JP2007149186A - Nonvolatile semiconductor memory apparatus - Google Patents

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Yoshiyuki Hotta
嘉之 堀田
Kenjun Takase
賢順 高瀬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent failure of write-in caused by apparent variation of threshold voltage due to capacitive coupling between nonvolatile memory cells. <P>SOLUTION: The apparatus has rewritable nonvolatile memory cells (MC) performing so to speak multi-level storing. Nonvolatile memory cells of write selection to be written and nonvolatile memory cells of non-write selection in accordance with information to be written are included in a rewriting unit of storage information. The threshold voltage is set so as to keep in required distribution from one direction for the write selection nonvolatile memory cells in write processing for the rewriting unit using write verify voltage, for a result of write processing, for example, stored information is read out from the nonvolatile memory cell of write selection and non-write selection of the rewriting unit using upper or lower discriminating voltage. Information read out from the non-write selection nonvolatile memory cell out of read out storage information is excluded from discrimination object of success or not for the write processing. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、所謂多値で情報記憶を行うことができる不揮発性半導体記憶装置に係り、例えばフラッシュメモリの追加書き込みにおける上裾判定の技術に関する。   The present invention relates to a so-called non-volatile semiconductor memory device capable of storing information in multiple values, for example, to a technique for determining an upper skirt in additional writing of a flash memory.

4値記憶を行うフラッシュメモリには不揮発性メモリセルに対して2ビットの記憶情報に応じた閾値電圧分布が規定されている。記憶情報の書き込みを行う場合には、先ず、不揮発性メモリセルは消去処理によって低い閾値電圧に揃えられ、その後、不揮発性メモリセルには、段階的に閾値電圧を高くする書込み(追加書込み)処理手順に従って、書込みデータに応ずる閾値電圧が設定される。例えば消去状態の記憶情報を“11”とし、順次“10”、“00”、“01”の記憶情報の順に高い閾値電圧を割り当てる場合、データ“10”を書込むべき不揮発性メモリセルは、その書込み動作タイミングにおいて書込み選択制御情報が生成されて閾値電圧制御が行われる。このとき、消去状態とされ又はその他のデータが書き込まれるべき不揮発性メモリセルは、書込み非選択制御情報によって書込み処理が抑制される。これと同じようにして、順次“10”、“00”、“01”の書込み動作タイミングに応答して書込み選択のメモリセルは書込み選択制御情報に基づく閾値電圧制御が行われる。書込み選択及び書込み非選択の制御情報はセンスラッチにラッチされ、例えばビット線を介してメモリセルに書込み電流を流し、書込み非選択制御情報は書込み電流の発生を抑制するように作用する。上記動作では各々の閾値電圧分布の下側境界を書込みベリファイ電圧によって規定する。閾値電圧分布の上側境界は上裾判定電圧によって規定する。上裾判定では書込み処理単位の全ての不揮発性メモリセルを上裾判定レベルによってワード線選択し、オール判定を行なう。特許文献1にはフラッシュメモリにおける書込みベリファイ及びオール判定について記載がある。   In a flash memory that performs quaternary storage, a threshold voltage distribution corresponding to 2-bit storage information is defined for a nonvolatile memory cell. When writing storage information, first, the nonvolatile memory cells are adjusted to a low threshold voltage by an erasing process, and then the writing (additional writing) process for increasing the threshold voltage in stages is performed on the nonvolatile memory cells. A threshold voltage corresponding to the write data is set according to the procedure. For example, when the storage information in the erased state is “11” and a higher threshold voltage is assigned in the order of the storage information “10”, “00”, “01”, the nonvolatile memory cell to which the data “10” is to be written is Write selection control information is generated at the write operation timing, and threshold voltage control is performed. At this time, the non-volatile memory cell to be erased or to which other data is to be written is inhibited from being written by the write non-selection control information. In the same manner, the threshold voltage control based on the write selection control information is performed on the memory cells selected for writing in response to the write operation timings of “10”, “00”, and “01” sequentially. Write selection and write non-selection control information is latched in a sense latch, and a write current is passed to the memory cell, for example, via a bit line, and the write non-selection control information acts to suppress the generation of the write current. In the above operation, the lower boundary of each threshold voltage distribution is defined by the write verify voltage. The upper boundary of the threshold voltage distribution is defined by the upper skirt determination voltage. In the upper skirt determination, all the nonvolatile memory cells in the write processing unit are selected according to the upper skirt determination level, and all determination is performed. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 describes write verify and all determination in a flash memory.

特開平10−106276号公報JP-A-10-106276

本発明者はフラッシュメモリにおける上裾判定時の誤判定について検討した。集積度向上によって素子が微細化されると、メモリアレイにおける不揮発性メモリセルの間隔が狭くなり、其れによって相対的に寄生容量が大きくなる。フローティングゲート型の不揮発性メモリセルの場合、導電性のフローティングゲートは酸化シリコン等で相互に絶縁されているが、前後左右で相隣り合うフローティングゲートは寄生容量によって容量性結合される。そのような容量性結合においてフローティングゲートは容量電極を構成する。したがって、書込み動作においてフローティングゲートに電子が注入されてその閾値電圧が変化されると、それによるフローティングゲートの電位変化は、これに容量結合する別のフローティングゲートの電位を変化させる。これによって当該別のフローティングゲートを持つ不揮発性メモリセルの閾値電圧が見掛け上変化される。例えば、ワード線を共有する不揮発性メモリセルに対する書込み処理は、消去状態“11”を基準に書込みデータに応じて“10”、“00”、“01”の順に行なわれるから、不揮発性メモリセルの閾値電圧は“10”データ、“00”データ、“01”データの順に確定される。従って、メモリセル相互間のカップリング容量が大きいと、先に確定した閾値電圧は、その後の書込み処理によって変化されるフローティングゲートの電荷注入状態に応じて変動することになる。後の書き込み処理ほどフローティングゲートに注入される電荷量が多くなるので、後になるほど、容量性カップリングによって変動する閾値電圧は高くなる傾向にある。要するに、先に閾値電圧状態が確定したメモリセルの閾値電圧が後から見掛け上高くなる。そうすると、“10”、“00”、“01”の書込み処理に対する下裾のベリファイ動作がパスした後、ワード線単位で上裾判定動作を行うと、先に閾値電圧状態が確定したメモリセルの閾値電圧が後から見掛け上高くなって上裾判定レベルを超え、上裾判定に誤判定を生ずる可能のあることが本発明者によって見出された。そのような変動は読出しワード線選択レベル(読出し判定レベル)を超えなければメモリ動作上何ら問題はない。上裾判定レベルとその上の閾値電圧分布との間の読出し判定レベルとの電位差に比較的大きなマージンが確保されていれば、容量性カップリングで変動した閾値電圧が隣の分布との間の読出し判定レベルを超えることは実際には起こり難い。逆に、上裾判定におけるそのような誤判定が検出されると、書込み失敗としてホストに通知され、エラー処理の対象等とされることにより、ホストシステムに大きな負担を掛けることになるという問題のあることが本発明者によって明らかにされた。   The present inventor has examined an erroneous determination at the time of determining the upper skirt in the flash memory. When the elements are miniaturized due to the improvement in the degree of integration, the interval between the nonvolatile memory cells in the memory array is narrowed, and thereby the parasitic capacitance is relatively increased. In the case of a floating gate type nonvolatile memory cell, the conductive floating gates are insulated from each other by silicon oxide or the like, but the floating gates adjacent to each other in front, rear, left, and right are capacitively coupled by parasitic capacitance. In such capacitive coupling, the floating gate constitutes a capacitive electrode. Therefore, when electrons are injected into the floating gate in the write operation and the threshold voltage is changed, the potential change of the floating gate caused thereby changes the potential of another floating gate that is capacitively coupled thereto. This apparently changes the threshold voltage of the nonvolatile memory cell having the other floating gate. For example, the writing process to the nonvolatile memory cells sharing the word line is performed in the order of “10”, “00”, “01” in accordance with the write data based on the erased state “11”. Is determined in the order of “10” data, “00” data, and “01” data. Therefore, if the coupling capacitance between the memory cells is large, the threshold voltage that has been previously determined will vary according to the charge injection state of the floating gate that is changed by the subsequent write processing. Since the amount of charge injected into the floating gate increases with later writing processing, the threshold voltage fluctuating due to capacitive coupling tends to increase later. In short, the threshold voltage of the memory cell for which the threshold voltage state has been determined first becomes apparently higher later. Then, after the verify operation of the lower skirt for the write processing of “10”, “00”, and “01” is passed, if the upper skirt determination operation is performed in units of word lines, the memory cell whose threshold voltage state has been previously determined It has been found by the present inventor that the threshold voltage apparently increases later and exceeds the upper skirt determination level, which may cause an erroneous determination in the upper skirt determination. There is no problem in the memory operation as long as such fluctuation does not exceed the read word line selection level (read determination level). If a relatively large margin is secured in the potential difference between the upper skirt determination level and the readout determination level between the upper threshold determination level and the threshold voltage distribution above the threshold voltage distribution, the threshold voltage changed by capacitive coupling is Exceeding the read determination level is unlikely to actually occur. Conversely, if such an erroneous determination in the upper skirt determination is detected, the host is notified as a write failure and is subject to error processing, which places a heavy burden on the host system. It has been made clear by the inventors.

本発明の目的は、不揮発性メモリセル間の容量性カップリングによる閾値電圧の見掛け上の変動によって書込み失敗を検出させないようにすることにある。   An object of the present invention is to prevent a write failure from being detected due to an apparent variation in threshold voltage due to capacitive coupling between nonvolatile memory cells.

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。   The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

〔1〕本発明に係る不揮発性半導体記憶装置(1)は、書換え可能な複数個の不揮発性メモリセル(MC)を有し、前記各々の不揮発性メモリセルは閾値電圧の相違によって2ビット以上の情報を書換え可能に記憶することが可能である。この不揮発性半導体記憶装置において、記憶情報の書換え単位には書込むべき情報に応じて書込み選択とされる不揮発性メモリセルと書込み非選択とされる不揮発性メモリセルとを含む。前記不揮発性半導体記憶装置は、書換え単位に対する書込み処理において前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対して、例えば書込みベリファイ電圧(VWV)を用いて、その閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定し、この書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧(例えば上裾判定電圧(VWE)を用いて書換え単位の書込み選択及び書込み非選択の不揮発性メモリセルから記憶情報を読み出し、読出した記憶情報の内、書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報を、前記書込み処理に対する成功可否の判定対象から除外する。   [1] A non-volatile semiconductor memory device (1) according to the present invention has a plurality of rewritable non-volatile memory cells (MC), and each non-volatile memory cell has two or more bits depending on a difference in threshold voltage. Can be stored in a rewritable manner. In this nonvolatile semiconductor memory device, a rewrite unit of stored information includes a nonvolatile memory cell that is selected for writing and a nonvolatile memory cell that is not selected for writing according to information to be written. The non-volatile semiconductor memory device uses the write verify voltage (VWV), for example, for the non-volatile memory cell selected for write in the rewrite unit, so that the threshold voltage falls within a required distribution from one direction. Is stored in a non-volatile memory cell in which rewrite units are selected and unselected using a determination voltage (for example, upper skirt determination voltage (VWE)) that defines the distribution from the other direction with respect to the result of the write process. The information is read, and the information read from the non-programmed non-volatile memory cell among the read storage information is excluded from the determination target of the success or failure of the write process.

