000を読み出す場合には、WL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は1.5Vとなる。メモリセルMC000に書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルMC000のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BL1の電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BL1の電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGS0が1.5Vなので、選択ゲートトランジスタSTS10はオフになり、メモリセルMC100に書き込まれているデータに拘らずビット線BL0は放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0195】
その後、時刻t3にSAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、時刻t4にφEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされてノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。時刻t5にφA,φBが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後(時刻t6)、SANが0Vから3Vになりビット線BL0,BL1の電位差が増幅される。その後、時刻t7にSAPが3Vから0Vになりデータがラッチされる。つまり、メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ノードN1が3V、ノードN2が0Vになり、MC000に”1”が書き込まれていれば、ノードN1が0V、ノードN2が3Vになる。その後、カラム選択信号CSL1が0Vから3Vとなると、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O′に出力される(時刻t8)。
【0196】
読み出し動作のタイミングは任意性を有する。例えば時刻t5にビット線とセンスアンプを接続するトランスファゲートをオンにしてビット線BL1,BL2の電位をノードN1,N2に転送した後、トランスファゲートをオフしてもよい。従って、ビット線対がセンスアンプから切り離されることによりセンスアンプの負荷容量が減ったため、センス及びデータラッチ時にノードN1,N2の電位は急速に決定されることになる。
【0197】
また、センスアンプのセンス動作時にまずSANを0Vから3VにしてCMOSフリップフロップFFのNチャネルトランジスタをオンにしてから後に、SAPを3Vから0VにしてCMOSフリップフロップFFのPチャネルトランジスタをオンにしているが、SANを0Vから3Vにするのと同時にSAPを3Vから0Vにしてもよい。
【0198】
また、上記の実施例では読み出すメモリセルが接続されているビット線を放電している間に、センスアンプにつながるビット線対のうちの他方のダミービット線(例えば図48のメモリセルMC000を読み出す場合にはビット線BL0、メモリセルMC100を読み出す場合にはビット線BL1)はフローティング状態である。しかし、ビット線BL1がプリチャージされ、その後メモリセルMC000のデータを読み出している間も、プリチャージ制御信号φpAを3Vに保つことによってレファレンスとなるダミービット線BL0をレファレンス電位1.5Vに固定することもできる。
【0199】
このようにダミービット線をレファレンス電位に保つことによって、ビット線放電時の隣接ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。また、上記読み出しの場合と同様に書き込み後のベリファイリード時にはビット線はセルに書き込んだデータに従って充放電を行うが、読み出さないダミービット線をレファレンス電位に保てば、ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。
【0200】
<書き込み>
本実施例の書き込み動作、例えば図48のメモリセルMC000に書き込みを行う場合の書き込み手順を以下で説明する。
【0201】
選択ゲートSGD0、制御ゲートWL01〜WL07を中間電位Vm(10V程度)、WL00をVpp(20V程度)にし、ビット線BL0をVAからVm8(8V程度)に充電する。メモリセルMC000に”1”を書き込みする場合には、フリップフロップFFからVm8、”0”書き込みする場合には0Vをビット線BL1に印加する。そうすると、書き込まないメモリセルMC100、及び”1”書き込みを行う場合のメモリセルMC000の浮遊ゲートには電子が注入されず、”0”書き込みを行うメモリセルMC000の浮遊ゲートにはチャネルから電子が注入される。
【0202】
書き込み終了後、制御ゲート、選択ゲート、ビット線が順次放電されて書き込み動作は終了する。
【0203】
図45のようなメモリセルアレイのMC000に書き込みを行う際には、選択ゲートSGS0にはD−type選択MOSトランジスタSTS10がオフする電圧(例えば−3V)を印加してもよい。
【0204】
書き込み終了後は書き込みが十分に行われたかを調べる書き込みベリファイ動作が行われる。
【0205】
まず、φA,φBがVcc、プリチャージ信号φpB,φpAがVccになり、ビット線BL1が例えば1.7Vに(ダミー)ビット線BL0が例えば1.5Vにプリチャージされる。
【0206】
プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BL1,BL0はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から選択ゲート、制御ゲートに所望の電圧が印加される。制御ゲートWL00がベリファイ電圧(例えば0.5V)、WL01〜WL07はVcc(例えば3V)、SGS0は1.5V、SGD0は3Vとなる。メモリセルMC000に”0”書き込みが十分の場合はメモリセルのしきい値電圧が正なのでセル電流は流れず、ビット線BL1の電位は1.7Vのままである。”1”書き込み又は”0”書き込み不十分の場合は、セル電流が流れてビット線BL1の電位は下がり、1.5V以下になる。ダミービット線BL0はこの間、フローティングにしてもよいし、φpAをVccにすることにより1.5Vに固定していても良い。ダミービット線を定電圧に保てば、ビット線放電時のビット線間容量結合ノイズを著しく低減できる。
【0207】
ビット線放電後、ベリファイ信号φBVが3Vになり、メモリセルMC000に書き込まれるデータが”1”の場合にはビット線BL1は3V近くに充電される。ここで、ベリファイ信号によって行われる充電の電圧レベルはダミービット線BL0のプリチャージ電圧1.5V以上であればよい。
【0208】
その後、SAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、φEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされてノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。その後、φA,φBが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SANが0Vから3V、SAPが3Vから0Vになり、ビット線BL1とダミービット線BL0の電位差が増幅され、再書き込みのデータがセンスアンプがラッチされる。
【0209】
このように本実施例によれば、選択MOSトランジスタのしきい値と選択ゲートに印加する電圧を変えることにより、第1の実施例と同様に、チップ面積を増加させることなくフォールディッド・ビット線方式を実現でき、高速なランダムリードが可能になる。しきい値を変える方法としては、第1の実施例で説明した各種の方法を採用することができる。
【0210】
【発明の効果】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【0211】
(実施例1)
以下、(課題1)を解決する実施例を説明する。
【0212】
図1は、本発明の第1の実施例に係わるNANDセル型EEPROMの全体構成を示すブロック図である。図中の1はメモリセルアレイ、2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ兼ラッチ回路、3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ、6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0213】
図2は、メモリセルアレイの構成を示す図であり、BL,/BLはビット線、WLはワード線、STDはNANDセルのドレイン側につながる第1の選択MOSトランジスタ、STSはNANDセルのソース側につながる第2の選択MOSトランジスタ、SGDは選択MOSトランジスタSTDを駆動するための選択ゲート、SGSは選択MOSトランジスタSTSを駆動するための選択ゲート、SAはセンスアンプ、TGはセンスアンプSAとビット線BLをつなぐためのゲートを駆動する制御信号を示している。
【0214】
センスアンプSAは、図2のように隣接するビット線対BLj,/BLjを入力としている。これはDRAMで用いられているフォールディッド・ビット線方式である。フォールディッド・ビット線方式を実現するためには、ビット線対の一方のビット線が放電する際に、他方のビット線が放電しないようにしなければならない。これを同じ選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタ(例えば図2のSTS00とSTS10、STD00とSTD10)のしきい値に差を設け、さらにドレイン側の選択ゲートとソース側の選択ゲートに異なる電圧を印加することによって実現する。
【0215】
図2では、高いしきい値Vt1(例えば2V)を持つ選択MOSトランジスタをE−type、低いしきい値Vt2(例えば0.5V)(Vt1>Vt2)を持つ選択MOSトランジスタをI−typeと記している。2種類の選択MOSトランジスタのゲート(選択ゲート)に印加する電圧は、I−typeトランジスタもE−typeトランジスタも両方オンする電圧Vsgh(例えば3V)(Vsgh>Vt1、Vt2)と、I−typeトランジスタはオンするがE−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl(例えば1.5V)(Vt1>Vsgl>Vt2)である。
【0216】
ここで、メモリセルは半導体基板上に浮遊ゲート(電荷蓄積層)と制御ゲートを積層した電気的書き替え可能な不揮発性メモリセルであり、このメモリセルを複数個直列接続してNANDセル(不揮発性メモリ部)が構成されている。そして、NANDセルにI−typeのSTSとE−typeのSTDが接続されて第1のメモリセルユニットが構成され、NANDセルにE−typeのSTSとI−typeのSTDが接続されて第2のメモリセルユニットが構成され、第1及び第2のメモリセルユニットが交互に配置されている。そして、ワード線を共有する複数の第1及び第2のメモリセルユニットからサブアレイが構成されている。
【0217】
図2を用いて、選択ゲートの電圧の印加方法を具体的に説明する。例えば、メモリセルMC000のデータを読み出す場合には、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVcc(例えば3V)にする。そして、ソース側の選択ゲートSGS0はVsgh、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsglにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ソース側の選択MOSトランジスタSTS00、STS10は共にオンする。一方、ビット線BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00はオンするが、ビット線/BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD10はオフするので、メモリセルMC000のデータが”1”ならばビット線BL0は放電するが、メモリセルMC100のデータにかかわらずビット線/BL0は放電しない。
【0218】
一方、メモリセルMC100のデータを読み出す場合も、メモリセルMC000を読み出すときと同様に、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVccにする。ソース側の選択ゲートSGS0はVsgl、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsghにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00,STD10は共にオンする。ソース側の選択MOSトランジスタSTS10はオンするのでビット線/BL0はメモリセルMC100のデータが”1”ならば放電するが、選択MOSトランジスタSTS00はオフするのでビット線BL0は放電しない。
【0219】
本発明は、ビット線対BLj,/BLjにつながる選択MOSトランジスタで、同じ選択ゲートSGS,SGDによって制御される選択MOSトランジスタ(例えば図2のSTD00とSTD10、STS00とSTS10、STD01とSTD11、STS01とSTS11)のしきい値に差を付ければよく、しきい値の設定の仕方は任意性を有する。例えば図3のように、ビット線BLjの選択MOSトランジスタSTD00をE−type、STS00をI−type、ビット線/BLjの選択MOSトランジスタSTD10をI−type、STS10をE−typeとしてもよい。
【0220】
また、図2ではビット線BLjにつながるセルのドレイン側の選択MOSトランジスタは全てI−typeで、ソース側の選択MOSトランジスタはE−typeだが、例えば図4のように、ビット線コンタクトを共有する2つのNANDブロックで、ドレイン側の選択MOSトランジスタの一方をI−type、他方をE−typeとしてもよい。また、図2〜図4では交互に配設されているビット線BLjが同時に選択されて読み出されるが、例えば図5のように選択MOSトランジスタのしきい値を設定して、ビット線BL0が選択される時にはビット線/BL1が選択されるようにしてもよい。
【0221】
本発明では、この(実施例1)だけでなく後述する(実施例5)までの全ての実施例において、1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタの中で、導通状態のものと、非導通状態のものが生じさせることができ、またそのような選択ゲートを2本用意することにより、同一選択ゲートを有するメモリセル内で選択状態のメモリセルと、非選択状態のメモリセルを容易に実現できることを利用している。
【0222】
従って、選択MOSトランジスタのしきい値や選択ゲートに印加する電圧は任意性を有する。ドレイン側の選択MOSトランジスタがVtd1,Vtd2(Vtd1>Vtd2)の2種類のしきい値を持ち、ドレイン側の選択ゲートに印加する電圧がVsghd(Vsghd>Vtd1)、Vsgld(Vtd1>Vsgld>Vtd2)の2種類であり、ソース側の選択MOSトランジスタはVts1,Vts2(Vts1>Vts2)の2種類のしきい値を持ち、ソース側の選択ゲートに印加する電圧はVsghs(Vsghs>Vts1),Vsgls(Vts1>Vsgls>Vts2)の2種類であればよく、上記実施例のようにVtd1=Vts1,Vtd2=Vts2,Vsghd=Vsghs,Vsgld=Vsglsでなくてもよい。
【0223】
例えば、ドレイン側の選択MOSトランジスタのしきい値を2Vと0.5Vの2種類とし、ソース側の選択MOSトランジスタのしきい値を2.5Vと1Vの2種類として、ドレイン側の選択ゲートに印加する電圧をVsgh=3V,Vsgl=1.5V、ソース側の選択ゲートに印加する電圧をVsgh=3V,Vsgl=1.2Vとしてもよい。
【0224】
VsghをVccよりも大きくすれば、選択MOSトランジスタのコンダクタンスの増加(つまり抵抗の減少)につながり、読み出しの際にNANDセル列を流れるセル電流が増加するので、ビット線放電時間が短くなりその結果、読み出し,書き込みのベリファイ読み出しが高速化される。Vsghは例えばチップ内の昇圧回路でVccから昇圧すればよい。
【0225】
1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタを全て導通状態にする、選択ゲートの電圧Vsghは電源電圧Vcc以下が望ましい。VsghがVccよりも大きい場合には、チップ内で昇圧回路が必要になるのでチップ面積の増加につながる。
【0226】
また、選択MOSトランジスタの小さい方のしきい値Vt2は、負のしきい値(例えば−1V)であってもよい。書き込み時に、書き込むセルがつながっているビット線には0Vを印加し、書き込まないセルがつながっているビット線には中間電位(10V程度)を印加するが、この2つのビット線間にソース線を通じて電流が流れないようにソース側の選択ゲートはオフにしなければならない。従って、Vt2を−1V程度の負のしきい値に設定した場合、書き込み時にソース側の選択ゲートには負のしきい値の選択ゲートがオフする負電圧(例えば−1.5V)を印加すればよい。
【0227】
選択ゲートのしきい値のうち大きい方の値Vt1は、電源電圧Vcc以上の電圧(例えば3.5V)に設定してもよい。この場合、読み出しやベリファイ読み出し時にVt1のしきい値を持つ選択MOSトランジスタをオンするためには、例えばチップ内部の昇圧回路を用いて選択ゲートに例えば4Vを印加すればよい。
【0228】
ここで、図8のタイミング図を用いて、図6のビット線BLjに接続されているメモリセルMC000を読み出す場合の動作を説明する。センスアンプは制御信号SAN,SAPで制御されるCMOSフリップフロップで形成されている。
【0229】
まず、制御信号TGがVcc(例えば3V)からVssになって、CMOSフリップフロップFFとビット線BLj,/BLjが切り離される。次いで、プリチャージ信号φpA,φpBがVssからVccになり(時刻t0)、ビット線BLjがVA(例えば1.7V)に、ビット線/BLjがVB(例えば1.5V)にプリチャージされる(時刻t1)。プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BLj,/BLjはフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)、選択ゲートに所望の電圧が印加される(時刻t2)。
【0230】
図6のメモリセルMC000を読み出す場合には、WL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V(Vsgh)、SGS0は1.5V(Vsgl)となる。メモリセルMC000に書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルMC000のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjの電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGS0が1.5Vなので、選択トランジスタSTS10はオフになり、メモリセルMC100に書き込まれているデータに拘らずビット線/BLjは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0231】
その後、時刻t3にSAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、時刻t4にφEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされて、ノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。時刻t5にTGが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後(時刻t6)、SANが0Vから3Vになりビット線BLj,/BLjの電位差が増幅される。その後、時刻t7にSAPが3Vから0Vになりデータがラッチされる。
【0232】
つまり、メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ノードN1が3V,ノードN2が0Vとなる。MC000に”1”が書き込まれていれば、ノードN1が0V、ノードN2が3Vになる。その後、カラム選択信号CSLjが0Vから3Vとなると、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O’に出力される(時刻t8)。
【0233】
次に、図6のビット線/BLjに接続されるメモリセルMC100を読み出す場合のタイミング図を図10に示した。この場合、ビット線BLjに1.5V、ビット線/BLjに1.7Vプリチャージする(時刻t1)。セルデータのビット線への読み出し時にロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)に印加される電圧はメモリセルMC000を読み出す場合と同様だが、選択ゲートに印加される電圧はSGD0は1.5V、SGS0は3Vである(時刻t2)。
【0234】
メモリセルMC100に書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルMC100のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線/BLjの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線/BLjの電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGD0が1.5Vなので、選択MOSトランジスタSTD00はオフになり、メモリセルMC000に書き込まれているデータに拘らずビット線BLjは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。その後、メモリセルMC000を読み出しする場合と同様にビット線/BLjに読み出されたデータがセンスアンプでセンス及びラッチされ、そしてI/O,I/O’に出力される。
【0235】
読み出し動作のタイミングは任意性を有する。例えば、時刻t5に図9のようにビット線とセンスアンプを接続するトランスファゲートをオンにしてビット線BLj,/BLjの電位をノードN1,N2に転送した後、トランスファゲートをオフにしてもよい。従って、ビット線対がセンスアンプから切り離されることによりセンスアンプの負荷容量が減ったため、センス及びデータラッチ時にノードN1、N2の電位は急速に決定されることになる。
【0236】
図8〜図10のタイミング図では、センスアンプのセンス動作時にまずSANを0Vから3VにしてCMOSフリップフロップFFのNチャネルトランジスタをオンにしてから後に、SAPを3Vから0VにしてCMOSフリップフロップFFのPチャネルトランジスタをオンにしているが、SANを0Vから3Vにするのとほぼ同時にSAPを3Vから0Vにしてもよい。
【0237】
ビット線BLjに接続するセルのデータをセンスアンプでセンス及びラッチした時には、ビット線BLj,/BLjの電位は一方が0V、他方がVcc(例えば3V)になっている。ビット線BLjのセルデータをセンスアンプからI/O,I/O’に出力後、φEを3Vにすれば、ビット線BLj,/BLj間がつながり(イコライズ)、プリチャージすることなくビット線BLj,/BLjが1.5Vになる。その後、例えばビット線/BLjを読み出す場合にはφPBを3V、VBを1.7Vにすることにより、ビット線/BLjを1.7Vにプリチャージすればよい。このようにビット線BLjをセンス後、ビット線BLj,/BLj間をつなぐことによって、次の読み出しのプリチャージ時間を短時間にし、さらにプリチャージに要する消費電力を低減できる。
【0238】
また、図7のようにセンスアンプに書き込み後にベリファイを行う回路を付加してもよい。
【0239】
ビット線対に異なった電位をプリチャージする方法は、図6に示したように周辺回路から電位VA,VBを転送する方法の他に、例えば図11のようにダミーセルを設けてもよい。この場合、ビット線BLj,/BLjを同電位VPRにプリチャージする。ダミーセルで流れる電流はセルの最悪の読み出し電流よりも小さくしておく。これには、直列接続するダミーNAND型セルをデプレッション型トランジスタにし、チャネル長Lを大きく、チャネル幅Wを小さくしておくなど方法などがある。
【0240】
ダミー選択MOSトランジスタのしきい値を図11のように設定すれば、ビット線BLjに接続するメモリーセルのデータをビット線BLjに読み出す場合には、ビット線/BLjはダミーセルを通じて放電され、ビット線/BLjに接続するメモリーセルのデータを読み出す場合には、ビット線BLjがダミーセルを通じて放電される。
【0241】
メモリセルMC000を読み出す場合を例にとって本実施例の動作を説明する。まず、プリチャージ制御信号PREが3Vになり、ビット線BLj、/BLjがプリチャージ電位VPR(例えば1.7V)にプリチャージされる。その後、メモリセルの制御ゲート線,選択ゲートが選択され、ダミーワード線DWLには0V、ダミー選択ゲートDSGS,DSGDには選択MOSトランジスタの選択ゲートSGS,SGDに印加する電圧とほぼ同じ電圧が印加される。
【0242】
メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ビット線BLjは放電せずプリチャージ電位1.7Vを保つ。MC000に”1”が書き込まれていれば、ビット線BLjは例えば1.3Vまで放電する。”1”が書き込まれたビット線BLjが1.3Vまで放電した時に、ビット線/BLjはダミーセルを通じて1.5Vまで放電するようすればよい。その後、ビット線対の電位をセンスアンプで差動増幅する動作は図6の実施例と同様である。
【0243】
ビット線対に異なった電位をプリチャージする方法としては、ダミーセルを図12のように1トランジスタ,1キャパシタで構成してもよい。まず、ビット線プリチャージ制御信号PREが3Vになり、ビット線BLj,/BLjを同電位VPRにプリチャージする。制御信号PREが0Vになりビット線がフローティング状態になった後、メモリセルMC000のデータをビット線BLjに読み出す場合には、φPBが3Vになり、キャパシタC1が充電される。キャパシタC1に充電された電荷分だけビット線/BLjがプリチャージ電位VPRから下がる。これをビット線対を差動増幅する際のレファレンス電位とすればよい。
【0244】
メモリセルMC100のデータをビット線/BLjに読み出す場合には、φPAが3VになることによりキャパシタC0が充電され、ビット線BLjがプリチャージ電位VPRから下がる。このビット線BLjをレファレンス電位とすればよい。
【0245】
また、図6〜図10の実施例では、読み出すメモリセルが接続されているビット線を放電している間に、センスアンプにつながるビット線対のうちの他方のビット線(例えば図6のメモリセルMC000を読み出す場合にはビット線/BLj、メモリセルMC100を読み出す場合にはビット線BLj)はフローティング状態である。しかし、ビット線(例えばビット線BLj)が1.7Vにプリチャージされ、その後メモリセルのデータを読み出している間も、プリチャージ制御信号φPBを3Vに保つことによって、レファレンスとなるビット線(例えばビット線/BLj)をレファレンス電位1.5Vに固定することもできる。
【0246】
このようにビット線/BLjをレファレンス電位に保つことによって、ビット線放電時の隣接ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。また、上記読み出しの場合と同様に書き込み後のベリファイリード(実施例4で詳細に記してある)時にはビット線はセルに書き込んだデータに従って充放電を行うが、読み出さないビット線/BLjをレファレンス電位に保てば、ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。
【0247】
ビット線に読み出されたメモリセルのデータをセンス及びラッチする際の、隣接ビット線間容量結合によるノイズを低減するために、図13のようにDRAMで提案されているツイスティッド・ビット線方式にしてもよい。図14のようなツイスティッド・ビット線方式にしてもよい。
【0248】
選択MOSトランジスタを図15のように選択ゲート,浮遊ゲートを有するセルで構成してもよい。本実施例の場合、半導体記憶装置を出荷する前に選択MOSトランジスタの浮遊ゲートに電子を注入することにより、選択MOSトランジスタのしきい値を決めることができる。ドレイン側の選択MOSトランジスタ(例えば図15のSTD00)の浮遊ゲートへの電子の注入は、基板からのトンネリングで行えばよい。
【0249】
つまり、ワード線WL00〜WL07は中間電位(10V程度)或いは0V、選択ゲートSGD0はVpp(20V程度)、選択ゲートSGD0は0V、ビット線BL0は0V、ビット線/BL0,BL1,/BL1は中間電位(10V程度)にすればよい。さらに、ソース側の選択MOSトランジスタのしきい値を決めるには、選択ゲートSGD0,SGS0、ワード線WL00〜WL07を全て”H”にしてNANDセル列を全てオンにし、ビット線BL0にはVpp又は中間電位、ビット線/BL0,BL1,/BL1には0Vを与えてホットエレクトロン注入すればよい。
【0250】
このように本発明によれば、選択MOSトランジスタのしきい値と選択ゲートに印加する電圧を変えることにより、チップ面積を増加させることなくフォールディッド・ビット線方式を実現でき、高速なランダムリードが可能になる。しきい値を変える方法としては、選択MOSトランジスタのゲート酸化膜厚を変える、選択MOSトランジスタにチャネルドープした不純物の濃度を変えるなどが考えられる。或いは選択MOSトランジスタに不純物のチャネルドープするか、しないによってしきい値に差をつけてもよい。選択MOSトランジスタのチャネル長を変えることによってもしきい値を変えることができる。つまり、チャネル長が短いトランジスタでは短チャネル効果によってしきい値が小さくなるので、これをI−typeトランジスタとしてもよい。
【0251】
また、ゲート酸化膜厚,チャネルの不純物濃度を変える方法としても、新たに製造工程を導入しなくても、周辺回路のチャネルドープなど、他の製造工程を利用してもよい。いずれの方法でも選択MOSトランジスタのしきい値に差をつければよく、しきい値に差ができれば基板バイアスなどによって所定のしきい値を得ることができる。
【0252】
従来のNANDセル型EEPROMでは、書き込みブロックのソース側の選択ゲートに0Vを与えているが、ソース側の選択MOSトランジスタがI−typeでしきい値Vt2が0.1V程度の場合(或いは負のしきい値の場合)、ソース側の選択MOSトランジスタは完全にはカットオフせず、セル電流が例えば0.1μA流れて書き込まないビット線が中間電位(10V程度)から放電する。
【0253】
例えば、200本のビット線に接続するメモリセルには書き込みを行わず、ビット線を中間電位に充電するとすると、セル電流は計200×0.1μA=20μA流れることになる。I−typeトランジスタのカットオフ特性を向上させるためには書き込み時に共通ソース線に、例えば0.5V程度の電圧を加えればよい。ソースに0.5V印加すれば、ソース−基板間の電位差が−0.5Vになり、基板バイアス効果でI−typeトランジスタのしきい値が増加するので、I−typeトランジスタのゲートに0V印加した時のカットオフ特性が向上し、読み出し時のセル電流を低減できる。
【0254】
選択ゲートのしきい値のうち、小さい方(I−type)のしきい値を例えば0.5Vと設定するために、基板濃度を薄くする方法が考えられる。基板濃度が薄いI−typeトランジスタでは、ゲート電圧を印加しなくてもドレイン電圧を印加するとドレイン−基板間の空乏層が広がり、その結果ドレイン−基板間の空乏層とソース−基板間の空乏層がつながりやくすなる(パンチスルー)という問題点がある。I−typeの選択MOSトランジスタのパンチスルー耐圧を上げるために、I−typeの選択MOSトランジスタのチャネル長Lを長くすればよい。
【0255】
なお、以上の実施例ではNANDセル型EEPROMについて説明したが、メモリセルのドレイン側が選択ゲートを介してビット線につながり、メモリセルのソース側も選択ゲートを介してソース線につながる不揮発性半導体記憶装置であれば本発明は有効である。例えば図16に示したようなANDセル型EEPROM(H.Kume el al.;IEDM Tech.Dig.,Dec.1992,pp.991−993)でも本発明は有効であるし、ドレイン側の選択ゲートとソース側の選択ゲートの間に1つのメモリセルを有するNOR型EEPROMやマスクROMでも有効である。
【0256】
(実施例2)
以下、(課題2)を解決する実施例を説明する。
【0257】
図17は、本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図である。図中の1はメモリ手段としてのメモリセルアレイであり、オープンビット線方式なのでメモリセルは1A,1Bに2分割されている。メモリセルアレイ1A,1Bはそれぞれ所定単位に少なくとも2分割されている。
【0258】
本実施例では、1ページを256ビットとし、メモリセルアレイ1A,1Bは128ビットずつ1A1,1A2と1B1,1B2に分割されているとする。2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ回路であり、メモリセルアレイ1A,1Bと同様に所定単位毎に少なくとも2分割されている。図17ではセンスアンプは2A,2Bに2分割されている。3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ,6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0259】
メモリセルアレイ1A1を図18、1B1を図19、1A2を図20、1B2を図21に示した。図18〜図21でメモリセルアレイの選択MOSトランジスタのしきい値は上記(実施例1)と同様に2種類の値を持つ。E−typeと記した選択MOSトランジスタのしきい値は2V、I−typeと記した選択MOSトランジスタのしきい値は0.5Vであるとする。従ってE−typeの選択MOSトランジスタもI−typeの選択MOSトランジスタも共にオンする場合には選択ゲートにVcc(例えば3V)を印加し、I−typeのみをオンする場合には選択ゲートに1.5V印加する。
【0260】
メモリセルアレイ1A1のデータをビット線BL0A〜BL127Aに読み出す場合には、ドレイン側の選択ゲートSGDは3V、ソース側の選択ゲートSGSは1.5Vにする。一方、メモリセルアレイ1A2のデータをビット線BL128A〜BL255Aに読み出す場合には、ドレイン側の選択ゲートSGDは1.5V、ソース側の選択ゲートSGSは3Vにする。メモリセルアレイ1A1と1A2のデータを同時に読み出す場合には、SGSもSGDも共に3Vにすればよい。
【0261】
センスアンプは上記(実施例1)のフォールディッド・ビット線方式と同様に差動式センスアンプである。メモリセルアレイ1A1,1B1に接続するセンスアンプ2A(SA1)を図22、メモリセルアレイ1A2,1B2に接続するセンスアンプ2B(SA2)を図23に示した。
【0262】
ここで、2ページに書き込まれたデータを読み出す場合を例にとり、図24,25のタイミング図を用いて、本実施例の読み出し動作を説明する。まず、1ページ目では、センスアンプ2A(SA1)とセンスアンプ2B(SA2)が同時に動作する。制御信号TG1,TG2が3Vから0VになってCMOSフリップフロップFF1,FF2とビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,255)が切り離される。
【0263】
次に、プリチャージ信号φpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vから3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,255)が例えば1.7Vに、ビット線BLjB(j=0,1,…,255)が例えば1.5Vにプリチャージされる。プリチャージが終わるとφpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vとなり、ビット線BLjA、BLjB(j=0,1,…,255)はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。
【0264】
図18、19でWL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は3Vとなる。ワード線WL00によって選択されたメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルのしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjAの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjAの電位は下がり、1.5V以下になる。またビット線BLjBは放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0265】
その後、SAP1,SAP2が3V、SAN1,SAN2が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF1,FF2が不活性化され、φE1,φE2が3VになることによりCMOSフリップフロップFF1,FF2がリセットされる。そしてTG1,TG2が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN1,SAN2が3Vから0Vになりビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,255)の電位差が増幅される。その後、SAP1,SAN2が0Vから3Vになりデータがラッチされる。そして、カラム選択信号CSLj(j=0,1,…,255)が次々に選択され、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O’に出力される(ページリード)。
【0266】
1ページ目の前半のデータ(カラムアドレス0〜127)をページリードした後、1ページ目の後半のデータをページリードする間に、2ページ目のロウアドレスの前半のデータ(ビット線BLjA;j=0,1,…,127…につながるメモリセルのデータ)のランダムリードを行う。これは、例えばカラムアドレスが128であることを検知して行えばよい。
【0267】
まず、プリチャージ信号φpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vから3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が1.7Vにビット線BLjB(j=0,1,…,127)が1.5Vにプリチャージされる。プリチャージが終わるとφpA1,φpB1,φpA2,φpB2が0Vとなり、ビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。WL01は0V,WL00、WL02〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は1.5Vとなる。
【0268】
ワード線WL01によって選択されるメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位は下がり、1.5V以下になる。また、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)は放電せず、プリチャージ電位1.5Vが保たれる。
【0269】
その後、SAP1が3V、SAN1が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF1が不活性化され、φE1が3VになることによりCMOSフリップフロップFF1がイコライズされる。そしてTG1が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN1が3Vから0Vになりビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)の電位差が増幅される。その後、SAP1,SAN2が0Vから3Vになりデータがセンスアンプ2A(SA1)にラッチされる。
【0270】
1ページ目のページリードが256カラムアドレス分進んだところでは、既に次の2ページ目の128カラムアドレス分のデータがセンスアンプ2A(SA1)にラッチされているので、ランダムリード動作をする必要ない。センスアンプ2A(SA1)から2ページ目のカラムアドレス0〜127までをページリードしている間に、2ページ目の後半のカラムアドレス128〜255に対するランダムリード動作を行う。つまり、ロウデコーダ3から制御ゲート、選択ゲートに所望の電圧が印加される。WL01は0V、WL00,WL02〜WL07は3V、SGD0は1.5V、SGS0は3Vとなる。
【0271】
ワード線WL01によって選択されるメモリセルに書き込まれたデータが”0”の場合は、メモリセルしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BLjAの電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BLjA(j=128,129,…,255)の電位は下がり、1.5V以下になる。
【0272】
また、ビット線BLjB(j=128,129,…,255)は放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。そして、SAP2が3V、SAN2が0Vとなり、CMOSフリップフロップFF2が不活性化され、φE2が3VになることによりCMOSフリップフロップFF2がリセットされる。そして、TG2が3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SAN2が0Vから3Vになりビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)の電位差が増幅される。その後、SAP2が3Vから0Vになりデータがセンスアンプ2B(SA2)にラッチされる。
【0273】
2ページ目のページリードが128カラムアドレス分進んだところでは、既に次の2ページ目の後半の128カラムアドレス分のデータがセンスアンプ2B(SA2)にラッチされているので、ランダムリード動作をする必要なく、2ページ目の後半の128カラムアドレス分のデータをシリアルリードできる。
【0274】
本発明は、上記実施例に限られない。上記実施例では、メモリセルを2分割したが、例えば4分割にしてもかまわないし、任意の数に分割してもよい。
