JP2009170016A - Semiconductor storage device and data transfer method - Google Patents

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靖博 杉田
Yoshimitsu Yamauchi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor storage device capable of normally carrying out a data transfer operation to a volatile latch circuit from a nonvolatile memory section even in an area where a voltage of a control terminal for controlling the operation of the nonvolatile memory section is high. <P>SOLUTION: In a control circuit CNT, a readout voltage Vw1 is applied to word lines WL1, WL2, and first switching elements Qn2, Qn3 and a second switching element Qn4 are turned into a conductive state, and then a first presensing operation is carried out for discharging data nodes by each current amount of nonvolatile memory sections M1, M2 after the data nodes SD, SDB are precharged by precharge circuit Qp1, Qp2, and after that, the word line voltages are partially or gradually lowered, and a second presensing operation is carried out for preparatorily amplifying a voltage difference between the data nodes by activating the volatile latch circuit LC. After that, a main sensing operation is started by performing either of turning off the first switching element or perfectly stopping the voltage application to the word lines, or by performing both of these operations. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、不揮発性メモリ部と揮発性ラッチ回路で構成されており、電源遮断状態では不揮発性メモリ部でデータを保持し、電源オン状態では不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して格納する半導体記憶装置に関し、より具体的には、ロジックCMOSプロセスに適した1層ポリシリコンを用いた浮遊ゲート型の不揮発性メモリ部を有する差動構成の半導体記憶装置、及び、その不揮発性メモリ部から揮発性ラッチ回路へのデータ転送方法(リコール方法)に関する。   The present invention is composed of a nonvolatile memory unit and a volatile latch circuit, and holds data in the nonvolatile memory unit in the power-off state and latches data held in the nonvolatile memory unit in the power-on state. More specifically, a semiconductor memory device that is transferred to a circuit and stores the semiconductor memory device, more specifically, a semiconductor memory device having a differential configuration having a floating gate type nonvolatile memory unit using one-layer polysilicon suitable for a logic CMOS process, and The present invention also relates to a data transfer method (recall method) from the nonvolatile memory portion to the volatile latch circuit.

近年、SOC(System On Chip)に集積するプロセス・コアのプログラム格納、RFIDタグや市場でのLSIチップ管理のためのID格納、液晶ドライバLSIのガンマ補正用データ格納、各種LSIの出力のトリミング用途等で、CMOSプロセスを用いた小容量のロジック混載用不揮発性メモリの需要が高まっている。これは、従来用いられていた外付けEEPROM、ヒューズ技術、ロジック混載フラッシュメモリに比べ、CMOSプロセスを用いた小容量のロジック混載用不揮発性メモリの方が、性能面やコスト面で有利になるからである。例えば、コスト面では、ロジック混載フラッシュメモリに比べてマスク枚数を10枚近く減らすことができる。また、ヒューズ技術に比べ、チップ面積を小さくできるメリット等もある。その中で、Impinj社、Virage社等が、CMOSプロセスに完全互換な不揮発性メモリを製品化している。   In recent years, process core program storage integrated in SOC (System On Chip), RFID tag and ID storage for LSI chip management in the market, gamma correction data storage for LCD driver LSI, trimming of various LSI output For this reason, there is an increasing demand for a small-capacity logic embedded nonvolatile memory using a CMOS process. This is because a small-capacity logic embedded nonvolatile memory using a CMOS process is more advantageous in terms of performance and cost than a conventional external EEPROM, fuse technology, and logic embedded flash memory. It is. For example, in terms of cost, the number of masks can be reduced by nearly 10 compared to a logic-embedded flash memory. In addition, the chip area can be reduced compared to the fuse technology. Among them, Impinj, Virage, etc. have commercialized non-volatile memories that are fully compatible with the CMOS process.

図1に、不揮発性メモリ部M1、M2と揮発性ラッチ回路LCで構成されており、電源遮断状態では不揮発性メモリ部M1、M2でデータを保持し、電源オン状態では不揮発性メモリ部M1、M2で保持されたデータを揮発性ラッチ回路LCに転送して格納する半導体記憶装置の回路構成例を示す。図1に示す回路構成では、1対の不揮発性メモリ部M1、M2が設けられており、夫々がロジックCMOSプロセスに適した1層ポリシリコンを用いた浮遊ゲート型の不揮発性メモリであり、1対の不揮発性メモリ部M1、M2に1ビットデータを相補的に保持するノイズ耐性の高い差動構成となっている。揮発性ラッチ回路LCは、1対の不揮発性メモリ部M1、M2で保持された相補データを1対のデータノードSD、SDBに転送し、その1対のデータノードSD、SDBの電圧差を増幅して保持する構成となっており、2つのインバータ回路IN1、IN2の一方の出力と他方の入力を夫々接続したラッチ回路と、そのラッチ回路を活性化するNMOSトランジスタQn1を2つのインバータ回路IN1、IN2と接地電圧線との間に設けた構成となっている。NMOSトランジスタQn1のゲートには、揮発性ラッチ回路LCを活性化する制御信号SENが入力している。   FIG. 1 includes nonvolatile memory units M1 and M2 and a volatile latch circuit LC. The nonvolatile memory units M1 and M2 hold data in the power-off state, and the nonvolatile memory units M1 and M1 in the power-on state. An example of a circuit configuration of a semiconductor memory device that transfers and stores data held in M2 to a volatile latch circuit LC is shown. In the circuit configuration shown in FIG. 1, a pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 are provided, each of which is a floating gate type nonvolatile memory using one-layer polysilicon suitable for a logic CMOS process. A differential configuration with high noise resistance in which 1-bit data is complementarily held in the pair of nonvolatile memory units M1 and M2. The volatile latch circuit LC transfers the complementary data held in the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 to the pair of data nodes SD and SDB, and amplifies the voltage difference between the pair of data nodes SD and SDB. A latch circuit in which one output and the other input of the two inverter circuits IN1 and IN2 are connected to each other, and an NMOS transistor Qn1 that activates the latch circuit is connected to the two inverter circuits IN1, The configuration is provided between IN2 and the ground voltage line. A control signal SEN for activating the volatile latch circuit LC is input to the gate of the NMOS transistor Qn1.

また、当該回路構成では、1対のデータノードSD、SDBを各別に電源電圧VccにプリチャージするPMOSトランジスタQp1、Qp2からなる1対のプリチャージ回路と、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2間を夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対のNMOSトランジスタQn2、Qn3と、1対の不揮発性メモリ部M1、M2と接地電圧線間を夫々電気的に導通及び遮断可能に接続するNMOSトランジスタQn4が設けられている。PMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートには、1対のデータノードSD、SDBへのプリチャージ動作を制御する制御信号PREが入力している。また、NMOSトランジスタQn2、Qn3のゲートには、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2間の電気的接続を制御する制御信号RGが入力している。NMOSトランジスタQn4のゲートには、1対の不揮発性メモリ部と接地電圧線間の電気的接続を制御する制御信号SRCが入力している。   Further, in the circuit configuration, a pair of precharge circuits composed of PMOS transistors Qp1 and Qp2 for precharging the pair of data nodes SD and SDB to the power supply voltage Vcc, respectively, and a pair of data nodes SD and SDB and 1 A pair of NMOS transistors Qn2 and Qn3 that connect the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 so as to be electrically conductive and cut-off respectively, and a pair of nonvolatile memory units M1 and M2 and the ground voltage line are electrically connected to each other. In addition, an NMOS transistor Qn4 is provided which is connected so as to be able to be turned on and off. A control signal PRE for controlling the precharge operation to the pair of data nodes SD and SDB is input to the gates of the PMOS transistors Qp1 and Qp2. A control signal RG for controlling the electrical connection between the pair of data nodes SD and SDB and the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 is input to the gates of the NMOS transistors Qn2 and Qn3. A control signal SRC for controlling the electrical connection between the pair of nonvolatile memory portions and the ground voltage line is input to the gate of the NMOS transistor Qn4.