上記した手段によれば、書換え単位において書込み選択とされる不揮発性メモリセルに閾値電圧を設定するとき、目的とする閾値電圧分布の下裾を規定する書き込みベリファイ動作をパスした後、その分布の上裾を規定するための上裾判定の対象を、そのとき書き込み対象とされた書込み選択の不揮発性メモリセルに限定する。要するに、書き換え単位の中に含まれる書込み非選択の不揮発性メモリセルの中には別の書き込みデータが既に書込み完了されているものもある。前述のように、この書込み完了された不揮発性メモリセルの閾値電圧が今回書込み選択とされる不揮発性メモリセルとの容量性カップリングによって見掛け上高くされている場合がある。上裾判定レベルによる読出し対象に、前記見掛け閾値電圧が高くされた不揮発性メモリセルが含まれていても、今回書込み非選択とされる不揮発性メモリセルは上裾判定から除外されるので、見掛け上閾値電圧が高くされた不揮発性メモリセルが原因となる上裾飛び出しの誤判定を抑制することができる。   According to the above-described means, when setting a threshold voltage to a nonvolatile memory cell that is selected for writing in a rewrite unit, after passing a write verify operation that defines the bottom of the target threshold voltage distribution, The target of the upper skirt determination for defining the upper skirt is limited to the non-volatile memory cell selected for writing, which is the writing target at that time. In short, some non-programmed non-volatile memory cells included in the rewrite unit have already been written to another write data. As described above, the threshold voltage of the nonvolatile memory cell that has been written may be apparently increased due to capacitive coupling with the nonvolatile memory cell that is currently selected for writing. Even if the non-volatile memory cell whose apparent threshold voltage is increased is included in the read target based on the upper skirt determination level, the non-volatile memory cell which is not selected at this time is excluded from the upper skirt determination. It is possible to suppress erroneous determination of the upper skirt protrusion caused by the nonvolatile memory cell having a higher upper threshold voltage.

本発明の一つの具体的な形態として、前記不揮発性メモリセルは閾値電圧を決めるための電荷蓄積領域として不揮発性メモリセル毎に絶縁された導電性のフローティングゲート(FG)を有する。フローティングゲートが隣接する不揮発性メモリセルとの間で顕著に容量性カップリングを生ずる。   As one specific form of the present invention, the nonvolatile memory cell has a conductive floating gate (FG) insulated for each nonvolatile memory cell as a charge storage region for determining a threshold voltage. The floating gate causes significant capacitive coupling between adjacent non-volatile memory cells.

本発明の別の具体的な形態として、ソース・ドレイン間で並列接続された複数の不揮発性メモリセルから成るストリングを複数有し、1本のグローバルビット線(GBL)に複数のストリングのデータ経路が選択的に導通可能にされ、グローバルビット線を共有する複数のストリングは相互に同じワード線(WL)に選択端子が接続された不揮発性メモリセル(MC)を有する。1本のワード線には複数の書換え単位における不揮発性メモリセルの選択端子が共通接続されるので、異なる書換え単位間でも顕著な容量性カップリングを生ずることになる。   As another specific form of the present invention, a plurality of strings including a plurality of nonvolatile memory cells connected in parallel between a source and a drain are provided, and data paths of the plurality of strings are connected to one global bit line (GBL). The plurality of strings sharing the global bit line have nonvolatile memory cells (MC) each having a selection terminal connected to the same word line (WL). Since one word line is commonly connected to select terminals of nonvolatile memory cells in a plurality of rewrite units, significant capacitive coupling occurs between different rewrite units.

〔2〕上記とは表現を異にする本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、書換え可能な複数個の不揮発性メモリセルを有し、前記各々の不揮発性メモリセルは閾値電圧の相違によって2ビット以上の情報を書換え可能に記憶することが可能である。この不揮発性半導体記憶装置において記憶情報の書換え単位には書込むべき情報に応じて書込み選択とされる不揮発性メモリセルと書込み非選択とされる不揮発性メモリセルとを含む。前記不揮発性メモリセルは、前記書換え単位に対する書込み処理において、前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対してその閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定する書込み制御回路(16)を有する。更に、不揮発性半導体記憶装置は、前記書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧(VWE)を用いて書換え単位の書込み選択及び書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報の内、書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報を、前記書込み処理に対する書込み成功可否の判定対象から除外する回路(32)を有する。   [2] A nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention having a different expression from the above has a plurality of rewritable nonvolatile memory cells, and each of the nonvolatile memory cells has a 2 It is possible to store rewritable information of bits or more. In this nonvolatile semiconductor memory device, a rewrite unit of stored information includes a nonvolatile memory cell that is selected for writing according to information to be written and a nonvolatile memory cell that is not selected for writing. The non-volatile memory cell has a write control circuit (16) for setting the threshold voltage of the non-volatile memory cell selected for writing to a required distribution from one direction in a write process for the rewrite unit. . Further, the non-volatile semiconductor memory device reads out from the non-volatile memory cell in which rewrite unit is selected and non-programmed using a determination voltage (VWE) that defines the distribution from the other direction with respect to the result of the write process. Among the information, there is a circuit (32) for excluding information read from the non-programmed non-volatile memory cell from the determination target of whether or not the writing process is successful.

上記した手段によれば、上裾判定レベルによる読出し対象に前記見掛け閾値電圧が高くされた不揮発性メモリセルが含まれていても、今回書込み非選択とされる不揮発性メモリセルは上裾判定から除外されるので、見掛け上閾値電圧が高くされた不揮発性メモリセルが原因となる上裾飛び出しの誤判定を抑制することができる。   According to the above-described means, even if the read target based on the upper skirt determination level includes a nonvolatile memory cell whose apparent threshold voltage is increased, the non-volatile memory cell that is not selected this time is determined from the upper skirt determination. Since it is excluded, it is possible to suppress the erroneous determination of the upper skirt protrusion caused by the nonvolatile memory cell whose apparent threshold voltage is increased.

本発明の一つの具体的な形態として、前記制御回路は書込むべき情報に対応する書込みベリファイ電圧(VWV)を用いて前記書込み選択不揮発性メモリセルに対してその閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定する。また、前記書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧は前記書込むべき情報に対応する上裾判定電圧(VWE)である。   As one specific form of the present invention, the control circuit uses the write verify voltage (VWV) corresponding to the information to be written to set the threshold voltage for the write selected nonvolatile memory cell from one direction. Set to fit in the distribution. Further, the determination voltage that defines the distribution from the other direction with respect to the result of the writing process is an upper skirt determination voltage (VWE) corresponding to the information to be written.

本発明の別の具体的な形態として、前記不揮発性メモリセル(MC)の選択端子に接続するワード線(WL)と、前記不揮発性メモリセルのデータ端子に接続するビット線(GBL)と、前記ビット線に接続するセンスラッチ(20)と、書き込み処理単位のセンスラッチのラッチデータが全てメモリディスチャージによる値になっているか否かを判定するオール判定回路(35,36)と、を有する。前記除外する回路は、前記センスラッチのラッチデータに応じて前記ビット線の選択ディスチャージ又は選択プリチャージを行なう選択充放電回路(32)である。前記選択充放電回路を用いた動作を制御する上裾判定制御回路(16)を更に有する。   As another specific form of the present invention, a word line (WL) connected to a selection terminal of the nonvolatile memory cell (MC), a bit line (GBL) connected to a data terminal of the nonvolatile memory cell, And a sense latch (20) connected to the bit line, and an all determination circuit (35, 36) for determining whether or not all latch data of the sense latch of the write processing unit has a value due to memory discharge. The circuit to be excluded is a selective charge / discharge circuit (32) that performs selective discharge or selective precharge of the bit line in accordance with latch data of the sense latch. An upper skirt determination control circuit (16) for controlling an operation using the selective charge / discharge circuit is further provided.

本発明の更に具体的な形態として、前記上裾判定制御回路は、前記書込み処理の後、前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対応する前記センスラッチには書込み選択制御情報をラッチさせ(SX)、前記書込み非選択の不揮発性メモリセルに対応する前記センスラッチには書込み非選択制御情報をラッチさせ(SX)、読出し動作のワード線レベルによるメモリディスチャージによって得られるビット線に対し前記センスラッチがラッチするラッチデータを用いた前記選択充放電回路による選択プリチャージを行い(SY)、その結果を前記センスラッチにラッチさせる(S3)。次に、上裾判定制御回路は、前記上裾判定レベルを用いたメモリディスチャージ(S6)によって得られるビット線に対し前記センスラッチがラッチするラッチデータを用いた前記選択充放電回路による選択ディスチャージを行い(S7)、その結果を前記センスラッチにラッチさせ、前記オール判定回路に前記センスラッチのラッチデータに基づく判定をさせる。   As a more specific form of the present invention, the upper skirt determination control circuit latches write selection control information in the sense latch corresponding to the write-selected nonvolatile memory cell after the write process (SX) The sense latch corresponding to the non-programmed non-volatile memory cell latches the program non-selection control information (SX), and the sense latch is applied to the bit line obtained by the memory discharge at the word line level of the read operation. Selective precharge is performed by the selective charge / discharge circuit using latch data to be latched (SY), and the result is latched by the sense latch (S3). Next, the upper skirt determination control circuit performs selective discharge by the selective charge / discharge circuit using latch data latched by the sense latch with respect to the bit line obtained by memory discharge (S6) using the upper skirt determination level. (S7), the result is latched by the sense latch, and the all decision circuit is caused to make a decision based on the latch data of the sense latch.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、不揮発性メモリセル間の容量性カップリングによる閾値電圧の見掛け上の変動によって書込み失敗を検出させないようにすることができる。   That is, it is possible to prevent a write failure from being detected due to an apparent variation of the threshold voltage due to capacitive coupling between nonvolatile memory cells.

