JP2004280965A - Nonvolatile semiconductor memory device and its data read method - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device and its data read method Download PDF

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JP2004280965A JP2003072080A JP2003072080A JP2004280965A JP 2004280965 A JP2004280965 A JP 2004280965A JP 2003072080 A JP2003072080 A JP 2003072080A JP 2003072080 A JP2003072080 A JP 2003072080A JP 2004280965 A JP2004280965 A JP 2004280965A
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Ichiro Fujiwara
一郎 藤原
Akira Nakagawara
明 中川原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To securely read data at a high speed in a nonvolatile semiconductor memory device having a non-conductive trap gate. <P>SOLUTION: Source/drain regions of cell transistor Mi and an adjacent cell transistor Mi-1 or Mi+1 are electrically connected in common by a column line SDLi or SDLi+1. Column selecting means (P/B1-P/B9)apply reference voltage (0V) to a selected column line, and set read-out voltage states (BL) to the other column lines. Data D of a plurality of bits are read simultaneously from a plurality of column lines being adjacent the column line to which the reference voltage (0V) is applied, but, at the time, since a current is not made to flow in a cell transistor (e.g. M3, M7) not to be read and not connected to the column line to which the reference voltage (0V) is applied, the data D can be surely read at high speed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非導電性のトラップゲートに複数ビットのデータを記憶するメモリトランジスタを行列状に配置させてなる不揮発性半導体記憶装置と、そのデータ読み出し方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、不揮発性記憶装置の一種として、FG(Floating Gate)型のメモリトランジスタを有するEPROM(Erasable and Programmable Read Only Memory)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1に記載された不揮発性メモリは、ソース領域とドレイン領域の間のウェルまたは半導体基板の表面部分(以下、チャネル形成領域という)の上方に、導電性のフローティングゲートとコントロールゲートを有する。フローティングゲートが絶縁膜内に埋め込まれ、この絶縁膜上にコントロールゲートが形成されている。不揮発性メモリは、フローティングゲートに電荷を注入するか否か、あるいは電荷注入量に応じて、メモリセルごとに1ビットのデータを記憶する。
ところが、チャネル形成領域を熱酸化して形成されたフローティングゲート直下のゲート酸化膜に僅かでも欠陥が存在すると、フローティングゲートが導電性であることから、その欠陥を通じてフローティングゲート内の蓄積電子の殆どが基板側に消失してしまうことがある。したがって、FG型の不揮発性メモリには、信頼性を高くできないという問題がある。
【0003】
FG型の不揮発性メモリとは別に、フローティングゲートの代わりに非導電性の電荷トラップゲートを設けて、トラップゲートのソース側およびドレイン側に局所的に電荷をトラップさせて、2ビットのデータを記憶する新しいタイプの不揮発性メモリが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
上記非特許文献1に記載されている不揮発性メモリは、トラップゲートが非導電性であることから、ゲート酸化膜に欠陥が存在しても局所的に蓄積された電子のうち消失する電子の割合が極めて低く、そのため信頼性が高いという利点がある。
【0004】
また、2ビットのデータを記憶するメモリセルのアレイ構成としては、トランジスタ列のソースまたはドレインを共通接続する列線を行方向に隣接する2つのトランジスタ列で共有し、4回の読み出しサイクルで1行内の全ビットデータを読み出す不揮発性メモリが知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0005】
以下、この特許文献2に記載されたページ読み出し方法を、図面を参照して説明する。
図10(A)および図10(B)は最初の8ビットデータを読み出す1回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図、図11(A)および図11(B)は次の8ビットデータを読み出す2回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
ここでは、8つのメモリトランジスタM1〜M8のそれぞれのトラップゲートに2ビットのデータが記憶され、この合計16ビットのデータを、9本の列線(ソース・ドレイン線)SDL1〜SDL9から読み出す場合を説明する。ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9のそれぞれに1つずつページバッファと称されるデータ読み出し保持回路P/B1〜P/B9が接続されている。
【0006】
1回目のページリードの前半(以下、読み出しサイクル(1)という)では、図10(A)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=0V,BL,F,BL,0V,BL,F,BL,0Vの状態にされる。ここで、“0V”は基準電圧状態、“F”は電気的フローティング状態、“BL”は読み出し電圧状態をそれぞれ意味する。その結果、図10(A)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により検出される。即ち、メモリトランジスタMj(j=1,2,…,8)のトラップゲートの図の左側の記憶データをDj(SD1)、右側の記憶データをDj(SD2)とすると、セルトランジスタM1,M4,M5,M8において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD1(SD1),D4(SD2),D5(SD1),D8(SD2)が、それぞれページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により読み出され、保持される。
【0007】
1回目のページリードの後半では、図10(B)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(1)のときより、一方向(図の右方向)に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=BL,0V,BL,F,BL,0V,BL,F,BLの状態にされる。その結果、図10(B)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B1,P/B3,P/B5,P/B7により検出される。即ち、セルトランジスタM1,M2,M5,M6において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD1(SD2),D2(SD1),D5(SD2),D6(SD1)が、それぞれページバッファP/B1,P/B3,P/B5,P/B7により読み出され、保持される。
【0008】
読み出しサイクル(1)と(2)により、合計で8ビットからなる1ページ分の記憶データが、8個のページバッファP/B1〜P/B8に読み出され保持され、これにより1回目のページリードが終了する。その後は、適宜、ページバッファを選択することにより、その保持されているデータが、不図示の出力バスに出力される。出力データバスを複数本にすることで、複数のデータを同時に出力することが可能になる。
【0009】
次に、2回目のページリード動作が行われる。2回目のページリード動作は、読み出しサイクル(3)と(4)により実行される。
2回目のページリードの前半(読み出しサイクル(3))では、図11(A)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(2)のときより更に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=F,BL,0V,BL,F,BL,0V,BL,Fの状態にされる。その結果、図11(A)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により検出される。即ち、セルトランジスタM2,M3,M6,M7において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD2(SD2),D3(SD1),D6(SD2),D7(SD1)が、それぞれページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により読み出され、保持される。
【0010】
2回目のページリードの後半(読み出しサイクル(4))では、図11(B)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(3)のときより更に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=BL,F,BL,0V,BL,F,BL,0V,BLの状態にされる。その結果、図11(B)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B3,P/B5,P/B7,P/B9により検出される。即ち、セルトランジスタM3,M4,M7,M8において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD3(SD2),D4(SD1),D7(SD2),D8(SD1)が、それぞれページバッファP/B3,P/B5,P/B7,P/B9により読み出され、保持される。
【0011】
読み出しサイクル(3)と(4)により、合計で8ビットからなる1ページ分の記憶データが、8個のページバッファP/B2〜P/B9に読み出され保持され、これにより2回目のページリードが終了する。その後は、適宜、ページバッファを選択することにより、その保持されているデータが、不図示の出力バスに出力される。
【0012】
なお、4種類の読み出しサイクルの順番は、上記の(1)→(2)→(3)→(4)から、
(1)→(2)→(4)→(3)、
(2)→(1)→(3)→(4)、
(1)→(4)→(2)→(3)、
(1)→(4)→(3)→(2)、
(4)→(1)→(2)→(3)、
(4)→(1)→(3)→(2)
の何れかに変更できる。
【0013】
【特許文献1】
登録特許3104319号公報
【特許文献2】
特開2001−118390号公報(第6頁、第8図)
【非特許文献1】
米国特許(番号:US6011725)公報、“Two Bit Non−Volatile Electrically Erasable and Programmable Semiconductor Memory Cell Utilizing Asymmetrical Charge Trapping”
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
不揮発性メモリでは、電力消費を少なくするために待機状態において、メモリの周辺回路の電源を切り、その後メモリ回路を駆動する場合、駆動直後はソース・ドレイン線の電位が低電位のままフローティング状態になることがある。
また、通常の動作においてもソース・ドレイン線の状態の遷移によっては、ソース・ドレイン線が(0V)からフローティング状態(F)になることがある。例えば特許文献2のページ読み出し動作の順序が、前記した変更例に含まれる読み出しサイクル順位(1)→(2)→(4)→(3)のように変化する場合、バイアス状態が図10(B)に示す状態から図11(B)に示す状態に遷移することがある。
そのような場合、図10(B)では基準電圧状態(0V)であったソース・ドレイン線DL6に着目すると、そのソース・ドレイン線DL6は、図11(B)においてフローティング状態(F)に遷移するため、ほぼ0Vと低い電圧でのフローティング状態となる。従って、その両隣の計2個のメモリトランジスタM5とM6に流れる電流により、ソース・ドレイン線SDL6は低電位から読出ビット線電圧にまで充電される。大容量のメモリアレイにおいては、各ソース・ドレイン線における寄生静電容量が大きいため、読み出し対象のソース・ドレイン線SDL4およびSDL7の電位が安定するまでに時間がかかる。高速読み出しのために、この電位が安定しない期間に、セトランジスタM4およびM7のデータ読み出しが開始されると、これらデータを読み出そうとするセルトランジスタに電流が流れていなくても、ソース・ドレイン線SDL6の寄生静電容量を充電するため一時的に流れる電流により、セトランジスタM4およびM7は電流が流れる状態であると判断され、誤ったデータを読み出す可能性がある。
この誤動作を避けるために、特許文献2に記載された不揮発性メモリでは、ソース・ドレイン線のバイアス電圧が読み出し可能な状態に安定するのを待つ必要があり、その結果、高速で読み出すことが阻害されている。
【0015】