不揮発性メモリ部M1、M2は、図2(a)の断面図と図2(b)の等価回路図と図2(c)のシンボル図に示すように、ソースSR、ドレインDN、ソース及びドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲートFG、浮遊ゲートFGと容量結合する2つの制御端子CG1、CG2を備えて構成される。不揮発性メモリ部M1、M2は、1対設けられ、相補的なデータ、つまり、1ビットデータの“0”と“1”が、浮遊ゲートFGの蓄積電荷量によって決定されるソースSR、ドレインDN、浮遊ゲートFGからなるMOSFETの閾値電圧の大小に差をつけて記憶される。例えば、データノードSD側の不揮発性メモリ部M1の閾値電圧が低く(電流量大)、データノードSDB側の不揮発性メモリ部M2の閾値電圧が高く(電流量小)、設定されている。また、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の第1の制御端子CG1は共通に第1のワード線WL1に接続し、第2の制御端子CG2は共通に第2のワード線WL2に接続している。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2A, the equivalent circuit diagram of FIG. 2B, and the symbol diagram of FIG. 2C, the nonvolatile memory units M1 and M2 include a source SR, a drain DN, a source and a drain. The floating gate FG can be controlled by the amount of accumulated charge, and two control terminals CG1 and CG2 that are capacitively coupled to the floating gate FG. A pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 is provided, and complementary data, that is, “0” and “1” of 1-bit data is determined by the amount of charge stored in the floating gate FG, the source SR and the drain DN The threshold voltage of the MOSFET composed of the floating gate FG is stored with a difference. For example, the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M1 on the data node SD side is set low (the current amount is large), and the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M2 on the data node SDB side is set high (the current amount is small). Further, the first control terminal CG1 of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 is commonly connected to the first word line WL1, and the second control terminal CG2 is commonly connected to the second word line WL2. ing.

また、不揮発性メモリ部M1、M2は、図2(a)に示すように、第1メモリユニットと第2メモリユニットを備えて構成され、ロジックCMOSプロセスに適した1層ポリシリコンを用いて第1メモリユニットの第1浮遊ゲートFG1と第2メモリユニットの第2浮遊ゲートFG2が形成され、第1浮遊ゲートFG1と第2浮遊ゲートFG2が電気的に接続されて浮遊ゲートFGが形成されている。   Further, as shown in FIG. 2A, the nonvolatile memory units M1 and M2 are configured to include a first memory unit and a second memory unit, and are formed using a single layer polysilicon suitable for a logic CMOS process. A first floating gate FG1 of one memory unit and a second floating gate FG2 of a second memory unit are formed, and the first floating gate FG1 and the second floating gate FG2 are electrically connected to form a floating gate FG. .

具体的には、第1メモリユニットは、半導体基板1の表面上に形成されたN拡散層のソースSR及びドレインDNと、ソースSR及びドレインDNの各N拡散層間の第1チャネル領域上のゲート絶縁膜3と、1層ポリシリコンを用いてゲート絶縁膜3上に形成された第1浮遊ゲートFG1を備えたN型のMOSFET構造を有する。第2メモリユニットは、半導体基板1に形成された第1メモリユニットの形成領域と電気的に分離されたN型ウェル2の表面上に形成された2つのP拡散層と、該2つのP拡散層間の第2チャネル領域上の絶縁膜4と、絶縁膜4上に形成された第2浮遊ゲートFG2を備えたP型のMOSFET構造を有する。第2メモリユニットでは、N型ウェル2表面に形成されたNコンタクト拡散層が第1の制御端子CG1として機能し、該2つのP拡散層の一方または両方が第2の制御端子CG2として機能する。第1の制御端子CG1と第2の制御端子CG2は、夫々絶縁膜4を介して第2浮遊ゲートFG2と容量結合している。 Specifically, the first memory unit includes a source SR and a drain DN of an N + diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and a first channel region between the N + diffusion layers of the source SR and the drain DN. And an N-type MOSFET structure including a first floating gate FG1 formed on the gate insulating film 3 using one-layer polysilicon. The second memory unit includes two P + diffusion layers formed on the surface of the N-type well 2 electrically isolated from the formation region of the first memory unit formed in the semiconductor substrate 1, and the two P + A P-type MOSFET structure having an insulating film 4 on the second channel region between the + diffusion layers and a second floating gate FG2 formed on the insulating film 4 is provided. In the second memory unit, the N + contact diffusion layer formed on the surface of the N-type well 2 functions as the first control terminal CG1, and one or both of the two P + diffusion layers serve as the second control terminal CG2. Function. The first control terminal CG1 and the second control terminal CG2 are capacitively coupled to the second floating gate FG2 via the insulating film 4, respectively.

読み出し動作時において、第1メモリユニットは、読み出し用のNMOSトランジスタとして機能し、第2メモリセルユニットは、2本のワード線WL1、WL2を介して、第1及び第2の制御端子CG1、CG2に電圧印加することで、第2メモリセルユニット側の第2浮遊ゲートFG2の電位を制御して、結果として、第1メモリユニット側の第1浮遊ゲートFG1の電位を制御する機能を有する。   During the read operation, the first memory unit functions as an NMOS transistor for reading, and the second memory cell unit receives the first and second control terminals CG1, CG2 via the two word lines WL1, WL2. By applying a voltage to the second memory cell unit, the potential of the second floating gate FG2 on the second memory cell unit side is controlled, and as a result, the potential of the first floating gate FG1 on the first memory unit side is controlled.

図3に、リコール動作(不揮発性メモリ部M1、M2から揮発性ラッチ回路LCへのデータ転送動作)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。   FIG. 3 shows input voltage waveforms of the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2 in the recall operation (data transfer operation from the nonvolatile memory units M1, M2 to the volatile latch circuit LC). The voltage waveforms of the floating gate FG and the pair of data nodes SD and SDB are shown.