《フラッシュメモリの全体的構成》
図2にはフラッシュメモリが示される。フラッシュメモリ1は単結晶シリコンなどの1個の半導体基板に形成される。
<Overall configuration of flash memory>
FIG. 2 shows a flash memory. The flash memory 1 is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon.

フラッシュメモリ1は特に制限されないが、4個のメモリバンク(Bank)BNK0〜BNK3を有する。夫々のメモリバンクBNK0〜BNK3は相互に同じ構成を有し、並列動作可能にされる。図では代表的にメモリバンクBNK0の構成が詳細に例示される。メモリバンクBNK0〜BNK3は、メモリアレイ(ARY)3、Xデコーダ(XDEC)4、データレジスタ(DRG)5、データコントロール回路(DCNT)6、Yアドレスコントロール回路(YACNT)7を有する。   The flash memory 1 is not particularly limited, but has four memory banks BNK0 to BNK3. Each of the memory banks BNK0 to BNK3 has the same configuration and can be operated in parallel. In the figure, the configuration of the memory bank BNK0 is typically illustrated in detail. The memory banks BNK0 to BNK3 include a memory array (ARY) 3, an X decoder (XDEC) 4, a data register (DRG) 5, a data control circuit (DCNT) 6, and a Y address control circuit (YACNT) 7.

前記メモリアレイ3は記憶情報を電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルを多数有する。不揮発性メモリセルは特に制限されないが電荷蓄積領域であるフローティングゲートに絶縁膜を介してコントロールゲートを重ねたスタックドゲート構造とされる。特に制限されないが、不揮発性メモリセルは1個につき2ビットのデータを格納する。要するに、4値で情報記憶を行う。4値とは例えば“11”、“10”、“00”、“01”の4値である。記憶情報“11”は不揮発性メモリセルに対する初期化である消去処理によって得る。消去処理は、特に制限されないが、不揮発性メモリセルのソース、ドレイン及びウェルに回路の接地電位を印加し、コントロールゲートに負の高電圧を印加して電荷蓄積領域の電子を放出させる方向に移動させることで閾値電圧を低くする処理とされる。記憶情報“10”、“00”、“01”はプログラム処理(書き込み処理)によって得る。書込み処理は、特に制限されないが、不揮発性メモリセルのドレインからソースに電流を流し、ソース端の基板表面でホットエレクトロンを発生させ、これをコントロールゲートの高電圧による電界でフローティングゲートに注入することで閾値電圧を高くする処理とされる。記憶情報“10”、“00”、“01”に応じて目的とする閾値電圧が相違される。読出し処理は、ビット線を予めプリチャージしておき、所定の読出し判定レベルをワード線選択レベルとして不揮発性メモリセルを選択してビット線に流れる電流変化若しくはビット線に現れる電圧レベル変化によって記憶情報を検出可能にする処理とされる。記憶情報“11”、“10”、“00”、“01”に応じてワード線選択レベルが相違される。前記メモリアレイ3は前記ビット線に接続された読出し書き込み回路(図示せず)を有する。前記読出し書き込み回路は読み出し処理ではビット線に読み出された記憶情報をラッチし、また、書込み処理では書き込みデータに従ってビット線電位を制御する。   The memory array 3 has a large number of nonvolatile memory cells capable of electrically rewriting stored information. The nonvolatile memory cell is not particularly limited, but has a stacked gate structure in which a control gate is overlaid on a floating gate which is a charge storage region via an insulating film. Although not particularly limited, each nonvolatile memory cell stores 2 bits of data. In short, information is stored in four values. The four values are, for example, four values “11”, “10”, “00”, and “01”. The stored information “11” is obtained by an erasing process that is initialization for the nonvolatile memory cell. The erasing process is not particularly limited, but the circuit ground potential is applied to the source, drain, and well of the nonvolatile memory cell, and a negative high voltage is applied to the control gate to move the electrons in the charge storage region. By doing so, the threshold voltage is lowered. The stored information “10”, “00”, “01” is obtained by program processing (write processing). The write process is not particularly limited, but a current is caused to flow from the drain to the source of the nonvolatile memory cell, hot electrons are generated on the substrate surface at the source end, and this is injected into the floating gate by the electric field generated by the high voltage of the control gate. Thus, the threshold voltage is increased. The target threshold voltage is different depending on the stored information “10”, “00”, “01”. Read processing is performed by precharging a bit line in advance, selecting a nonvolatile memory cell with a predetermined read determination level as a word line selection level, and storing information by changing a current flowing in the bit line or a voltage level appearing on the bit line. Is set to be detectable. The word line selection level differs depending on the storage information “11”, “10”, “00”, “01”. The memory array 3 has a read / write circuit (not shown) connected to the bit line. The read / write circuit latches the storage information read to the bit line in the read process, and controls the bit line potential according to the write data in the write process.

メモリアレイ3において不揮発性メモリセルのコントロールゲートはワード線に接続する。1本のワード線には例えば2ページ(ページ0、ページ1)分の不揮発性メモリセルのコントロールゲートが接続される。前記消去処理は2ページ単位、書き込み処理は1ページ単位、読出し処理は1ページ単位で行なわれる。   In the memory array 3, the control gate of the nonvolatile memory cell is connected to the word line. For example, the control gates of nonvolatile memory cells for two pages (page 0, page 1) are connected to one word line. The erasing process is performed in units of two pages, the writing process is performed in units of one page, and the reading process is performed in units of one page.

前記フラッシュメモリアレイ3とデータレジスタ5はデータの入出力を行なう。例えばデータレジスタ5はSRAMで構成され、フラッシュメモリアレイ3に書き込む書き込みデータのバッファ、フラッシュメモリアレイ3から読み出されたリードデータのバッファとして機能される。   The flash memory array 3 and the data register 5 input / output data. For example, the data register 5 is constituted by an SRAM and functions as a buffer for write data to be written to the flash memory array 3 and a buffer for read data read from the flash memory array 3.

前記データコントロール回路6はデータレジスタ5へのデータの入出力を制御する。Yアドレスコントロール回路7はデータレジスタ5に対するアドレス制御を行なう。   The data control circuit 6 controls input / output of data to / from the data register 5. The Y address control circuit 7 performs address control for the data register 5.

外部入出力端子I/O1〜I/O16は、アドレス入力端子、データ入力端子、データ出力端子、コマンド入力端子に兼用され、マルチプレクサ(MPX)10に接続される。外部入出力端子I/O1〜I/O16に入力されたページアドレスはマルチプレクサ10からページアドレスバッファ(PABUF)11に入力され、Yアドレス(カラムアドレス)はマルチプレクサ10からYアドレスカウンタ(YACUNT)12にプリセットされる。外部入出力端子I/O1〜I/O16に入力された書込みデータはマルチプレクサ4からデータ入力バッファ(DIBUF)13に供給される。データ入力バッファ13に供給された書込みデータは入力データコントロール回路(IDCNT)14を介して前記データコントロール回路6に入力される。データコントロール回路6から出力されるリードデータはデータ出力バッファ(DOBUF)15を介してマルチプレクサ10に供給されて、外部入出力端子I/O1〜I/O16から出力される。   The external input / output terminals I / O 1 to I / O 16 are also used as address input terminals, data input terminals, data output terminals, and command input terminals, and are connected to the multiplexer (MPX) 10. The page address input to the external input / output terminals I / O 1 to I / O 16 is input from the multiplexer 10 to the page address buffer (PABUF) 11, and the Y address (column address) is input from the multiplexer 10 to the Y address counter (YACUNT) 12. Preset. Write data input to the external input / output terminals I / O 1 to I / O 16 is supplied from the multiplexer 4 to the data input buffer (DIBUF) 13. Write data supplied to the data input buffer 13 is input to the data control circuit 6 via an input data control circuit (IDCNT) 14. Read data output from the data control circuit 6 is supplied to the multiplexer 10 via the data output buffer (DOBUF) 15 and output from the external input / output terminals I / O1 to I / O16.

外部入出力端子I/O1〜I/O16に供給されたコマンドコードとアドレス信号の一部はマルチプレクサ10から内部コントロール回路(OPCNT)16に供給される。   A part of the command code and the address signal supplied to the external input / output terminals I / O1 to I / O16 are supplied from the multiplexer 10 to the internal control circuit (OPCNT) 16.

前記ページアドレスバッファ11に供給されたページアドレスはXデコーダ4でデコードされ、そのデコード結果にしたがってメモリアレイ3からワード線を選択する。前記ページアドレスバッファ11に供給されたYアドレスがプリセットされるYアドレスカウンタ12は、プリセット値を起点にアドレスカウントを行なって、Yアドレスコントロール回路7にカウントされたYアドレスを供給する。カウントされたYアドレスは入力データコントロール回路(IDCNT)14からの書込みデータをデータレジスタ5に書き込むとき、また、出力バッファ15に供給するリードデータをデータレジスタ5から選択するときのアドレス信号に利用される。前記ページアドレスバッファ11に供給されたYアドレスは前記カウントされたYアドレスの先頭アドレスに等しい。この先頭のYアドレスをアクセス先頭Yアドレスと称する。   The page address supplied to the page address buffer 11 is decoded by the X decoder 4 and a word line is selected from the memory array 3 according to the decoding result. The Y address counter 12 preset with the Y address supplied to the page address buffer 11 performs address counting with the preset value as a starting point, and supplies the Y address counted to the Y address control circuit 7. The counted Y address is used as an address signal when write data from the input data control circuit (IDCNT) 14 is written to the data register 5 and when read data to be supplied to the output buffer 15 is selected from the data register 5. The The Y address supplied to the page address buffer 11 is equal to the head address of the counted Y address. This head Y address is referred to as an access head Y address.

制御信号バッファ(CSBUF)18には、外部からのアクセス制御信号としてチップイネーブル信号/CE、コマンドラッチイネーブル信号CLE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、ライトイネーブル信号/WE、リードイネーブル信号/RE、ライトプロテクト信号/WP、パワー・オン・リードイネーブル信号PRE、及びリセット信号/RESが供給される。信号の先頭に付された記号“/”はその信号がローイネーブルであることを意味する。   The control signal buffer (CSBUF) 18 includes a chip enable signal / CE, a command latch enable signal CLE, an address latch enable signal ALE, a write enable signal / WE, a read enable signal / RE, and a write protect signal as external access control signals. / WP, power on read enable signal PRE, and reset signal / RES are supplied. The symbol “/” attached to the head of a signal means that the signal is low enable.