本発明の第1の目的は、ソース・ドレイン領域が2本の隣接するトランジスタ列で電気的に共通接続された列線を介してデータを読み出すタイプの不揮発性半導体記憶装置において、高速かつ確実にデータを読み出すことができるデータ読み出し方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、上記高速かつ確実なデータ読み出しを可能とした構成の不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、上記第2の目的を達成するためのものであり、半導体基板に行列状に形成され、非導電性のトラップゲートを含む絶縁材料が積層されて構成されているゲート積層体、ゲート積層体上のコントロールゲート、および、前記ゲート積層体下方で離間している第1および第2のソース・ドレイン領域をそれぞれ有する複数のメモリトランジスタと、前記コントロールゲートを行ごとに共通に接続している複数のワード線と、各列の前記第1のソース・ドレイン領域、および、当該第1のソース・ドレイン領域側に隣接する他の列の前記第2のソース・ドレイン領域を電気的に共通に接続している複数の列線と、前記複数のワード線の1つを選択する行選択手段と、前記複数の列線の中から列線を選択し、選択された列線に基準電圧を印加し、他の全ての列線に読み出し電圧を印加する列選択手段と、を有し、前記行選択手段が選択した行内で、前記列選択手段により基準電圧が印加された列線と、当該列線に隣接し前記読み出し電圧が印加された列線と、の間に接続されたメモリトランジスタについて、前記基準電圧が印加された列線側の前記トラップゲートの局部に蓄積された電荷に応じた記憶データを前記読み出し電圧が印加された列線から読み出す。
【0017】
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置のデータ読み出し方法は、上記第1の目的を達成するためのものであり、半導体基板に行列状に形成され、非導電性のトラップゲートを含む絶縁材料が積層されて構成されているゲート積層体、ゲート積層体上のコントロールゲート、および、前記ゲート積層体下方で離間している第1および第2のソース・ドレイン領域をそれぞれ有する複数のメモリトランジスタと、前記コントロールゲートを行ごとに共通に接続している複数のワード線と、各列の前記第1のソース・ドレイン領域、および、当該第1のソース・ドレイン領域側に隣接する他の列の前記第2のソース・ドレイン領域を電気的に共通に接続している複数の列線と、を有している不揮発性半導体記憶装置のデータ読み出し方法であって、前記複数の列線の中から列線を選択して基準電圧を印加し、他の全ての列線に読み出し電圧を印加する第1のステップと、前記複数のワード線の1つを選択して読み出しゲート電圧を印加する第2のステップと、前記行選択手段が選択した行内で、前記列選択手段により基準電圧が印加された列線と、当該列線に隣接し前記読み出し電圧が印加された列線と、の間に接続されたメモリトランジスタについて、前記基準電圧が印加された列線側の前記トラップゲートの局部に蓄積された電荷に応じた記憶データを前記読み出し電圧が印加された列線から読み出す第3のステップと、を有し、前記第1〜第3のステップを、前記選択する列線を読み出しサイクルごとに1列ずつ同一方向にシフトしながら繰り返す。
【0018】
本発明の不揮発性半導体記憶装置では、いわゆる仮想接地のアレイ構造と同様、メモリセルアレイ内で列方向の1本のトランジスタ列の第1のソース・ドレイン領域全てと、この第1のソース・ドレイン領域側に隣接する他の列の第2のソース・ドレイン領域全てと、が1本の列線を共通に接続され、この列線を介して一括してバイアスされる。
行選択手段は、複数のワード線の1つを選択する。
列線選択手段は、複数の列線の中から列線を選択し、選択された列線に基準電圧を印加し、他の全ての列線に読み出し電圧を印加する。
これにより、行選択手段が選択した行内で、列選択手段により基準電圧が印加された列線と、当該列線に隣接し読み出し電圧が印加された列線と、の間に接続されたメモリトランジスタについてデータの読み出しが行われる。このとき、基準電圧が印加された列線側のトラップゲートの局部に蓄積された電荷に応じた記憶データが、読み出し電圧が印加された列線から読み出される。
この読み出し制御では、基準電圧が印加された列線以外の列線に、当該基準電圧が印加されたれ列線に隣接していない列線がある場合、その列線にも読み出し電圧が印加される。そのため、その両側の非読み出し対象のメモリトランジスタのソースとドレイン間に電圧が印加されない。したがって、この非読み出し対象のメモリトランジスタがオンすることがなく、非読み出し対象のメモリトランジスタに起因した電流が、基準電圧が印加された列線に隣接し、データを読み出そうとする列線に誤って流れることがない。
【0019】
本発明のデータ読み出し方法では、上述した読み出し制御を、前記選択する列線を読み出しサイクルごとに1列ずつ同一方向にシフトしながら繰り返す。
このため、基準電圧が印加された列線と、読み出し電圧が印加された列線との相対的な電位関係は、繰り返される、どの読み出しサイクルでも維持される。その結果、非読み出し対象のメモリトランジスタがオンすることがなく、非読み出し対象のメモリトランジスタに起因した電流が、基準電圧が印加された列線に隣接し、データを読み出そうとする列線に誤って流れることがない。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置およびそのデータ読み出し方法の実施の形態を、チャネル導電型がN型のMONOSセルトランジスタを有する不揮発性メモリを例に、図面を参照して説明する。
なお、以下に述べる最良の実施の形態においては4列ごとに列線を選択し、基準電圧を印加するようにしているが、必ずしも4列ごとに選択するようにする必要はない。4列以上の非選択列を間において列線を選択し、選択した列線を基準電圧に設定し、非選択の列線を読み出し電圧に設定する場合にも、本発明が同様に適用できる。また、セルアレイの特定の列のみ選択し、選択した列を基準電圧に設定し、それ以外を読み出し電圧に設定する場合にも、本発明が同様に適用できる。さらに、1回の読み出しで選択する列線の数が異なる複数の読み出しモードを混在させる場合にも、本発明が同様に適用できる。
【0021】
図1は、本実施の形態に係る不揮発性メモリの概略的な構成図である。図2(A)は2ビット記憶が可能なMONOS型セルトランジスタの行方向の断面からみた鳥瞰図、図2(B)はセルトランジスタの等価回路図である。
不揮発性メモリ1の図1に示す部分は、複数のセルトランジスタMをマトリクス状に配置したメモリセルアレイ2と、メモリセルアレイ2からデータを読み出す読み出し回路としてのページバッファ群3と、に大別される。ページバッファ群3は、読み出し回路としての機能のほかに、列を選択する機能を有し、本発明の「列選択手段」の実施の形態を構成するものである。
【0022】
図2(A)に示すセルトランジスタMにおいて、シリコン基板20(より詳細には、Pウェル)の表面に素子分離絶縁層21が形成されている。素子分離絶縁層21は、図示例ではLOCOS法から形成されている。素子分離絶縁層21間の基板表面部に、ソース・ドレイン領域SD1,SD2が互いに離間して形成されている。ソース・ドレイン領域SD1,SD2は素子分離絶縁膜21の下面で繋がり、隣接するセルトランジスタで共有されている。ソース・ドレイン領域SD1,SD2が形成されていない基板表面部がチャネル形成領域22である。チャネル形成領域22上、その両側のソース・ドレイン領域SD1,SD2の端部上、および、素子分離絶縁層21上にONO膜23が形成され、行方向に長いコントロールゲートの機能を有するワード線WLがONO膜23の上に形成されている。
【0023】
ONO膜23は、第1の絶縁膜23A、トラップゲートTGとして機能する第2の絶縁膜23B、第3の絶縁膜23Cが基板側から順に積層された構造を有する。なお、これらの絶縁膜23A〜23Cは、書き込み時または消去時に印加される電界により電荷の移動を伴うことから完全な絶縁膜とはいい難いが、電荷保持等の定常的な状態では絶縁膜として機能するため、便宜上絶縁膜と称する。
第1の絶縁膜23Aは、基板表面を熱酸化して形成された酸化シリコン、あるいは、酸化シリコンを窒化して形成された酸化窒化シリコン(oxnitride)等からなる。
トランプゲートTGとしての第2の絶縁膜23Bは窒化シリコンからなり、窒化シリコン内のバルクトラップあるいは他の絶縁膜との境界付近に形成される深いトラップに電荷を保持することができる。
第3の絶縁膜23Cは、例えば第2の絶縁膜23Bの表面を熱酸化して形成された酸化シリコン、あるいはCVDにより形成されたHTO(High Temperature chemical vapor deposited Oxide)からなる。
以上の構成により、セルトランジスタMは、トラップゲートTGがシリコン酸化膜などの絶縁膜内に埋め込まれていて、全体でMONOS(Metal−Oxide−Nitride−Oxide−Semiconductor)構造になっている。
【0024】
MONOS型セルトランジスタは、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜(即ち、絶縁膜23Bと23A、および、絶縁膜23Bと23C)とのバンドギャップの差を利用して、トラップゲートTG(第2の絶縁膜23B)に電荷をトラップさせて保持させることができる。トラップゲートTGは、絶縁体、誘電体などの非導電性物質からなり、トラップゲートTGに注入された電荷はトラップゲートTG内を殆ど移動することができない。従って、第1のソース・ドレイン領域SD1の近傍に電荷を注入した場合と、第2のソース・ドレイン領域SD2の近傍に電荷を注入した場合とを区別することができ、2ビットのデータを記録することができる。
【0025】
なお、図2(A)に示すセルトランジスタMの構造は一例であり、これに限定されない。例えば、素子分離絶縁層21は、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法により形成したトレンチに絶縁膜を埋め込んだものでもよい。また、ワード線WLとソース・ドレイン領域SD1またはSD2との間に十分厚い層間絶縁膜がある場合は、素子分離絶縁層21自体を省略することができる。また、MONOS型以外でも非導電性のトラップゲートを有すればよい。さらに、セルトランジスタMのチャネル導電型をP型としてもよい。
【0026】
上述したようにトラップゲートTGが非導電性であり、2ビットのデータを記憶するセルトランジスタの等価回路は、図2(B)のようになる。つまり、第1のソース・ドレイン領域SD1の近傍の第1のトラップゲート領域TSD1と、第2のソース・ドレイン領域SD2の近傍の第2のトラップゲート領域TSD2とに別々のメモリトランジスタが形成され、その間の電荷注入が行われない部分は、通常のMOSトランジスタと等価になる。そして、後述する読み出しやプログラム(書き込み)動作では、第1および第2のソース・ドレイン領域SD1,SD2は、一方がソース領域またはドレイン領域として利用されるので、本明細書では、それぞれ、第1のソース・ドレイン領域SD1、第2のソース・ドレイン領域SD2と称する。
【0027】
図1に示すメモリセルアレイ2は、便宜上2行×8列のセル群を示すが、実際のメモリセルアレイでは図示の構成が繰り返されている。
図1において、行方向に延びる2本のワード線WL0,WL1が配置され、ワード線に交差し列方向に延びる9本のソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が配置される。ソース・ドレイン線は本発明における“列線”の実施の形態を構成する。
ワード線WL0に、セルトランジスタM1〜M8のコントロールゲートがそれぞれ接続されている。セルトランジスタM1〜M8は、それぞれ、隣接するセルトランジスタとソース・ドレイン端子が共通接続され、かかるソース・ドレイン端子にソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が共通に接続される。ワード線WL1に、同様にセルトランジスタM11〜M18のコントロールゲートがそれぞれ接続され、それらのセルトランジスタも、隣接するセルトランジスタとソース・ドレイン端子が共通接続され、それに共通のソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が接続される。従って、全てのセルトランジスタは、コントロールゲートがワード線に接続され、ソース・ドレイン端子がソース・ドレイン線にそれぞれ接続される。
これらワード線WL0およびWL1に、読み出しゲート電圧等を印加する「行選択手段」の実施の形態として、ロウデコーダ(R.DEC)4が接続されている。
【0028】
奇数番目のソース・ドレイン線SDL1,SDL3,…,SDL9は、読み出し回路3内で図1の下方側に配置した奇数番目のページバッファP/B1,P/B3,…,P/B9にそれぞれ接続される。また、偶数番目のソース・ドレイン線SDL2,SDL4,…,SDL8は、読み出し回路3内で図1の上方側に配置した偶数番目のページバッファP/B2,P/B4,…,P/B8にそれぞれ接続される。これらのページバッファP/B1〜P/B9は、2ビットの制御信号(scanA0,scanA1)に応じて、接続されるソース・ドレイン線を、読み出し電圧が印加されてビット線の如く機能させる読み出し電圧状態(BL)と、読み出し基準電圧である0Vが印加される基準電圧状態(0V)のいずれかの状態にする。ページバッファP/B1〜P/B9のそれぞれは、読み出し電圧RBiasV(例えば、1V)を供給する配線と、基準電圧として接地電位GND(0V)を供給する配線に接続されている。
【0029】
読み出し電圧状態(BL)と基準電圧状態(0V)とを制御するために、制御信号scanA0と、その反転信号scanA0X、および、制御信号scanA1と、その反転信号scanA1Xといった4つの信号の配線が設けられている。これら4つの信号の配線に対し、ページバッファP/B1〜P/B9は、4つごとに同じ配線の組み合わせで接続されている。つまり、ページバッファP/B1,P/B5およびP/B9が信号scanA0XとscanA1Xの配線に接続され、ページバッファP/B2とP/B6が信号scanA0とscanA1Xの配線に接続され、ページバッファP/B3とP/B7が信号scanA0XとscanA1の配線に接続され、ページバッファP/B4とP/B8が信号scanA0とscanA1の配線に接続されている。
また、ページバッファP/B1〜P/B9に、印加した電圧が安定したときに読み出しタイミングを付与する信号LD、および、読み出したデータを奇数番目のページバッファ群と偶数番目のページバッファ群でそれぞれシフト動作させるクロックφとが供給可能に配線が接続されている。
【0030】
つぎに、2ビット記憶可能な不揮発性メモリのプログラム、消去および読み出しの各動作の概略を説明し、その後、読み出し動作について読み出し回路による制御も含めて詳細に説明する。
図3(A)〜図3(E)は、プログラム、消去および読み出しの各動作を説明するための図である。図中の黒丸は蓄積された電子の集合を示す。以下、第1のソース・ドレイン領域SD1に印加される電圧をV(SD1)、第2のソース・ドレイン領域SD2に印加される電圧をV(SD2)、コントロールゲートCG(ワード線WL)に印加される電圧をVgとする。
