JP2004234739A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents

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JP2004234739A JP2003020648A JP2003020648A JP2004234739A JP 2004234739 A JP2004234739 A JP 2004234739A JP 2003020648 A JP2003020648 A JP 2003020648A JP 2003020648 A JP2003020648 A JP 2003020648A JP 2004234739 A JP2004234739 A JP 2004234739A
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Satohiro Yoshioka
学洋 吉岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform control of erase, write and read by every memory transistor separately and independently. <P>SOLUTION: Every memory transistor 1 in a nonvolatile semiconductor memory is equipped with; a gate voltage selection circuit 2 which selects optionally any one of program voltage, program verify voltage, erase verify voltage or read voltage when a wordline is a signal level of one side, selects optionally any one of ground potential, the program voltage, the program verify voltage, or the erase verify voltage when the wordline is signal level of another side, and impresses it to a gate electrode; a drain voltage selection circuit 3 which selects optionally a case of impressing drain voltage to a drain electrode, a case of connecting a bit line to a drain electrode, or a case of neither impressing the drain voltage nor connecting the bit line to the drain electrode; and a source voltage selection circuit 4 which select optionally either the erase voltage or the ground potential and impresses it to a source electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気的に書き込みと消去が可能な不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
不揮発性半導体記憶装置としては、フラッシュメモリがよく知られているので、この明細書では、フラッシュメモリを例に挙げて説明する。フラッシュメモリでは、メモリセルはフローティングゲートを持つ1個のメモリトランジスタで構成される。このメモリトランジスタを例えば2次元マトリクス状に配置したセルアレイに対し、行線(ワード線)を選択する行デコーダ(Xデコーダ)と列線(ビット線)を選択する列デコーダ(Yデコーダ)とが配置される。メモリトランジスタのいわゆるゲート電極であるコントロールゲートは、ワード線に接続され、ドレイン電極はビット線に接続される。
【0003】
以上の構成において、データの書き込み動作では、Xデコーダから選択されたワード線に接続される全てのメモリトランジスタのコントロールゲートに高電圧を印加する。また、Yデコーダから選択されたビット線に接続される全てのメモリトランジスタのドレイン電極に高電圧を印加する。このとき、メモリトランジスタのソース電極は、接地されている。これによって、Xデコーダから選択されたワード線に接続される全てのメモリトランジスタでは、フローティングゲートに電子が注入され、負に帯電し、コントロールゲートから見た閾値電圧が高くなり、データが書き込まれた状態になる。
【0004】
消去動作では、セルアレイを構成する全てのメモリトランジスタ、または、1以上のワード線を単位とするメモリブロックを構成する全てのメモリトランジスタについて、ソース電極に高電圧を印加し、コントロールゲートを接地、もしくは負電位にする。これによって、フローティングゲートの電位が中性に戻り、コントロールゲートから見た閾値電圧が元に戻り、データが消去された状態になる。
【0005】
データの読み出し動作では、メモリトランジスタのコントロールゲートに読み出し電圧として通常の電圧を印加する。書き込まれた状態のメモリトランジスタでは、ドレイン電流が流れず、消去されたメモリトランジスタでは、ドレイン電流が流れるので、メモリトランジスタの論理状態“1”“0”が区別できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフラッシュメモリでは、書き込み動作と消去動作と読み出し動作のうち、一つの動作を行うと、その動作が完了するまでは、他の動作を行うことができないので、スループットの向上が図れないという問題がある。
【0007】
例えば、書き込み作業中では、Xデコーダで選択される全てのワード線に高電圧が印加され、Yデコーダで選択される全てのビット線に高電圧が印加される状態となる。そのため、書き込み対象以外のメモリトランジスタを読み出すためにアクセスすると、Xデコーダで選択されたワード線とYデコーダで選択されたビット線とから高電圧が印加されるので、誤書き込みが起こってしまう。
【0008】
なお、この問題を解決するため、例えば特許文献1では、消去と書き込みと読み出しのうち2機能以上を同時に、別々のメモリブロックにおいて実行できるようにした不揮発性半導体記憶装置が開示されている。
【0009】
しかし、上記特許文献1に記載の技術では、メモリブロックの範囲ないしは内容が不明であるが、メモリブロックを単位とするので、例えば、SRAMのような用い方をする場合、数ビットの変更設定をするために、メモリブロックの全体を再度設定しなければならず、利便性が悪い。
【0010】
また、フラッシュメモリでは、書き込み時に、メモリトランジスタに余分なストレスが掛かるために書込回数が制限されるので、メモリトランジスタに掛かる余分なストレスの軽減を図り、書込回数を増加させることも重要な課題である。しかし、上記特許文献1に記載の技術では、メモリブロックを単位とするので、メモリトランジスタに掛かるストレスの軽減を図ることが困難である。
【0011】
【特許文献1】
特開平7−281952号公報(0024〜0038、図1)
【0012】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、メモリトランジスタ毎に、消去と書き込みと読み出しの制御を別個独立に実行することのできる不揮発性半導体記憶装置を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる不揮発性半導体記憶装置は、電気的に書き込みと消去が可能な不揮発性半導体記憶装置において、メモリトランジスタ毎に、ゲート電極とソース電極とドレイン電極とに印加する電圧をそれぞれ選択する電圧選択回路を備えたことを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、メモリトランジスタ毎に、消去と書き込みと読み出しの制御を別個独立に実行することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる不揮発性半導体記憶装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は、この発明の一実施の形態による不揮発性半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。まず、この発明の理解を容易にするために、図2、図3を参照して、不揮発性半導体記憶装置であるフラッシュメモリの一般的な構成と動作について説明する。なお、図2は、この発明が対象とする不揮発性半導体記憶装置に属するフラッシュメモリの一般的な構成例を示すブロック図である。図3は、メモリトランジスタの閾値分布とセンスアンプのデータ判定閾値との関係を説明する図である。
【0017】
図2において、Xデコーダ51は、n+1本のワード線WLx(WL0〜WLn)を制御する。Yデコーダ52は、m+1本のビット線BLx(BL0〜BLm)を制御する。メモリブロック53は、図示例では、1本のワード線WLを単位として構成されている。すなわち、メモリブロック53は、1本のワード線WLに接続されるm+1個のメモリトランジスタ54で構成される。したがって、セルアレイは、(m+1)×(n+1)個のメモリトランジスタ54で構成されている。
【0018】
メモリセルを構成するメモリトランジスタ54は、コントロールゲートCGとフローティングゲートFGとを備え、コントロールゲートCGがワード線WLx(WL0〜WLn)に接続されている。
【0019】
メモリブロック53を構成する全てのメモリトランジスタ54、つまり列方向に並ぶ全てのメモリトランジスタ54のソース電極Sは、共通に消去電圧発生回路55が制御するソース線SLx(SL0〜SLm)に接続されている。また、各メモリブロック53において、列方向に並ぶ全てのメモリトランジスタ54のドレイン電極Dは、共通にYデコーダ52が制御するビット線BLx(BL0〜BLm)に接続されている。
【0020】