リコール動作は、順番に実行されるプリチャージ、プリセンス、メインセンスの3つの動作ステップで構成される。先ず、プリチャージ動作用の制御信号PREを高レベル、他の制御信号SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2を低レベルとする初期状態から、プリチャージ動作に先立って、制御信号RG、SRCとワード線WL1、WL2を高レベルに遷移させる。引き続いて、プリチャージ期間中に制御信号PREを高レベルから低レベルに遷移させ、PMOSトランジスタQp1、Qp2をオン状態として、1対のデータノードSD、SDBの電位を電源電圧Vccに向けてプリチャージする。プリチャージ期間中は、制御信号RG、SRCとワード線WL1、WL2が高レベルであるため、1対の不揮発性メモリ部M1、M2は、夫々の浮遊ゲートFGの蓄積電荷量に応じた電流を流す。ここでは、一例として、データノードSD側の不揮発性メモリ部M1の閾値電圧が低く(電流量大)、データノードSDB側の不揮発性メモリ部M2の閾値電圧が高く(電流量小)設定されているので、データノードSDの電位が、データノードSDBより僅かに低下している。また、1対のデータノードSD、SDBの各電位は、DC的には、PMOSトランジスタQp1、Qp2の電流と、対応する不揮発性メモリ部M1、M2の電流が均衡する電位に自動的に調整される。制御信号PREを高レベルに戻すとPMOSトランジスタQp1、Qp2がオフし、自動的にプリセンス動作が開始して、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の電流に応じて、1対のデータノードSD、SDBの電位が低下する。図3の例では、データノードSDB側の不揮発性メモリ部の閾値電圧が高いため、データノードSDBの電位は高電位を維持し、データノードSDの電位だけが低下している。引き続き、制御信号RGを低レベルに遷移させてNMOSトランジスタQn2、Qn3をオフさせ、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2を電気的に分離すると同時に、制御信号SENを高レベルに遷移させて、NMOSトランジスタQn1をオンさせて揮発性ラッチ回路LCを活性化すると、メインセンス動作が開始され、1対のデータノードSD、SDBの電位に応じた相補データが、揮発性ラッチ回路LCに保持される。   The recall operation is composed of three operation steps of precharge, presense, and main sense that are executed in sequence. First, from the initial state in which the control signal PRE for the precharge operation is at a high level and the other control signals SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2 are at a low level, the control signals RG, SRC are prior to the precharge operation. And the word lines WL1 and WL2 are transited to a high level. Subsequently, the control signal PRE is changed from a high level to a low level during the precharge period, the PMOS transistors Qp1 and Qp2 are turned on, and the potential of the pair of data nodes SD and SDB is precharged toward the power supply voltage Vcc. To do. During the precharge period, since the control signals RG and SRC and the word lines WL1 and WL2 are at a high level, the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 generates a current corresponding to the accumulated charge amount of each floating gate FG. Shed. Here, as an example, the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M1 on the data node SD side is set low (large amount of current), and the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M2 on the data node SDB side is set high (small amount of current). Therefore, the potential of the data node SD is slightly lower than that of the data node SDB. Also, in terms of DC, the potentials of the pair of data nodes SD and SDB are automatically adjusted to potentials at which the currents of the PMOS transistors Qp1 and Qp2 and the currents of the corresponding nonvolatile memory units M1 and M2 are balanced. The When the control signal PRE is returned to a high level, the PMOS transistors Qp1 and Qp2 are turned off, and the pre-sense operation is automatically started, and a pair of data nodes SD are generated according to the currents of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2. , The potential of SDB decreases. In the example of FIG. 3, since the threshold voltage of the nonvolatile memory portion on the data node SDB side is high, the potential of the data node SDB maintains a high potential, and only the potential of the data node SD decreases. Subsequently, the control signal RG is changed to a low level to turn off the NMOS transistors Qn2 and Qn3, thereby electrically separating the pair of data nodes SD and SDB and the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2, and at the same time, the control signal When SEN is transitioned to a high level and the NMOS transistor Qn1 is turned on to activate the volatile latch circuit LC, the main sense operation is started, and complementary data corresponding to the potentials of the pair of data nodes SD and SDB is It is held in the volatile latch circuit LC.

特表2005−532654号公報JP 2005-532654 A 特表2005−533372号公報JP 2005-533372 A J. Raszka 他,“Embedded Flash Memory for Security Application in a 0.13μm CMOS Logic Process”,ISSCC 2004 Technical Digest, Session 2,2.4,2004年2月J. et al. Raszka et al., “Embedded Flash Memory for Security Application in a 0.13 μm CMOS Logic Process”, ISSCC 2004 Technical Digest, Session 2, 2.4, 2004.

図1に示す半導体記憶装置のリコール動作の動作結果の電圧依存性を図4に示す。図4に示すパスフェイル分布図は、リコール動作結果の電源電圧Vcc及びワード線電圧Vwlに対する依存性を示しており、横軸が電源電圧Vcc、縦軸がワード線WL1、WL2の電圧Vwlである。図4中、各電圧条件でリコール動作がパスした(不揮発性メモリ部M1、M2に記憶されたデータが揮発性ラッチ回路LCに正常に転送され保持された)場合を“P”で、リコール動作がフェイルした場合を“F”で表示している。尚、図4では、パス領域とフェイル領域の境界を見易くするために、境界線を太線で表示している。図4より明らかなように、ワード線電圧Vwlが高い領域でリコール動作がフェイルしている。   FIG. 4 shows the voltage dependence of the operation result of the recall operation of the semiconductor memory device shown in FIG. 4 shows the dependence of the recall operation result on the power supply voltage Vcc and the word line voltage Vwl. The horizontal axis represents the power supply voltage Vcc, and the vertical axis represents the voltages Vwl of the word lines WL1 and WL2. . In FIG. 4, when the recall operation is passed under each voltage condition (the data stored in the non-volatile memory units M1 and M2 is normally transferred and held in the volatile latch circuit LC), the recall operation is “P”. “F” is displayed when “Fail” has failed. In FIG. 4, the boundary line is indicated by a bold line in order to make it easier to see the boundary between the pass area and the fail area. As apparent from FIG. 4, the recall operation fails in a region where the word line voltage Vwl is high.

図5に、ワード線電圧Vwlが高い領域でリコール動作がフェイルする原因を説明するために、ワード線電圧Vwlが高い場合のリコール動作における、図3と同様の上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。ワード線電圧Vwlが高い場合、閾値電圧が高いデータノードSDB側の不揮発性メモリセル部M2の電流が、揮発性ラッチ回路LCのインバータ回路IN1を構成するPMOSトランジスタの電流に比べ大きく、データノードSDBの電位が低下し、プリセンス動作期間に2つのデータノードSD、SDBの電位が略接地電位まで低下し、データノードSD、SDB間の電位差を確保できずに、メインセンス動作において誤読み出しが発生している。このように、図3に示す従来のリコール動作では、ワード線電圧Vwlの高い側で動作範囲が狭くなるという問題があった。   FIG. 5 illustrates the above control signals PRE, SEN, RG similar to those in FIG. 3 in the recall operation when the word line voltage Vwl is high in order to explain the cause of the recall operation failing in the region where the word line voltage Vwl is high. , SRC and input voltage waveforms of the word lines WL1 and WL2, and voltage waveforms of the floating gate FG and the pair of data nodes SD and SDB. When the word line voltage Vwl is high, the current of the nonvolatile memory cell portion M2 on the data node SDB side having a high threshold voltage is larger than the current of the PMOS transistor that constitutes the inverter circuit IN1 of the volatile latch circuit LC, and the data node SDB The potential of the two data nodes SD and SDB drops to substantially the ground potential during the pre-sense operation period, and the potential difference between the data nodes SD and SDB cannot be secured, and erroneous reading occurs in the main sense operation. ing. As described above, the conventional recall operation shown in FIG. 3 has a problem that the operation range becomes narrow on the higher side of the word line voltage Vwl.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、不揮発性メモリ部と揮発性ラッチ回路で構成されており、電源遮断状態では不揮発性メモリ部でデータを保持し、電源オン状態では不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して格納する半導体記憶装置において、不揮発性メモリ部から揮発性ラッチ回路へのデータ転送動作が不揮発性メモリ部の動作を制御する制御端子の電圧が高い領域でも正常に動作可能な半導体記憶装置、及び、データ転送方法を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is composed of a nonvolatile memory portion and a volatile latch circuit. In the power cutoff state, the nonvolatile memory portion holds data and In the semiconductor memory device in which the data held in the nonvolatile memory unit is transferred to the volatile latch circuit and stored in the on state, the data transfer operation from the nonvolatile memory unit to the volatile latch circuit performs the operation of the nonvolatile memory unit. The object is to provide a semiconductor memory device that can operate normally even in a region where the voltage of a control terminal to be controlled is high, and a data transfer method.