データのプログラム(書き込み)は、図3(A)に示すように、例えばVg=10V、V(SD1)=0V、V(SD2)=6Vを印加し、第2のソース・ドレイン領域SD2の近傍で発生したホット・エレクトロンを、第2のソース・ドレイン領域SD2に近い第2のトラップゲート領域TSD2中に注入することにより行われる。
【0031】
データの消去時に、図3(B)に示すように、コントロールゲートCGにVg=−6V、2つのソース・ドレイン領域SD1およびSD2の一方または両方に5Vを印加し、FN(ファウラー・ノルドハイム)トンネル現象を利用してトラップゲートTG中から電子を引き抜く。同時に、5Vを印加したソース・ドレイン領域SD1および/またはSD2の近傍で発生したホット・ホールをトラップゲートTGに注入することにより、トラップゲートTG中の電荷を中和する。なお、図3(B)は、第2のトラップゲート領域TSD2の片側消去の場合を示す。このとき、5Vを印加していない他の第1のソース・ドレイン・領域SD1は電気的オープン状態(open)とする。
【0032】
データ読み出し時に、第1,第2のソース・ドレイン領域SD1およびSD2間に、プログラム時とは電圧の大小関係が反対の電圧を印加する。図3(C)および図3(D)は、第2のトラップゲート領域TSD2に電子がトラップされているか否かを検出する場合、図3(E)は、第1のトラップゲート領域TSD1に電子がトラップされているか否かを検出する場合を、それぞれ示す。
第2のトラップゲート領域TSD2の状態を読み出すためには、例えばVg=3V、V(SD1)=1.0V、V(SD2)=0Vを印加する。ここで、図3(C)に示すように、第2のソース・ドレイン領域SD2付近の第2のトラップゲート領域TSD2に電子が存在すると(“0”データ格納状態)、ゲート下方のチャネルが第2のソース・ドレイン領域SD2までつながらずチャネル電流が流れない。逆に、図3(D)のように、第2のソース・ドレイン領域SD2付近の第2のトラップゲート領域TSD2に電子が存在しなければ(“1”データ格納状態)、チャネルが第2のソース・ドレイン領域SD2までつながりチャネル電流が流れる。従って、第2のトラップゲート領域TSD2に電子が蓄積されているか否かを、セルトランジスタのオンとオフ、つまり、チャネル電流の有無で検出することができる。チャネル電流の有無は、例えば、読み出し電圧1.0Vを印加した第2のソース・ドレイン領域SD2の電位変化等を調べることにより検出することができる。
【0033】
第1のトラップゲート領域TSD1の状態を読み出す場合、図3(E)に示すように、Vg=3V、V(SD1)=0V、V(SD2)=1.0Vとして、第1および第2のソース・ドレイン領域間で電圧を図3(C)および(D)の場合と切り替える。第1のトラップゲート領域TSD1に電子が蓄積されていない場合、仮に第2のトラップゲート領域TSD2に電子が存在しても、チャネルがピンチ・オフしたトランジスタと同じ状態になり、第2のソース・ドレイン領域SD2と基板間に広がる空乏層によってチャネル電流が流れる。一方、特に図示しないが、第1のトラップゲート領域TSD1に電子が蓄積されている場合は、図3(C)の場合と同様、チャネルがつながらずチャネル電流が流れない。このような電圧印加状態では、ソースとして機能する第1のソース・ドレイン領域SD1付近の第1のトラップゲート領域TSD1に電子が蓄積されているか否かを、ドレイン側の第2のトラップゲート領域TSD2の電子の有無にかかわらず検出することができる。
【0034】
図4(A)〜図4(D)は、不揮発性メモリの2ビットのデータを記録した状態を示す図である。図中、黒丸は蓄積された電子の集合を示す。
図4(A)は、第1,第2のトラップゲート領域TSD1およびTSD2のいずれにも電子が捕獲されていない状態で、データ“11”を示す。図4(B)は、第2のトラップゲート領域TSD2に電子が捕獲されている状態で、データ“01”を示す。図4(C)は、第1,第2のトラップゲート領域TSD1およびTSD2の双方に電子が捕獲されている状態で、データ“00”を示し、更に、図4(D)は、第1のトラップゲート領域TSD1に電子が捕獲されている状態で、データ“10”を示す。
【0035】
つぎに、読み出し動作について、さらに詳細に説明する。
セルトランジスタMは、ロウデコーダ4により、そのゲートに読み出しゲート電圧Vg(例えば、3.0V)が印加される。また、図1に示すページバッファにより、セルトランジスタMの両側に接続されている2本のソース・ドレイン線の一方SDLi(i=1,2,…,9)に読み出し電圧RBiasV(例えば、1.0V)が印加され、他方(SDLi+1またはSDLi−1)に基準電圧(接地電位:0V)が印加される。すると、読み出し電圧が印加されているソース・ドレイン線SDLiを経由して、それに接続されるページバッファP/Biにより記憶データが読み出される。
このように、各ページバッファP/B1〜P/B9は、接続されたソース・ドレイン線に読み出し電圧RBiasVまたは基準電圧(0V)を適宜印加する機能と、読み出し電圧RBiasVと基準電圧(0V)がソース・ドレイン間に接続されたセルトランジスタの記憶データを信号LDに応答して読み出し、保持する機能を有する。そして、その保持された記憶データは、クロックφに制御されて不図示の出力データバスに出力される。
【0036】
図1に示されたメモリセルアレイ2は、各ワード線、例えばワード線WL0に対して8個のセルトランジスタM1〜M8が接続されている。従って、ワード線WL0が選択されたとすると、これにより合計で16ビットの記憶データを読み出すことができる。また、ページバッファが奇数段と偶数段の2系統に分けられ、それぞれの系統内でデータシフトが可能に、ページバッファ相互間が接続されている。従って、8個のセルトランジスタ内の上記16ビットの記憶データは、系統ごとに8ビットが読み出され、保持され、シフト後に最終段のページバッファから出力される。図1においては、奇数段の最終のページバッファP/B9から8ビットデータDout0が出力され、偶数段の最終のページバッファP/B8から8ビットデータDout1が出力される。
但し、後述するように、1本のワード線を選択した時に、各ソース・ドレイン線を制御することにより同時に4ビットのデータしか読み出せない。従って、実際には、2サイクルにより8ビットのデータを読み出し、これを2回繰り返して、合計4サイクルで8個のセルトランジスタの16ビットのデータを読み出すことになる。
【0037】
なお、1本のワード線に接続されるセルトランジスタの数は、8個に限定されない。好ましくは、図1に示す例のように、セルトランジスタが8個でセルトランジスタユニットが構成される。図1の例は、主として第1のセルトランジスタユニットUNIT1を示すものである。同様な構成を有した第2のセルトランジスタUNIT2が出力側(図1の右側)に配置され、同様に、必要数のセルトランジスタユニットが行方向に順次配置される。なお、図1に示すソース・ドレイン線SDL9およびページバッファP/B9は、第2のセルトランジスタユニットUNIT2の最初のソース・ドレイン線およびページバッファと共用される。このように、機能上はセルトランジスタユニットごとに9本のソース・ドレイン線と9個のページバッファが割り当てられるが、そのうちユニット間の境界に位置するソース・ドレイン線とページバッファは隣接する2つのユニット間で共用されることから、全体のユニット数をNとすると実際のソース・ドレイン線およびページバッファの数はそれぞれ8N+1となる。
【0038】
上記したように、本実施の形態の読み出し動作では4回の読み出し動作により1行のメモリセル群に記憶された全てのビットデータが読み出される。以下、この4回の読み出し動作を、読み出しサイクル(1),読み出しサイクル(2),読み出しサイクル(3),読み出しサイクル(4)という。以下、読み出しサイクル(1)と(2)により、8ビットのデータを読み出す1回目のページリードが実行され、読み出しサイクル(3)と(4)により、他の8ビットのデータを読み出す2回目のページリードが実行されるとする。
【0039】
図5(A)は読み出しサイクル(1)〜(4)でのソース・ドレイン線の電圧状態を示す図表、図5(B)はデータが読み出されるトランジスタを示す図表である。
図6(A)および図6(B)は1回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図、図7(A)および図7(B)は2回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
読み出しサイクル(1)では、図6(A)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=0V,BL,BL,BL,0V,BL,BL,BL,0Vの状態にされる。ここで、“0V”は基準電圧状態、“BL”は読み出し電圧状態をそれぞれ意味する。その結果、図6(A)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により検出される。即ち、セルトランジスタM1,M4,M5,M8において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD1(SD1),D4(SD2),D5(SD1),D8(SD2)が、それぞれページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により読み出され、保持される。読み出しサイクル(1)では、このように読み出し電圧状態(BL)にされた偶数番目のソース・ドレイン線SDL2,SDL4,SDL6,SDL8を経由して記憶データが読み出されるが、奇数番目のソース・ドレイン線のうち基準電圧状態(0V)が印加されていないソース・ドレイン線SDL3およびSLD7にも読み出し電圧状態(BL)が設定される。従って、ソース・ドレイン線SDL3およびSLD7の両端のセルトランジスタ、即ちM2とM3、および、M6とM7の記憶データに応じて偶数番目のソース・ドレイン線の電位が変動することがない。
【0040】
読み出しサイクル(2)では、図6(B)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(1)のときより、一方向(図の右方向)に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=BL,0V,BL,BL,BL,0V,BL,BL,BLの状態にされる。その結果、図6(B)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B1,P/B3,P/B5,P/B7により検出される。即ち、セルトランジスタM1,M2,M5,M6において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD1(SD2),D2(SD1),D5(SD2),D6(SD1)が、それぞれページバッファP/B1,P/B3,P/B5,P/B7により読み出され、保持される。読み出しサイクル(2)では、このように読み出し電圧状態(BL)にされた奇数番目のソース・ドレイン線SDL1,SDL3,SDL5,SDL7を経由して記憶データが読み出されるが、偶数番目のソース・ドレイン線のうち基準電圧状態(0V)が印加されていないソース・ドレイン線SDL4,SLD8(および最後尾のソース・ドレイン線SDL9)にも読み出し電圧状態(BL)が設定される。従って、ソース・ドレイン線SDL4およびSLD8の両端のセルトランジスタ、即ちM3とM4、および、M7とM8の記憶データに応じて奇数番目のソース・ドレイン線の電位が変動することがない。
【0041】
読み出しサイクル(1)と(2)により、合計で8ビットからなる1ページ分の記憶データが、8個のページバッファP/B1〜P/B8に読み出され保持され、これにより1回目のページリードが終了する。その後は、適宜、ページバッファを選択することにより、その保持されているデータが、不図示の出力バスに出力される。出力データバスを複数本にすることで、複数のデータを同時に出力することが可能になる。
【0042】
次に、2回目のページリード動作が行われる。2回目のページリード動作は、読み出しサイクル(3)と(4)により実行される。
読み出しサイクル(3)では、図7(A)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(2)のときより更に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=BL,BL,0V,BL,BL,BL,0V,BL,BLの状態にされる。その結果、図7(A)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により検出される。即ち、セルトランジスタM2,M3,M6,M7において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD2(SD2),D3(SD1),D6(SD2),D7(SD1)が、それぞれページバッファP/B2,P/B4,P/B6,P/B8により読み出され、保持される。読み出しサイクル(3)では、このように読み出し電圧状態(BL)にされた偶数番目のソース・ドレイン線SDL2,SDL4,SDL6,SDL8を経由して記憶データが読み出されるが、奇数番目のソース・ドレイン線のうち基準電圧状態(0V)が印加されていないソース・ドレイン線SLD1,SDL5およびSLD9にも読み出し電圧状態(BL)が設定される。従って、セルトランジスタM1,M4,M5およびM8の記憶データに応じて偶数番目のソース・ドレイン線の電位が変動することがない。
【0043】
読み出しサイクル(4)では、図7(B)に示すように、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9の状態が読み出しサイクル(3)のときより更に1つずつシフトされる。つまり、ソース・ドレイン線SDL1〜SDL9が、それぞれのページバッファによって、SDL1〜SDL9=BL,BL,BL,0V,BL,BL,BL,0V,BLの状態にされる。その結果、図7(B)にメモリセルの丸印で示すビットに対応した箇所に蓄積された電荷に応じた電流の有無が、ページバッファP/B3,P/B5,P/B7,P/B9により検出される。即ち、セルトランジスタM3,M4,M7,M8において、基準電圧状態(0V)のソース・ドレイン線側のデータD3(SD2),D4(SD1),D7(SD2),D8(SD1)が、それぞれページバッファP/B3,P/B5,P/B7,P/B9により読み出され、保持される。読み出しサイクル(4)では、このように読み出し電圧状態(BL)にされた奇数番目のソース・ドレイン線SDL3,SDL5,SDL7,SDL9を経由して記憶データが読み出されるが、偶数番目のソース・ドレイン線のうち基準電圧状態(0V)が印加されていないソース・ドレイン線SDL2,SLD6にも読み出し電圧状態(BL)が設定される。従って、ソース・ドレイン線SDL2およびSLD6の両端のセルトランジスタ、即ちM1とM2、および、M5とM6の記憶データに応じて奇数番目のソース・ドレイン線の電位が変動することがない。
【0044】