チップイネーブル信号/CEはフラッシュメモリ1の動作を選択する信号であり、ローレベルでフラッシュメモリ(デバイス)1がアクティブ(動作可能)にされ、ハイレベルでフラッシュメモリ1がスタンバイ(動作停止)にされる。リードイネーブル信号/REは外部入出力端子I/O1〜I/O16からのデータ出力タイミングを制御し、当該信号のクロック変化に同期してデータが読み出される。ライトイネーブル信号/WEはその立ち上がりエッジで、コマンド、アドレス、及びデータをフラッシュメモリ1に取込み指示する。コマンドラッチイネーブル信号CLEは外部入出力端子I/O1〜I/O16に外部から供給されるデータをコマンドとして指定する信号であり、出力端子I/O1〜I/O16のデータがCLE=“H”(ハイレベル)の時に/WEの立ち上がりエッジに同期して取込まれ、コマンドとして認識される。アドレスラッチイネーブル信号ALEは外部入出力端子I/O1〜I/O16に外部から供給されるデータがアドレスであることを指示する信号であり、出力端子I/O1〜I/O16のデータがALE=“H”(ハイレベル)の時に/WEの立ち上がりエッジに同期して取込まれ、アドレスとして認識される。ライトプロテクト信号/WPはローレベルによりフラッシュメモリ1は消去及び書込み禁止とされる。   The chip enable signal / CE is a signal for selecting the operation of the flash memory 1, and the flash memory (device) 1 is activated (operable) at a low level, and the flash memory 1 is set to standby (operation stopped) at a high level. The The read enable signal / RE controls the data output timing from the external input / output terminals I / O1 to I / O16, and data is read in synchronization with the clock change of the signal. The write enable signal / WE instructs the flash memory 1 to fetch the command, address, and data at the rising edge. The command latch enable signal CLE is a signal for designating data supplied from the outside to the external input / output terminals I / O1 to I / O16 as a command, and the data of the output terminals I / O1 to I / O16 is CLE = "H". At (high level), it is taken in synchronization with the rising edge of / WE and recognized as a command. The address latch enable signal ALE is a signal for instructing that the data supplied from the outside to the external input / output terminals I / O1 to I / O16 is an address, and the data of the output terminals I / O1 to I / O16 is ALE = When it is “H” (high level), it is fetched in synchronization with the rising edge of / WE and is recognized as an address. When the write protect signal / WP is at a low level, the flash memory 1 is inhibited from being erased and written.

内部コントロール回路16は前記アクセス制御信号などに従ったインタフェース制御を行なうと共に、入力されたコマンドに従った消去動作、書込み動作及び読出し動作などの内部動作を制御する。内部コントロール回路16は、消去制御、読出し制御、書込み制御、上裾判定制御等のハードワイヤード制御ロジック又はプログラム制御ロジックを備える。また、内部コントロール回路16はレディービジー信号R/Bを出力する。レディービジー信号R/Bはフラッシュメモリ1の動作中にローレベルにされ、これによって外部にビジー状態を通知する。Vccは電源電圧、Vssは接地電圧である。書込み処理及び消去処理に必要な高電圧は、特に制限されないが、電源電圧Vccに基づいて内部昇圧回路(図示せず)で生成される。   The internal control circuit 16 performs interface control according to the access control signal and the like, and controls internal operations such as an erase operation, a write operation, and a read operation according to an input command. The internal control circuit 16 includes hard-wired control logic or program control logic such as erase control, read control, write control, and upper skirt determination control. The internal control circuit 16 outputs a ready / busy signal R / B. The ready / busy signal R / B is set to a low level during the operation of the flash memory 1, thereby notifying the outside of the busy state. Vcc is a power supply voltage, and Vss is a ground voltage. The high voltage required for the writing process and the erasing process is not particularly limited, but is generated by an internal booster circuit (not shown) based on the power supply voltage Vcc.

《グローバルビット線の書込み読出し系回路》
図1にはメモリアレイ3の構成として1本のグローバルビット線に関する構成が代表的に示される。例えば1本のグローバルビット線GBLに対して並列された不揮発性メモリセルMCの列が2列配置されている。第1列目はページ0の一部を構成し、第2列目はページ1の一部を構成する。各列を構成する不揮発性メモリセルMCのコモンソース電極は選択信号STS1,STS2によってスイッチ制御されるストリングスイッチMn1,Mn2で排他的に選択されてグローバルビット線GBLに導通される。各列を構成する不揮発性メモリセルMCのコモンドレイン電極は選択信号STD1,STD2によってスイッチ制御されるストリングスイッチMn3,Mn4で排他的に選択されてコモンドレイン線CDLに導通される。ここでは便宜上不揮発性メモリセルMCのソース・ドレインの名称は書込み動作における書込み電流の向きを基準とする。したがって読み出し動作ではソース・ドレインが逆になる。図においてpチャネル型MOSトランジスタにはその基体ゲートの矢印を付してnチャネル型MOSトランジスタと区別してある。
<Global bit line write / read circuit>
FIG. 1 representatively shows a configuration relating to one global bit line as the configuration of the memory array 3. For example, two columns of nonvolatile memory cells MC arranged in parallel with respect to one global bit line GBL are arranged. The first column constitutes part of page 0, and the second column constitutes part of page 1. The common source electrodes of the nonvolatile memory cells MC constituting each column are exclusively selected by string switches Mn1 and Mn2 that are switch-controlled by selection signals STS1 and STS2, and are conducted to the global bit line GBL. The common drain electrodes of the nonvolatile memory cells MC constituting each column are exclusively selected by the string switches Mn3 and Mn4 that are switch-controlled by the selection signals STD1 and STD2, and are conducted to the common drain line CDL. Here, for convenience, the names of the source and drain of the nonvolatile memory cell MC are based on the direction of the write current in the write operation. Therefore, the source and drain are reversed in the read operation. In the figure, a p-channel MOS transistor is marked with an arrow of its base gate to distinguish it from an n-channel MOS transistor.

グローバルビットGBLの書込み読出し系回路について説明する。20はCMOSスタティックラッチによって構成されたセンスラッチである。高電位側動作電源ノードはSLP、低電位側動作電源ノードはSLNとされる。センスラッチ20の一方の入出力ノードはリファレンスノードREF、他方の入出力ノードはセンスノードSNSとされる。前記リファレンスノードREFとセンスノードSNSはカラム選択信号YSにてスイッチ制御されるセレクトMOSトランジスタ21、22を介して入出力経路IORi、IOSiに接続可能にされ、また、信号RSAR、RSASにてスイッチ制御されるセンスラッチセットMOSトランジスタ23,24を介してプリチャージ電源ノードFRPCに接続される。入出力経路IORi、IOSiは前記データレジスタ5に接続される。データレジスタ5は4値データと2値データとの間の変換を行なう変換論理を備えている。前記センスノードSNSとリファレンスノードREFの初期化動作では信号RSAS、RSARのレベルが相違されることにより、リファレンスノードREFはセンスノードSNSの大凡半分のレベルにプリチャージされる。センスノードSNSはセンスMOSトランジスタ25、信号SENSEにてスイッチ制御されるセンスイネーブルMOSトランジスタ26を介して回路の接地電位Vssに接続される。センスMOSトランジスタ25はグローバルビット線のレベルに応じてスイッチ制御され、センスノードSNSを選択的に接地電位Vssに導通可能にする。これにより、センスラッチ20はグローバルビット線GBLがプリチャージレベルからディスチャージされるか否かによってラッチデータの反転が可能にされる。また、センスラッチ20は入出力経路IORi、IOSiから供給される書き込み制御データ等をラッチすることができる。便宜上リファレンスノードREFの論理値を、センスラッチ20が保持するデータ値として表現する。例えばセンスラッチ20がハイレベル(論理値1データ)を保持するときリファレンスノードREFはハイレベル(論理値1)になる。   The global bit GBL write / read circuit will be described. Reference numeral 20 denotes a sense latch constituted by a CMOS static latch. The high potential side operation power supply node is SLP, and the low potential side operation power supply node is SLN. One input / output node of the sense latch 20 is a reference node REF, and the other input / output node is a sense node SNS. The reference node REF and the sense node SNS can be connected to the input / output paths IORi and IOSi via select MOS transistors 21 and 22 that are switch-controlled by a column selection signal YS, and are switch-controlled by signals RSAR and RSAS. Sense latch set MOS transistors 23 and 24 are connected to precharge power supply node FRPC. The input / output paths IORi and IOSi are connected to the data register 5. The data register 5 has conversion logic for converting between quaternary data and binary data. In the initialization operation of the sense node SNS and the reference node REF, the levels of the signals RSAS and RSAR are different, so that the reference node REF is precharged to approximately half the level of the sense node SNS. The sense node SNS is connected to a circuit ground potential Vss through a sense MOS transistor 25 and a sense enable MOS transistor 26 which is switch-controlled by a signal SENSE. The sense MOS transistor 25 is switch-controlled according to the level of the global bit line, and selectively enables the sense node SNS to be connected to the ground potential Vss. As a result, the sense latch 20 can invert the latch data depending on whether the global bit line GBL is discharged from the precharge level. The sense latch 20 can latch write control data supplied from the input / output paths IORi and IOSi. For convenience, the logical value of the reference node REF is expressed as a data value held by the sense latch 20. For example, when the sense latch 20 holds a high level (logic value 1 data), the reference node REF becomes a high level (logic value 1).