上記目的を達成するための本発明に係る半導体記憶装置は、ソース、ドレイン、前記ソース及び前記ドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲート、前記浮遊ゲートと容量結合する1つまたは2つの制御端子を備えてなる不揮発性メモリ部の1対と、1対のデータノードの電圧差を増幅して保持可能な揮発性ラッチ回路と、前記1対のデータノードを所定の電源電圧に向かってプリチャージするプリチャージ回路と、前記1対のデータノードの一方と前記1対の不揮発性メモリ部の一方の前記ドレイン間、及び、前記1対のデータノードの他方と前記1対の不揮発性メモリ部の他方の前記ドレイン間を、夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対の第1スイッチング素子と、前記1対の不揮発性メモリ部の前記ソースと所定の基準電圧間を電気的に導通及び遮断可能に接続する第2スイッチング素子と、前記プリチャージ回路のプリチャージ動作、前記1対の不揮発性メモリ部の前記各制御端子の電圧制御、前記揮発性ラッチ回路のラッチ動作、前記1対の第1スイッチング素子のオンオフ動作、及び、前記第2スイッチング素子のオンオフ動作を個別に制御する制御回路と、を備えてなり、前記制御回路が、前記制御端子に所定の読み出し電圧を印加し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子を導通状態に設定した後に、前記プリチャージ回路を活性化させて前記1対のデータノードをプリチャージする動作を行い、前記プリチャージ回路を非活性化して前記プリチャージ動作を終了した後、前記1対の不揮発性メモリ部から前記浮遊ゲートの夫々の蓄積電荷量に応じた前記ドレイン及び前記ソース間を流れる電流量で、前記1対のデータノードのプリチャージ後の電圧を各別に放電する第1プリセンス動作を行い、前記第1プリセンス動作を所定期間実行した後に、前記制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、前記揮発性ラッチ回路を活性化させて、前記1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンス動作を行い、前記第2プリセンス動作を前記第2プリセンス期間実行した後に、前記第1スイッチング素子をオフするか、前記制御端子への前記読み出し電圧の印加を完全に停止するかの少なくとも何れか一方の動作を行ってメインセンス動作を開始する一連の制御動作可能に構成されていることを第1の特徴とする。   In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to the present invention includes a source, a drain, a floating gate capable of controlling a conduction state between the source and the drain according to the amount of stored charge, and capacitive coupling with the floating gate. A volatile latch circuit capable of amplifying and holding a voltage difference between a pair of nonvolatile memory units having one or two control terminals, a pair of data nodes, and a predetermined power source for the pair of data nodes A precharge circuit for precharging toward a voltage; between one of the pair of data nodes and one of the drains of the pair of nonvolatile memory units; and the other of the pair of data nodes and the pair A pair of first switching elements that connect the other drains of the non-volatile memory unit so as to be electrically conductive and cut-off, respectively, and the pair of non-volatile memory units A second switching element for electrically connecting and disconnecting a source and a predetermined reference voltage, a precharge operation of the precharge circuit, and voltage control of each control terminal of the pair of nonvolatile memory units A control circuit for individually controlling a latch operation of the volatile latch circuit, an on / off operation of the pair of first switching elements, and an on / off operation of the second switching element, the control circuit comprising: , Applying a predetermined read voltage to the control terminal, setting the first switching element and the second switching element to a conductive state, and then activating the precharge circuit to precharge the pair of data nodes. After the precharge circuit is deactivated by deactivating the precharge circuit, the pre-charge operation is performed from the pair of non-volatile memory units. A first pre-sense operation is performed in which a voltage after pre-charging of the pair of data nodes is separately discharged with an amount of current flowing between the drain and the source in accordance with the accumulated charge amount of each floating gate, and the first pre-sense operation is performed. After the pre-sense operation is performed for a predetermined period, the voltage of the control terminal is partially decreased or gradually decreased during a predetermined second pre-sense period, and the volatile latch circuit is activated so that the voltage of the pair of data nodes After performing a second pre-sense operation for preamplifying the difference and executing the second pre-sense operation for the second pre-sense period, the first switching element is turned off or the read voltage is applied to the control terminal. It is configured that a series of control operations can be performed in which the main sense operation is started by performing at least one of the complete stop operation. One feature.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記不揮発性メモリ部が2つの制御端子を備え、前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記2つの制御端子の夫々の電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の一方の電圧を、前記第2プリセンス動作の開始時または開始後に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の他方の電圧を、前記メインセンス動作の開始時に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを第2の特徴とする。   In the semiconductor memory device according to the present invention, in addition to the first feature, the nonvolatile memory section further includes two control terminals, and the control circuit controls the two control terminals before starting the precharge operation. The voltage of each of the terminals is changed from the initial voltage to the read voltage, and the voltage of one of the two control terminals is changed from the read voltage to the initial voltage at or after the start of the second pre-sense operation, A second feature is that a control operation is performed in which the other voltage of the two control terminals is changed from the read voltage to the initial voltage at the start of the main sense operation.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記制御端子の全ての電圧を、前記第2プリセンス動作の開始時に、前記読み出し電圧から前記初期電圧と前記読み出し電圧の中間電圧に遷移させ、前記メインセンス動作の開始時または開始後に、前記中間電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを第3の特徴とする。   In the semiconductor memory device according to the present invention, in addition to the first feature, the control circuit further transitions all voltages at the control terminal from an initial voltage to the read voltage before the precharge operation is started. All the voltages of the control terminals are transitioned from the read voltage to an intermediate voltage between the initial voltage and the read voltage at the start of the second pre-sense operation, and the intermediate voltage at the start or after the start of the main sense operation. A third feature is that a control operation for transitioning from a voltage to the initial voltage is performed.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記第2プリセンス動作の開始後少なくとも前記第2プリセンス期間中、前記制御端子の全ての電圧を前記読み出し電圧から前記初期電圧に向けて徐々に遷移させる制御動作を行うことを第4の特徴とする。   In the semiconductor memory device according to the present invention, in addition to the first feature, the control circuit further transitions all voltages at the control terminal from an initial voltage to the read voltage before the precharge operation is started. A fourth feature is that a control operation for gradually transitioning all voltages of the control terminal from the read voltage to the initial voltage is performed at least during the second pre-sense period after the start of the second pre-sense operation. To do.

上記第1乃至第4の特徴の半導体記憶装置によれば、制御回路の制御動作により、プリチャージ回路が1対のデータノードをプリチャージした後、第1プリセンス動作により、1対のデータノードの電位が1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電流量で低下させ、引き続き、制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、揮発性ラッチ回路を活性化させて1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンス動作を行った後に、1対のデータノードに対する1対の不揮発性メモリ部の電流量の影響を遮断して、メインセンス動作において1対のデータノードの電圧差に応じたデータを揮発性ラッチ回路に保持することができ、不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して保持することができる。ここで、従来のリコール動作では、上記第2プリセンス動作を備えず、プリセンス動作から直接メインセンス動作に移行するため、不揮発性メモリ部の制御端子の電圧(ワード線電圧)が高い場合に、浮遊ゲートの電位が不必要に上昇して、閾値電圧が高い側の不揮発性メモリ部の電流量が増大することで、プリセンス動作によって1対のデータノードの電圧差が減少して、メインセンス動作に必要な電圧差が得られず誤動作する場合があった。しかし、上記第1乃至第4の特徴の半導体記憶装置によれば、第2プリセンス動作において、制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させることで、1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電位が、浮遊ゲートと制御端子間の容量結合によって、夫々の初期状態の電位と第2プリセンス動作開始前の電位との中間電位に低下するか、或いは、徐々に初期状態の電位に低下することになる。従って、第2プリセンス動作の開始後の1対の不揮発性メモリ部の電流量は夫々中程度に減少するため、制御端子の電圧が高く浮遊ゲートの電位が不必要に上昇して増大していた閾値電圧が高い側の不揮発性メモリ部の電流量が減少するので、1対のデータノードの電圧差の減少が抑制される。更に、同時に揮発性ラッチ回路を活性化させることで、1対のデータノードの電圧差が徐々に拡大され、後続のメインセンス動作に必要な電圧差が得られて、制御端子の電圧(ワード線電圧)が高い場合においても正常なデータ転送動作(リコール動作)が可能となる。   According to the semiconductor memory device having the first to fourth characteristics, after the precharge circuit precharges the pair of data nodes by the control operation of the control circuit, the first presense operation performs the operation of the pair of data nodes. The potential is decreased by an amount of current corresponding to the amount of charge stored in each floating gate of the pair of nonvolatile memory units, and then the voltage at the control terminal is gradually decreased partially or during a predetermined second pre-sense period. After the second pre-sense operation for preamplifying the voltage difference between the pair of data nodes by activating the nonvolatile latch circuit, the influence of the current amount of the pair of nonvolatile memory units on the pair of data nodes is affected. The data corresponding to the voltage difference between the pair of data nodes can be held in the volatile latch circuit in the main sense operation, and the data held in the nonvolatile memory unit It can be held is transferred to the volatile latch circuit. Here, in the conventional recall operation, since the second pre-sense operation is not provided and the pre-sense operation is directly shifted to the main sense operation, the floating operation occurs when the voltage (word line voltage) of the control terminal of the nonvolatile memory unit is high. As the gate potential rises unnecessarily and the amount of current in the non-volatile memory portion on the higher threshold voltage side increases, the voltage difference between the pair of data nodes is reduced by the pre-sense operation, and the main sense operation is started. In some cases, the required voltage difference could not be obtained and malfunctioned. However, according to the semiconductor memory device having the first to fourth characteristics, in the second pre-sense operation, the voltage at the control terminal is partially or gradually decreased during a predetermined second pre-sense period, thereby making a pair of nonvolatile memory devices. The potential corresponding to the amount of charge stored in each floating gate of the volatile memory portion is lowered to an intermediate potential between the potential in the initial state and the potential before the start of the second pre-sense operation by capacitive coupling between the floating gate and the control terminal. Alternatively, it gradually decreases to the initial potential. Accordingly, since the current amount of the pair of nonvolatile memory sections after the start of the second pre-sense operation decreases to a medium level, the voltage of the control terminal is high and the potential of the floating gate is unnecessarily increased and increased. Since the amount of current in the nonvolatile memory unit on the higher threshold voltage side is reduced, the reduction in the voltage difference between the pair of data nodes is suppressed. Further, by simultaneously activating the volatile latch circuit, the voltage difference between the pair of data nodes is gradually enlarged, and the voltage difference necessary for the subsequent main sense operation is obtained. Even when the voltage is high, normal data transfer operation (recall operation) is possible.