Xデコーダ51には、書き込み(プログラム)電圧を発生するプログラム電圧発生回路57と、書き込みの確認を行うためのプログラムベリファイ電圧を発生するプログラムベリファイ電圧発生回路58と、消去の確認を行うためのイレーズベリファイ電圧を発生するイレーズベリファイ電圧発生回路59と、読み取り(リード)電圧を発生するリード電圧発生回路60とが接続されている。
【0021】
そして、Yデコーダ52には、ビット線BLxに印加するドレイン電圧を発生するドレイン電圧発生回路56が接続されている。また、Yデコーダ52には、ビット線BLxに現れた信号を増幅して取り出すセンスアンプ61が接続されている。
【0022】
以上の構成において、データの書き込み動作では、Xデコーダ51から選択されたワード線WLxに接続される全てのメモリトランジスタ54のコントロールゲートCGにプログラム電圧発生回路57で発生させた高電圧を印加する。また、Yデコーダ52から選択されたビット線BLxに接続される全てのメモリトランジスタ54のドレイン電極Dにドレイン電圧発生回路56で発生させた高電圧を印加する。このとき、メモリトランジスタ54のソース電極Sは、接地されるようになっている。これによって、書き込み対象のメモリトランジスタ54では、フローティングゲートFGに電子が注入され、負に帯電し、コントロールゲートCGから見た閾値電圧が高くなり、データが書き込まれた状態になる(図3参照)。
【0023】
この書き込み作業中では、Xデコーダ51で選択される全てのワード線WLxに高電圧が印加され、Yデコーダで選択される全てのビット線に高電圧が印加される状態となる。そのため、書き込み対象以外のメモリトランジスタ54を読み出すためにアクセスすると、Xデコーダ51で選択されたワード線WLxとYデコーダ52で選択されたビット線BLxとから高電圧が印加されるので、誤書き込みが起こってしまう。
【0024】
書き込み後に書き込みができたか否かを確認するプログラムベリファイを実行するために、プログラム電圧発生回路57で発生させた高電圧を印加したメモリトランジスタ54のコントロールゲートCGに、プログラムベリファイ電圧発生回路58で発生させた高電圧を印加し、また、Yデコーダ52から選択されたビット線BLxに接続される全てのメモリトランジスタ54のドレイン電極Dにドレイン電圧発生回路56で発生させた高電圧を印加し、書き込みデータをセンスアンプ61から順次取り出す。
【0025】
プログラムベリファイ電圧はリード電圧よりも高いので、図3に示すように、プログラムベリファイ時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲2▼は、通常の読み出し時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲1▼よりも大きい。つまり、書き込み状態のメモリトランジスタ54の閾値電圧とプログラムベリファイ時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲2▼との差(マージン)は、書き込み状態のメモリトランジスタ54の閾値電圧と読み出し時のデータ判定値▲1▼との差(マージン)よりも小さい。したがって、プログラムベリファイ時に、プログラムベリファイの対象外であるメモリトランジスタ54から読み出したデータは、信頼性に欠ける。
【0026】
消去動作では、セルアレイを構成する全てのメモリトランジスタ54が接続されるソース線SLxに、または、メモリブロック53を構成する全てのメモリトランジスタ54が接続されるソース線SLxに、消去電圧発生回路55で発生させた高電圧を印加する。このとき、メモリトランジスタ54のコントロールゲートCGが接続されるワード線WLxは接地、もしくは負電圧が印加されるようになっている。これによって、フローティングゲートFGの電位が中性に戻り、コントロールゲートCGから見た閾値電圧が元に戻り、データが消去された状態になる(図3参照)。
【0027】
消去作業が行われた範囲を消去有効ブロックと称すれば、消去作業中では、消去有効ブロック内のメモリトランジスタ54にはリークがあるので、ソース電極Sに印加した高電圧がこのリークによってドレイン電極Dに現れる場合がある。この消去有効ブロック内のメモリトランジスタ54のドレイン電極Dに現れた高電圧は、消去有効ブロックとビット線BLを共通にしている消去有効ブロック外のメモリトランジスタ54のドレイン電極Dに印加される。
【0028】
したがって、そのような消去有効ブロック外のメモリトランジスタ54をアクセスすると、誤書き込みを起こす可能性がある。また、アクセスしない場合においては、ドレイン電極Dに印加された高電圧によって誤消去を起こす可能性がある。
【0029】
消去後に消去が行われたか否かを確認するイレーズベリファイを実行するために、イレーズベリファイ電圧発生回路59で発生させた高電圧を上記消去有効ブロック内のメモリトランジスタ54のコントロールゲートCGに印加し、センスアンプ61から順次読み出し、ブランク状態であることを確認する。
【0030】
図3に示すように、このイレーズベリファイ時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲3▼は、読み出し時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲1▼よりも小さい値になる。すなわち、消去状態のメモリトランジスタ54の閾値電圧とイレーズベリファイ時のセンスアンプ61におけるデータ判定値▲3▼との差(マージン)は、消去状態のメモリトランジスタ54の閾値電圧と読み出し時のデータ判定値▲1▼との差(マージン)よりも小さい。したがって、イレーズベリファイ時に、上記消去有効ブロック外のメモリトランジスタ54から読み出したデータは、信頼性に欠ける。
【0031】
このように、現状のフラッシュメモリでは、データの書き込み動作中と消去動作中とでは、データの読み出しが行えないので、スループットの向上が図れないという問題がある。
【0032】
そこで、この発明では、メモリトランジスタ54毎に、消去と書き込みと読み出しの制御を別個独立に実行できるようにしている。以下、図1を参照して具体的に説明する。なお、図1では、図2に示した構成と同一ないしは同等である構成要素には、同一の符号が付されている。
【0033】
図1では、図2に示した(m+1)×(n+1)個のメモリトランジスタのうち、Xデコーダ51のワード線WL0とYデコーダ52のビット線BL0とで選択される1つのメモリトランジスタ1が代表例として示されている。図1に示すように、メモリトランジスタ1毎に、ゲート電圧選択回路2と、ドレイン電圧選択回路3と、ソース電圧選択回路4とが設けられる。
【0034】
ゲート電圧選択回路2は、メモリトランジスタ1のコントロールゲートCGとワード線WL0との間に設けられている。そして、プログラム電圧発生回路57と、プログラムベリファイ電圧発生回路58と、イレーズベリファイ電圧発生回路59と、リード電圧発生回路60とは、Xデコーダ51ではなく、ゲート電圧選択回路2に接続されている。
【0035】
すなわち、ゲート電圧選択回路2では、ワード線WL0がOR回路28の一方の入力端に接続されている。OR回路28の他方の入力端には、NAND回路27の出力が入力される。OR回路28の出力は、NAND回路20の一方の入力端に接続されている。NAND回路20の他方の入力端には、図示しない制御回路から制御信号ECTL00が印加され、出力端がNMOSトランジスタ21ゲート電極とPMOSトランジスタ22のゲート電極とに共通に接続されている。
【0036】
NMOSトランジスタ21のソース電極は接地に接続され、ドレイン電極はPMOSトランジスタ22のドレイン電極に接続されている。NMOSトランジスタ21のドレイン電極とPMOSトランジスタ22のドレイン電極は共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続されている。PMOSトランジスタ22のソース電極には、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通に接続されている。
【0037】
PMOSトランジスタ23,24,25のゲート電極は、NAND回路27の入力端に接続され、NAND回路27の出力端は、PMOSトランジスタ26のゲート電極と上記OR回路28の他方の入力端とに接続されている。PMOSトランジスタ26のソース電極には、リード電圧発生回路60の出力端が接続されている。
【0038】
PMOSトランジスタ23のゲート電極には、図示しない制御回路から選択信号SEL00が印加される。また、PMOSトランジスタ23のソース電極には、プログラム電圧発生回路57の出力端が接続されている。
【0039】
PMOSトランジスタ24のゲート電極には、図示しない制御回路から選択信号SEL10が印加される。また、PMOSトランジスタ24のソース電極には、プログラムベリファイ電圧発生回路58の出力端が接続されている。
【0040】
PMOSトランジスタ25のゲート電極には、図示しない制御回路から選択信号SEL20が印加される。また、PMOSトランジスタ25のソース電極には、イレーズベリファイ電圧発生回路59の出力端が接続されている。
【0041】
また、ドレイン電圧選択回路3は、メモリトランジスタ1のドレイン電極Dとビット線BL0およびドレイン電圧発生回路56の出力端との間に設けられている。つまり、ドレイン電圧発生回路56は、Yデコーダ52ではなく、ドレイン電圧選択回路3に接続されている。
【0042】
すなわち、ドレイン電圧選択回路3では、PMOSトランジスタ31のソース電極は、ドレイン電圧発生回路56の出力端に接続され、ドレイン電極は、PMOSトランジスタ32のソース電極に接続されている。PMOSトランジスタ31のゲート電極には、図示しない制御回路から制御信号ECTL00の反転信号「ECTL00のバー」(以下、単に「反転信号」という)が印加されるようになっている。
【0043】
PMOSトランジスタ32のドレイン電極は、NMOSトランジスタ33のドレイン電極と共にメモリトランジスタ1のドレイン電極Dに接続され、PMOSトランジスタ33のソース電極は、ビット線BL0に接続されている。PMOSトランジスタ32のゲート電極とNMOSトランジスタ33のゲート電極には、共通に図示しない制御回路から制御信号DCTL00が印加されるようになっている。
【0044】