リファレンスノードREFは信号TRにてスイッチ制御される分離MOSトランジスタ28を介してグローバルビット線GBLに接続可能にされる。分離MOSトランジスタ28は書込み動作においてオン状態にされ、その他の動作ではオフ状態にされる。グローバルビット線GBLと電源FPCとの間に直列接続された選択MOSトランジスタ31とイネーブルMOSトランジスタ30は選択充放電回路32を構成する。選択MOSトランジスタ31はリファレンスノードREFのレベルに従ってスイッチ制御され、イネーブルMOSトランジスタ30は制御信号PCによってスイッチ制御される。選択充放電回路32は、PCにてMOSトランジスタ30のオン動作が指示されたとき、センスラッチ20がハイレベルを保持する場合だけ選択的に、FPCの電源に応じてグローバルビット線GBLのディスチャージ又はプリチャージを行う。この意味において、グローバルビット線GBLは選択プリチャージ又は選択ディスチャージが可能にされる。全てのグローバルビット線GBLに対する強制的な充放電は制御信号RPCDにてスイッチ制御されるMOSトランジスタ33を用いて行なわれる。MOSトランジスタ33がオン動作されるとFPCの電源に応じて全てのグローバルビット線GBLのディスチャージ又はプリチャージが行われる。この意味において、グローバルビット線GBLは全プリチャージ又は全ディスチャージが可能にされる。   Reference node REF can be connected to global bit line GBL via isolation MOS transistor 28 that is switch-controlled by signal TR. The isolation MOS transistor 28 is turned on in the write operation, and is turned off in the other operations. The selection MOS transistor 31 and the enable MOS transistor 30 connected in series between the global bit line GBL and the power supply FPC constitute a selection charge / discharge circuit 32. The selection MOS transistor 31 is switch-controlled according to the level of the reference node REF, and the enable MOS transistor 30 is switch-controlled by a control signal PC. The selective charging / discharging circuit 32 selectively discharges the global bit line GBL according to the power supply of the FPC only when the sense latch 20 holds the high level when the PC is instructed to turn on the MOS transistor 30. Precharge. In this sense, the global bit line GBL can be selectively precharged or discharged. Forcible charging / discharging of all global bit lines GBL is performed using MOS transistors 33 that are switch-controlled by a control signal RPCD. When the MOS transistor 33 is turned on, all the global bit lines GBL are discharged or precharged according to the power supply of the FPC. In this sense, the global bit line GBL can be fully precharged or discharged.

センスノードSNSには書込み又は消去ベリファイ動作の判定に用いるオール判定MOSトランジスタ35のゲートが結合され、そのソースは回路の接地電位Vssに、そのドレインの信号ECDは多入力アンドゲート36に入力される。当該アンドゲート36の出力は制御回路16に与えられる。前記多入力アンドゲート36には複数ページに共有される各センスラッチのオール判定MOSトランジスタ35のドレインが共通接続される。オール判定MOSトランジスタ35は、上裾や下裾の判定動作において、其れを超える高い閾値電圧を持つメモリセルに対するメモリディスチャージ動作によりグローバルビット線GBLがディスチャージされたとき、センスラッチ20のラッチデータの反転動作によってオン状態にされる。オール判定MOSトランジスタ35が一つでもオン状態にされることにより、書込み又は消去ベリファイ動作において異常在りと判定される。   The sense node SNS is coupled to the gate of an all determination MOS transistor 35 used for determination of write or erase verify operation, the source is input to the circuit ground potential Vss, and the drain signal ECD is input to the multi-input AND gate 36. . The output of the AND gate 36 is given to the control circuit 16. The multi-input AND gate 36 is commonly connected to the drains of the all determination MOS transistors 35 of the sense latches shared by a plurality of pages. When the global bit line GBL is discharged by the memory discharge operation for the memory cell having a high threshold voltage exceeding the upper skirt and lower skirt in the determination operation of the upper skirt and the lower skirt, the all determination MOS transistor 35 receives the latch data of the sense latch 20. It is turned on by an inversion operation. When even one all determination MOS transistor 35 is turned on, it is determined that there is an abnormality in the write or erase verify operation.

書込み動作では分離MOSトランジスタ28がオン状態にされ、センスラッチ20のリファレンスノードREFがグローバルビット線GBLに導通される。書込み選択とされる不揮発性メモリセルMCのソースに接続するリファレンスノードREFのセンスラッチ20にはローレベルの書込み制御情報がラッチされる。これにより、コモンデータ線CDLからリファレンスノードREFを介して電源SLNに書込み電流が流れるようになる。書込み動作において書込み選択の不揮発性メモリセルのワード線には高電圧が印加されており、書込み電流は書込み選択の不揮発性メモリセルにホットエレクトロンを発生させる。このとき電源SLNはVssにされている。書込み非選択とされる不揮発性メモリセルMCのソースに接続するリファレンスノードREFのセンスラッチ20にはハイレベルの書込み非選択制御情報がラッチされる。これにより、書込み非選択の不揮発性メモリセルに書込み電流が流れるのを抑制する。   In the write operation, isolation MOS transistor 28 is turned on, and reference node REF of sense latch 20 is conducted to global bit line GBL. Low level write control information is latched in the sense latch 20 of the reference node REF connected to the source of the nonvolatile memory cell MC selected for writing. As a result, a write current flows from the common data line CDL to the power supply SLN via the reference node REF. In the write operation, a high voltage is applied to the word line of the nonvolatile memory cell selected for writing, and the write current generates hot electrons in the nonvolatile memory cell selected for writing. At this time, the power supply SLN is set to Vss. High level write non-selection control information is latched in the sense latch 20 of the reference node REF connected to the source of the non-volatile memory cell MC to be unselected. This suppresses the write current from flowing to the non-programmed non-volatile memory cell.

読出し動作若しくは書込み又は消去のベリファイ動作における記憶情報の読出し処理では分離MOSトランジスタ28はオフ状態にされ、センスラッチ20のリファレンスノードREFはグローバルビット線GBLから切り離される。読出し処理の基本動作形態を説明する。先ず、MOSトランジスタ33によってグローバルビット線GBLのプリチャージが行なわれ、その後、ワード線選択によってメモリディスチャージ動作が開始される。選択された不揮発性メモリセルの閾値電圧がワード線選択レベルよりも低ければグローバルビット線GBLはディスチャージされ、選択された不揮発性メモリセルの閾値電圧がワード線選択レベルよりも高ければグローバルビット線GBLはプリチャージレベルを維持する。このメモリディスチャージ動作中に、電源FRPCを介してリファレンスノードREFとセンスノードSNSがプリチャージされる。制御信号RSARとRSASのレベル差により、リファレンスノードREFは、センスノードSNSの約半分のレベルにプリチャージされる。この後、センスイネーブルMOSトランジスタ26がオン状態にされる。このとき、前記メモリディスチャージ動作によってグローバルビット線GBLがディスチャージされていればセンスノードSNSにレベル変化はなく、センスラッチ20は動作電源の投入に応答して増幅動作を行なってローレベルのデータラッチ動作を確定する。一方、前記メモリディスチャージ動作によってグローバルビット線GBLがプリチャージレベルを維持していればリファレンスノードREFに対してセンスノードSNSのレベルが反転し、センスラッチ20は動作電源の投入に応答して増幅動作を行なってハイレベルのデータラッチ動作を確定する。   In the read operation of the stored information in the read operation or the write or erase verify operation, the isolation MOS transistor 28 is turned off, and the reference node REF of the sense latch 20 is disconnected from the global bit line GBL. A basic operation mode of the reading process will be described. First, the global bit line GBL is precharged by the MOS transistor 33, and then the memory discharge operation is started by selecting the word line. If the threshold voltage of the selected nonvolatile memory cell is lower than the word line selection level, the global bit line GBL is discharged. If the threshold voltage of the selected nonvolatile memory cell is higher than the word line selection level, the global bit line GBL is discharged. Maintains the precharge level. During this memory discharge operation, the reference node REF and the sense node SNS are precharged via the power supply FRPC. Due to the level difference between the control signals RSAR and RSAS, the reference node REF is precharged to about half the level of the sense node SNS. Thereafter, the sense enable MOS transistor 26 is turned on. At this time, if the global bit line GBL is discharged by the memory discharge operation, the level of the sense node SNS is not changed, and the sense latch 20 performs an amplifying operation in response to turning on of the operation power to perform a low level data latch operation. Confirm. On the other hand, if the global bit line GBL maintains the precharge level by the memory discharge operation, the level of the sense node SNS is inverted with respect to the reference node REF, and the sense latch 20 amplifies in response to turning on the operation power supply. To confirm the high level data latch operation.

《上裾判定動作》
図3には書き込み動作によって不揮発性メモリセルに設定される閾値電圧の分布が示される。VW0,VW1,VW2,VW3は書き込みベリファイ時における記憶情報“11”,“10”,“00”,“01”に応じた下裾判定電圧としてのベリファイ電圧である。VEW0,VEW1,VEW2は書き込みベリファイ時における記憶情報“11”,“10”,“00”に応じた上裾判定電圧である。それら上裾判定電圧と下裾判定電圧によって記憶情報“11”,“10”,“00”,“01”に応じた閾値電圧分布が規定される。VRW1,VRW2,VRW3は読み出し動作時に記憶情報“11”,“10”,“00”,“01”を判定可能にするための読み出しワード線電圧(読出し判定レベル)である。ページ単位の書込み動作において、消去状態を基点に書込み処理は、特に制限されないが、“01”データ書き込み処理、“00”データ書込み処理、“11”データ書込み処理の順に行なう。特に制限されないが、データ書き込み処理は、書込み処理対象の不揮発性メモリセルの閾値電圧が目的の閾値電圧分布の下裾以上になるように、書込み電圧印加と下裾判定動作を繰り返す処理とされる。特に制限されないが、上裾判定処理は、“01”、“00”、“11”の各データ書込み処理が成功である場合に行なうものとする。
<< Upper hem judging action >>
FIG. 3 shows the distribution of threshold voltages set in the nonvolatile memory cells by the write operation. VW0, VW1, VW2, and VW3 are verify voltages as lower skirt determination voltages corresponding to stored information “11”, “10”, “00”, and “01” at the time of write verify. VEW0, VEW1, and VEW2 are upper skirt determination voltages corresponding to stored information “11”, “10”, and “00” at the time of write verification. The threshold voltage distribution corresponding to the stored information “11”, “10”, “00”, “01” is defined by the upper skirt determination voltage and the lower skirt determination voltage. VRW1, VRW2, and VRW3 are read word line voltages (read determination levels) for enabling determination of stored information “11”, “10”, “00”, and “01” during a read operation. In the page unit write operation, the write process based on the erased state is not particularly limited, but the “01” data write process, the “00” data write process, and the “11” data write process are performed in this order. Although not particularly limited, the data write process is a process in which the write voltage application and the lower skirt determination operation are repeated so that the threshold voltage of the nonvolatile memory cell to be written is equal to or higher than the lower skirt of the target threshold voltage distribution. . Although not particularly limited, it is assumed that the upper skirt determination process is performed when each of the data write processes of “01”, “00”, and “11” is successful.

