JP2006196183A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory device suitable for high integration by reducing the circuit scale of a column system circuit by decreasing especially the number of sense amplifier circuits, data latch circuits, and verify-circuits. <P>SOLUTION: An (i)th read operation is performed to check whether the threshold value of a memory cell is in almost same state as an "i" state or is in the "i" state or more, or is smaller than the "i" state, read data are held in a data holding circuit, after that, at the time of the (j)th read operation to check whether the threshold value of the memory cell is in almost same state as a "j" state or is in the "j" state or more, or is smaller than the "j" state, after the potential of the signal line outputted by the data of the memory cell is changed referring to data held in the data holding circuit, the potential of the signal line is sensed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、電気的書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係わり、特に1つのメモリセルに、1ビットより多い情報を記憶させる多値記憶EEPROMに関する。   The present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device (EEPROM), and more particularly to a multi-value storage EEPROM that stores more than one bit of information in one memory cell.

EEPROMの大容量化を実現する手法の一つとして、1つのメモリセルにn(n≧3)値の情報を記憶させる、多値記憶EEPROMが知られている。例えば、4値記憶式では、4種類のしきい値電圧の1つをそれぞれのセルが有し、これを(0、0)、(0、1)、(1、0)、(1、1)と表される2ビットの情報に対応させるものである。   As one of the techniques for realizing the large capacity of the EEPROM, a multi-value storage EEPROM is known in which n (n ≧ 3) value information is stored in one memory cell. For example, in the quaternary storage type, each cell has one of four types of threshold voltages, which is (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1 ) And 2 bits of information.

n値を記憶したメモリセルのデータを読みとるには、セルから読み出したデータを、(n−1)個の基準電圧と比較する。このため、従来、(n−1)個のセンスアンプを必要とした(例えば、特許文献1特開昭61−117796号公報)。   In order to read the data of the memory cell storing the n value, the data read from the cell is compared with (n−1) reference voltages. For this reason, conventionally, (n-1) sense amplifiers are required (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-117796).

4値記憶式のEEPROMでは、2値記憶式セルのEEPROMと比べ、メモリセルの記憶密度は2倍となり、メモリセルが占める面積は1/2になったのに対し、センスアンプが占める面積は3倍となり、高密度化の効果を減少させる。特に、ページ読み出しを行うためにビット線毎にセンスアンプを設けるタイプのEEPROMでは、センスアンプ数の増加が大容量化の妨げとなる。   In the four-value storage type EEPROM, the memory density of the memory cell is doubled and the area occupied by the memory cell is halved as compared to the EEPROM of the binary value storage type cell. Tripled, reducing the effect of densification. In particular, in an EEPROM of a type in which a sense amplifier is provided for each bit line for page reading, an increase in the number of sense amplifiers hinders an increase in capacity.

これに対して特許文献2には、セルデータを判別したセンスアンプの出力によって、他のセンスアンプの基準電圧を制御することにより、センスアンプの数を減らした事を特徴とした読みとり専用メモリが開示されている。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a read-only memory characterized in that the number of sense amplifiers is reduced by controlling the reference voltage of other sense amplifiers by the output of the sense amplifiers that have determined cell data. It is disclosed.

一方、メモリセルにn(n≧3)種類のしきい値電圧を記憶する多値記憶EEPROMでは、記憶データを書き込むときに、それぞれのしきい値電圧を、より狭い範囲に分布させる必要がある。このため、書き込みを小刻みに行い、書き込みと書き込みとの間に、それぞれのメモリセルが目的とするしきい値範囲に書き込まれたか否かをチェックし、書き込み不足のセルがあればそのセルにのみ追加書き込みを行い、それぞれのメモリセル毎に、最適の書き込みがなされるよう制御するビット毎ベリファイが有効となっている。なお、ビット毎ベリファイは特許文献3に開示されている。   On the other hand, in a multi-value storage EEPROM that stores n (n ≧ 3) types of threshold voltages in memory cells, it is necessary to distribute each threshold voltage in a narrower range when writing stored data. . Therefore, writing is performed in small increments, and it is checked whether or not each memory cell has been written within the target threshold range between writing, and if there is a cell with insufficient writing, only that cell is checked. Bit-by-bit verification is performed, in which additional writing is performed and control is performed so that optimum writing is performed for each memory cell. The bit-by-bit verification is disclosed in Patent Document 3.

また、多値記憶EEPROMに対するビット毎ベリファイは、特許文献4に開示されている。しかし、特許文献4に開示された装置では、センスアンプ及びベリファイ回路をそれぞれ、(n−1)個ずつ必要としている。よって、メモリセルは、より多くのデータを記憶することにより、同じ面積のチップに大容量のデータを蓄積できるようになっているものの、データの読み出し/書き込みを制御する回路が大規模になり、高集積化に難点があった。   Further, bit-by-bit verification for a multi-level storage EEPROM is disclosed in Patent Document 4. However, the device disclosed in Patent Document 4 requires (n−1) sense amplifiers and verify circuits, respectively. Therefore, although a memory cell can store a large amount of data in a chip having the same area by storing a larger amount of data, a circuit for controlling data read / write becomes large-scale, There was a difficulty in high integration.

また、3値データを記憶するメモリセルに対する書き込みデータを2個のフリップフロップFF1、2に保持する不揮発性半導体記憶装置は、特許文献5に記載されている。   Patent Document 5 discloses a nonvolatile semiconductor memory device that holds write data for memory cells that store ternary data in two flip-flops FF1 and FF2.

さらに、書き込み後のベリファイ読み出し時に、メモリセルのゲート電極に、“2”状態に達したか否か、“1”または“2”に達したか否かを検出するための各検出電圧を印加する不揮発性半導体記憶装置は、特許文献4に記載されている。
特開昭61−117796号公報 特開昭62−54896号公報 特開平3−295098号公報 特開平7−93979号公報 特開平7−161852号公報
Further, at the time of verify read after writing, each detection voltage for detecting whether or not “2” state is reached or whether or not “1” or “2” is reached is applied to the gate electrode of the memory cell. Such a nonvolatile semiconductor memory device is described in Patent Document 4.
JP-A-61-117796 JP-A-62-54896 Japanese Patent Laid-Open No. 3-295098 JP-A-7-93979 JP-A-7-161852

このように、従来、ベリファイ機能を有した多値記憶EEPROMでは、多値のデータの数を“n≧3”としたとき、(n−1)個のベリファイ回路を必要としていた。このため、センスアンプ・データラッチ回路も、ベリファイ回路に応じ、(n−1)個必要としている。   As described above, conventionally, a multi-value storage EEPROM having a verify function has required (n−1) verify circuits when the number of multi-value data is “n ≧ 3”. For this reason, (n−1) sense amplifiers and data latch circuits are required in accordance with the verify circuit.

以上のような事情により、ビット線に接続される回路、つまりカラム系回路の回路規模、特にセンスアンプ回路、データラッチ回路、ベリファイ回路の数が膨大なものとなって、高集積化のネックになっている。   Due to the above circumstances, the circuit scale connected to the bit line, that is, the circuit scale of the column circuit, in particular, the number of sense amplifier circuits, data latch circuits, and verify circuits becomes enormous, which becomes a bottleneck for high integration. It has become.

この発明は、カラム系回路の回路規模を、特にセンスアンプ回路、データラッチ回路、ベリファイ回路の数を減ずることによって小さくし、高集積化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供する。   The present invention provides a nonvolatile semiconductor memory device suitable for high integration by reducing the circuit scale of a column circuit by reducing the number of sense amplifier circuits, data latch circuits, and verify circuits.

この発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、“1”状態、“2”状態、“3”状態、…、“n”状態(nは3以上の自然数)を記憶状態とするような、電気的書き替え可能なn値を記憶するメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、メモリセルとデータの授受を行う信号線と、メモリセルから読み出した情報を保持する読み出しデータ保持回路とを備え、メモリセルのしきい値が“i”状態とほぼ同様または“i”状態以上であるか、あるいは“i”状態よりも小さいかを調べる第iの読み出し動作を行い、読み出しデータをデータ保持回路に保持し、その後、メモリセルのしきい値が“j”"状態とほぼ同様または“j”状態以上であるか、あるいは“j”状態よりも小さいかを調べる第jの読み出し動作時には、メモリセルのデータが出力した信号線の電位を、前記データ保持回路に保持したデータを参照して変えた後に、信号線の電位をセンスする。   The non-volatile semiconductor memory device according to the present invention is an electrical device that has a “1” state, a “2” state, a “3” state,..., An “n” state (n is a natural number of 3 or more). A memory cell array in which memory cells that store rewritable n values are arranged in a matrix, a signal line that exchanges data with the memory cells, and a read data holding circuit that holds information read from the memory cells are provided. The memory cell performs the i-th read operation to check whether the threshold value of the memory cell is substantially the same as the “i” state, equal to or greater than the “i” state, or smaller than the “i” state, At the time of the j-th read operation for checking whether the threshold value of the memory cell is substantially the same as the “j” state, equal to or higher than the “j” state, or smaller than the “j” state. The potential of the signal line is sensed after changing the potential of the signal line output from the cell data with reference to the data held in the data holding circuit.

この発明によれば、カラム系回路の回路規模を、特にセンスアンプ回路、データラッチ回路、ベリファイ回路の数を減ずることによって小さくしたことで、高集積化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供できる。   According to the present invention, a non-volatile semiconductor memory device suitable for high integration can be provided by reducing the circuit scale of the column circuit by reducing the number of sense amplifier circuits, data latch circuits, and verify circuits. .

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<実施の形態1>
図1は、この発明の第1の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMの構成を示す構成図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a multi-value storage NAND type EEPROM according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、第1の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMは、オープンビット型と呼ばれる構成を有している。オープンビット型の多値記憶NAND型EEPROMは、メモリセルがマトリクス状に配置されて構成されるメモリセルアレイ1A、1Bそれぞれに対して設けられたロウ系回路2A、2Bと、メモリセルアレイ1A、1Bそれぞれで共通に使用されるカラム系回路3**とを有している。 As shown in FIG. 1, the multi-value storage NAND type EEPROM according to the first embodiment has a configuration called an open bit type. The open-bit type multi-value storage NAND type EEPROM includes a row system circuit 2A, 2B provided for each of the memory cell arrays 1A, 1B configured by arranging memory cells in a matrix, and each of the memory cell arrays 1A, 1B. And a column circuit 3 ** used in common.

ロウ系回路2A、2Bには、アドレス入力回路(アドレスバッファ)4から出力されたアドレス信号を受け、受けたアドレス信号に基いて、メモリセルアレイのロウを選択するロウデコーダと、ロウデコーダの出力に基いて、メモリセルアレイのワード線を駆動するワード線駆動回路が含まれている。NAND型EEPROMの場合、ワード線は、選択ゲートSG(SGA、SGB)および制御ゲートCG(CGA、CGB)を指す。そして、ワード線駆動回路は、制御ゲート/選択ゲート駆動回路と読み替えられる。   The row-related circuits 2A and 2B receive the address signal output from the address input circuit (address buffer) 4 and, based on the received address signal, select a row decoder in the memory cell array and output the row decoder. Based on this, a word line driving circuit for driving the word lines of the memory cell array is included. In the case of a NAND type EEPROM, the word line indicates a selection gate SG (SGA, SGB) and a control gate CG (CGA, CGB). The word line driving circuit is read as a control gate / selection gate driving circuit.

また、メモリセルアレイ1A、1Bそれぞれで共通に使用されるカラム系回路3**には、アドレスバッファ4から出力されたアドレス信号を受け、受けたアドレス信号に基いて、メモリセルアレイのカラムを選択するカラムデコーダと、カラムデコーダの出力に基いて、メモリセルアレイのカラムを選択するカラム選択線を駆動するカラム選択線駆動回路とが含まれている。 A column circuit 3 ** commonly used in each of the memory cell arrays 1A and 1B receives an address signal output from the address buffer 4 and selects a column of the memory cell array based on the received address signal. A column decoder and a column selection line driving circuit for driving a column selection line for selecting a column of the memory cell array based on the output of the column decoder are included.

さらに、カラム系回路3**には、メモリセルへの書き込みデータを一時的に保持したり、メモリセルのデータを読み出したりするためのデータ回路(ビット線制御回路)が含まれている。 Further, the column circuit 3 ** includes a data circuit (bit line control circuit) for temporarily holding data to be written to the memory cell and reading data from the memory cell.

ビット線制御回路は、データ入出力線IOを介して、データ入出力回路(データ入出力バッファ)5に接続されている。また、ビット線制御回路は、ビット線BLaを介して、メモリセルアレイ1Aのメモリセルに、ビット線BLbを介して、メモリセルアレイ1Bのメモリセルにそれぞれ接続されている。   The bit line control circuit is connected to a data input / output circuit (data input / output buffer) 5 through a data input / output line IO. The bit line control circuit is connected to the memory cell of the memory cell array 1A via the bit line BLa and to the memory cell of the memory cell array 1B via the bit line BLb.

ビット線制御回路は、データを書き込むとき、書き込みデータを、データ入出力バッファ5から受け、受けた書き込みデータをメモリセルへ入力する。また、ビット線制御回路は、データを読み出すとき、読み出しデータを、メモリセルから受け、受けた読み出しデータをデータ入出力バッファ5へ出力する。   When writing data, the bit line control circuit receives write data from the data input / output buffer 5 and inputs the received write data to the memory cell. Further, when reading data, the bit line control circuit receives the read data from the memory cell and outputs the received read data to the data input / output buffer 5.

データ入出力バッファ5は、データ入出力制御を行うもので、EEPROMの外部から入力された書き込みデータをメモリコアへ導いたり、メモリコアから読み出された読み出しデータを、EEPROMの外部へ出力したりする。   The data input / output buffer 5 performs data input / output control. The data input / output buffer 5 guides write data input from the outside of the EEPROM to the memory core, and outputs read data read from the memory core to the outside of the EEPROM. To do.

書き込み終了検知回路18は、ビット線制御回路の出力に基いて、データ書き込みが終了したか否かを検知する。   The write end detection circuit 18 detects whether or not the data write has ended based on the output of the bit line control circuit.

図2は、図1に示すメモリセルアレイ、およびカラム系回路の構成を示す構成図である。図3は、図2に示すメモリセルからデータを読み出すときを示す図で、(a)図は電圧の入力状態を示す図、(b)図は電圧の入力波形と、ビット線に現れる出力波形とを示す図である。   FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the memory cell array and column system circuit shown in FIG. FIGS. 3A and 3B are diagrams showing when data is read from the memory cell shown in FIG. 2, FIG. 3A is a diagram showing a voltage input state, and FIG. 3B is a voltage input waveform and an output waveform appearing on a bit line. FIG.

図2に示すように、メモリセルアレイ1A、1Bにはそれぞれ、メモリセルMCがマトリクス状に配置されている。   As shown in FIG. 2, memory cells MC are arranged in a matrix in each of the memory cell arrays 1A and 1B.

また、カラム系回路3**には、m個のデータ回路(ビット線制御回路)6**が含まれている。ビット線制御回路6**は、1本のビット線BLa、および1本のビット線BLbに接続されている。 The column circuit 3 ** includes m data circuits (bit line control circuits) 6 ** . The bit line control circuit 6 ** is connected to one bit line BLa and one bit line BLb.

また、図3(a)に示すように、NAND型EEPROMでは、1つのセルMCには、互いに直列に接続された複数のメモリセルトランジスタM1〜M4が含まれ、NAND型のセルMCを構成している。セルMCの一端は、選択トランジスタS1を介してビット線BLに接続され、その他端は、選択トランジスタS2を介して、ソース線Vsに接続される。制御ゲートCGを共有するメモリセルトランジスタMのグループは、“ページ”と呼ばれる単位を形成する。データの書き込みおよび読み出しは、“ページ”で同時に行われる。また、4本の制御ゲートCG1〜CG4に接続されるメモリセルトランジスタMのグループは、“ブロック”と呼ばれる単位を形成する。“ページ”、および“ブロック”はそれぞれ、制御ゲート/選択ゲート駆動回路によって選択される。   Further, as shown in FIG. 3A, in the NAND type EEPROM, one cell MC includes a plurality of memory cell transistors M1 to M4 connected in series with each other, and constitutes a NAND type cell MC. ing. One end of the cell MC is connected to the bit line BL via the selection transistor S1, and the other end is connected to the source line Vs via the selection transistor S2. A group of memory cell transistors M sharing the control gate CG forms a unit called “page”. Data writing and reading are performed simultaneously on the “page”. A group of memory cell transistors M connected to the four control gates CG1 to CG4 forms a unit called “block”. Each of “page” and “block” is selected by a control gate / select gate driving circuit.

メモリセルトランジスタMは、多値のデータは、しきい値のレベルにより記憶する。そして、この発明に係る装置では、しきい値のレベルを、図3(a)および(b)に示されるようにして読み出す。ここでは制御ゲートCG2を有するメモリセルトランジスタM2が選択されている。図3(a)に見られるように電圧を各部に印加し、ビット線BLはフローティングにする。ビット線BLを前もって0Vにリセットしておくと、ビット線BLは共通ソース線VsによってNANDセルを通して充電される。この充電されたビット線BLの電位が選択されたメモリセルM2のしきい値によって決まるように、各選択ゲート、制御ゲート電圧は制御される。   The memory cell transistor M stores multi-value data according to a threshold level. In the apparatus according to the present invention, the threshold level is read as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Here, the memory cell transistor M2 having the control gate CG2 is selected. As seen in FIG. 3A, a voltage is applied to each part, and the bit line BL is made floating. If the bit line BL is reset to 0V in advance, the bit line BL is charged through the NAND cell by the common source line Vs. The selection gate and control gate voltages are controlled so that the potential of the charged bit line BL is determined by the threshold value of the selected memory cell M2.

この例では、選択ゲートSG1、2、制御ゲートCG1、CG3〜4を6Vに、選択された制御ゲートCG2を2Vに、共通ソース線Vsを6Vにする。各部の電圧波形は図3(b)に示されている。例えばビット線BLの電位が0Vであればしきい値は2V以上、ビット線電位が3.5Vであればしきい値は−1.5V以下である。ただし以下の実施の形態では、説明を簡略化するため、しきい値という表現は、バックバイアスを考慮したものとする。   In this example, the selection gates SG1 and 2, the control gates CG1 and CG3 to CG4 are set to 6V, the selected control gate CG2 is set to 2V, and the common source line Vs is set to 6V. The voltage waveform of each part is shown in FIG. For example, when the potential of the bit line BL is 0V, the threshold is 2V or more, and when the bit line potential is 3.5V, the threshold is −1.5V or less. However, in the following embodiment, in order to simplify the description, the expression “threshold value” is considered in consideration of the back bias.

消去動作によってメモリセルの浮遊ゲートから電子が放出された後、書き込みデータに従う書き込み動作によって電子が浮遊ゲートに注入される。   After electrons are emitted from the floating gate of the memory cell by the erase operation, electrons are injected into the floating gate by the write operation according to the write data.

図4は、ビット線に現れる出力電圧と、メモリセルの数とを関係を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the output voltage appearing on the bit line and the number of memory cells.

1つのメモリセルに3つの状態(データ”0”、”1”、”2”)を持たせる場合、例えば図4の様に読みだし時のビット線出力電圧が3.5〜4.5Vとなる状態(しきい値で約−2.5V〜−1.5V)をデータ”0”(消去状態)、ビット線出力電圧が1.5〜2.5Vとなる状態(しきい値で約−0.5V〜0.5V)をデータ”1”、ビット線出力電圧が0〜0.5Vとなる状態(しきい値で約1.5V〜2.5V)をデータ”2”とすればよい。   When one memory cell has three states (data “0”, “1”, “2”), for example, the bit line output voltage at the time of reading is 3.5 to 4.5 V as shown in FIG. The state (about −2.5 V to −1.5 V at the threshold) is the data “0” (erased state), and the bit line output voltage is 1.5 to 2.5 V (the threshold is about − 0.5V to 0.5V) may be data “1”, and the bit line output voltage may be 0 to 0.5V (threshold value of about 1.5V to 2.5V) may be data “2”. .

図5は、図2に示すデータ回路の回路図である。図5に示すデータ回路は、3値記憶を例に構成されている。   FIG. 5 is a circuit diagram of the data circuit shown in FIG. The data circuit shown in FIG. 5 is configured with ternary storage as an example.