以上、従来のデータ転送動作(リコール動作)との比較で纏めてみると、従来のリコール動作におけるプリセンス動作は、プリチャージ後の1対のデータノードに対して、1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電流量の差によって電圧差を生じさせる動作であり、メインセンス動作は、プリセンス動作で生じた1対のデータノードの電圧差を、必要に応じて増幅して保持する動作であったが、本特徴の半導体記憶装置におけるデータ転送動作では、第1プリセンス動作は、従来のプリセンス動作に相当し、第2プリセンス動作は、従来のプリセンス動作とメインセンス動作を、1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電流量を抑制した上で実行する動作である。従って、第2プリセンス動作は、単に制御端子の電圧(ワード線電圧)が高い場合において、その電圧の上昇を抑制するだけの動作ではない。   As described above, when compared with the conventional data transfer operation (recall operation), the pre-sense operation in the conventional recall operation is performed on the pair of data nodes after the precharge. The main sense operation amplifies the voltage difference between a pair of data nodes generated in the pre-sense operation as necessary. In the data transfer operation in the semiconductor memory device having this feature, the first pre-sense operation corresponds to the conventional pre-sense operation, and the second pre-sense operation includes the conventional pre-sense operation and the main sense operation. This is an operation to be executed after suppressing the amount of current corresponding to the amount of charge stored in each floating gate of a pair of nonvolatile memory sections. Therefore, the second pre-sense operation is not an operation that merely suppresses an increase in voltage when the voltage (word line voltage) at the control terminal is high.

ここで、第1及び第2プリセンス動作を通じて、単に制御端子の電圧(ワード線電圧)を抑制する場合を想定すると、制御端子の電圧が低い場合には、閾値電圧が低い側の不揮発性メモリ部の電流量も減少して、第1及び第2プリセンス動作によって1対のデータノードの電圧差が十分に発生せず、メインセンス動作が誤動作する可能性がある。しかし、本特徴の半導体記憶装置におけるデータ転送動作では、第2プリセンス動作においてのみ、制御端子の電圧を低下させ、更に、揮発性ラッチ回路を活性化させるので、仮に、第2プリセンス動作において制御端子の電圧が低い場合に閾値電圧が低い側の不揮発性メモリ部の電流量が減少しても、第1プリセンス動作では、1対のデータノードの電圧差が正常に発生しているので、第2プリセンス動作において活性化させた揮発性ラッチ回路によって、その電圧差を更に増幅させることができ、後続のメインセンス動作の誤動作を回避できることになる。従って、本特徴の半導体記憶装置におけるデータ転送動作では、制御端子の電圧が低い側での正常動作を維持しつつ、制御端子の動作電圧範囲を高電圧側に広げることが可能となる。   Here, assuming that the control terminal voltage (word line voltage) is simply suppressed through the first and second pre-sense operations, when the control terminal voltage is low, the non-volatile memory section on the side where the threshold voltage is low The current amount is also reduced, and a voltage difference between the pair of data nodes is not sufficiently generated by the first and second pre-sense operations, and the main sense operation may malfunction. However, in the data transfer operation in the semiconductor memory device of this feature, the voltage of the control terminal is lowered and the volatile latch circuit is activated only in the second pre-sense operation. Since the voltage difference between the pair of data nodes is normally generated in the first pre-sense operation even if the current amount of the non-volatile memory portion on the low threshold voltage side decreases when the voltage of the second threshold voltage is low, The voltage difference can be further amplified by the volatile latch circuit activated in the pre-sense operation, and the malfunction of the subsequent main sense operation can be avoided. Therefore, in the data transfer operation in the semiconductor memory device of this feature, it is possible to widen the operating voltage range of the control terminal to the high voltage side while maintaining normal operation on the low side of the control terminal voltage.

特に、第2の特徴の半導体記憶装置によれば、1つの不揮発性メモリ部に対して2つの制御端子を備えているので、第2プリセンス動作開始時における制御端子の電圧を部分的低下させる動作を、各不揮発性メモリ部に対して2つの制御端子の一方の電圧を、前記第2プリセンス動作の開始時に読み出し電圧から初期電圧に戻すことで簡単に実現できる。また、2つの制御端子の他方の電圧を、メインセンス動作の開始時に読み出し電圧から初期電圧に戻す制御動作を行うことで、1対の不揮発性メモリ部を非活性化できるので、第1スイッチング素子をオフしなくても1対のデータノードを不揮発性メモリ部から電気的に分離でき、メインセンス動作を開始できる。尚、第1スイッチング素子をオフして1対のデータノードを不揮発性メモリ部から電気的に分離してメインセンス動作を開始する場合は、当該メインセンス動作の開始後に、2つの制御端子の他方の電圧を読み出し電圧から初期電圧に戻す制御動作を行っても良い。   In particular, according to the semiconductor memory device having the second feature, the operation of partially reducing the voltage of the control terminal at the start of the second pre-sense operation is provided with two control terminals for one nonvolatile memory unit. Can be easily realized by returning one voltage of two control terminals to each nonvolatile memory unit from the read voltage to the initial voltage at the start of the second pre-sense operation. Further, the first switching element can be deactivated by performing a control operation for returning the other voltage of the two control terminals from the read voltage to the initial voltage at the start of the main sense operation. The pair of data nodes can be electrically separated from the non-volatile memory portion without turning off the main sense operation. When the main sense operation is started by turning off the first switching element and electrically separating the pair of data nodes from the nonvolatile memory unit, the other of the two control terminals is started after the main sense operation is started. A control operation for returning the voltage from the read voltage to the initial voltage may be performed.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加えて、更に、前記不揮発性メモリ部の前記浮遊ゲートが1層ポリシリコンで形成されていることを第5の特徴とする。   In addition to any of the above features, the semiconductor memory device according to the present invention is further characterized in that the floating gate of the nonvolatile memory portion is formed of one layer polysilicon.