図4には不揮発性メモリセルの平面的配置関係が概略的に示される。FGは不揮発性メモリセルのフローティングゲート、WLはワード線である。不揮発性メモリセルのマトリクス配置に応じて各メモリセルのフローティングゲートFGは前後左右に隣り合うもの同士容量性結合を生じ、カップリング容量CCの容量電極になっている。したがって、書込み動作においてフローティングゲートFGに電子が注入されてその閾値電圧が変化されると、それによるフローティングゲートFGの電位変化は、これに容量結合する別のフローティングゲートFGの電位を変化させる。これによって当該別のフローティングゲートFGを持つ不揮発性メモリセルの閾値電圧が見掛け上変化される。例えば、ワード線を共有する不揮発性メモリセルに対する書込み処理は、消去状態“11”を基準に書込みデータに応じて“10”、“00”、“01”の順に行なわれるから、不揮発性メモリセルの閾値電圧は“10”データ、“00”データ、“01”データの順に確定される。先に確定した閾値電圧は、その後に近辺で書込み処理が行なわれる別の不揮発性メモリセルのフローティングゲートに対する電荷注入状態の変化に応じて変動することになる。要するに、図5に例示されるように、破線で示されるところの先に閾値電圧状態が確定したメモリセルの閾値電圧分布が、実線で示されるように後から見掛け上高くなる。所謂Vthボケを生ずる。そうすると、“10”、“00”、“01”の書込み処理に対する下裾判定電圧VWVによる下裾判定動作がパスした後、ワード線単位で上裾判定電圧VWEを用いた上裾判定動作を行うと、先に閾値電圧状態が確定したメモリセルの閾値電圧が後から見掛け上高くなって上裾判定レベルを超えることがある。Vthボケによる閾値電圧の見掛け上の変動は読出し動作時の読出し判定レベルVRWを超えなければメモリ動作上何ら問題はない。逆に、上裾判定におけるそのような誤判定が検出されると、書込み失敗としてホストシステムに通知され、エラー処理の対象等とされることにより、ホストシステムに大きな負担を掛けることになるのが問題である。   FIG. 4 schematically shows a planar arrangement relationship of the nonvolatile memory cells. FG is a floating gate of the nonvolatile memory cell, and WL is a word line. Depending on the matrix arrangement of the nonvolatile memory cells, the floating gates FG of each memory cell are capacitively coupled to each other adjacent to the front, rear, left and right, and serve as a capacitive electrode of the coupling capacitor CC. Therefore, when electrons are injected into the floating gate FG and the threshold voltage is changed in the write operation, the potential change of the floating gate FG caused thereby changes the potential of another floating gate FG capacitively coupled thereto. This apparently changes the threshold voltage of the nonvolatile memory cell having the other floating gate FG. For example, the writing process to the nonvolatile memory cells sharing the word line is performed in the order of “10”, “00”, “01” in accordance with the write data based on the erased state “11”. Is determined in the order of “10” data, “00” data, and “01” data. The previously determined threshold voltage varies according to a change in the state of charge injection with respect to the floating gate of another nonvolatile memory cell to which a writing process is performed in the vicinity. In short, as illustrated in FIG. 5, the threshold voltage distribution of the memory cell whose threshold voltage state has been determined earlier as indicated by the broken line is apparently higher later as indicated by the solid line. This causes a so-called Vth blur. Then, after the lower skirt determination operation using the lower skirt determination voltage VWV for the write processing of “10”, “00”, and “01” is passed, the upper skirt determination operation using the upper skirt determination voltage VWE is performed for each word line. In some cases, the threshold voltage of the memory cell whose threshold voltage state has been previously determined is apparently increased later and exceeds the upper skirt determination level. If the threshold voltage apparent variation due to Vth blur does not exceed the read determination level VRW during the read operation, there is no problem in the memory operation. Conversely, if such an erroneous determination in the upper skirt determination is detected, the host system is notified as a write failure and is subject to error processing, which places a heavy burden on the host system. It is a problem.

図6には上裾判定対象を書込み選択メモリセルに制限した上裾判定処理のフローチャートが示される。図7には上裾判定対象を書込み選択メモリセルに制限せずに書込み処理単位のままとした比較例に係る上裾判定処理のフローチャートが示される。図8には図6と図7による処理ステップにおけるグローバルビット線GBLとセンスラッチ(SLAT)20の論理値の遷移を示す。図9には図8の遷移図が想定する上裾判定電圧によって選択対象にされる不揮発性メモリセルが採り得る閾値電圧の3状態を示す説明図である。   FIG. 6 shows a flowchart of the upper skirt determination process in which the upper skirt determination target is limited to the write selected memory cells. FIG. 7 shows a flowchart of the upper skirt determination process according to the comparative example in which the upper skirt determination target is not limited to the write selection memory cell but remains in the write processing unit. FIG. 8 shows transition of logical values of the global bit line GBL and the sense latch (SLAT) 20 in the processing steps shown in FIGS. FIG. 9 is an explanatory diagram showing three states of threshold voltages that can be taken by the nonvolatile memory cell to be selected by the upper skirt determination voltage assumed in the transition diagram of FIG.

先ず、図9の3状態を説明する。Aの状態は、上裾判定電圧VWEによって選択対象にされる不揮発性メモリセルの閾値電圧が読出し判定電圧VRW以上にされている状態である。Bの状態は、上裾判定電圧VWEによって選択対象にされる不揮発性メモリセルの閾値電圧が上裾判定電圧VWE以上にされている状態である。この状態は上裾判定にエラーがある状態である。Cの状態は、上裾判定電圧VWEによって選択対象にされる不揮発性メモリセルの閾値電圧が下裾判定電圧VWV以上であって上裾判定電圧VWEよりも低くされている状態である。これは上裾判定にエラーのない正常な状態である。図9に示されるA,B,Cの3状態に対して、図8のCMP−TRNSITの欄には図7の処理フローによるグローバルビット線GBLとセンスラッチ(SLAT)20の論理値の遷移がA,B,C毎に示される。同様に、図8のINVET−TRANSITの欄には図6の処理フローによるグローバルビット線GBLとセンスラッチ(SLAT)20の論理値の遷移がA,B,C毎に示される。図8においてHはハイレベル(論理値1)、Lはローレベル(論理値0)を意味する。   First, the three states in FIG. 9 will be described. The state A is a state in which the threshold voltage of the nonvolatile memory cell to be selected by the upper skirt determination voltage VWE is equal to or higher than the read determination voltage VRW. The state B is a state in which the threshold voltage of the nonvolatile memory cell to be selected by the upper skirt determination voltage VWE is equal to or higher than the upper skirt determination voltage VWE. This is a state where there is an error in the upper skirt determination. The state C is a state in which the threshold voltage of the nonvolatile memory cell selected by the upper skirt determination voltage VWE is equal to or higher than the lower skirt determination voltage VWV and lower than the upper skirt determination voltage VWE. This is a normal state with no error in the upper skirt determination. For the three states A, B, and C shown in FIG. 9, the transition of the logical values of the global bit line GBL and the sense latch (SLAT) 20 according to the processing flow of FIG. 7 is shown in the CMP-TRNSIT column of FIG. Shown for each of A, B, and C. Similarly, in the column of INVET-TRANSIT in FIG. 8, the transition of the logical values of the global bit line GBL and the sense latch (SLAT) 20 according to the processing flow of FIG. 6 is shown for each of A, B, and C. In FIG. 8, H means high level (logical value 1), and L means low level (logical value 0).

先ず、図7の比較例に係る上裾判定処理手順を説明する。書込み処理対象とされたページのグローバルビット線GBLの全プリチャージを行い(S1)、当該ページのワード線を読出し判定電圧VRWを用いて選択することによってメモリディスチャージを行なう(S2)。メモリディスチャージによって得られたグローバルビット線GBLの状態に従ってセンスラッチ(SLAT)20によるセンス動作を行なう(S3)。その結果、図9に示されるように、A,B,Cの閾値電圧状態に応じてセンスラッチ20はH,L,Lをラッチする。この後、書込み処理単位であるページのグローバルビット線GBLに対する全ディスチャージを行い(S4)、更に、同じくグローバルビット線GBLに対する全プリチャージを行う(S5)。今度はその後に、当該ページのワード線を上裾判定電圧VWEを用いて選択することによってメモリディスチャージを行なう(S6)。これにより、閾値電圧が上裾を越えたB,C状態のメモリセルに接続するグローバルビット線がディスチャージされずにそのままの状態を維持する。図9のCMP−TRNSITとS6の交点の論理状態より明らかなように、センスラッチ20は対応するメモリセルの閾値電圧が読出し電圧VRWを超えている場合にHをラッチしている。また、グローバルビット線GBLは対応するメモリセルの閾値電圧が上裾判定電圧VWEを超えている場合に論理値Hのプリチャージ状態を維持している。ここではHの論理状態は異常を表象している。この後、S6のメモリディスチャージが行なわれたグローバルビット線GBLに対し、センスラッチ20のラッチデータによる選択ディスチャージが行なわれる(S7)。S7の処理は、ステップS2で得られたグローバルビット線GBL上の論理値Hの状態(閾値電圧が読出し判定電圧VRWを超えている読出し不良)をマスクする機能を果たす。この選択ディスチャージの結果がステップS8のセンスラッチ動作によりセンスラッチ20にラッチされることにより、上裾異常を有する揮発性メモリセル(閾値電圧Bの状態)に対応するセンスラッチ20だけが論理値Hのデータを保持することになる。前述の通りセンスラッチ20のラッチデータの論理値はリファレンスノードREFの論理値であり、これをセンスノードSNSに移すための反転動作を行なう。反転動作は図9にのみ示されており、グローバルビット線GBLのプリチャージ、グローバルビット線GBLに対する選択ディスチャージ、センスアンプによるセンス動作を順次行なえば良い。反転動作によってオール判定MOSトランジスタ35がオン状態にされることにより、上裾判定に異常ありとされる。ステップS2、S6のメモリディスチャージはワード線を共有する1ページ分の全てのメモリセルに対して行なわれるから、前述のように、相隣り合うメモリセル間の容量性カップリングにより閾値電圧が見掛け上上裾判定電圧VWEを超えていれば、当然上裾判定異常が検出されることになる。   First, the upper skirt determination processing procedure according to the comparative example of FIG. 7 will be described. All the global bit lines GBL of the page to be written are precharged (S1), and memory discharge is performed by selecting the word line of the page using the read determination voltage VRW (S2). A sense operation by the sense latch (SLAT) 20 is performed according to the state of the global bit line GBL obtained by the memory discharge (S3). As a result, as shown in FIG. 9, the sense latch 20 latches H, L, and L according to the threshold voltage states of A, B, and C. Thereafter, all discharges are performed on the global bit line GBL of the page which is a write processing unit (S4), and further, all precharges are similarly performed on the global bit line GBL (S5). Next, the memory discharge is performed by selecting the word line of the page using the upper skirt determination voltage VWE (S6). As a result, the global bit lines connected to the memory cells in the B and C states whose threshold voltage exceeds the upper tail are maintained as they are without being discharged. As apparent from the logic state at the intersection of CMP-TRNSIT and S6 in FIG. 9, the sense latch 20 latches H when the threshold voltage of the corresponding memory cell exceeds the read voltage VRW. Further, the global bit line GBL maintains the precharge state of the logical value H when the threshold voltage of the corresponding memory cell exceeds the upper skirt determination voltage VWE. Here, the logic state of H represents an abnormality. Thereafter, selective discharge is performed by the latch data of the sense latch 20 on the global bit line GBL subjected to the memory discharge in S6 (S7). The process of S7 serves to mask the state of the logical value H on the global bit line GBL obtained in step S2 (read failure where the threshold voltage exceeds the read determination voltage VRW). The result of this selective discharge is latched in the sense latch 20 by the sense latch operation in step S8, so that only the sense latch 20 corresponding to the volatile memory cell (threshold voltage B state) having the upper tail abnormality has the logical value H. Will be retained. As described above, the logical value of the latch data of the sense latch 20 is the logical value of the reference node REF, and an inversion operation is performed to transfer this to the sense node SNS. The inversion operation is shown only in FIG. 9, and the global bit line GBL precharge, the selective discharge for the global bit line GBL, and the sense operation by the sense amplifier may be sequentially performed. When the all determination MOS transistor 35 is turned on by the inversion operation, the upper skirt determination is abnormal. Since the memory discharge in steps S2 and S6 is performed on all memory cells for one page sharing the word line, the threshold voltage appears to be apparent due to capacitive coupling between adjacent memory cells as described above. If the upper skirt determination voltage VWE is exceeded, naturally an upper skirt determination abnormality is detected.