図5に示すように、nチャネルMOSトランジスタQn21、Qn22、Qn23とpチャネルMOSトランジスタQp9、Qp10、Qp11により構成されるフリップフロップFF1と、nチャネルMOSトランジスタQn29、Qn30、Qn31とpチャネルMOSトランジスタQp16、Qp17、Qp18により構成されるFF2とには、書き込み/読み出しデータがラッチされる。また、これらはセンスアンプとしても動作する。   As shown in FIG. 5, flip-flop FF1 composed of n-channel MOS transistors Qn21, Qn22, Qn23 and p-channel MOS transistors Qp9, Qp10, Qp11, n-channel MOS transistors Qn29, Qn30, Qn31 and p-channel MOS transistor Qp16 , Qp17, Qp18, and write / read data are latched in FF2. These also operate as sense amplifiers.

フリップフロップFF1は「“0”書き込みをするか、あるいは“1”書き込みまたは“2”書き込みをするか」を書き込みデータ情報としてラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持しているか、あるいは“1”の情報を保持しているか、または“2”の情報を保持しているか」を読み出しデータ情報としてセンスしラッチする。フリップフロップFF2は「“1”書き込みをするか、または“2”書き込みをするか」を書き込みデータ情報としてラッチし、メモリセルが「“1”の情報を保持しているか、あるいは“2”の情報を保持しているか」を読み出しデータ情報としてセンスしラッチする。   The flip-flop FF1 latches “0”, “1” or “2” write ”as write data information, and whether the memory cell holds“ 0 ”information, Alternatively, whether “1” information is held or “2” information is held ”is sensed and latched as read data information. The flip-flop FF2 latches “whether“ 1 ”or“ 2 ”is written” ”as write data information, and the memory cell holds“ 1 ”information or“ 2 ”. “Do you hold information?” Is sensed and latched as read data information.

データ入出力線IOA、IOBとフリップフロップFF1は、nチャネルMOSトランジスタQn28、Qn27を介して接続される。データ入出力線IOC、IODとフリップフロップFF2は、nチャネルMOSトランジスタQn35、Qn36を介して接続される。データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODは、図1中のデータ入出力バッファ5にも接続される。   Data input / output lines IOA, IOB and flip-flop FF1 are connected via n-channel MOS transistors Qn28, Qn27. Data input / output lines IOC, IOD and flip-flop FF2 are connected via n-channel MOS transistors Qn35, Qn36. Data input / output lines IOA, IOB, IOC, IOD are also connected to data input / output buffer 5 in FIG.

nチャネルMOSトランジスタQn27、Qn28、Qn35、Qn36のゲートは、NAND論理回路G2とインバータI4で構成されるカラムアドレスデコーダの出力に接続される。nチャネルMOSトランジスタQn26、Qn34は、それぞれフリップフロップFF1、FF2を信号ECH1、ECH2が“H”となってイコライズする。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn32は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd1の接続を制御する。nチャネルMOSトランジスタQn25、Qn33は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd2の接続を制御する。   The gates of n-channel MOS transistors Qn27, Qn28, Qn35, Qn36 are connected to the output of a column address decoder composed of NAND logic circuit G2 and inverter I4. The n-channel MOS transistors Qn26 and Qn34 equalize the flip-flops FF1 and FF2 with the signals ECH1 and ECH2 being “H”, respectively. N-channel MOS transistors Qn24 and Qn32 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd1. N-channel MOS transistors Qn25 and Qn33 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd2.

pチャネルMOSトランジスタQp12、Qp13で構成される回路は、活性化信号VRFYBAによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。pチャネルMOSトランジスタQp14、Qp15で構成される回路は、活性化信号VRFYBBによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn1、Qn2で構成される回路は、活性化信号VRFYBA1によって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn3、Qn4で構成される回路は、活性化信号VRFYBB1によって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。   The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp12 and Qp13 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBA. The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp14 and Qp15 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBA1. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBB1.

MOSキャパシタQd1、Qd2は、ディプリーション型nチャネルMOSトランジスタで構成され、ビット線容量より十分小さくされる。nチャネルMOSトランジスタQn37は、信号PREAによってMOSキャパシタQd1を電圧VAに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn38は、信号PREBによってMOSキャパシタQd2を電圧VBに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn39、Qn40は、信号BLCA、BLCBによって、データ回路3とビット線BLa、BLbの接続をそれぞれ制御する。nチャネルMOSトランジスタQn37、Qn38で構成される回路はビット線電圧制御回路を兼ねる。pチャネルMOSトランジスタQp12、Qp13で構成される回路、pチャネルMOSトランジスタQp14、Qp15で構成される回路、nチャネルMOSトランジスタQn1、Qn2で構成される回路、およびnチャネルMOSトランジスタQn3、Qn4で構成される回路は、ビット線電圧制御回路でもある。   MOS capacitors Qd1 and Qd2 are composed of depletion type n-channel MOS transistors, and are sufficiently smaller than the bit line capacitance. N channel MOS transistor Qn37 charges MOS capacitor Qd1 to voltage VA by signal PREA. N channel MOS transistor Qn38 charges MOS capacitor Qd2 to voltage VB by signal PREB. N-channel MOS transistors Qn39 and Qn40 control connection between the data circuit 3 and the bit lines BLa and BLb, respectively, by signals BLCA and BLCB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn37 and Qn38 also serves as a bit line voltage control circuit. A circuit composed of p-channel MOS transistors Qp12 and Qp13, a circuit composed of p-channel MOS transistors Qp14 and Qp15, a circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1 and Qn2, and composed of n-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 This circuit is also a bit line voltage control circuit.

次に、このように構成されたEEPROMの動作を、動作波形図に従って説明する。以下では制御ゲートCG2Aが選択されている場合を示す。   Next, the operation of the thus configured EEPROM will be described with reference to an operation waveform diagram. Hereinafter, a case where the control gate CG2A is selected is shown.

<読み出し動作>
図6は、読み出し動作を示す動作波形図である。
<Read operation>
FIG. 6 is an operation waveform diagram showing a read operation.

図6に示すように、まず、時刻t1Rに、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは2V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2Aは6Vにされる。メモリセルのソース電位は6Vにされる。メモリセルが“0”の場合にはビット線BLaは3.5V以上に、“1”の場合にはビット線BLaは1.5V以上2.5V以下に、“2”の場合には0.5V以下になる。ダミービット線BLbはVBから3Vに充電される。nチャネルMOSトランジスタQn40のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。   As shown in FIG. 6, first, at time t1R, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is 2V, the non-selection control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A. Is set to 6V. The source potential of the memory cell is set to 6V. When the memory cell is “0”, the bit line BLa is 3.5 V or more. When “1”, the bit line BLa is 1.5 V or more and 2.5 V or less. 5V or less. The dummy bit line BLb is charged from VB to 3V. When the voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn40 becomes a problem, signal BLCA may be boosted.

時刻t2RにキャパシタQd1、Qd2のノードN1、N2が1.5Vにされた後フローティングにされる。時刻t3RにBLCA、BLCBがVCC(例えば5V)になり、ビット線BLa、BLbの電位がN1、N2に転送される。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn25のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号RV1A、RV1Bを昇圧すればよい。時刻t4Rに再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1、N2の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”或いは、“1”または“2”か」がフリップフロップFF1によってセンスされ、その情報はラッチされる。   At time t2R, the nodes N1 and N2 of the capacitors Qd1 and Qd2 are set to 1.5 V and then floated. At time t3R, BLCA and BLCB become VCC (for example, 5 V), and the potentials of the bit lines BLa and BLb are transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. When the voltage drop corresponding to the threshold value of the n-channel MOS transistors Qn24 and Qn25 becomes a problem, the signals RV1A and RV1B may be boosted. At time t4R, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltages at the nodes N1 and N2 are sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 0 ”,“ 1 ”or“ 2 ”” is sensed by the flip-flop FF1, and the information is latched.

次に、メモリセルが“1”であるかまたは“2”であるかがセンスされる。   Next, it is sensed whether the memory cell is “1” or “2”.

時刻t5Rにダミービット線BLbがVBから1Vに充電される。時刻t6RにキャパシタQd1、Qd2のノードN1、N2が1.5Vにされた後フローティングにされる。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻t7Rに再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、メモリセルのデータが“1”であるか“2”であるかがフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   At time t5R, the dummy bit line BLb is charged from VB to 1V. At time t6R, the nodes N1 and N2 of the capacitors Qd1 and Qd2 are set to 1.5 V and then floated. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. At time t7R, the signals SAN2 and SAP2 again become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, whether the data in the memory cell is “1” or “2” is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図7は、フリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチする読み出しデータを示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2.

この時のフリップフロップFF1、FF2のデータは、図7のようになり、データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODに読み出しデータが出力される。   The data in the flip-flops FF1 and FF2 at this time are as shown in FIG. 7, and read data is output to the data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD.

チップ外部への出力データは、入出力バッファ5で、データ入力線IOA、IOB、IOC、IODに出力された信号をもとに変換したものもよい。   Output data to the outside of the chip may be converted by the input / output buffer 5 based on signals output to the data input lines IOA, IOB, IOC, and IOD.

<書き込み動作>
書き込み動作前に、入力された2ビット分のデータは、データ入出力バッファ4で変換されて、データ回路6**に入力される。
<Write operation>
Prior to the write operation, the input 2-bit data is converted by the data input / output buffer 4 and input to the data circuit 6 ** .

図8は、データ回路6**に入力され、フリップフロップFF1、FF2がラッチする書き込みデータを示す図である。4値データとデータ入出力線IOA、IOB、IOC、IODの関係は図8のとおりである。 FIG. 8 is a diagram showing write data input to the data circuit 6 ** and latched by the flip-flops FF1 and FF2. The relationship between the quaternary data and the data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD is as shown in FIG.

変換された3値データは、カラム活性化信号CENBが“H”で、アドレス信号で指定されたカラム番地のデータ回路に転送される。   The converted ternary data is transferred to the data circuit at the column address designated by the address signal when the column activation signal CENB is “H”.

図9は、書き込み動作を示す動作波形図である。   FIG. 9 is an operation waveform diagram showing a write operation.

時刻t1wに、電圧VAがビット線書き込み制御電圧1Vとなってビット線BLaが1Vとされる。nチャネルMOSトランジスタQn39のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。続いて、信号PREが“L”となってビット線がフローティングにされる。次に、時刻t2wに信号RV2Aが1.5Vとされる。これによって、データ“2”が保持されているカラムではビット線制御電圧0Vがビット線に印加される。nチャネルMOSトランジスタQn32のしきい値を1Vとすると、“0”または“1”書き込み時にはnチャネルMOSトランジスタQn32は“OFF”、“2”書き込み時には“ON”となる。その後、時刻t3wにVRFYBAが0Vになり、データ“0”が保持されているデータ回路からはビット線書き込み制御電圧VCC(例えば5V)がビット線に出力される。   At time t1w, the voltage VA becomes the bit line write control voltage 1V, and the bit line BLa is set to 1V. When a voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn39 becomes a problem, signal BLCA may be boosted. Subsequently, the signal PRE becomes “L” and the bit line is floated. Next, the signal RV2A is set to 1.5 V at time t2w. As a result, the bit line control voltage 0 V is applied to the bit line in the column holding the data “2”. If the threshold value of the n-channel MOS transistor Qn32 is 1V, the n-channel MOS transistor Qn32 is “OFF” when “0” or “1” is written, and “ON” when “2” is written. Thereafter, VRFYBA becomes 0V at time t3w, and the bit line write control voltage VCC (for example, 5V) is output to the bit line from the data circuit in which the data “0” is held.

その結果、“0”書き込みするビット線はVCC、“1”書き込みするビット線は1V、“2”書き込みするビット線は0Vになる。   As a result, the bit line for writing “0” becomes VCC, the bit line for writing “1” becomes 1V, and the bit line for writing “2” becomes 0V.

時刻t1wに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって、選択されたブロックの選択ゲートSG1A、制御ゲートCG1A〜CG4AがVCCとなる。選択ゲートSG2Aは0Vである。次に、選択された制御ゲートCG2Aが高電圧VPP(例えば20V)、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4AがVM(例えば10V)となる。データ“2”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、0Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。データ“1”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、1Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。チャネル電位を1Vにしているのは、“2”データ書き込みより電子の注入量が少なくてよいからである。データ“0”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、チャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差が小さいため、実効的には浮遊ゲートに電子は注入されない。よって、メモリセルのしきい値は変動しない。書き込み動作中、信号SAN1、SAN2、VRFYBB、PREB、BLCBは“H”、信号SAP1、SAP2、RV1A、RV1B、RV2B、ECH1、ECH2は“L”、電圧VBは0Vである。   At time t1w, the selection gate SG1A and the control gates CG1A to CG4A of the selected block become VCC by the control gate / selection gate drive circuit. The selection gate SG2A is 0V. Next, the selected control gate CG2A becomes the high voltage VPP (for example, 20V), and the non-selected control gates CG1A, CG3A, and CG4A become the VM (for example, 10V). In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “2”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 0 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “1”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 1 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. The reason why the channel potential is set to 1 V is that the injection amount of electrons may be smaller than that of “2” data writing. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “0”, the potential difference between the channel potential and the VPP of the control gate is small, so that electrons are not effectively injected into the floating gate. Therefore, the threshold value of the memory cell does not change. During the write operation, the signals SAN1, SAN2, VRFYBB, PREB, and BLCB are “H”, the signals SAP1, SAP2, RV1A, RV1B, RV2B, ECH1, and ECH2 are “L”, and the voltage VB is 0V.

<ベリファイ読み出し動作>
図10は、ベリファイ読み出し動作を示す動作波形図である。
<Verify read operation>
FIG. 10 is an operation waveform diagram showing a verify read operation.

まず、時刻t1RVに、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは2V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2Aは6Vにされる。メモリセルのソース電位は6Vにされる。“0”書き込みの場合にはビット線BLaは3.5V以上になる。“1”書き込み十分の場合にはビット線BLaは2.5V以下に、“1”書き込み不十分の場合には1.5V以上になる。“2”書き込み十分の場合には0.5V以下に、“2”書き込み不十分の場合には0.5V以上になる。ダミービット線BLbはVBから2.5Vに充電される。ダミービット線BLbの電位を“1”読み出し時の3Vよりも0.5Vだけ小さくしているのは、メモリセルを十分に書き込むためである。またnチャネルMOSトランジスタQn40のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。   First, at time t1RV, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 2V, the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to 6V. The source potential of the memory cell is set to 6V. In the case of writing “0”, the bit line BLa becomes 3.5V or more. When “1” writing is sufficient, the bit line BLa is 2.5 V or less, and when “1” writing is insufficient, it is 1.5 V or more. When “2” writing is sufficient, it is 0.5 V or less, and when “2” writing is insufficient, it is 0.5 V or more. The dummy bit line BLb is charged from VB to 2.5V. The reason why the potential of the dummy bit line BLb is made lower by 0.5 V than 3 V at the time of “1” reading is to sufficiently write the memory cells. If the voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn40 becomes a problem, signal BLCA may be boosted.

時刻t2RVにキャパシタQd1、Qd2のノードN1、N2が1.5Vにされた後フローティングにされる。そして、時刻t3RVにVRFYBB1が“H”になる。この時、図7からわかるように、ノードN6が“H”なのは“2”書き込みの場合だけである。従って“2”書き込みするダミービット線BLbはVrefから0.5Vになる。“2”書き込みのダミービット線BLbの電位を“2”読み出し時の1Vよりも0.5Vだけ小さくしているのは、メモリセルを十分に書き込むためである。“0”または“1”書き込みの場合にはN6が“L”なのでnチャネルMOSトランジスタQn4はオフし、ダミービット線BLbは2.5Vを保つ。   At time t2RV, the nodes N1 and N2 of the capacitors Qd1 and Qd2 are set to 1.5 V and then floated. At time t3RV, VRFYBB1 becomes “H”. At this time, as can be seen from FIG. 7, the node N6 is “H” only when “2” is written. Therefore, the dummy bit line BLb for writing “2” is changed from Vref to 0.5V. The reason why the potential of the dummy bit line BLb for “2” writing is made lower by 0.5V than 1V at the time of “2” reading is to sufficiently write the memory cells. In the case of writing “0” or “1”, since N6 is “L”, the n-channel MOS transistor Qn4 is turned off and the dummy bit line BLb is maintained at 2.5V.

時刻t4RVに、BLCA、BLCBがVCC(例えば5V)になり、ビット線BLa、BLbの電位がN1、N2に転送される。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。   At time t4RV, BLCA and BLCB become VCC (for example, 5V), and the potentials of the bit lines BLa and BLb are transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected.

時刻t5RVにRV1Aが1.5Vになる。これによって、データ“0”書き込みするカラムではN1が接地される。nチャネルMOSトランジスタQn24のしきい値を1Vとすると、“1”または“2”書き込み時にはnチャネルMOSトランジスタQn24は“OFF”、“0”書き込み時には“ON”となる。   At time t5RV, RV1A becomes 1.5V. As a result, N1 is grounded in the column to which data “0” is written. If the threshold value of the n-channel MOS transistor Qn24 is 1V, the n-channel MOS transistor Qn24 is “OFF” when “1” or “2” is written, and “ON” when “0” is written.

信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn25のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号RV1A、RV1Bを昇圧すればよい。時刻t4Rに再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1、N2の電圧がセンスされラッチされる。   The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. When the voltage drop corresponding to the threshold value of the n-channel MOS transistors Qn24 and Qn25 becomes a problem, the signals RV1A and RV1B may be boosted. At time t4R, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltages at the nodes N1 and N2 are sensed and latched.

以上のようにして、“1”書き込みデータを保持しているデータ回路では、対応するメモリセルのデータが十分“1”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“1”であれば、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“1”に変更される。メモリセルのデータが“1”でなければ、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“1”に保持される。また、“2”書き込みデータを保持しているデータ回路では、対応するメモリセルのデータが十分“2”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“2”であれば、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“2”でなければ、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“2”に保持される。“0”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   As described above, in the data circuit holding “1” write data, it is detected whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “1” write state. If the data in the memory cell is “1”, the write data is changed to “1” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. If the data in the memory cell is not “1”, the write data is held at “1” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. In the data circuit holding “2” write data, it is detected whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “2” write state. If the data in the memory cell is “2”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. If the data in the memory cell is not “2”, the write data is held at “2” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. The write data of the data circuit holding “0” write data is not changed.

書き込みベリファイ中、信号VRFYBBは“H”、電圧Vsは0Vとする。   During the write verification, the signal VRFYBB is “H” and the voltage Vs is 0V.

“1”書き込みまたは“2”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達していれば、データ回路のノードN4はすべて“L”になる。つまり“1”書き込みまたは“2”書き込みする選択されたすべてのメモリセルが十分に書き込まれると、すべてのデータ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN3が“H”、N4が“L”になる。これを検出すると、“2”書き込みまたは“3”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達したか否かがわかる。“2”書き込みおよび“3”書き込み終了の検出は例えば、図5のように“2”、“3”書き込み終了一括検知トランジスタQn5を用いればよい。ベリファイリード後、VRTを例えばVCCにプリチャージする。“1”または“2”書き込みが不十分なメモリセルが1つでもあると、そのデータ回路のノードN4は“H”なのでnチャネルMOSトランジスタQn5はオンし、VRTは接地される。すべての“1”または“2”書き込みするメモリセルが十分に書き込まれると、データ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN4が“L”になる。その結果、全てのデータ回路内のnチャネルMOSトランジスタQn5がオフになるのでVRTはプリチャージ電位を保つ。 If all the selected memory cells to be written “1” or “2” have reached a desired threshold value, all the nodes N4 of the data circuit become “L”. That "1" write or "2" when all of the memory cell selected for writing is written to enough, all of the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., 6 ** -m-1 , 6 **- m, the node N3 becomes “H” and N4 becomes “L”. When this is detected, it can be determined whether or not all selected memory cells to be written “2” or “3” have reached a desired threshold value. For example, “2” and “3” write end collective detection transistors Qn5 may be used to detect the end of “2” write and “3” write as shown in FIG. After verify read, VRT is precharged to VCC, for example. If even one memory cell is insufficiently written “1” or “2”, the node N4 of the data circuit is “H”, so that the n-channel MOS transistor Qn5 is turned on and VRT is grounded. When all "1" or "2" memory cell to write is written to enough, the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., of 6 ** -m-1, 6 ** -m The node N4 becomes “L”. As a result, the n channel MOS transistors Qn5 in all the data circuits are turned off, so that VRT maintains the precharge potential.