次に、ソース電圧選択回路4は、メモリトランジスタ1のソース電極Sと消去電圧発生回路55の出力端との間に設けられている。すなわち、ソース電圧選択回路4では、NMOSトランジスタ41のドレイン電極とPMOSトランジスタ42のドレイン電極とが共通にメモリトランジスタ1のソース電極Sに接続されている。NMOSトランジスタ41のソース電極は、接地に接続され、NMOSトランジスタ42のソース電極は、消去電圧発生回路55の出力端に接続されている。NMOSトランジスタ41のゲート電極とPMOSトランジスタ42のゲート電極とには、共通に図示しない制御回路から制御信号ECTL00が印加されるようになっている。
【0045】
以下、図1、図3を参照して、この実施の形態による不揮発性半導体装置としてのフラッシュメモリの動作を説明する。ワード線WL0に接続される各ゲート電圧選択回路2では、ワード線WL0が低レベルで、制御信号ECTL00が高レベルで、選択信号SEL00,SEL10,SEL20のいずれか一つが低レベルである場合は、NAND回路27の出力は高レベルになり、OR回路28の出力は高レベルになる。その結果、NAND回路20の出力が低レベルになるので、NMOSトランジスタ21がオフ動作を行い、PMOSトランジスタ22がオン動作を行い、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続される。この状態で、メモリトランジスタ1に対するデータ書き込み、プログラムベリファイ、イレーズベリファイの各動作が行われる。
【0046】
また、ワード線WL0に接続される各ゲート電圧選択回路2では、ワード線WL0のレベル状態と無関係に、制御信号ECTL00が低レベルである場合は、NAND回路20の出力が高レベルになるので、NMOSトランジスタ21がオン動作を行い、PMOSトランジスタ22がオフ動作を行い、メモリトランジスタ1のコントロールゲートCGが接地に接続される。この状態で、消去動作が行われる。
【0047】
そして、ワード線WL0に接続される各ゲート電圧選択回路2では、ワード線WL0が高レベルで、制御信号ECTL00が高レベルである場合は、NAND回路20の出力が低レベルになるので、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続される。この状態で、メモリトランジスタ1に対するデータ書き込み、プログラムベリファイ、イレーズベリファイ、および読み出しの各動作が行われる。
【0048】
さて、データ書き込み時では、書き込み対象のメモリトランジスタ1を選択するワード線WL0を高レベルにし、書き込み対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。その結果、当該ゲート電圧選択回路2では、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続される。
【0049】
この状態で、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL00を低レベルにし、他の選択信号SEL10,SEL20を高レベルにする。その結果、PMOSトランジスタ23のみがオン動作を行い、プログラム電圧発生回路57で発生された高電圧がデータ書き込み対象のメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0050】
同時に、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3に与える制御信号DCTL00,ECTL00の反転信号を共に低レベルにする。また、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1に接続されるソース電圧選択回路4に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。
【0051】
その結果、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3では、PMOSトランジスタ31,32が共にオン動作を行い、ドレイン電圧発生回路56で発生された高電圧がデータ書き込み対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dに印加される。NMOSトランジスタ33はオフ動作を行うので、当該データ書き込み対象のメモリトランジスタ1は、ビット線BL0から切り離される。
【0052】
また、ソース電圧選択回路4では、NMOSトランジスタ41がオン動作を行い、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1のソース電極Sが接地される。PMOSトランジスタ42はオフ動作を行うので、当該データ書き込み対象のメモリトランジスタ1は、消去電圧発生回路55から切り離される。
【0053】
これらの動作によって、データ書き込み対象のメモリトランジスタ1は、データ書き込み対象外のメモリトランジスタ1から切り離され独自にデータの書き込みが行われる。
【0054】
また、プログラムベリファイ時では、上記のように書き込みが行われプログラムベリファイの対象であるメモリトランジスタ1を選択するワード線WL0を高レベルにし、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。その結果、当該ゲート電圧選択回路2では、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続される。
【0055】
この状態で、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL10を低レベルにし、他の選択信号SEL00,SEL20を高レベルにする。その結果、PMOSトランジスタ24のみがオン動作を行い、プログラムベリファイ電圧発生回路58で発生された高電圧がプログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0056】
同時に、上記のプログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3に与える制御信号DCTL00を高レベルにする。また、上記のプログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるソース電圧選択回路4に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。
【0057】
その結果、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3では、PMOSトランジスタ32がオフ動作を行い、NMOSトランジスタ33がオン動作を行い、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dがビット線BL0に接続される。このとき、制御信号ECTL00は高レベルであるので、制御信号ECTL00の反転信号は、低レベルとなりPMOSトランジスタ31は、オン動作を行うが、オフ動作を行うPMOSトランジスタ32によってドレイン電圧発生回路56は、切り離される。
【0058】
また、ソース電圧選択回路4では、NMOSトランジスタ41がオン動作を行い、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1のソーズ電極Sが接地される。PMOSトランジスタ42はオフ動作を行うので、当該プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1は、消去電圧発生回路55から切り離される。
【0059】
これらの動作によって、プログラムベリファイ対象のメモリトランジスタ1に対するセンスアンプ61のデータ判定値のみを図3に示すプログラムベリファイ時のデータ判定値▲2▼に変更することができる。
【0060】
次に、データ消去時では、消去対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00を低レベルにする。消去対象外のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00は上記のように高レベルにすることができる。
【0061】
その結果、消去対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2では、NAND回路20の出力が高レベルになるので、NMOSトランジスタ21がオン動作を行い、PMOSトランジスタ22がオフ動作を行い、メモリトランジスタ1のコントロールゲートCGが接地に接続される。
【0062】
この状態で、消去対象のメモリトランジスタ1に接続されるソース電圧選択回路4に与える制御信号ECTL00を低レベルにし、消去電圧発生回路55で発生する高電圧を消去対象のメモリトランジスタ1のソース電極Sに印加する。
【0063】
同時に、消去対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3に与える制御信号DCTL00を低レベルにしてNMOSトランジスタ33をオフ動作させ、消去対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dをビット線BL0から切り離す。このとき、PMOSトランジスタ32はオン動作を行うが、そのドレイン電圧選択回路3に与える制御信号ECTL00の反転信号は高レベルにしてPMOSトランジスタ31をオフ動作させる。つまり、消去対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dがドレイン電圧発生回路56に接続されないようにする。
【0064】
これらの動作によって、消去対象のメモリトランジスタ1では、消去対象外のメモリトランジスタ1から切り離されて独自に消去動作が行われる。消去対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dは、ビット線BL0から切り離されているので、ドレイン電極Dにリークによる高電圧が現れてもビット線BL0を共通にする他のメモリトランジスタ1に影響を与えることはない。
【0065】
次に、上記のように消去動作が行われたメモリトランジスタ1にイレーズベリファイを実行する場合は、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1を選択するワード線WL0を高レベルにし、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。