【0275】
図24,25のタイミングチャートは一例を示したにすぎない。1ページ目のデータのランダムリードを図24,25のタイミングチャートではセンスアンプ2A(SA1)とセンスアンプ2B(SA2)で同時に行っているが、図26,27のタイミング図に示したように、まず1ページ目の前半のカラムアドレスに相当するメモリセルのランダムリードを行い、続いて1ページ目の前半のデータをページリードしている間に1ページ目の後半のデータをランダムリードしてもよい。
【0276】
さらに、図24,25では2ページ目の前半のデータのランダムリードと2ページ目の後半のデータのランダムリードでビット線のプリチャージを同時に行っているが、図26,27のようにセンスアンプ2A(SA1)でランダムリードする場合と、センスアンプ2B(SA2)でランダムリードする場合でビット線のプリチャージのタイミングを変えてもよい。
【0277】
また、メモリセルアレイの分割は物理的に連続のものを1つの分割単位としなくてもよい。例えば、図28、図29に示したようにセンスアンプSA1に接続するビット線と、センスアンプSA2に接続するビット線を交互に配列してもよい。センスアンプSA1に接続するビット線をランダムリードする間は、センスアンプSA2に接続するビット線を0Vに接地することができるが、この場合センスアンプSA1に接続するビット線間距離は図18〜図21の場合の2倍になるので、ランダムリードの際にビット線間容量結合に起因する雑音を低減することができる。
【0278】
本発明を適用できるのはオープンビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLj(j=0,1,…,255)に接続するメモリセルアレイは図28のビット線BLjA(j=0,1,…,255)に接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0279】
(実施例3)
以下、(課題3)を解決する実施例を説明する。
【0280】
従来のメモリセルアレイでは、読み出し,書き込み時にロウデコーダ3であるワード線を選択すると、選択されたワード線とビット線が交差する所に配設されているメモリセルは全て選択される。従って、隣接するビット線に接続するメモリセルの一方を選択し、他方を非選択にすることはできない。
【0281】
上記(実施例1)、(実施例2)で説明しているように、本発明によればNANDブロックのソース側の選択MOSトランジスタとドレイン側の選択MOSトランジスタのしきい値を変え、更にソース側の選択ゲートとドレイン側の選択ゲートに印加する電圧を変えることによって、隣接するビット線の一方を選択し、他方のビット線を非選択にすることができる。その結果、読み出し,書き込み時のビット線へのプリチャージを省略することによって、プリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減することができる。
【0282】
そこで本実施例(実施例3)では、読み出し時にプリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減する実施例を説明する。また、書き込み時にプリチャージ時間を短縮し、消費電力を低減する例は次の実施例(実施例4)で説明する。
【0283】
図32は、本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図である。図中の1はメモリ手段としてのメモリセルアレイであり、オープンビット線方式なので1A,1Bに2分割されている。本実施例では1ページを256ビットとする。2はデータ書き込み,読み出しを行うためのラッチ手段としてのセンスアンプ回路である。3はワード線選択を行うロウデコーダ、4はビット線選択を行うカラムデコーダ、5はアドレスバッファ、6はI/Oセンスアンプ、7はデータ入出力バッファ、8は基板電位制御回路である。
【0284】
メモリセルアレイ1Aは図28と同様、メモリセルアレイ1Bは図29と同様である。但し、メモリセルアレイ1A、1Bに配設されている図28のビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)に接続するセンスアンプSA1は図22ではなく、図33である。同様にメモリセルアレイ1A,1Bに配設されている図29のビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)に接続するセンスアンプSA2は図23ではなく、図34である。図33、図34のセンスアンプSA1,SA2では図22、図23のセンスアンプSA1,SA2にビット線BLjA,BLjB間を制御信号φEQ1,φEQ2によってイコライズする(同電位にする)ためのトランジスタが付加されている。
【0285】
読み出し時に、ビット線間容量結合に起因する雑音を低減するために、ビット線を1本おきに基準電位に保つ(ビット線シールド)。この場合、書き込み動作はまず例えばビット線BLjA(j=0,1,…,127)につながるセルに対して行ってから、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するセルに対して書き込みを行う。ここでは、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に書き込まれたデータ(1ページ目のデータ)をまず読み、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に書き込まれたデータ(2ページ目のデータ)を読み出す場合を例にとって、本実施例を説明する。
【0286】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のデータを読み出す場合に、シールドするビット線BLjA(j=128,129,…,255)は基準電位(例えば1.5V)に保つ。従来のメモリセルアレイでは隣接するビット線が同時に選択されて放電するために、シールドするビット線は0Vしかできなかった。以下1ページ目のデータをビット線に読み出す時とビット線に読み出されたデータをセンスアンプでセンスする時、及び2ページ目のデータをビット線に読み出す場合に分けて、図35のタイミング図を用いて説明する。
【0287】
<ビット線への1ページ目のデータ読み出し時>
図28のメモリセルアレイでワード線WL00で選択され、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルを読み出す際には、まずビット線BLjA(j=0,1,…,127)を1.7Vに、ビット線BLjB(j=128,129,…,255)を1.5Vにプリチャージし、シールドするビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)は基準電位(例えば1.5V)にプリチャージする。
【0288】
ビット線プリチャージ後、制御ゲートWL00は0V、WL01〜WL07は3V、選択ゲートSGS0は1.5V、SGD0は3Vにする。この場合、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のソース側の選択MOSトランジスタはオンするが、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)のソース側の選択MOSトランジスタはオフする。従って、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)はワード線WL00により選択されるメモリセルのデータが”1”ならば放電するが、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は放電しない。
【0289】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が放電することによって、ビット線間容量結合でビット線BLjA(j=128,129,…,255)の電位が基準電位から落ちるが、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が放電している間に、例えばVA2,VB2を基準電位1.5V、制御信号φPA2,φPB2を3Vにすることによって、ビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)を1.5Vにプリチャージしつづければ、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)を基準電位に保つことができる。
【0290】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)にセルデータが読み出された後、制御信号φPA2,φPB2が0Vになり、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)、及びビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)はフローティングになる。
【0291】
ビット線へのセルデータの読み出し時には、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)間は制御信号φEQ2を3Vにすることによってイコライズしてもよいし、シールドするビット線BLjAとBLjB(j=128,129,…,255)を接続せずに(イコライズせずに)独立に基準電位1.5Vにプリチャージしてもよい。
【0292】
<ビット線に読み出された1ページ目のデータを増幅、センスする時>
ワード線WL00によって選択されたメモリセルのデータを反映して、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)の電位が決定した後、ビット線の電位を(実施例2)で説明しているのと同様に、差動式にセンスする。その際、シールドするビット線BLjA、BLjB(j=128,129,…,255)はフローティング状態であるが、制御信号φEQ2を3Vに保つことによってイコライズされて同電位(1.5V)になっている。差動的にセンスすることによって、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に読み出したセルデータが”0”ならばビット線BLjAは3Vになり、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)は0Vになる。
【0293】
従って、図36(a)のように、センスによってシールドするビット線BLjA(j=128,129,…,255)は、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)との間の容量結合でδだけ基準電位から電位が持ち上がる。一方、シールドするビット線BLjB(j=128,129,…,255)は、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)との間の容量結合で−δだけ基準電位から電位が下がる。しかし、シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)間はイコライズされているのでビット線BLjAにかかるビット線容量結合ノイズδと、ビット線BLjBにかかるビット線容量結合ノイズ−δが打ち消し合い、その結果シールドするビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)は基準電位1.5Vに保たれる。
【0294】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に読み出されたデータが”1”である場合も同様に、図36(b)のように、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)、BLjB(j=0,1,…,127)間をつなげる(イコライズする)ことによって、シールドされるビット線は基準電位を保つことができる。
【0295】
<2ページ目のデータを読み出す時>
以上で説明したように、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを読み出した後では、ビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)は既に1.5Vにプリチャージされている。また、最初に読み出されたビット線BLjA(j=0,1,…,127)、及びビット線BLjB(j=0,1,…,127)はセンス動作後、一方が0V、他方が3Vになっているので、次にビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するデータを読み出す場合には、φEQ1を3Vにすれば(φE1を3Vにしてもよい)、プリチャージすることなくシールドするビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)を基準電位1.5Vにすることができる。
【0296】
従って、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを1ページ分読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するメモリセルのデータを読み出す場合には、2回目のプリチャージは読み出すビット線BLjA(128,129,…,255)を1.5Vから1.7Vにするだけでよい。
【0297】
このようにビット線シールドを用いて読み出しを行う場合、本発明のメモリセルアレイ及びセンスアンプを適用すると、シールドするビット線を0V以外の基準電位に設定することができる。その結果、複数ページにわたるデータを読み出す際に、プリチャージを短縮することができ、読み出しを高速化し、消費電力を低減することができる。
【0298】
本実施例ではビット線BLjA,BLjB間を制御信号φEQ1,φEQ2によってイコライズしているが、制御信号φE1,φE2によってイコライズしてもよい。図33、図34では制御信号φE1(φE2)で選択される2つのトランジスタのソースとドレインが接続するノードがVcc/2電位(例えば1.5V)で固定されている。セルデータのビット線への読み出し時は、図33、図34のままでよいが、ビット線のセンス時は、シールドするビット線をフローティングにするので、このノードに接続する端子をフローティング状態にする必要がある。
【0299】
本実施例では、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続するメモリセルのデータを読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するメモリセルのデータを読み出す場合を例にとったが、読み出すビット線は任意性を有する。センスアンプSA1に接続するビット線を読み出す後に、センスアンプSA2に接続するビット線を読み出す場合ならばどのようなビット線でもよい。また、センスアンプSA2に接続するビット線を読み出した後に、センスアンプSA1に接続するビット線を読み出す場合でもよい。
【0300】
本発明は、複数のビット線を1つのセンスアンプで共有したいわゆる共有センスアンプ方式でも有効である。この共有センスアンプ方式を採用した場合のメモリセルアレイを図37、図38に示した。図39はセンスアンプSA3の具体的構成を示す図である。ビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続され、ワード線WL00で選択されるメモリセルのデータを読み出した後に、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)につながりワード線WL00で選択されるメモリセルのデータを読み出す場合のタイミング図は図40である。読み出し動作は、ビット線1本につきセンスアンプを1個有する上記実施例とほぼ同様である。
【0301】
本発明を適用できるのはオープビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLjに接続するメモリセルアレイは、図28のビット線BLjAに接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0302】
また、本実施例ではビット線にセルのデータを読み出した後、読み出したビット線の電位をセンスする際には、シールドする2本のビット線間を接続して(イコライズして)基準電位に保っていた。ビット線の電位をセンスする際には、シールドする2本のビット線をイコライズせずに、基準電位を与える端子と接続したままでもよい。例えば、図23或いは図33のセンスアンプに接続するビット線をシールドする(基準電位に保つ)場合には、φPA1,φPB1を3V、TG1,TG2を0V、VA1,VB1を基準電位(例えば1.5V)に保てばよい。
【0303】
(実施例4)
(実施例3)から引き続き、以下に(課題3)を解決するための実施例を説明する。
【0304】
本実施例に係わるNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図は、(実施例3)と同様に図32である。メモリセルアレイも(実施例3)と同様である。即ち、メモリセルアレイ1Aは図28と同様、メモリセルアレイ1Bは図29と同様である。但し、メモリセルアレイ1A,1Bでビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)に接続するセンスアンプSA1は図22でも図33でもよい。同様にメモリセルアレイ1A,1Bでビット線BLjA,BLjB(j=128,129,…,255)に接続するセンスアンプSA2は図23でも図34でもよい。
【0305】
ビット線間容量結合を減らすために読み出し時にビット線を1本おきに基準電位に保つビット線シールド方式を行った場合、(実施例3)で記したように書き込み動作は例えばビット線BLjA(j=0,1,…,127)につながるセルに対して行ってから、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)に接続するセルに書き込みを行う。書き込み動作はまず書き込みを行ってから次に、書き込みが十分行われたかを調べるベリファイリードを行う。そして十分に書き込まれたセルには追加書き込みを行わず、書き込み不十分のセルにのみ追加書き込みを行う。ここでは、図28のメモリセルアレイ1Aのビット線BLjA(j=0,1,…,127)に接続し、ワード線WL00で選択されるメモリセルを書き込む場合を例にとって本実施例を説明する。
【0306】
図41は、データ入出力バッファ7からセンスアンプ2への書き込みデータのデータロード動作を除く、書き込み/書き込みベリファイリード動作を示している。書き込みに先だって、メモリセルアレイは制御ゲートを全て0Vとしメモリセルが形成されるp基板(又はp型ウエルとn基板)を高電圧Vpp(20V程度)として一括してデータ消去される。書き込みデータがデータ入出力バッファ7から入出力線I/O、I/O’を介してCMOSフリップフロップFFにラッチされた後、まず制御信号φPA1,φPA2,φPB1,φPB2が3Vになり、全てのビット線がリセットされる。
【0307】
この後、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)とセンスアンプを接続するトランスファゲート制御信号TGA1,VSWが中間電位(10V程度)になると、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)はデータに応じて”1”の時には中間電位、”0”の時には0Vとなる。ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は書き込みを行わないので、端子VA2から中間電位に充電される。そして、ロウデコーダ3によりワード線WL00が選択された時には、WL00がVpp、WL01〜WL07、SGD0が中間電位、SGS0が0Vになる。
【0308】
一定時間(〜20μs)の後に、制御ゲート,選択ゲートが0Vにリセットされた後、トランスファゲート制御信号TGA1は0Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)とセンスアンプが切り離される。その後、制御信号φPA1が3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)は0Vにリセットされる。VSWも3Vになる。なお、この間もビット線BLjA(j=128,129,…,255)は中間電位にプリチャージされたままである。
【0309】
次に、ベリファイリード動作となる。まず、φPA1,φPB1が3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が1.7Vに、ビット線BLjB(j=0,1,…,127)が1.5Vに充電され、その後φPA1,φPB1が0Vになり、ビット線BLjA,BLjB(j=0,1,…,127)はフローティング状態になる。次に、制御ゲートWL00に例えば0.5Vを印加し、ワード線WL01〜WL07は3V、選択ゲートSGS0は1.5V、SGD0は3Vにする。通常の読み出しでは、メモリセルのしきい値が0V以上であれば”0”と読まれるが、ベリファイリードでは0.5V以上でないと、”0”と読まれない。
【0310】
ビット線放電後、ベリファイ信号φAVが3Vになり、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)が”1”書き込みした場合には、3V近くに充電される。ここで、ベリファイ信号によって行われるプリチャージの電圧レベルはビット線BLjB(j=0,1,…,127)のプリチャージ電圧1.5V以上であればよい。その後、イコライズ信号φEが3Vになり、センスアンプがリセットされる。そして、トランスファゲート制御信号TGA1,TGB1が3Vになって、ビット線BLjA(j=0,1,…,127)のデータが読み出される。読み出されたデータはセンスアンプにラッチされ、次の再書き込みのデータとなる。
【0311】
ベリファイリードの間、ビット線BLjA(j=128,129,…,255)は放電されず、中間電位を保つのでビット線BLjA(j=0,1,…,127)のベリファイリード時にはシールド線となってビット線間結合容量雑音を低減させる。
【0312】
ビット線BLjA(j=0,1,…,127)を再書き込みする時にはビット線BLjA(j=128,129,…,255)は既に中間電位にプリチャージされているので再び充電する必要はなく、充電時間を省略できる。また、中間電位を充電する昇圧回路は、昇圧しはじめる際に電力を多く消費するので、本実施例によれば書き込み時の消費電力を減少できる。
【0313】
本実施例ではベリファイリード時、非選択ビット線BLjA(j=128,129,…,255)を中間電位に充電し続けているが、例えばφPA2を0Vにすることによって非選択ビット線を中間電位でフローティング状態にしてもよい。
【0314】
本実施例も複数のビット線を1つのセンスアンプで共有したいわゆる共有センスアンプ方式でも有効である。図37、図38は共有センスアンプ方式を採用した場合のメモリセルアレイである。共有センスアンプ方式を採用した場合のNANDセル型EEPROMの構成を示すブロック図も(実施例3)と同様に図32である。共有センスアンプ方式を採用した場合のセンスアンプSA3が図39である。共有センスアンプ方式を採用した場合のタイミング図は図41とほぼ同じである。
【0315】
本発明を適用できるのはオープビット線配置のメモリセルアレイに限らない。例えば、図30のようなインバータ型センスアンプを持つ図31のようなシングルエンド型のメモリセル配置にしてもよい。図31でビット線BLjに接続するメモリセルアレイは、図28のビット線BLjAに接続するメモリセルアレイのようにすればよい。
【0316】
本発明は、図42のようなフォールディッド・ビット線方式にも適用できる。センスアンプに接続する2本のビット線のうちの1本(例えば図42のBL0)につながるメモリセルに書き込みを行っている間、他方のビット線BL1はトランスファゲート制御信号TG2を0Vにし、端子VBから中間電位(10V程度)に充電しつづければよい。書き込みを行ったビット線BL0につながるメモリセルの、ベリファイリードを行っている間はビット線BL1は中間電位に保つので、ビット線BL0につながるメモリセルのベリファイリードは差動的に行えない。
【0317】
しかし、例えば通常の読み出しは(実施例1)で説明したようにフォールディッド・ビット線方式で差動的に行い、ベリファイリード時には[従来の技術]の項でも述べたようにシングルエンド型、つまりセンスアンプのフリップフロップを構成する2個のインバータの一方を不活性にし、図30のようにビット線の電位がインバータの回路しきい値よりも大きいか否かによって読み出したデータが”0”であるか”1”であるかを判定してもよい。
【0318】
(実施例5)
本実施例では、書き込みのベリファイ読み出し時、及び通常の読み出し時にロウデコーダ3で選択される1ブロックのなかで、半分のメモリセルユニットのドレイン側の選択MOSトランジスタにSGD0が印加され、ソース側の選択MOSトランジスタにSGS0が印加される場合に、残りの半分のメモリセルユニットではドレイン側の選択MOSトランジスタにSGS0が印加され、ソース側の選択MOSトランジスタにはSGD0が印加される。
【0319】
選択ゲートに電圧を印加する方法としては、例えば図43のように、ビット線BL0〜BL127に接続するメモリセルの選択ゲートに印加する信号と、ビット線BL128〜BL255に接続するメモリセルの選択ゲートに印加する信号を別に配設すればよい。また、図44のように、メモリセルアレイの中間でソース側の選択ゲートとドレイン側の選択ゲートを入れ換えてもよい。
【0320】
図43、図44のようにすれば、例えばワード線WL00によって選択するメモリセルを読み出す場合に、選択ゲートSGS0を3V、SGD0を1.5Vとすればビット線BLj(j;偶数)に接続するメモリセルが読み出される。この場合、読み出されない非選択ビット線BLj(j;奇数)のうち、非選択ビット線BLj(j=1,3,5,…,125,127)はソース側の選択MOSトランジスタがオフし、非選択ビット線BLj(j=129,131,133,…,253,255)はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフする。つまり、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。
【0321】
一方、図43、図44でビット線BLj(j;奇数)に接続するメモリセルを読み出す場合には、選択ゲートSGS0を1.5V、SGD0を3Vとすればよい。この場合、読み出されない非選択ビット線BLj(j;偶数)のうち、非選択ビット線BLj(j=0,2,4,…,124,126)はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフし、非選択ビット線BLj(j=128,130,132,…,252,254)はソース側の選択MOSトランジスタがオフする。つまり、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。
【0322】
このように読み出し時に、奇数番目のビット線を読み出す場合も偶数番目のビット線を読み出す場合でも、非選択ビット線の半数はドレイン側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められ、残りの半数の非選択ビット線はソース側の選択MOSトランジスタがオフすることによってビット線の放電が止められる。従って、奇数番目のビット線を読み出す場合も偶数番目のビット線を読み出す場合も、非選択ビット線全体の容量は同じであり、ビット線BLj(j;奇数)を読み出す場合もビット線BLj(j;偶数)を読み出す場合もプリチャージ時間、及び読み出し時間を同じにすることができる。
【0323】
ここでは読み出しの場合について説明したが、書き込み後のベリファイリードの場合でも奇数番目のビット線を読み出す場合と偶数番目のビット線を読み出す場合で、ビット線全体の容量が等しくなる。
【0324】
なお、図43、図44ではフォールディッド・ビット線方式を例にとっているが、(実施例1)〜(実施例4)で説明したオープンビット線方式でもよいし、シングルエンド方式でもよい。また、複数のビット線を1つのセンスアンプが共有したいわゆる共有センスアンプ方式でもよい。
【0325】
(実施例6)
次に、別の実施例を説明する。この実施例は、基本的には第1の実施例と同様であり、第1の実施例と異なる点は選択MOSトランジスタのタイプを変えたことである。
【0326】
図45は、本実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図である。前記図2とは、I−typeの選択MOSトランジスタの一部をD−typeにした点が異なっている。
【0327】
図45では、高いしきい値Vt1(例えば2V)を持つ選択MOSトランジスタをE−type、低いしきい値Vt2,Vt3(例えば0.5V,−1V)(Vt1>Vt2>Vt3)を持つ選択MOSトランジスタをI−type,D−typeと記している。選択ゲートに印加する電圧はI−typeトランジスタ、D−type,E−typeトランジスタすべてがオンする電圧Vsgh(例えば3V)(Vsgh>Vt1,Vt2,Vt3)、及びI−typeトランジスタはオンするが、E−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl1(例えば1.5V)(Vt1>Vsgl1>Vt2)、及びD−typeトランジスタはオンするが、E−typeトランジスタはオフする電圧Vsgl2(例えば0V)(Vt1>Vsgl2>Vt3)である。
【0328】
図45を用いて、選択ゲートの電圧の印加方法を具体的に説明する。例えば、メモリセルMC000のデータを読み出す場合には、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVcc(例えば3V)にする。そして、ソース側の選択ゲートSGS0はVsgh、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsgl1にする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ソース側の選択MOSトランジスタSTS00,STS10は共にオンする。一方、ビット線BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00はオンするが、ビット線/BL0のドレイン側の選択MOSトランジスタSTD10はオフするので、ビット線BL0は放電するが、ビット線/BL0は放電しない。
【0329】
一方、メモリセルMC100のデータを読み出す場合も、メモリセルMC000を読み出すときと同様に、ワード線WL00,WL08〜WL15は0V、ワード線WL01〜WL07はVccにする。ソース側の選択ゲートSGS0はVsgl2、ドレイン側の選択ゲートSGD0はVsghにする。SGS1,SGD1は0Vにする。この場合、ドレイン側の選択MOSトランジスタSTD00,STD10は共にオンする。ソース側の選択MOSトランジスタSTS10はオンするのでビット線/BL0は放電するが、選択MOSトランジスタSTS00はオフするのでビット線BL0は放電しない。
【0330】
本発明は、ビット線対BLj,/BLjにつながる選択MOSトランジスタで、同じ選択ゲートSGS,SGDによって制御される選択MOSトランジスタ(例えば図45のSTD00とSTD10、STS00とSTS10、STD01とSTD11、STS01とSTS11)のしきい値に差を付ければよく、しきい値の設定の仕方は任意性を有する。図45ではビット線BLjにつながるセルのドレイン側の選択MOSトランジスタは全てI−typeで、ソース側の選択MOSトランジスタはE−typeだが、例えばビット線コンタクトを共有する2つのNANDブロックで、ドレイン側の選択MOSトランジスタの一方をI−type、他方をE−typeとしてもよい。
【0331】
本発明では、1本の選択ゲートを共有する選択MOSトランジスタの中で、導通状態のものと、非導通状態のものが生じさせることができ、またそのような選択ゲートを2本用意することにより、同一選択ゲートを有するメモリセル内で選択状態のメモリセルと、非選択状態のメモリセルを容易に実現できることを利用している。
【0332】
図46のようにドレイン側に接続する選択MOSトランジスタをE−type又はD−type、そしてソース側に接続する選択MOSトランジスタをE−type又はI−typeにしてもよい。この場合、メモリセルユニット2内のメモリセル(例えばMC000)を選択する場合には、SGS0をVsgh(例えば3V)、SGD0をVsgl2(例えば0V)、SGD1,SGS1を0Vにすればよい。メモリセルユニット1内のメモリセル(例えばMC100)を選択する場合には、SGS0をVsgl1(例えば1.5V)、SGD0をVsgh(例えば3V)、SGS1,SGD1を0Vにすればよい。
【0333】
VsghをVccよりも大きくすれば、選択MOSトランジスタのコンダクタンスの増加(つまり抵抗の減少)につながり、読み出しの際にNANDセル列を流れる電流が増加するので、ビット線放電時間が短くなり、その結果読み出し、書き込みのベリファイ読み出しが高速化される。Vsghは例えばチップ内の昇圧回路でVccから昇圧すればよい。
【0334】
またI−type選択MOSトランジスタとD−type選択MOSトランジスタのしきい値は、共に負のしきい値(例えば−1Vと−2V)であってもよい。
【0335】
選択ゲートのしきい値のうち大きい方の値Vt1も電源電圧Vcc以上の電圧(例えば3.5V)に設定してもよい。この場合、読み出しやベリファイ読み出し時にVt1のしきい値を持つ選択MOSトランジスタをオンするためには、例えばチップ内部の昇圧回路を用いて選択ゲートに例えば4Vを印加すればよい。
【0336】
ここで、図47のタイミング図を用いて図48のビット線BL1に接続されているメモリセルMC000を読み出す場合の動作を説明する。センスアンプは制御信号SAN,SAPで制御されるCMOSフリップフロップで形成されている。
【0337】
まず、制御信号φA,φBがVssになってCMOSフリップフロップFFとビット線BL0,BL1が切り離される。次いで、プリチャージ信号φpA,φpBがVssからVccになり(時刻t0)、ビット線BL1がVB(例えば1.7V)にダミービット線BL0がVA(例えば1.5V)にプリチャージされる(時刻t1)。プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BL0,BL1はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から制御ゲート(ワード線)、制御ゲートに所望の電圧が印加される(時刻t2)。
【0338】
図48のメモリセルMC000を読み出す場合には、WL00は0V、WL01〜WL07は3V、SGD0は3V、SGS0は1.5Vとなる。メモリセルMC000に書き込まれたデータが”0”の場合はメモリセルMC000のしきい値が正なのでセル電流は流れず、ビット線BL1の電位は1.7Vのままである。データが”1”の場合は、セル電流が流れてビット線BL1の電位は下がり、1.5V以下になる。また、選択ゲートSGS0が1.5Vなので、選択ゲートトランジスタSTS10はオフになり、メモリセルMC100に書き込まれているデータに拘らずビット線BL0は放電せず、プリチャージ電位1.5Vに保たれる。
【0339】
その後、時刻t3にSAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、時刻t4にφEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされてノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。時刻t5にφA,φBが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後(時刻t6)、SANが0Vから3Vになりビット線BL0,BL1の電位差が増幅される。その後、時刻t7にSAPが3Vから0Vになりデータがラッチされる。つまり、メモリセルMC000に”0”が書き込まれていれば、ノードN1が3V、ノードN2が0Vになり、MC000に”1”が書き込まれていれば、ノードN1が0V、ノードN2が3Vになる。その後、カラム選択信号CSL1が0Vから3Vとなると、CMOSフリップフロップにラッチされていたデータがI/O,I/O′に出力される(時刻t8)。
【0340】
読み出し動作のタイミングは任意性を有する。例えば時刻t5にビット線とセンスアンプを接続するトランスファゲートをオンにしてビット線BL1,BL2の電位をノードN1,N2に転送した後、トランスファゲートをオフしてもよい。従って、ビット線対がセンスアンプから切り離されることによりセンスアンプの負荷容量が減ったため、センス及びデータラッチ時にノードN1,N2の電位は急速に決定されることになる。
【0341】
また、センスアンプのセンス動作時にまずSANを0Vから3VにしてCMOSフリップフロップFFのNチャネルトランジスタをオンにしてから後に、SAPを3Vから0VにしてCMOSフリップフロップFFのPチャネルトランジスタをオンにしているが、SANを0Vから3Vにするのと同時にSAPを3Vから0Vにしてもよい。
【0342】
また、上記の実施例では読み出すメモリセルが接続されているビット線を放電している間に、センスアンプにつながるビット線対のうちの他方のダミービット線(例えば図48のメモリセルMC000を読み出す場合にはビット線BL0、メモリセルMC100を読み出す場合にはビット線BL1)はフローティング状態である。しかし、ビット線BL1がプリチャージされ、その後メモリセルMC000のデータを読み出している間も、プリチャージ制御信号φpAを3Vに保つことによってレファレンスとなるダミービット線BL0をレファレンス電位1.5Vに固定することもできる。
【0343】
このようにダミービット線をレファレンス電位に保つことによって、ビット線放電時の隣接ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。また、上記読み出しの場合と同様に書き込み後のベリファイリード時にはビット線はセルに書き込んだデータに従って充放電を行うが、読み出さないダミービット線をレファレンス電位に保てば、ビット線間容量結合に起因するノイズを低減することができる。
【0344】
<書き込み>
本実施例の書き込み動作、例えば図48のメモリセルMC000に書き込みを行う場合の書き込み手順を以下で説明する。
【0345】
選択ゲートSGD0、制御ゲートWL01〜WL07を中間電位Vm(10V程度)、WL00をVpp(20V程度)にし、ビット線BL0をVAからVm8(8V程度)に充電する。メモリセルMC000に”1”を書き込みする場合には、フリップフロップFFからVm8、”0”書き込みする場合には0Vをビット線BL1に印加する。そうすると、書き込まないメモリセルMC100、及び”1”書き込みを行う場合のメモリセルMC000の浮遊ゲートには電子が注入されず、”0”書き込みを行うメモリセルMC000の浮遊ゲートにはチャネルから電子が注入される。
【0346】
書き込み終了後、制御ゲート、選択ゲート、ビット線が順次放電されて書き込み動作は終了する。
【0347】
図45のようなメモリセルアレイのMC000に書き込みを行う際には、選択ゲートSGS0にはD−type選択MOSトランジスタSTS10がオフする電圧(例えば−3V)を印加してもよい。
【0348】
書き込み終了後は書き込みが十分に行われたかを調べる書き込みベリファイ動作が行われる。
【0349】
まず、φA,φBがVcc、プリチャージ信号φpB,φpAがVccになり、ビット線BL1が例えば1.7Vに(ダミー)ビット線BL0が例えば1.5Vにプリチャージされる。
【0350】
プリチャージが終わるとφpA,φpBがVssとなり、ビット線BL1,BL0はフローティング状態になる。この後、ロウデコーダ3から選択ゲート、制御ゲートに所望の電圧が印加される。制御ゲートWL00がベリファイ電圧(例えば0.5V)、WL01〜WL07はVcc(例えば3V)、SGS0は1.5V、SGD0は3Vとなる。メモリセルMC000に”0”書き込みが十分の場合はメモリセルのしきい値電圧が正なのでセル電流は流れず、ビット線BL1の電位は1.7Vのままである。”1”書き込み又は”0”書き込み不十分の場合は、セル電流が流れてビット線BL1の電位は下がり、1.5V以下になる。ダミービット線BL0はこの間、フローティングにしてもよいし、φpAをVccにすることにより1.5Vに固定していても良い。ダミービット線を定電圧に保てば、ビット線放電時のビット線間容量結合ノイズを著しく低減できる。
【0351】
ビット線放電後、ベリファイ信号φBVが3Vになり、メモリセルMC000に書き込まれるデータが”1”の場合にはビット線BL1は3V近くに充電される。ここで、ベリファイ信号によって行われる充電の電圧レベルはダミービット線BL0のプリチャージ電圧1.5V以上であればよい。
【0352】
その後、SAPが3V、SANが0Vとなり、CMOSフリップフロップFFが不活性化され、φEが3VになることによりCMOSフリップフロップFFがイコライズされてノードN1,N2がVcc/2(例えば1.5V)になる。その後、φA,φBが3Vになり、ビット線とセンスアンプが接続された後、SANが0Vから3V、SAPが3Vから0Vになり、ビット線BL1とダミービット線BL0の電位差が増幅され、再書き込みのデータがセンスアンプがラッチされる。
【0353】
このように本実施例によれば、選択MOSトランジスタのしきい値と選択ゲートに印加する電圧を変えることにより、第1の実施例と同様に、チップ面積を増加させることなくフォールディッド・ビット線方式を実現でき、高速なランダムリードが可能になる。しきい値を変える方法としては、第1の実施例で説明した各種の方法を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例に係わるNANDセル型EEPROMの全体構成を示す図。
【図2】第1の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図3】第1の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図4】第1の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図5】第1の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図6】第1の実施例のメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図7】第1の実施例のメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図8】第1の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図9】第1の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図10】第1の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図11】第1の実施例のメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図12】第1の実施例のメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図13】ツイスティッド・ビット線方式の構成を示す図。