上記第1の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMでは、データの書き込みを行う際に、少なくとも1つのビット線電圧制御回路によって、ビット線を所望のビット線書き込み制御電圧に充電する。このような装置であると、簡単な回路構成を持つ、n(n≧2)値書き込みデータに応じたビット線書き込み制御電圧を、ビット線に印加するビット線電圧制御回路を実現することができる。   In the multi-value storage NAND type EEPROM according to the first embodiment, when writing data, the bit line is charged to a desired bit line write control voltage by at least one bit line voltage control circuit. With such a device, it is possible to realize a bit line voltage control circuit that has a simple circuit configuration and applies a bit line write control voltage corresponding to n (n ≧ 2) value write data to the bit line. .

よって、カラム系回路3の回路規模が、特にセンスアンプ回路、データラッチ回路、ベリファイ回路の数が減ずることによって小さくなり、高集積化に適した不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。   Therefore, the circuit scale of the column system circuit 3 is reduced especially by reducing the number of sense amplifier circuits, data latch circuits, and verify circuits, and a nonvolatile semiconductor memory device suitable for high integration can be obtained.

<実施の形態2>
次に、この発明の第2の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMを説明する。
<Embodiment 2>
Next explained is a multi-value storage NAND type EEPROM according to the second embodiment of the invention.

第1の実施の形態に係るEEPROMは、多値のデータの数を、3値とした例を説明したが、第2の実施の形態に係るEEPROM以降は、多値のデータの数を4値とした例を説明する。   In the EEPROM according to the first embodiment, the example in which the number of multi-value data is ternary has been described. However, after the EEPROM according to the second embodiment, the number of multi-value data is quaternary. An example will be described.

なお、第2の実施の形態に係るEEPROMは、図1、図2に示した構成と同様な構成を持つ。   The EEPROM according to the second embodiment has a configuration similar to that shown in FIGS.

図11は、4値記憶のときのメモリセルトランジスタのしきい値分布を示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the threshold distribution of the memory cell transistor at the time of four-value storage.

EEPROMを4値記憶式とするときには、1つのメモリセルトランジスタMに、4つの書き込み状態を設ける。4つの書き込み状態はそれぞれ、メモリセルトランジスタMのしきい値電圧により、互いに区別される。   When the EEPROM is of a four-value storage type, one memory cell transistor M is provided with four write states. The four write states are distinguished from each other by the threshold voltage of the memory cell transistor M.

図11に示すように、電源電圧VCCが3VであるEEPROMでは、データ“0”の状態は、データ消去後の状態と同じとし、例えば負のしきい値を持たせる。また、データ“1”の状態には、例えば0.5Vから0.8Vの間のしきい値を持たせる。データ“2”の状態には、例えば1.5Vから1.8Vの間のしきい値を持たせる。データ“3”の状態には、例えば2.5Vから2.8Vの間のしきい値を持たせる。   As shown in FIG. 11, in an EEPROM whose power supply voltage VCC is 3V, the state of data “0” is the same as the state after data erasure, and has a negative threshold value, for example. The data “1” state has a threshold value between 0.5 V and 0.8 V, for example. The data “2” state has a threshold value between 1.5V and 1.8V, for example. For the state of data “3”, for example, a threshold value between 2.5 V and 2.8 V is provided.

メモリセルトランジスタMからデータを読み出すときには、制御ゲートCGに、3つの読み出し電圧VCG2R、VCG3R、VCG1Rの順で印加する。   When data is read from the memory cell transistor M, three read voltages VCG2R, VCG3R, and VCG1R are applied to the control gate CG in this order.

まず、制御ゲートCGに、読み出し電圧VCG2Rを印加する。これにより、メモリセルトランジスタMが「ON」するか「OFF」するかで、記憶されているデータが「“0”、“1”」か、「“2”、“3”」かが検出される。続けて、読み出し電圧VCG3Rを印加すると、記憶されているデータが「“2”」か、「“3”」かが検出され、さらに、読み出し電圧VCG1Rを印加すると、データが「“0”」か、「“1”」かが検出される。読み出し電圧VCG1R、VCG2R、VCG3Rの一つの例は、それぞれ0V、1V、2Vである。   First, the read voltage VCG2R is applied to the control gate CG. Thus, whether the stored data is “0”, “1”, “2”, “3” is detected depending on whether the memory cell transistor M is “ON” or “OFF”. The Subsequently, when the read voltage VCG3R is applied, whether the stored data is “2” or “3” is detected, and when the read voltage VCG1R is further applied, whether the data is “0”. , “1” is detected. One example of the read voltages VCG1R, VCG2R, and VCG3R is 0V, 1V, and 2V, respectively.

また、図11に示す電圧VCG1V、VCG2V、VCG3Vは、ベリファイ読み出し電圧と呼ばれるもので、データが十分に書き込まれたか否かをチェックするとき(ベリファイ動作)に使用される読み出し電圧である。ベリファイ読み出し電圧は、データを書き込んだ後に制御ゲートCGに印加される。ベリファイ読み出し電圧が制御ゲートCGに印加されたとき、メモリセルトランジスタMが「ON」するか「OFF」するかで、メモリセルトランジスタMのしきい値が、書き込まれたデータに応じた範囲までシフトされているか否かを知ることができる。これを利用して、十分な書き込みが行われたか否かをチェックする。ベリファイ読み出し電圧VCG1V、VCG2V、VCG3Vの一つの例は、それぞれ0.5V、1.5V、2.5Vである。   Also, the voltages VCG1V, VCG2V, and VCG3V shown in FIG. 11 are called verify read voltages, and are read voltages used when checking whether data is sufficiently written (verify operation). The verify read voltage is applied to the control gate CG after writing data. When the verify read voltage is applied to the control gate CG, the threshold value of the memory cell transistor M is shifted to a range corresponding to the written data depending on whether the memory cell transistor M is “ON” or “OFF”. You can know if it is. Using this, it is checked whether or not sufficient writing has been performed. One example of the verify read voltages VCG1V, VCG2V, and VCG3V is 0.5V, 1.5V, and 2.5V, respectively.

図12は、この発明の第2の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図である。図12に示すデータ回路は、4値記憶を例に構成されている。   FIG. 12 is a circuit diagram of a data circuit included in the EEPROM according to the second embodiment of the present invention. The data circuit shown in FIG. 12 is configured with quaternary storage as an example.

図12に示すように、nチャネルMOSトランジスタQn21、Qn22、Qn23とpチャネルMOSトランジスタQp9、Qp10、Qp11により構成されるフリップフロップFF1と、nチャネルMOSトランジスタQn29、Qn30、Qn31とpチャネルMOSトランジスタQp16、Qp17、Qp18により構成されるFF2とには、書き込み/読み出しデータがラッチされる。また、これらはセンスアンプとしても動作する。   As shown in FIG. 12, flip-flop FF1 composed of n-channel MOS transistors Qn21, Qn22, Qn23 and p-channel MOS transistors Qp9, Qp10, Qp11, n-channel MOS transistors Qn29, Qn30, Qn31 and p-channel MOS transistor Qp16 , Qp17, Qp18, and write / read data are latched in FF2. These also operate as sense amplifiers.

フリップフロップFF1、FF2は、「“0”書き込みをするか、“1”書き込みをするか、“2”書き込みをするか、“3”書き込みをするか」を書き込みデータ情報としてラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持しているか、“1”の情報を保持しているか、“2”の情報を保持しているか、“3”の情報を保持しているか」を読み出しデータ情報としてセンスしラッチする。   The flip-flops FF1 and FF2 latch “write as“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”write, or“ 3 ”write” as write data information, and the memory cell. Reads “data holding“ 0 ”,“ 1 ”holding,“ 2 ”holding,“ 3 ”holding”, etc. Sense and latch.

データ入出力線IOA、IOBとフリップフロップFF1は、nチャネルMOSトランジスタQn28、Qn27を介して接続される。データ入出力線IOC、IODとフリップフロップFF2は、nチャネルMOSトランジスタQn35、Qn36を介して接続される。データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODは、図1に示したデータ入出力バッファ5にも接続される。   Data input / output lines IOA, IOB and flip-flop FF1 are connected via n-channel MOS transistors Qn28, Qn27. Data input / output lines IOC, IOD and flip-flop FF2 are connected via n-channel MOS transistors Qn35, Qn36. Data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD are also connected to data input / output buffer 5 shown in FIG.

nチャネルMOSトランジスタQn27、Qn28、Qn35、Qn36のゲートは、NAND論理回路G2とインバータI4で構成されるカラムアドレスデコーダの出力に接続される。nチャネルMOSトランジスタQn26、Qn34は、それぞれフリップフロップFF1、FF2を信号ECH1、ECH2が“H”となってイコライズする。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn32は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd1の接続を制御する。nチャネルMOSトランジスタQn25、Qn33は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd2の接続を制御する。   The gates of n-channel MOS transistors Qn27, Qn28, Qn35, Qn36 are connected to the output of a column address decoder composed of NAND logic circuit G2 and inverter I4. The n-channel MOS transistors Qn26 and Qn34 equalize the flip-flops FF1 and FF2 with the signals ECH1 and ECH2 being “H”, respectively. N-channel MOS transistors Qn24 and Qn32 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd1. N-channel MOS transistors Qn25 and Qn33 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd2.

pチャネルMOSトランジスタQp12、Qp13で構成される回路は、活性化信号VRFYBAによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。pチャネルMOSトランジスタQp14、Qp15で構成される回路は、活性化信号VRFYBBによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn1、Qn2で構成される回路は、活性化信号VRFYBA1によって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn3、Qn4で構成される回路は、活性化信号VRFYBB1によって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。   The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp12 and Qp13 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBA. The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp14 and Qp15 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1 and Qn2 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBA1. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBB1.

MOSキャパシタQd1、Qd2は、ディプリーション型nチャネルMOSトランジスタで構成され、ビット線容量より十分小さくされる。nチャネルMOSトランジスタQn37は、信号PREAによってMOSキャパシタQd1を電圧VAに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn38は、信号PREBによってMOSキャパシタQd2を電圧VBに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn39、Qn40は、信号BLCA、BLCBによって、データ回路3とビット線BLa、BLbの接続をそれぞれ制御する。nチャネルMOSトランジスタQn37、Qn38で構成される回路はビット線電圧制御回路を兼ねる。pチャネルMOSトランジスタQp12、Qp13で構成される回路、pチャネルMOSトランジスタQp14、Qp15で構成される回路、nチャネルMOSトランジスタQn1、Qn2で構成される回路、およびnチャネルMOSトランジスタQn3、Qn4で構成される回路は、ビット線電圧制御回路でもある。また、フリップフロップFF2とnチャネルMOSトランジスタQn32、Qn33で構成される回路もビット線電圧制御回路を兼ねる。   MOS capacitors Qd1 and Qd2 are composed of depletion type n-channel MOS transistors, and are sufficiently smaller than the bit line capacitance. N channel MOS transistor Qn37 charges MOS capacitor Qd1 to voltage VA by signal PREA. N channel MOS transistor Qn38 charges MOS capacitor Qd2 to voltage VB by signal PREB. N-channel MOS transistors Qn39 and Qn40 control connection between the data circuit 3 and the bit lines BLa and BLb, respectively, by signals BLCA and BLCB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn37 and Qn38 also serves as a bit line voltage control circuit. A circuit composed of p-channel MOS transistors Qp12 and Qp13, a circuit composed of p-channel MOS transistors Qp14 and Qp15, a circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1 and Qn2, and composed of n-channel MOS transistors Qn3 and Qn4 This circuit is also a bit line voltage control circuit. Further, the circuit constituted by the flip-flop FF2 and the n-channel MOS transistors Qn32 and Qn33 also serves as a bit line voltage control circuit.

次に、このように構成されたEEPROMの動作を、動作波形図に従って説明する。以下では制御ゲートCG2Aが選択されている場合を示す。   Next, the operation of the thus configured EEPROM will be described with reference to an operation waveform diagram. Hereinafter, a case where the control gate CG2A is selected is shown.

<読み出し動作>
図13は、読み出し動作を示す動作波形図である。
<Read operation>
FIG. 13 is an operation waveform diagram showing a read operation.

図13に示すように、まず、時刻t1Rに、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離され、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。続いて、時刻t2Rに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは1V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が1V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が1V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後、時刻t3Rに信号BLCA、BLCBが“H”となりビット線のデータがMOSキャパシタQd1、Qd2に転送される。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、選択された制御ゲートが2Vにされる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。時刻t4Rに再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1、N2の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”または“1”か、或いは“2”または“3”か」がフリップフロップFF1によってセンスされ、その情報はラッチされる。   As shown in FIG. 13, first, at time t1R, the voltages VA and VB become 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals BLCA and BLCB become “L”, the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected, and the bit lines BLa and BLb are in a floating state. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Subsequently, at time t2R, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 1V, the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. If the threshold value of the selected memory cell is 1V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 1V or more, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, at time t3R, the signals BLCA and BLCB become “H”, and the bit line data is transferred to the MOS capacitors Qd1 and Qd2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, the selected control gate is set to 2V. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. At time t4R, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltages at the nodes N1 and N2 are sensed and latched. Thus, “whether the data of the memory cell is“ 0 ”or“ 1 ”,“ 2 ”or“ 3 ”” is sensed by the flip-flop FF1, and the information is latched.

次に、時刻t5Rに信号PREA、PREBが“H”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後、時刻t6Rに信号BLCA、BLCBが“H”とされる。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻t7Rに再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、メモリセルのデータが“3”か否かがフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   Next, at time t5R, the signals PREA and PREB become “H”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or more, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, the signals BLCA and BLCB are set to “H” at time t6R. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. At time t7R, the signals SAN2 and SAP2 again become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, whether or not the data in the memory cell is “3” is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図14は、時刻t7RのときにフリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチしている読み出しデータを示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2 at time t7R.

最後にメモリセルに書き込まれたデータが「“0”か否か」がセンスされる。まず時刻t8Rに、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vに充電された後、フローティングになる。また、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2もフローティング状態になる。続いて、時刻t9Rに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは0V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後、時刻t10Rに信号BLCA、BLCBが“H”となりビット線のデータがMOSキャパシタQd1、Qd2に転送される。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。MOSキャパシタのデータをセンスするに先立ち、時刻t11RにVRFYBA1がVCCになる。図14からわかるように、ノードN5が“high level”なのは“3”データの場合のみである。従って“3”データの場合のみnチャネルMOSトランジスタQn2がオンし、ノードN1は接地される。そして、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻t12Rに再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”か否か」がフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   Finally, it is sensed whether the data written in the memory cell is “0” or not. First, at time t8R, the bit lines BLa and BLb are charged to 1.8 V and 1.5 V, respectively, and then float. Further, the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are also in a floating state. Subsequently, at time t9R, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 0V, and the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, at time t10R, the signals BLCA and BLCB become “H”, and the bit line data is transferred to the MOS capacitors Qd1 and Qd2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Prior to sensing the data of the MOS capacitor, VRFYBA1 becomes VCC at time t11R. As can be seen from FIG. 14, the node N5 is “high level” only in the case of “3” data. Therefore, only in the case of “3” data, the n-channel MOS transistor Qn2 is turned on and the node N1 is grounded. Then, the signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. At time t12R, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 0 ”or not” is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図15は、フリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチする読み出しデータを示す図である。   FIG. 15 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2.

以上の読み出し動作の結果、4値のデータが図15のようにフリップフロップFF1、FF2にラッチされる。   As a result of the above read operation, quaternary data is latched in the flip-flops FF1 and FF2 as shown in FIG.

図中の各データのしきい値分布は次のとおりである。   The threshold distribution of each data in the figure is as follows.

データ“0”・・・しきい値:0V以下
データ“1”・・・しきい値0.5V以上0.8V以下
データ“2”・・・しきい値1.5V以上1.8V以下
データ“3”・・・しきい値2.5V以上2.8V以下
読み出し中、信号VRFYBA、VRFYBBは“H”である。また、電圧Vs(Vsa、Vsb)は0Vとする。
Data “0”: Threshold value: 0 V or less Data “1”: Threshold value 0.5 V or more and 0.8 V or less Data “2”: Threshold value 1.5 V or more and 1.8 V or less Data “3”... Threshold value 2.5 V or more and 2.8 V or less During reading, the signals VRFYBA and VRFYBB are “H”. The voltage Vs (Vsa, Vsb) is 0V.

カラムアドレスデコーダに入力されるカラム活性化信号CENBが“H”となると、アドレス信号によって選択されたデータ回路に保持されているデータがデータ入出力線IOA、IOB、IOC、IODに出力され、データ入出力バッファ5を介してEEPROM外部へ出力される。   When the column activation signal CENB input to the column address decoder becomes “H”, the data held in the data circuit selected by the address signal is output to the data input / output lines IOA, IOB, IOC, IOD, and the data The data is output outside the EEPROM via the input / output buffer 5.

メモリセルに記憶されているデータ、しきい値、データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODに読み出し後に出力されるレベルの関係は、図15のとおりである。   The relationship among the data stored in the memory cell, the threshold value, and the level output after reading to the data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD is as shown in FIG.

チップ外部への出力データは、データ入出力バッファ5でデータ入力線IOA、IOB、IOC、IODに出力された信号をもとに変換したものもよい。   Output data to the outside of the chip may be converted based on signals output to the data input lines IOA, IOB, IOC, and IOD by the data input / output buffer 5.

<書き込み動作>
図16は、書き込み動作の概略を示す概略図である。
<Write operation>
FIG. 16 is a schematic diagram showing an outline of the write operation.

図16に示すように、まず、書き込みデータがフリップフロップFF1、FF2にロードされる。その後、プログラム第1サイクルで“2”データおよび“3”データがほぼ同時に書き込まれる。そして“2”データ、“3”データが十分書き込まれたかを調べるベリファイリード第1サイクルが行われ、書き込み不十分のメモリセルがある場合には、再書き込みが行われる。“2”書き込みおよび“3”書き込みするメモリセルがすべて十分に書き込まれると、次に“1”書き込みするメモリセルにほぼ同時に書き込みが行われる(プログラム第2サイクル)。そして“1”書き込みが十分に行われたかを調べるベリファイリード第2サイクルが行われる。“1”書き込み不十分のメモリセルには再書き込みが行われ、またすべてのメモリセルが十分に書き込まれると書き込みが終了する。   As shown in FIG. 16, first, write data is loaded into the flip-flops FF1 and FF2. Thereafter, “2” data and “3” data are written almost simultaneously in the first program cycle. Then, a first verify read cycle is performed to check whether “2” data and “3” data are sufficiently written. If there is a memory cell that is insufficiently written, rewriting is performed. When all of the memory cells to be written “2” and “3” are sufficiently written, the memory cell to be written “1” next is written almost simultaneously (program second cycle). Then, a second verify read cycle for checking whether the “1” write has been sufficiently performed is performed. Rewriting is performed on a memory cell in which “1” is insufficiently written, and writing is completed when all the memory cells are sufficiently written.

以下、プログラム第1サイクル、ベリファイリード第1サイクル、プログラム第2サイクル、ベリファイリード第2サイクルの順に詳細に説明する。   Hereinafter, the first program cycle, the first verify read cycle, the second program cycle, and the second verify read cycle will be described in detail.

(1)プログラム第1サイクル
書き込み動作前に、入力された2ビット分のデータは、データ入出力バッファ4で変換されて、データ回路6**に入力される。
(1) Program First Cycle Before the write operation, the input 2-bit data is converted by the data input / output buffer 4 and input to the data circuit 6 ** .

図17は、データ回路6**に入力され、フリップフロップFF1、FF2がラッチする書き込みデータを示す図である。4値データとデータ入出力線IOA、IOB、IOC、IODの関係は図17のとおりである。 FIG. 17 is a diagram showing write data input to the data circuit 6 ** and latched by the flip-flops FF1 and FF2. The relationship between the quaternary data and the data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD is as shown in FIG.

変換された4値データは、カラム活性化信号CENBが“H”で、アドレス信号で指定されたカラム番地のデータ回路に転送される。   The converted quaternary data is transferred to the data circuit at the column address designated by the address signal when the column activation signal CENB is “H”.

図18は、書き込み動作(プログラム第1サイクル)を示す動作波形図である。   FIG. 18 is an operation waveform diagram showing a write operation (program first cycle).