【0066】
その結果、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2では、NAND回路20が出力を低レベルにするので、PMOSトランジスタ22がオン動作を行い、PMOSトランジスタ23,24,25,26のドレイン電極が共通にメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに接続された状態になる。
【0067】
この状態で、イレーズベリファイの対象であるメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL20を低レベルにし、他の選択信号SEL00,SEL10を高レベルにする。その結果、PMOSトランジスタ25のみがオン動作を行い、イレーズベリファイ電圧発生回路59で発生された電圧がイレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0068】
同時に、上記のイレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3に与える制御信号DCTL00を高レベルにする。また、上記のイレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるソース電圧選択回路4に与える制御信号ECTL00を高レベルにする。
【0069】
その結果、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3では、PMOSトランジスタ32がオフ動作を行い、NMOSトランジスタ33がオン動作を行い、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1のドレイン電極Dがビット線BL0に接続される。このとき、制御信号ECTL00は高レベルであるので、制御信号ECTL00の反転信号は、低レベルとなりPMOSトランジスタ31は、オン動作を行うが、オフ動作を行うPMOSトランジスタ32によってドレイン電圧発生回路56は、切り離される。
【0070】
また、ソース電圧選択回路4では、NMOSトランジスタ41がオン動作を行い、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1のソーズ電極Sが接地される。PMOSトランジスタ42はオフ動作を行うので、当該イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1は、消去電圧発生回路55から切り離される。
【0071】
これらの動作によって、イレーズベリファイ対象のメモリトランジスタ1に対するセンスアンプ61のデータ判定値のみを図3に示すイレーズベリファイ時のデータ判定値▲3▼に変更することができる。
【0072】
次に、読み出し動作を説明する。上記の書き込み動作が行われているときに、書き込み対象外のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL00,SEL10,SEL20を全て高レベルにすると、NAND回路27の出力が低レベルになるので、PMOSトランジスタ26のみがオン動作を行い、リード電圧発生回路60で発生される電圧がメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0073】
同様に、上記のプログラムベリファイ時にプログラムベリファイ対象外のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL00,SEL10,SEL20を全て高レベルにすると、NAND回路27の出力が低レベルになるので、PMOSトランジスタ26のみがオン動作を行い、リード電圧発生回路60で発生される電圧がメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0074】
同様に、上記のイレーズベリファイ時にイレーズベリファイ対象外のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える選択信号SEL00,SEL10,SEL20を全て高レベルにすると、NAND回路27の出力が低レベルになるので、PMOSトランジスタ26のみがオン動作を行い、リード電圧発生回路60で発生される電圧がメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0075】
また、上記の消去動作が行われているときに、消去対象外のメモリトランジスタ1に接続されるゲート電圧選択回路2に与える制御信号ECTL00を高レベルにし、NAND回路20の出力が低レベルになるようにする。同時に、選択信号SEL00,SEL10,SEL20を全て高レベルにすると、NAND回路27の出力が低レベルになるので、PMOSトランジスタ26のみがオン動作を行い、リード電圧発生回路60で発生される電圧がメモリトランジスタ1のコントロールゲートCGに印加される。
【0076】
このように、書き込み動作時やプログラムベリファイ時、消去動作時、およびイレーズベリファイ時のいずれのときでも、それらの対象外のメモリトランジスタ1では、独立してコントロールゲートCGにリード電圧が印加される状態を作り出すことができる。
【0077】
そして、読み取り対象のメモリトランジスタ1に接続されるドレイン電圧選択回路3では、制御信号DCTL00,ECTL00を共に高レベルにし、メモリトランジスタ1のドレイン電極Dをビット線BL0に接続する。また、読み取り対象のメモリトランジスタ1に接続されるソース電圧選択回路4では、制御信号ECTL00を高レベルにし、メモリトランジスタ1のソース電極Sを接地に接続する。
【0078】
その結果、当該読み取り対象のメモリトランジスタ1に対するセンスアンプ61での読み出し時のデータ判定値を、常に、図3に示す十分なマージンが得られる▲1▼とすることができる。
【0079】
したがって、この実施の形態によれば、次のような効果が得られる。メモリ全体としては、書き込み動作と消去動作と読み出し動作とを同時に進行させることができるので、システム全体のスループットを向上させることができる。
【0080】
また、書き込み時と消去時では、それぞれの対象メモリトランジスタは、他の対象外メモリトランジスタから切り離されるので、高電圧が他の対象外メモリトランジスタに印加されることがない。つまり、他の対象外メモリトランジスタでは、余分なストレスが掛かるのを低減でき、その結果、書込回数の増加が図れる。
【0081】
さらに、ビット単位に書き込み動作と消去動作と読み出し動作とが行えるので、ユーザはSRAMのような使い方ができる。しかも、不揮発性SRAMとなるので、部品点数の削減が図れる。
【0082】
なお、この実施の形態では、不揮発性半導体記憶装置として、メモリセルが1個のメモリトランジスタで構成されるフラッシュメモリへの適用例を示したが、この発明はこれに限定されるものではなく、その他、例えばメモリセルが2素子で構成されるEEPROMにも同様に適用することができる。
【0083】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、メモリトランジスタ毎に、ゲート電極とソース電極とドレイン電極とに印加する電圧をそれぞれ選択する電圧選択回路を備えたので、メモリトランジスタ毎に、消去と書き込みと読み出しの制御を別個独立に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態による不揮発性半導体記憶装置の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明が対象とする不揮発性半導体記憶装置に属するフラッシュメモリの一般的な構成例を示すブロック図である。
【図3】メモリトランジスタの閾値分布とセンスアンプのデータ閾値との関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 メモリトランジスタ、2 ゲート電圧選択回路、3 ドレイン電圧選択回路、4 ソース電圧選択回路、51 Xデコーダ、52 Yデコーダ、55 消去電圧発生回路、56 ドレイン電圧発生回路、57 プログラム電圧発生回路、58 プログラムベリファイ電圧発生回路、59 イレーズベリファイ電圧発生回路、60 リード電圧発生回路、61 センスアンプ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrically writable and erasable nonvolatile semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
As a nonvolatile semiconductor memory device, a flash memory is well known, and therefore, in this specification, a flash memory will be described as an example. In a flash memory, a memory cell is composed of one memory transistor having a floating gate. A row decoder (X decoder) for selecting a row line (word line) and a column decoder (Y decoder) for selecting a column line (bit line) are arranged in a cell array in which the memory transistors are arranged in a two-dimensional matrix, for example. Is done. A control gate, which is a so-called gate electrode of the memory transistor, is connected to a word line, and a drain electrode is connected to a bit line.