上記第5の特徴の半導体記憶装置によれば、1層ポリシリコンCMOSプロセスを用いて、不揮発性メモリ部を形成するために余分な工程やマスクを使用せずに、低コストで、半導体記憶装置とロジック回路を同じ半導体基板上に混載可能となる。   According to the semiconductor memory device having the fifth feature, the semiconductor memory device can be manufactured at low cost without using an extra process or mask for forming the nonvolatile memory portion by using the single-layer polysilicon CMOS process. And the logic circuit can be mixedly mounted on the same semiconductor substrate.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記何れかの特徴に加えて、更に、前記不揮発性メモリ部が、第1浮遊ゲート、前記ソース、及び、前記ドレインからなるMOSFET構造の第1メモリユニットと、半導体基板に形成された前記第1メモリユニットの形成領域と電気的に分離された第1導電型のウェル上に、絶縁膜を介して形成された第2浮遊ゲートを備え、前記制御ゲートの1つが前記ウェルと電気的に接続した第2メモリユニットを備え、前記第1浮遊ゲートと前記第2浮遊ゲートが電気的に接続されて前記浮遊ゲートが形成されていることを第6の特徴とする。   In addition to any of the above features, the semiconductor memory device according to the present invention further includes a first memory unit having a MOSFET structure in which the nonvolatile memory section includes a first floating gate, the source, and the drain; A second floating gate formed on an insulating film on a first conductivity type well electrically isolated from a formation region of the first memory unit formed on a semiconductor substrate; And a second memory unit electrically connected to the well, wherein the floating gate is formed by electrically connecting the first floating gate and the second floating gate. .

上記第6の特徴の半導体記憶装置によれば、少なくとも1つの制御端子を備えた不揮発性メモリ部を、1層ポリシリコンCMOSプロセスを用いて具体的に実現できる。   According to the semiconductor memory device of the sixth feature, a nonvolatile memory unit having at least one control terminal can be specifically realized using a one-layer polysilicon CMOS process.

本発明に係る半導体記憶装置は、上記第6の特徴に加えて、更に、前記第2メモリユニットが、前記第1導電型とは異なる第2導電型の拡散領域を、前記ウェル表面の前記第2浮遊ゲートの下方領域の一部に備え、前記制御ゲートの他の1つが前記第2導電型の拡散領域と電気的に接続していることを第7の特徴とする。   In the semiconductor memory device according to the present invention, in addition to the sixth feature, the second memory unit further includes a diffusion region of a second conductivity type different from the first conductivity type on the well surface. A seventh feature is that the second control gate is provided in a part of a lower region of the two floating gates, and the other one of the control gates is electrically connected to the diffusion region of the second conductivity type.

上記第7の特徴の半導体記憶装置によれば、2つの制御端子を備えた不揮発性メモリ部を、1層ポリシリコンCMOSプロセスを用いて具体的に実現できる。   According to the semiconductor memory device of the seventh feature, a nonvolatile memory portion having two control terminals can be specifically realized using a one-layer polysilicon CMOS process.

本発明に係るデータ転送方法は、浮遊ゲート、ソース、ドレイン、前記ソース及び前記ドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲート、前記浮遊ゲートと容量結合する1つまたは2つの制御端子を備えてなる不揮発性メモリ部の1対と、1対のデータノードの電圧差を増幅して保持可能な揮発性ラッチ回路と、前記1対のデータノードを所定の電源電圧に向かってプリチャージするプリチャージ回路と、前記1対のデータノードの一方と前記1対の不揮発性メモリ部の一方の前記ドレイン間、及び、前記1対のデータノードの他方と前記1対の不揮発性メモリ部の他方の前記ドレイン間を、夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対の第1スイッチング素子と、前記1対の不揮発性メモリ部の前記ソースと所定の基準電圧間を電気的に導通及び遮断可能に接続する第2スイッチング素子と、を備えてなる半導体記憶装置において、前記1対の不揮発性メモリ部に相補的に記憶されたデータを、前記揮発性ラッチ回路に転送して記憶するデータ転送方法であって、前記制御端子に所定の読み出し電圧を印加し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子を導通状態に設定した後に、前記プリチャージ回路を活性化させて前記1対のデータノードをプリチャージするプリチャージステップと、前記プリチャージ回路を非活性化して前記プリチャージステップを終了した後、前記1対の不揮発性メモリ部から前記浮遊ゲートの夫々の蓄積電荷量に応じた前記ドレイン及び前記ソース間を流れる電流量で、前記1対のデータノードのプリチャージ後の電圧を各別に放電する第1プリセンスステップと、前記第1プリセンスステップ後に、前記制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、前記揮発性ラッチ回路を活性化させて、前記1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンスステップと、前記第2プリセンスステップを前記第2プリセンス期間実行した後に、前記第1スイッチング素子をオフするか、前記制御端子への前記読み出し電圧の印加を完全に停止するかの少なくとも何れか一方の動作を行い、前記揮発性ラッチ回路により前記1対のデータノードの電圧差を増幅して記憶するメインセンスステップと、を有することを第1の特徴とする。   The data transfer method according to the present invention includes a floating gate, a source, a drain, a floating gate capable of controlling a conduction state between the source and the drain according to a stored charge amount, and one or two capacitively coupled to the floating gate. A volatile latch circuit capable of amplifying and holding a voltage difference between a pair of non-volatile memory portions having a control terminal and a pair of data nodes, and the pair of data nodes toward a predetermined power supply voltage A precharge circuit for precharging; one of the pair of data nodes and the drain of one of the pair of nonvolatile memory units; and the other of the pair of data nodes and the pair of nonvolatile memories. A pair of first switching elements that connect the other drains of the first portion to each other so as to be electrically conductive and cut-off, and the source of the first pair of nonvolatile memory portions And a second switching element that electrically connects and disconnects between reference voltages so that data stored complementarily in the pair of non-volatile memory units is stored in the volatile memory. A data transfer method for transferring and storing data in a latch circuit, wherein a predetermined read voltage is applied to the control terminal, and the first switching element and the second switching element are set in a conductive state, and then the precharge circuit A precharge step of activating the pair of data nodes and deactivating the precharge circuit and ending the precharge step, and then the floating gate from the pair of nonvolatile memory units The pair of data nodes is pre-charged with the amount of current flowing between the drain and the source in accordance with the accumulated charge amount of each of the pair of data nodes. A first pre-sensing step for discharging a subsequent voltage separately; and after the first pre-sensing step, the voltage of the control terminal is partially or gradually decreased during a predetermined second pre-sensing period, and the volatile latch circuit is activated And performing a second pre-sense step for preamplifying a voltage difference between the pair of data nodes and performing the second pre-sense step for the second pre-sense period, and then turning off the first switching element, A main sense step of performing at least one of the operation of completely stopping the application of the read voltage to the control terminal and amplifying and storing the voltage difference between the pair of data nodes by the volatile latch circuit The first feature is to have.

本発明に係るデータ転送方法は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記不揮発性メモリ部が2つの制御端子を備え、前記プリチャージステップ開始前に、前記2つの制御端子の夫々の電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の一方の電圧を、前記第2プリセンスステップの開始時に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の他方の電圧を、前記メインセンスステップの開始時または開始後に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを第2の特徴とする。   In the data transfer method according to the present invention, in addition to the first feature, the non-volatile memory unit further includes two control terminals, and the voltage of each of the two control terminals before the start of the precharge step. Is transferred from the initial voltage to the read voltage, and one voltage of the two control terminals is changed from the read voltage to the initial voltage at the start of the second pre-sense step, and the other voltage of the two control terminals is changed. A second feature is that a control operation is performed to transition from the read voltage to the initial voltage at or after the start of the main sense step.

本発明に係るデータ転送方法は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記プリチャージステップ開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記制御端子の全ての電圧を、前記第2プリセンスステップの開始時に、前記読み出し電圧から前記初期電圧と前記読み出し電圧の中間電圧に遷移させ、前記メインセンスステップの開始時または開始後に、前記中間電圧から前記初期電圧に遷移させることを第3の特徴とする。   In addition to the first feature, the data transfer method according to the present invention further transitions all voltages of the control terminal from an initial voltage to the read voltage before starting the precharge step, Transition all voltages from the read voltage to an intermediate voltage between the initial voltage and the read voltage at the start of the second pre-sense step, and from the intermediate voltage to the initial voltage at or after the start of the main sense step. The third feature is to make a transition to.