時刻t1wに、電圧VAがビット線書き込み制御電圧1Vとなってビット線BLaが1Vとされる。nチャネルMOSトランジスタQn39のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。続いて、信号PREが“L”となってビット線がフローティングにされる。次に、時刻t2wに信号RV2Aが1.5Vとされる。これによって、データ“1”または“3”が保持されているカラムではビット線制御電圧0Vがビット線に印加される。nチャネルMOSトランジスタQn32のしきい値を1Vとすると、“0”または“2”書き込み時にはnチャネルMOSトランジスタQn32は“OFF”、“1”または“3”書き込み時には“ON”となる。その後、時刻t3wにVRFYBAが0Vになり、データ“0”またはデータ“1”が保持されているデータ回路からはビット線書き込み制御電圧VCCがビット線に出力される。   At time t1w, the voltage VA becomes the bit line write control voltage 1V, and the bit line BLa is set to 1V. When a voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn39 becomes a problem, signal BLCA may be boosted. Subsequently, the signal PRE becomes “L” and the bit line is floated. Next, the signal RV2A is set to 1.5 V at time t2w. As a result, the bit line control voltage 0 V is applied to the bit line in the column holding the data “1” or “3”. Assuming that the threshold value of the n-channel MOS transistor Qn32 is 1V, the n-channel MOS transistor Qn32 is “OFF” when “0” or “2” is written, and “ON” when “1” or “3” is written. Thereafter, VRFYBA becomes 0 V at time t3w, and the bit line write control voltage VCC is output to the bit line from the data circuit holding the data “0” or data “1”.

その結果、“0”書き込みまたは“1”書き込みするビット線はVCC、“2”書き込みするビット線は1V、“3”書き込みするビット線は0Vになる。   As a result, the bit line for writing “0” or “1” becomes VCC, the bit line for writing “2” becomes 1V, and the bit line for writing “3” becomes 0V.

時刻t1wに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって、選択されたブロックの選択ゲートSG1A、制御ゲートCG1A〜CG4AがVCCとなる。選択ゲートSG2Aは0Vである。次に、選択された制御ゲートCG2Aが高電圧VPP(例えば20V)、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4AがVM(例えば10V)となる。データ“3”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、0Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。データ“2”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、1Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。チャネル電位を1Vにしているのは、“3”データ書き込みより電子の注入量が少なくてよいからである。データ“0”またはデータ“1”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、チャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差が小さいため、実効的には浮遊ゲートに電子は注入されない。よって、メモリセルのしきい値は変動しない。書き込み動作中、信号SAN1、SAN2、VRFYBB、PREB、BLCBは“H”、信号SAP1、SAP2、RV1A、RV1B、RV2B、ECH1、ECH2は“L”、電圧VBは0Vである。   At time t1w, the selection gate SG1A and the control gates CG1A to CG4A of the selected block become VCC by the control gate / selection gate drive circuit. The selection gate SG2A is 0V. Next, the selected control gate CG2A becomes the high voltage VPP (for example, 20V), and the non-selected control gates CG1A, CG3A, and CG4A become the VM (for example, 10V). In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “3”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 0 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “2”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 1 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. The reason why the channel potential is set to 1 V is that the injection amount of electrons may be smaller than that of “3” data writing. In a memory cell corresponding to a data circuit holding data “0” or data “1”, the potential difference between the channel potential and the VPP of the control gate is small, so that electrons are not effectively injected into the floating gate. Therefore, the threshold value of the memory cell does not change. During the write operation, the signals SAN1, SAN2, VRFYBB, PREB, and BLCB are “H”, the signals SAP1, SAP2, RV1A, RV1B, RV2B, ECH1, and ECH2 are “L”, and the voltage VB is 0V.

(2)ベリファイ読み出し第1サイクル
書き込み動作後、“2”書き込みするメモリセルと“3”書き込みするメモリセルのしきい値を検出する(書き込みベリファイ)。もし、所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータを“0”に変更する。もし、所望のしきい値に達していなければ、データ回路のデータを保持して再度書き込み動作を行う。書き込み第1サイクルと書き込みベリファイ第1サイクルは全ての“2”書き込みするメモリセルおよび“3”書き込みするメモリセルが所望のしきい値に達するまで繰り返される。
(2) Verify Read First Cycle After the write operation, the threshold values of the memory cell for writing “2” and the memory cell for writing “3” are detected (write verify). If the desired threshold value is reached, the data in the data circuit is changed to “0”. If the desired threshold value has not been reached, the data in the data circuit is held and the write operation is performed again. The first write cycle and the first write verify cycle are repeated until all “2” -written memory cells and “3” -written memory cells reach a desired threshold value.

図19は、ベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第1サイクル)を示す動作波形図である。   FIG. 19 is an operation waveform diagram showing a verify read operation (verify read first cycle).

まず、時刻t1vに、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離され、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。続いて時刻t2vに、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは1.5V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が1.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が1.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t3vに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t4vに、信号RV2Aが例えばVCC以下の1.5Vとされる。nチャネルMOSトランジスタQn32のしきい値が1Vの場合、“3”書き込みデータが保持されているデータ回路ではnチャネルMOSトランジスタQn32は“ON”で、ノードN1は0Vとなる。“2”書き込みデータが保持されているデータ回路で、メモリセルが十分に“2”書き込みされている場合にはnチャネルMOSトランジスタQn32は“OFF”で、ノードN1は1.5V以上に保たれる。“2”書き込み不十分の場合には、ノードN1は1.5V以下である。なお、この間に、選択された制御ゲートは2.5Vとされる。時刻t5vに信号VRFYBAが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp13が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、時刻t6vにノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、“2”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“2”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“2”であれば、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“2”でなければ、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“2”に保持される。“0”または“1”または“3”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   First, at time t1v, the voltages VA and VB become 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals BLCA and BLCB become “L”, the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected, and the bit lines BLa and BLb are in a floating state. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Subsequently, at time t2v, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 1.5V, the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. . If the threshold value of the selected memory cell is 1.5V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 1.5V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. At time t3v, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, at time t4v, the signal RV2A is set to 1.5 V, for example, equal to or lower than VCC. When the threshold value of n channel MOS transistor Qn32 is 1V, in a data circuit holding “3” write data, n channel MOS transistor Qn32 is “ON” and node N1 is 0V. In the data circuit in which “2” write data is held and the memory cell is sufficiently written “2”, the n-channel MOS transistor Qn32 is “OFF” and the node N1 is kept at 1.5 V or higher. It is. When “2” writing is insufficient, the node N1 is 1.5V or less. During this time, the selected control gate is set to 2.5V. When the signal VRFYBA becomes “L” at time t5v, in the data circuit holding “0” or “1” write data, the p-channel MOS transistor Qp13 is “ON” and the node N1 becomes VCC. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. Again, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched at time t6v. Thus, only the data circuit holding “2” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “2” write state. If the data in the memory cell is “2”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. If the data in the memory cell is not “2”, the write data is held at “2” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. The write data of the data circuit holding “0”, “1” or “3” write data is not changed.

次に、選択された制御ゲートが2.5Vになっているので、選択されたメモリセルのしきい値が2.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が2.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後時刻t7vに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、信号VRFYBCが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路、および“2”書き込みが十分に行われたデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp12Cが“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。その後時刻t8vに、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   Next, since the selected control gate is set to 2.5V, if the threshold value of the selected memory cell is 2.5V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 2.5V or more, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, at time t7v, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potentials of the bit lines are transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBC becomes “L”, in the data circuit in which “0” or “1” write data is held and the data circuit in which “2” write is sufficiently performed, the p-channel MOS transistor Qp12C “ON”, and the node N1 becomes VCC. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. Thereafter, at time t8v, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

この後、図19に示されるように、書き込みデータの変換が更に行われる。時刻t9vに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t10vに、信号VRFYBA1が“H”となると、“0”または“2”書き込みデータが保持されているデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。その後時刻t11vに、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   Thereafter, as shown in FIG. 19, conversion of write data is further performed. At time t9v, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA1 becomes “H” at time t10v, in the data circuit in which “0” or “2” write data is held, the n-channel MOS transistor Qn2 is “ON” and the node N1 is connected to VCC. Become. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Thereafter, at time t11v, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

上記第2の実施の形態では、時刻t10vにVRFYBA1をVCCにすることにより、“0”書き込みおよび“2”書き込みする場合のMOSキャパシタQd1のノードN1を、ノードN2の電位(1.5V)よりも高くなるように充電している。t10vにRV2Bを例えば1.5Vにしても良い。この場合、“0”書き込みまたは“2”書き込みの場合には、ノードN6が0VなのでnチャネルMOSトランジスタQn33がオンし、N2は0Vになる。一方、“1”または“3”書き込みの場合には、ノードN6がVCC、N2が1.5VなのでnチャネルMOSトランジスタQn33はオフし、N2は1.5Vを保たれる。時刻t10vにVRFYBA1をVCCにして行う、“0”書き込みおよび“2”書き込みする場合のN1への充電はN2の電位(0V)よりも大きければよいので、N1の充電は例えば0.5V程度の低い電圧でよい。   In the second embodiment, by setting VRFYBA1 to VCC at time t10v, the node N1 of the MOS capacitor Qd1 when “0” writing and “2” writing are performed from the potential (1.5 V) of the node N2. The battery is charged to be higher. RV2B may be set to 1.5 V, for example, at t10v. In this case, in the case of “0” write or “2” write, since the node N6 is 0V, the n-channel MOS transistor Qn33 is turned on, and N2 becomes 0V. On the other hand, when “1” or “3” is written, since the node N6 is VCC and N2 is 1.5V, the n-channel MOS transistor Qn33 is turned off and N2 is maintained at 1.5V. At time t10v, VRFYBA1 is set to VCC. When “0” writing and “2” writing are performed, charging to N1 only needs to be larger than the potential of N2 (0V). A low voltage is sufficient.

以上のようにして、“3”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“3”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“3”であれば、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“3”でなければ、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“3”に保持される。“0”または“1”または“2”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   As described above, only the data circuit holding the “3” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “3” write state. If the data in the memory cell is “3”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. If the data in the memory cell is not “3”, the write data is held at “3” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. The write data of the data circuit holding “0”, “1” or “2” write data is not changed.

書き込みベリファイ中、信号VRFYBBは“H”、電圧Vsは0Vとする。   During the write verification, the signal VRFYBB is “H” and the voltage Vs is 0V.

図20は、“2”または“3”書き込みが充分に行われた後、フリップフロップFF1、FF2が、ラッチしているデータを示す図である。   FIG. 20 is a diagram showing data latched by the flip-flops FF1 and FF2 after “2” or “3” writing is sufficiently performed.

“2”書き込みまたは“3”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータは図20のようになる。つまり“2”書き込みまたは“3”書き込みする選択されたすべてのメモリセルが十分に書き込まれると、すべてのデータ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN3が“H”、N4が“L”になる。これを検出すると、“2”書き込みまたは“3”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達したか否かがわかる。 If all the selected memory cells to be written “2” or “3” have reached the desired threshold value, the data in the data circuit is as shown in FIG. That "2" writing or "3" When all the memory cells selected for writing is written to enough, all of the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., 6 ** -m-1 , 6 **- m, the node N3 becomes “H” and N4 becomes “L”. When this is detected, it can be determined whether or not all selected memory cells to be written “2” or “3” have reached a desired threshold value.

図21は、書き込み終了一括検知トランジスタを有したデータ回路の回路図である。   FIG. 21 is a circuit diagram of a data circuit having a write completion batch detection transistor.

“2”書き込みおよび“3”書き込み終了の検出は、例えば図21に示されるような“2”、“3”書き込み終了一括検知トランジスタQn5を用いればよい。VRTは、ベリファイリード第1サイクル後、例えばVCCにプリチャージされる。“2”または“3”書き込みが不十分なメモリセルが1つでもあると、そのデータ回路のノードN4は“H”なのでnチャネルMOSトランジスタQn5はオンし、VRTは接地される。すべての“2”または“3”書き込みするメモリセルが十分に書き込まれると、データ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN4が“L”になる。その結果、全てのデータ回路内のnチャネルMOSトランジスタQn5がオフし、VRTはプリチャージ電位を保つ。 For example, “2” and “3” write end collective detection transistors Qn5 as shown in FIG. 21 may be used to detect the end of “2” write and “3” write. VRT is precharged to, for example, VCC after the first verify read cycle. If even one memory cell is insufficiently written “2” or “3”, the node N4 of the data circuit is “H”, so that the n-channel MOS transistor Qn5 is turned on and VRT is grounded. When all "2" or "3" memory cell write is written to enough, the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., of 6 ** -m-1, 6 ** -m The node N4 becomes “L”. As a result, the n channel MOS transistors Qn5 in all the data circuits are turned off, and VRT maintains the precharge potential.

(3)プログラム第2サイクル
“2”および“3”書き込みがすべて終了した後は、“1”書き込み(プログラム第2サイクル)が行われる。“1”書き込み時のフリップフロップのノード電位は図20である。つまり“1”書き込みの場合には、ノードN5が“L”になりビット線に書き込み電位が印加され、“1”書き込み以外ではノードN5が“H”になり、ビット線に書き込み非選択電位が印加される。
(3) Program Second Cycle After all “2” and “3” writes are completed, “1” write (program second cycle) is performed. FIG. 20 shows the node potential of the flip-flop when “1” is written. That is, in the case of “1” write, the node N5 becomes “L” and the write potential is applied to the bit line, and the node N5 becomes “H” except for “1” write, and the write non-selection potential is applied to the bit line. Applied.

図22は、書き込み動作(プログラム第2サイクル)を示す動作波形図である。   FIG. 22 is an operation waveform diagram showing a write operation (program second cycle).

時刻t1pに、電圧VRFYBA1が“H”になり、“0”または“2”または“3”書き込みするビット線BLaが書き込み非選択電圧VCCに充電される。nチャネルMOSトランジスタQn39のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。続いて、信号RV2AがVCCとされる。これによって、データ“0”または“2”または“3”が保持されているデータ回路からは書き込み非選択電圧VCCがビット線BLaに印加される。データ“1”が保持されているデータ回路からはビット線BLaに書き込みビット線電位0Vが印加される。   At time t1p, the voltage VRFYBA1 becomes “H”, and the bit line BLa on which “0”, “2” or “3” is written is charged to the write non-select voltage VCC. When a voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn39 becomes a problem, signal BLCA may be boosted. Subsequently, the signal RV2A is set to VCC. As a result, the write non-select voltage VCC is applied to the bit line BLa from the data circuit holding the data “0”, “2” or “3”. A write bit line potential of 0 V is applied to the bit line BLa from the data circuit holding the data “1”.

制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって、選択されたブロックの選択ゲートSG1A、制御ゲートCG1A〜CG4AがVCCとなる。選択ゲートSG2Aは0Vである。次に、時刻t2pに選択された制御ゲートCG2Aが高電圧VPP(例えば20V)、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4AがVM(例えば10V)となる。データ“1”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、0Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。データ“0”または“2”または“3”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、チャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差が小さいため、実効的には浮遊ゲートに電子は注入されない。よって、メモリセルのしきい値は変動しない。書き込み動作中、信号SAN1、SAN2、VRFYBB、PREB、BLCBは“H”、信号SAP1、SAP2、RV1A、RV1B、ECH1、ECH2は“L”、電圧VBは0Vである。   The selection gate SG1A and the control gates CG1A to CG4A of the selected block become VCC by the control gate / selection gate drive circuit. The selection gate SG2A is 0V. Next, the control gate CG2A selected at time t2p becomes the high voltage VPP (for example, 20V), and the non-selection control gates CG1A, CG3A, and CG4A become VM (for example, 10V). In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “1”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 0 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. In a memory cell corresponding to a data circuit holding data “0”, “2”, or “3”, the potential difference between the channel potential and the VPP of the control gate is small, so that electrons are not effectively injected into the floating gate. . Therefore, the threshold value of the memory cell does not change. During the write operation, the signals SAN1, SAN2, VRFYBB, PREB, and BLCB are “H”, the signals SAP1, SAP2, RV1A, RV1B, ECH1, and ECH2 are “L”, and the voltage VB is 0V.

(4)ベリファイ読み出し第2サイクル
書き込み第2サイクル終了後、“1”書き込みするメモリセルのしきい値を検出する(書き込みベリファイ第2サイクル)。もし、所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータを“0”に変更する。もし、所望のしきい値に達していなければ、データ回路のデータを保持して再度書き込み動作を行う。書き込み動作と書き込みベリファイは全ての“1”書き込みするメモリセルが所望のしきい値に達するまで繰り返される。
(4) Second Verify Read Cycle After the second write cycle is completed, the threshold value of the memory cell to which “1” is written is detected (write verify second cycle). If the desired threshold value is reached, the data in the data circuit is changed to “0”. If the desired threshold value has not been reached, the data in the data circuit is held and the write operation is performed again. The write operation and the write verify are repeated until all memory cells to which “1” is written reach a desired threshold value.

図23は、ベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第2サイクル)を示す動作波形図である。   FIG. 23 is an operation waveform diagram showing a verify read operation (verify read second cycle).

まず、時刻、t1yに、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離され、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。続いて時刻t2yに、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは0.5V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が0.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が0.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t3yに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、時刻t4yに信号VRFYBA1が“H”となると、“0”または“2”または“3”書き込みデータが保持されているデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。   First, at time t1y, the voltages VA and VB become 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals BLCA and BLCB become “L”, the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected, and the bit lines BLa and BLb are in a floating state. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Subsequently, at time t2y, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 0.5V, the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. . If the threshold value of the selected memory cell is 0.5V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 0.5V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. At time t3y, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA1 becomes “H” at time t4y, in the data circuit holding “0”, “2” or “3” write data, the n-channel MOS transistor Qn2 is “ON” and the node N1 becomes VCC.

信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、時刻t5yにノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、“1”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“1”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“1”であれば、フリップフロップFF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“1”でなければ、フリップフロップFF1でノードN2の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“1”に保持される。“0”または“2”または“3”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Again, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, whereby the voltage at the node N1 is sensed and latched at time t5y. As a result, only the data circuit holding the “1” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “1” write state. If the data in the memory cell is “1”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF2. If the data in the memory cell is not “1”, the write data is held at “1” by sensing and latching the voltage at the node N2 by the flip-flop FF1. Write data of the data circuit holding “0”, “2” or “3” write data is not changed.

図24は、“1”書き込みが充分に行われた後、フリップフロップFF1、FF2が、ラッチしているデータを示す図である。   FIG. 24 is a diagram showing data latched by the flip-flops FF1 and FF2 after "1" is sufficiently written.

“1”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータは図24のようになる。つまり“1”書き込みするすべてのメモリセルが十分に書き込まれると、すべてのデータ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN5が“H”、N6が“L”になる。これを検出すると、全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達したか否かがわかる。 If all the selected memory cells to be written “1” have reached the desired threshold value, the data in the data circuit is as shown in FIG. That "1" when all of the memory cell write is written to enough, all of the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., of 6 ** -m-1, 6 ** -m node N5 becomes “H” and N6 becomes “L”. When this is detected, it can be determined whether or not all selected memory cells have reached a desired threshold value.

プログラムサイクル2の書き込み終了の検出は、例えば図21に示されるような書き込み終了一括検知トランジスタQn6を用いればよい。VREDは、ベリファイリード第2サイクル後、例えばVCCにプリチャージされる。“1”書き込みが不十分なメモリセルが1つでもあると、そのデータ回路のノードN6は“H”なのでnチャネルMOSトランジスタQn6はオンし、VREDは接地される。すべてのメモリセルが十分に書き込まれると、データ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN6が“L”になる。その結果、全てのデータ回路内のnチャネルMOSトランジスタQn6がオフし、VREDはプリチャージ電位を保つ。 For example, a write end batch detection transistor Qn6 as shown in FIG. 21 may be used to detect the write end of the program cycle 2. VRED is precharged to, for example, VCC after the second verify read cycle. If even one memory cell is insufficiently written with “1”, the node N6 of the data circuit is “H”, so that the n-channel MOS transistor Qn6 is turned on and VRED is grounded. When all memory cells are written to enough, the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., the node N6 of 6 ** -m-1, 6 ** -m becomes "L". As a result, the n-channel MOS transistors Qn6 in all the data circuits are turned off, and VRED maintains the precharge potential.