図6の処理手順はそのような上裾判定異常の検出を除外できるようにするものである。図7との相違点はステップSXとSYを追加したことである。ステップSXはデータレジスタDRGが保有する書込み制御情報をセンスラッチ20に転送する動作とされる。例えば書き込みデータ“00”の書き込みに対する上裾判定の場合には、書込み対象ページのメモリセル単位に書き込みデータ“00”に応ずる書込み選択制御情報又は書込み非選択制御情報を対応するセンスラッチ20にラッチさせる。前述のように書込み選択の制御情報はセンスラッチ20における論理値Lのラッチデータである。図9においてA,B,Cに対してCの閾値電圧状態の場合を論理値Lとしている。要するに、書込み対象には上裾異常のない正常状態を想定している。ステップSYでは、ステップSXでセンスラッチ20にラッチされた書き込み制御情報を用いて、メモリディスチャージ動作(S2)後のグローバルビット線GBLに対する選択プリチャージを行う。この選択プリチャージは、書込み非選択制御情報をラッチしたセンスラッチ(SLAT)20のグローバルビット線をプリチャージ状態に強制するという機能を持つ。従って、選択プリチャージの処理SYは、書込み非選択制御情報をラッチしたセンスラッチ(SLAT)20のグローバルビットに接続する不揮発性メモリセルの閾値電圧がBの状態のとき、メモリディスチャージ動作(S2)によりそのビット線が論理値Lにディスチャージされていても、これをAの状態と同様の論理値Hの状態に変更する。この状態がステップS3のセンスラッチ動作によってセンスアンプ20にラッチされる。その結果、書込み非選択であって上裾異常を生ずるメモリセルに接続するセンスラッチ20は論理値Hを保持することができる。ステップS3のセンスラッチ動作でセンスラッチ20にラッチされた論理値Hのデータは、S6の上裾判定電圧VWEによるメモリディスチャージ動作の結果に対して異常を示すグローバルビット線上の論理値Hの状態を、S7の選択ディスチャージによって正常の論理値Lの状態に反転させる機能を有する。従ってS8のセンスラッチ動作において、センスラッチ20のラッチデータは全て論理値Lにされる。このように、上裾判定のために書込みページ単位でメモリディスチャージ(S2,S6)を行なう処理手順において、書込み選択ではないメモリセルの閾値電圧が見掛け上、上裾判定電圧を越えても、これを実質的な上裾判定から除外することができる。図8において、MSKは上裾判定対象外になったことを意味し、ERRORは不所望に上裾不良にされたことを意味する。   The processing procedure of FIG. 6 makes it possible to exclude detection of such upper skirt determination abnormality. The difference from FIG. 7 is that steps SX and SY are added. In step SX, the write control information held in the data register DRG is transferred to the sense latch 20. For example, in the case of determining the upper skirt for writing the write data “00”, the write selection control information or the write non-selection control information corresponding to the write data “00” is latched in the corresponding sense latch 20 for each memory cell unit of the write target page. Let As described above, the write selection control information is the latch data of the logic value L in the sense latch 20. In FIG. 9, the case of the threshold voltage state of C with respect to A, B, and C is a logical value L. In short, it is assumed that the writing target is in a normal state with no upper skirt abnormality. In step SY, using the write control information latched in the sense latch 20 in step SX, selective precharge for the global bit line GBL after the memory discharge operation (S2) is performed. This selective precharge has a function of forcing the global bit line of the sense latch (SLAT) 20 that latches the write non-selection control information to a precharge state. Therefore, the selective precharge processing SY is performed when the threshold voltage of the nonvolatile memory cell connected to the global bit of the sense latch (SLAT) 20 that latches the write non-selection control information is in the B state (S2). Thus, even if the bit line is discharged to the logic value L, it is changed to the logic value H state similar to the A state. This state is latched by the sense amplifier 20 by the sense latch operation in step S3. As a result, the sense latch 20 connected to the memory cell which is not selected for writing and has an upper-side abnormality can hold the logical value H. The data of the logical value H latched in the sense latch 20 by the sense latch operation in step S3 indicates the state of the logical value H on the global bit line indicating an abnormality with respect to the result of the memory discharge operation by the upper skirt determination voltage VWE in S6. , S7 has a function of inverting to a normal logical value L state by the selective discharge of S7. Accordingly, in the sense latch operation of S8, all latch data of the sense latch 20 is set to the logical value L. In this way, in the processing procedure for performing memory discharge (S2, S6) for each write page for the upper skirt determination, even if the threshold voltage of the memory cell that is not the write selection apparently exceeds the upper skirt determination voltage, Can be excluded from the substantial upper skirt determination. In FIG. 8, MSK means that the upper skirt is not determined, and ERROR means that the upper skirt is undesirably defective.

ここで、書き込み対象ページ上の書込み選択メモリセルに上裾異常がある場合を想定する。このときは、図9のINVNT−TRNSITとSXとの交点において、Bの閾値電圧状態の欄を論理値Lとして考えればよい。A,Cの状態は書込み非選択の場合であるから論理値Hになる。このときの真理値の変更点は括弧内に示す通りであり、S6のメモリディスチャージの結果に対してS7の選択ディスチャージではBの閾値電圧状態におけるグローバルビット線のディスチャージを行なうことができないから、S8のセンスラッチ動作では書込み選択の不揮発性メモリセルにおける上裾異常は確実に検出可能になる。図6の処理手順は制御回路16の制御ロジックによって規定されている。   Here, it is assumed that there is an upper skirt abnormality in the write selection memory cell on the write target page. In this case, the B threshold voltage state column at the intersection of INVNT-TRNSIT and SX in FIG. Since the states of A and C are in the case where writing is not selected, the logical value becomes H. The change of the truth value at this time is as shown in parentheses. Since the selective discharge of S7 cannot discharge the global bit line in the threshold voltage state of B with respect to the result of the memory discharge of S6, S8 In this sense latch operation, it is possible to reliably detect the upper skirt abnormality in the nonvolatile memory cell selected for writing. The processing procedure of FIG. 6 is defined by the control logic of the control circuit 16.

これにより、相隣り合うメモリセル間の容量性カップリングにより閾値電圧が見掛け上上裾判定電圧VWEを超えても、上裾判定異常として検出されない。容量性カップリングにより不揮発性メモリセルの閾値電圧が見掛け上、上裾判定電圧VWEを超えても、そのような変動が読出しワード線選択レベル(読出し判定電圧)VRWを超えなければメモリ動作上何ら問題はない。上裾判定電圧VWEとその上の読出し判定電圧VRWとの電位差に比較的大きなマージンを確保してあるから、容量性カップリングで変動した閾値電圧が隣の分布との間の読出し判定電圧を超えることは実際には起こり難い。容量性カップリングにより閾値電圧が見掛け上、上裾判定電圧VWEを超えも、これに限っては上裾判定異常として検出されないから、実害のない見掛け上の閾値電圧異常の全てを書込み失敗としてホストシステム側に通知することはない。全てを書込み失敗としてホストシステム側に通知することによって引き起こされるホストシステム側の過大な負担の発生を抑制することができる。   Thereby, even if the threshold voltage apparently exceeds the upper skirt determination voltage VWE due to capacitive coupling between adjacent memory cells, it is not detected as an upper skirt determination abnormality. Even if the threshold voltage of the nonvolatile memory cell apparently exceeds the upper skirt determination voltage VWE due to capacitive coupling, if such a variation does not exceed the read word line selection level (read determination voltage) VRW, there is nothing in terms of memory operation. No problem. Since a relatively large margin is ensured in the potential difference between the upper skirt determination voltage VWE and the upper read determination voltage VRW, the threshold voltage fluctuated by capacitive coupling exceeds the read determination voltage between adjacent distributions. This is unlikely to happen in practice. Even if the threshold voltage apparently exceeds the upper skirt determination voltage VWE due to capacitive coupling, it is not detected as an upper skirt determination abnormality only in this case. There is no notification to the system. It is possible to suppress the occurrence of an excessive burden on the host system side caused by notifying the host system side of all writing failures.

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.

例えば、書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報を、前記書込み処理に対する成功可否の判定対象から除外するための具体的な手法は図6の処理手順に限定されず、適宜変更可能である。また、本発明はフラッシュメモリに限定されず、EEPROM、その他の記憶形式の不揮発性メモリにも広く適用することができる。不揮発性半導体記憶装置はメモリ単体に限定されず、システムLSIもしくはマイクロコンピュータなどのLSI(Large Scale Integrated Circuit)にオンチップされたメモリにも広く適用可能である。   For example, a specific method for excluding information read from a non-programmed non-volatile memory cell from the determination target of the success or failure of the write process is not limited to the process procedure of FIG. 6 and can be changed as appropriate. . Further, the present invention is not limited to the flash memory, but can be widely applied to an EEPROM and other storage-type nonvolatile memories. The nonvolatile semiconductor memory device is not limited to a single memory, but can be widely applied to a memory on-chip in an LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a system LSI or a microcomputer.