読み出しサイクル(3)と(4)により、合計で8ビットからなる1ページ分の記憶データが、8個のページバッファP/B2〜P/B9に読み出され保持され、これにより2回目のページリードが終了する。その後は、適宜、ページバッファを選択することにより、その保持されているデータが、不図示の出力バスに出力される。出力データバスを複数本にすることで、複数のデータを同時に出力することが可能になる。
【0045】
上記の4種類の読み出しサイクル(1)〜(4)は、隣接する4本のソース・ドレイン線に繰り返し設定される(0V,BL,BL,BL)の状態の組が、読み出しサイクルごとに1状態ずつ右側にシフトしていることが理解される。上記4本のソース・ドレイン線内では、読み出し電圧状態(BL)のソース・ドレイン線が3本あるが、そのうち両端の2本を経由して実際に読み出しが行われるため、2ビットの記憶データが同時に読み出される。また、実際に読み出しが行われる2本のソース・ドレイン線の間のソース・ドレイン線にも読み出し電圧状態(BL)が設定されていることから、その両側のセルがオンすることがなく、これによる読み出しデータの変動を防止している。
【0046】
なお、4種類の読み出しサイクルの順番は、上記の(1)→(2)→(3)→(4)から、
(1)→(2)→(4)→(3)、
(2)→(1)→(3)→(4)、
(1)→(4)→(2)→(3)、
(1)→(4)→(3)→(2)、
(4)→(1)→(2)→(3)、
(4)→(1)→(3)→(2)
の何れかに変更してもよい。
いずれの場合も、奇数番目のソース・ドレイン線内でユニットごとに少なくとも4本のソース・ドレイン線が読み出し電圧状態(BL)に設定され、同様に、奇数番目のソース・ドレイン線内でユニットごとに少なくとも4本のソース・ドレイン線が読み出し電圧状態(BL)に設定される。上記の変更例の何れの場合でも、4本のソース・ドレイン線を単位として設定された(0V,BL,BL,BL)の状態の組が、適宜移動していくことで、全てのセルトランジスタのデータを読み出すことができる。
【0047】
図8に、本実施の形態で用いられるページバッファの回路例を示す。図9(A)〜図9(D)に、各種制御信号のタイミングチャートを示す。
図8に示すページバッファP/Biは、i番目の位置にあるソース・ドレイン線SDLiに結合されるページバッファである。ページバッファは以上に説明されているように1行を4分割して読み出すものである。各ページバッファは、スキャンアドレスscanA0〜scanA1により4分割されたセクタ、即ち4本ごとのソース・ドレイン線群からなる第1セクタ、第1セクタの一方に隣接するソース・ドレイン線群からなる第2セクタ、第2セクタの更に一方側に隣接するソース・ドレイン線群からなる第3セクタ、および、第3セクタの更に一方側に隣接するソース・ドレイン線群からなる第4セクタの一つを選択する。
【0048】
図8に例示されたページバッファP/Biは、5つのNMOSトランジスタN1〜N5、インバータ30、2入力アンドゲート31、およびシフトレジスタ(S/R)32を有する。
シフトレジスタ32の保持データの入力端子にトランジスタN1が接続されている。トランジスタN1はデータ保持を制御する信号LDに応じてオンし、ソース・ドレイン線の確定データPBoutiをシフトレジスタ32に入力させる。信号LDは、同時に、次の読み出しサイクルのアクセスおよび電位確定(以下、この一連の動作をスキャンという)の開始を指示する。
シフトレジスタ32はページバッファごとに設けられているが、全体としてはシフトレジスタ同士が直列接続されている。つまり、図8に示すシフトレジスタ32のデータ入力端子(Din)に図示を省略した前段のシフトレジスタのデータ出力端子(Q)が接続され、図8に示すシフトレジスタ32のデータ出力端子(Q)に図示を省略した後段のシフトレジスタのデータ入力端子(Din)が接続されている。
【0049】
確定データPBoutiの保持ノード33とi番目のソース・ドレイン線SDLiとの間に、トランジスタN2とN3が互いに並列に接続されている。i番目のソース・ドレイン線SDLiと基準電圧としての接地電位GNDの供給線との間にトランジスタN4が接続され、i番目のソース・ドレイン線SDLiと読み出し電圧RBiasVの供給線との間にトランジスタN5が接続されている。スキャンアドレスscanA0〜scanA1を供給する4本のアドレス線とトランジスタN5とのゲートの間に、アンドゲート31およびインバータ30が接続されている。アンドゲート31の2つの入力は、セクタごとに異なる組み合わせで4本のアドレス線の何れか2本に結線されている。つまり、図8の破線で囲った結線部分はセクタごと、即ち図1に示すように4つのページバッファごとに異なる。図8では、スキャンアドレスscanA0とscanA1に接続された場合を例示する。
【0050】
アンドゲート31とインバータ30との接続中点のノード34は、トランジスタN4のゲートに接続されている。このノード34は、更に、図示を省略した前段のページバッファP/Bi−1のトランジスタN3のゲートおよび後段のページバッファP/Bi+1のトランジスタN2のゲートに接続されている。図8において、このノード34の電位をBiで表記している。電位Biを両隣のページバッファに伝達する趣旨は、この電位BiがハイレベルでトランジスタN4がオンし、ソース・ドレイン線SDLiが基準電位状態(0V)となるときは、両隣のページバッファにおいてトランジスタN2またはN3の一方をオンさせ、対応するソース・ドレイン線SDLi−1またはSDLi+1のデータをノード33に伝達し、読み出しデータとして確定させるためである。
このページバッファ間の相互接続関係は、前段および後段のページバッファにおいても同じである。従って、図8に示すトランジスタN2のゲートは、前段のページバッファのノード34の電位Bi−1が印加可能に接続され、図8に示すトランジスタN3のゲートは、後段のページバッファのノード34の電位Bi+1が印加可能に接続されている。
なお、選択列、即ち基準電位GND(=0V)を供給する列のページバッファにおける電位Biの信号が本発明の「第1制御信号」に相当し、非選択列、即ち読み出し電圧RBiasVを供給する列のページバッファにおける電位Biの信号が本発明の「第2制御信号」に相当する。
【0051】
初期状態では、信号LDはローレベル“L”を保持することから、全てのページバッファでトランジスタN1がオフしている。
図9(A)に示す時刻t1でスキャンアドレスが遷移すると、そのアドレスに応じて第1〜第4セクタの何れかが基準電圧状態(0V)に選択され、残りの3つのセクタが読み出し電圧状態(BL)に選択される。図8に示すページバッファP/Biが基準電圧状態(0V)に設定されるとすると、アンドゲート31の出力ノード34の電位Biがハイレベル“H”になり、トランジスタN4がオンし、トランジスタN5がオフとなる。このため、ソース・ドレイン線SDLiに接地電位(GND:0V)が伝達される。
このとき両隣の2つのページバッファでは、入力されるスキャンアドレスに応じてトランジスタN4がオフ、トランジスタN5がオンし、対応するソース・ドレイン線SDLi−1およびSDLi+1に読み出し電圧RBiasVが伝達される。同時に、基準電圧状態(0V)が選択された図8のページバッファP/Biから伝達された電圧Biにより、この両隣のページバッファのそれぞれにおいて、トランジスタN2またはN3がオンし、ノード33がソース・ドレイン線に接続される。
【0052】
スキャンアドレスが遷移後に、選択された行のワード線電位が立ち上がると、図8に示すソース・ドレイン線SDLiを共通のソース線とする2つの隣接したセルトランジスタのソース側の記憶ビットデータが“0”データの場合、隣接する2つのソース・ドレイン線SDLi−1およびSDLi+1のうち、その“0”データが記憶されたセルトランジスタが接続されたソース・ドレイン線にセル電流が流れ、ノード33の電位が変動する。この電位がばらつきも含めて十分安定する時間をアクセスタイムtAAとすると、図9(B)に示すように、時刻t1からアクセスタイムtAA以上経過した時刻t2において信号LDのパルスが立ち上がる。これにより、トランジスタN1がオンし、ノード33の確定データPBouti−1およびPBouti+1が、ノード33に電位変動があった場合を“0”、電位変動がなかった場合を“1”とする2値データとしてシフトレジスタ32に取り込まれる。信号LDのパルスが立ち下がるとトランジスタN1がオフし、時刻t3で次のアドレス遷移が開始される。その次のアクセスタイムの間に、シフトレジスタ32が図9(C)に示すクロックに制御されてデータシフトを行う。
この一連の動作は、4つのセクタの2つで同時に行われ、1つの読み出しサイクルが完了する。
【0053】
その後、セクタの選択をソース・ドレイン線1本分だけシフトさせた後、同様な手順により次の読み出しサイクルが実行され、これにより1回目のページリードによる8ビットのデータが読み出される。
同様にセクタ選択シフトと読み出しを更に2回繰り返すことにより、2回目のページリードによる8ビットのデータが読み出される。
以上のページリードにより、図9(D)に示す出力データDoutが1本または複数本のデータバスに1/4行分ずつ順次排出される。
【0054】
以上のページリードでは、電位設定およびデータ確定にかかるアクセスタイムtAAとデータシフトおよび排出タイムがオーバラップしており、実効的な1読み出しサイクル時間は(tAA+α)となる。このとき、本実施の形態では、データを読み出すソース・ドレイン線の間のソース・ドレイン線のうち、基準電圧状態(0V)としない4本に1本のソース・ドレイン線を読み出し電圧状態(BL)で保持することから、データを読み出すソース・ドレイン線の電位確定が速やかであり、従来に比べアクセスタイムtAAをより短くできる利点がある。その結果、高速で信頼性が高いページ読み出しが可能となる。
【0055】
なお、上記説明では、電位確定を速やかにするために4本に1本のソース・ドレイン線を読み出し電圧状態(BL)で保持するとした。これは、読み出しを行わないセルトランジスタのソース・ドレイン間電圧を0Vにすることから、望ましい実施の形態である。但し、同じ目的を達成するためには、4本に1本のソース・ドレイン線を読み出し電圧RViasVと全く同じ電圧を印加する必要はなく、この印加電圧は、蓄積電荷の有無にかかわらずセルトランジスタがオンしない程度にソースとドレイン間の電圧を小さくするように読み出し電圧RViasVに近い電圧であればよい。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば、ソース・ドレイン領域が2本の隣接するトランジスタ列で電気的に共通接続された列線を介してデータを読み出すタイプの不揮発性半導体記憶装置において、高速かつ確実にデータを読み出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る不揮発性メモリの概略的な構成図である。
【図2】(A)は2ビット記憶が可能なMONOS型セルトランジスタの行方向の断面からみた鳥瞰図、(B)はセルトランジスタの等価回路図である。
【図3】(A)〜(E)は、プログラム、消去および読み出しの各動作を説明するための図である。
【図4】(A)〜(D)は、不揮発性メモリの2ビットのデータを記録した状態を示す図である。
【図5】(A)は読み出しサイクル(1)〜(4)でのソース・ドレイン線の電圧状態を示す図表、(B)はデータが読み出されるトランジスタを示す図表である。
【図6】(A)および(B)は、1回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
【図7】(A)および(B)は、2回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
【図8】本発明の実施の形態で用いられるページバッファの回路図である。
【図9】(A)〜(D)は、各種制御信号のタイミングチャートである。
【図10】(A)および(B)は、特許文献2に記載されたデータ読み出し方法において、最初の8ビットデータを読み出す1回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
【図11】(A)および(B)は、特許文献2に記載されたデータ読み出し方法において、次の8ビットデータを読み出す2回目のページリード時におけるメモリセルアレイの動作を説明する図である。
【符号の説明】
1…不揮発性半導体記憶装置、2…メモリセルアレイ、3…列選択手段としての読み出し回路、4…行選択手段としてのロウデコーダ、20…半導体基板またはPウェル、21…素子分離絶縁層、22…チャネル形成領域、23…ONO膜、23A…第1の絶縁膜、23B…トラップゲートTGとしての第2の絶縁膜、23C…第3の絶縁膜、30…インバータ、31…アンドゲート、32…シフトレジスタ、33…データ確定ノード、34…ノード、M…セルトランジスタ、CG…コントロールゲート、SD1,SD2…ソース・ドレイン領域、SDL…列線としてのソース・ドレイン線、WL…ワード線、P/B…ページバッファ、(BL)…読み出し電圧状態、(0V)…基準電圧状態
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device in which memory transistors storing a plurality of bits of data are arranged in rows and columns in a non-conductive trap gate, and to a data reading method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory) having an FG (Floating Gate) type memory transistor has been known as a kind of nonvolatile memory device (for example, see Patent Document 1).
The nonvolatile memory described in Patent Document 1 has a conductive floating gate and a control gate above a well between a source region and a drain region or above a surface portion of a semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a channel formation region). . The floating gate is embedded in the insulating film, and the control gate is formed on the insulating film. The non-volatile memory stores 1-bit data for each memory cell in accordance with whether or not charge is injected into the floating gate, or the amount of charge injected.