以上、第2の実施の形態に係るEEPROMを説明したが、ベリファイ読み出し、書き込み、通常の読み出し等は、他の動作が可能である。   Although the EEPROM according to the second embodiment has been described above, other operations are possible for verify read, write, normal read, and the like.

図25は、他のベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第1サイクル)を示す動作波形図である。   FIG. 25 is an operation waveform diagram showing another verify read operation (verify read first cycle).

例えばベリファイ読み出し第1サイクルは、図25の動作波形図のように動作させても良い。   For example, the first verify read cycle may be operated as shown in the operation waveform diagram of FIG.

図25に示すベリファイ読み出し第1サイクルでは、時刻t7vまでの動作は、図19に示すベリファイ読み出し第1サイクルと同様であり、時刻t7v以降の動作が異なっている。   In the first verify read cycle shown in FIG. 25, the operation up to time t7v is the same as the first verify read first cycle shown in FIG. 19, and the operations after time t7v are different.

時刻t7vに信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。メモリセルのしきい値が2.5V以上である場合にはビット線BLaは1.5V以上、2.5V以下である場合にはビット線BLbは1.5V以下である。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、時刻t8zに信号VRFYBA1が“H”となると、“0”または“2”書き込みデータが保持されているデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2が“ON”であり、ノードN1は1.5V以上となる。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。その後時刻t9zに、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   At time t7v, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. When the threshold voltage of the memory cell is 2.5V or more, the bit line BLa is 1.5V or more, and when it is 2.5V or less, the bit line BLb is 1.5V or less. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA1 becomes “H” at time t8z, in the data circuit in which “0” or “2” write data is held, the n-channel MOS transistor Qn2 is “ON” and the node N1 is set to 1. 5V or more. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Thereafter, at time t9z, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

この後、図25に示されるように、書き込みデータの変換が更に行われる。時刻t10zに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t11zに、信号VRFYBAが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路、および“2”書き込みが十分におこなわれたデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp13が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。その後、時刻t12zに、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   Thereafter, as shown in FIG. 25, the conversion of the write data is further performed. At time t10z, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA becomes “L” at time t11z, the p-channel MOS is used in the data circuit in which “0” or “1” write data is held and the data circuit in which “2” write is sufficiently performed. The transistor Qp13 is “ON”, and the node N1 becomes VCC. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. After that, at time t12z, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

以上のように、“3”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“3”書き込み状態となったか否かを検出できる。メモリセルのデータが“3”であれば、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“3”でなければ、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“3”に保持される。“0”または“1”または“2”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。“2”書き込みまたは“3”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータは図20のようになる。つまり、“2”書き込みまたは“3”書き込みする選択されたすべてのメモリセルが十分に書き込まれると、すべてのデータ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mのノードN3が“H”、N4が“L”になる。これを検出することにより、“2”書き込みまたは“3”書き込みする全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達したか否かがわかる。 As described above, only the data circuit holding the “3” write data can detect whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “3” write state. If the data in the memory cell is “3”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. If the data in the memory cell is not “3”, the write data is held at “3” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. The write data of the data circuit holding “0”, “1” or “2” write data is not changed. If all the selected memory cells to be written “2” or “3” have reached the desired threshold value, the data in the data circuit is as shown in FIG. That is, "2" written or "3" When all the memory cells selected for writing is written to enough, all of the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., 6 ** -m- The node N3 of 1, 6 **- m becomes “H” and N4 becomes “L”. By detecting this, it can be determined whether or not all selected memory cells to be written “2” or “3” have reached a desired threshold value.

また、データ回路の回路構成も、図12、図21に示す回路構成に限られるものではなく、他の回路構成であっても良い。   Further, the circuit configuration of the data circuit is not limited to the circuit configurations shown in FIGS. 12 and 21 and may be other circuit configurations.

図26および図27はそれぞれ、データ回路の他の回路図である。   FIG. 26 and FIG. 27 are other circuit diagrams of the data circuit, respectively.

図26に示すデータ回路の、VRFYBA1、VRFYBB1の動作タイミングは、図12、図21のデータ回路と同様の動作タイミングを用いた場合(動作波形図;図13、図18、図19、図22、図23、図25)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBA、VRFYBBの動作タイミングは、図12、図21のデータ回路を用いた場合と同様である。   The operation timing of VRFYBA1 and VRFYBB1 of the data circuit shown in FIG. 26 is the same as the operation timing of the data circuit of FIG. 12 and FIG. 21 (operation waveform diagram; FIG. 13, FIG. 18, FIG. 19, FIG. 23 and 25), VCC may be set to 0V, and 0V to VCC. Note that the operation timings of VRFYBA and VRFYBB are the same as in the case of using the data circuit of FIGS.

また、図27に示すデータ回路の、VRFYBA、VRFYBBの動作タイミングは、図12、図21のデータ回路と同様な動作タイミングを用いた場合(動作波形図;図13、図18、図19、図22、図23、図25)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBA1、VRFYBB1の動作タイミングは、図12、図21のデータ回路を用いた場合と同様である。   27, the operation timing of VRFYBA and VRFYBB of the data circuit shown in FIG. 27 is the same as that of the data circuit of FIG. 12 and FIG. 21 (operation waveform diagram; FIG. 13, FIG. 18, FIG. 22, FIG. 23, FIG. 25), VCC may be 0V, and 0V may be VCC. Note that the operation timings of VRFYBA1 and VRFYBB1 are the same as in the case of using the data circuit of FIGS.

上記第2の実施の形態では、まず“2”、“3”データを同時に書いてから、次に“1”データの書き込みを行ったが、書き込む順番は大いに任意性を有する。例えば“1”、“2”を書き込んでから、次に“3”を書き込んでも良いし、“1”、“3”を書き込んでから“2”を書き込んでも良い。   In the second embodiment, “2” and “3” data are written at the same time, and then “1” data is written next. However, the order of writing is highly arbitrary. For example, “3” may be written after writing “1” and “2”, or “2” may be written after writing “1” and “3”.

<実施の形態3>
次に、この発明の第3の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMを説明する。
<Embodiment 3>
Next explained is a multi-value storage NAND type EEPROM according to the third embodiment of the invention.

上記第2の実施の形態では、まず、“2”状態および“3”状態をほぼ同時に書き込んでから、“1”状態を書き込むものを例示したが、この第3の実施の形態では、“1”状態、“2”状態、および“3”状態をほぼ同時に書き込むものである。   In the second embodiment, first, the “2” state and the “3” state are written almost simultaneously, and then the “1” state is written. However, in the third embodiment, “1” is written. The “state”, “2” state, and “3” state are written almost simultaneously.

なお、第3の実施の形態に係るEEPROMは、第2の実施の形態に係るEEPROMと同様に、図1、図2に示した構成と同様な構成を持つ。   Note that the EEPROM according to the third embodiment has the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2, similarly to the EEPROM according to the second embodiment.

図28は、この発明の第3の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図である。図28に示すデータ回路は、4値記憶を例に構成されている。   FIG. 28 is a circuit diagram of a data circuit included in the EEPROM according to the third embodiment of the present invention. The data circuit shown in FIG. 28 is configured with quaternary storage as an example.

図28に示すように、メモリセルM1〜M4が直列に接続され、NAND型セルを構成している。その両端は、選択トランジスタS1、S2を介して、それぞれビット線BL、ソース線Vsに接続される。制御ゲートCGを共有するメモリセルM群は、“ページ”と呼ばれる単位を形成し、同時にデータ書き込み・読み出しされる。また、4本の制御ゲートCG1〜CG4に繋がるメモリセル群でブロックを形成する。“ページ”、“ブロック”は制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択される。各ビット線BL0〜BLmには、データ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1、6**-mが接続され、対応するメモリセルへの書き込みデータを一時的に記憶したりする。 As shown in FIG. 28, memory cells M1 to M4 are connected in series to form a NAND type cell. Both ends thereof are connected to a bit line BL and a source line Vs through selection transistors S1 and S2, respectively. The memory cell M group sharing the control gate CG forms a unit called “page”, and data is written / read simultaneously. A block is formed by a group of memory cells connected to the four control gates CG1 to CG4. “Page” and “Block” are selected by a control gate / selection gate drive circuit. Each bit line BL0 to BLm, data circuits 6 ** -0,6 ** -1, ..., 6 ** -m-1,6 ** -m are connected, data to be written into the corresponding memory cell Or memorize it temporarily.

メモリセルの書き込み状態としきい値との関係は、第1の実施の形態と同様であり、例えば図11に示すとおりである。   The relationship between the write state of the memory cell and the threshold value is the same as that of the first embodiment, for example, as shown in FIG.

図28に示すように、nチャネルMOSトランジスタQn21、Qn22、Qn23とpチャネルMOSトランジスタQp9、Qp10、Qp11により構成されるフリップフロップFF1と、nチャネルMOSトランジスタQn29、Qn30、Qn31とpチャネルMOSトランジスタQp16、Qp17、Qp18により構成されるFF2とには、書き込み/読み出しデータがラッチされる。また、これらはセンスアンプとしても動作する。   As shown in FIG. 28, flip-flop FF1 composed of n-channel MOS transistors Qn21, Qn22, Qn23 and p-channel MOS transistors Qp9, Qp10, Qp11, n-channel MOS transistors Qn29, Qn30, Qn31 and p-channel MOS transistor Qp16 , Qp17, Qp18, and write / read data are latched in FF2. These also operate as sense amplifiers.

フリップフロップFF1、FF2は、「“0”書き込みをするか、“1”書き込みをするか、“2”書き込みをするか、“3”書き込みをするか」を書き込みデータ情報としてラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持しているか、“1”の情報を保持しているか、“2”の情報を保持しているか、“3”の情報を保持しているか」を読み出しデータ情報としてセンスしラッチする。   The flip-flops FF1 and FF2 latch “write as“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”write, or“ 3 ”write” as write data information, and the memory cell. Reads “data holding“ 0 ”,“ 1 ”holding,“ 2 ”holding,“ 3 ”holding”, etc. Sense and latch.

データ入出力線IOA、IOBとフリップフロップFF1は、nチャネルMOSトランジスタQn28、Qn27を介して接続される。データ入出力線IOC、IODとフリップフロップFF2は、nチャネルMOSトランジスタQn35、Qn36を介して接続される。データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODは、図1中のデータ入出力バッファ4にも接続される。   Data input / output lines IOA, IOB and flip-flop FF1 are connected via n-channel MOS transistors Qn28, Qn27. Data input / output lines IOC, IOD and flip-flop FF2 are connected via n-channel MOS transistors Qn35, Qn36. Data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD are also connected to data input / output buffer 4 in FIG.

nチャネルMOSトランジスタQn27、Qn28、Qn35、Qn36のゲートは、NAND論理回路G2とインバータI4で構成されるカラムアドレスデコーダの出力に接続される。nチャネルMOSトランジスタQn26、Qn34は、それぞれフリップフロップFF1、FF2を信号ECH1、ECH2が“H”となってイコライズする。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn32は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd1の接続を制御する。nチャネルMOSトランジスタQn25、Qn33は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd2の接続を制御する。   The gates of n-channel MOS transistors Qn27, Qn28, Qn35, Qn36 are connected to the output of a column address decoder composed of NAND logic circuit G2 and inverter I4. The n-channel MOS transistors Qn26 and Qn34 equalize the flip-flops FF1 and FF2 with the signals ECH1 and ECH2 being “H”, respectively. N-channel MOS transistors Qn24 and Qn32 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd1. N-channel MOS transistors Qn25 and Qn33 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd2.

pチャネルMOSトランジスタQp12C、Qp13Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBACによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。pチャネルMOSトランジスタQp14C、Qp15Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBBCによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。pチャネルMOSトランジスタQp12C、Qp19C、Qp20Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBA2Cによって、フリップフロップFF1およびFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。pチャネルMOSトランジスタQp14C、Qp21C、Qp22Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBB2Cによって、フリップフロップFF1およびFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn1C、Qn2Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBA1Cによって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn3C、Qn4Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBB1Cによって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。   The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp12C and Qp13C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBAC. The circuit constituted by the p-channel MOS transistors Qp14C and Qp15C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBBC. A circuit formed of p-channel MOS transistors Qp12C, Qp19C, and Qp20C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flops FF1 and FF2 by the activation signal VRFYBA2C. A circuit composed of p-channel MOS transistors Qp14C, Qp21C, and Qp22C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flops FF1 and FF2 by the activation signal VRFYBB2C. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1C and Qn2C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBA1C. A circuit formed of n-channel MOS transistors Qn3C and Qn4C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBB1C.

MOSキャパシタQd1、Qd2は、ディプリーション型nチャネルMOSトランジスタで構成され、ビット線容量より十分小さくされる。nチャネルMOSトランジスタQn37は、信号PREAによってMOSキャパシタQd1を電圧VAに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn38は、信号PREBによってMOSキャパシタQd2を電圧VBに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn39、Qn40は、信号BLCA、BLCBによって、データ回路3とビット線BLa、BLbの接続をそれぞれ制御する。nチャネルMOSトランジスタQn37、Qn38で構成される回路はビット線電圧制御回路を兼ねる。   MOS capacitors Qd1 and Qd2 are composed of depletion type n-channel MOS transistors, and are sufficiently smaller than the bit line capacitance. N channel MOS transistor Qn37 charges MOS capacitor Qd1 to voltage VA by signal PREA. N channel MOS transistor Qn38 charges MOS capacitor Qd2 to voltage VB by signal PREB. N-channel MOS transistors Qn39 and Qn40 control connection between the data circuit 3 and the bit lines BLa and BLb, respectively, by signals BLCA and BLCB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn37 and Qn38 also serves as a bit line voltage control circuit.

次に、このように構成されたEEPROMの動作を、動作波形図に従って説明する。以下では制御ゲートCG2Aが選択されている場合を示す。   Next, the operation of the thus configured EEPROM will be described with reference to an operation waveform diagram. Hereinafter, a case where the control gate CG2A is selected is shown.

<読み出し動作>
図29は、読み出し動作を示す動作波形図である。
<Read operation>
FIG. 29 is an operation waveform diagram showing a read operation.

図29に示すように、まず、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。時刻t1RCに信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離され、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。続いて、時刻t2RCに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは0V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後、時刻t3RCに信号BLCA、BLCBが“H”となり、ビット線のデータがMOSキャパシタQd1、Qd2に転送される。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、選択された制御ゲートが1Vにされる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。時刻t4RCに再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”か、或いは“1”または“2”または“3”か」がフリップフロップFF1によってセンスされ、その情報はラッチされる。   As shown in FIG. 29, first, the voltages VA and VB are 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb are 1.8V and 1.5V, respectively. At time t1RC, the signals BLCA and BLCB become “L”, the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected, and the bit lines BLa and BLb become floating. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Subsequently, at time t2RC, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 0 V, and the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, at time t3RC, the signals BLCA and BLCB become “H”, and the bit line data is transferred to the MOS capacitors Qd1 and Qd2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, the selected control gate is set to 1V. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. At time t4RC, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”or“ 3 ”) is sensed by the flip-flop FF1, and the information is latched.

次に、選択された制御ゲートが1Vになっているので、選択されたメモリセルのしきい値が1V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が1V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t5RCに信号PREA、PREBが“H”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。この後、時刻t6RCに信号BLCA、BLCBが“H”とされる。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻t7RCに再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”または“1”か、或いは“2”または“3”か」がフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   Next, since the selected control gate is 1V, if the threshold value of the selected memory cell is 1V or less, the bit line voltage becomes lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 1V or more, the bit line voltage remains 1.8V. At time t5RC, the signals PREA and PREB become “H”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Thereafter, the signals BLCA and BLCB are set to “H” at time t6RC. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. At time t7RC, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 0 ”or“ 1 ”,“ 2 ”or“ 3 ”” is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図30は、時刻t7RCのときにフリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチしている読み出しデータを示す図である。この時のフリップフロップFF1、FF2のノードN3C、N5Cの電位は図30のようになる。   FIG. 30 is a diagram illustrating read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2 at time t7RC. The potentials of the nodes N3C and N5C of the flip-flops FF1 and FF2 at this time are as shown in FIG.

最後にメモリセルに書き込まれたデータが「“2”または“3”か」がセンスされる。選択された制御ゲートが2Vにされる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t8RCに信号PREA、PREBが“H”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。この後、時刻t10RCに信号BLCA、BLCBが“H”とされる。その後、再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。MOSキャパシタのデータをセンスするに先立ち、時刻t11RCにVRFYBA2Cが0Vになる。図22からわかるように、ノードN5Cが“Low level”およびノードN3Cが“high level”(つまりノードN4Cが“Low level”)になるのは“1”データの場合のみである。従って“1”データの場合のみpチャネルMOSトランジスタQp12C、Qp19C、Qp20Cがオンし、ノードN1がVCCになる。その後、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。時刻t12RCに再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“2”か“3”か」がフリップフロップFF1によってセンスされ、その情報はラッチされる。   Finally, it is sensed whether the data written in the memory cell is “2” or “3”. The selected control gate is set to 2V. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or more, the bit line voltage remains 1.8V. At time t8RC, the signals PREA and PREB become “H”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Thereafter, the signals BLCA and BLCB are set to “H” at time t10RC. Thereafter, the signals BLCA and BLCB again become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Prior to sensing the MOS capacitor data, VRFYBA2C becomes 0V at time t11RC. As can be seen from FIG. 22, the node N5C becomes “Low level” and the node N3C becomes “high level” (that is, the node N4C becomes “Low level”) only in the case of “1” data. Accordingly, only in the case of “1” data, the p-channel MOS transistors Qp12C, Qp19C, and Qp20C are turned on and the node N1 becomes VCC. Thereafter, the signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. At time t12RC, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 2 ”or“ 3 ”” is sensed by the flip-flop FF1, and the information is latched.

図31は、フリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチする読み出しデータを示す図である。   FIG. 31 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2.

以上の読み出し動作の結果、4値のデータが、図31のようにフリップフロップFF1、FF2にラッチされる。図中の各データのしきい値分布は次のとおりである。   As a result of the above read operation, quaternary data is latched in the flip-flops FF1 and FF2 as shown in FIG. The threshold distribution of each data in the figure is as follows.

データ“0”・・・しきい値:0V以下
データ“1”・・・しきい値0.5V以上0.8V以下
データ“2”・・・しきい値1.5V以上1.8V以下
データ“3”・・・しきい値2.5V以上2.8V以下
読み出し中、信号VRFYBAC、VRFYBBCは“H”、信号VRFYBA1C、VRFYBB1Cは“L”である。また、電圧Vsは0Vとする。
Data “0”: Threshold value: 0 V or less Data “1”: Threshold value 0.5 V or more and 0.8 V or less Data “2”: Threshold value 1.5 V or more and 1.8 V or less Data “3”... Threshold value 2.5 V or more and 2.8 V or less During reading, the signals VRFYBAC and VRFYBBC are “H”, and the signals VRFYBA1C and VRFYBB1C are “L”. The voltage Vs is 0V.

カラムアドレスデコーダに入力されるカラム活性化信号CENBが“H”となると、アドレス信号によって選択されたデータ回路に保持されているデータがデータ入出力線IOA、IOB、IOC、IODに出力され、データ入出力バッファ4を介してEEPROM外部へ出力される。   When the column activation signal CENB input to the column address decoder becomes “H”, the data held in the data circuit selected by the address signal is output to the data input / output lines IOA, IOB, IOC, IOD, and the data The data is output outside the EEPROM via the input / output buffer 4.

メモリセルに記憶されているデータ、しきい値、データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODに読み出し後に出力されるレベルの関係は図31のとおりである。   The relationship among the data stored in the memory cell, the threshold value, and the level output after reading to the data input / output lines IOA, IOB, IOC and IOD is as shown in FIG.

チップ外部への出力データは、データ入出力バッファ5でデータ入力線IOA、IOB、IOC、IODに出力された信号をもとに変換したものもよい。   Output data to the outside of the chip may be converted based on signals output to the data input lines IOA, IOB, IOC, and IOD by the data input / output buffer 5.

<書き込み動作>
まず、書き込みデータがフリップフロップFF1、FF2にロードされる。その後、“1”データ、“2”データおよび“3”データがほぼ同時に書き込まれる。そして“1”データ、“2”データ、“3”データが十分書き込まれたかを調べるベリファイリードが行われ、書き込み不十分のメモリセルがある場合には、再書き込みが行われる。すべてのメモリセルが十分に書き込まれることを、書き込み終了検知回路が検知することにより書き込みが終了する。
<Write operation>
First, write data is loaded into the flip-flops FF1 and FF2. Thereafter, “1” data, “2” data, and “3” data are written almost simultaneously. Then, verify read is performed to check whether “1” data, “2” data, and “3” data are sufficiently written. If there is an insufficiently written memory cell, rewrite is performed. Writing is completed when the writing end detection circuit detects that all the memory cells are sufficiently written.