【図14】ツイスティッド・ビット線方式の構成を示す図。
【図15】選択MOSトランジスタが選択ゲート,浮遊ゲートを有するメモリセルアレイの構成を示す図。
【図16】第1の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図17】第2の実施例に係わるNANDセル型EEPROMの全体構成を示す図。
【図18】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図19】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図20】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図21】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図22】第2の実施例におけるセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図23】第2の実施例におけるセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図24】第2の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図25】第2の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図26】第2の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図27】第2の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図28】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図29】第2の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図30】インバータ型センスアンプ回路の構成を示す図。
【図31】シングルエンド型メモリセルアレイとセンスアンプの構成を示す図。
【図32】第3の実施例に係わるNANDセル型EEPROMの全体構成を示す図。
【図33】第3の実施例におけるセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図34】第3の実施例におけるセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図35】第3の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図36】ビット線電位を増幅する際に、ビット線間容量結合によって隣接するビット線に与えるノイズの影響を示す図。
【図37】共有センスアンプ方式のメモリセルアレイの構成を示す図。
【図38】共有センスアンプ方式のメモリセルアレイの構成を示す図。
【図39】共有センスアンプ方式のセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図40】第3の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図41】第4の実施例におけるデータ書き込み動作を説明するためのタイミング図。
【図42】第4の実施例におけるフォールディッド・ビット線方式のセンスアンプ回路の構成を示す図。
【図43】第5の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図44】第5の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図45】第6の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図46】第6の実施例におけるメモリセルアレイの構成を示す図。
【図47】第6の実施例におけるデータ読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【図48】第6の実施例のメモリセルアレイ及びセンスアンプ回路の構成を示す図。
【符号の説明】
1,1A,1B,1A1,1A2,1B1,1B2…メモリセルアレイ
2,2A,2B…センスアンプ兼ラッチ回路
3,3A,3B…ロウデコーダ
4…カラムデコーダ
5…アドレスバッファ
6…I/Oセンスアンプ
7…データ入出力バッファ
8…基板電位制御回路
BL…ビット線
WL…ワード線
STD…第1の選択MOSトランジスタ
STS…第2の選択MOSトランジスタ
SGD…第1の選択ゲート
SGS…第2の選択ゲート
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device using electrically rewritable nonvolatile memory cells.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a NAND cell type EEPROM has been proposed as one of nonvolatile semiconductor memory devices (EEPROMs) capable of electrically rewriting and achieving high integration. This NAND cell type EEPROM includes a plurality of memory cells having an n-channel FET MOS structure in which, for example, a floating gate as a charge storage layer and a control gate are stacked via an insulating film on the floating gate, and their sources and drains are connected. A series connection is made in such a manner that adjacent ones share the same, and this is connected as a unit to a bit line.
[0003]
The drain side of the NAND cell is connected to a bit line via a first selection MOS transistor having a first selection gate as a gate electrode, and the source side is a second selection MOS transistor having a second selection gate as a gate electrode. Is connected to the source line. The control gate and the first and second selection gates of the memory cell are continuously arranged in the row direction. Normally, a set of memory cells connected to the control gate is called one page, and a set of pages sandwiched by a set of drain-side and source-side select MOS transistors is called one NAND block or simply one block. The memory cell array is usually formed in a p-type well formed on an n-type semiconductor substrate.
[0004]
The operation of the NAND cell type EEPROM is as follows. Data writing is performed sequentially from the memory cell farthest from the bit line. A boosted write voltage Vpp (= about 20 V) is applied to the control gate of the selected memory cell, and an intermediate potential (about 10 V) is applied to the control gate and the first select gate of the other unselected memory cells. 0V ("0" write) or an intermediate potential ("1" write) is applied to the bit line according to the data. At this time, the potential of the bit line is transmitted to the selected memory cell. When data is "0", a high voltage is applied between the floating gate of the selected memory cell and the substrate, electrons are tunnel-injected from the substrate to the floating gate, and the threshold value moves in the positive direction. When the data is "1", the threshold does not change.
[0005]
Data erasure is performed almost simultaneously on all memory cells in the NAND cell. That is, all control gates and select gates are set to 0 V, and a boosted potential VppE (about 20 V) is applied to the p-type well and the n-type substrate. Thereby, in all the memory cells, the electrons of the floating gate are emitted to the well, and the threshold value moves in the negative direction.
[0006]
The data read operation is performed by setting the control gate of the selected memory cell to 0 V and setting the control gates of the other memory cells to the power supply voltage Vcc (for example, 3 V) to detect whether or not a current flows in the selected memory cell. Done. In the NAND cell type EEPROM, since a plurality of memory cells are connected in cascade, the cell current at the time of reading is small. Further, since the control gate and the first and second selection gates of the memory cell are continuously arranged in the row direction, data for one page is simultaneously read out to the bit line.
[0007]
(Issue 1)
FIG. 30 shows a circuit example of a sense amplifier of a conventional NAND cell type EEPROM. Detection of the bit line potential by this sense amplifier is performed as follows. First, when an address is set and a read mode is set, the bit line precharge control signal PREB changes from Vcc to Vss, and the bit line BLj and the node N2 are charged to the power supply potential Vcc. Further, the sense amplifier SA is reset by setting the node N2 to Vcc and the node N1 to Vss. After the word line is selected, if the cell data is "0", the bit line potential is kept at Vcc, and if the cell data is "1", the bit line potential is discharged toward Vss. Then, after the bit line potential is determined, the bit line potential is transferred to the node N2.
[0008]
Next, SENB changes from Vcc to Vss, SEN changes from Vss to Vcc, and the clocked inverter INV1 is activated. If the potential of the node N2 is higher than the circuit threshold of the clocked inverter INV1, the node N1 is kept at Vss. If the potential of the node N2 is lower than the circuit threshold of the clocked inverter INV2, the node N1 becomes Vcc. , And the potential of the bit line BLj is detected. Thereafter, the clocked inverter INV2 is activated and the detected data is latched. When the column selection signal CSLj changes from Vss to Vcc, the latched data is output to I / O and I / O '.
[0009]
In this method, as described above, the cell data is detected depending on whether the potential of the floating bit line is higher or lower than the circuit threshold value of the clocked inverter. And changes depending on the state of the adjacent bit line. For example, when "0" data is written in the cell, no read current flows, and the potential of the bit line BLj should maintain the precharge potential Vcc. On the other hand, when "1" data is written in the cell connected to the adjacent bit line BLi and a read current is passed, the potential of the bit line BLi falls from Vcc to Vss. Then, the potential of the bit line BLj, which should hold Vcc, is dragged down by the potential of the adjacent bit line BLi, which drops from Vcc to Vss.
[0010]
Therefore, in order to correctly detect the bit line BLj as "0" data, the circuit threshold value of the clocked inverter INV1 is set lower in consideration of the change in the bit line potential due to the capacitive coupling between the bit lines. Must be set to In order to read the bit line BLi as "1" data, the potential of the bit line BLi must be reduced from Vcc to the circuit threshold of the clocked inverter INV1, and considering that the read current of the NAND cell is small. If the circuit threshold value of the clocked inverter INV1 is set lower, the time required to detect a bit line becomes longer.
[0011]
In a sense amplifier using a clocked inverter as shown in FIG. 30, it takes a long time to detect the bit line potential. This is exemplified below by using numerical values. Assuming that the capacity between adjacent bit lines occupies half of the total capacity of the bit lines, the bit line BLj that should keep Vcc is reduced to Vcc / 2 according to the adjacent bit line BLi. Assuming that the power supply voltage Vcc is, for example, 3V, BLj is reduced to 1.5V. Therefore, the circuit threshold value of the clocked inverter INV1 is set to, for example, 1.2 V with a margin. The cell current when the read current of the NAND cell is the smallest, that is, “1” is written in the selected cell and “0” is written in the non-selected cell is 1 μA. Further, assuming that the capacitance of the bit line is 3 pF, to discharge the potential of the bit line BLi to the circuit threshold value,
3 pF × (3-1.2) V / 1 μA = 5.4 μs
It will cost.
[0012]
As a method for solving the above problem, the input to the sense amplifier is made a pair of bit lines BLj and / BLj using a folded bit line system used in DRAM, and these are differentially operated to operate at high speed. May be read out. Taking the case of reading a cell connected to the bit line BLj as an example, the time for discharging the bit line is estimated. When the potential of the bit line / BLj is maintained at, for example, 1.5 V and the potential of the bit line BLj is precharged to 1.7 V, if the information of the cell connected to the bit line BLj is "0", the bit line BLj is changed to 1.7 V. If the bit line is kept at "1", the bit line should be discharged to 1.3V. Assuming that the cell current is 1 μA and the bit line capacitance is 3 pF, the time required to discharge the bit line is:
3 pF × (1.7-1.3) / 1 μA = 1.2 μs
And the reading speed is higher than in the conventional single-ended system.
[0013]
In the folded bit line system, when reading out a cell connected to the bit line BLj, the bit line / BLj must not be discharged. However, in the conventional NAND cell type EEPROM, the control gate of the memory cell and the first and second cells are not used. Since the selection gates are continuously arranged in the row direction, if "1" is written in both cells connected to the adjacent bit lines BLj and / BLj, the bit lines BLj and / BLj are simultaneously discharged. Will be done.
[0014]
As a method of not discharging the bit line / BLj when reading a cell connected to the bit line BLj, for example, the bit line BLj and the drain-side selection gate (or the source-side selection gate) of the bit line / BLj are operated at different timings. There is a method. For example, in order to operate the drain-side selection gate with the bit line BLj and the bit line / BLj at different timings, the control signal SGD1 for selecting the selection gate of the bit line BLj and the control signal SGD2 for selecting the bit line / BLj. Is required. Assuming that eight memory cells are connected in series between a bit line contact and a source line, in a conventional cell array, ten wirings (eight control gates and two selection gates) are arranged in the row direction per block. However, this method requires eleven wirings (eight control gates and three selection gates), so that the area of the cell array increases, resulting in a problem that the chip area increases.
[0015]
(Issue 2)
As described above, in the NAND cell type EEPROM, since the memory cells are connected in series, the cell current is small. It takes several μs to discharge the bit line and about 10 μs to perform random read. Data for one page is simultaneously detected and latched by the sense amplifier. The page read can be read in about 100 ns because only the latch data is read. For example, when reading one page of data with a page length of 256 bytes, one random read and 255 page reads are performed.
10 + 0.1 × 255-35 μs
It takes time. Therefore, when reading data over a plurality of pages, a random read operation of 10 μs is required in the page switching unit.
[0016]
As a method of reading the data of a plurality of pages in a page read cycle apparently without the random read operation at the time of page switching, for example, there is a method of dividing a memory cell array and a sense amplifier into two and performing random read and page read simultaneously. By performing a random read operation on one of the two divided memory cell arrays and performing a random read operation on the other, a plurality of memory cell arrays can be read while maintaining the page read timing without interposing a random read operation at a page switching point. Data across pages can be read.
[0017]
In the conventional memory cell array, in order to operate the memory cell array divided into two parts with the random read timing shifted, it is necessary to increase the number of peripheral circuits (such as row decoders) for transmitting a voltage to a word line. In particular, in the EEPROM, a transistor constituting a peripheral circuit (such as a row decoder) for transmitting a voltage to the word line has a large area because a high voltage of about 20 V is applied to the word line at the time of writing. Therefore, when this high-speed page read method is adopted in a conventional memory cell array, there is a problem that the chip area increases due to an increase in peripheral circuits (such as a row decoder) for transmitting a voltage to a word line.
[0018]
(Issue 3)
As the degree of integration increases and the distance between bit lines decreases, the capacitive coupling between bit lines increases. As a result, the potential of the bit line to be maintained in the “H; High” state at the time of reading drops from the “H” state by being dragged by the adjacent bit line discharging to the “L; Low” state. In order to reduce noise caused by the capacitive coupling between bit lines, a method (bit line shield) in which every other bit line is kept at a constant potential during reading has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 4-276393). Since reading is performed on every other bit line in the bit line shield, data writing is also performed on every other bit line.
[0019]
In the conventional open bit line system or single-ended system using a cell array, adjacent bit lines share a select gate and a control gate, so that when reading cell data to one bit line, the adjacent bit lines The data is read out, resulting in discharge. Therefore, when using a method of keeping the bit line at a reference potential every other bit line (bit line shield) in order to reduce noise caused by capacitive coupling between bit lines, the reference potential must be set to 0V. As a result, when reading data written over a plurality of pages, for example, when reading data of a memory cell connected to an odd-numbered bit line after reading data of a memory cell connected to an even-numbered bit line, The even-numbered bit line read first discharges all the charges to 0V, and the odd-numbered bit line read second is precharged from 0V.
[0020]
That is, after reading the memory cell of the even-numbered bit line, at the time of page switching when reading the data of the odd-numbered bit line next, and after reading the memory cell of the odd-numbered bit line, It is necessary to discharge all the previously read bit lines and precharge all the next read bit lines from 0 V when switching the page when reading the data of the bit line. As described above, when the bit line shield is applied to the open bit line system and the single-ended system using the conventional cell array, there is a problem that reading requires a precharge time by switching pages and consumes a large amount of power.
[0021]
Next, a description will be given of a problem that occurs at the time of writing when the bit line shield is applied to an open bit line system or a single end system using a conventional memory cell array. When the bit line shield is applied as described above, writing is performed separately for the memory cells connected to the even-numbered bit lines and for the memory cells connected to the odd-numbered bit lines. Therefore, for example, when writing to a memory cell connected to an even-numbered bit line, writing is not performed to a memory cell connected to an odd-numbered bit line, so that an intermediate potential (10 V) is applied to the odd-numbered bit line. Degree). That is, at the time of writing, at least half of the bit lines must be charged to the intermediate potential.
[0022]
In the write operation, first, write is performed, and then verify read is performed to check whether the write has been sufficiently performed. Then, the additional writing is not performed on the sufficiently written cell, and the additional writing is performed only on the insufficiently written cell. In a conventional memory cell array, when a verify read is performed after writing a memory cell connected to an even-numbered bit line, the odd-numbered bit line is also discharged from the intermediate potential. Is written, the odd-numbered bit lines must be charged and discharged to an intermediate potential every write-verify read cycle, which causes a problem that the write time increases and the power consumption increases.
[0023]
As described in the above (Problem 1), the above (Problem 3) can be solved by changing the selection gate for controlling the selection MOS transistor by an adjacent bit line, but instead, the source and the bit line are interposed. One extra selection MOS transistor area is required for each NAND string, resulting in a problem that the chip area increases.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
(Issue 1)
As described above, the single-ended type sense amplifier used in the conventional nonvolatile semiconductor memory device has a problem that the read time is long. In addition, when a non-volatile semiconductor memory device implements a high-speed readout, that is, a folded bit line method used in a DRAM, the area of a cell array increases in a conventional nonvolatile semiconductor memory device. There is a problem that the chip area increases.
[0025]
(Issue 2)
As described above, in the conventional non-volatile semiconductor memory device, when reading data over a plurality of pages, random reading is required when switching word lines, so that there is a waste of time and a long reading time. There is. In order to solve this problem, a method has been proposed in which a memory cell array and a sense amplifier are divided into two and random read and page read are performed simultaneously. However, when this method is applied to a conventional nonvolatile semiconductor memory device, the chip area is reduced. There is a problem of increase.