However, if a slight defect exists in the gate oxide film immediately below the floating gate formed by thermally oxidizing the channel formation region, most of the accumulated electrons in the floating gate are transmitted through the defect because the floating gate is conductive. It may disappear on the substrate side. Therefore, the FG type nonvolatile memory has a problem that its reliability cannot be increased.
[0003]
Separately from the FG type nonvolatile memory, a non-conductive charge trap gate is provided instead of the floating gate, and charges are locally trapped on the source side and the drain side of the trap gate to store 2-bit data. A new type of non-volatile memory has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
In the nonvolatile memory described in Non-Patent Document 1, since the trap gate is non-conductive, the ratio of the electrons that are lost among the locally stored electrons even if a defect exists in the gate oxide film. Has the advantage of being extremely low and therefore high in reliability.
[0004]
In addition, as an array configuration of a memory cell that stores 2-bit data, a column line commonly connecting a source or a drain of a transistor column is shared by two adjacent transistor columns in a row direction, and one column is read out in four read cycles. 2. Description of the Related Art A non-volatile memory that reads all bit data in a row is known (for example, see Patent Document 2).
[0005]
Hereinafter, the page reading method described in Patent Document 2 will be described with reference to the drawings.
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the operation of the memory cell array at the time of the first page read for reading the first 8-bit data. FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining the next 8 bits. FIG. 11 is a diagram illustrating an operation of the memory cell array at the time of a second page read for reading bit data.
Here, two bits of data are stored in the respective trap gates of the eight memory transistors M1 to M8, and a total of 16 bits of data is read from nine column lines (source / drain lines) SDL1 to SDL9. explain. Data read / hold circuits P / B1 to P / B9 called page buffers are connected to the source / drain lines SDL1 to SDL9, respectively.
[0006]
In the first half of the first page read (hereinafter referred to as read cycle (1)), as shown in FIG. 10A, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = 0 V by the respective page buffers. BL, F, BL, 0 V, BL, F, BL, 0 V are set. Here, “0V” means a reference voltage state, “F” means an electrically floating state, and “BL” means a read voltage state. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the electric charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 10A is determined by the page buffers P / B2, P / B4, P / B6, P / Detected by B8. That is, assuming that the storage data on the left side of the diagram of the trap gate of the memory transistor Mj (j = 1, 2,..., 8) is Dj (SD1) and the storage data on the right side is Dj (SD2), the cell transistors M1, M4, In M5 and M8, data D1 (SD1), D4 (SD2), D5 (SD1), and D8 (SD2) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are stored in page buffers P / B2 and P / B4, respectively. , P / B6, and P / B8, and are held.
[0007]
In the latter half of the first page read, as shown in FIG. 10B, the states of the source / drain lines SDL1 to SDL9 are one by one in one direction (rightward in the figure) from the state of the read cycle (1). Will be shifted. That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = BL, 0V, BL, F, BL, 0V, BL, F, BL by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 10B is determined by the page buffers P / B1, P / B3, P / B5, and P / B. Detected by B7. That is, in the cell transistors M1, M2, M5, and M6, the data D1 (SD2), D2 (SD1), D5 (SD2), and D6 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are respectively paged. The data is read and held by the buffers P / B1, P / B3, P / B5, and P / B7.
[0008]
By the read cycles (1) and (2), the stored data of one page consisting of a total of 8 bits is read and held in the eight page buffers P / B1 to P / B8, whereby the first page data is stored. The read ends. Thereafter, by appropriately selecting a page buffer, the held data is output to an output bus (not shown). By using a plurality of output data buses, it is possible to output a plurality of data simultaneously.
[0009]
Next, a second page read operation is performed. The second page read operation is executed by read cycles (3) and (4).
In the first half of the second page read (read cycle (3)), the states of the source / drain lines SDL1 to SDL9 are further shifted one by one as shown in FIG. You. That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = F, BL, 0V, BL, F, BL, 0V, BL, F by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 11A is determined by the page buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B. Detected by B8. That is, in the cell transistors M2, M3, M6, and M7, the data D2 (SD2), D3 (SD1), D6 (SD2), and D7 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are respectively paged. The data is read out and held by buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B8.
[0010]
In the latter half of the second page read (read cycle (4)), as shown in FIG. 11B, the state of the source / drain lines SDL1 to SDL9 is further shifted one by one as compared with the state in the read cycle (3). You. That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = BL, F, BL, 0V, BL, F, BL, 0V, BL by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 11B is determined by the page buffers P / B3, P / B5, P / B7, P / Detected by B9. That is, in the cell transistors M3, M4, M7, and M8, the data D3 (SD2), D4 (SD1), D7 (SD2), and D8 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are paged, respectively. The data is read and held by buffers P / B3, P / B5, P / B7, and P / B9.
[0011]
By the read cycles (3) and (4), one page of stored data consisting of a total of 8 bits is read and held in the eight page buffers P / B2 to P / B9, whereby the second page The read ends. Thereafter, by appropriately selecting a page buffer, the held data is output to an output bus (not shown).
[0012]
The order of the four types of read cycles is as follows from (1) → (2) → (3) → (4).
(1) → (2) → (4) → (3),
(2) → (1) → (3) → (4),
(1) → (4) → (2) → (3),
(1) → (4) → (3) → (2),
(4) → (1) → (2) → (3),
(4) → (1) → (3) → (2)
Can be changed to any of
[0013]
[Patent Document 1]
Registered Patent No. 3104319
[Patent Document 2]
JP-A-2001-118390 (page 6, FIG. 8)
[Non-patent document 1]
U.S. Patent (No .: US6011725), "Two Bit Non-Volatile Electrically Erasable and Programmable Semiconductor Semiconductor Utilizing Asymmetrical Charging Trap"
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In a non-volatile memory, the peripheral circuits of the memory are turned off in a standby state in order to reduce power consumption, and then when the memory circuit is driven, immediately after the drive, the source / drain line remains in a floating state while the potential of the source / drain line is low. May be.
Further, even in the normal operation, the source / drain line may change from (0 V) to the floating state (F) depending on the transition of the state of the source / drain line. For example, when the order of the page read operation in Patent Document 2 changes in the order of the read cycle (1) → (2) → (4) → (3) included in the above-described modification, the bias state is changed as shown in FIG. The state shown in FIG. 11B may transition to the state shown in FIG.
In such a case, paying attention to the source / drain line DL6 which was in the reference voltage state (0 V) in FIG. 10B, the source / drain line DL6 transitions to the floating state (F) in FIG. 11B. Therefore, a floating state at a low voltage of approximately 0 V is obtained. Therefore, the source / drain line SDL6 is charged from the low potential to the read bit line voltage by the current flowing through the two memory transistors M5 and M6 on both sides thereof. In a large-capacity memory array, since the parasitic capacitance of each source / drain line is large, it takes time until the potentials of the source / drain lines SDL4 and SDL7 to be read are stabilized. If the data reading of the cell transistors M4 and M7 is started during a period in which the potential is not stabilized for high-speed reading, even if no current flows through the cell transistor from which the data is to be read, the source / drain Due to the current temporarily flowing to charge the parasitic capacitance of the line SDL6, it is determined that the current flows in the transistors M4 and M7, and erroneous data may be read.
In order to avoid this malfunction, in the nonvolatile memory described in Patent Document 2, it is necessary to wait until the bias voltage of the source / drain lines is stabilized in a readable state, and as a result, reading at high speed is hindered. Have been.
[0015]
A first object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device of a type in which a source / drain region reads data through a column line which is electrically connected in common by two adjacent transistor columns. An object of the present invention is to provide a data reading method capable of reading data.
A second object of the present invention is to provide a non-volatile semiconductor memory device having a configuration enabling high-speed and reliable data reading.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the second object, and is formed in a matrix on a semiconductor substrate, and is formed by stacking insulating materials including a non-conductive trap gate. A plurality of memory transistors each having a gate stack, a control gate on the gate stack, and first and second source / drain regions spaced apart below the gate stack; A plurality of word lines commonly connected to each other, the first source / drain region in each column, and the second source / drain region in another column adjacent to the first source / drain region. A plurality of column lines that electrically connect the drain region in common; a row selection unit that selects one of the plurality of word lines; and a column line selected from the plurality of column lines; Column selection means for applying a reference voltage to the selected column line and applying a read voltage to all other column lines, and in the row selected by the row selection means, the reference voltage is applied by the column selection means. Of the trap gate on the column line side to which the reference voltage is applied, for a memory transistor connected between the column line to which the reference voltage is applied and the column line to which the read voltage is applied adjacent to the column line. The storage data corresponding to the charges accumulated in the local area is read from the column line to which the read voltage is applied.
[0017]
A method for reading data of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention achieves the first object, in which an insulating material including a non-conductive trap gate formed in a matrix on a semiconductor substrate is laminated. And a plurality of memory transistors each having a gate stack, a control gate on the gate stack, and first and second source / drain regions separated below the gate stack. A plurality of word lines that commonly connect control gates for each row, the first source / drain regions in each column, and the word lines in other columns adjacent to the first source / drain regions. A plurality of column lines electrically connecting the two source / drain regions electrically in common, the method comprising: A first step of selecting a column line from among the plurality of column lines, applying a reference voltage, and applying a read voltage to all other column lines, and selecting one of the plurality of word lines. A second step of applying a read gate voltage; and in the row selected by the row selection means, a column line to which a reference voltage is applied by the column selection means, and the read voltage is applied adjacent to the column line. A memory cell connected between the column line and the column line to which the read voltage is applied, the storage data corresponding to the charge accumulated in the local portion of the trap gate on the column line side to which the reference voltage is applied; And a third step of reading from the first row. The first to third steps are repeated while shifting the selected column line one column at a time in a read cycle in the same direction.
[0018]
In the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention, all of the first source / drain regions of one transistor row in the column direction in the memory cell array and the first source / drain regions are provided as in the so-called virtual ground array structure. One column line is commonly connected to all of the second source / drain regions in another column adjacent to the side, and are collectively biased via this column line.
The row selecting means selects one of the plurality of word lines.
The column line selecting means selects a column line from a plurality of column lines, applies a reference voltage to the selected column line, and applies a read voltage to all other column lines.
Thereby, in the row selected by the row selecting means, the memory transistor connected between the column line to which the reference voltage is applied by the column selecting means and the column line adjacent to the column line and to which the read voltage is applied. Is read out. At this time, stored data corresponding to the electric charge accumulated in the local portion of the trap gate on the column line side to which the reference voltage is applied is read from the column line to which the read voltage is applied.
In this read control, when a column line other than the column line to which the reference voltage is applied includes a column line that is not adjacent to the column line to which the reference voltage is applied, the read voltage is also applied to the column line. . Therefore, no voltage is applied between the source and the drain of the memory transistor to be read out on both sides thereof. Accordingly, the non-read target memory transistor does not turn on, and the current caused by the non-read target memory transistor is adjacent to the column line to which the reference voltage is applied, and is applied to the column line from which data is to be read. It does not flow accidentally.
[0019]
In the data read method of the present invention, the above-described read control is repeated while shifting the selected column line one column at a time in a read cycle in the same direction.
Therefore, the relative potential relationship between the column line to which the reference voltage is applied and the column line to which the read voltage is applied is maintained in any of the repeated read cycles. As a result, the non-read target memory transistor does not turn on, and the current caused by the non-read target memory transistor is adjacent to the column line to which the reference voltage is applied, and is applied to the column line from which data is to be read. It does not flow accidentally.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a nonvolatile semiconductor memory device and a data reading method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking a nonvolatile memory having a MONOS cell transistor having an N-type channel conductivity as an example.
In the preferred embodiment described below, a column line is selected every four columns and a reference voltage is applied, but it is not always necessary to select every four columns. The present invention can be similarly applied to the case where a column line is selected between four or more unselected columns, the selected column line is set to a reference voltage, and the unselected column lines are set to a read voltage. The present invention is also applicable to a case where only a specific column of the cell array is selected, the selected column is set as a reference voltage, and the other columns are set as read voltages. Further, the present invention can be similarly applied to a case where a plurality of read modes in which the number of column lines selected in one read is different are mixed.
[0021]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the nonvolatile memory according to the present embodiment. FIG. 2A is a bird's-eye view of a MONOS type cell transistor capable of storing two bits as viewed from a cross section in the row direction, and FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the cell transistor.