以下では、まず、プログラムについて説明し、次にベリファイリードについて説明する。   In the following, first, the program will be described, and then verify read will be described.

(1)プログラム
書き込み動作前に、入力された2ビット分のデータは、データ入出力バッファ5で変換されて、データ回路6**に入力される。
(1) Program Before the write operation, the input 2-bit data is converted by the data input / output buffer 5 and input to the data circuit 6 ** .

図32は、データ回路6**に入力され、フリップフロップFF1、FF2がラッチする書き込みデータを示す図である。4値データとデータ入出力線IOA、IOB、IOC、IODの関係は図32のとおりである。 FIG. 32 is a diagram showing write data input to the data circuit 6 ** and latched by the flip-flops FF1 and FF2. The relationship between the quaternary data and the data input / output lines IOA, IOB, IOC, and IOD is as shown in FIG.

変換された4値データは、カラム活性化信号CENBが“H”で、アドレス信号で指定されたカラム番地のデータ回路に転送される。   The converted quaternary data is transferred to the data circuit at the column address designated by the address signal when the column activation signal CENB is “H”.

図33は、書き込み動作を示す動作波形図である。   FIG. 33 is an operation waveform diagram showing a write operation.

まず、時刻t1sに、電圧VAがビット線書き込み制御電圧1Vとなってビット線BLaが1Vとされる。nチャネルMOSトランジスタQn39のしきい値分の電圧降下分が問題になるときは、信号BLCAを昇圧すればよい。続いて、信号PREが“L”となってビット線がフローティングにされる。次に、時刻t2sに信号RV2Aが1.5Vとされる。これによって、データ“1”または“3”が保持されているからはビット線制御電圧0Vがビット線に印加される。nチャネルMOSトランジスタQn32のしきい値を1Vとすると、“0”または“2”書き込み時にはnチャネルMOSトランジスタQn32は“OFF”、“1”または“3”書き込み時には“ON”となる。その後、時刻t3sにVRFYBACが0Vになり、データ“0”またはデータ“1”が保持されているデータ回路からはビット線書き込み制御電圧VCCがビット線に出力される。   First, at time t1s, the voltage VA becomes the bit line write control voltage 1V, and the bit line BLa is set to 1V. When a voltage drop corresponding to the threshold value of n channel MOS transistor Qn39 becomes a problem, signal BLCA may be boosted. Subsequently, the signal PRE becomes “L” and the bit line is floated. Next, the signal RV2A is set to 1.5 V at time t2s. As a result, since the data “1” or “3” is held, the bit line control voltage 0 V is applied to the bit line. Assuming that the threshold value of the n-channel MOS transistor Qn32 is 1V, the n-channel MOS transistor Qn32 is “OFF” when “0” or “2” is written, and “ON” when “1” or “3” is written. Thereafter, VRFYBAC becomes 0 V at time t3s, and the bit line write control voltage VCC is output to the bit line from the data circuit holding the data “0” or data “1”.

そして、時刻t4sにVRFYBA2Cが0Vになり、データ“1”が保持されているデータ回路からはV1を介してビット線“1”書き込み電位2Vがビット線に出力される。   At time t4s, VRFYBA2C becomes 0V, and the data line holding the data “1” outputs the bit line “1” write potential 2V to the bit line via V1.

その結果、“0”書き込みするビット線はVCC、“1”書き込みするビット線は2V、“2”書き込みするビット線は1V、“3”書き込みするビット線は0Vになる。   As a result, the bit line for writing "0" is VCC, the bit line for writing "1" is 2V, the bit line for writing "2" is 1V, and the bit line for writing "3" is 0V.

時刻t1sに制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって、選択されたブロックの選択ゲートSG1A、制御ゲートCG1A〜CG4AがVCCとなる。選択ゲートSG2Aは0Vである。次に、選択された制御ゲートCG2Aが高電圧VPP(例えば20V)、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4AがVM(例えば10V)となる。データ“3”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、0Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。データ“2”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、1Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。データ“1”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、2Vのチャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差によって、浮遊ゲートに電子が注入されしきい値が上昇する。“2”書き込みの場合のチャネル電位を1V、“1”書き込みの場合のチャネル電位を2Vにしているのは、電子の注入量を“3”データ書き込みの場合、“2”書き込みの場合、“1”書き込みの場合の順番で少なくするためある。データ“0”が保持されているデータ回路に対応するメモリセルでは、チャネル電位と制御ゲートのVPPの電位差が小さいため、実効的には浮遊ゲートに電子は注入されない。よって、メモリセルのしきい値は変動しない。書き込み動作中、信号SAN1、SAN2、PREB、BLCBは“H”、信号SAP1、SAP2、VRFYBA1C、RV1A、RV1B、RV2B、ECH1、ECH2は“L”、電圧VBは0Vである。   At time t1s, the selection gate SG1A and the control gates CG1A to CG4A of the selected block become VCC by the control gate / selection gate drive circuit. The selection gate SG2A is 0V. Next, the selected control gate CG2A becomes the high voltage VPP (for example, 20V), and the non-selected control gates CG1A, CG3A, and CG4A become the VM (for example, 10V). In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “3”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 0 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “2”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 1 V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “1”, electrons are injected into the floating gate due to the potential difference between the channel potential of 2V and the VPP of the control gate, and the threshold value rises. The channel potential for “2” writing is set to 1 V, and the channel potential for “1” writing is set to 2 V. The electron injection amount is “3” data writing, “2” writing, “ This is to reduce the order in the case of 1 "writing. In the memory cell corresponding to the data circuit holding data “0”, the potential difference between the channel potential and the VPP of the control gate is small, so that electrons are not effectively injected into the floating gate. Therefore, the threshold value of the memory cell does not change. During the write operation, the signals SAN1, SAN2, PREB, and BLCB are “H”, the signals SAP1, SAP2, VRFYBA1C, RV1A, RV1B, RV2B, ECH1, and ECH2 are “L”, and the voltage VB is 0V.

(2)ベリファイ読み出し
書き込み動作後、書き込みが充分に行われたかを検出する(書き込みベリファイ)。もし、所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータを“0”に変更する。もし、所望のしきい値に達していなければ、データ回路のデータを保持して再度書き込み動作を行う。書き込み動作と書き込みベリファイは全ての“1”書き込みするメモリセル、“2”書き込みするメモリセルおよび“3”書き込みするメモリセルが所望のしきい値に達するまで繰り返される。
(2) Verify read After the write operation, it is detected whether the write has been sufficiently performed (write verify). If the desired threshold value is reached, the data in the data circuit is changed to “0”. If the desired threshold value has not been reached, the data in the data circuit is held and the write operation is performed again. The write operation and the write verify are repeated until all the “1” -written memory cells, “2” -written memory cells, and “3” -written memory cells reach a desired threshold value.

図34および図35はそれぞれ、ベリファイ読み出し動作を示す動作波形図である。   34 and 35 are operation waveform diagrams showing a verify read operation, respectively.

以下、図34および図35を参照し、書き込みベリファイ動作を説明する。   Hereinafter, the write verify operation will be described with reference to FIG. 34 and FIG.

はじめに、“1”書き込みするメモリセルが所定のしきい値に達しているかを検出する。   First, it is detected whether the memory cell to which “1” is written has reached a predetermined threshold value.

まず、図34に示すように、時刻t1ycに、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離され、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。信号PREA、PREBが“L”となって、MOSキャパシタQd1、Qd2のゲート電極であるノードN1、N2はフローティング状態になる。続いて時刻t2ycに、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは0.5V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が0.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が0.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t3ycに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t4ycにRV1Aが1.5Vになり、“2”書き込みの場合および“3”書き込みの場合には、ノードN1が0Vに放電される。この後、選択された制御ゲートが1.5Vにされる。時刻t5ycに信号VRFYBA1Cが“H”となると、“0”または“2”書き込みデータが保持されているデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。その結果、ノードN1は“0”書き込みまたは“2”書き込みの場合にはVCC、“3”書き込みの場合には0Vになる。   First, as shown in FIG. 34, at time t1yc, the voltages VA and VB become 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb become 1.8V and 1.5V, respectively. The signals BLCA and BLCB become “L”, the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected, and the bit lines BLa and BLb are in a floating state. The signals PREA and PREB become “L”, and the nodes N1 and N2 which are the gate electrodes of the MOS capacitors Qd1 and Qd2 are in a floating state. Subsequently, at time t2yc, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 0.5V, the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. . If the threshold value of the selected memory cell is 0.5V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 0.5V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. At time t3yc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, at time t4yc, RV1A becomes 1.5V, and in the case of “2” writing and “3” writing, the node N1 is discharged to 0V. Thereafter, the selected control gate is set to 1.5V. When the signal VRFYBA1C becomes “H” at time t5yc, in the data circuit holding “0” or “2” write data, the n-channel MOS transistor Qn2 is “ON” and the node N1 becomes VCC. As a result, the node N1 becomes VCC when “0” or “2” is written, and becomes 0 V when “3” is written.

信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、時刻t6ycにノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、“1”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“1”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“1”であれば、フリップフロップFF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“1”でなければ、フリップフロップFF1でノードN2の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“1”に保持される。“0”または“2”または“3”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Again, when the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, the voltage at the node N1 is sensed and latched at time t6yc. As a result, only the data circuit holding the “1” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “1” write state. If the data in the memory cell is “1”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF2. If the data in the memory cell is not “1”, the write data is held at “1” by sensing and latching the voltage at the node N2 by the flip-flop FF1. Write data of the data circuit holding “0”, “2” or “3” write data is not changed.

次に、選択された制御ゲートが1.5Vになっているので、選択されたメモリセルのしきい値が1.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が1.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻t7ycにPREA、PREBがVCCになりノードN1、N2が1.8V、1.5Vになった後、フローティングになる。この後、図35に示すように、時刻t8ycに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、時刻t9ycに、信号RV2Aが例えばVCC以下の1.5Vとされる。nチャネルMOSトランジスタQn32のしきい値が1Vの場合、“3”書き込みデータが保持されているデータ回路ではnチャネルMOSトランジスタQn32は“ON”で、ノードN1は0Vとなる。“2”書き込みデータが保持されているデータ回路で、メモリセルが十分に“2”書き込みされている場合にはnチャネルMOSトランジスタQn32は“OFF”で、ノードN1は1.5V以上に保たれる。“2”書き込み不十分の場合には、ノードN1は1.5V以下である。なお、この間に、選択された制御ゲートは2.5Vとされる。時刻t10ycに信号VRFYBACが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp13が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。   Next, since the selected control gate is set to 1.5V, if the threshold value of the selected memory cell is 1.5V or less, the bit line voltage becomes lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 1.5V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. At time t7yc, PREA and PREB become VCC, and after nodes N1 and N2 become 1.8V and 1.5V, they become floating. Thereafter, as shown in FIG. 35, at time t8yc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potentials of the bit lines are transferred to N1 and N2. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, at time t9yc, the signal RV2A is set to 1.5 V, for example, equal to or lower than VCC. When the threshold value of n channel MOS transistor Qn32 is 1V, in a data circuit holding “3” write data, n channel MOS transistor Qn32 is “ON” and node N1 is 0V. In the data circuit in which “2” write data is held and the memory cell is sufficiently written “2”, the n-channel MOS transistor Qn32 is “OFF” and the node N1 is kept at 1.5 V or higher. It is. When “2” writing is insufficient, the node N1 is 1.5V or less. During this time, the selected control gate is set to 2.5V. When the signal VRFYBAC becomes “L” at time t10yc, in the data circuit holding “0” or “1” write data, the p-channel MOS transistor Qp13 is “ON” and the node N1 becomes VCC.

信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、時刻t11ycにノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、“2”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“2”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“2”であれば、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“2”でなければ、フリップフロップFF1でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“2”に保持される。“0”または“1”または“3”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. Again, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched at time t11yc. Thus, only the data circuit holding “2” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “2” write state. If the data in the memory cell is “2”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. If the data in the memory cell is not “2”, the write data is held at “2” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flop FF1. The write data of the data circuit holding “0”, “1” or “3” write data is not changed.

次に、選択された制御ゲートが2.5Vになっているので、選択されたメモリセルのしきい値が2.5V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が2.5V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。この後、時刻t12ycに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t13ycに、信号VRFYBACが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路および、“2”書き込みが十分に行われたデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp13Cが“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。その後時刻t14ycに、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   Next, since the selected control gate is set to 2.5V, if the threshold value of the selected memory cell is 2.5V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 2.5V or more, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, at time t12yc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potentials of the bit lines are transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBAC becomes “L” at time t13yc, the p-channel MOS is used in the data circuit in which “0” or “1” write data is held and the data circuit in which “2” write is sufficiently performed. The transistor Qp13C is “ON”, and the node N1 becomes VCC. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. Thereafter, at time t14yc, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

この後、図35に示すように、書き込みデータの変換が更に行われる。時刻t15ycに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t16ycに、信号VRFYBA1Cが“H”となると、“0”または“2”書き込みデータが保持されているデータ回路および“1”書き込み十分のデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2Cが“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。その後時刻t17ycに、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   Thereafter, as shown in FIG. 35, the conversion of the write data is further performed. At time t15yc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA1C becomes “H” at time t16yc, the n-channel MOS transistor Qn2C is turned “ON” in the data circuit holding “0” or “2” write data and the data circuit sufficient for “1” write. ”And the node N1 becomes VCC. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Thereafter, at time t17yc, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

上記実施の形態では時刻t16ycにVRFYBA1CをVCCにすることにより、“0”書き込みおよび“2”書き込みする場合のMOSキャパシタQd1のノードN1を、ノードN2の電位(1.5V)よりも高くなるように充電している。t16ycにRV2Bを例えば1.5Vにしても良い。この場合、“0”書き込みまたは“2”書き込みの場合には、ノードN6Cが0VなのでnチャネルMOSトランジスタQn33がオンしN2は0Vになる。一方、“1”または“3”書き込みの場合には、ノードN6CがVCC、N2が1.5VなのでnチャネルMOSトランジスタQn33はオフし、N2は1.5Vを保たれる。時刻t16ycにVRFYBA1CをVCCにして行う、“0”書き込みおよび“2”書き込みする場合のN1への充電はN2の電位(0V)よりも大きければよいので、N1の充電は例えば0.5V程度の低い電圧でよい。   In the above embodiment, by setting VRFYBA1C to VCC at time t16yc, the node N1 of the MOS capacitor Qd1 when writing “0” and “2” is made higher than the potential (1.5 V) of the node N2. Is charging. RV2B may be set to 1.5 V at t16yc, for example. In this case, in the case of writing “0” or “2”, since the node N6C is 0V, the n-channel MOS transistor Qn33 is turned on and N2 becomes 0V. On the other hand, when “1” or “3” is written, since the node N6C is VCC and N2 is 1.5V, the n-channel MOS transistor Qn33 is turned off and N2 is kept at 1.5V. At time t16yc, VRFYBA1C is set to VCC. When “0” writing and “2” writing are performed, charging to N1 only needs to be larger than the potential of N2 (0V). A low voltage is sufficient.

以上のようにして、“3”書き込みデータを保持しているデータ回路のみ、対応するメモリセルのデータが十分“3”書き込み状態となったか否かを検出する。メモリセルのデータが“3”であれば、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“0”に変更される。メモリセルのデータが“3”でなければ、フリップフロップFF1、FF2でノードN1の電圧をセンスしラッチすることで書き込みデータは“3”に保持される。“0”または“1”または“2”書き込みデータを保持しているデータ回路の書き込みデータは変更されない。   As described above, only the data circuit holding the “3” write data detects whether or not the data in the corresponding memory cell is sufficiently in the “3” write state. If the data in the memory cell is “3”, the write data is changed to “0” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. If the data in the memory cell is not “3”, the write data is held at “3” by sensing and latching the voltage at the node N1 by the flip-flops FF1 and FF2. The write data of the data circuit holding “0”, “1” or “2” write data is not changed.

書き込みベリファイ中、信号VRFYBBCは“H”、信号VRFYBB1Cは“L”、電圧Vsは0Vとする。   During the write verification, the signal VRFYBBC is “H”, the signal VRFYBB1C is “L”, and the voltage Vs is 0V.

全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達していれば、データ回路のデータは“0”データになる。つまり書き込みが終了すると、ノードN4C、N6Cが“L”になる。これを検出することにより、全ての選択されたメモリセルが所望のしきい値に達したか否かがわかる。   If all the selected memory cells reach the desired threshold value, the data in the data circuit becomes “0” data. That is, when the writing is completed, the nodes N4C and N6C become “L”. By detecting this, it can be determined whether or not all selected memory cells have reached a desired threshold value.

図28は、書き込み終了一括検知トランジスタを有したデータ回路の回路図である。   FIG. 28 is a circuit diagram of a data circuit having a write completion batch detection transistor.

書き込み終了の検出は例えば、図28に示すように書き込み終了一括検知トランジスタQn5C、およびQn6Cを用いればよい。ベリファイ読み出し後、まず、VRTCを、例えばVCCにプリチャージする。書き込みが不十分なメモリセルが1つでもあると、そのデータ回路のノードN4CまたはN6Cの少なくとも一方は“H”なのでnチャネルMOSトランジスタQn5CとQn6Cの少なくとも1つはオンし、VRTCはプリチャージ電位から低下する。すべてのメモリセルが十分に書き込まれると、データ回路6**-0、6**-1、…、6**-m-1のノードN4C、N6Cが“L”になる。その結果、全てのデータ回路内のnチャネルMOSトランジスタQn5CおよびQn6CがオフになるのでVRTCはプリチャージ電位を保つ。 For example, as shown in FIG. 28, the write end batch detection transistors Qn5C and Qn6C may be used to detect the end of writing. After the verify read, first, VRTC is precharged to VCC, for example. If even one memory cell is insufficiently written, at least one of the nodes N4C or N6C of the data circuit is “H”, so that at least one of the n-channel MOS transistors Qn5C and Qn6C is turned on, and the VRTC is precharged. Decrease from When all memory cells are written to enough, the data circuit 6 ** -0,6 ** -1, ..., 6 ** -m-1 node N4C, N6C becomes "L". As a result, n-channel MOS transistors Qn5C and Qn6C in all data circuits are turned off, so that VRTC maintains the precharge potential.

以上、第3の実施の形態に係るEEPROMを説明したが、ベリファイ読み出し、書き込み、通常の読み出し等は、他の動作が可能である。   Although the EEPROM according to the third embodiment has been described above, other operations are possible for verify read, write, normal read, and the like.

図36は、他のベリファイ読み出し動作を示す動作波形図である。   FIG. 36 is an operation waveform diagram showing another verify read operation.

例えばベリファイ読み出しは、図36の動作波形図のように動作させても良い。   For example, the verify read may be operated as shown in the operation waveform diagram of FIG.

図36に示すベリファイ読み出しでは、時刻t12ycまでの動作は、図35に示すベリファイ読み出しと同様であり、時刻t12yc以降の動作が異なっている。   In the verify read shown in FIG. 36, the operation up to time t12yc is the same as the verify read shown in FIG. 35, and the operation after time t12yc is different.

時刻t12ycに信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。メモリセルのしきい値が2.5V以上である場合にはビット線BLaは1.5V以上、2.5V以下である場合にはビット線BLbは1.5V以下である。その後、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後、時刻t13zcに信号VRFYBA1Cが“H”となると、“0”または“2”書き込みデータが保持されているデータ回路及び“1”書き込み十分のデータ回路では、nチャネルMOSトランジスタQn2が“ON”であり、ノードN1は1.5V以上となる。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。その後時刻t14zcに、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。   At time t12yc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. When the threshold voltage of the memory cell is 2.5V or more, the bit line BLa is 1.5V or more, and when it is 2.5V or less, the bit line BLb is 1.5V or less. Thereafter, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. Thereafter, when the signal VRFYBA1C becomes “H” at time t13zc, the n-channel MOS transistor Qn2 is turned “ON” in the data circuit holding “0” or “2” write data and the data circuit sufficient for “1” write. ", And the node N1 is 1.5 V or higher. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H”. Thereafter, at time t14zc, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched.