[0026]
(Issue 3)
A bit line shield that keeps every other bit line at the reference potential when reading is applied to conventional open bit line and single-ended memory cell arrays in order to reduce noise caused by the coupling capacitance between bit lines. Then, since writing and reading are performed for every other bit line, it is necessary to charge and discharge the non-selected bit line to the intermediate potential (about 10 V) every write-verify read cycle. Further, when reading data over a plurality of pages, it is necessary to discharge a bit line to be shielded when switching pages and to precharge a bit line to be selected next. For this reason, there is a problem that power consumption is large at the time of writing and reading, and writing and reading are slow by the precharge time.
[0027]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a nonvolatile semiconductor memory having a memory cell array and a sense amplifier circuit capable of high-speed random reading without increasing the chip area. It is to provide a device.
[0028]
Another object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor device capable of performing a high-speed page read operation without increasing a chip area and eliminating a waste time generated when switching word lines.
[0029]
Still another object of the present invention is a problem that occurs when a bit line shield is applied to an open bit line system and a single-ended system using a conventional cell array, that is, data over a plurality of pages is read and written. An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of preventing an increase in power consumption and an increase in read / write time in such a case.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configuration.
[0031]
In one aspect of the present invention, a NAND cell unit in which a plurality of nonvolatile memory cells are connected in series and one end is connected to a bit line and the other end is connected to a source line, and a memory cell array including a plurality of the NAND cell units A read circuit for reading data stored in the NAND cell unit depending on whether or not the bit line is charged in advance and the NAND cell unit allows a current to flow from the bit line to the source line; and a read circuit connected to each bit line. A plurality of latch circuits for temporarily storing data read from the NAND cell unit; and a data output circuit for outputting the data of the latch circuit to the outside, and outputting the data of the latch circuit to the outside from the data output circuit. And reading data from the NAND cell unit. In the present nonvolatile semiconductor memory device, the following embodiments are preferable.
(1) The latch circuit further has a function of sensing a potential of a bit line.
[0032]
(2) A MOS transistor for controlling connection between the bit line and the latch circuit is provided between the bit line and the latch circuit.
[0033]
(3) The data of the plurality of latch circuits is divided into a plurality of times and output from the data output circuit to the outside.
[0034]
Further, according to one aspect of the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device, a nonvolatile memory portion including one or a plurality of nonvolatile memory cells, and the nonvolatile memory portion is electrically connected to a first common signal line. A first selection MOS transistor to be turned on, and a second selection MOS transistor that conducts the non-volatile memory section and the second common signal line and has a threshold different from that of the first selection MOS transistor. The memory cell unit has a memory cell array arranged in a matrix.
[0035]
Further, according to one aspect of the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device, a nonvolatile memory portion including one or a plurality of nonvolatile memory cells, and a first selection for making the nonvolatile memory portion conductive with a bit line. A memory cell unit composed of a MOS transistor and a second selection MOS transistor which conducts a source line to a nonvolatile memory portion and has a threshold different from that of the first selection MOS transistor is arranged in a matrix. And a memory cell array.
[0036]
Further, according to one aspect of the present invention, a nonvolatile memory unit including a plurality of nonvolatile memory cells, a first selection MOS transistor for making the nonvolatile memory unit conductive with a bit line, a nonvolatile memory unit and a source In a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell array in which memory cell units each including a second selection MOS transistor for conducting a line are arranged in a matrix, the first selection MOS transistor has a first threshold value. A first memory cell unit having Vth1 and a second selection MOS transistor having a second threshold value Vth2; and a first selection MOS transistor having a third threshold value Vth3 and a second selection MOS transistor. The second memory cell unit whose transistor has the fourth threshold value Vth4 is the same as that of the first selection MOS transistor. A gate array and a gate electrode of the second selection MOS transistor are shared as first and second selection gates, respectively, to form a sub-array, and the magnitude relationship between the first and third thresholds Vth1 and Vth3 and the second And the fourth threshold values Vth2 and Vth4 are opposite in magnitude relation.
[0037]
Further, according to one aspect of the present invention, a non-volatile memory unit including a plurality of non-volatile memory cells, a first selection MOS transistor for conducting the non-volatile memory unit to a bit line, and the non-volatile memory unit In a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell array in which memory cell units each including a second selection MOS transistor for conducting a source line are arranged in a matrix, the first selection MOS transistor is a first threshold. A first memory cell unit having a value Vth1 and a second selection MOS transistor having a second threshold Vth2, and a second selection MOS transistor having a third threshold Vth3 and a second selection MOS transistor The second memory cell unit in which the MOS transistor has the fourth threshold value Vth4 is connected to the first selection MOS transistor. Share to constitute a subarray of the gate electrode of the gate electrode and the second selecting MOS transistor as the first and second selection gates each,
The magnitude relationship between the first and third threshold values Vth1 and Vth3 is opposite to the magnitude relationship between the second and fourth threshold values Vth2 and Vth4, and the second threshold value and the 3 is characterized in that the threshold values are different.
[0038]
Further, according to one aspect of the present invention, a nonvolatile memory unit including a plurality of nonvolatile memory cells, a first selection MOS transistor for making the nonvolatile memory unit conductive with a bit line, a nonvolatile memory unit and a source In a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell array in which memory cell units each including a second selection MOS transistor for conducting a line are arranged in a matrix, the first selection MOS transistor has a first threshold value. A first memory cell unit having Vth1 and a second selection MOS transistor having a second threshold value Vth2; and a first selection MOS transistor having a third threshold value Vth3 and a second selection MOS transistor. The second memory cell unit whose transistor has the fourth threshold value Vth4 is the same as that of the first selection MOS transistor. A gate array and a gate electrode of the second selection MOS transistor are shared as first and second selection gates, respectively, to form a sub-array, and the magnitude relationship between the first and third thresholds Vth1 and Vth3 and the second And the magnitude relationship between the fourth threshold values Vth2 and Vth4 is opposite to that of the first and second memory cell units in the sub-array, and is stored in the nonvolatile memory unit in one of the memory cell units. A timing unit for page-reading the data stored in the non-volatile memory section in the other memory cell unit while randomly reading the stored data.
[0039]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0040]
(1) The first threshold value and the fourth threshold value are equal, and the second threshold value and the third threshold value are equal.
[0041]
(2) The first memory cell units and the second memory cell units are alternately arranged to form a sub-array.
[0042]
(3) When reading the nonvolatile memory section of the first memory cell unit, both the first and second selection MOS transistors of the first memory cell unit are turned on, and the first memory cell unit of the second memory cell unit is turned on. When one of the first and second selection MOS transistors of the first memory cell unit is turned off when one of the first and second selection MOS transistors is turned off and the nonvolatile memory section of the second memory cell unit is read out. A read select gate voltage is applied to the first and second select MOS transistors in the selected sub-array so that the first and second select MOS transistors in the selected sub-array are turned on and both the first and second select MOS transistors of the second memory cell unit are turned on. Is provided.
[0043]
(4) In (3), when data stored in the non-volatile memory portion in one of the first memory cell unit and the second memory cell unit in the sub-array is read out to the bit line And keeping the bit line connected to the other memory cell unit at the non-selected read bit line potential.
[0044]
(5) In (4), using the unselected read bit line potential as a reference potential, the first bit line potential connected to the first memory cell unit at the time of reading and the second memory cell unit are connected. Bit line voltage detection means for differentially detecting a potential difference between the second bit line potential and the second bit line potential is provided.
[0045]
(6) The nonvolatile memory section is composed of a plurality of electrically rewritable nonvolatile memory cells.
[0046]
(7) A non-volatile memory cell is formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, and a plurality of non-volatile memory cells are connected in series so that adjacent ones share a source and a drain. Construct a non-volatile memory unit.
[0047]
(8) A non-volatile memory cell is formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, and one or a plurality of non-volatile memory cells are connected in parallel so as to share a source and a drain. Construct a non-volatile memory unit.
[0048]
(9) Selecting the first, second, third and fourth threshold values by controlling the impurity concentration of the channel of the nonvolatile memory cell.
[0049]
(10) The first and second select MOS transistors are configured by stacking a charge storage layer and a select gate on a semiconductor layer.
[0050]
(11) The first selection MOS transistor and the second selection MOS transistor have different gate lengths.
[0051]
(12) When performing a write operation to the nonvolatile memory portion in one of the first memory cell unit and the second memory cell unit in the sub-array and a verify operation to check whether the write operation is sufficient or not. Alternatively, the bit line connected to the other memory cell unit is kept at a constant potential through write, write verify, rewrite, and write verify operations.
[0052]
(13) The memory cell array is composed of a first sub-memory cell array and a second sub-memory cell array, and each of these sub-memory cell arrays is composed of first and second memory cell units, respectively. The voltage applied to the gate of the first select MOS transistor is applied to the gate of the second MOS transistor of the second sub memory cell array, and the voltage applied to the gate of the second MOS transistor of the first sub memory cell array is Applying the voltage to the gate of the first MOS transistor of the second sub memory cell array;
[0053]
Further, according to one aspect of the present invention, a nonvolatile memory unit including a plurality of nonvolatile memory cells, a first selection MOS transistor for conducting the nonvolatile memory unit to a first common signal line, In a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell array in which a memory cell unit composed of a volatile memory unit and a second selection MOS transistor for conducting a second common signal line is arranged in a matrix, While reading or writing to a memory cell connected to one or more bit lines, among the remaining bit lines in the memory cell array, in a bit line group composed of a plurality of bit lines, It is characterized by having means for connecting / disconnecting between bit lines.
[0054]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
[0055]
(1) The means for connecting and disconnecting between bit lines is a MOS transistor provided between bit lines.
[0056]
(2) The bit line group is composed of bit line pairs connected to the same sense amplifier circuit.
[0057]
(3) A plurality of bit lines are connected to the same sense amplifier circuit, and the sense amplifier circuit constitutes an open bit line type memory cell array provided between bit lines connected to the circuit.
[0058]
(4) In a memory cell array of the open bit line system, a first bit line pair and a second bit line pair form a shared sense amplifier system in which a sense amplifier is shared, and a memory cell connected to the first bit line pair is provided. Means for connecting between bit lines constituting a second bit line pair when reading or writing is performed.
[0059]
(5) The memory cell array includes a nonvolatile memory unit including one or a plurality of nonvolatile memory cells, a first selection MOS transistor for making the nonvolatile memory unit conductive with a first common signal line, A memory cell unit in which a nonvolatile memory section and a second common signal line are made conductive and a first selection MOS transistor and a second selection MOS transistor having a different threshold value are arranged in a matrix. It is.
[0060]
(6) a first memory cell unit having a first selection MOS transistor having a first threshold value Vth1 and a second selection MOS transistor having a second threshold value Vth2, and a first selection MOS transistor Have a third threshold value Vth3, the second selection MOS transistor has a fourth threshold value Vth4, and the second memory cell unit has a gate electrode of the first selection MOS transistor and a second selection MOS transistor. The sub-array is formed by sharing the gate electrodes of the MOS transistors as first and second selection gates, respectively, and the magnitude relationship between the first and third thresholds Vth1 and Vth3 and the second and fourth thresholds Vth2 , Vth4 have the opposite relationship.
[0061]
(7) The first threshold value and the fourth threshold value are equal, and the second threshold value and the third threshold value are equal.
[0062]
(8) The first memory cell units and the second memory cell units are alternately arranged to form a sub-array.
[0063]
(9) In (4), in the subarray, the first memory cell unit is connected to the first bit line pair, and the second memory cell unit is connected to the second bit line pair.
[0064]
[Action]
According to the present invention, a conductive state and a non-conductive state can be generated among the select MOS transistors sharing one select gate, and by providing two such select gates, the same select gate can be obtained. A memory cell in a selected state and a memory cell in a non-selected state can be easily realized in a memory cell having a gate. Specifically, by changing the threshold values of the select gate on the source side and the select gate on the drain side, and changing the threshold value of the select gate in the adjacent memory cell, for example, the memory connected to the even-numbered bit line is changed. When reading a cell to a bit line, a memory cell connected to an odd-numbered bit line can be deselected. As a result, a folded bit line method can be realized without increasing the chip area, and high-speed random read can be performed.
[0065]
Also, according to the present invention, while one of the first memory cell unit and the second memory cell unit is read randomly while the other is page-read, the word line can be switched without increasing the chip area. It is possible to perform a high-speed page read operation without wasting time that occurs. Further, according to the present invention, since the precharge associated with the bit line shield or the like can be omitted, a problem that occurs when the bit line shield is applied to the open bit line method and the single-ended method using the conventional cell array, that is, An increase in power consumption when reading and writing data over a plurality of pages and an increase in reading and writing time can be reduced.
[0066]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0067]
(Example 1)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 1) will be described.
[0068]
FIG. 1 is a block diagram showing an entire configuration of a NAND cell type EEPROM according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a memory cell array, 2 is a sense amplifier and latch circuit as latch means for writing and reading data, 3 is a row decoder for selecting a word line, 4 is a column decoder for selecting a bit line, and 5 is a column decoder. An address buffer, 6 is an I / O sense amplifier, 7 is a data input / output buffer, and 8 is a substrate potential control circuit.
[0069]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a memory cell array, where BL and / BL are bit lines, WL is a word line, STD is a first selection MOS transistor connected to the drain side of a NAND cell, and STS is the source side of a NAND cell. SGD is a select gate for driving the select MOS transistor STD, SGS is a select gate for driving the select MOS transistor STS, SA is a sense amplifier, and TG is a sense amplifier SA and a bit line. A control signal for driving a gate for connecting BL is shown.
[0070]
As shown in FIG. 2, the sense amplifier SA receives an adjacent pair of bit lines BLj and / BLj as inputs. This is a folded bit line system used in DRAM. In order to realize the folded bit line system, it is necessary to prevent one bit line of a bit line pair from discharging when the other bit line is discharged. A difference is provided between the threshold values of the selection MOS transistors (for example, STS00 and STS10, STD00 and STD10 in FIG. 2) sharing the same selection gate, and different voltages are applied to the drain-side selection gate and the source-side selection gate. To achieve this.
[0071]
In FIG. 2, a select MOS transistor having a high threshold value Vt1 (eg, 2 V) is referred to as E-type, and a select MOS transistor having a low threshold value Vt2 (eg, 0.5 V) (Vt1> Vt2) is referred to as I-type. ing. The voltages applied to the gates (selection gates) of the two types of selection MOS transistors include a voltage Vsgh (for example, 3 V) that turns on both the I-type transistor and the E-type transistor (Vsgh> Vt1, Vt2), and an I-type transistor. Is turned on but the E-type transistor is turned off at a voltage Vsgl (for example, 1.5 V) (Vt1>Vsgl> Vt2).
[0072]
Here, the memory cell is an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate (charge storage layer) and a control gate are stacked on a semiconductor substrate. Memory section). The I-type STS and the E-type STD are connected to the NAND cell to form a first memory cell unit. The E-type STS and the I-type STD are connected to the NAND cell to form the second memory cell unit. Of memory cell units, and the first and second memory cell units are alternately arranged. Further, a sub-array is constituted by a plurality of first and second memory cell units sharing a word line.
[0073]
With reference to FIG. 2, a method for applying a voltage to the selection gate will be specifically described. For example, when reading data from the memory cell MC000, the word lines WL00 and WL08 to WL15 are set to 0V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc (for example, 3V). The source-side select gate SGS0 is set to Vsgh, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgl. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the source-side selection MOS transistors STS00 and STS10 are both turned on. On the other hand, the selection MOS transistor STD00 on the drain side of the bit line BL0 is turned on, but the selection MOS transistor STD10 on the drain side of the bit line / BL0 is turned off. Therefore, if the data of the memory cell MC000 is "1", the bit line BL0 is turned off. The bit line / BL0 does not discharge regardless of the data in the memory cell MC100.
[0074]
On the other hand, when reading data from the memory cell MC100, the word lines WL00, WL08 to WL15 are set to 0 V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc, as in the case of reading the memory cell MC000. The source-side select gate SGS0 is set to Vsgl, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgh. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the drain-side selection MOS transistors STD00 and STD10 are both turned on. The source side select MOS transistor STS10 is turned on, so that the bit line / BL0 is discharged if the data of the memory cell MC100 is "1", but the select MOS transistor STS00 is turned off, so that the bit line BL0 is not discharged.
[0075]
The present invention is a selection MOS transistor connected to a bit line pair BLj, / BLj and controlled by the same selection gates SGS, SGD (for example, STD00 and STD10, STS00 and STS10, STD01 and STD11, STS01 of FIG. 2). What is necessary is just to give a difference to the threshold value of STS11), and the way of setting the threshold value is arbitrary. For example, as shown in FIG. 3, the selection MOS transistor STD00 of the bit line BLj may be E-type, the STS00 may be I-type, the selection MOS transistor STD10 of the bit line / BLj may be I-type, and the STS10 may be E-type.
[0076]
In FIG. 2, the drain-side select MOS transistors of the cells connected to the bit line BLj are all I-type, and the source-side select MOS transistors are E-type. However, as shown in FIG. 4, for example, the bit line contacts are shared. In the two NAND blocks, one of the drain-side selection MOS transistors may be I-type and the other may be E-type. 2 to 4, alternately disposed bit lines BLj are simultaneously selected and read. For example, as shown in FIG. 5, the threshold value of the selection MOS transistor is set to select bit line BL0 as shown in FIG. In this case, the bit line / BL1 may be selected.
[0077]
In the present invention, not only this (Embodiment 1) but also all the embodiments up to (Embodiment 5) which will be described later, among the selection MOS transistors sharing one selection gate, the selection MOS transistors having a conduction state and the non-selection MOS transistors sharing a non-selection gate have a non-selection state. A conductive state can be generated, and by providing two such select gates, a memory cell in a selected state and a memory cell in a non-selected state can be easily selected from memory cells having the same select gate. I use what I can do.
[0078]
Therefore, the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate have arbitrary characteristics. The drain-side select MOS transistor has two threshold values of Vtd1 and Vtd2 (Vtd1> Vtd2), and the voltage applied to the drain-side select gate is Vsghd (Vsghd> Vtd1) and Vsgld (Vtd1>Vsgld> Vtd2). The source-side selection MOS transistor has two thresholds of Vts1 and Vts2 (Vts1> Vts2), and the voltages applied to the source-side selection gate are Vsghs (Vsghs> Vts1) and Vsgls ( Vts1>Vsgls> Vts2), and may not be Vtd1 = Vts1, Vtd2 = Vts2, Vsghd = Vsghs, Vsgld = Vsgls as in the above embodiment.
[0079]
For example, the threshold voltage of the drain-side select MOS transistor is set to two types of 2 V and 0.5 V, and the threshold value of the source-side select MOS transistor is set to two types of 2.5 V and 1 V. The voltage applied may be Vsgh = 3V, Vsgl = 1.5V, and the voltage applied to the source side select gate may be Vsgh = 3V, Vsgl = 1.2V.
[0080]
If Vsgh is made larger than Vcc, the conductance of the select MOS transistor will increase (that is, the resistance will decrease), and the cell current flowing through the NAND cell row at the time of reading will increase. As a result, the bit line discharge time will be shortened. , Read and write verify reading is speeded up. Vsgh may be boosted from Vcc by a booster circuit in the chip, for example.
[0081]
The selection MOS transistors sharing one selection gate are all turned on. The voltage Vsgh of the selection gate is desirably equal to or lower than the power supply voltage Vcc. When Vsgh is larger than Vcc, a booster circuit is required in the chip, which leads to an increase in chip area.
[0082]
Further, the smaller threshold value Vt2 of the selection MOS transistor may be a negative threshold value (for example, -1 V). At the time of writing, 0 V is applied to the bit line connected to the cell to be written, and an intermediate potential (about 10 V) is applied to the bit line connected to the cell not to be written. The source-side select gate must be turned off so that no current flows. Therefore, when Vt2 is set to a negative threshold value of about -1 V, a negative voltage (for example, -1.5 V) that turns off the negative-threshold selection gate is applied to the source-side selection gate during writing. Just fine.
[0083]
The larger value Vt1 of the threshold values of the selection gates may be set to a voltage equal to or higher than the power supply voltage Vcc (for example, 3.5 V). In this case, in order to turn on the selection MOS transistor having the threshold value of Vt1 at the time of reading or verify reading, for example, 4 V may be applied to the selection gate using a booster circuit inside the chip.
[0084]
Here, the operation when reading out the memory cell MC000 connected to the bit line BLj in FIG. 6 will be described with reference to the timing chart in FIG. The sense amplifier is formed by a CMOS flip-flop controlled by control signals SAN and SAP.
[0085]
First, the control signal TG changes from Vcc (for example, 3 V) to Vss, and the CMOS flip-flop FF is disconnected from the bit lines BLj and / BLj. Next, the precharge signals φpA and φpB change from Vss to Vcc (time t0), the bit line BLj is precharged to VA (eg, 1.7 V), and the bit line / BLj is precharged to VB (eg, 1.5 V) ( Time t1). When the precharge ends, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BLj and / BLj enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate (word line) and the selection gate (time t2).
[0086]
When reading the memory cell MC000 in FIG. 6, WL00 is 0 V, WL01 to WL07 are 3 V, SGD0 is 3 V (Vsgh), and SGS0 is 1.5 V (Vsgl). When the data written in the memory cell MC000 is “0”, the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC000 is positive, and the potential of the bit line BLj remains at 1.7 V. When the data is “1”, the cell current flows and the potential of the bit line BLj decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGS0 is at 1.5 V, the selection transistor STS10 is turned off, and the bit line / BLj is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC100, and is maintained at the precharge potential of 1.5 V. .
[0087]
Then, at time t3, SAP becomes 3 V and SAN becomes 0 V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3 V at time t4, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / V. 2 (for example, 1.5 V). After TG becomes 3V at time t5 and the bit line and the sense amplifier are connected (time t6), SAN becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BLj and / BLj is amplified. Thereafter, at time t7, the SAP changes from 3V to 0V, and the data is latched.
[0088]
That is, if “0” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 3V and the node N2 becomes 0V. If "1" is written in MC000, the node N1 becomes 0V and the node N2 becomes 3V. Thereafter, when the column selection signal CSLj changes from 0 V to 3 V, the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O and I / O '(time t8).
[0089]
Next, FIG. 10 shows a timing chart when the memory cell MC100 connected to the bit line / BLj in FIG. 6 is read. In this case, the bit line BLj is precharged to 1.5 V and the bit line / BLj is precharged to 1.7 V (time t1). The voltage applied to the control gate (word line) from the row decoder 3 when reading the cell data to the bit line is the same as that for reading the memory cell MC000, except that the voltage applied to the selection gate is 1.5 V for SGD0 and SGS0. Is 3V (time t2).
[0090]
When the data written in the memory cell MC100 is "0", the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC100 is positive, and the potential of the bit line / BLj remains at 1.7V. When the data is "1", the cell current flows and the potential of the bit line / BLj decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGD0 is 1.5V, the selection MOS transistor STD00 is turned off, and the bit line BLj is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC000, and is maintained at the precharge potential 1.5V. . After that, the data read to the bit line / BLj is sensed and latched by the sense amplifier in the same manner as when reading the memory cell MC000, and is output to I / O and I / O '.
[0091]
The timing of the read operation is arbitrary. For example, at time t5, as shown in FIG. 9, the transfer gate connecting the bit line and the sense amplifier is turned on to transfer the potentials of the bit lines BLj and / BLj to the nodes N1 and N2, and then the transfer gate is turned off. . Therefore, since the load capacitance of the sense amplifier is reduced by disconnecting the bit line pair from the sense amplifier, the potentials of the nodes N1 and N2 are rapidly determined during sensing and data latching.
[0092]
In the timing charts of FIGS. 8 to 10, during the sensing operation of the sense amplifier, first, SAN is set from 0 V to 3 V to turn on the N-channel transistor of the CMOS flip-flop FF, and then SAP is set from 3 V to 0 V, and then the CMOS flip-flop FF is turned on. Are turned on, but SAP may be changed from 3V to 0V almost simultaneously with changing SAN from 0V to 3V.
[0093]
When the data of the cell connected to the bit line BLj is sensed and latched by the sense amplifier, one of the potentials of the bit lines BLj and / BLj is 0 V and the other is Vcc (for example, 3 V). After the cell data of the bit line BLj is output from the sense amplifier to I / O, I / O ', if .phi.E is set to 3 V, the bit lines BLj and / BLj are connected (equalized), and the bit line BLj is not precharged. , / BLj become 1.5V. Thereafter, for example, when reading out the bit line / BLj, the bit line / BLj may be precharged to 1.7 V by setting φPB to 3 V and VB to 1.7 V. By connecting the bit lines BLj and / BLj after sensing the bit line BLj in this manner, the precharge time for the next read can be shortened and the power consumption required for the precharge can be reduced.
[0094]
As shown in FIG. 7, a circuit for performing verification after writing to the sense amplifier may be added.
[0095]
As a method of precharging a different potential to the bit line pair, a dummy cell may be provided as shown in FIG. 11, for example, in addition to the method of transferring the potentials VA and VB from the peripheral circuit as shown in FIG. In this case, the bit lines BLj and / BLj are precharged to the same potential VPR. The current flowing in the dummy cell is smaller than the worst read current of the cell. For example, a dummy NAND type cell connected in series may be a depletion type transistor, the channel length L may be increased, and the channel width W may be reduced.
[0096]
If the threshold value of the dummy selection MOS transistor is set as shown in FIG. 11, when data of a memory cell connected to bit line BLj is read to bit line BLj, bit line / BLj is discharged through the dummy cell and bit line / BLj is discharged. When reading data from the memory cell connected to / BLj, the bit line BLj is discharged through the dummy cell.
[0097]
The operation of this embodiment will be described by taking a case where the memory cell MC000 is read as an example. First, the precharge control signal PRE becomes 3 V, and the bit lines BLj and / BLj are precharged to a precharge potential VPR (for example, 1.7 V). Thereafter, the control gate line and the selection gate of the memory cell are selected, 0V is applied to the dummy word line DWL, and substantially the same voltage as the voltage applied to the selection gates SGS and SGD of the selection MOS transistor is applied to the dummy selection gates DSGS and DSGD. Is done.
[0098]
If "0" is written in the memory cell MC000, the bit line BLj does not discharge and keeps the precharge potential of 1.7 V. If "1" is written in MC000, the bit line BLj is discharged to, for example, 1.3V. When the bit line BLj in which "1" is written is discharged to 1.3 V, the bit line / BLj may be discharged to 1.5 V through the dummy cell. Thereafter, the operation of differentially amplifying the potential of the bit line pair by the sense amplifier is the same as in the embodiment of FIG.
[0099]
As a method of precharging a different potential to the bit line pair, the dummy cell may be constituted by one transistor and one capacitor as shown in FIG. First, the bit line precharge control signal PRE becomes 3V, and the bit lines BLj and / BLj are precharged to the same potential VPR. When the data of the memory cell MC000 is read out to the bit line BLj after the control signal PRE becomes 0V and the bit line is in a floating state, φPB becomes 3V and the capacitor C1 is charged. The bit line / BLj drops from the precharge potential VPR by the charge charged in the capacitor C1. This may be used as a reference potential for differentially amplifying the bit line pair.