[0003]
In the above configuration, in the data write operation, a high voltage is applied to the control gates of all the memory transistors connected to the word line selected from the X decoder. Also, a high voltage is applied to the drain electrodes of all the memory transistors connected to the bit line selected from the Y decoder. At this time, the source electrode of the memory transistor is grounded. As a result, in all the memory transistors connected to the word line selected from the X decoder, electrons are injected into the floating gate, negatively charged, the threshold voltage as viewed from the control gate increases, and data is written. State.
[0004]
In the erase operation, a high voltage is applied to the source electrode and the control gate is grounded, or the control gate is grounded, for all the memory transistors constituting the cell array, or for all the memory transistors constituting the memory block having one or more word lines. Make it negative potential. As a result, the potential of the floating gate returns to neutral, the threshold voltage viewed from the control gate returns to the original state, and the data is erased.
[0005]
In a data read operation, a normal voltage is applied to the control gate of the memory transistor as a read voltage. Since the drain current does not flow in the memory transistor in the written state and the drain current flows in the erased memory transistor, the logic state “1” or “0” of the memory transistor can be distinguished.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional flash memory, if one of the write operation, the erase operation, and the read operation is performed, the other operation cannot be performed until the operation is completed, so that the throughput cannot be improved. There is a problem.
[0007]
For example, during a write operation, a high voltage is applied to all word lines selected by the X decoder, and a high voltage is applied to all bit lines selected by the Y decoder. Therefore, when an access is performed to read a memory transistor other than a write target, a high voltage is applied from the word line selected by the X decoder and the bit line selected by the Y decoder, and erroneous writing occurs.
[0008]
In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 discloses a nonvolatile semiconductor memory device in which two or more functions of erasing, writing, and reading can be performed simultaneously in separate memory blocks.
[0009]
However, in the technology described in Patent Document 1, although the range or content of the memory block is unknown, since the memory block is used as a unit, for example, when the SRAM is used like an SRAM, a change setting of several bits is required. Therefore, the entire memory block must be set again, which is inconvenient.
[0010]
Also, in a flash memory, the number of times of writing is limited because extra stress is applied to the memory transistor at the time of writing. Therefore, it is important to reduce the extra stress applied to the memory transistor and increase the number of times of writing. It is an issue. However, in the technology described in Patent Document 1, it is difficult to reduce the stress applied to the memory transistor because the memory block is used as a unit.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-7-281952 (0024-0038, FIG. 1)
[0012]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device capable of independently performing erasing, writing, and reading control for each memory transistor.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device which is electrically writable and erasable, a nonvolatile transistor is applied to a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode for each memory transistor. And a voltage selection circuit for selecting each voltage to be applied.
[0014]
According to the present invention, the control of erasing, writing, and reading can be executed independently for each memory transistor.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention. First, in order to facilitate understanding of the present invention, a general configuration and operation of a flash memory, which is a nonvolatile semiconductor memory device, will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram showing a general configuration example of a flash memory belonging to a nonvolatile semiconductor memory device to which the present invention is applied. FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the threshold distribution of the memory transistor and the data determination threshold of the sense amplifier.
[0017]
In FIG. 2, the X decoder 51 controls n + 1 word lines WLx (WL0 to WLn). The Y decoder 52 controls m + 1 bit lines BLx (BL0 to BLm). In the illustrated example, the memory block 53 is configured using one word line WL as a unit. That is, the memory block 53 includes (m + 1) memory transistors 54 connected to one word line WL. Therefore, the cell array includes (m + 1) × (n + 1) memory transistors 54.
[0018]
The memory transistor 54 forming a memory cell includes a control gate CG and a floating gate FG, and the control gate CG is connected to a word line WLx (WL0 to WLn).
[0019]
The source electrodes S of all the memory transistors 54 constituting the memory block 53, that is, all the memory transistors 54 arranged in the column direction are connected to a source line SLx (SL0 to SLm) controlled by the erase voltage generating circuit 55 in common. I have. In each memory block 53, the drain electrodes D of all the memory transistors 54 arranged in the column direction are commonly connected to bit lines BLx (BL0 to BLm) controlled by the Y decoder 52.
[0020]
X decoder 51 includes a program voltage generating circuit 57 for generating a write (program) voltage, a program verify voltage generating circuit 58 for generating a program verify voltage for verifying write, and an erase for verifying erase. An erase verify voltage generating circuit 59 for generating a verify voltage and a read voltage generating circuit 60 for generating a read (read) voltage are connected.
[0021]
The Y decoder 52 is connected to a drain voltage generation circuit 56 that generates a drain voltage applied to the bit line BLx. The Y decoder 52 is connected to a sense amplifier 61 which amplifies and takes out a signal appearing on the bit line BLx.
[0022]
In the above configuration, in the data write operation, the high voltage generated by the program voltage generation circuit 57 is applied to the control gates CG of all the memory transistors 54 connected to the word line WLx selected from the X decoder 51. The high voltage generated by the drain voltage generation circuit 56 is applied to the drain electrodes D of all the memory transistors 54 connected to the bit line BLx selected from the Y decoder 52. At this time, the source electrode S of the memory transistor 54 is grounded. As a result, in the memory transistor 54 to be written, electrons are injected into the floating gate FG, the charge is negatively charged, the threshold voltage as seen from the control gate CG increases, and the data is written (see FIG. 3). .
[0023]
During this write operation, a high voltage is applied to all the word lines WLx selected by the X decoder 51, and a high voltage is applied to all the bit lines selected by the Y decoder. Therefore, when an access is made to read the memory transistor 54 other than the write target, a high voltage is applied from the word line WLx selected by the X decoder 51 and the bit line BLx selected by the Y decoder 52, so that an erroneous write is performed. Will happen.
[0024]
In order to execute program verification for confirming whether or not writing has been completed after writing, a program verification voltage generation circuit 58 applies a voltage to the control gate CG of the memory transistor 54 to which the high voltage generated by the program voltage generation circuit 57 is applied. The applied high voltage is applied, and the high voltage generated by the drain voltage generation circuit 56 is applied to the drain electrodes D of all the memory transistors 54 connected to the bit line BLx selected from the Y decoder 52 to perform writing. Data is sequentially extracted from the sense amplifier 61.
[0025]
Since the program verify voltage is higher than the read voltage, as shown in FIG. 3, the data judgment value (2) in the sense amplifier 61 at the time of program verification is larger than the data judgment value (1) of the sense amplifier 61 at the time of normal reading. Is also big. That is, the difference (margin) between the threshold voltage of the memory transistor 54 in the written state and the data determination value (2) in the sense amplifier 61 at the time of program verification is determined by the threshold voltage of the memory transistor 54 in the written state and the data determination value at the time of reading. It is smaller than the difference (margin) from (1). Therefore, at the time of program verification, data read from the memory transistor 54 that is not targeted for program verification lacks reliability.