この後、図36に示されるように、書き込みデータの変換が更に行われる。時刻t15zcに、信号BLCA、BLCBが“H”とされ、ビット線の電位がN1、N2に転送される。再度、信号BLCA、BLCBが“L”となって、ビット線BLaとMOSキャパシタQd1、ビット線BLbとMOSキャパシタQd2は切り離される。この後時刻t16zcに、信号VRFYBACが“L”となると、“0”または“1”書き込みデータが保持されているデータ回路、および“2”書き込みが十分におこなわれたデータ回路では、pチャネルMOSトランジスタQp13が“ON”であり、ノードN1はVCCとなる。信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。その後、時刻t17zcに、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。また、データ回路の回路構成も、図20に示す回路構成に限られるものではなく、他の回路構成であっても良い。   Thereafter, as shown in FIG. 36, the conversion of the write data is further performed. At time t15zc, the signals BLCA and BLCB are set to “H”, and the potential of the bit line is transferred to N1 and N2. Again, the signals BLCA and BLCB become “L”, and the bit line BLa and the MOS capacitor Qd1, and the bit line BLb and the MOS capacitor Qd2 are disconnected. After that, when the signal VRFYBAC becomes “L” at time t16zc, the p-channel MOS is used in the data circuit in which “0” or “1” write data is held and the data circuit in which “2” write is sufficiently performed. The transistor Qp13 is “ON”, and the node N1 becomes VCC. The signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV1A and RV1B become “H”. After that, at time t17zc, the signals SAN1 and SAP1 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Further, the circuit configuration of the data circuit is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 20, and may be another circuit configuration.

図37、図38、図39および図40はそれぞれ、データ回路の他の回路図である。   37, 38, 39, and 40 are other circuit diagrams of the data circuit, respectively.

図37に示すデータ回路の、VRFYBA1C、VRFYBB1Cの動作タイミングは、図28のデータ回路と同様の動作タイミングを用いた場合(動作波形図:図29、図33、図34、図35、図36)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBAC、VRFYBBC、VRFYBA2C、VRFYBB2Cのタイミングは、図28のデータ回路を用いた場合と同様である。   The operation timing of VRFYBA1C and VRFYBB1C of the data circuit shown in FIG. 37 is the same as that of the data circuit of FIG. 28 (operation waveform diagram: FIGS. 29, 33, 34, 35, and 36). VCC may be set to 0V and 0V to VCC. Note that the timings of VRFYBAC, VRFYBBC, VRFYBA2C, and VRFYBB2C are the same as when the data circuit of FIG. 28 is used.

また、図38に示すデータ回路の、VRFYBAC、VRFYBBC、VRFYBA2C、VRFYBB2Cの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合(動作波形図;図29、図33、図34、図3535、図36)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBA1C、VRFYBB1Cの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合と同様である。   Further, the operation timing of VRFYBAC, VRFYBBC, VRFYBA2C, and VRFYBB2C in the data circuit shown in FIG. 38 is the case where the data circuit of FIG. 28 is used (operation waveform diagram; FIGS. 29, 33, 34, 3535, and 36). ), VCC may be set to 0V, and 0V may be set to VCC. The operation timing of VRFYBA1C and VRFYBB1C is the same as that when the data circuit of FIG. 28 is used.

また、図39に示すデータ回路の、VRFYBAC、VRFYBBCの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合(動作波形図:図29、図33、図34、図35、図36)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBA1C、VRFYBB1C、VRFYBA2C、VRFYBB2Cの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合と同様である。   Further, the operation timing of VRFYBAC and VRFYBBC of the data circuit shown in FIG. 39 is obtained when VCC is used when the data circuit of FIG. 28 is used (operation waveform diagram: FIG. 29, FIG. 33, FIG. 34, FIG. 35, FIG. 36). What is necessary is just to make 0V and 0V into VCC. Note that the operation timings of VRFYBA1C, VRFYBB1C, VRFYBA2C, and VRFYBB2C are the same as those when the data circuit of FIG. 28 is used.

また、図40に示すデータ回路の、VRFYBA2C、VRFYBB2Cの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合(動作波形図:図29、図33、図34、図35、図36)、VCCを0V、0VをVCCにすればよい。なお、VRFYBA1C、VRFYBB1C、VRFYBAC、VRFYBBCの動作タイミングは、図28のデータ回路を用いた場合と同様である。さらに、VRFYBA2C、VRFYBB2C、VRFYBA1C、VRFYBB1CをVCCにする場合に、VCCの代わりに、VCC+Vth(VthはnチャネルMOSトランジスタのしきい値電圧)、あるいはVCC+2Vthにしても良い。この場合、nチャネルMOSトランジスタは、実質的な“しきい値落ち”を発生させずに、電位を転送できる。   In addition, the operation timing of VRFYBA2C and VRFYBB2C of the data circuit shown in FIG. 40 is obtained when VCC is used when the data circuit of FIG. 28 is used (operation waveform diagrams: FIGS. 29, 33, 34, 35, and 36). What is necessary is just to make 0V and 0V into VCC. Note that the operation timings of VRFYBA1C, VRFYBB1C, VRFYBAC, and VRFYBBC are the same as when the data circuit of FIG. 28 is used. Furthermore, when VRFYBA2C, VRFYBB2C, VRFYBA1C, and VRFYBB1C are set to VCC, VCC + Vth (Vth is a threshold voltage of an n-channel MOS transistor) or VCC + 2Vth may be used instead of VCC. In this case, the n-channel MOS transistor can transfer the potential without causing a substantial “threshold drop”.

また、上記第3の実施の形態では、読み出しおよびベリファイ読み出し時に、ビット線をプリチャージした後、非選択コントロールゲートCG1A、CG3A、CG4AをVCCにすることにより、CG1A、CG3A、CG4Aをゲート電極とするメモリセルをオンさせている。   In the third embodiment, at the time of reading and verify reading, after precharging the bit line, the non-selected control gates CG1A, CG3A, and CG4A are set to VCC, so that CG1A, CG3A, and CG4A are used as gate electrodes. The memory cell to be turned on is turned on.

これを、例えば非選択コントロールゲートCG1A、CG3A、CG4AはVCCにした後、フローティングにし、その後、ビット線をプリチャージしても良い。あるいは、ビット線をプリチャージした後、非選択コントロールゲートをVCCにし、その後、非選択コントロールゲートをフローティングにしても良い。この場合、メモリセルを通じて、ビット線からソース線に読み出し電流が流れる間に非選択コントロールゲートはフローティング状態である。読み出し電流が流れる間は、非選択コントロールゲートをゲート電極とするメモリセルのチャネルは0Vから大きくなり、その結果、チャネルと非選択コントロールゲート間の容量結合によって非選択コントロールゲートの電位はVCCよりも大きくなる。このように非選択コントロールゲートの電位がVCCよりも大きくなると、非選択コントロールゲートをゲート電極とするメモリセルの抵抗が小さくなり、その結果読み出し電流が大きくなり、読み出しが高速化される。   For example, the non-selected control gates CG1A, CG3A, and CG4A may be set to VCC, then floated, and then the bit line may be precharged. Alternatively, after precharging the bit line, the non-selected control gate may be set to VCC, and then the non-selected control gate may be floated. In this case, the non-selected control gate is in a floating state while a read current flows from the bit line to the source line through the memory cell. While the read current flows, the channel of the memory cell having the non-selected control gate as the gate electrode increases from 0 V. As a result, the potential of the non-selected control gate is higher than VCC due to capacitive coupling between the channel and the non-selected control gate. growing. As described above, when the potential of the non-selected control gate becomes higher than VCC, the resistance of the memory cell having the non-selected control gate as the gate electrode is reduced, and as a result, the read current is increased, and the reading speed is increased.

<実施の形態4>
次に、この発明の第4の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMを説明する。
<Embodiment 4>
Next explained is a multi-value storage NAND type EEPROM according to the fourth embodiment of the invention.

なお、第4の実施の形態に係るEEPROMは、第2の実施の形態に係るEEPROMなどと同様に、図1、図2に示した構成と同様な構成を持つ。   Note that the EEPROM according to the fourth embodiment has the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2 as in the case of the EEPROM according to the second embodiment.

図41は、この発明の第4の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図である。図41に示すデータ回路は、4値記憶を例に構成されている。   FIG. 41 is a circuit diagram of a data circuit included in the EEPROM according to the fourth embodiment of the present invention. The data circuit shown in FIG. 41 is configured with quaternary storage as an example.

図41に示すデータ回路は、2つのラッチ回路(第1のラッチ回路及び第2のラッチ回路)を含む。書き込みの際には、2ビットの書き込みデータはこの2つのラッチ回路に蓄えられる。読み出しの際には、読み出した4値データはこの2つのラッチ回路に蓄えられ、その後IOA〜IODを介してチップの外部へ出力される。   The data circuit shown in FIG. 41 includes two latch circuits (a first latch circuit and a second latch circuit). At the time of writing, 2-bit write data is stored in these two latch circuits. At the time of reading, the read quaternary data is stored in these two latch circuits and then output to the outside of the chip via IOA to IOD.

図41に示すように、nチャネルMOSトランジスタQn21、Qn22、Qn23とpチャネルMOSトランジスタQp9、Qp10、Qp11により構成されるフリップフロップFF1とnチャネルMOSトランジスタQn29、Qn30、Qn31とpチャネルMOSトランジスタQp16、Qp17、Qp18により構成されるFF2に、書き込み/読み出しデータをラッチする。また、これらはセンスアンプとしても動作する。   As shown in FIG. 41, n-channel MOS transistors Qn21, Qn22, Qn23 and p-channel MOS transistors Qp9, Qp10, Qp11, flip-flop FF1, n-channel MOS transistors Qn29, Qn30, Qn31 and p-channel MOS transistor Qp16, Write / read data is latched in FF2 constituted by Qp17 and Qp18. These also operate as sense amplifiers.

フリップフロップFF1、FF2は、「“0”書き込みをするか、“1”書き込みをするか、“2”書き込みをするか、“3”書き込みをするか」を書き込みデータ情報としてラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持しているか、“1”の情報を保持しているか、“2”の情報を保持しているか、“3”の情報を保持しているか」を読み出しデータ情報としてセンスしラッチする。   The flip-flops FF1 and FF2 latch “write as“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”write, or“ 3 ”write” as write data information, and the memory cell. Reads “data holding“ 0 ”,“ 1 ”holding,“ 2 ”holding,“ 3 ”holding”, etc. Sense and latch.

データ入出力線IOA、IOBとフリップフロップFF1は、nチャネルMOSトランジスタQn28、Qn27を介して接続される。データ入出力線IOC、IODとフリップフロップFF2は、nチャネルMOSトランジスタQn35、Qn36を介して接続される。データ入出力線IOA、IOB、IOC、IODは、図1に示されたデータ入出力バッファ5にも接続される。nチャネルMOSトランジスタQn27、Qn28のゲートは、NAND論理回路G3とインバータI5で構成されるカラムアドレスデコーダの出力に接続される。   Data input / output lines IOA, IOB and flip-flop FF1 are connected via n-channel MOS transistors Qn28, Qn27. Data input / output lines IOC, IOD and flip-flop FF2 are connected via n-channel MOS transistors Qn35, Qn36. Data input / output lines IOA, IOB, IOC, IOD are also connected to data input / output buffer 5 shown in FIG. The gates of n-channel MOS transistors Qn27 and Qn28 are connected to the output of a column address decoder composed of NAND logic circuit G3 and inverter I5.

nチャネルMOSトランジスタQn26、Qn34は、それぞれフリップフロップFF1、FF2を信号ECH1、ECH2が“H”となってイコライズする。nチャネルMOSトランジスタQn24、Qn32は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd1の接続を制御する。nチャネルMOSトランジスタQn25、Qn33は、フリップフロップFF1、FF2とMOSキャパシタQd2の接続を制御する。   The n-channel MOS transistors Qn26 and Qn34 equalize the flip-flops FF1 and FF2 with the signals ECH1 and ECH2 being “H”, respectively. N-channel MOS transistors Qn24 and Qn32 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd1. N-channel MOS transistors Qn25 and Qn33 control connection between flip-flops FF1 and FF2 and MOS capacitor Qd2.

nチャネルMOSトランジスタQn50C、Qn51Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBACによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn52C、Qn53Dで構成される回路は、活性化信号VRFYBBCによって、フリップフロップFF1のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn53C、Qn54C、Qn55Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBA2Cによって、フリップフロップFF1およびFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn56C、Qn57C、Qn58Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBB2Cによって、フリップフロップFF1およびFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn1C、Qn2Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBA1Cによって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd1のゲート電圧を変更する。nチャネルMOSトランジスタQn3C、Qn4Cで構成される回路は、活性化信号VRFYBB1Cによって、フリップフロップFF2のデータに応じて、MOSキャパシタQd2のゲート電圧を変更する。   A circuit formed of n-channel MOS transistors Qn50C and Qn51C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBAC. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn52C and Qn53D changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF1 by the activation signal VRFYBBC. A circuit formed of n-channel MOS transistors Qn53C, Qn54C, and Qn55C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flops FF1 and FF2 by the activation signal VRFYBA2C. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn56C, Qn57C, and Qn58C changes the gate voltage of MOS capacitor Qd2 according to the data of flip-flops FF1 and FF2 by activation signal VRFYBB2C. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn1C and Qn2C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd1 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBA1C. A circuit formed of n-channel MOS transistors Qn3C and Qn4C changes the gate voltage of the MOS capacitor Qd2 according to the data of the flip-flop FF2 by the activation signal VRFYBB1C.

MOSキャパシタQd1、Qd2は、ディプリーション型nチャネルMOSトランジスタで構成され、ビット線容量より十分小さくされる。nチャネルMOSトランジスタQn37は、信号PREAによってMOSキャパシタQd1を電圧VAに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn38は、信号PREBによってMOSキャパシタQd2を電圧VBに充電する。nチャネルMOSトランジスタQn39、Qn40は、信号BLCA、BLCBによって、データ回路3とビット線BLa、BLbの接続をそれぞれ制御する。nチャネルMOSトランジスタQn37、Qn38で構成される回路はビット線電圧制御回路を兼ねる。   MOS capacitors Qd1 and Qd2 are composed of depletion type n-channel MOS transistors, and are sufficiently smaller than the bit line capacitance. N channel MOS transistor Qn37 charges MOS capacitor Qd1 to voltage VA by signal PREA. N channel MOS transistor Qn38 charges MOS capacitor Qd2 to voltage VB by signal PREB. N-channel MOS transistors Qn39 and Qn40 control connection between the data circuit 3 and the bit lines BLa and BLb, respectively, by signals BLCA and BLCB. A circuit composed of n-channel MOS transistors Qn37 and Qn38 also serves as a bit line voltage control circuit.

次に、このように構成されたEEPROMの動作を、動作波形図に従って説明する。以下では制御ゲートCG2Aが選択されている場合を示す。   Next, the operation of the thus configured EEPROM will be described with reference to an operation waveform diagram. Hereinafter, a case where the control gate CG2A is selected is shown.

<読み出し動作>
図42は、読み出し動作を示す動作波形図である。
<Read operation>
FIG. 42 is an operation waveform diagram showing a read operation.

図42に示すように、まず、時刻tw1、電圧VA、VBがそれぞれ1.8V、1.5Vとなって、ビット線BLa、BLbはそれぞれ1.8V、1.5Vになる。次に、信号PREA、PREBが“L”となって、ビット線BLa、BLbはフローティングとなる。続いて、時刻tw2に、制御ゲート・選択ゲート駆動回路によって選択されたブロックの選択された制御ゲートCG2Aは1V、非選択制御ゲートCG1A、CG3A、CG4Aと選択ゲートSG1A、SG2AはVCCにされる。選択されたメモリセルのしきい値が1V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が1V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。その後、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF1が非活性化され、信号ECH1が“H”となってイコライズされる。この後、時刻t3wに、信号RV1A、RV1Bが“H”となる。時刻tw4に、再度、信号SAN1、SAP1がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”または“1”か、或いは“2”または“3”か」がフリップフロップFF1によってセンスされ、その情報はラッチされる。   As shown in FIG. 42, first, at time tw1, the voltages VA and VB are 1.8V and 1.5V, respectively, and the bit lines BLa and BLb are 1.8V and 1.5V, respectively. Next, the signals PREA and PREB become “L”, and the bit lines BLa and BLb become floating. Subsequently, at time tw2, the selected control gate CG2A of the block selected by the control gate / selection gate drive circuit is set to 1V, and the non-selected control gates CG1A, CG3A, CG4A and the selection gates SG1A, SG2A are set to VCC. If the threshold value of the selected memory cell is 1V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 1V or more, the bit line voltage remains 1.8V. Thereafter, the signals SAN1 and SAP1 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF1, and the signal ECH1 becomes “H” and equalized. Thereafter, at time t3w, the signals RV1A and RV1B become “H”. At time tw4, the signals SAN1 and SAP1 again become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data of the memory cell is“ 0 ”or“ 1 ”,“ 2 ”or“ 3 ”” is sensed by the flip-flop FF1, and the information is latched.

次に、メモリセルのしきい値が0V以上か或いは、0V以下かが判定される。時刻tw5に、ビット線BLaが1.8Vに、ダミービット線BLbが1.5Vにプリチャージされ、その後フローティングにされる。その後、時刻tw6に選択された制御ゲートが0Vにされる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が0V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、時刻tw7に信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻tw8に、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”か、或いは“1”または“2”または“3”か」がフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   Next, it is determined whether the threshold value of the memory cell is 0 V or higher or 0 V or lower. At time tw5, the bit line BLa is precharged to 1.8V and the dummy bit line BLb is precharged to 1.5V, and then floated. Thereafter, the control gate selected at time tw6 is set to 0V. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 0V or higher, the bit line voltage remains 1.8V. The signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, the signals RV2A and RV2B become “H” at time tw7. At time tw8, the signals SAN2 and SAP2 become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data in the memory cell is“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”or“ 3 ”) is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図43は、時刻tw8のときにフリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチしている読み出しデータを示す図である。この時のフリップフロップFF1、FF2のノードN3C、N5Cの電位は図43のようになる。   FIG. 43 shows read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2 at time tw8. At this time, the potentials of the nodes N3C and N5C of the flip-flops FF1 and FF2 are as shown in FIG.

最後に、メモリセルに書き込まれたデータが「“0”または“1”または“2”か、あるいは“3”か」がセンスされる。時刻tw9にビット線BLaが1.8Vに、ダミービット線BLbが1.5Vにプリチャージされ、その後フローティングにされる。その後、時刻tw10に選択された制御ゲートが2Vにされる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以下なら、ビット線電圧は1.5Vより低くなる。選択されたメモリセルのしきい値が2V以上なら、ビット線電圧は1.8Vのままとなる。時刻tw11にVRFYBA2CがVCCになる。   Finally, it is sensed whether the data written in the memory cell is “0”, “1”, “2”, or “3”. At time tw9, the bit line BLa is precharged to 1.8V and the dummy bit line BLb is precharged to 1.5V, and then floated. Thereafter, the control gate selected at time tw10 is set to 2V. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or less, the bit line voltage is lower than 1.5V. If the threshold value of the selected memory cell is 2V or more, the bit line voltage remains 1.8V. VRFYBA2C becomes VCC at time tw11.

図43からわかるように、ノードN5Cが“high level”およびノードN3Cが“Low level”(つまりノードN4Cが“high level”)になるのは“1”データの場合のみである。従って“1”データの場合のみnチャネルMOSトランジスタQn54C、Qn55C、Qn53Cがオンし、ノードN1がVCCになる。その後、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“L”、“H”となってフリップフロップFF2が非活性化され、信号ECH2が“H”となってイコライズされる。この後、時刻tw12に、信号RV2A、RV2Bが“H”となる。時刻tw13に、再度、信号SAN2、SAP2がそれぞれ“H”、“L”となることで、ノードN1の電圧がセンスされラッチされる。これで、「メモリセルのデータが“0”または“1”または“2”であるか、あるいは“3”か」がフリップフロップFF2によってセンスされ、その情報はラッチされる。   As can be seen from FIG. 43, the node N5C becomes “high level” and the node N3C becomes “Low level” (that is, the node N4C becomes “high level”) only in the case of “1” data. Therefore, only in the case of “1” data, the n-channel MOS transistors Qn54C, Qn55C, and Qn53C are turned on, and the node N1 becomes VCC. Thereafter, the signals SAN2 and SAP2 become “L” and “H”, respectively, to inactivate the flip-flop FF2, and the signal ECH2 becomes “H” and equalized. Thereafter, at time tw12, the signals RV2A and RV2B become “H”. At time tw13, the signals SAN2 and SAP2 again become “H” and “L”, respectively, so that the voltage at the node N1 is sensed and latched. Thus, “whether the data of the memory cell is“ 0 ”,“ 1 ”,“ 2 ”, or“ 3 ”” is sensed by the flip-flop FF2, and the information is latched.