1 of the nonvolatile memory 1 is roughly divided into a memory cell array 2 in which a plurality of cell transistors M are arranged in a matrix, and a page buffer group 3 as a read circuit for reading data from the memory cell array 2. . The page buffer group 3 has a function of selecting a column in addition to a function as a readout circuit, and constitutes an embodiment of the “column selecting means” of the present invention.
[0022]
In the cell transistor M shown in FIG. 2A, an element isolation insulating layer 21 is formed on a surface of a silicon substrate 20 (more specifically, a P well). The element isolation insulating layer 21 is formed by a LOCOS method in the illustrated example. Source / drain regions SD1 and SD2 are formed apart from each other on the surface of the substrate between the element isolation insulating layers 21. The source / drain regions SD1 and SD2 are connected at the lower surface of the element isolation insulating film 21, and are shared by adjacent cell transistors. The substrate surface portion where the source / drain regions SD1 and SD2 are not formed is the channel forming region 22. An ONO film 23 is formed on the channel forming region 22, on the ends of the source / drain regions SD1 and SD2 on both sides thereof, and on the element isolation insulating layer 21, and has a word line WL having a function of a control gate which is long in the row direction. Are formed on the ONO film 23.
[0023]
The ONO film 23 has a structure in which a first insulating film 23A, a second insulating film 23B functioning as a trap gate TG, and a third insulating film 23C are sequentially stacked from the substrate side. Note that these insulating films 23A to 23C are difficult to be called complete insulating films because electric charges are moved by an electric field applied at the time of writing or erasing, but are used as insulating films in a steady state such as charge retention. Since it functions, it is called an insulating film for convenience.
The first insulating film 23A is made of silicon oxide formed by thermally oxidizing the substrate surface, or silicon oxynitride (oxnitride) formed by nitriding silicon oxide.
The second insulating film 23B as the trump gate TG is made of silicon nitride, and can hold charges in a bulk trap in silicon nitride or a deep trap formed near a boundary with another insulating film.
The third insulating film 23C is made of, for example, silicon oxide formed by thermally oxidizing the surface of the second insulating film 23B, or HTO (High Temperature Chemical Vapor Deposited Oxide) formed by CVD.
With the above configuration, the cell transistor M has a trap-gate TG embedded in an insulating film such as a silicon oxide film, and has a MONOS (Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Semiconductor) structure as a whole.
[0024]
The MONOS type cell transistor utilizes the difference in band gap between the silicon nitride film and the silicon oxide film (that is, the insulating films 23B and 23A and the insulating films 23B and 23C) to form the trap gate TG (the second insulating film). 23B) can be trapped and held. The trap gate TG is made of a non-conductive material such as an insulator or a dielectric, and the charge injected into the trap gate TG can hardly move in the trap gate TG. Therefore, it is possible to distinguish between a case where charges are injected near the first source / drain region SD1 and a case where charges are injected near the second source / drain region SD2, and record 2-bit data. can do.
[0025]
Note that the structure of the cell transistor M illustrated in FIG. 2A is an example and is not limited thereto. For example, the element isolation insulating layer 21 may be one in which an insulating film is embedded in a trench formed by, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method. If there is a sufficiently thick interlayer insulating film between the word line WL and the source / drain region SD1 or SD2, the element isolation insulating layer 21 itself can be omitted. In addition, a non-MONOS-type trap gate may have a non-conductive trap gate. Further, the channel conductivity type of the cell transistor M may be P-type.
[0026]
As described above, the trap gate TG is non-conductive, and an equivalent circuit of a cell transistor that stores 2-bit data is as shown in FIG. That is, separate memory transistors are formed in the first trap gate region TSD1 near the first source / drain region SD1 and the second trap gate region TSD2 near the second source / drain region SD2, The portion where charge injection is not performed during that period is equivalent to a normal MOS transistor. In a read or program (write) operation to be described later, one of the first and second source / drain regions SD1 and SD2 is used as a source region or a drain region. Are referred to as a source / drain region SD1 and a second source / drain region SD2.
[0027]
Although the memory cell array 2 shown in FIG. 1 shows a cell group of 2 rows × 8 columns for convenience, the illustrated configuration is repeated in an actual memory cell array.
In FIG. 1, two word lines WL0 and WL1 extending in the row direction are arranged, and nine source / drain lines SDL1 to SDL9 crossing the word lines and extending in the column direction are arranged. The source / drain lines constitute an embodiment of a “column line” in the present invention.
The control gates of the cell transistors M1 to M8 are connected to the word line WL0. The source and drain terminals of the cell transistors M1 to M8 are commonly connected to adjacent cell transistors, and the source and drain lines SDL1 to SDL9 are commonly connected to the source and drain terminals. Similarly, the control gates of the cell transistors M11 to M18 are respectively connected to the word line WL1, and the source and drain terminals of these cell transistors are also connected to the adjacent cell transistor in common, and the common source and drain lines SDL1 to SDL9 are connected thereto. Is connected. Therefore, in all the cell transistors, the control gate is connected to the word line, and the source and drain terminals are connected to the source and drain lines, respectively.
A row decoder (R.DEC) 4 is connected to the word lines WL0 and WL1 as an embodiment of "row selecting means" for applying a read gate voltage or the like.
[0028]
The odd-numbered source / drain lines SDL1, SDL3,..., SDL9 are connected to the odd-numbered page buffers P / B1, P / B3,. Is done. Also, the even-numbered source / drain lines SDL2, SDL4,..., SDL8 are connected to the even-numbered page buffers P / B2, P / B4,. Connected respectively. These page buffers P / B1 to P / B9 apply a read voltage to apply a read voltage to a connected source / drain line in accordance with a 2-bit control signal (scanA0, scanA1) so as to function as a bit line. One of a state (BL) and a reference voltage state (0 V) to which 0 V as a read reference voltage is applied. Each of the page buffers P / B1 to P / B9 is connected to a line for supplying a read voltage RBiasV (for example, 1 V) and a line for supplying a ground potential GND (0 V) as a reference voltage.
[0029]
In order to control the read voltage state (BL) and the reference voltage state (0 V), four signal lines such as a control signal scanA0, its inverted signal scanA0X, a control signal scanA1, and its inverted signal scanA1X are provided. ing. For these four signal lines, the page buffers P / B1 to P / B9 are connected by the same combination of lines for every four. That is, the page buffers P / B1, P / B5 and P / B9 are connected to the lines of the signals scanA0X and scanA1X, the page buffers P / B2 and P / B6 are connected to the lines of the signals scanA0 and scanA1X, and the page buffers P / B B3 and P / B7 are connected to wirings of signals scanA0X and scanA1, and page buffers P / B4 and P / B8 are connected to wirings of signals scanA0 and scanA1.
Further, a signal LD for giving a read timing when the applied voltage is stabilized to the page buffers P / B1 to P / B9, and the read data are transferred to the odd-numbered page buffer group and the even-numbered page buffer group, respectively. The wiring is connected so as to be able to supply the clock φ to be shifted.
[0030]
Next, an outline of each operation of programming, erasing, and reading of the nonvolatile memory capable of storing two bits will be described, and then the reading operation will be described in detail including control by the reading circuit.
FIGS. 3A to 3E are diagrams for explaining respective operations of programming, erasing, and reading. The black circles in the figure indicate a set of accumulated electrons. Hereinafter, the voltage applied to the first source / drain region SD1 is applied to V (SD1), the voltage applied to the second source / drain region SD2 is applied to V (SD2), and the control gate CG (word line WL) is applied. The voltage applied is Vg.
In the data programming (writing), as shown in FIG. 3A, for example, Vg = 10 V, V (SD1) = 0 V, V (SD2) = 6 V, and the vicinity of the second source / drain region SD2 Is injected into the second trap gate region TSD2 close to the second source / drain region SD2.
[0031]
At the time of data erasure, as shown in FIG. 3B, Vg = −6 V is applied to the control gate CG, and 5 V is applied to one or both of the two source / drain regions SD 1 and SD 2, and an FN (Fowler-Nordheim) tunnel is applied. Electrons are extracted from the trap gate TG by utilizing the phenomenon. At the same time, the charge in the trap gate TG is neutralized by injecting hot holes generated near the source / drain regions SD1 and / or SD2 to which 5V is applied into the trap gate TG. FIG. 3B shows a case of one-sided erasing of the second trap gate region TSD2. At this time, the other first source / drain / region SD1 to which 5 V is not applied is in an electrically open state (open).
[0032]
At the time of data reading, a voltage having a voltage magnitude opposite to that at the time of programming is applied between the first and second source / drain regions SD1 and SD2. FIGS. 3C and 3D show that, when detecting whether electrons are trapped in the second trap gate region TSD2, FIG. 3E shows that electrons are present in the first trap gate region TSD1. The case where it is detected whether or not is trapped is shown.
To read the state of the second trap gate region TSD2, for example, Vg = 3V, V (SD1) = 1.0V, and V (SD2) = 0V are applied. Here, as shown in FIG. 3C, when electrons exist in the second trap gate region TSD2 near the second source / drain region SD2 ("0" data storage state), the channel below the gate becomes the second channel. The channel current does not flow without connecting to the source / drain region SD2 of No. 2. Conversely, as shown in FIG. 3D, if there is no electron in the second trap gate region TSD2 near the second source / drain region SD2 ("1" data storage state), the channel becomes the second. A connection channel current flows to the source / drain region SD2. Therefore, whether or not electrons are accumulated in the second trap gate region TSD2 can be detected by turning on and off the cell transistor, that is, by detecting the presence or absence of a channel current. The presence or absence of the channel current can be detected, for example, by examining a change in the potential of the second source / drain region SD2 to which a read voltage of 1.0 V is applied.
[0033]
When reading the state of the first trap gate region TSD1, as shown in FIG. 3E, Vg = 3V, V (SD1) = 0V, and V (SD2) = 1.0V, the first and second states are set. The voltage is switched between the source and drain regions as shown in FIGS. 3C and 3D. When electrons are not accumulated in the first trap gate region TSD1, even if electrons exist in the second trap gate region TSD2, the channel becomes the same state as the transistor whose pinch is turned off, and the second source A channel current flows due to a depletion layer extending between the drain region SD2 and the substrate. On the other hand, although not particularly shown, when electrons are accumulated in the first trap gate region TSD1, as in the case of FIG. 3C, the channel is not connected and no channel current flows. In such a voltage applied state, it is determined whether or not electrons are accumulated in the first trap gate region TSD1 near the first source / drain region SD1 functioning as a source. Can be detected regardless of the presence of electrons.
[0034]
FIGS. 4A to 4D are diagrams showing a state where 2-bit data is recorded in the nonvolatile memory. In the figure, black circles indicate a set of accumulated electrons.
FIG. 4A shows data “11” in a state where electrons are not captured in any of the first and second trap gate regions TSD1 and TSD2. FIG. 4B shows data “01” in a state where electrons are captured in the second trap gate region TSD2. FIG. 4C shows data “00” in a state where electrons are captured in both the first and second trap gate regions TSD1 and TSD2, and FIG. 4D shows the first data. Data “10” is shown in a state where electrons are captured in the trap gate region TSD1.
[0035]
Next, the read operation will be described in more detail.
The read gate voltage Vg (for example, 3.0 V) is applied to the gate of the cell transistor M by the row decoder 4. The read buffer RBiasV (for example, 1....) Is applied to one of two source / drain lines SDLi (i = 1, 2,..., 9) connected to both sides of the cell transistor M by the page buffer shown in FIG. 0V), and a reference voltage (ground potential: 0 V) is applied to the other (SDLi + 1 or SDLi-1). Then, the stored data is read by the page buffer P / Bi connected thereto via the source / drain line SDLi to which the read voltage is applied.
As described above, each of the page buffers P / B1 to P / B9 has a function of appropriately applying the read voltage RBiasV or the reference voltage (0 V) to the connected source / drain lines, and the read voltage RBiasV and the reference voltage (0 V). It has a function of reading and holding stored data of a cell transistor connected between a source and a drain in response to a signal LD. Then, the held stored data is output to an output data bus (not shown) under the control of the clock φ.
[0036]
In the memory cell array 2 shown in FIG. 1, eight cell transistors M1 to M8 are connected to each word line, for example, the word line WL0. Therefore, assuming that the word line WL0 is selected, a total of 16 bits of stored data can be read. Further, the page buffer is divided into two systems of an odd-numbered stage and an even-numbered stage, and the page buffers are connected to each other so that data can be shifted in each system. Therefore, as for the 16-bit stored data in the eight cell transistors, eight bits are read out for each system, held, and output from the last page buffer after the shift. In FIG. 1, 8-bit data Dout0 is output from the last page buffer P / B9 in the odd-numbered stage, and 8-bit data Dout1 is output from the last page buffer P / B8 in the even-numbered stage.