[0100]
When reading data from the memory cell MC100 to the bit line / BLj, the capacitor C0 is charged when φPA becomes 3 V, and the bit line BLj falls from the precharge potential VPR. This bit line BLj may be set to the reference potential.
[0101]
In the embodiments of FIGS. 6 to 10, while discharging the bit line to which the memory cell to be read is connected, the other bit line (for example, the memory of FIG. 6) of the bit line pair connected to the sense amplifier is discharged. When reading the cell MC000, the bit line / BLj is in a floating state, and when reading the memory cell MC100, the bit line BLj) is in a floating state. However, while the bit line (for example, the bit line BLj) is precharged to 1.7 V and the data of the memory cell is thereafter read, the precharge control signal φPB is kept at 3 V, so that the reference bit line (for example, the bit line BLj) becomes The bit line / BLj) can be fixed at a reference potential of 1.5V.
[0102]
By maintaining the bit line / BLj at the reference potential in this manner, noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines during bit line discharge can be reduced. As in the case of the above-mentioned read, during the verify read after the write (described in detail in the fourth embodiment), the bit line is charged and discharged according to the data written in the cell, but the bit line / BLj which is not read is set to the reference potential. , Noise due to capacitive coupling between bit lines can be reduced.
[0103]
In order to reduce noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines when sensing and latching data of a memory cell read to a bit line, a twisted bit line method proposed in a DRAM as shown in FIG. It may be. A twisted bit line system as shown in FIG. 14 may be used.
[0104]
The selection MOS transistor may be constituted by a cell having a selection gate and a floating gate as shown in FIG. In the case of this embodiment, the threshold value of the selection MOS transistor can be determined by injecting electrons into the floating gate of the selection MOS transistor before shipping the semiconductor memory device. The injection of electrons into the floating gate of the drain-side select MOS transistor (eg, STD00 in FIG. 15) may be performed by tunneling from the substrate.
[0105]
That is, the word lines WL00 to WL07 are at an intermediate potential (about 10V) or 0V, the selection gate SGD0 is at Vpp (about 20V), the selection gate SGD0 is at 0V, the bit line BL0 is at 0V, and the bit lines / BL0, BL1, and / BL1 are at an intermediate potential. The potential (about 10 V) may be set. Further, in order to determine the threshold value of the source-side selection MOS transistor, the selection gates SGD0, SGS0 and the word lines WL00 to WL07 are all set to "H" to turn on all the NAND cell columns, and Vpp or Vpp is applied to the bit line BL0. Hot electrons may be injected by applying 0 V to the intermediate potential and the bit lines / BL0, BL1, and / BL1.
[0106]
As described above, according to the present invention, by changing the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate, the folded bit line method can be realized without increasing the chip area, and high-speed random read can be performed. Will be possible. As a method of changing the threshold value, changing the gate oxide film thickness of the selection MOS transistor, changing the concentration of the channel-doped impurity in the selection MOS transistor, and the like can be considered. Alternatively, the threshold value may be different depending on whether or not the select MOS transistor is channel-doped with impurities. The threshold value can also be changed by changing the channel length of the selection MOS transistor. That is, since the threshold value of a transistor having a short channel length is reduced due to the short channel effect, the transistor may be used as an I-type transistor.
[0107]
As a method of changing the gate oxide film thickness and the impurity concentration of the channel, another manufacturing process such as channel doping of a peripheral circuit may be used without introducing a new manufacturing process. In any case, the threshold value of the selection MOS transistor may be made different, and if the threshold value is made different, a predetermined threshold value can be obtained by a substrate bias or the like.
[0108]
In the conventional NAND cell type EEPROM, 0 V is applied to the select gate on the source side of the write block. However, when the select MOS transistor on the source side is I-type and the threshold value Vt2 is about 0.1 V (or negative). In the case of a threshold value, the source-side select MOS transistor does not completely cut off, the cell current flows for example 0.1 μA, and the unwritten bit line is discharged from the intermediate potential (about 10 V).
[0109]
For example, if the bit lines are charged to an intermediate potential without writing to the memory cells connected to the 200 bit lines, the cell current will flow in total of 200 × 0.1 μA = 20 μA. In order to improve the cut-off characteristics of the I-type transistor, a voltage of, for example, about 0.5 V may be applied to the common source line at the time of writing. When 0.5 V is applied to the source, the potential difference between the source and the substrate becomes -0.5 V, and the threshold value of the I-type transistor increases due to the body bias effect. Therefore, 0 V is applied to the gate of the I-type transistor. The cut-off characteristic at the time of reading is improved, and the cell current at the time of reading can be reduced.
[0110]
In order to set the smaller one (I-type) of the thresholds of the selection gates to, for example, 0.5 V, a method of reducing the substrate concentration may be considered. In an I-type transistor having a low substrate concentration, when a drain voltage is applied without applying a gate voltage, a depletion layer between the drain and the substrate expands, and as a result, a depletion layer between the drain and the substrate and a depletion layer between the source and the substrate are reduced. However, there is a problem in that the connection and the dullness (punch through) occur. In order to increase the punch-through breakdown voltage of the I-type select MOS transistor, the channel length L of the I-type select MOS transistor may be increased.
[0111]
In the above embodiment, the NAND cell type EEPROM has been described. However, the nonvolatile semiconductor memory in which the drain side of the memory cell is connected to the bit line via the selection gate, and the source side of the memory cell is also connected to the source line via the selection gate. The present invention is effective for a device. For example, the present invention is also effective in an AND cell type EEPROM (H. Kume el al .; IEDM Tech. Dig., Dec. 1992, pp. 991-993) as shown in FIG. A NOR type EEPROM or a mask ROM having one memory cell between the gate and the source side select gate is also effective.
[0112]
(Example 2)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 2) will be described.
[0113]
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a NAND cell type EEPROM according to the present embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a memory cell array as a memory means, and the memory cell is divided into 1A and 1B because of the open bit line system. The memory cell arrays 1A and 1B are each divided into at least two predetermined units.
[0114]
In the present embodiment, it is assumed that one page has 256 bits, and the memory cell arrays 1A and 1B are divided into 1A1, 1A2 and 1B1, 1B2 in units of 128 bits. Reference numeral 2 denotes a sense amplifier circuit as latch means for writing and reading data, and is divided into at least two for each predetermined unit, similarly to the memory cell arrays 1A and 1B. In FIG. 17, the sense amplifier is divided into 2A and 2B. Reference numeral 3 denotes a row decoder for selecting a word line, 4 denotes a column decoder for selecting a bit line, 5 denotes an address buffer, 6 denotes an I / O sense amplifier, 7 denotes a data input / output buffer, and 8 denotes a substrate potential control circuit.
[0115]
The memory cell array 1A1 is shown in FIGS. 18 and 1B1, FIGS. 19 and 1A2 are shown in FIGS. 18 to 21, the threshold values of the selection MOS transistors in the memory cell array have two kinds of values as in the above (Embodiment 1). It is assumed that the threshold value of the selection MOS transistor denoted by E-type is 2 V, and the threshold value of the selection MOS transistor denoted by I-type is 0.5 V. Therefore, when both the E-type select MOS transistor and the I-type select MOS transistor are turned on, Vcc (for example, 3 V) is applied to the select gate, and when only the I-type is turned on, 1.V. 5 V is applied.
[0116]
When reading data from the memory cell array 1A1 to the bit lines BL0A to BL127A, the drain-side select gate SGD is set at 3V, and the source-side select gate SGS is set at 1.5V. On the other hand, when data of the memory cell array 1A2 is read to the bit lines BL128A to BL255A, the selection gate SGD on the drain side is set to 1.5V and the selection gate SGS on the source side is set to 3V. When simultaneously reading data from the memory cell arrays 1A1 and 1A2, both SGS and SGD may be set to 3V.
[0117]
The sense amplifier is a differential sense amplifier as in the folded bit line system of the first embodiment. FIG. 22 shows the sense amplifier 2A (SA1) connected to the memory cell arrays 1A1 and 1B1, and FIG. 23 shows the sense amplifier 2B (SA2) connected to the memory cell arrays 1A2 and 1B2.
[0118]
Here, taking the case of reading data written in two pages as an example, the read operation of the present embodiment will be described with reference to the timing charts of FIGS. First, on the first page, the sense amplifiers 2A (SA1) and 2B (SA2) operate simultaneously. The control signals TG1, TG2 change from 3V to 0V, and the CMOS flip-flops FF1, FF2 are disconnected from the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255).
[0119]
Next, the precharge signals φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 change from 0 V to 3 V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 255) becomes 1.7 V, for example, and the bit line BLjB (j = 0, 1). ,..., 255) are precharged to, for example, 1.5V. When the precharge is completed, φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 become 0V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255) enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate.
[0120]
18 and 19, WL00 is 0V, WL01 to WL07 are 3V, SGD0 is 3V, and SGS0 is 3V. When the data written to the memory cell selected by the word line WL00 is "0", the threshold value of the memory cell is positive, so that no cell current flows and the potential of the bit line BLjA remains at 1.7V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA decreases to 1.5 V or less. Further, the bit line BLjB is not discharged, and is kept at the precharge potential 1.5V.
[0121]
Thereafter, SAP1 and SAP2 become 3V, SAN1 and SAN2 become 0V, CMOS flip-flops FF1 and FF2 are inactivated, and φE1 and φE2 become 3V, thereby resetting CMOS flip-flops FF1 and FF2. After TG1 and TG2 become 3V and the bit lines and the sense amplifier are connected, SAN1 and SAN2 become 3V to 0V, and the potential difference between the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255) is amplified. You. Thereafter, SAP1 and SAN2 change from 0V to 3V, and the data is latched. Then, column selection signals CSLj (j = 0, 1,..., 255) are successively selected, and the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O, I / O ′ (page read).
[0122]
After the page read of the first half data (column addresses 0 to 127) of the first page, while the page read of the second half data of the first page, the first half data (bit line BLjA; j) of the row address of the second page = 0, 1,..., 127. This may be performed, for example, by detecting that the column address is 128.
[0123]
First, the precharge signals φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 change from 0V to 3V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) becomes 1.7V and the bit lines BLjB (j = 0, 1,. 127) is precharged to 1.5V. When the precharge is completed, φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 become 0 V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate. WL01 becomes 0V, WL00, WL02 to WL07 become 3V, SGD0 becomes 3V, and SGS0 becomes 1.5V.
[0124]
When the data written in the memory cell selected by the word line WL01 is "0", the cell current does not flow because the memory cell threshold is positive, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) Remains at 1.7V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) drops to 1.5 V or less. The bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127) is not discharged, and the precharge potential 1.5 V is maintained.
[0125]
Thereafter, SAP1 becomes 3V, SAN1 becomes 0V, the CMOS flip-flop FF1 is inactivated, and φE1 becomes 3V, thereby equalizing the CMOS flip-flop FF1. After TG1 becomes 3V and the bit line is connected to the sense amplifier, SAN1 becomes 3V to 0V, and the potential difference between the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) is amplified. Thereafter, SAP1 and SAN2 change from 0V to 3V, and the data is latched by the sense amplifier 2A (SA1).
[0126]
At the point where the page read of the first page has advanced by 256 column addresses, the data of the next 128 pages of the second page has already been latched by the sense amplifier 2A (SA1), so there is no need to perform the random read operation. . During the page read from the sense amplifier 2A (SA1) to the second page column addresses 0 to 127, a random read operation is performed on the second half column addresses 128 to 255 of the second page. That is, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate. WL01 is 0 V, WL00 and WL02 to WL07 are 3 V, SGD0 is 1.5 V, and SGS0 is 3 V.
[0127]
When the data written in the memory cell selected by the word line WL01 is "0", the cell current does not flow because the memory cell threshold is positive, and the potential of the bit line BLjA remains at 1.7 V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) drops to 1.5 V or less.
[0128]
Further, the bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) is not discharged, and is kept at the precharge potential 1.5V. Then, SAP2 becomes 3V, SAN2 becomes 0V, the CMOS flip-flop FF2 is inactivated, and φE2 becomes 3V, whereby the CMOS flip-flop FF2 is reset. Then, after TG2 becomes 3V and the bit line is connected to the sense amplifier, SAN2 becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) is amplified. Thereafter, SAP2 changes from 3V to 0V, and the data is latched by the sense amplifier 2B (SA2).
[0129]
When the page read of the second page has advanced by 128 column addresses, since the data of the second half 128 column addresses of the next second page has already been latched by the sense amplifier 2B (SA2), a random read operation is performed. It is possible to serially read the data of the second half column address of 128 columns without need.
[0130]
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the memory cell is divided into two, but may be divided into, for example, four or an arbitrary number.
[0131]
The timing charts of FIGS. 24 and 25 are merely examples. In the timing charts of FIGS. 24 and 25, the data of the first page is read by the sense amplifier 2A (SA1) and the sense amplifier 2B (SA2) at the same time. However, as shown in the timing charts of FIGS. First, a random read of the memory cell corresponding to the first half column address of the first page is performed, and then the second half of the first page data is randomly read while the first half of the first page data is read. Good.
[0132]
Further, in FIGS. 24 and 25, bit lines are precharged simultaneously by random reading of the first half data of the second page and random reading of the second half data of the second page, but as shown in FIGS. The timing of precharging the bit lines may be changed between the case of random reading with 2A (SA1) and the case of random reading with sense amplifier 2B (SA2).
[0133]
Further, the division of the memory cell array need not be a physically continuous one as one division unit. For example, as shown in FIGS. 28 and 29, the bit lines connected to the sense amplifier SA1 and the bit lines connected to the sense amplifier SA2 may be arranged alternately. While the bit line connected to the sense amplifier SA1 is randomly read, the bit line connected to the sense amplifier SA2 can be grounded to 0 V. In this case, the distance between the bit lines connected to the sense amplifier SA1 is shown in FIGS. In the case of random read, noise can be reduced due to capacitive coupling between bit lines during random read.
[0134]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. In FIG. 31, the memory cell array connected to the bit line BLj (j = 0, 1,..., 255) may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,. Good.
[0135]
(Example 3)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 3) will be described.
[0136]
In the conventional memory cell array, when a word line which is the row decoder 3 is selected at the time of reading and writing, all the memory cells disposed at the intersection of the selected word line and the bit line are selected. Therefore, one of the memory cells connected to the adjacent bit line cannot be selected and the other cannot be deselected.
[0137]
As described in the above (Embodiment 1) and (Embodiment 2), according to the present invention, the threshold values of the source side select MOS transistor and the drain side select MOS transistor of the NAND block are changed, By changing the voltage applied to the side select gate and the drain side select gate, one of the adjacent bit lines can be selected and the other bit line can be deselected. As a result, it is possible to shorten the precharge time and reduce power consumption by omitting the precharge to the bit line at the time of reading and writing.
[0138]
Therefore, in the present embodiment (Embodiment 3), an embodiment will be described in which the precharge time is shortened at the time of reading to reduce power consumption. An example in which the precharge time is shortened at the time of writing to reduce power consumption will be described in the next embodiment (Embodiment 4).
[0139]
FIG. 32 is a block diagram showing a configuration of a NAND cell type EEPROM according to this embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a memory cell array as a memory means, which is divided into two parts 1A and 1B by an open bit line system. In this embodiment, one page has 256 bits. Reference numeral 2 denotes a sense amplifier circuit as a latch unit for writing and reading data. 3 is a row decoder for selecting a word line, 4 is a column decoder for selecting a bit line, 5 is an address buffer, 6 is an I / O sense amplifier, 7 is a data input / output buffer, and 8 is a substrate potential control circuit.
[0140]
The memory cell array 1A is the same as FIG. 28, and the memory cell array 1B is the same as FIG. However, the sense amplifier SA1 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) of FIG. 28 provided in the memory cell arrays 1A and 1B is not FIG. 22 but FIG. Similarly, the sense amplifier SA2 connected to the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) of FIG. 29 provided in the memory cell arrays 1A and 1B is not FIG. 23 but FIG. In the sense amplifiers SA1 and SA2 in FIGS. 33 and 34, a transistor for equalizing (making the same potential) between the bit lines BLjA and BLjB by the control signals φEQ1 and φEQ2 is added to the sense amplifiers SA1 and SA2 in FIGS. Have been.
[0141]
At the time of reading, every other bit line is kept at a reference potential in order to reduce noise due to capacitive coupling between bit lines (bit line shield). In this case, the write operation is first performed on, for example, a cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), and then connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). Write to the cell to be written. Here, the data (the first page data) written to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is first read, and then the data is written to the bit line BLjA (j = 128, 129,. This embodiment will be described by taking as an example a case where written data (data of the second page) is read.
[0142]
When reading the data of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the shielded bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) is kept at the reference potential (for example, 1.5 V). In the conventional memory cell array, adjacent bit lines are simultaneously selected and discharged, so that only 0 V can be applied to the shielded bit lines. The timing chart of FIG. 35 is divided into a case where the data of the first page is read to the bit line, a case where the data read to the bit line is sensed by the sense amplifier, and a case where the data of the second page is read to the bit line. This will be described with reference to FIG.
[0143]
<When reading data of the first page to the bit line>
When reading out a memory cell selected by the word line WL00 in the memory cell array of FIG. 28 and connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), first, the bit line BLjA (j = 0, 1,. , 127) to 1.7 V and the bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) to 1.5 V to shield the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255). Is precharged to a reference potential (for example, 1.5 V).
[0144]
After the bit line precharge, the control gate WL00 is set to 0V, the WL01 to WL07 are set to 3V, the selection gate SGS0 is set to 1.5V, and the SGD0 is set to 3V. In this case, the selection MOS transistor on the source side of bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) turns on, but the selection MOS transistor on the source side of bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) Turns off. Therefore, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is discharged if the data of the memory cell selected by the word line WL00 is “1”, but the bit line BLjA (j = 128, 129,. 255) does not discharge.
[0145]
When the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) discharges, the potential of the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) drops from the reference potential due to capacitive coupling between bit lines. While the line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is discharging, for example, VA2 and VB2 are set to the reference potential of 1.5 V, and the control signals φPA2 and φPB2 are set to 3 V, so that the bit lines BLjA and BLjB ( .., 255) can be maintained at the reference potential at the shielded bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255).
[0146]
After the cell data is read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the control signals φPA2, φPB2 become 0 V, and the bit lines BLjB (j = 0, 1,. The bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) become floating.
[0147]
At the time of reading cell data to the bit line, equalization may be performed between the shielded bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) by setting the control signal φEQ2 to 3V, or the shielded bit line may be equalized. BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) may be independently connected (not equalized) and precharged to the reference potential of 1.5 V independently.
[0148]
<When amplifying and sensing the first page data read to the bit line>
After the potential of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is determined by reflecting the data of the memory cell selected by the word line WL00, the potential of the bit line will be described in (Example 2). In the same manner as above, sensing is performed differentially. At this time, the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) to be shielded are in a floating state, but are equalized by maintaining the control signal φEQ2 at 3 V to become the same potential (1.5 V). I have. By performing differential sensing, if the cell data read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is “0”, the bit line BLjA becomes 3 V and the bit line BLjB (j = 0, , 127) becomes 0V.
[0149]
Therefore, as shown in FIG. 36 (a), the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) shielded by sensing has a capacitance between the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127). The potential rises from the reference potential by δ due to the coupling. On the other hand, the potential of the shielded bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) drops from the reference potential by −δ due to capacitive coupling with the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127). . However, since the shielding is equalized between the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255), the bit line capacitive coupling noise δ applied to the bit line BLjA and the bit line capacitive coupling noise applied to the bit line BLjB. −δ cancel each other, and as a result, the shielded bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) are kept at the reference potential of 1.5V.
[0150]
Similarly, when the data read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is “1”, the bit line BLjA (j = 0, 1, 1) as shown in FIG. , 127) and BLjB (j = 0, 1,..., 127) can be connected (equalized) so that the shielded bit line can maintain the reference potential.
[0151]
<When reading the data of the second page>
As described above, after reading the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255) Have already been precharged to 1.5V. After the sensing operation, one of the bit lines BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the bit line BLjB (j = 0, 1,. Therefore, when reading data to be connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) next, if φEQ1 is set to 3V (φE1 may be set to 3V), precharge is performed. The bit lines BLjA and BLjB (j = 0, 1,..., 127) to be shielded can be set to the reference potential of 1.5 V without performing the above operation.
[0152]
Therefore, after reading the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) for one page, the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,. In the second precharge, the bit line BLjA (128, 129,..., 255) to be read only needs to be changed from 1.5V to 1.7V.
[0153]
When reading is performed using the bit line shield as described above, the bit line to be shielded can be set to a reference potential other than 0 V by applying the memory cell array and the sense amplifier of the present invention. As a result, when data over a plurality of pages is read, precharge can be reduced, reading can be speeded up, and power consumption can be reduced.
[0154]
In this embodiment, the bit lines BLjA and BLjB are equalized by the control signals φEQ1 and φEQ2, but may be equalized by the control signals φE1 and φE2. 33 and 34, the node between the source and the drain of the two transistors selected by the control signal φE1 (φE2) is fixed at Vcc / 2 potential (for example, 1.5 V). When reading the cell data to the bit line, the bit lines to be shielded may be left floating as shown in FIGS. 33 and 34. However, when the bit line is sensed, the bit line to be shielded is set to the floating state, so that the terminal connected to this node is set to the floating state. There is a need.
[0155]
In this embodiment, after the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is read, the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,. In this example, the bit line to be read has an arbitrary property. Any bit line may be used as long as the bit line connected to the sense amplifier SA2 is read after the bit line connected to the sense amplifier SA1 is read. Alternatively, the bit line connected to the sense amplifier SA1 may be read after the bit line connected to the sense amplifier SA2 is read.
[0156]
The present invention is also effective in a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier. FIGS. 37 and 38 show a memory cell array in the case of employing the shared sense amplifier system. FIG. 39 is a diagram showing a specific configuration of the sense amplifier SA3. After being connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and reading the data of the memory cell selected by the word line WL00, it is connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). FIG. 40 is a timing chart when reading data from the memory cell selected by the word line WL00. The read operation is almost the same as that of the above-described embodiment having one sense amplifier per bit line.
[0157]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. The memory cell array connected to the bit line BLj in FIG. 31 may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA in FIG.
[0158]
Further, in this embodiment, when the potential of the read bit line is sensed after the cell data is read to the bit line, the two bit lines to be shielded are connected (equalized) to the reference potential. I was keeping it. When sensing the potential of the bit line, the two bit lines to be shielded may not be equalized, and may be kept connected to the terminal for applying the reference potential. For example, when shielding the bit line connected to the sense amplifier shown in FIG. 23 or 33 (keeping it at the reference potential), φPA1 and φPB1 are set to 3 V, TG1 and TG2 are set to 0 V, and VA1 and VB1 are set to the reference potential (for example, 1. 5V).
[0159]
(Example 4)
An example for solving (Problem 3) will be described below from (Example 3).
[0160]
FIG. 32 is a block diagram showing a configuration of the NAND cell type EEPROM according to the present embodiment, similarly to (Embodiment 3). The memory cell array is the same as in the third embodiment. That is, the memory cell array 1A is the same as FIG. 28, and the memory cell array 1B is the same as FIG. However, the sense amplifier SA1 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) in the memory cell arrays 1A, 1B may be either FIG. 22 or FIG. Similarly, the sense amplifier SA2 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255) in the memory cell arrays 1A, 1B may be either FIG. 23 or FIG.
[0161]
In the case where a bit line shield method in which every other bit line is kept at a reference potential at the time of reading in order to reduce the capacitance coupling between bit lines is performed, as described in (Embodiment 3), the writing operation is performed, for example, on the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and then write to the cells connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). In the write operation, first, write is performed, and then verify read is performed to check whether the write has been sufficiently performed. Then, the additional writing is not performed on the sufficiently written cells, and the additional writing is performed only on the insufficiently written cells. Here, the present embodiment will be described by taking as an example the case where the memory cell array 1A of FIG. 28 is connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the memory cell selected by the word line WL00 is written.
[0162]
FIG. 41 shows a write / write verify read operation excluding a data load operation of write data from the data input / output buffer 7 to the sense amplifier 2. Prior to writing, in the memory cell array, the control gates are all set to 0 V, and the p substrate (or p-type well and n substrate) on which the memory cells are formed is collectively erased with the high voltage Vpp (about 20 V). After the write data is latched from the data input / output buffer 7 to the CMOS flip-flop FF via the input / output lines I / O, I / O ', first, the control signals φPA1, φPA2, φPB1, φPB2 become 3V, and The bit line is reset.
[0163]
Thereafter, when the transfer gate control signals TGA1 and VSW connecting the bit lines BLjA (j = 0, 1,..., 127) to the sense amplifiers have an intermediate potential (about 10 V), the bit lines BLjA (j = 0, 1, 1) , 127) become an intermediate potential when it is "1" and 0 V when it is "0" according to the data. Since the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) does not perform writing, it is charged to an intermediate potential from the terminal VA2. When the word line WL00 is selected by the row decoder 3, WL00 becomes Vpp, WL01 to WL07, SGD0 become an intermediate potential, and SGS0 becomes 0V.
[0164]
After a predetermined time (up to 20 μs), the control gate and the selection gate are reset to 0 V, the transfer gate control signal TGA1 becomes 0 V, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the sense amplifier are connected. Be separated. Thereafter, the control signal φPA1 becomes 3V, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is reset to 0V. VSW also becomes 3V. During this time, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) remains precharged to the intermediate potential.
[0165]
Next, a verify read operation is performed. First, φPA1 and φPB1 become 3V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is charged to 1.7V, and the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127) is charged to 1.5V. Thereafter, φPA1 and φPB1 become 0V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) are in a floating state. Next, for example, 0.5 V is applied to the control gate WL00, the word lines WL01 to WL07 are set to 3V, the selection gate SGS0 is set to 1.5V, and the SGD0 is set to 3V. In normal reading, if the threshold value of the memory cell is 0 V or more, "0" is read, but in verify reading, "0" is not read unless the voltage is 0.5 V or more.
[0166]
After the bit line is discharged, the verify signal φAV becomes 3V, and when the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) writes “1”, it is charged to about 3V. Here, the voltage level of the precharge performed by the verify signal may be 1.5 V or more of the precharge voltage of the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127). Thereafter, the equalizing signal φE becomes 3 V, and the sense amplifier is reset. Then, the transfer gate control signals TGA1 and TGB1 become 3 V, and the data of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is read. The read data is latched by the sense amplifier and becomes data for the next rewrite.
[0167]
During the verify read, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) is not discharged, and maintains an intermediate potential, so that the bit line BLjA (j = 0, 1,. This reduces the coupling capacitance noise between bit lines.