本発明に係るデータ転送方法は、上記第1の特徴に加えて、更に、前記プリチャージステップ開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記第2プリセンスステップの開始後少なくとも前記第2プリセンスステップ期間中、前記制御端子の全ての電圧を前記読み出し電圧から前記初期電圧に向けて徐々に遷移させることを第4の特徴とする。   In addition to the first feature, the data transfer method according to the present invention further transitions all voltages of the control terminal from an initial voltage to the read voltage before the precharge step, and A fourth feature is that all the voltages of the control terminals are gradually shifted from the read voltage toward the initial voltage at least during the second pre-sense step period after the start of the step.

上記第1乃至第4の特徴のデータ転送方法によれば、プリチャージ回路が1対のデータノードをプリチャージした後、第1プリセンスステップにおいて、1対のデータノードの電位が1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電流量で低下させ、引き続き、制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、揮発性ラッチ回路を活性化させて1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンスステップを行った後に、1対のデータノードに対する1対の不揮発性メモリ部の電流量の影響を遮断して、メインセンスステップにおいて1対のデータノードの電圧差に応じたデータを揮発性ラッチ回路に保持することができ、不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して保持することができる。ここで、従来のリコール動作では、上記第2プリセンスステップを備えず、プリセンスステップから直接メインセンスステップに移行するため、不揮発性メモリ部の制御端子の電圧(ワード線電圧)が高い場合に、浮遊ゲートの電位が不必要に上昇して、閾値電圧が高い側の不揮発性メモリ部の電流量が増大することで、プリセンスステップによって1対のデータノードの電圧差が減少して、メインセンスステップに必要な電圧差が得られず誤動作する場合があった。しかし、上記第1乃至第4の特徴のデータ転送方法によれば、第2プリセンスステップにおいて、制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させることで、1対の不揮発性メモリ部の各浮遊ゲートの蓄積電荷量に応じた電位が、浮遊ゲートと制御端子間の容量結合によって、夫々の初期状態の電位と第2プリセンス動作開始前の電位との中間電位に低下するか、或いは、徐々に初期状態の電位に低下することになる。従って、第2プリセンスステップの開始後の1対の不揮発性メモリ部の電流量は夫々中程度に減少するため、制御端子の電圧が高く浮遊ゲートの電位が不必要に上昇して増大していた閾値電圧が高い側の不揮発性メモリ部の電流量が減少するので、1対のデータノードの電圧差の減少が抑制される。更に、同時に揮発性ラッチ回路を活性化させることで、1対のデータノードの電圧差が徐々に拡大され、後続のメインセンスステップに必要な電圧差が得られて、制御端子の電圧(ワード線電圧)が高い場合においても正常なデータ転送動作(リコール動作)が可能となる。   According to the data transfer method of the first to fourth features, after the precharge circuit precharges the pair of data nodes, the potential of the pair of data nodes is a pair of nonvolatiles in the first presense step. The voltage of the control terminal is lowered at a current amount corresponding to the amount of charge stored in each floating gate of the memory unit, and then the voltage at the control terminal is gradually lowered partially or during a predetermined second pre-sense period, and the volatile latch circuit is activated. After performing the second pre-sense step for preamplifying the voltage difference between the pair of data nodes, the main sense step is performed by blocking the influence of the current amount of the pair of nonvolatile memory units on the pair of data nodes. The data corresponding to the voltage difference between the pair of data nodes can be held in the volatile latch circuit, and the data held in the nonvolatile memory portion can be stored in the volatile latch. Can be held is transferred to the circuit. Here, in the conventional recall operation, since the second pre-sense step is not provided and the pre-sense step is directly shifted to the main sense step, the floating operation occurs when the voltage (word line voltage) of the control terminal of the nonvolatile memory unit is high. The potential of the gate rises unnecessarily, and the amount of current in the non-volatile memory portion on the higher threshold voltage side increases, so that the voltage difference between the pair of data nodes is reduced by the pre-sense step, and the main sense step In some cases, the required voltage difference could not be obtained and malfunctioned. However, according to the data transfer methods of the first to fourth characteristics, in the second pre-sense step, the voltage of the control terminal is partially or gradually decreased during a predetermined second pre-sense period, thereby making a pair of nonvolatiles. The potential corresponding to the amount of charge stored in each floating gate of the volatile memory portion is lowered to an intermediate potential between the potential in the initial state and the potential before the start of the second pre-sense operation by capacitive coupling between the floating gate and the control terminal. Alternatively, it gradually decreases to the initial potential. Accordingly, since the current amount of the pair of nonvolatile memory portions after the start of the second pre-sense step decreases to a medium level, the voltage of the control terminal is high and the potential of the floating gate is increased unnecessarily. Since the amount of current in the nonvolatile memory unit on the higher threshold voltage side is reduced, the reduction in the voltage difference between the pair of data nodes is suppressed. Further, by simultaneously activating the volatile latch circuit, the voltage difference between the pair of data nodes is gradually enlarged, and the voltage difference necessary for the subsequent main sense step is obtained. Even when the voltage is high, normal data transfer operation (recall operation) is possible.

ここで、第1及び第2プリセンスステップを通じて、単に制御端子の電圧(ワード線電圧)を抑制する場合を想定すると、制御端子の電圧が低い場合には、閾値電圧が低い側の不揮発性メモリ部の電流量も減少して、第1及び第2プリセンスステップによって1対のデータノードの電圧差が十分に発生せず、メインセンスステップで誤動作する可能性がある。しかし、本特徴のデータ転送方法では、第2プリセンスステップにおいてのみ、制御端子の電圧を低下させ、更に、揮発性ラッチ回路を活性化させるので、仮に、第2プリセンスステップにおいて制御端子の電圧が低い場合に閾値電圧が低い側の不揮発性メモリ部の電流量が減少しても、第1プリセンスステップでは、1対のデータノードの電圧差が正常に発生しているので、第2プリセンスステップにおいて活性化させた揮発性ラッチ回路によって、その電圧差を更に増幅させることができ、後続のメインセンスステップの誤動作を回避できることになる。従って、本特徴のデータ転送方法では、制御端子の電圧が低い側での正常動作を維持しつつ、制御端子の動作電圧範囲を高電圧側に広げることが可能となる。   Here, assuming that the control terminal voltage (word line voltage) is simply suppressed through the first and second pre-sense steps, when the control terminal voltage is low, the non-volatile memory section on the lower threshold voltage side , The voltage difference between the pair of data nodes is not sufficiently generated by the first and second pre-sense steps, and may malfunction in the main sense step. However, in the data transfer method of this feature, the voltage of the control terminal is lowered only in the second pre-sense step and the volatile latch circuit is activated, so that the voltage of the control terminal is low in the second pre-sense step. In this case, even if the current amount of the non-volatile memory part on the lower threshold voltage side is decreased, the voltage difference between the pair of data nodes is normally generated in the first presense step. The voltage difference can be further amplified by the volatile latch circuit that has been made, and the malfunction of the subsequent main sense step can be avoided. Therefore, in the data transfer method of this feature, it is possible to expand the operating voltage range of the control terminal to the high voltage side while maintaining normal operation on the low voltage side of the control terminal.

次に、本発明に係る半導体記憶装置とデータ転送方法(以下、適宜「本発明装置」と「本発明方法」と称す)について、図面を参照して説明する。   Next, a semiconductor memory device and a data transfer method according to the present invention (hereinafter referred to as “the present device” and “the present method” as appropriate) will be described with reference to the drawings.