However, as described later, when one word line is selected, only 4-bit data can be read at the same time by controlling each source / drain line. Therefore, in practice, 8-bit data is read in two cycles, and this is repeated twice, so that 16-bit data of eight cell transistors is read in four cycles in total.
[0037]
Note that the number of cell transistors connected to one word line is not limited to eight. Preferably, as in the example shown in FIG. 1, eight cell transistors constitute a cell transistor unit. The example of FIG. 1 mainly shows the first cell transistor unit UNIT1. A second cell transistor UNIT2 having a similar configuration is arranged on the output side (the right side in FIG. 1), and similarly, a required number of cell transistor units are arranged sequentially in the row direction. The source / drain line SDL9 and the page buffer P / B9 shown in FIG. 1 are shared with the first source / drain line and the page buffer of the second cell transistor unit UNIT2. As described above, nine source / drain lines and nine page buffers are allocated to each cell transistor unit functionally, and the source / drain line and the page buffer located at the boundary between the units are two adjacent ones. Since the units are shared among the units, if the total number of units is N, the actual number of source / drain lines and page buffers is 8N + 1.
[0038]
As described above, in the read operation of this embodiment, all the bit data stored in the memory cell group in one row are read by four read operations. Hereinafter, these four read operations are referred to as a read cycle (1), a read cycle (2), a read cycle (3), and a read cycle (4). Thereafter, the first page read for reading the 8-bit data is executed by the read cycles (1) and (2), and the second page read for reading the other 8-bit data is executed by the read cycles (3) and (4). It is assumed that page read is executed.
[0039]
FIG. 5A is a chart showing voltage states of source / drain lines in read cycles (1) to (4), and FIG. 5B is a chart showing transistors from which data is read.
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the operation of the memory cell array during the first page read, and FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating the operation of the memory cell array during the second page read. It is a figure explaining an operation.
In the read cycle (1), as shown in FIG. 6A, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = 0 V, BL, BL, BL, 0 V, BL, BL, BL, 0V state. Here, “0V” means a reference voltage state, and “BL” means a read voltage state. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 6A is determined by the page buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B. Detected by B8. That is, in the cell transistors M1, M4, M5, and M8, the data D1 (SD1), D4 (SD2), D5 (SD1), and D8 (SD2) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are respectively stored in the page. The data is read and held by buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B8. In the read cycle (1), the stored data is read via the even-numbered source / drain lines SDL2, SDL4, SDL6, and SDL8 which have been brought to the read voltage state (BL), but the odd-numbered source / drain The read voltage state (BL) is also set to the source / drain lines SDL3 and SLD7 to which the reference voltage state (0 V) is not applied. Therefore, the potentials of the even-numbered source / drain lines do not change in accordance with the cell transistors at both ends of the source / drain lines SDL3 and SLD7, that is, the storage data of M2 and M3 and M6 and M7.
[0040]
In the read cycle (2), as shown in FIG. 6B, the states of the source / drain lines SDL1 to SDL9 are shifted one by one (rightward in the drawing) from the state in the read cycle (1). You. That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = BL, 0V, BL, BL, BL, 0V, BL, BL, BL by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the electric charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 6B is determined by the page buffers P / B1, P / B3, P / B5, and P / B. Detected by B7. That is, in the cell transistors M1, M2, M5, and M6, the data D1 (SD2), D2 (SD1), D5 (SD2), and D6 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are respectively paged. The data is read and held by the buffers P / B1, P / B3, P / B5, and P / B7. In the read cycle (2), the storage data is read via the odd-numbered source / drain lines SDL1, SDL3, SDL5, and SDL7 which have been brought into the read voltage state (BL), but the even-numbered source / drain lines are read. The read voltage state (BL) is also set to the source / drain lines SDL4 and SLD8 (and the last source / drain line SDL9) to which the reference voltage state (0 V) is not applied. Therefore, the potentials of the odd-numbered source / drain lines do not fluctuate in accordance with the cell transistors at both ends of the source / drain lines SDL4 and SLD8, that is, M3 and M4, and M7 and M8.
[0041]
By the read cycles (1) and (2), the stored data of one page consisting of a total of 8 bits is read and held in the eight page buffers P / B1 to P / B8, whereby the first page data is stored. The read ends. Thereafter, by appropriately selecting a page buffer, the held data is output to an output bus (not shown). By using a plurality of output data buses, it is possible to output a plurality of data simultaneously.
[0042]
Next, a second page read operation is performed. The second page read operation is executed by read cycles (3) and (4).
In the read cycle (3), as shown in FIG. 7A, the states of the source / drain lines SDL1 to SDL9 are shifted one by one more than in the read cycle (2). That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = BL, BL, 0V, BL, BL, BL, 0V, BL, BL by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the electric charge stored in the portion of the memory cell corresponding to the bit indicated by the circle in FIG. 7A is determined by the page buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B. Detected by B8. That is, in the cell transistors M2, M3, M6, and M7, the data D2 (SD2), D3 (SD1), D6 (SD2), and D7 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are respectively paged. The data is read out and held by buffers P / B2, P / B4, P / B6, and P / B8. In the read cycle (3), the storage data is read via the even-numbered source / drain lines SDL2, SDL4, SDL6, and SDL8 which have been brought into the read voltage state (BL), but the odd-numbered source / drain The read voltage state (BL) is set to the source / drain lines SLD1, SDL5, and SLD9 to which the reference voltage state (0 V) is not applied. Therefore, the potentials of the even-numbered source / drain lines do not change according to the data stored in the cell transistors M1, M4, M5 and M8.
[0043]
In the read cycle (4), as shown in FIG. 7B, the states of the source / drain lines SDL1 to SDL9 are further shifted one by one as compared with the state in the read cycle (3). That is, the source / drain lines SDL1 to SDL9 are set to SDL1 to SDL9 = BL, BL, BL, 0V, BL, BL, BL, 0V, BL by the respective page buffers. As a result, the presence / absence of a current corresponding to the charge stored in the portion corresponding to the bit indicated by the circle of the memory cell in FIG. 7B is determined by the page buffers P / B3, P / B5, P / B7, P / Detected by B9. That is, in the cell transistors M3, M4, M7, and M8, the data D3 (SD2), D4 (SD1), D7 (SD2), and D8 (SD1) on the source / drain line side in the reference voltage state (0 V) are paged, respectively. The data is read and held by buffers P / B3, P / B5, P / B7, and P / B9. In the read cycle (4), storage data is read through the odd-numbered source / drain lines SDL3, SDL5, SDL7, and SDL9 that have been brought into the read voltage state (BL), but the even-numbered source / drain lines are read. The read voltage state (BL) is set to the source / drain lines SDL2 and SLD6 to which the reference voltage state (0 V) is not applied. Therefore, the potentials of the odd-numbered source / drain lines do not fluctuate according to the cell transistors at both ends of the source / drain lines SDL2 and SLD6, that is, M1 and M2 and M5 and M6.
[0044]
By the read cycles (3) and (4), one page of stored data consisting of a total of 8 bits is read and held in the eight page buffers P / B2 to P / B9, whereby the second page The read ends. Thereafter, by appropriately selecting a page buffer, the held data is output to an output bus (not shown). By using a plurality of output data buses, it is possible to output a plurality of data simultaneously.
[0045]
In the above four types of read cycles (1) to (4), a set of (0V, BL, BL, BL) states that are repeatedly set to four adjacent source / drain lines is one for each read cycle. It is understood that the state is shifted to the right by each state. Among the above four source / drain lines, there are three source / drain lines in a read voltage state (BL), but since reading is actually performed via two of the two at both ends, 2-bit storage data Are read at the same time. In addition, since the read voltage state (BL) is also set on the source / drain line between the two source / drain lines where reading is actually performed, the cells on both sides are not turned on. To prevent fluctuation of read data.
[0046]
The order of the four types of read cycles is as follows from (1) → (2) → (3) → (4).
(1) → (2) → (4) → (3),
(2) → (1) → (3) → (4),
(1) → (4) → (2) → (3),
(1) → (4) → (3) → (2),
(4) → (1) → (2) → (3),
(4) → (1) → (3) → (2)
May be changed.
In any case, at least four source / drain lines are set to the read voltage state (BL) for each unit in the odd-numbered source / drain lines, and similarly, for each unit in the odd-numbered source / drain lines. , At least four source / drain lines are set to the read voltage state (BL). In any of the above modifications, the set of (0V, BL, BL, BL) states set in units of four source / drain lines is appropriately moved, so that all the cell transistors are changed. Can be read.
[0047]
FIG. 8 shows a circuit example of a page buffer used in the present embodiment. FIGS. 9A to 9D show timing charts of various control signals.
The page buffer P / Bi shown in FIG. 8 is a page buffer coupled to the source / drain line SDLi at the ith position. As described above, the page buffer divides one row into four parts and reads the data. Each page buffer is divided into four sectors by scan addresses scanA0 to scanA1, that is, a first sector composed of every fourth source / drain line group and a second sector composed of a source / drain line group adjacent to one of the first sectors. One of a sector, a third sector including a source / drain line group adjacent to one side of the second sector, and a fourth sector including a source / drain line group adjacent to one side of the third sector is selected. I do.
[0048]
The page buffer P / Bi illustrated in FIG. 8 includes five NMOS transistors N1 to N5, an inverter 30, a two-input AND gate 31, and a shift register (S / R) 32.
The transistor N1 is connected to the input terminal of the held data of the shift register 32. The transistor N1 is turned on in response to a signal LD for controlling data retention, and inputs the determined data PBouti of the source / drain lines to the shift register 32. The signal LD simultaneously instructs access in the next read cycle and start of potential determination (hereinafter, this series of operations is referred to as scanning).
The shift register 32 is provided for each page buffer, but as a whole, the shift registers are connected in series. That is, the data input terminal (Din) of the shift register 32 shown in FIG. 8 is connected to the data output terminal (Q) of the preceding shift register (not shown), and the data output terminal (Q) of the shift register 32 shown in FIG. Is connected to a data input terminal (Din) of a shift register of a latter stage not shown.
[0049]
Transistors N2 and N3 are connected in parallel between the holding node 33 for the determined data PBouti and the i-th source / drain line SDLi. A transistor N4 is connected between the i-th source / drain line SDLi and a supply line of the ground potential GND as a reference voltage, and a transistor N5 is connected between the i-th source / drain line SDLi and a supply line of the read voltage RBiasV. Is connected. An AND gate 31 and an inverter 30 are connected between four address lines for supplying scan addresses scanA0 to scanA1 and the gate of the transistor N5. The two inputs of the AND gate 31 are connected to any two of the four address lines in a different combination for each sector. That is, the connection portion surrounded by the broken line in FIG. 8 differs for each sector, that is, for each of the four page buffers as shown in FIG. FIG. 8 illustrates a case where the scan addresses are connected to scan addresses scanA0 and scanA1.
[0050]
A node 34 at the connection point between the AND gate 31 and the inverter 30 is connected to the gate of the transistor N4. The node 34 is further connected to the gate of the transistor N3 of the preceding page buffer P / Bi-1 and the gate of the transistor N2 of the subsequent page buffer P / Bi + 1 (not shown). In FIG. 8, the potential of the node 34 is represented by Bi. The purpose of transmitting the potential Bi to the page buffers on both sides is that when the potential Bi is at a high level and the transistor N4 is turned on and the source / drain line SDLi is in the reference potential state (0 V), the transistor N2 in the page buffer on both sides is used. Alternatively, one of N3 is turned on, and the data of the corresponding source / drain line SDLi-1 or SDLi + 1 is transmitted to the node 33, and is determined as read data.
The interconnection relationship between the page buffers is the same in the page buffers in the preceding and subsequent stages. Therefore, the gate of the transistor N2 shown in FIG. 8 is connected so that the potential Bi-1 of the node 34 of the preceding page buffer can be applied, and the gate of the transistor N3 shown in FIG. 8 is connected to the potential of the node 34 of the following page buffer. Bi + 1 is connected so as to be able to be applied.
Note that the signal of the potential Bi in the page buffer of the selected column, that is, the column supplying the reference potential GND (= 0 V) corresponds to the “first control signal” of the present invention, and supplies the unselected column, that is, the read voltage RBiasV. The signal of the potential Bi in the column page buffer corresponds to the “second control signal” of the present invention.