[0026]
In the erasing operation, the erasing voltage generating circuit 55 connects the source line SLx to which all the memory transistors 54 constituting the cell array are connected or the source line SLx to which all the memory transistors 54 constituting the memory block 53 are connected. Apply the generated high voltage. At this time, the word line WLx to which the control gate CG of the memory transistor 54 is connected is grounded or a negative voltage is applied. As a result, the potential of the floating gate FG returns to neutral, the threshold voltage as viewed from the control gate CG returns, and the data is erased (see FIG. 3).
[0027]
If the range in which the erasing operation has been performed is called an erasing effective block, the memory transistor 54 in the erasing effective block has a leak during the erasing operation, so that the high voltage applied to the source electrode S causes the drain electrode to leak. D. The high voltage appearing at the drain electrode D of the memory transistor 54 in the effective erase block is applied to the drain electrode D of the memory transistor 54 outside the effective erase block that shares the bit line BL with the erase effective block.
[0028]
Therefore, if the memory transistor 54 outside such an effective erase block is accessed, erroneous writing may occur. If no access is made, erroneous erasure may occur due to the high voltage applied to the drain electrode D.
[0029]
In order to execute erase verify for confirming whether or not erasing has been performed after erasing, a high voltage generated by the erase verify voltage generating circuit 59 is applied to the control gate CG of the memory transistor 54 in the erase effective block, The data is sequentially read from the sense amplifier 61 to confirm that it is in a blank state.
[0030]
As shown in FIG. 3, the data judgment value (3) of the sense amplifier 61 at the time of this erase verify is smaller than the data judgment value (1) of the sense amplifier 61 at the time of reading. That is, the difference (margin) between the threshold voltage of the memory transistor 54 in the erased state and the data determination value (3) in the sense amplifier 61 at the time of erase verify is determined by the threshold voltage of the memory transistor 54 in the erased state and the data determination value at the time of reading. It is smaller than the difference (margin) from (1). Therefore, at the time of erase verify, data read from the memory transistor 54 outside the erase-effective block lacks reliability.
[0031]
As described above, in the current flash memory, data cannot be read during the data writing operation and the data erasing operation, so that there is a problem that the throughput cannot be improved.
[0032]
Therefore, in the present invention, the control of erasing, writing, and reading can be executed independently for each memory transistor 54. Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG. In FIG. 1, components that are the same as or equivalent to the configuration shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
[0033]
In FIG. 1, one memory transistor 1 selected by the word line WL0 of the X decoder 51 and the bit line BL0 of the Y decoder 52 is representative of the (m + 1) × (n + 1) memory transistors shown in FIG. It is shown as an example. As shown in FIG. 1, a gate voltage selection circuit 2, a drain voltage selection circuit 3, and a source voltage selection circuit 4 are provided for each memory transistor 1.
[0034]
The gate voltage selection circuit 2 is provided between the control gate CG of the memory transistor 1 and the word line WL0. The program voltage generating circuit 57, the program verify voltage generating circuit 58, the erase verify voltage generating circuit 59, and the read voltage generating circuit 60 are connected to the gate voltage selecting circuit 2 instead of the X decoder 51.
[0035]
That is, in the gate voltage selection circuit 2, the word line WL0 is connected to one input terminal of the OR circuit. The output of the NAND circuit 27 is input to the other input terminal of the OR circuit 28. The output of the OR circuit 28 is connected to one input terminal of the NAND circuit 20. A control signal ECTL00 from a control circuit (not shown) is applied to the other input terminal of the NAND circuit 20, and an output terminal is commonly connected to the gate electrode of the NMOS transistor 21 and the gate electrode of the PMOS transistor 22.
[0036]
The source electrode of the NMOS transistor 21 is connected to the ground, and the drain electrode is connected to the drain electrode of the PMOS transistor 22. The drain electrode of the NMOS transistor 21 and the drain electrode of the PMOS transistor 22 are commonly connected to the control gate CG of the memory transistor 1. The drain electrodes of the PMOS transistors 23, 24, 25 and 26 are commonly connected to the source electrode of the PMOS transistor 22.
[0037]
The gate electrodes of the PMOS transistors 23, 24, 25 are connected to the input terminal of the NAND circuit 27, and the output terminal of the NAND circuit 27 is connected to the gate electrode of the PMOS transistor 26 and the other input terminal of the OR circuit 28. ing. The output terminal of the read voltage generation circuit 60 is connected to the source electrode of the PMOS transistor 26.
[0038]
A selection signal SEL00 is applied to the gate electrode of the PMOS transistor 23 from a control circuit (not shown). The output terminal of the program voltage generation circuit 57 is connected to the source electrode of the PMOS transistor 23.
[0039]
The selection signal SEL10 is applied to the gate electrode of the PMOS transistor 24 from a control circuit (not shown). The output terminal of the program verify voltage generation circuit 58 is connected to the source electrode of the PMOS transistor 24.
[0040]
A selection signal SEL20 is applied to the gate electrode of the PMOS transistor 25 from a control circuit (not shown). The output terminal of the erase verify voltage generation circuit 59 is connected to the source electrode of the PMOS transistor 25.
[0041]
Further, the drain voltage selection circuit 3 is provided between the drain electrode D of the memory transistor 1 and the output terminal of the bit line BL0 and the drain voltage generation circuit 56. That is, the drain voltage generation circuit 56 is connected not to the Y decoder 52 but to the drain voltage selection circuit 3.
[0042]
That is, in the drain voltage selection circuit 3, the source electrode of the PMOS transistor 31 is connected to the output terminal of the drain voltage generation circuit 56, and the drain electrode is connected to the source electrode of the PMOS transistor 32. To the gate electrode of the PMOS transistor 31, an inversion signal “bar of ECTL00” (hereinafter simply referred to as “inversion signal”) of the control signal ECTL00 is applied from a control circuit (not shown).
[0043]
The drain electrode of the PMOS transistor 32 is connected to the drain electrode D of the memory transistor 1 together with the drain electrode of the NMOS transistor 33, and the source electrode of the PMOS transistor 33 is connected to the bit line BL0. A control signal DCTL00 is commonly applied to the gate electrode of the PMOS transistor 32 and the gate electrode of the NMOS transistor 33 from a control circuit (not shown).
[0044]
Next, the source voltage selection circuit 4 is provided between the source electrode S of the memory transistor 1 and the output terminal of the erase voltage generation circuit 55. That is, in the source voltage selection circuit 4, the drain electrode of the NMOS transistor 41 and the drain electrode of the PMOS transistor 42 are commonly connected to the source electrode S of the memory transistor 1. The source electrode of the NMOS transistor 41 is connected to ground, and the source electrode of the NMOS transistor 42 is connected to the output terminal of the erase voltage generation circuit 55. A control signal ECTL00 is commonly applied to the gate electrode of the NMOS transistor 41 and the gate electrode of the PMOS transistor 42 from a control circuit (not shown).