[0168]
When the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is rewritten, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) has already been precharged to the intermediate potential, so there is no need to recharge. In addition, the charging time can be omitted. Further, the booster circuit that charges the intermediate potential consumes a large amount of power when boosting is started. Therefore, according to the present embodiment, power consumption during writing can be reduced.
[0169]
In this embodiment, during the verify read, the unselected bit lines BLjA (j = 128, 129,..., 255) are continuously charged to the intermediate potential. For example, by setting φPA2 to 0V, the unselected bit lines are set to the intermediate potential. May be in a floating state.
[0170]
This embodiment is also effective in a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier. FIGS. 37 and 38 show a memory cell array in the case of employing the shared sense amplifier system. FIG. 32 is a block diagram showing the configuration of the NAND cell type EEPROM in the case where the shared sense amplifier system is adopted, similarly to the third embodiment. FIG. 39 shows a sense amplifier SA3 when the shared sense amplifier system is adopted. The timing chart when the shared sense amplifier method is adopted is almost the same as FIG.
[0171]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. The memory cell array connected to the bit line BLj in FIG. 31 may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA in FIG.
[0172]
The present invention can also be applied to a folded bit line system as shown in FIG. While writing is performed on a memory cell connected to one of the two bit lines (for example, BL0 in FIG. 42) connected to the sense amplifier, the other bit line BL1 sets the transfer gate control signal TG2 to 0 V and sets the terminal It is sufficient to keep charging from VB to the intermediate potential (about 10 V). Since the bit line BL1 is maintained at the intermediate potential during the verify read of the memory cell connected to the written bit line BL0, the verify read of the memory cell connected to the bit line BL0 cannot be performed differentially.
[0173]
However, for example, normal reading is performed differentially by the folded bit line method as described in (Embodiment 1), and during verify reading, as described in the section of [Prior Art], a single-ended type, that is, One of the two inverters constituting the flip-flop of the sense amplifier is made inactive, and as shown in FIG. 30, the read data is "0" depending on whether or not the potential of the bit line is higher than the circuit threshold of the inverter. It may be determined whether or not there is “1”.
[0174]
(Example 5)
In the present embodiment, SGD0 is applied to the drain-side select MOS transistors of half the memory cell units in one block selected by the row decoder 3 at the time of write verify read and normal read, and the source side is selected. When SGS0 is applied to the select MOS transistor, SGS0 is applied to the select MOS transistor on the drain side and SGD0 is applied to the select MOS transistor on the source side in the other half of the memory cell units.
[0175]
As a method of applying a voltage to the selection gate, for example, as shown in FIG. 43, a signal applied to a selection gate of a memory cell connected to bit lines BL0 to BL127 and a selection gate of a memory cell connected to bit lines BL128 to BL255 May be separately provided. Further, as shown in FIG. 44, the selection gate on the source side and the selection gate on the drain side may be exchanged in the middle of the memory cell array.
[0176]
43 and 44, for example, when reading out a memory cell selected by the word line WL00, if the selection gate SGS0 is set at 3V and SGD0 is set at 1.5V, it is connected to the bit line BLj (j; even number). The memory cell is read. In this case, among the unselected bit lines BLj (j; odd number) that are not read, the non-selected bit lines BLj (j = 1, 3, 5,..., 125, 127) have their source-side selection MOS transistors turned off, For the unselected bit lines BLj (j = 129, 131, 133,..., 253, 255), the drain-side selection MOS transistors are turned off. That is, half of the unselected bit lines are turned off by turning off the drain-side selection MOS transistors, and the remaining half of the unselected bit lines are turned off by turning off the source-side selection MOS transistors. Is stopped.
[0177]
On the other hand, when reading the memory cell connected to the bit line BLj (j; odd number) in FIGS. 43 and 44, the selection gate SGS0 may be set to 1.5V and the SGD0 may be set to 3V. In this case, among the unselected bit lines BLj (j; even number) that are not read, the drain-side selection MOS transistors of the unselected bit lines BLj (j = 0, 2, 4,..., 124, 126) are turned off, For the unselected bit lines BLj (j = 128, 130, 132,..., 252, 254), the source-side selection MOS transistors are turned off. That is, half of the unselected bit lines are turned off by turning off the drain-side selection MOS transistors, and the remaining half of the unselected bit lines are turned off by turning off the source-side selection MOS transistors. Is stopped.
[0178]
In this manner, when reading the odd-numbered bit lines or the even-numbered bit lines, the discharge of the bit lines is stopped by turning off the drain-side selection MOS transistors in half of the unselected bit lines. The discharge of the bit lines of the remaining half of the unselected bit lines is stopped by turning off the source side select MOS transistors. Therefore, the capacity of the entire non-selected bit line is the same when reading the odd-numbered bit line and when reading the even-numbered bit line, and when reading the bit line BLj (j; odd number), the bit line BLj (j ; Even), the precharge time and the read time can be the same.
[0179]
Here, the case of reading has been described, but even in the case of verify reading after writing, the capacity of the entire bit line is equal between the case of reading the odd-numbered bit line and the case of reading the even-numbered bit line.
[0180]
43 and 44 illustrate the folded bit line system as an example, the open bit line system described in (Embodiment 1) to (Embodiment 4) or the single-ended system may be used. Also, a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier may be used.
[0181]
(Example 6)
Next, another embodiment will be described. This embodiment is basically the same as the first embodiment, and differs from the first embodiment in that the type of the selection MOS transistor is changed.
[0182]
FIG. 45 is a diagram showing the configuration of the memory cell array in this embodiment. FIG. 2 is different from FIG. 2 in that a part of the I-type select MOS transistor is D-type.
[0183]
In FIG. 45, a selection MOS transistor having a high threshold Vt1 (for example, 2 V) is E-type, and a selection MOS transistor having a low threshold Vt2, Vt3 (for example, 0.5 V, -1 V) (Vt1>Vt2> Vt3). The transistors are described as I-type and D-type. The voltage applied to the selection gate is a voltage Vsgh (for example, 3 V) (Vsgh> Vt1, Vt2, Vt3) at which all of the I-type transistor, D-type and E-type transistors are turned on, and the I-type transistor is turned on. The voltage Vsgl1 (for example, 1.5 V) for turning off the E-type transistor (Vt1>Vsgl1> Vt2), and the voltage Vsgl2 (for example, 0 V) for turning off the E-type transistor while the D-type transistor turns on (Vt1> Vsgl2) > Vt3).
[0184]
A method for applying a voltage to the selection gate will be specifically described with reference to FIG. For example, when reading data from the memory cell MC000, the word lines WL00 and WL08 to WL15 are set to 0V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc (for example, 3V). The source-side select gate SGS0 is set to Vsgh, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgl1. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the source-side selection MOS transistors STS00 and STS10 are both turned on. On the other hand, the selection MOS transistor STD00 on the drain side of the bit line BL0 is turned on, but the selection MOS transistor STD10 on the drain side of the bit line / BL0 is turned off, so that the bit line BL0 is discharged but the bit line / BL0 is not discharged. .
[0185]
On the other hand, when reading data from the memory cell MC100, the word lines WL00, WL08 to WL15 are set to 0 V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc, as in the case of reading the memory cell MC000. The source side select gate SGS0 is set to Vsgl2, and the drain side select gate SGD0 is set to Vsgh. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the drain-side selection MOS transistors STD00 and STD10 are both turned on. The source side select MOS transistor STS10 is turned on, so that the bit line / BL0 is discharged. However, since the select MOS transistor STS00 is turned off, the bit line BL0 is not discharged.
[0186]
The present invention is a selection MOS transistor connected to a bit line pair BLj, / BLj and controlled by the same selection gates SGS, SGD (for example, STD00 and STD10, STS00 and STS10, STD01 and STD11, STS01 in FIG. 45). What is necessary is just to give a difference to the threshold value of STS11), and the way of setting the threshold value is arbitrary. In FIG. 45, the select MOS transistors on the drain side of the cell connected to the bit line BLj are all I-type, and the select MOS transistors on the source side are E-type. For example, two NAND blocks sharing a bit line contact are used. One of the selection MOS transistors may be I-type and the other may be E-type.
[0187]
According to the present invention, of the select MOS transistors sharing one select gate, a conductive MOS transistor and a non-conductive MOS transistor can be generated, and by providing two such select gates, This utilizes the fact that a memory cell in a selected state and a memory cell in a non-selected state can be easily realized in memory cells having the same selection gate.
[0188]
As shown in FIG. 46, the selection MOS transistor connected to the drain side may be E-type or D-type, and the selection MOS transistor connected to the source side may be E-type or I-type. In this case, when selecting a memory cell (for example, MC000) in the memory cell unit 2, SGS0 may be set to Vsgh (for example, 3V), SGD0 may be set to Vsgl2 (for example, 0V), and SGD1 and SGS1 may be set to 0V. When selecting a memory cell (for example, MC100) in the memory cell unit 1, SGS0 may be set to Vsgl1 (for example, 1.5V), SGD0 may be set to Vsgh (for example, 3V), and SGS1 and SGD1 may be set to 0V.
[0189]
If Vsgh is made larger than Vcc, the conductance of the selection MOS transistor will increase (that is, the resistance will decrease), and the current flowing through the NAND cell row at the time of reading will increase, thereby shortening the bit line discharge time. Read and write verify reading is speeded up. Vsgh may be boosted from Vcc by a booster circuit in the chip, for example.
[0190]
The thresholds of the I-type selection MOS transistor and the D-type selection MOS transistor may both be negative thresholds (for example, -1 V and -2 V).
[0191]
The larger value Vt1 of the threshold values of the selection gates may be set to a voltage higher than the power supply voltage Vcc (for example, 3.5 V). In this case, in order to turn on the selection MOS transistor having the threshold value of Vt1 at the time of reading or verify reading, for example, 4 V may be applied to the selection gate using a booster circuit inside the chip.
[0192]
Here, the operation when reading out the memory cell MC000 connected to the bit line BL1 in FIG. 48 will be described using the timing chart in FIG. The sense amplifier is formed by a CMOS flip-flop controlled by control signals SAN and SAP.
[0193]
First, the control signals φA and φB become Vss, and the CMOS flip-flop FF is disconnected from the bit lines BL0 and BL1. Next, the precharge signals φpA and φpB change from Vss to Vcc (time t0), and the bit line BL1 is precharged to VB (eg, 1.7V) and the dummy bit line BL0 is precharged to VA (eg, 1.5V) (time). t1). When the precharge is completed, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BL0 and BL1 enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate (word line) and the control gate (time t2).
[0194]
When reading the memory cell MC000 in FIG. 48, WL00 is 0V, WL01 to WL07 are 3V, SGD0 is 3V, and SGS0 is 1.5V. When the data written in the memory cell MC000 is “0”, the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC000 is positive, and the potential of the bit line BL1 remains at 1.7 V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BL1 decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGS0 is at 1.5V, the selection gate transistor STS10 is turned off, and the bit line BL0 is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC100, and is maintained at the precharge potential of 1.5V. .
[0195]
Then, at time t3, SAP becomes 3V and SAN becomes 0V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3V at time t4, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / 2. (For example, 1.5 V). At time t5, φA and φB become 3V, and after the bit line and the sense amplifier are connected (time t6), SAN becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BL0 and BL1 is amplified. Thereafter, at time t7, the SAP changes from 3V to 0V, and the data is latched. That is, if “0” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 3V and the node N2 becomes 0V. If “1” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 0V and the node N2 becomes 3V. Become. Thereafter, when the column selection signal CSL1 changes from 0V to 3V, the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O and I / O '(time t8).
[0196]
The timing of the read operation is arbitrary. For example, at time t5, the transfer gate connecting the bit line and the sense amplifier may be turned on to transfer the potentials of the bit lines BL1 and BL2 to the nodes N1 and N2, and then the transfer gate may be turned off. Therefore, since the load capacitance of the sense amplifier is reduced by disconnecting the bit line pair from the sense amplifier, the potentials of the nodes N1 and N2 are rapidly determined during sensing and data latching.
[0197]
At the time of the sense operation of the sense amplifier, first, SAN is changed from 0 V to 3 V to turn on the N-channel transistor of the CMOS flip-flop FF, and then SAP is changed from 3 V to 0 V to turn on the P-channel transistor of the CMOS flip-flop FF. However, SAP may be changed from 3V to 0V at the same time as SAN is changed from 0V to 3V.
[0198]
In the above embodiment, while discharging the bit line connected to the memory cell to be read, the other dummy bit line of the bit line pair connected to the sense amplifier (for example, the memory cell MC000 in FIG. 48 is read) In this case, the bit line BL0 is in a floating state, and when the memory cell MC100 is read, the bit line BL1) is in a floating state. However, even when the bit line BL1 is precharged and the data of the memory cell MC000 is subsequently read, the precharge control signal φpA is kept at 3V to fix the reference dummy bit line BL0 to the reference potential 1.5V. You can also.
[0199]
By keeping the dummy bit line at the reference potential in this manner, noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines during bit line discharge can be reduced. Also, as in the case of the above-mentioned read, during the verify read after the write, the bit line is charged and discharged according to the data written to the cell. However, if the dummy bit line not to be read is kept at the reference potential, the bit line is caused by the capacitive coupling between the bit lines. Noise can be reduced.
[0200]
<Write>
A write operation of the present embodiment, for example, a write procedure for writing to the memory cell MC000 in FIG. 48 will be described below.
[0201]
The selection gate SGD0, the control gates WL01 to WL07 are set at the intermediate potential Vm (about 10 V), the WL00 is set at Vpp (about 20 V), and the bit line BL0 is charged from VA to Vm8 (about 8 V). When "1" is written to the memory cell MC000, Vm8 is applied from the flip-flop FF, and when "0" is written, 0 V is applied to the bit line BL1. Then, electrons are not injected into the floating gate of the memory cell MC100 where no writing is performed and the memory cell MC000 where “1” writing is performed, and electrons are injected from the channel into the floating gate of the memory cell MC000 where “0” writing is performed. Is done.
[0202]
After the writing is completed, the control gate, the selection gate, and the bit line are sequentially discharged, and the writing operation ends.
[0203]
When writing to the MC000 of the memory cell array as shown in FIG. 45, a voltage (for example, −3 V) that turns off the D-type selection MOS transistor STS10 may be applied to the selection gate SGS0.
[0204]
After the end of the write, a write verify operation is performed to check whether the write has been performed sufficiently.
[0205]
First, φA and φB become Vcc, precharge signals φpB and φpA become Vcc, and the bit line BL1 is precharged to, for example, 1.7V and the (dummy) bit line BL0 is precharged to, for example, 1.5V.
[0206]
When the precharge ends, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BL1 and BL0 enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the selection gate and the control gate. The control gate WL00 has a verify voltage (for example, 0.5V), WL01 to WL07 have Vcc (for example, 3V), SGS0 has 1.5V, and SGD0 has 3V. When "0" is sufficiently written in the memory cell MC000, the cell current does not flow because the threshold voltage of the memory cell is positive, and the potential of the bit line BL1 remains at 1.7 V. When "1" write or "0" write is insufficient, a cell current flows and the potential of the bit line BL1 decreases to 1.5 V or less. During this time, the dummy bit line BL0 may be floating, or φpA may be fixed to 1.5 V by setting it to Vcc. If the dummy bit line is maintained at a constant voltage, the capacitance coupling noise between the bit lines during bit line discharge can be significantly reduced.
[0207]
After the bit line discharge, the verify signal φBV becomes 3V, and when the data written to the memory cell MC000 is “1”, the bit line BL1 is charged to about 3V. Here, the voltage level of the charge performed by the verify signal only needs to be 1.5 V or more of the precharge voltage of the dummy bit line BL0.
[0208]
Thereafter, SAP becomes 3V, SAN becomes 0V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3V, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / 2 (for example, 1.5V). become. Thereafter, φA and φB become 3V, and after the bit line and the sense amplifier are connected, SAN becomes 0V to 3V and SAP becomes 3V to 0V, the potential difference between the bit line BL1 and the dummy bit line BL0 is amplified, and the potential difference is increased. The write data is latched by the sense amplifier.
[0209]
Thus, according to the present embodiment, by changing the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate, the folded bit line can be increased without increasing the chip area, as in the first embodiment. The method can be realized, and high-speed random reading can be performed. As a method of changing the threshold value, various methods described in the first embodiment can be adopted.
[0210]
【The invention's effect】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0211]
(Example 1)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 1) will be described.
[0212]
FIG. 1 is a block diagram showing an entire configuration of a NAND cell type EEPROM according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a memory cell array, 2 is a sense amplifier and latch circuit as latch means for writing and reading data, 3 is a row decoder for selecting a word line, 4 is a column decoder for selecting a bit line, and 5 is a column decoder. An address buffer, 6 is an I / O sense amplifier, 7 is a data input / output buffer, and 8 is a substrate potential control circuit.
[0213]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a memory cell array, where BL and / BL are bit lines, WL is a word line, STD is a first selection MOS transistor connected to the drain side of a NAND cell, and STS is the source side of a NAND cell. SGD is a select gate for driving the select MOS transistor STD, SGS is a select gate for driving the select MOS transistor STS, SA is a sense amplifier, and TG is a sense amplifier SA and a bit line. A control signal for driving a gate for connecting BL is shown.
[0214]
As shown in FIG. 2, the sense amplifier SA receives an adjacent pair of bit lines BLj and / BLj as inputs. This is a folded bit line system used in DRAM. In order to realize the folded bit line system, it is necessary to prevent one bit line of a bit line pair from discharging when the other bit line is discharged. A difference is provided between the threshold values of the selection MOS transistors (for example, STS00 and STS10, STD00 and STD10 in FIG. 2) sharing the same selection gate, and different voltages are applied to the drain-side selection gate and the source-side selection gate. To achieve this.
[0215]
In FIG. 2, a select MOS transistor having a high threshold value Vt1 (eg, 2 V) is referred to as E-type, and a select MOS transistor having a low threshold value Vt2 (eg, 0.5 V) (Vt1> Vt2) is referred to as I-type. ing. The voltages applied to the gates (selection gates) of the two types of selection MOS transistors include a voltage Vsgh (for example, 3 V) that turns on both the I-type transistor and the E-type transistor (Vsgh> Vt1, Vt2), and an I-type transistor. Is turned on but the E-type transistor is turned off at a voltage Vsgl (for example, 1.5 V) (Vt1>Vsgl> Vt2).
[0216]
Here, the memory cell is an electrically rewritable nonvolatile memory cell in which a floating gate (charge storage layer) and a control gate are stacked on a semiconductor substrate. Memory section). The I-type STS and the E-type STD are connected to the NAND cell to form a first memory cell unit. The E-type STS and the I-type STD are connected to the NAND cell to form the second memory cell unit. Of memory cell units, and the first and second memory cell units are alternately arranged. Further, a sub-array is constituted by a plurality of first and second memory cell units sharing a word line.
[0219]
With reference to FIG. 2, a method for applying a voltage to the selection gate will be specifically described. For example, when reading data from the memory cell MC000, the word lines WL00 and WL08 to WL15 are set to 0V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc (for example, 3V). The source-side select gate SGS0 is set to Vsgh, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgl. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the source-side selection MOS transistors STS00 and STS10 are both turned on. On the other hand, the selection MOS transistor STD00 on the drain side of the bit line BL0 is turned on, but the selection MOS transistor STD10 on the drain side of the bit line / BL0 is turned off. Therefore, if the data of the memory cell MC000 is "1", the bit line BL0 is turned off. The bit line / BL0 does not discharge regardless of the data in the memory cell MC100.
[0218]
On the other hand, when reading data from the memory cell MC100, the word lines WL00, WL08 to WL15 are set to 0 V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc, as in the case of reading the memory cell MC000. The source-side select gate SGS0 is set to Vsgl, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgh. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the drain-side selection MOS transistors STD00 and STD10 are both turned on. The source side select MOS transistor STS10 is turned on, so that the bit line / BL0 is discharged if the data of the memory cell MC100 is "1", but the select MOS transistor STS00 is turned off, so that the bit line BL0 is not discharged.
[0219]
The present invention is a selection MOS transistor connected to a bit line pair BLj, / BLj and controlled by the same selection gates SGS, SGD (for example, STD00 and STD10, STS00 and STS10, STD01 and STD11, STS01 of FIG. 2). What is necessary is just to give a difference to the threshold value of STS11), and the way of setting the threshold value is arbitrary. For example, as shown in FIG. 3, the selection MOS transistor STD00 of the bit line BLj may be E-type, the STS00 may be I-type, the selection MOS transistor STD10 of the bit line / BLj may be I-type, and the STS10 may be E-type.
[0220]
In FIG. 2, the drain-side select MOS transistors of the cells connected to the bit line BLj are all I-type, and the source-side select MOS transistors are E-type. However, as shown in FIG. 4, for example, the bit line contacts are shared. In the two NAND blocks, one of the drain-side selection MOS transistors may be I-type and the other may be E-type. 2 to 4, alternately disposed bit lines BLj are simultaneously selected and read. For example, as shown in FIG. 5, the threshold value of the selection MOS transistor is set to select bit line BL0 as shown in FIG. In this case, the bit line / BL1 may be selected.
[0221]
In the present invention, not only this (Embodiment 1) but also all the embodiments up to (Embodiment 5) which will be described later, among the selection MOS transistors sharing one selection gate, the selection MOS transistors having a conduction state and the non-selection MOS transistors sharing a non-selection gate have a non-selection state. A conductive state can be generated, and by providing two such select gates, a memory cell in a selected state and a memory cell in a non-selected state can be easily selected from memory cells having the same select gate. I use what I can do.
[0222]
Therefore, the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate have arbitrary characteristics. The drain-side select MOS transistor has two threshold values of Vtd1 and Vtd2 (Vtd1> Vtd2), and the voltage applied to the drain-side select gate is Vsghd (Vsghd> Vtd1) and Vsgld (Vtd1>Vsgld> Vtd2). The source-side selection MOS transistor has two thresholds of Vts1 and Vts2 (Vts1> Vts2), and the voltages applied to the source-side selection gate are Vsghs (Vsghs> Vts1) and Vsgls ( Vts1>Vsgls> Vts2), and may not be Vtd1 = Vts1, Vtd2 = Vts2, Vsghd = Vsghs, Vsgld = Vsgls as in the above embodiment.
[0223]
For example, the threshold voltage of the drain-side select MOS transistor is set to two types of 2 V and 0.5 V, and the threshold value of the source-side select MOS transistor is set to two types of 2.5 V and 1 V. The voltage applied may be Vsgh = 3V, Vsgl = 1.5V, and the voltage applied to the source side select gate may be Vsgh = 3V, Vsgl = 1.2V.
[0224]
If Vsgh is made larger than Vcc, the conductance of the select MOS transistor will increase (that is, the resistance will decrease), and the cell current flowing through the NAND cell row at the time of reading will increase. As a result, the bit line discharge time will be shortened. , Read and write verify reading is speeded up. Vsgh may be boosted from Vcc by a booster circuit in the chip, for example.
[0225]
The selection MOS transistors sharing one selection gate are all turned on. The voltage Vsgh of the selection gate is desirably equal to or lower than the power supply voltage Vcc. When Vsgh is larger than Vcc, a booster circuit is required in the chip, which leads to an increase in chip area.
[0226]
Further, the smaller threshold value Vt2 of the selection MOS transistor may be a negative threshold value (for example, -1 V). At the time of writing, 0 V is applied to the bit line connected to the cell to be written, and an intermediate potential (about 10 V) is applied to the bit line connected to the cell not to be written. The source-side select gate must be turned off so that no current flows. Therefore, when Vt2 is set to a negative threshold value of about -1 V, a negative voltage (for example, -1.5 V) that turns off the negative-threshold selection gate is applied to the source-side selection gate during writing. Just fine.
[0227]
The larger value Vt1 of the threshold values of the selection gates may be set to a voltage equal to or higher than the power supply voltage Vcc (for example, 3.5 V). In this case, in order to turn on the selection MOS transistor having the threshold value of Vt1 at the time of reading or verify reading, for example, 4 V may be applied to the selection gate using a booster circuit inside the chip.
[0228]
Here, the operation when reading out the memory cell MC000 connected to the bit line BLj in FIG. 6 will be described with reference to the timing chart in FIG. The sense amplifier is formed by a CMOS flip-flop controlled by control signals SAN and SAP.
[0229]
First, the control signal TG changes from Vcc (for example, 3 V) to Vss, and the CMOS flip-flop FF is disconnected from the bit lines BLj and / BLj. Next, the precharge signals φpA and φpB change from Vss to Vcc (time t0), the bit line BLj is precharged to VA (eg, 1.7 V), and the bit line / BLj is precharged to VB (eg, 1.5 V) ( Time t1). When the precharge ends, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BLj and / BLj enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate (word line) and the selection gate (time t2).
[0230]
When reading the memory cell MC000 in FIG. 6, WL00 is 0 V, WL01 to WL07 are 3 V, SGD0 is 3 V (Vsgh), and SGS0 is 1.5 V (Vsgl). When the data written in the memory cell MC000 is “0”, the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC000 is positive, and the potential of the bit line BLj remains at 1.7 V. When the data is “1”, the cell current flows and the potential of the bit line BLj decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGS0 is at 1.5 V, the selection transistor STS10 is turned off, and the bit line / BLj is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC100, and is maintained at the precharge potential of 1.5 V. .
[0231]
Then, at time t3, SAP becomes 3 V and SAN becomes 0 V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3 V at time t4, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / V. 2 (for example, 1.5 V). After TG becomes 3V at time t5 and the bit line and the sense amplifier are connected (time t6), SAN becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BLj and / BLj is amplified. Thereafter, at time t7, the SAP changes from 3V to 0V, and the data is latched.
[0232]
That is, if “0” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 3V and the node N2 becomes 0V. If "1" is written in MC000, the node N1 becomes 0V and the node N2 becomes 3V. Thereafter, when the column selection signal CSLj changes from 0 V to 3 V, the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O and I / O '(time t8).
[0233]
Next, FIG. 10 shows a timing chart when the memory cell MC100 connected to the bit line / BLj in FIG. 6 is read. In this case, the bit line BLj is precharged to 1.5 V and the bit line / BLj is precharged to 1.7 V (time t1). The voltage applied to the control gate (word line) from the row decoder 3 when reading the cell data to the bit line is the same as that for reading the memory cell MC000, except that the voltage applied to the selection gate is 1.5 V for SGD0 and SGS0. Is 3V (time t2).
[0234]
When the data written in the memory cell MC100 is "0", the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC100 is positive, and the potential of the bit line / BLj remains at 1.7V. When the data is "1", the cell current flows and the potential of the bit line / BLj decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGD0 is 1.5V, the selection MOS transistor STD00 is turned off, and the bit line BLj is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC000, and is maintained at the precharge potential 1.5V. . After that, the data read to the bit line / BLj is sensed and latched by the sense amplifier in the same manner as when reading the memory cell MC000, and is output to I / O and I / O '.