[0051]
In the initial state, since the signal LD holds the low level “L”, the transistors N1 are turned off in all the page buffers.
When the scan address transits at time t1 shown in FIG. 9A, one of the first to fourth sectors is selected to the reference voltage state (0 V) according to the address, and the remaining three sectors are set to the read voltage state. (BL) is selected. Assuming that the page buffer P / Bi shown in FIG. 8 is set to the reference voltage state (0 V), the potential Bi of the output node 34 of the AND gate 31 becomes high level "H", the transistor N4 is turned on, and the transistor N5 Is turned off. Therefore, the ground potential (GND: 0 V) is transmitted to the source / drain line SDLi.
At this time, in the two page buffers on both sides, the transistor N4 is turned off and the transistor N5 is turned on according to the input scan address, and the read voltage RBiasV is transmitted to the corresponding source / drain lines SDLi-1 and SDLi + 1. At the same time, the transistor N2 or N3 is turned on in each of the adjacent page buffers by the voltage Bi transmitted from the page buffer P / Bi in FIG. 8 in which the reference voltage state (0 V) is selected, and the node 33 is connected to the source Connected to drain line.
[0052]
When the word line potential of the selected row rises after the transition of the scan address, the storage bit data on the source side of two adjacent cell transistors using the source / drain line SDLi as a common source line shown in FIG. In the case of "data", a cell current flows through a source / drain line of the two adjacent source / drain lines SDLi-1 and SDLi + 1 to which a cell transistor storing the "0" data is connected, and the potential of the node 33 Fluctuates. The time when this potential is sufficiently stabilized including the variation is defined as the access time t. AA Then, as shown in FIG. 9B, the access time t AA At time t2 after the above, the pulse of the signal LD rises. As a result, the transistor N1 is turned on, and the fixed data PBouti-1 and PBouti + 1 at the node 33 are binary data in which "0" indicates that there is a potential change in the node 33 and "1" indicates that there is no potential change in the node 33. Is taken into the shift register 32. When the pulse of the signal LD falls, the transistor N1 turns off, and the next address transition starts at time t3. During the next access time, the shift register 32 performs data shift under the control of the clock shown in FIG.
This series of operations is performed simultaneously in two of the four sectors, and one read cycle is completed.
[0053]
Then, after shifting the selection of the sector by one source / drain line, the next read cycle is executed by the same procedure, whereby 8-bit data is read by the first page read.
Similarly, by repeating the sector selection shift and the reading twice more, 8-bit data is read by the second page reading.
By the above-described page read, the output data Dout shown in FIG. 9D is sequentially discharged to one or a plurality of data buses for each quarter row.
[0054]
In the above page read, the access time t for setting the potential and determining the data is t AA And the data shift and discharge times overlap, and the effective one read cycle time is (t AA + Α). At this time, in this embodiment, of the source / drain lines between the source / drain lines from which data is read, one out of four source / drain lines which are not set to the reference voltage state (0 V) is set to the read voltage state (BL). ), The potential of the source / drain line from which data is read is quickly determined, and the access time t AA Has the advantage of being shorter. As a result, high-speed and highly reliable page reading can be performed.
[0055]
In the above description, one out of four source / drain lines is held in the read voltage state (BL) in order to quickly determine the potential. This is a preferred embodiment because the source-drain voltage of the cell transistor that does not perform reading is set to 0V. However, in order to achieve the same purpose, it is not necessary to apply exactly the same voltage as the readout voltage RViasV to one out of four source / drain lines, and this applied voltage is applied to the cell transistor regardless of the presence or absence of the accumulated charge. Any voltage may be used as long as the voltage is close to the read voltage RViasV so that the voltage between the source and the drain is reduced to such an extent that does not turn on.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a nonvolatile semiconductor memory device of a type in which source / drain regions read data via column lines electrically connected in common by two adjacent transistor columns, data is read quickly and reliably. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a nonvolatile memory according to an embodiment.
FIG. 2A is a bird's-eye view of a MONOS type cell transistor capable of storing two bits as viewed from a cross section in a row direction, and FIG. 2B is an equivalent circuit diagram of the cell transistor.
FIGS. 3A to 3E are diagrams for explaining respective operations of programming, erasing, and reading.
FIGS. 4A to 4D are diagrams showing a state where 2-bit data in a nonvolatile memory is recorded.
FIG. 5A is a chart showing voltage states of source / drain lines in read cycles (1) to (4), and FIG. 5B is a chart showing transistors from which data is read.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating the operation of the memory cell array at the time of the first page read;
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating the operation of the memory cell array at the time of the second page read.
FIG. 8 is a circuit diagram of a page buffer used in the embodiment of the present invention.
FIGS. 9A to 9D are timing charts of various control signals.
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating an operation of a memory cell array in a first page read for reading first 8-bit data in a data read method described in Patent Document 2. FIG.
FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating the operation of a memory cell array at the time of a second page read for reading the next 8-bit data in the data read method described in Patent Document 2. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nonvolatile semiconductor memory device, 2 ... Memory cell array, 3 ... Readout circuit as column selection means, 4 ... Row decoder as row selection means, 20 ... Semiconductor substrate or P well, 21 ... Element isolation insulating layer, 22 ... Channel formation region, 23 ONO film, 23A first insulating film, 23B second insulating film as trap gate TG, 23C third insulating film, 30 inverter, 31 AND gate, 32 shift Register, 33: Data determination node, 34: Node, M: Cell transistor, CG: Control gate, SD1, SD2: Source / drain region, SDL: Source / drain line as column line, WL: Word line, P / B ... page buffer, (BL) ... read voltage state, (0V) ... reference voltage state

Claims (6)

半導体基板に行列状に形成され、非導電性のトラップゲートを含む絶縁材料が積層されて構成されているゲート積層体、ゲート積層体上のコントロールゲート、および、前記ゲート積層体下方で離間している第1および第2のソース・ドレイン領域をそれぞれ有する複数のメモリトランジスタと、
前記コントロールゲートを行ごとに共通に接続している複数のワード線と、
各列の前記第1のソース・ドレイン領域、および、当該第1のソース・ドレイン領域側に隣接する他の列の前記第2のソース・ドレイン領域を電気的に共通に接続している複数の列線と、
前記複数のワード線の1つを選択する行選択手段と、
前記複数の列線の中から列線を選択し、選択された列線に基準電圧を印加し、他の全ての列線に読み出し電圧を印加する列選択手段と、を有し、
前記行選択手段が選択した行内で、前記列選択手段により基準電圧が印加された列線と、当該列線に隣接し前記読み出し電圧が印加された列線と、の間に接続されたメモリトランジスタについて、前記基準電圧が印加された列線側の前記トラップゲートの局部に蓄積された電荷に応じた記憶データを前記読み出し電圧が印加された列線から読み出す
不揮発性半導体記憶装置。
A gate stacked body formed in a matrix on a semiconductor substrate and formed by stacking insulating materials including a non-conductive trap gate, a control gate on the gate stacked body, and spaced apart below the gate stacked body A plurality of memory transistors each having first and second source / drain regions;
A plurality of word lines commonly connecting the control gates for each row;
A plurality of the first source / drain regions in each column and a plurality of the second source / drain regions in another column adjacent to the first source / drain region which are electrically connected in common. Column lines,
Row selection means for selecting one of the plurality of word lines;
A column selecting means for selecting a column line from among the plurality of column lines, applying a reference voltage to the selected column line, and applying a read voltage to all other column lines;
A memory transistor connected between a column line to which a reference voltage is applied by the column selection means and a column line adjacent to the column line and to which the read voltage is applied in a row selected by the row selection means. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein storage data corresponding to charges accumulated in a local portion of the trap gate on the column line side to which the reference voltage is applied is read from the column line to which the read voltage is applied.
前記列選択手段は、前記複数の列線のうち少なくとも4列離れた複数の列線を選択する
請求項1に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 column selecting means selects a plurality of column lines separated by at least four columns among said plurality of column lines.
前記列選択手段は、前記複数の列線のうち4列ごとに1つの列線を選択する
請求項1に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 column selecting means selects one column line for every four columns among said plurality of column lines.
前記列選択手段は、前記選択する列線を読出サイクルごとに1列ずつ同一方向にシフトする
請求項1に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 column selecting means shifts said selected column line one column at a time in each read cycle in the same direction.
前記列選択手段は、前記基準電圧が供給される基準電圧ノードと、前記読み出し電圧が供給される読出電圧供給ノードと、読み出された情報を受け取るデータ出力ノードと、を有し、
前記列選択手段は、
第1制御信号を発生し、第1制御信号により、前記選択した列線を前記基準電圧ノードに接続し、選択した列線と前記読出電圧供給ノードとの電流路を遮断し、且つ、選択した列線に隣接した列線を前記データ出力ノードに接続し、
第2の制御信号を発生し、第2制御信号により、前記選択した列線以外の列線と前記基準電圧ノードとの電流路を遮断し、選択した列以外の列線を前記読出電圧供給ノードに接続し、且つ、選択した列線以外の列線のうち、選択した列線に隣接していない列線と前記データ出力ノード間の電流路を遮断する
請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The column selection unit has a reference voltage node to which the reference voltage is supplied, a read voltage supply node to which the read voltage is supplied, and a data output node to receive read information,
The column selecting means,
Generating a first control signal, connecting the selected column line to the reference voltage node, interrupting a current path between the selected column line and the read voltage supply node, and selecting the selected column line according to the first control signal; Connecting a column line adjacent to the column line to the data output node;
A second control signal is generated, and a current path between a column line other than the selected column line and the reference voltage node is interrupted by the second control signal, and a column line other than the selected column is connected to the read voltage supply node. 2. The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1, wherein a current path between the data output node and a column line that is not adjacent to the selected column line among column lines other than the selected column line is disconnected. apparatus.
半導体基板に行列状に形成され、非導電性のトラップゲートを含む絶縁材料が積層されて構成されているゲート積層体、ゲート積層体上のコントロールゲート、および、前記ゲート積層体下方で離間している第1および第2のソース・ドレイン領域をそれぞれ有する複数のメモリトランジスタと、前記コントロールゲートを行ごとに共通に接続している複数のワード線と、各列の前記第1のソース・ドレイン領域、および、当該第1のソース・ドレイン領域側に隣接する他の列の前記第2のソース・ドレイン領域を電気的に共通に接続している複数の列線と、を有している不揮発性半導体記憶装置のデータ読み出し方法であって、
前記複数の列線の中から列線を選択して基準電圧を印加し、他の全ての列線に読み出し電圧を印加する第1のステップと、
前記複数のワード線の1つを選択して読み出しゲート電圧を印加する第2のステップと、
前記行選択手段が選択した行内で、前記列選択手段により基準電圧が印加された列線と、当該列線に隣接し前記読み出し電圧が印加された列線と、の間に接続されたメモリトランジスタについて、前記基準電圧が印加された列線側の前記トラップゲートの局部に蓄積された電荷に応じた記憶データを前記読み出し電圧が印加された列線から読み出す第3のステップと、を有し、
前記第1〜第3のステップを、前記選択する列線を読み出しサイクルごとに1列ずつ同一方向にシフトしながら繰り返す
不揮発性半導体記憶装置のデータ読み出し方法。
A gate stacked body formed in a matrix on a semiconductor substrate and formed by stacking insulating materials including a non-conductive trap gate, a control gate on the gate stacked body, and spaced apart below the gate stacked body A plurality of memory transistors each having first and second source / drain regions, a plurality of word lines commonly connecting the control gate for each row, and the first source / drain regions of each column And a plurality of column lines electrically connecting the second source / drain regions of another column adjacent to the first source / drain region side in common. A data reading method for a semiconductor memory device,
A first step of selecting a column line from among the plurality of column lines, applying a reference voltage, and applying a read voltage to all other column lines;
A second step of selecting one of the plurality of word lines and applying a read gate voltage;
A memory transistor connected between a column line to which a reference voltage is applied by the column selection means and a column line adjacent to the column line and to which the read voltage is applied in a row selected by the row selection means. A third step of reading stored data corresponding to charges accumulated in the local portion of the trap gate on the column line side to which the reference voltage has been applied, from the column line to which the read voltage has been applied,
A data reading method for a nonvolatile semiconductor memory device, wherein the first to third steps are repeated while shifting the selected column line one column at a time in a read cycle in the same direction.
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