[0045]
Hereinafter, the operation of the flash memory as the nonvolatile semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. In each gate voltage selection circuit 2 connected to the word line WL0, when the word line WL0 is at a low level, the control signal ECTL00 is at a high level, and one of the selection signals SEL00, SEL10, and SEL20 is at a low level, The output of the NAND circuit 27 goes high and the output of the OR circuit 28 goes high. As a result, the output of the NAND circuit 20 goes low, so that the NMOS transistor 21 performs an off operation, the PMOS transistor 22 performs an on operation, and the drain electrodes of the PMOS transistors 23, 24, 25, and 26 share a common memory transistor. 1 control gate CG. In this state, data write, program verify, and erase verify operations for the memory transistor 1 are performed.
[0046]
Further, in each gate voltage selection circuit 2 connected to the word line WL0, the output of the NAND circuit 20 becomes high when the control signal ECTL00 is low regardless of the level state of the word line WL0. The NMOS transistor 21 performs an on operation, the PMOS transistor 22 performs an off operation, and the control gate CG of the memory transistor 1 is connected to the ground. In this state, the erase operation is performed.
[0047]
In each gate voltage selection circuit 2 connected to the word line WL0, when the word line WL0 is at a high level and the control signal ECTL00 is at a high level, the output of the NAND circuit 20 is at a low level. The drain electrodes 23, 24, 25, and 26 are commonly connected to the control gate CG of the memory transistor 1. In this state, data write, program verify, erase verify, and read operations for the memory transistor 1 are performed.
[0048]
At the time of data writing, the word line WL0 for selecting the memory transistor 1 to be written is set to a high level, and the control signal ECTL00 applied to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to be written is set to a high level. As a result, in the gate voltage selection circuit 2, the drain electrodes of the PMOS transistors 23, 24, 25, and 26 are commonly connected to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0049]
In this state, the selection signal SEL00 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to which data is to be written is set to low level, and the other selection signals SEL10 and SEL20 are set to high level. As a result, only the PMOS transistor 23 performs an ON operation, and the high voltage generated by the program voltage generation circuit 57 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1 to which data is to be written.
[0050]
At the same time, the inversion signals of the control signals DCTL00 and ECTL00 given to the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to which data is to be written are both set to low level. Further, the control signal ECTL00 given to the source voltage selection circuit 4 connected to the memory transistor 1 to which data is to be written is set to a high level.
[0051]
As a result, in the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to which data is to be written, both the PMOS transistors 31 and 32 are turned on, and the high voltage generated by the drain voltage generation circuit 56 is applied to the memory to which data is to be written. The voltage is applied to the drain electrode D of the transistor 1. Since the NMOS transistor 33 performs an OFF operation, the memory transistor 1 to which the data is to be written is disconnected from the bit line BL0.
[0052]
In the source voltage selection circuit 4, the NMOS transistor 41 performs an ON operation, and the source electrode S of the memory transistor 1 to which data is to be written is grounded. Since the PMOS transistor 42 performs an off operation, the memory transistor 1 to which the data is to be written is disconnected from the erase voltage generation circuit 55.
[0053]
By these operations, the memory transistor 1 to which data is to be written is separated from the memory transistor 1 to which data is not to be written, and data is written independently.
[0054]
At the time of program verification, writing is performed as described above, the word line WL0 for selecting the memory transistor 1 to be subjected to program verification is set to a high level, and the gate voltage selection circuit connected to the memory transistor 1 to be program verified. 2 is set to a high level. As a result, in the gate voltage selection circuit 2, the drain electrodes of the PMOS transistors 23, 24, 25, and 26 are commonly connected to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0055]
In this state, the selection signal SEL10 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory cell 1 to be program-verified is set to low level, and the other selection signals SEL00 and SEL20 are set to high level. As a result, only the PMOS transistor 24 turns on, and the high voltage generated by the program verify voltage generation circuit 58 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1 to be program verified.
[0056]
At the same time, the control signal DCTL00 given to the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be program-verified is set to a high level. Further, the control signal ECTL00 given to the source voltage selection circuit 4 connected to the memory transistor 1 to be program-verified is set to a high level.
[0057]
As a result, in the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be program-verified, the PMOS transistor 32 performs an OFF operation, the NMOS transistor 33 performs an ON operation, and the drain electrode D of the memory transistor 1 to be program-verified. Are connected to bit line BL0. At this time, since the control signal ECTL00 is at a high level, the inverted signal of the control signal ECTL00 is at a low level, and the PMOS transistor 31 performs an on operation. However, the drain voltage generation circuit 56 performs Be separated.
[0058]
In the source voltage selection circuit 4, the NMOS transistor 41 is turned on, and the source electrode S of the memory transistor 1 to be program-verified is grounded. Since the PMOS transistor 42 performs an OFF operation, the memory transistor 1 to be subjected to the program verification is disconnected from the erase voltage generation circuit 55.
[0059]
By these operations, only the data judgment value of the sense amplifier 61 for the memory transistor 1 to be program-verified can be changed to the data judgment value (2) at the time of program verification shown in FIG.
[0060]
Next, at the time of data erasure, the control signal ECTL00 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to be erased is set to a low level. The control signal ECTL00 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 not to be erased can be made high as described above.
[0061]
As a result, in the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to be erased, the output of the NAND circuit 20 goes high, so that the NMOS transistor 21 turns on and the PMOS transistor 22 turns off. The control gate CG of the memory transistor 1 is connected to the ground.
[0062]
In this state, the control signal ECTL00 given to the source voltage selection circuit 4 connected to the memory transistor 1 to be erased is set to a low level, and the high voltage generated by the erase voltage generation circuit 55 is changed to the source electrode S of the memory transistor 1 to be erased. Is applied.
[0063]
At the same time, the control signal DCTL00 applied to the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be erased is set to low level to turn off the NMOS transistor 33, and the drain electrode D of the memory transistor 1 to be erased is changed from the bit line BL0 to the bit line BL0. Disconnect. At this time, the PMOS transistor 32 is turned on, but the inverted signal of the control signal ECTL00 given to the drain voltage selection circuit 3 is set to a high level to turn off the PMOS transistor 31. That is, the drain electrode D of the memory transistor 1 to be erased is not connected to the drain voltage generating circuit 56.
[0064]
With these operations, the memory transistor 1 to be erased is separated from the memory transistor 1 not to be erased, and performs its own erasing operation. Since the drain electrode D of the memory transistor 1 to be erased is separated from the bit line BL0, even if a high voltage due to leakage appears on the drain electrode D, it affects other memory transistors 1 sharing the bit line BL0. Never.
[0065]
Next, when performing the erase verify on the memory transistor 1 on which the erase operation has been performed as described above, the word line WL0 for selecting the memory transistor 1 to be erase-verified is set to a high level, and the memory transistor 1 to be erase-verified is set. Control signal ECTL00 applied to the gate voltage selection circuit 2 connected to the high level is set to a high level.
[0066]
As a result, in the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to be erase-verified, since the output of the NAND circuit 20 is low, the PMOS transistor 22 is turned on, and the PMOS transistors 23, 24, 25,. The state is such that the drain electrodes 26 are commonly connected to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0067]
In this state, the selection signal SEL20 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 to be erase-verified is set to a low level, and the other selection signals SEL00 and SEL10 are set to a high level. As a result, only the PMOS transistor 25 turns on, and the voltage generated by the erase verify voltage generation circuit 59 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1 to be erase verified.