図44は、フリップフロップFF1、FF2がセンスし、ラッチする読み出しデータを示す図である。   FIG. 44 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flops FF1 and FF2.

フリップフロップFF1およびFF2に保持された2ビットのデータは時刻tw14にCENBが活性化されることにより、チップ外部に出力される。   The 2-bit data held in the flip-flops FF1 and FF2 is output outside the chip when CENB is activated at time tw14.

書き込み動作、および書き込みベリファイ読み出し動作はそれぞれ、第3の実施の形態と、ほぼ同様に行えばよい。   The write operation and the write verify read operation may be performed in substantially the same manner as in the third embodiment.

また、第4の実施の形態では、ワード線に所定の読み出し電圧(例えば0V、1V、2V)を印加する前に、毎回ビット線及びダミービット線をプリチャージしている。   In the fourth embodiment, the bit line and the dummy bit line are precharged every time before a predetermined read voltage (for example, 0V, 1V, 2V) is applied to the word line.

これに対し、第3の実施の形態では、読み出し及びベリファイ読み出し時に、最初にビット線及びダミービット線をプリチャージし、その後はプリチャージせず、ワード線の読み出し電圧を変化(例えば0Vから1V、2V)させている。このような第3の実施の形態においても、読み出し、あるいはベリファイ読み出し時に、ワード線に読み出し電圧(例えば0V、1V、2V)を印加する毎に、上記第4の実施の形態のようにビット線及びダミービット線をプリチャージするようにしても良い。   On the other hand, in the third embodiment, at the time of reading and verify reading, the bit line and the dummy bit line are first precharged and then not precharged, and the read voltage of the word line is changed (for example, from 0V to 1V). 2V). Also in the third embodiment, every time a read voltage (for example, 0V, 1V, 2V) is applied to the word line at the time of reading or verify reading, the bit line as in the fourth embodiment. And the dummy bit line may be precharged.

以上、この発明を第1〜第4の実施の形態により説明したが、これら第1〜第4の実施の形態において、下記のような、さらなる変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by the 1st-4th embodiment, in the 1st-4th embodiment, the following further deformation | transformation is possible.

図45は、変形されたカラム構成を有するEEPROMの構成図である。   FIG. 45 is a configuration diagram of an EEPROM having a modified column configuration.

上記第1〜第4の実施の形態では、左右一つずつのビット線BLに、一つのデータ回路6**が対応したものを説明したが、左右複数ずつビット線BLに、一つのデータ回路6**が対応した形に変更することができる。 In the first to fourth embodiments described above, one data circuit 6 ** corresponds to one bit line BL on the left and right, but one data circuit on each bit line BL on the left and right sides. 6 ** can be changed to a corresponding form.

図45に示すように、変形されたカラム構成を有するEEPROMでは、4本のビット線BLai-1〜BLai-4、またはBLbi-1〜BLbi-4(iは0〜3)に対して、データ回路6**-0〜6**-mのうちの一つが設けられている。 As shown in FIG. 45, in an EEPROM having a modified column configuration, data is transferred to four bit lines BLai-1 to BLai-4 or BLbi-1 to BLbi-4 (i is 0 to 3). one of the circuits 6 ** -0~6 ** -m is provided.

以下、メモリセルアレイ1A側を例にとり説明する。   Hereinafter, the memory cell array 1A side will be described as an example.

4本のビット線BLai-1〜BLai-4のうち、例えばBLai-1を選択するときには、データ回路側のトランスファゲート回路7*Aを駆動する駆動信号BLC1〜BLC4のうち、信号BLC1を“H”レベルとし、他の信号BLC2〜4をそれぞれ、“L”レベルとする。 For example, when BLai-1 is selected from the four bit lines BLai-1 to BLai-4, among the drive signals BLC1 to BLC4 for driving the transfer gate circuit 7 * A on the data circuit side, the signal BLC1 is set to “H”. The other signals BLC 2 to 4 are set to “L” level.

また、同時に、非選択ビット線制御回路側のトランスファゲート回路7**Aを駆動する駆動信号BLC1D〜BLC4Dのうち、信号BLC1Dを“L”レベルとし、他の信号BLC2D〜4Dをそれぞれ、“H”レベルとする。これにより、選択されたビット線BLi-1だけがデータ回路6**-0〜6**-mに接続される。 At the same time, among the drive signals BLC1D to BLC4D for driving the transfer gate circuit 7 ** A on the non-selected bit line control circuit side, the signal BLC1D is set to “L” level, and the other signals BLC2D to 4D are set to “H”. “Level. Thus, only the bit lines BLi-1, which is selected is connected to the data circuit 6 ** -0~6 ** -m.

これにより、選択されたビット線BLai-1だけがデータ回路6**-0〜6**-mに接続され、選択されていないビット線BLai-2〜BLai-4はそれぞれ、非選択ビット線制御回路20-0A〜20-mAに接続される。非選択ビット線制御回路20-0A〜20-mAは、選択されていないビット線BLai-2〜BLai-4の電位を制御する。 Thus, only the bit lines BLai-1 which is selected is connected to the data circuit 6 ** -0~6 ** -m, respectively the bit line BLai-2~BLai-4 that have not been selected, the unselected bit lines Connected to control circuits 20-0A to 20-mA. Unselected bit line control circuits 20-0A to 20-mA control the potentials of unselected bit lines BLai-2 to BLai-4.

また、メモリセルアレイ1A、1Bに集積されるメモリセルは、NAND型のセルに限られることはなく、以下に説明するようなセルでも、この発明の実施が可能である。   Further, the memory cells integrated in the memory cell arrays 1A and 1B are not limited to NAND type cells, and the present invention can be implemented with cells as described below.

図46は、NOR型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図46に示すNOR型のセルは、ビット線BLに、選択ゲートを介して接続されている。   FIG. 46 is a diagram showing a memory cell array in which NOR type cells are integrated. The NOR type cell shown in FIG. 46 is connected to the bit line BL via a selection gate.

図47は、他のNOR型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図47に示すNOR型のセルは、ビット線BLに、直接に接続されている。   FIG. 47 is a diagram showing a memory cell array in which other NOR type cells are integrated. The NOR type cell shown in FIG. 47 is directly connected to the bit line BL.

図48は、グランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図48に示すように、グランドアレイ型のセルは、ビット線BLとソース線Vsとを並行に配置したものである。グランドアレイ型のセルは、NOR型のメモリの一つである。   FIG. 48 is a diagram showing a memory cell array in which ground array type cells are integrated. As shown in FIG. 48, the ground array type cell has a bit line BL and a source line Vs arranged in parallel. The ground array type cell is one of NOR type memories.

図49は、他のグランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図49に示すグランドアレイ型のセルは、データを消去するときに使用される消去ゲートEGを有している。また、制御ゲートCGの一部を、メモリセルトランジスタのチャネルにオーバーラップさせた、いわゆるスプリットチャネル型になっている。   FIG. 49 is a diagram showing a memory cell array in which other ground array type cells are integrated. The ground array type cell shown in FIG. 49 has an erase gate EG used when erasing data. Further, a part of the control gate CG is a so-called split channel type in which the channel of the memory cell transistor is overlapped.

図50は、交互グランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図50に示すように、交互グランドアレイ型のセルは、ビット線BLとソース線Vsとを並行に配置した点でグランドアレイ型のセルと一致するが、ビット線BLとソース線Vsとを交互に切り替えることが可能な点が相違している。   FIG. 50 is a diagram showing a memory cell array in which alternating ground array type cells are integrated. As shown in FIG. 50, the alternate ground array type cell matches the ground array type cell in that the bit line BL and the source line Vs are arranged in parallel, but the bit line BL and the source line Vs are alternated. The point that can be switched to is different.

図51は、他の交互グランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図51に示す交互グランドアレイ型のセルは、図50に示したグランドアレイ型のセルと同様な構成を有している。   FIG. 51 shows a memory cell array in which other alternating ground array type cells are integrated. The alternating ground array type cell shown in FIG. 51 has the same configuration as the ground array type cell shown in FIG.

図52は、DINOR(DIvided NOR)型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図52に示すように、DINOR型のセルは、ビット線BLとソース線Vsとの間に、ビット線側選択トランジスタを介して、例えば4つのメモリセルトランジスタが並列に接続されて構成される。   FIG. 52 is a diagram showing a memory cell array in which DINOR (DIvided NOR) type cells are integrated. As shown in FIG. 52, the DINOR type cell is configured by connecting, for example, four memory cell transistors in parallel between a bit line BL and a source line Vs via a bit line side select transistor.

図53は、AND型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図である。図53に示すように、AND型のセルは、ビット線BLとソース線Vsとの間に、ビット線側選択トランジスタおよびソース線側選択トランジスタを介して、例えば4つのメモリセルトランジスタが並列に接続されて構成される。   FIG. 53 is a diagram showing a memory cell array in which AND-type cells are integrated. As shown in FIG. 53, in an AND type cell, for example, four memory cell transistors are connected in parallel between a bit line BL and a source line Vs via a bit line side selection transistor and a source line side selection transistor. Configured.

上記第1〜第4の実施の形態によれば、データ書き込みを行う際に、少なくとも1つのビット線電圧制御回路によって、ビット線を所望のビット線書き込み制御電圧に充電する。これにより、簡単な回路構成で、n値書き込みデータに応じたビット線書き込み制御電圧をビット線に印加するビット線電圧制御回路を実現できる。よって、カラム系回路の規模が小さくなり、チップサイズを小さくでき、低コストのn値記憶EEPROMを得ることができる。   According to the first to fourth embodiments, when data is written, the bit line is charged to a desired bit line write control voltage by at least one bit line voltage control circuit. Accordingly, a bit line voltage control circuit that applies a bit line write control voltage corresponding to n-value write data to the bit line can be realized with a simple circuit configuration. Therefore, the scale of the column circuit can be reduced, the chip size can be reduced, and a low-cost n-value storage EEPROM can be obtained.

例えばメモリセルへの書き込みデータをラッチ、およびメモリセルからの読み出しデータをセンス・ラッチする、多値のデータの数を2(mは2以上の自然数)=n値としたとき、フリップフロップ回路の数をm個にできるので、カラム系回路の回路規模を小さくできる。そして、ベリファイ中、再度、書き込みを行うか否かを判断する判断回路とを具備するが、この判断回路を、前記ベリファイ中に、データラッチ・センスアンプ回路に、ベリファイ読み出し結果に応じて、更新されていく書き込みデータによって制御するように構成している。 For example, when the number of multivalued data is 2 m (m is a natural number of 2 or more) = n value, the flip-flop circuit latches write data to the memory cell and senses and latches read data from the memory cell. Therefore, the column scale of the column circuit can be reduced. And a determination circuit for determining whether or not to perform writing again during the verification. The determination circuit is updated to the data latch / sense amplifier circuit according to the verification read result during the verification. It is configured to be controlled by the write data being processed.

なお、上記多値のデータの数nは、2(m−1)<n≦2を満たす自然数であれば良い。 The number n of the multi-value data may be a natural number satisfying 2 (m−1) <n ≦ 2 m .

図1はこの発明の第1の実施の形態に係る多値記憶NAND型EEPROMの構成を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of a multi-value storage NAND type EEPROM according to a first embodiment of the present invention. 図2は図1に示すメモリセルアレイおよびカラム系回路の構成を示す構成図。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the memory cell array and column system circuit shown in FIG. 図3は図2に示すメモリセルからデータを読み出すときを示す図で、(a)図は電圧の入力状態を示す図、(b)図は電圧の入力波形とビット線に現れる出力波形とを示す図。FIG. 3 is a diagram showing when data is read from the memory cell shown in FIG. 2. FIG. 3A shows a voltage input state, and FIG. 3B shows a voltage input waveform and an output waveform appearing on a bit line. FIG. 図4はビット線に現れる出力電圧とメモリセルの数とを関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the output voltage appearing on the bit line and the number of memory cells. 図5は図2に示すデータ回路の回路図。FIG. 5 is a circuit diagram of the data circuit shown in FIG. 図6は読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 6 is an operation waveform diagram showing a read operation. 図7はフリップフロップがセンスしラッチする読み出しデータを示す図。FIG. 7 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flop. 図8はフリップフロップがラッチする書き込みデータを示す図。FIG. 8 is a diagram showing write data latched by the flip-flop. 図9は書き込み動作を示す動作波形図。FIG. 9 is an operation waveform diagram showing a write operation. 図10はベリファイ読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 10 is an operation waveform diagram showing a verify read operation. 図11は4値記憶のときのメモリセルトランジスタのしきい値分布を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a threshold distribution of memory cell transistors in the case of four-value storage. 図12はこの発明の第2の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図。FIG. 12 is a circuit diagram of a data circuit included in an EEPROM according to the second embodiment of the present invention. 図13は読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 13 is an operation waveform diagram showing a read operation. 図14はフリップフロップがセンスしラッチしている読み出しデータを示す図。FIG. 14 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flop. 図15はフリップフロップがセンスしラッチする読み出しデータを示す図。FIG. 15 is a diagram showing read data sensed and latched by a flip-flop. 図16は書き込み動作の概略を示す概略図。FIG. 16 is a schematic diagram showing an outline of the write operation. 図17はフリップフロップがラッチする書き込みデータを示す図。FIG. 17 is a diagram showing write data latched by the flip-flop. 図18は書き込み動作(プログラム第1サイクル)を示す動作波形図。FIG. 18 is an operation waveform diagram showing a write operation (program first cycle). 図19はベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第1サイクル)を示す動作波形図。FIG. 19 is an operation waveform diagram showing a verify read operation (verify read first cycle). 図20はフリップフロップがラッチしているデータを示す図。FIG. 20 is a diagram showing data latched by a flip-flop. 図21は書き込み終了一括検知トランジスタを有したデータ回路の回路図。FIG. 21 is a circuit diagram of a data circuit having a write completion batch detection transistor. 図22は書き込み動作(プログラム第2サイクル)を示す動作波形図。FIG. 22 is an operation waveform diagram showing a write operation (program second cycle). 図23はベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第2サイクル)を示す動作波形図。FIG. 23 is an operation waveform diagram showing a verify read operation (verify read second cycle). 図24はフリップフロップがラッチしているデータを示す図。FIG. 24 is a diagram showing data latched by a flip-flop. 図25は他のベリファイ読み出し動作(ベリファイ読み出し第1サイクル)を示す動作波形図。FIG. 25 is an operation waveform diagram showing another verify read operation (verify read first cycle). 図26はデータ回路の他の回路図。FIG. 26 is another circuit diagram of the data circuit. 図27はデータ回路の他の回路図。FIG. 27 is another circuit diagram of the data circuit. 図28はこの発明の第3の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図。FIG. 28 is a circuit diagram of a data circuit included in an EEPROM according to the third embodiment of the present invention. 図29は読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 29 is an operation waveform diagram showing a read operation. 図30はフリップフロップがセンスしラッチしている読み出しデータを示す図。FIG. 30 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flop. 図31はフリップフロップがセンスしラッチする読み出しデータを示す図。FIG. 31 is a diagram showing read data sensed and latched by a flip-flop. 図32はフリップフロップがラッチする書き込みデータを示す図。FIG. 32 is a diagram showing write data latched by the flip-flop. 図33は書き込み動作を示す動作波形図。FIG. 33 is an operation waveform diagram showing a write operation. 図34はベリファイ読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 34 is an operation waveform diagram showing a verify read operation. 図35はベリファイ読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 35 is an operation waveform diagram showing a verify read operation. 図36は他のベリファイ読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 36 is an operation waveform diagram showing another verify read operation. 図37はデータ回路の他の回路図。FIG. 37 is another circuit diagram of the data circuit. 図38はデータ回路の他の回路図。FIG. 38 is another circuit diagram of the data circuit. 図39はデータ回路の他の回路図。FIG. 39 is another circuit diagram of the data circuit. 図40はデータ回路の他の回路図。FIG. 40 is another circuit diagram of the data circuit. 図41はこの発明の第4の実施の形態に係るEEPROMが有するデータ回路の回路図。FIG. 41 is a circuit diagram of a data circuit included in an EEPROM according to the fourth embodiment of the invention. 図42は読み出し動作を示す動作波形図。FIG. 42 is an operation waveform diagram showing a read operation. 図43はフリップフロップがセンスしラッチしている読み出しデータを示す図。FIG. 43 is a diagram showing read data sensed and latched by the flip-flop. 図44はフリップフロップがセンスし、ラッチする読み出しデータを示す図。FIG. 44 is a diagram showing read data sensed and latched by a flip-flop. 図45は変形されたカラム構成を有するEEPROMの構成図。FIG. 45 is a configuration diagram of an EEPROM having a modified column configuration. 図46はNOR型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 46 is a diagram showing a memory cell array in which NOR-type cells are integrated. 図47は他のNOR型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 47 is a diagram showing a memory cell array in which other NOR type cells are integrated. 図48はグランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 48 is a diagram showing a memory cell array in which ground array cells are integrated. 図49は他のグランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 49 is a diagram showing a memory cell array in which other ground array type cells are integrated. 図50は交互グランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 50 is a diagram showing a memory cell array in which alternating ground array type cells are integrated. 図51は他の交互グランドアレイ型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 51 is a diagram showing a memory cell array in which other alternating ground array type cells are integrated. 図52はDINOR型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 52 is a diagram showing a memory cell array in which DINOR type cells are integrated. 図53はAND型のセルが集積されたメモリセルアレイを示す図。FIG. 53 shows a memory cell array in which AND-type cells are integrated.

符号の説明Explanation of symbols

1…メモリセルアレイ、2…ロウ系回路、3…カラム系回路、4…アドレスバッファ、5…データ入出力回路、6**…データ回路、7…トランスファゲート回路、MC…メモリセル、M…メモリセルトランジスタ、S…選択トランジスタ、SG…選択ゲート、CG…制御ゲート、BL…ビット線、FF…フリップフロップ回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory cell array, 2 ... Row system circuit, 3 ... Column system circuit, 4 ... Address buffer, 5 ... Data input / output circuit, 6 ** ... Data circuit, 7 ... Transfer gate circuit, MC ... Memory cell, M ... Memory Cell transistor, S ... select transistor, SG ... select gate, CG ... control gate, BL ... bit line, FF ... flip-flop circuit.

Claims (1)

“1”状態、“2”状態、“3”状態、…、“n”状態(nは3以上の自然数)を記憶状態とするような、電気的書き替え可能なn値を記憶するメモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
メモリセルとデータの授受を行う信号線と、
メモリセルから読み出した情報を保持する読み出しデータ保持回路とを備え、
メモリセルのしきい値が“i”状態とほぼ同様または“i”状態以上であるか、あるいは“i”状態よりも小さいかを調べる第iの読み出し動作を行い、読み出しデータをデータ保持回路に保持し、
その後、メモリセルのしきい値が“j”"状態とほぼ同様または“j”状態以上であるか、あるいは“j”状態よりも小さいかを調べる第jの読み出し動作時には、メモリセルのデータが出力した信号線の電位を、前記データ保持回路に保持したデータを参照して変えた後に、信号線の電位をセンスすることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell that stores an electrically rewritable n value such that the “1” state, “2” state, “3” state,..., “N” state (n is a natural number of 3 or more) is stored. Memory cell array arranged in a matrix,
A signal line for exchanging data with the memory cell;
A read data holding circuit for holding information read from the memory cell,
An i-th read operation is performed to check whether the threshold value of the memory cell is almost the same as or in the “i” state or smaller than the “i” state, and the read data is transferred to the data holding circuit. Hold and
Thereafter, during the j-th read operation for checking whether the threshold value of the memory cell is substantially the same as or in the “j” state or smaller than the “j” state, the data in the memory cell is A nonvolatile semiconductor memory device, wherein the potential of a signal line is sensed after changing the potential of the output signal line with reference to data held in the data holding circuit.
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