[0235]
The timing of the read operation is arbitrary. For example, at time t5, as shown in FIG. 9, the transfer gate connecting the bit line and the sense amplifier is turned on to transfer the potentials of the bit lines BLj and / BLj to the nodes N1 and N2, and then the transfer gate is turned off. . Therefore, since the load capacitance of the sense amplifier is reduced by disconnecting the bit line pair from the sense amplifier, the potentials of the nodes N1 and N2 are rapidly determined during sensing and data latching.
[0236]
In the timing charts of FIGS. 8 to 10, during the sensing operation of the sense amplifier, first, SAN is set from 0 V to 3 V to turn on the N-channel transistor of the CMOS flip-flop FF, and then SAP is set from 3 V to 0 V, and then the CMOS flip-flop FF is turned on. Are turned on, but SAP may be changed from 3V to 0V almost simultaneously with changing SAN from 0V to 3V.
[0237]
When the data of the cell connected to the bit line BLj is sensed and latched by the sense amplifier, one of the potentials of the bit lines BLj and / BLj is 0 V and the other is Vcc (for example, 3 V). After the cell data of the bit line BLj is output from the sense amplifier to I / O, I / O ', if .phi.E is set to 3 V, the bit lines BLj and / BLj are connected (equalized), and the bit line BLj is not precharged. , / BLj become 1.5V. Thereafter, for example, when reading out the bit line / BLj, the bit line / BLj may be precharged to 1.7 V by setting φPB to 3 V and VB to 1.7 V. By connecting the bit lines BLj and / BLj after sensing the bit line BLj in this manner, the precharge time for the next read can be shortened and the power consumption required for the precharge can be reduced.
[0238]
As shown in FIG. 7, a circuit for performing verification after writing to the sense amplifier may be added.
[0239]
As a method of precharging a different potential to the bit line pair, a dummy cell may be provided as shown in FIG. 11, for example, in addition to the method of transferring the potentials VA and VB from the peripheral circuit as shown in FIG. In this case, the bit lines BLj and / BLj are precharged to the same potential VPR. The current flowing in the dummy cell is smaller than the worst read current of the cell. For example, a dummy NAND type cell connected in series may be a depletion type transistor, the channel length L may be increased, and the channel width W may be reduced.
[0240]
If the threshold value of the dummy selection MOS transistor is set as shown in FIG. 11, when data of a memory cell connected to bit line BLj is read to bit line BLj, bit line / BLj is discharged through the dummy cell and bit line / BLj is discharged. When reading data from the memory cell connected to / BLj, the bit line BLj is discharged through the dummy cell.
[0241]
The operation of this embodiment will be described by taking a case where the memory cell MC000 is read as an example. First, the precharge control signal PRE becomes 3 V, and the bit lines BLj and / BLj are precharged to a precharge potential VPR (for example, 1.7 V). Thereafter, the control gate line and the selection gate of the memory cell are selected, 0V is applied to the dummy word line DWL, and substantially the same voltage as the voltage applied to the selection gates SGS and SGD of the selection MOS transistor is applied to the dummy selection gates DSGS and DSGD. Is done.
[0242]
If "0" is written in the memory cell MC000, the bit line BLj does not discharge and keeps the precharge potential of 1.7 V. If "1" is written in MC000, the bit line BLj is discharged to, for example, 1.3V. When the bit line BLj in which "1" is written is discharged to 1.3 V, the bit line / BLj may be discharged to 1.5 V through the dummy cell. Thereafter, the operation of differentially amplifying the potential of the bit line pair by the sense amplifier is the same as in the embodiment of FIG.
[0243]
As a method of precharging a different potential to the bit line pair, the dummy cell may be constituted by one transistor and one capacitor as shown in FIG. First, the bit line precharge control signal PRE becomes 3V, and the bit lines BLj and / BLj are precharged to the same potential VPR. When the data of the memory cell MC000 is read out to the bit line BLj after the control signal PRE becomes 0V and the bit line is in a floating state, φPB becomes 3V and the capacitor C1 is charged. The bit line / BLj drops from the precharge potential VPR by the charge charged in the capacitor C1. This may be used as a reference potential for differentially amplifying the bit line pair.
[0244]
When reading data from the memory cell MC100 to the bit line / BLj, the capacitor C0 is charged when φPA becomes 3 V, and the bit line BLj falls from the precharge potential VPR. This bit line BLj may be set to the reference potential.
[0245]
In the embodiments of FIGS. 6 to 10, while discharging the bit line to which the memory cell to be read is connected, the other bit line (for example, the memory of FIG. 6) of the bit line pair connected to the sense amplifier is discharged. When reading the cell MC000, the bit line / BLj is in a floating state, and when reading the memory cell MC100, the bit line BLj) is in a floating state. However, while the bit line (for example, the bit line BLj) is precharged to 1.7 V and the data of the memory cell is thereafter read, the precharge control signal φPB is kept at 3 V, so that the reference bit line (for example, the bit line BLj) becomes The bit line / BLj) can be fixed at a reference potential of 1.5V.
[0246]
By maintaining the bit line / BLj at the reference potential in this manner, noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines during bit line discharge can be reduced. As in the case of the above-mentioned read, during the verify read after the write (described in detail in the fourth embodiment), the bit line is charged and discharged according to the data written in the cell, but the bit line / BLj which is not read is set to the reference potential. , Noise due to capacitive coupling between bit lines can be reduced.
[0247]
In order to reduce noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines when sensing and latching data of a memory cell read to a bit line, a twisted bit line method proposed in a DRAM as shown in FIG. It may be. A twisted bit line system as shown in FIG. 14 may be used.
[0248]
The selection MOS transistor may be constituted by a cell having a selection gate and a floating gate as shown in FIG. In the case of this embodiment, the threshold value of the selection MOS transistor can be determined by injecting electrons into the floating gate of the selection MOS transistor before shipping the semiconductor memory device. The injection of electrons into the floating gate of the drain-side select MOS transistor (eg, STD00 in FIG. 15) may be performed by tunneling from the substrate.
[0249]
That is, the word lines WL00 to WL07 are at an intermediate potential (about 10V) or 0V, the selection gate SGD0 is at Vpp (about 20V), the selection gate SGD0 is at 0V, the bit line BL0 is at 0V, and the bit lines / BL0, BL1, and / BL1 are at an intermediate potential. The potential (about 10 V) may be set. Further, in order to determine the threshold value of the source-side selection MOS transistor, the selection gates SGD0, SGS0 and the word lines WL00 to WL07 are all set to "H" to turn on all the NAND cell columns, and Vpp or Vpp is applied to the bit line BL0. Hot electrons may be injected by applying 0 V to the intermediate potential and the bit lines / BL0, BL1, and / BL1.
[0250]
As described above, according to the present invention, by changing the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate, the folded bit line method can be realized without increasing the chip area, and high-speed random read can be performed. Will be possible. As a method of changing the threshold value, changing the gate oxide film thickness of the selection MOS transistor, changing the concentration of the channel-doped impurity in the selection MOS transistor, and the like can be considered. Alternatively, the threshold value may be different depending on whether or not the select MOS transistor is channel-doped with impurities. The threshold value can also be changed by changing the channel length of the selection MOS transistor. That is, since the threshold value of a transistor having a short channel length is reduced due to the short channel effect, the transistor may be used as an I-type transistor.
[0251]
As a method of changing the gate oxide film thickness and the impurity concentration of the channel, another manufacturing process such as channel doping of a peripheral circuit may be used without introducing a new manufacturing process. In any case, the threshold value of the selection MOS transistor may be made different, and if the threshold value is made different, a predetermined threshold value can be obtained by a substrate bias or the like.
[0252]
In the conventional NAND cell type EEPROM, 0 V is applied to the select gate on the source side of the write block. However, when the select MOS transistor on the source side is I-type and the threshold value Vt2 is about 0.1 V (or negative). In the case of a threshold value, the source-side select MOS transistor does not completely cut off, the cell current flows for example 0.1 μA, and the unwritten bit line is discharged from the intermediate potential (about 10 V).
[0253]
For example, if the bit lines are charged to an intermediate potential without writing to the memory cells connected to the 200 bit lines, the cell current will flow in total of 200 × 0.1 μA = 20 μA. In order to improve the cut-off characteristics of the I-type transistor, a voltage of, for example, about 0.5 V may be applied to the common source line at the time of writing. When 0.5 V is applied to the source, the potential difference between the source and the substrate becomes -0.5 V, and the threshold value of the I-type transistor increases due to the body bias effect. Therefore, 0 V is applied to the gate of the I-type transistor. The cut-off characteristic at the time of reading is improved, and the cell current at the time of reading can be reduced.
[0254]
In order to set the smaller one (I-type) of the thresholds of the selection gates to, for example, 0.5 V, a method of reducing the substrate concentration may be considered. In an I-type transistor having a low substrate concentration, when a drain voltage is applied without applying a gate voltage, a depletion layer between the drain and the substrate expands, and as a result, a depletion layer between the drain and the substrate and a depletion layer between the source and the substrate are reduced. However, there is a problem in that the connection and the dullness (punch through) occur. In order to increase the punch-through breakdown voltage of the I-type select MOS transistor, the channel length L of the I-type select MOS transistor may be increased.
[0255]
In the above embodiment, the NAND cell type EEPROM has been described. However, the nonvolatile semiconductor memory in which the drain side of the memory cell is connected to the bit line via the selection gate, and the source side of the memory cell is also connected to the source line via the selection gate. The present invention is effective for a device. For example, the present invention is also effective in an AND cell type EEPROM (H. Kume el al .; IEDM Tech. Dig., Dec. 1992, pp. 991-993) as shown in FIG. A NOR type EEPROM or a mask ROM having one memory cell between the gate and the source side select gate is also effective.
[0256]
(Example 2)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 2) will be described.
[0257]
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a NAND cell type EEPROM according to the present embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a memory cell array as a memory means, and the memory cell is divided into 1A and 1B because of the open bit line system. The memory cell arrays 1A and 1B are each divided into at least two predetermined units.
[0258]
In the present embodiment, it is assumed that one page has 256 bits, and the memory cell arrays 1A and 1B are divided into 1A1, 1A2 and 1B1, 1B2 in units of 128 bits. Reference numeral 2 denotes a sense amplifier circuit as latch means for writing and reading data, and is divided into at least two for each predetermined unit, similarly to the memory cell arrays 1A and 1B. In FIG. 17, the sense amplifier is divided into 2A and 2B. Reference numeral 3 denotes a row decoder for selecting a word line, 4 denotes a column decoder for selecting a bit line, 5 denotes an address buffer, 6 denotes an I / O sense amplifier, 7 denotes a data input / output buffer, and 8 denotes a substrate potential control circuit.
[0259]
The memory cell array 1A1 is shown in FIGS. 18 and 1B1, FIGS. 19 and 1A2 are shown in FIGS. 18 to 21, the threshold values of the selection MOS transistors in the memory cell array have two kinds of values as in the above (Embodiment 1). It is assumed that the threshold value of the selection MOS transistor denoted by E-type is 2 V, and the threshold value of the selection MOS transistor denoted by I-type is 0.5 V. Therefore, when both the E-type select MOS transistor and the I-type select MOS transistor are turned on, Vcc (for example, 3 V) is applied to the select gate, and when only the I-type is turned on, 1.V. 5 V is applied.
[0260]
When reading data from the memory cell array 1A1 to the bit lines BL0A to BL127A, the drain-side select gate SGD is set at 3V, and the source-side select gate SGS is set at 1.5V. On the other hand, when data of the memory cell array 1A2 is read to the bit lines BL128A to BL255A, the selection gate SGD on the drain side is set to 1.5V and the selection gate SGS on the source side is set to 3V. When simultaneously reading data from the memory cell arrays 1A1 and 1A2, both SGS and SGD may be set to 3V.
[0261]
The sense amplifier is a differential sense amplifier as in the folded bit line system of the first embodiment. FIG. 22 shows the sense amplifier 2A (SA1) connected to the memory cell arrays 1A1 and 1B1, and FIG. 23 shows the sense amplifier 2B (SA2) connected to the memory cell arrays 1A2 and 1B2.
[0262]
Here, taking the case of reading data written in two pages as an example, the read operation of the present embodiment will be described with reference to the timing charts of FIGS. First, on the first page, the sense amplifiers 2A (SA1) and 2B (SA2) operate simultaneously. The control signals TG1, TG2 change from 3V to 0V, and the CMOS flip-flops FF1, FF2 are disconnected from the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255).
[0263]
Next, the precharge signals φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 change from 0 V to 3 V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 255) becomes 1.7 V, for example, and the bit line BLjB (j = 0, 1). ,..., 255) are precharged to, for example, 1.5V. When the precharge is completed, φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 become 0V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255) enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate.
[0264]
18 and 19, WL00 is 0V, WL01 to WL07 are 3V, SGD0 is 3V, and SGS0 is 3V. When the data written to the memory cell selected by the word line WL00 is "0", the threshold value of the memory cell is positive, so that no cell current flows and the potential of the bit line BLjA remains at 1.7V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA decreases to 1.5 V or less. Further, the bit line BLjB is not discharged, and is kept at the precharge potential 1.5V.
[0265]
Thereafter, SAP1 and SAP2 become 3V, SAN1 and SAN2 become 0V, CMOS flip-flops FF1 and FF2 are inactivated, and φE1 and φE2 become 3V, thereby resetting CMOS flip-flops FF1 and FF2. After TG1 and TG2 become 3V and the bit lines and the sense amplifier are connected, SAN1 and SAN2 become 3V to 0V, and the potential difference between the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 255) is amplified. You. Thereafter, SAP1 and SAN2 change from 0V to 3V, and the data is latched. Then, column selection signals CSLj (j = 0, 1,..., 255) are successively selected, and the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O, I / O ′ (page read).
[0266]
After the page read of the first half data (column addresses 0 to 127) of the first page, while the page read of the second half data of the first page, the first half data (bit line BLjA; j) of the row address of the second page = 0, 1,..., 127. This may be performed, for example, by detecting that the column address is 128.
[0267]
First, the precharge signals φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 change from 0V to 3V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) becomes 1.7V and the bit lines BLjB (j = 0, 1,. 127) is precharged to 1.5V. When the precharge is completed, φpA1, φpB1, φpA2, and φpB2 become 0 V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate. WL01 becomes 0V, WL00, WL02 to WL07 become 3V, SGD0 becomes 3V, and SGS0 becomes 1.5V.
[0268]
When the data written in the memory cell selected by the word line WL01 is "0", the cell current does not flow because the memory cell threshold is positive, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) Remains at 1.7V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) drops to 1.5 V or less. The bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127) is not discharged, and the precharge potential 1.5 V is maintained.
[0269]
Thereafter, SAP1 becomes 3V, SAN1 becomes 0V, the CMOS flip-flop FF1 is inactivated, and φE1 becomes 3V, thereby equalizing the CMOS flip-flop FF1. After TG1 becomes 3V and the bit line is connected to the sense amplifier, SAN1 becomes 3V to 0V, and the potential difference between the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) is amplified. Thereafter, SAP1 and SAN2 change from 0V to 3V, and the data is latched by the sense amplifier 2A (SA1).
[0270]
At the point where the page read of the first page has advanced by 256 column addresses, the data of the next 128 pages of the second page has already been latched by the sense amplifier 2A (SA1), so there is no need to perform the random read operation. . During the page read from the sense amplifier 2A (SA1) to the second page column addresses 0 to 127, a random read operation is performed on the second half column addresses 128 to 255 of the second page. That is, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate and the selection gate. WL01 is 0 V, WL00 and WL02 to WL07 are 3 V, SGD0 is 1.5 V, and SGS0 is 3 V.
[0271]
When the data written in the memory cell selected by the word line WL01 is "0", the cell current does not flow because the memory cell threshold is positive, and the potential of the bit line BLjA remains at 1.7 V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) drops to 1.5 V or less.
[0272]
Further, the bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) is not discharged, and is kept at the precharge potential 1.5V. Then, SAP2 becomes 3V, SAN2 becomes 0V, the CMOS flip-flop FF2 is inactivated, and φE2 becomes 3V, whereby the CMOS flip-flop FF2 is reset. Then, after TG2 becomes 3V and the bit line is connected to the sense amplifier, SAN2 becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) is amplified. Thereafter, SAP2 changes from 3V to 0V, and the data is latched by the sense amplifier 2B (SA2).
[0273]
When the page read of the second page has advanced by 128 column addresses, since the data of the second half 128 column addresses of the next second page has already been latched by the sense amplifier 2B (SA2), a random read operation is performed. It is possible to serially read the data of the second half column address of 128 columns without need.
[0274]
The present invention is not limited to the above embodiment. In the above embodiment, the memory cell is divided into two, but may be divided into, for example, four or an arbitrary number.
[0275]
The timing charts of FIGS. 24 and 25 are merely examples. In the timing charts of FIGS. 24 and 25, the data of the first page is read by the sense amplifier 2A (SA1) and the sense amplifier 2B (SA2) at the same time. However, as shown in the timing charts of FIGS. First, a random read of the memory cell corresponding to the first half column address of the first page is performed, and then the second half of the first page data is randomly read while the first half of the first page data is read. Good.
[0276]
Further, in FIGS. 24 and 25, bit lines are precharged simultaneously by random reading of the first half data of the second page and random reading of the second half data of the second page, but as shown in FIGS. The timing of precharging the bit lines may be changed between the case of random reading with 2A (SA1) and the case of random reading with sense amplifier 2B (SA2).
[0277]
Further, the division of the memory cell array need not be a physically continuous one as one division unit. For example, as shown in FIGS. 28 and 29, the bit lines connected to the sense amplifier SA1 and the bit lines connected to the sense amplifier SA2 may be arranged alternately. While the bit line connected to the sense amplifier SA1 is randomly read, the bit line connected to the sense amplifier SA2 can be grounded to 0 V. In this case, the distance between the bit lines connected to the sense amplifier SA1 is shown in FIGS. In the case of random read, noise can be reduced due to capacitive coupling between bit lines during random read.
[0278]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. In FIG. 31, the memory cell array connected to the bit line BLj (j = 0, 1,..., 255) may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,. Good.
[0279]
(Example 3)
Hereinafter, an embodiment that solves (Problem 3) will be described.
[0280]
In the conventional memory cell array, when a word line which is the row decoder 3 is selected at the time of reading and writing, all the memory cells disposed at the intersection of the selected word line and the bit line are selected. Therefore, one of the memory cells connected to the adjacent bit line cannot be selected and the other cannot be deselected.
[0281]
As described in the above (Embodiment 1) and (Embodiment 2), according to the present invention, the threshold values of the source side select MOS transistor and the drain side select MOS transistor of the NAND block are changed, By changing the voltage applied to the side select gate and the drain side select gate, one of the adjacent bit lines can be selected and the other bit line can be deselected. As a result, it is possible to shorten the precharge time and reduce power consumption by omitting the precharge to the bit line at the time of reading and writing.
[0282]
Therefore, in the present embodiment (Embodiment 3), an embodiment will be described in which the precharge time is shortened at the time of reading to reduce power consumption. An example in which the precharge time is shortened at the time of writing to reduce power consumption will be described in the next embodiment (Embodiment 4).
[0283]
FIG. 32 is a block diagram showing a configuration of a NAND cell type EEPROM according to this embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes a memory cell array as a memory means, which is divided into two parts 1A and 1B by an open bit line system. In this embodiment, one page has 256 bits. Reference numeral 2 denotes a sense amplifier circuit as a latch unit for writing and reading data. 3 is a row decoder for selecting a word line, 4 is a column decoder for selecting a bit line, 5 is an address buffer, 6 is an I / O sense amplifier, 7 is a data input / output buffer, and 8 is a substrate potential control circuit.
[0284]
The memory cell array 1A is the same as FIG. 28, and the memory cell array 1B is the same as FIG. However, the sense amplifier SA1 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) of FIG. 28 provided in the memory cell arrays 1A and 1B is not FIG. 22 but FIG. Similarly, the sense amplifier SA2 connected to the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) of FIG. 29 provided in the memory cell arrays 1A and 1B is not FIG. 23 but FIG. In the sense amplifiers SA1 and SA2 in FIGS. 33 and 34, a transistor for equalizing (making the same potential) between the bit lines BLjA and BLjB by the control signals φEQ1 and φEQ2 is added to the sense amplifiers SA1 and SA2 in FIGS. Have been.
[0285]
At the time of reading, every other bit line is kept at a reference potential in order to reduce noise due to capacitive coupling between bit lines (bit line shield). In this case, the write operation is first performed on, for example, a cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), and then connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). Write to the cell to be written. Here, the data (the first page data) written to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is first read, and then the data is written to the bit line BLjA (j = 128, 129,. This embodiment will be described by taking as an example a case where written data (data of the second page) is read.
[0286]
When reading the data of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the shielded bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) is kept at the reference potential (for example, 1.5 V). In the conventional memory cell array, adjacent bit lines are simultaneously selected and discharged, so that only 0 V can be applied to the shielded bit lines. The timing chart of FIG. 35 is divided into a case where the data of the first page is read to the bit line, a case where the data read to the bit line is sensed by the sense amplifier, and a case where the data of the second page is read to the bit line. This will be described with reference to FIG.
[0287]
<When reading data of the first page to the bit line>
When reading out a memory cell selected by the word line WL00 in the memory cell array of FIG. 28 and connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), first, the bit line BLjA (j = 0, 1,. , 127) to 1.7 V and the bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) to 1.5 V to shield the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255). Is precharged to a reference potential (for example, 1.5 V).
[0288]
After the bit line precharge, the control gate WL00 is set to 0V, the WL01 to WL07 are set to 3V, the selection gate SGS0 is set to 1.5V, and the SGD0 is set to 3V. In this case, the selection MOS transistor on the source side of bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) turns on, but the selection MOS transistor on the source side of bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) Turns off. Therefore, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is discharged if the data of the memory cell selected by the word line WL00 is “1”, but the bit line BLjA (j = 128, 129,. 255) does not discharge.
[0289]
When the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) discharges, the potential of the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) drops from the reference potential due to capacitive coupling between bit lines. While the line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is discharging, for example, VA2 and VB2 are set to the reference potential of 1.5 V, and the control signals φPA2 and φPB2 are set to 3 V, so that the bit lines BLjA and BLjB ( .., 255) can be maintained at the reference potential at the shielded bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255).
[0290]
After the cell data is read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the control signals φPA2, φPB2 become 0 V, and the bit lines BLjB (j = 0, 1,. The bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) become floating.
[0291]
At the time of reading cell data to the bit line, equalization may be performed between the shielded bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) by setting the control signal φEQ2 to 3V, or the shielded bit line may be equalized. BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) may be independently connected (not equalized) and precharged to the reference potential of 1.5 V independently.
[0292]
<When amplifying and sensing the first page data read to the bit line>
After the potential of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is determined by reflecting the data of the memory cell selected by the word line WL00, the potential of the bit line will be described in (Example 2). In the same manner as above, sensing is performed differentially. At this time, the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) to be shielded are in a floating state, but are equalized by maintaining the control signal φEQ2 at 3 V to become the same potential (1.5 V). I have. By performing differential sensing, if the cell data read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is “0”, the bit line BLjA becomes 3 V and the bit line BLjB (j = 0, , 127) becomes 0V.
[0293]
Therefore, as shown in FIG. 36 (a), the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) shielded by sensing has a capacitance between the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127). The potential rises from the reference potential by δ due to the coupling. On the other hand, the potential of the shielded bit line BLjB (j = 128, 129,..., 255) drops from the reference potential by −δ due to capacitive coupling with the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127). . However, since the shielding is equalized between the bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255), the bit line capacitive coupling noise δ applied to the bit line BLjA and the bit line capacitive coupling noise applied to the bit line BLjB. −δ cancel each other, and as a result, the shielded bit lines BLjA and BLjB (j = 128, 129,..., 255) are kept at the reference potential of 1.5V.
[0294]
Similarly, when the data read to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is “1”, the bit line BLjA (j = 0, 1, 1) as shown in FIG. , 127) and BLjB (j = 0, 1,..., 127) can be connected (equalized) so that the shielded bit line can maintain the reference potential.
[0295]
<When reading the data of the second page>
As described above, after reading the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127), the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255) Have already been precharged to 1.5V. After the sensing operation, one of the bit lines BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the bit line BLjB (j = 0, 1,. Therefore, when reading data to be connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) next, if φEQ1 is set to 3V (φE1 may be set to 3V), precharge is performed. The bit lines BLjA and BLjB (j = 0, 1,..., 127) to be shielded can be set to the reference potential of 1.5 V without performing the above operation.
[0296]
Therefore, after reading the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) for one page, the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,. In the second precharge, the bit line BLjA (128, 129,..., 255) to be read only needs to be changed from 1.5V to 1.7V.
[0297]
When reading is performed using the bit line shield as described above, the bit line to be shielded can be set to a reference potential other than 0 V by applying the memory cell array and the sense amplifier of the present invention. As a result, when data over a plurality of pages is read, precharge can be reduced, reading can be speeded up, and power consumption can be reduced.
[0298]
In this embodiment, the bit lines BLjA and BLjB are equalized by the control signals φEQ1 and φEQ2, but may be equalized by the control signals φE1 and φE2. 33 and 34, the node between the source and the drain of the two transistors selected by the control signal φE1 (φE2) is fixed at Vcc / 2 potential (for example, 1.5 V). When reading the cell data to the bit line, the bit lines to be shielded may be left floating as shown in FIGS. 33 and 34. However, when the bit line is sensed, the bit line to be shielded is set to the floating state, so that the terminal connected to this node is set to the floating state. There is a need.
[0299]
In this embodiment, after the data of the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is read, the memory cell connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,. In this example, the bit line to be read has an arbitrary property. Any bit line may be used as long as the bit line connected to the sense amplifier SA2 is read after the bit line connected to the sense amplifier SA1 is read. Alternatively, the bit line connected to the sense amplifier SA1 may be read after the bit line connected to the sense amplifier SA2 is read.
[0300]
The present invention is also effective in a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier. FIGS. 37 and 38 show a memory cell array in the case of employing the shared sense amplifier system. FIG. 39 is a diagram showing a specific configuration of the sense amplifier SA3. After being connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and reading the data of the memory cell selected by the word line WL00, it is connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). FIG. 40 is a timing chart when reading data from the memory cell selected by the word line WL00. The read operation is almost the same as that of the above-described embodiment having one sense amplifier per bit line.
[0301]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. The memory cell array connected to the bit line BLj in FIG. 31 may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA in FIG.
[0302]
Further, in this embodiment, when the potential of the read bit line is sensed after the cell data is read to the bit line, the two bit lines to be shielded are connected (equalized) to the reference potential. I was keeping it. When sensing the potential of the bit line, the two bit lines to be shielded may not be equalized, and may be kept connected to the terminal for applying the reference potential. For example, when shielding the bit line connected to the sense amplifier shown in FIG. 23 or 33 (keeping it at the reference potential), φPA1 and φPB1 are set to 3 V, TG1 and TG2 are set to 0 V, and VA1 and VB1 are set to the reference potential (for example, 1. 5V).