[0068]
At the same time, the control signal DCTL00 applied to the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be erase-verified is set to a high level. Further, the control signal ECTL00 applied to the source voltage selection circuit 4 connected to the memory transistor 1 to be erase-verified is set to a high level.
[0069]
As a result, in the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be erase-verified, the PMOS transistor 32 performs an OFF operation, the NMOS transistor 33 performs an ON operation, and the drain electrode D of the memory transistor 1 to be erase-verified. Are connected to bit line BL0. At this time, since the control signal ECTL00 is at a high level, the inverted signal of the control signal ECTL00 is at a low level, and the PMOS transistor 31 performs an on operation. However, the drain voltage generation circuit 56 performs Be separated.
[0070]
In the source voltage selection circuit 4, the NMOS transistor 41 is turned on, and the source electrode S of the memory transistor 1 to be erase-verified is grounded. Since the PMOS transistor 42 performs an off operation, the memory transistor 1 to be erase-verified is disconnected from the erase voltage generation circuit 55.
[0071]
By these operations, only the data judgment value of the sense amplifier 61 for the memory transistor 1 to be erase-verified can be changed to the data judgment value (3) at the time of the erase verification shown in FIG.
[0072]
Next, a read operation will be described. When the selection signals SEL00, SEL10, and SEL20 applied to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 not to be written are all set to a high level during the write operation, the output of the NAND circuit 27 is changed. Since the level becomes low, only the PMOS transistor 26 performs an ON operation, and the voltage generated by the read voltage generation circuit 60 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0073]
Similarly, when the selection signals SEL00, SEL10, and SEL20 applied to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 not subjected to the program verification during the program verification are all set to the high level, the output of the NAND circuit 27 is set to the low level. Therefore, only the PMOS transistor 26 performs the ON operation, and the voltage generated by the read voltage generation circuit 60 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0074]
Similarly, when the selection signals SEL00, SEL10, and SEL20 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 not subjected to the erase verification during the erase verification are all set to the high level, the output of the NAND circuit 27 becomes the low level. Therefore, only the PMOS transistor 26 performs an ON operation, and the voltage generated by the read voltage generation circuit 60 is applied to the control gate CG of the memory transistor 1.
[0075]
Further, when the above-described erasing operation is being performed, the control signal ECTL00 given to the gate voltage selection circuit 2 connected to the memory transistor 1 not to be erased is set to a high level, and the output of the NAND circuit 20 is set to a low level. To do. At the same time, when the selection signals SEL00, SEL10, and SEL20 are all set to the high level, the output of the NAND circuit 27 is set to the low level. Therefore, only the PMOS transistor 26 is turned on, and the voltage generated by the read voltage generation circuit 60 is stored in the memory. The voltage is applied to the control gate CG of the transistor 1.
[0076]
As described above, in any of the write operation, the program verify operation, the erase operation operation, and the erase verify operation, the memory transistor 1 which is not the target is in a state where the read voltage is applied to the control gate CG independently. Can be produced.
[0077]
Then, in the drain voltage selection circuit 3 connected to the memory transistor 1 to be read, the control signals DCTL00 and ECTL00 are both set to high level, and the drain electrode D of the memory transistor 1 is connected to the bit line BL0. In the source voltage selection circuit 4 connected to the memory transistor 1 to be read, the control signal ECTL00 is set to a high level, and the source electrode S of the memory transistor 1 is connected to the ground.
[0078]
As a result, the data determination value at the time of reading by the sense amplifier 61 with respect to the memory transistor 1 to be read can always be (1) at which a sufficient margin shown in FIG. 3 can be obtained.
[0079]
Therefore, according to this embodiment, the following effects can be obtained. Since the write operation, the erase operation, and the read operation can proceed simultaneously for the entire memory, the throughput of the entire system can be improved.
[0080]
In addition, at the time of writing and at the time of erasing, each target memory transistor is cut off from other non-target memory transistors, so that a high voltage is not applied to other non-target memory transistors. That is, in the other non-target memory transistors, the application of extra stress can be reduced, and as a result, the number of write operations can be increased.
[0081]
Further, since the writing operation, the erasing operation, and the reading operation can be performed in bit units, the user can use the SRAM like an SRAM. In addition, since the nonvolatile SRAM is used, the number of components can be reduced.
[0082]
In this embodiment, an example in which a nonvolatile semiconductor memory device is applied to a flash memory in which a memory cell includes one memory transistor has been described. However, the present invention is not limited to this. In addition, the present invention can be similarly applied to, for example, an EEPROM in which a memory cell includes two elements.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a voltage selection circuit for selecting a voltage to be applied to each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is provided for each memory transistor. And read control can be performed independently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a nonvolatile semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a general configuration example of a flash memory belonging to a nonvolatile semiconductor memory device to which the present invention is directed;
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a threshold distribution of a memory transistor and a data threshold of a sense amplifier.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 memory transistor, 2 gate voltage selection circuit, 3 drain voltage selection circuit, 4 source voltage selection circuit, 51 X decoder, 52 Y decoder, 55 erase voltage generation circuit, 56 drain voltage generation circuit, 57 program voltage generation circuit, 58 program Verify voltage generating circuit, 59 erase verify voltage generating circuit, 60 read voltage generating circuit, 61 sense amplifier.

Claims (2)

電気的に書き込みと消去が可能な不揮発性半導体記憶装置において、
メモリトランジスタ毎に、ゲート電極とソース電極とドレイン電極とに印加する電圧をそれぞれ選択する電圧選択回路、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In a nonvolatile semiconductor memory device that can be electrically written and erased,
A voltage selection circuit for selecting a voltage to be applied to a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode for each memory transistor,
A nonvolatile semiconductor memory device comprising:
電気的に書き込みと消去が可能な不揮発性半導体記憶装置において、メモリトランジスタ毎に、
ワード線が一方の信号レベルであるときに、プログラム電圧とプログラムベリファイ電圧とイレーズベリファイ電圧とのいずれか一つを任意に選択し、ワード線が他方の信号レベルであるときに、接地電位とプログラム電圧とプログラムベリファイ電圧とイレーズベリファイ電圧とのいずれか一つを任意に選択して前記メモリトランジスタのゲート電極に印加するゲート電圧選択回路と、
前記メモリトランジスタのドレイン電極にドレイン電圧を印加する場合とビット線を接続する場合とドレイン電圧を印加せずかつビット線を接続しない場合とを任意に選択するドレイン電圧選択回路と、
消去電圧と接地電位とのいずれかを任意に選択して前記メモリトランジスタのソース電極に印加するソース電圧選択回路と、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
In an electrically writable and erasable nonvolatile semiconductor memory device, for each memory transistor,
When the word line is at one signal level, any one of the program voltage, the program verify voltage, and the erase verify voltage is arbitrarily selected, and when the word line is at the other signal level, the ground potential and the program voltage are selected. A gate voltage selection circuit for arbitrarily selecting any one of a voltage, a program verify voltage, and an erase verify voltage and applying the selected voltage to the gate electrode of the memory transistor;
A drain voltage selection circuit for arbitrarily selecting a case where a drain voltage is applied to a drain electrode of the memory transistor, a case where a bit line is connected, and a case where a drain voltage is not applied and a bit line is not connected;
A source voltage selection circuit for arbitrarily selecting any of an erase voltage and a ground potential and applying the selected voltage to a source electrode of the memory transistor;
A nonvolatile semiconductor memory device comprising:
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