メモリアレイの構成として1本のグローバルビット線に関する構成を代表的に示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram representatively showing a configuration related to one global bit line as a configuration of a memory array. フラッシュメモリの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of flash memory. 書き込み動作によって不揮発性メモリセルに設定される閾値電圧分布の説明図である。It is explanatory drawing of the threshold voltage distribution set to a non-volatile memory cell by write-in operation | movement. 不揮発性メモリセルの平面的配置関係を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the planar arrangement | positioning relationship of a non-volatile memory cell. 所謂Vthボケを生じた時の閾値電圧の遷移を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates transition of the threshold voltage when what is called a Vth blur occurs. 上裾判定対象を書込み選択メモリセルに制限した上裾判定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the upper skirt determination process which restricted the upper skirt determination object to the write selection memory cell. 上裾判定対象を書込み選択メモリセルに制限せずに書込み処理単位のままとした比較例に係る上裾判定処理のフローチャートである。12 is a flowchart of an upper skirt determination process according to a comparative example in which an upper skirt determination target is not limited to a write selection memory cell but remains in a write processing unit. 図6と図7による処理ステップにおけるグローバルビット線GBLとセンスラッチ(SLAT)の論理値の遷移図である。FIG. 8 is a transition diagram of logical values of the global bit line GBL and the sense latch (SLAT) in the processing steps shown in FIGS. 6 and 7; 図8の遷移図が想定する上裾判定電圧によって選択対象にされる不揮発性メモリセルの閾値電圧が採り得る3状態を示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram showing three states that can be taken by the threshold voltage of a nonvolatile memory cell to be selected by an upper skirt determination voltage assumed in the transition diagram of FIG. 8.

符号の説明Explanation of symbols

1 フラッシュメモリ
BNK0〜BNK3 メモリバンク
3 メモリアレイ(ARY)
4 Xデコーダ(XDEC)
5 データレジスタ(DRG)
6 データコントロール回路(DCNT)
7 Yアドレスコントロール回路(YACNT)
11 ページアドレスバッファ(PABUF)
12 Yアドレスカウンタ(YACUNT)
16 内部コントロール回路(OPCNT)
MC メモリセル
WL ワード線
FG フローティングゲート
CC カップリング容量
GBL グローバルビット線
20 センスラッチ
REF リファレンスノード
SNS センスノード
35 オール判定MOSトランジスタ
30 イネーブルMOSトランジスタ
31 選択MOSトランジスタ
32 選択充放電回路
VRW 読出し判定電圧
VWE 上裾判定電圧
VWV 下裾判定電圧
1 Flash memory BNK0 to BNK3 Memory bank 3 Memory array (ARY)
4 X decoder (XDEC)
5 Data register (DRG)
6 Data control circuit (DCNT)
7 Y address control circuit (YACNT)
11 Page address buffer (PABUF)
12 Y address counter (YACUNT)
16 Internal control circuit (OPCNT)
MC memory cell WL word line FG floating gate CC coupling capacitance GBL global bit line 20 sense latch REF reference node SNS sense node 35 all judgment MOS transistor 30 enable MOS transistor 31 selection MOS transistor 32 selection charge / discharge circuit VRW read judgment voltage VWE Bottom deciding voltage VWV Bottom skirt judging voltage

Claims (8)

書換え可能な複数個の不揮発性メモリセルを有し、前記各々の不揮発性メモリセルは閾値電圧の相違によって2ビット以上の情報を書換え可能に記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置であって、
記憶情報の書換え単位には書込むべき情報に応じて書込み選択とされる不揮発性メモリセルと書込み非選択とされる不揮発性メモリセルとを含み、
書換え単位に対する書込み処理において前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対してその閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定し、この書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧を用いて書換え単位の書込み選択及び書込み非選択の不揮発性メモリセルから記憶情報を読み出し、読出した記憶情報の内、書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報を、前記書込み処理に対する成功可否の判定対象から除外する不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of rewritable non-volatile memory cells, wherein each non-volatile memory cell can store information of 2 bits or more in a rewritable manner according to a difference in threshold voltage. ,
The rewrite unit of stored information includes a nonvolatile memory cell that is selected for writing according to information to be written and a nonvolatile memory cell that is not selected for writing,
In the write process for the rewrite unit, the threshold voltage is set so as to fall within the required distribution from one direction for the nonvolatile memory cell selected for write, and the distribution is defined from the other direction for the result of the write process. Using the determination voltage, the storage information is read from the non-volatile memory cells that are selected and unselected for rewriting, and the information read from the non-volatile memory cells that are not selected among the read storage information A non-volatile semiconductor memory device excluded from the success / failure determination target.
前記不揮発性メモリセルは閾値電圧を決めるための電荷蓄積領域として不揮発性メモリセル毎に絶縁された導電性のフローティングゲートを有する請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。   2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein said nonvolatile memory cell has a conductive floating gate insulated for each nonvolatile memory cell as a charge storage region for determining a threshold voltage. ソース・ドレイン間で並列接続された複数の不揮発性メモリセルから成るストリングを複数有し、1本のグローバルビット線に複数のストリングのデータ経路が選択的に導通可能にされ、グローバルビット線を共有する複数のストリングは相互に同じワード線に選択端子が接続された不揮発性メモリセルを有する請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置。   Multiple strings consisting of multiple non-volatile memory cells connected in parallel between source and drain, with multiple global data lines selectively connected to one global bit line and sharing the global bit line The non-volatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein the plurality of strings include non-volatile memory cells whose selection terminals are connected to the same word line. 書換え可能な複数個の不揮発性メモリセルを有し、前記各々の不揮発性メモリセルは閾値電圧の相違によって2ビット以上の情報を書換え可能に記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置であって、
記憶情報の書換え単位には書込むべき情報に応じて書込み選択とされる不揮発性メモリセルと書込み非選択とされる不揮発性メモリセルとを含み、
前記書換え単位に対する書込み処理において、前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対してその閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定する書込み制御回路と、
前記書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧を用いて書換え単位の書込み選択及び書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報の内、書込み非選択の不揮発性メモリセルから読み出した情報を、前記書込み処理に対する書込み成功可否の判定対象から除外する回路と、を有する不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of rewritable non-volatile memory cells, wherein each non-volatile memory cell can store information of 2 bits or more in a rewritable manner according to a difference in threshold voltage. ,
The rewrite unit of stored information includes a nonvolatile memory cell that is selected for writing according to information to be written and a nonvolatile memory cell that is not selected for writing,
A write control circuit for setting the threshold voltage to a required distribution from one direction for the nonvolatile memory cell for write selection in the write process for the rewrite unit;
Non-volatile memory cell that is not selected for writing out of the information read from the non-volatile memory cell that is selected and unselected for rewriting using a determination voltage that defines the distribution from the other direction with respect to the result of the writing process A non-volatile semiconductor memory device comprising: a circuit that excludes information read out from a determination target of whether or not writing is successful for the writing process.
前記制御回路は書込むべき情報に対応する書込みベリファイ電圧を用いて前記書込み選択不揮発性メモリセルに対してその閾値電圧を一方向から所要の分布に収めるように設定する請求項4記載の不揮発性半導体記憶装置。   5. The nonvolatile circuit according to claim 4, wherein the control circuit sets the threshold voltage of the write selection nonvolatile memory cell so as to fall within a predetermined distribution from one direction by using a write verify voltage corresponding to information to be written. Semiconductor memory device. 前記書込み処理の結果に対して当該分布を他方向から規定する判定電圧は前記書込むべき情報に対応する上裾判定電圧である請求項5記載の不揮発性半導体記憶装置。   6. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 5, wherein the determination voltage that defines the distribution from the other direction with respect to the result of the write process is an upper skirt determination voltage corresponding to the information to be written. 前記不揮発性メモリセルの選択端子に接続するワード線と、
前記不揮発性メモリセルのデータ端子に接続するビット線と、
前記ビット線に接続するセンスラッチと、
書き込み処理単位のセンスラッチのラッチデータが全てメモリディスチャージによる値になっているか否かを判定するオール判定回路と、を有し、
前記除外する回路は、前記センスラッチのラッチデータに応じて前記ビット線の選択ディスチャージ又は選択プリチャージを行なう選択充放電回路であり、
前記選択充放電回路を用いた動作を制御する上裾判定制御回路を更に有する請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。
A word line connected to a selection terminal of the nonvolatile memory cell;
A bit line connected to a data terminal of the nonvolatile memory cell;
A sense latch connected to the bit line;
An all determination circuit for determining whether or not all latch data of the sense latch of the write processing unit is a value due to memory discharge,
The circuit to be excluded is a selective charge / discharge circuit that performs selective discharge or selective precharge of the bit line according to latch data of the sense latch.
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, further comprising an upper skirt determination control circuit that controls an operation using the selective charge / discharge circuit.
前記上裾判定制御回路は、前記書込み処理の後、前記書込み選択の不揮発性メモリセルに対応する前記センスラッチには書込み選択制御情報をラッチさせ、前記書込み非選択の不揮発性メモリセルに対応する前記センスラッチには書込み非選択制御情報をラッチさせ、読出し動作のワード線レベルによるメモリディスチャージによって得られるビット線に対し前記センスラッチがラッチするラッチデータを用いた前記選択充放電回路による選択プリチャージを行い、その結果を前記センスラッチにラッチさせ、次に、前記上裾判定レベルを用いたメモリディスチャージによって得られるビット線に対し前記センスラッチがラッチするラッチデータを用いた前記選択充放電回路による選択ディスチャージを行い、その結果を前記センスラッチにラッチさせ、前記オール判定回路に前記センスラッチのラッチデータに基づく判定をさせる請求項7記載の不揮発性半導体記憶装置。   The upper skirt determination control circuit latches write selection control information in the sense latch corresponding to the write-selected nonvolatile memory cell after the write process, and corresponds to the write-unselected nonvolatile memory cell. Select uncharge control information is latched by the selective charge / discharge circuit using latch data latched by the sense latch with respect to the bit line obtained by memory discharge according to the word line level of the read operation. The result is latched by the sense latch, and then the selective charge / discharge circuit using the latch data latched by the sense latch with respect to the bit line obtained by the memory discharge using the upper skirt determination level. Performs selective discharge and stores the result in the sense latch. Tsu is Ji, non-volatile semiconductor memory device according to claim 7, wherein for the determination based on the latched data of the sense latch to the all-determining circuit.
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