[0303]
(Example 4)
An example for solving (Problem 3) will be described below from (Example 3).
[0304]
FIG. 32 is a block diagram showing a configuration of the NAND cell type EEPROM according to the present embodiment, similarly to (Embodiment 3). The memory cell array is the same as in the third embodiment. That is, the memory cell array 1A is the same as FIG. 28, and the memory cell array 1B is the same as FIG. However, the sense amplifier SA1 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) in the memory cell arrays 1A, 1B may be either FIG. 22 or FIG. Similarly, the sense amplifier SA2 connected to the bit lines BLjA, BLjB (j = 128, 129,..., 255) in the memory cell arrays 1A, 1B may be either FIG. 23 or FIG.
[0305]
In the case where a bit line shield method in which every other bit line is kept at a reference potential at the time of reading in order to reduce the capacitance coupling between bit lines is performed, as described in (Embodiment 3), the writing operation is performed, for example, on the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and then write to the cells connected to the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255). In the write operation, first, write is performed, and then verify read is performed to check whether the write has been sufficiently performed. Then, the additional writing is not performed on the sufficiently written cells, and the additional writing is performed only on the insufficiently written cells. Here, the present embodiment will be described by taking as an example the case where the memory cell array 1A of FIG. 28 is connected to the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the memory cell selected by the word line WL00 is written.
[0306]
FIG. 41 shows a write / write verify read operation excluding a data load operation of write data from the data input / output buffer 7 to the sense amplifier 2. Prior to writing, in the memory cell array, the control gates are all set to 0 V, and the p substrate (or p-type well and n substrate) on which the memory cells are formed is collectively erased with the high voltage Vpp (about 20 V). After the write data is latched from the data input / output buffer 7 to the CMOS flip-flop FF via the input / output lines I / O, I / O ', first, the control signals φPA1, φPA2, φPB1, φPB2 become 3V, and The bit line is reset.
[0307]
Thereafter, when the transfer gate control signals TGA1 and VSW connecting the bit lines BLjA (j = 0, 1,..., 127) to the sense amplifiers have an intermediate potential (about 10 V), the bit lines BLjA (j = 0, 1, 1) , 127) become an intermediate potential when it is "1" and 0 V when it is "0" according to the data. Since the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) does not perform writing, it is charged to an intermediate potential from the terminal VA2. When the word line WL00 is selected by the row decoder 3, WL00 becomes Vpp, WL01 to WL07, SGD0 become an intermediate potential, and SGS0 becomes 0V.
[0308]
After a predetermined time (up to 20 μs), the control gate and the selection gate are reset to 0 V, the transfer gate control signal TGA1 becomes 0 V, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) and the sense amplifier are connected. Be separated. Thereafter, the control signal φPA1 becomes 3V, and the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is reset to 0V. VSW also becomes 3V. During this time, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) remains precharged to the intermediate potential.
[0309]
Next, a verify read operation is performed. First, φPA1 and φPB1 become 3V, the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is charged to 1.7V, and the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127) is charged to 1.5V. Thereafter, φPA1 and φPB1 become 0V, and the bit lines BLjA, BLjB (j = 0, 1,..., 127) are in a floating state. Next, for example, 0.5 V is applied to the control gate WL00, the word lines WL01 to WL07 are set to 3V, the selection gate SGS0 is set to 1.5V, and the SGD0 is set to 3V. In normal reading, if the threshold value of the memory cell is 0 V or more, "0" is read, but in verify reading, "0" is not read unless the voltage is 0.5 V or more.
[0310]
After the bit line is discharged, the verify signal φAV becomes 3V, and when the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) writes “1”, it is charged to about 3V. Here, the voltage level of the precharge performed by the verify signal may be 1.5 V or more of the precharge voltage of the bit line BLjB (j = 0, 1,..., 127). Thereafter, the equalizing signal φE becomes 3 V, and the sense amplifier is reset. Then, the transfer gate control signals TGA1 and TGB1 become 3 V, and the data of the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is read. The read data is latched by the sense amplifier and becomes data for the next rewrite.
[0311]
During the verify read, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) is not discharged, and maintains an intermediate potential, so that the bit line BLjA (j = 0, 1,. This reduces the coupling capacitance noise between bit lines.
[0312]
When the bit line BLjA (j = 0, 1,..., 127) is rewritten, the bit line BLjA (j = 128, 129,..., 255) has already been precharged to the intermediate potential, so there is no need to recharge. In addition, the charging time can be omitted. Further, the booster circuit that charges the intermediate potential consumes a large amount of power when boosting is started. Therefore, according to the present embodiment, power consumption during writing can be reduced.
[0313]
In this embodiment, during the verify read, the unselected bit lines BLjA (j = 128, 129,..., 255) are continuously charged to the intermediate potential. For example, by setting φPA2 to 0V, the unselected bit lines are set to the intermediate potential. May be in a floating state.
[0314]
This embodiment is also effective in a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier. FIGS. 37 and 38 show a memory cell array in the case of employing the shared sense amplifier system. FIG. 32 is a block diagram showing the configuration of the NAND cell type EEPROM in the case where the shared sense amplifier system is adopted, similarly to the third embodiment. FIG. 39 shows a sense amplifier SA3 when the shared sense amplifier system is adopted. The timing chart when the shared sense amplifier method is adopted is almost the same as FIG.
[0315]
The present invention is not limited to a memory cell array having an open bit line arrangement. For example, a single-ended memory cell arrangement as shown in FIG. 31 having an inverter type sense amplifier as shown in FIG. 30 may be employed. The memory cell array connected to the bit line BLj in FIG. 31 may be the same as the memory cell array connected to the bit line BLjA in FIG.
[0316]
The present invention can also be applied to a folded bit line system as shown in FIG. While writing is performed on a memory cell connected to one of the two bit lines (for example, BL0 in FIG. 42) connected to the sense amplifier, the other bit line BL1 sets the transfer gate control signal TG2 to 0 V and sets the terminal It is sufficient to keep charging from VB to the intermediate potential (about 10 V). Since the bit line BL1 is maintained at the intermediate potential during the verify read of the memory cell connected to the written bit line BL0, the verify read of the memory cell connected to the bit line BL0 cannot be performed differentially.
[0317]
However, for example, normal reading is performed differentially by the folded bit line method as described in (Embodiment 1), and during verify reading, as described in the section of [Prior Art], a single-ended type, that is, One of the two inverters constituting the flip-flop of the sense amplifier is made inactive, and as shown in FIG. 30, the read data is "0" depending on whether or not the potential of the bit line is higher than the circuit threshold of the inverter. It may be determined whether or not there is “1”.
[0318]
(Example 5)
In the present embodiment, SGD0 is applied to the drain-side select MOS transistors of half the memory cell units in one block selected by the row decoder 3 at the time of write verify read and normal read, and the source side is selected. When SGS0 is applied to the select MOS transistor, SGS0 is applied to the select MOS transistor on the drain side and SGD0 is applied to the select MOS transistor on the source side in the other half of the memory cell units.
[0319]
As a method of applying a voltage to the selection gate, for example, as shown in FIG. 43, a signal applied to a selection gate of a memory cell connected to bit lines BL0 to BL127 and a selection gate of a memory cell connected to bit lines BL128 to BL255 May be separately provided. Further, as shown in FIG. 44, the selection gate on the source side and the selection gate on the drain side may be exchanged in the middle of the memory cell array.
[0320]
43 and 44, for example, when reading out a memory cell selected by the word line WL00, if the selection gate SGS0 is set at 3V and SGD0 is set at 1.5V, it is connected to the bit line BLj (j; even number). The memory cell is read. In this case, among the unselected bit lines BLj (j; odd number) that are not read, the non-selected bit lines BLj (j = 1, 3, 5,..., 125, 127) have their source-side selection MOS transistors turned off, For the unselected bit lines BLj (j = 129, 131, 133,..., 253, 255), the drain-side selection MOS transistors are turned off. That is, half of the unselected bit lines are turned off by turning off the drain-side selection MOS transistors, and the remaining half of the unselected bit lines are turned off by turning off the source-side selection MOS transistors. Is stopped.
[0321]
On the other hand, when reading the memory cell connected to the bit line BLj (j; odd number) in FIGS. 43 and 44, the selection gate SGS0 may be set to 1.5V and the SGD0 may be set to 3V. In this case, among the unselected bit lines BLj (j; even number) that are not read, the drain-side selection MOS transistors of the unselected bit lines BLj (j = 0, 2, 4,..., 124, 126) are turned off, For the unselected bit lines BLj (j = 128, 130, 132,..., 252, 254), the source-side selection MOS transistors are turned off. That is, half of the unselected bit lines are turned off by turning off the drain-side selection MOS transistors, and the remaining half of the unselected bit lines are turned off by turning off the source-side selection MOS transistors. Is stopped.
[0322]
In this manner, when reading the odd-numbered bit lines or the even-numbered bit lines, the discharge of the bit lines is stopped by turning off the drain-side selection MOS transistors in half of the unselected bit lines. The discharge of the bit lines of the remaining half of the unselected bit lines is stopped by turning off the source side select MOS transistors. Therefore, the capacity of the entire non-selected bit line is the same when reading the odd-numbered bit line and when reading the even-numbered bit line, and when reading the bit line BLj (j; odd number), the bit line BLj (j ; Even), the precharge time and the read time can be the same.
[0323]
Here, the case of reading has been described, but even in the case of verify reading after writing, the capacity of the entire bit line is equal between the case of reading the odd-numbered bit line and the case of reading the even-numbered bit line.
[0324]
43 and 44 illustrate the folded bit line system as an example, the open bit line system described in (Embodiment 1) to (Embodiment 4) or the single-ended system may be used. Also, a so-called shared sense amplifier system in which a plurality of bit lines are shared by one sense amplifier may be used.
[0325]
(Example 6)
Next, another embodiment will be described. This embodiment is basically the same as the first embodiment, and differs from the first embodiment in that the type of the selection MOS transistor is changed.
[0326]
FIG. 45 is a diagram showing the configuration of the memory cell array in this embodiment. FIG. 2 is different from FIG. 2 in that a part of the I-type select MOS transistor is D-type.
[0327]
In FIG. 45, a selection MOS transistor having a high threshold Vt1 (for example, 2 V) is E-type, and a selection MOS transistor having a low threshold Vt2, Vt3 (for example, 0.5 V, -1 V) (Vt1>Vt2> Vt3). The transistors are described as I-type and D-type. The voltage applied to the selection gate is a voltage Vsgh (for example, 3 V) (Vsgh> Vt1, Vt2, Vt3) at which all of the I-type transistor, D-type and E-type transistors are turned on, and the I-type transistor is turned on. The voltage Vsgl1 (for example, 1.5 V) for turning off the E-type transistor (Vt1>Vsgl1> Vt2), and the voltage Vsgl2 (for example, 0 V) for turning off the E-type transistor while the D-type transistor turns on (Vt1> Vsgl2) > Vt3).
[0328]
A method for applying a voltage to the selection gate will be specifically described with reference to FIG. For example, when reading data from the memory cell MC000, the word lines WL00 and WL08 to WL15 are set to 0V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc (for example, 3V). The source-side select gate SGS0 is set to Vsgh, and the drain-side select gate SGD0 is set to Vsgl1. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the source-side selection MOS transistors STS00 and STS10 are both turned on. On the other hand, the selection MOS transistor STD00 on the drain side of the bit line BL0 is turned on, but the selection MOS transistor STD10 on the drain side of the bit line / BL0 is turned off, so that the bit line BL0 is discharged but the bit line / BL0 is not discharged. .
[0329]
On the other hand, when reading data from the memory cell MC100, the word lines WL00, WL08 to WL15 are set to 0 V, and the word lines WL01 to WL07 are set to Vcc, as in the case of reading the memory cell MC000. The source side select gate SGS0 is set to Vsgl2, and the drain side select gate SGD0 is set to Vsgh. SGS1 and SGD1 are set to 0V. In this case, the drain-side selection MOS transistors STD00 and STD10 are both turned on. The source side select MOS transistor STS10 is turned on, so that the bit line / BL0 is discharged. However, since the select MOS transistor STS00 is turned off, the bit line BL0 is not discharged.
[0330]
The present invention is a selection MOS transistor connected to a bit line pair BLj, / BLj and controlled by the same selection gates SGS, SGD (for example, STD00 and STD10, STS00 and STS10, STD01 and STD11, STS01 in FIG. 45). What is necessary is just to give a difference to the threshold value of STS11), and the way of setting the threshold value is arbitrary. In FIG. 45, the select MOS transistors on the drain side of the cell connected to the bit line BLj are all I-type, and the select MOS transistors on the source side are E-type. For example, two NAND blocks sharing a bit line contact are used. One of the selection MOS transistors may be I-type and the other may be E-type.
[0331]
According to the present invention, of the select MOS transistors sharing one select gate, a conductive MOS transistor and a non-conductive MOS transistor can be generated, and by providing two such select gates, This utilizes the fact that a memory cell in a selected state and a memory cell in a non-selected state can be easily realized in memory cells having the same selection gate.
[0332]
As shown in FIG. 46, the selection MOS transistor connected to the drain side may be E-type or D-type, and the selection MOS transistor connected to the source side may be E-type or I-type. In this case, when selecting a memory cell (for example, MC000) in the memory cell unit 2, SGS0 may be set to Vsgh (for example, 3V), SGD0 may be set to Vsgl2 (for example, 0V), and SGD1 and SGS1 may be set to 0V. When selecting a memory cell (for example, MC100) in the memory cell unit 1, SGS0 may be set to Vsgl1 (for example, 1.5V), SGD0 may be set to Vsgh (for example, 3V), and SGS1 and SGD1 may be set to 0V.
[0333]
If Vsgh is made larger than Vcc, the conductance of the selection MOS transistor will increase (that is, the resistance will decrease), and the current flowing through the NAND cell row at the time of reading will increase, thereby shortening the bit line discharge time. Read and write verify reading is speeded up. Vsgh may be boosted from Vcc by a booster circuit in the chip, for example.
[0334]
The thresholds of the I-type selection MOS transistor and the D-type selection MOS transistor may both be negative thresholds (for example, -1 V and -2 V).
[0335]
The larger value Vt1 of the threshold values of the selection gates may be set to a voltage higher than the power supply voltage Vcc (for example, 3.5 V). In this case, in order to turn on the selection MOS transistor having the threshold value of Vt1 at the time of reading or verify reading, for example, 4 V may be applied to the selection gate using a booster circuit inside the chip.
[0336]
Here, the operation when reading out the memory cell MC000 connected to the bit line BL1 in FIG. 48 will be described using the timing chart in FIG. The sense amplifier is formed by a CMOS flip-flop controlled by control signals SAN and SAP.
[0337]
First, the control signals φA and φB become Vss, and the CMOS flip-flop FF is disconnected from the bit lines BL0 and BL1. Next, the precharge signals φpA and φpB change from Vss to Vcc (time t0), and the bit line BL1 is precharged to VB (eg, 1.7V) and the dummy bit line BL0 is precharged to VA (eg, 1.5V) (time). t1). When the precharge is completed, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BL0 and BL1 enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the control gate (word line) and the control gate (time t2).
[0338]
When reading the memory cell MC000 in FIG. 48, WL00 is 0V, WL01 to WL07 are 3V, SGD0 is 3V, and SGS0 is 1.5V. When the data written in the memory cell MC000 is “0”, the cell current does not flow because the threshold value of the memory cell MC000 is positive, and the potential of the bit line BL1 remains at 1.7 V. When the data is "1", a cell current flows and the potential of the bit line BL1 decreases to 1.5 V or less. Further, since the selection gate SGS0 is at 1.5V, the selection gate transistor STS10 is turned off, and the bit line BL0 is not discharged regardless of the data written in the memory cell MC100, and is maintained at the precharge potential of 1.5V. .
[0339]
Then, at time t3, SAP becomes 3V and SAN becomes 0V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3V at time t4, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / 2. (For example, 1.5 V). At time t5, φA and φB become 3V, and after the bit line and the sense amplifier are connected (time t6), SAN becomes 0V to 3V and the potential difference between the bit lines BL0 and BL1 is amplified. Thereafter, at time t7, the SAP changes from 3V to 0V, and the data is latched. That is, if “0” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 3V and the node N2 becomes 0V. If “1” is written in the memory cell MC000, the node N1 becomes 0V and the node N2 becomes 3V. Become. Thereafter, when the column selection signal CSL1 changes from 0V to 3V, the data latched by the CMOS flip-flop is output to I / O and I / O '(time t8).
[0340]
The timing of the read operation is arbitrary. For example, at time t5, the transfer gate connecting the bit line and the sense amplifier may be turned on to transfer the potentials of the bit lines BL1 and BL2 to the nodes N1 and N2, and then the transfer gate may be turned off. Therefore, since the load capacitance of the sense amplifier is reduced by disconnecting the bit line pair from the sense amplifier, the potentials of the nodes N1 and N2 are rapidly determined during sensing and data latching.
[0341]
At the time of the sense operation of the sense amplifier, first, SAN is changed from 0 V to 3 V to turn on the N-channel transistor of the CMOS flip-flop FF, and then SAP is changed from 3 V to 0 V to turn on the P-channel transistor of the CMOS flip-flop FF. However, SAP may be changed from 3V to 0V at the same time as SAN is changed from 0V to 3V.
[0342]
In the above embodiment, while discharging the bit line connected to the memory cell to be read, the other dummy bit line of the bit line pair connected to the sense amplifier (for example, the memory cell MC000 in FIG. 48 is read) In this case, the bit line BL0 is in a floating state, and when the memory cell MC100 is read, the bit line BL1) is in a floating state. However, even when the bit line BL1 is precharged and the data of the memory cell MC000 is subsequently read, the precharge control signal φpA is kept at 3V to fix the reference dummy bit line BL0 to the reference potential 1.5V. You can also.
[0343]
By keeping the dummy bit line at the reference potential in this manner, noise due to capacitive coupling between adjacent bit lines during bit line discharge can be reduced. Also, as in the case of the above-mentioned read, during the verify read after the write, the bit line is charged and discharged according to the data written to the cell. However, if the dummy bit line not to be read is kept at the reference potential, the bit line is caused by the capacitive coupling between the bit lines. Noise can be reduced.
[0344]
<Write>
A write operation of the present embodiment, for example, a write procedure for writing to the memory cell MC000 in FIG. 48 will be described below.
[0345]
The selection gate SGD0, the control gates WL01 to WL07 are set at the intermediate potential Vm (about 10 V), the WL00 is set at Vpp (about 20 V), and the bit line BL0 is charged from VA to Vm8 (about 8 V). When "1" is written to the memory cell MC000, Vm8 is applied from the flip-flop FF, and when "0" is written, 0 V is applied to the bit line BL1. Then, electrons are not injected into the floating gate of the memory cell MC100 where no writing is performed and the memory cell MC000 where “1” writing is performed, and electrons are injected from the channel into the floating gate of the memory cell MC000 where “0” writing is performed. Is done.
[0346]
After the writing is completed, the control gate, the selection gate, and the bit line are sequentially discharged, and the writing operation ends.
[0347]
When writing to the MC000 of the memory cell array as shown in FIG. 45, a voltage (for example, −3 V) that turns off the D-type selection MOS transistor STS10 may be applied to the selection gate SGS0.
[0348]
After the end of the write, a write verify operation is performed to check whether the write has been performed sufficiently.
[0349]
First, φA and φB become Vcc, precharge signals φpB and φpA become Vcc, and the bit line BL1 is precharged to, for example, 1.7V and the (dummy) bit line BL0 is precharged to, for example, 1.5V.
[0350]
When the precharge ends, φpA and φpB become Vss, and the bit lines BL1 and BL0 enter a floating state. Thereafter, a desired voltage is applied from the row decoder 3 to the selection gate and the control gate. The control gate WL00 has a verify voltage (for example, 0.5V), WL01 to WL07 have Vcc (for example, 3V), SGS0 has 1.5V, and SGD0 has 3V. When "0" is sufficiently written in the memory cell MC000, the cell current does not flow because the threshold voltage of the memory cell is positive, and the potential of the bit line BL1 remains at 1.7 V. When "1" write or "0" write is insufficient, a cell current flows and the potential of the bit line BL1 decreases to 1.5 V or less. During this time, the dummy bit line BL0 may be floating, or φpA may be fixed to 1.5 V by setting it to Vcc. If the dummy bit line is maintained at a constant voltage, the capacitance coupling noise between the bit lines during bit line discharge can be significantly reduced.
[0351]
After the bit line discharge, the verify signal φBV becomes 3V, and when the data written to the memory cell MC000 is “1”, the bit line BL1 is charged to about 3V. Here, the voltage level of the charge performed by the verify signal only needs to be 1.5 V or more of the precharge voltage of the dummy bit line BL0.
[0352]
Thereafter, SAP becomes 3V, SAN becomes 0V, the CMOS flip-flop FF is inactivated, and φE becomes 3V, the CMOS flip-flop FF is equalized, and the nodes N1 and N2 become Vcc / 2 (for example, 1.5V). become. Thereafter, φA and φB become 3V, and after the bit line and the sense amplifier are connected, SAN becomes 0V to 3V and SAP becomes 3V to 0V, the potential difference between the bit line BL1 and the dummy bit line BL0 is amplified, and the potential difference is increased. The write data is latched by the sense amplifier.
[0353]
Thus, according to the present embodiment, by changing the threshold voltage of the selection MOS transistor and the voltage applied to the selection gate, the folded bit line can be increased without increasing the chip area, as in the first embodiment. The method can be realized, and high-speed random reading can be performed. As a method of changing the threshold value, various methods described in the first embodiment can be adopted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an entire configuration of a NAND cell type EEPROM according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a memory cell array and a sense amplifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a memory cell array and a sense amplifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 8 is a timing chart for explaining a data read operation in the first embodiment.
FIG. 9 is a timing chart for explaining a data read operation in the first embodiment.
FIG. 10 is a timing chart for explaining a data read operation in the first embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a memory cell array and a sense amplifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a memory cell array and a sense amplifier circuit according to the first embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a twisted bit line system.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a twisted bit line system.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in which a selection MOS transistor has a selection gate and a floating gate.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the first embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing an entire configuration of a NAND cell type EEPROM according to a second embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a memory cell array according to the second embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in a second embodiment.
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the second embodiment.
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a memory cell array according to the second embodiment.
FIG. 22 is a diagram showing a configuration of a sense amplifier circuit according to the second embodiment.
FIG. 23 is a diagram showing a configuration of a sense amplifier circuit according to the second embodiment.
FIG. 24 is a timing chart for explaining a data read operation in the second embodiment.
FIG. 25 is a timing chart for explaining a data read operation in the second embodiment.
FIG. 26 is a timing chart for explaining a data read operation in the second embodiment.
FIG. 27 is a timing chart for explaining a data read operation in the second embodiment.
FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the second embodiment.
FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the second embodiment.
FIG. 30 illustrates a configuration of an inverter type sense amplifier circuit.
FIG. 31 is a diagram showing a configuration of a single-ended memory cell array and a sense amplifier.
FIG. 32 is a diagram showing an entire configuration of a NAND cell type EEPROM according to a third embodiment.
FIG. 33 is a diagram showing a configuration of a sense amplifier circuit according to the third embodiment.
FIG. 34 is a diagram showing a configuration of a sense amplifier circuit according to the third embodiment.
FIG. 35 is a timing chart for explaining a data read operation in the third embodiment.
FIG. 36 is a diagram showing the influence of noise on adjacent bit lines due to capacitive coupling between bit lines when amplifying a bit line potential.
FIG. 37 is a diagram showing a configuration of a memory cell array of a shared sense amplifier system.
FIG. 38 is a diagram showing a configuration of a memory cell array of a shared sense amplifier system.
FIG. 39 is a diagram showing a configuration of a sense amplifier circuit of a shared sense amplifier system.
FIG. 40 is a timing chart for explaining a data read operation in the third embodiment.
FIG. 41 is a timing chart for explaining a data write operation in the fourth embodiment.
FIG. 42 is a diagram showing a configuration of a folded bit line type sense amplifier circuit in a fourth embodiment.
FIG. 43 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in a fifth embodiment.
FIG. 44 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in the fifth embodiment.
FIG. 45 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in a sixth embodiment.
FIG. 46 is a diagram showing a configuration of a memory cell array in a sixth embodiment.
FIG. 47 is a timing chart for explaining a data read operation in the sixth embodiment.
FIG. 48 is a diagram showing a configuration of a memory cell array and a sense amplifier circuit according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 1A, 1B, 1A1, 1A2, 1B1, 1B2 ... memory cell array
2, 2A, 2B: sense amplifier and latch circuit
3, 3A, 3B ... row decoder
4: Column decoder
5 ... Address buffer
6 I / O sense amplifier
7 Data input / output buffer
8. Substrate potential control circuit
BL: bit line
WL: Word line
STD: First selection MOS transistor
STS: second selection MOS transistor
SGD: First selection gate
SGS: Second selection gate

Claims (4)

複数個の不揮発性メモリセルが直列接続され一端がビット線に他端がソース線に接続されるNANDセルユニットと、
複数の前記NANDセルユニットで構成されるメモリセルアレイと、
前記ビット線を予め充電し前記NANDセルユニットが前記ビット線から前記ソース線に電流を流すか否かで前記NANDセルユニットに記憶されているデータを読み出す読み出し回路と、
各々のビット線に接続され前記NANDセルユニットから読み出したデータを一時記憶する複数のラッチ回路と、
前記ラッチ回路のデータを外部へ出力するデータ出力回路とを備え、
前記データ出力回路から前記ラッチ回路のデータを外部へ出力するとともに前記NANDセルユニットからデータの読み出しを行うことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A NAND cell unit in which a plurality of nonvolatile memory cells are connected in series and one end is connected to a bit line and the other end is connected to a source line;
A memory cell array composed of a plurality of the NAND cell units;
A readout circuit for precharging the bit line and reading data stored in the NAND cell unit by whether or not the NAND cell unit flows a current from the bit line to the source line;
A plurality of latch circuits connected to each bit line and temporarily storing data read from the NAND cell unit;
A data output circuit that outputs data of the latch circuit to the outside,
A non-volatile semiconductor memory device, wherein data from the latch circuit is output from the data output circuit to the outside and data is read from the NAND cell unit.
前記ラッチ回路はビット線の電位をセンスする機能を更に備えることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said latch circuit further has a function of sensing a potential of a bit line. 前記ビット線と前記ラッチ回路の接続を制御するMOSトランジスタが前記ビット線と前記ラッチ回路の間に設けられることを特徴とする請求項1ないし2記載の不揮発性半導体記憶装置。3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein a MOS transistor for controlling connection between said bit line and said latch circuit is provided between said bit line and said latch circuit. 前記複数のラッチ回路のデータは複数回に分けられて前記データ出力回路から外部へ出力されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the data of the plurality of latch circuits is output a plurality of times to the outside from the data output circuit. 5.
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