〈第1実施形態〉
図6に、本発明装置の回路構成例を示す。図6に示す回路構成では、1対の不揮発性メモリ部M1、M2が設けられており、夫々がロジックCMOSプロセスに適した1層ポリシリコンを用いた浮遊ゲート型の不揮発性メモリであり、1対の不揮発性メモリ部M1、M2に1ビットデータを相補的に保持するノイズ耐性の高い差動構成となっている。揮発性ラッチ回路LCは、1対の不揮発性メモリ部M1、M2で保持された相補データを1対のデータノードSD、SDBに転送し、その1対のデータノードSD、SDBの電圧差を増幅して保持する構成となっており、2つのインバータ回路IN1、IN2の一方の出力と他方の入力を夫々接続したラッチ回路と、そのラッチ回路を活性化するNMOSトランジスタQn1を2つのインバータ回路IN1、IN2のNMOSトランジスタのソース端子と接地電圧線との間に設けた構成となっている。NMOSトランジスタQn1のゲートには、揮発性ラッチ回路を活性化する制御信号SENが入力している。
<First Embodiment>
FIG. 6 shows a circuit configuration example of the device of the present invention. In the circuit configuration shown in FIG. 6, a pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 are provided, each of which is a floating gate type nonvolatile memory using one-layer polysilicon suitable for a logic CMOS process. A differential configuration with high noise resistance in which 1-bit data is complementarily held in the pair of nonvolatile memory units M1 and M2. The volatile latch circuit LC transfers the complementary data held in the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 to the pair of data nodes SD and SDB, and amplifies the voltage difference between the pair of data nodes SD and SDB. A latch circuit in which one output and the other input of the two inverter circuits IN1 and IN2 are connected to each other, and an NMOS transistor Qn1 that activates the latch circuit is connected to the two inverter circuits IN1, The configuration is provided between the source terminal of the NMOS transistor of IN2 and the ground voltage line. A control signal SEN for activating the volatile latch circuit is input to the gate of the NMOS transistor Qn1.

不揮発性メモリ部M1、M2は、図2(a)の断面図と図2(b)の等価回路図と図2(c)のシンボル図に示すように、ソースSR、ドレインDN、ソース及びドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲートFG、浮遊ゲートFGと容量結合する2つの制御端子CG1、CG2を備えて構成される。不揮発性メモリ部は、1対設けられ、相補的なデータ、つまり、1ビットデータの“0”と“1”が、浮遊ゲートFGの蓄積電荷量によって決定されるソースSR、ドレインDN、浮遊ゲートFGからなるMOSFETの閾値電圧の大小に差をつけて記憶される。例えば、データノードSD側の不揮発性メモリ部の閾値電圧が低く(電流量大)、データノードSDB側の不揮発性メモリ部の閾値電圧が高く(電流量小)、設定されている。また、1対の不揮発性メモリ部の第1の制御端子CG1は共通に第1のワード線WL1に接続し、第2の制御端子CG2は共通に第2のワード線WL2に接続している。   As shown in the cross-sectional view of FIG. 2A, the equivalent circuit diagram of FIG. 2B, and the symbol diagram of FIG. 2C, the nonvolatile memory units M1 and M2 include a source SR, a drain DN, a source and a drain. The floating gate FG can be controlled by the amount of accumulated charge, and two control terminals CG1 and CG2 that are capacitively coupled to the floating gate FG. A pair of nonvolatile memory sections are provided, and complementary data, that is, “0” and “1” of 1-bit data are determined by the amount of charge stored in the floating gate FG, the source SR, the drain DN, and the floating gate The threshold voltages of MOSFETs made of FG are stored with a difference. For example, the threshold voltage of the nonvolatile memory unit on the data node SD side is set low (large amount of current), and the threshold voltage of the nonvolatile memory unit on the data node SDB side is set high (small amount of current). Further, the first control terminals CG1 of the pair of nonvolatile memory units are commonly connected to the first word line WL1, and the second control terminal CG2 is commonly connected to the second word line WL2.

更に、不揮発性メモリ部M1、M2は、図2(a)に示すように、第1メモリユニットと第2メモリユニットを備えて構成され、ロジックCMOSプロセスに適した1層ポリシリコンを用いて第1メモリユニットの第1浮遊ゲートFG1と第2メモリユニットの第2浮遊ゲートFG2が形成され、第1浮遊ゲートFG1と第2浮遊ゲートFG2が電気的に接続されて浮遊ゲートFGが形成されている。尚、不揮発性メモリ部M1、M2は、図1に示す従来の半導体記憶装置の不揮発性メモリ部と同じ構成であるので、重複する説明は割愛する。   Further, as shown in FIG. 2A, the non-volatile memory portions M1 and M2 are configured to include a first memory unit and a second memory unit, and are formed using a single layer polysilicon suitable for a logic CMOS process. A first floating gate FG1 of one memory unit and a second floating gate FG2 of a second memory unit are formed, and the first floating gate FG1 and the second floating gate FG2 are electrically connected to form a floating gate FG. . The nonvolatile memory units M1 and M2 have the same configuration as the nonvolatile memory unit of the conventional semiconductor memory device shown in FIG.

また、本発明装置の回路構成では、1対のデータノードSD、SDBを各別に電源電圧VccにプリチャージするPMOSトランジスタQp1、Qp2からなる1対のプリチャージ回路と、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2の第1メモリユニットのドレインDNの間を夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対のNMOSトランジスタQn2、Qn3(第1スイッチング素子に相当)と、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の第1メモリユニットのソースSRと接地電圧線(基準電圧線に相当)間を夫々電気的に導通及び遮断可能に接続するNMOSトランジスタQn4(第2スイッチング素子に相当)が設けられている。PMOSトランジスタQp1、Qp2のゲートには、1対のデータノードSD、SDBへのプリチャージ動作を制御する制御信号PREが入力している。また、NMOSトランジスタQn2、Qn3のゲートには、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2間の電気的接続を制御する制御信号RGが入力している。NMOSトランジスタQn4のゲートには、1対の不揮発性メモリ部M1、M2と接地電圧線間の電気的接続を制御する制御信号SRCが入力している。   In the circuit configuration of the device of the present invention, a pair of data nodes SD and SDB are precharged separately to the power supply voltage Vcc, a pair of precharge circuits comprising PMOS transistors Qp1 and Qp2, and a pair of data nodes SD, A pair of NMOS transistors Qn2 and Qn3 (corresponding to a first switching element) that connect between the SDB and the drain DN of the first memory unit of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 so as to be electrically conductive and cut-off respectively. And an NMOS transistor Qn4 (secondly connected) between the source SR of the first memory unit of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 and the ground voltage line (corresponding to the reference voltage line) so that they can be electrically connected and disconnected. Equivalent to a switching element). A control signal PRE for controlling the precharge operation to the pair of data nodes SD and SDB is input to the gates of the PMOS transistors Qp1 and Qp2. A control signal RG for controlling the electrical connection between the pair of data nodes SD and SDB and the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 is input to the gates of the NMOS transistors Qn2 and Qn3. A control signal SRC for controlling electrical connection between the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 and the ground voltage line is input to the gate of the NMOS transistor Qn4.

本発明装置は、更に、リコール動作(不揮発性メモリ部M1、M2から揮発性ラッチ回路LCへのデータ転送動作)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧及びその変化タイミングを制御する制御回路CNTを備えている。本発明装置では、制御回路CNTによる各制御信号の電圧制御及びタイミング制御に特徴がある。   The device according to the present invention further inputs the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2 in a recall operation (data transfer operation from the nonvolatile memory units M1, M2 to the volatile latch circuit LC). A control circuit CNT for controlling the voltage and its change timing is provided. The device of the present invention is characterized by voltage control and timing control of each control signal by the control circuit CNT.

図7に、第1実施形態のリコール動作(本発明方法)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。尚、図7中の制御信号SRCとワード線WL1、WL2の高レベル時の電圧Vwlが所定の読み出し電圧に相当し、本実施形態では、読み出し電圧Vwlが高い場合においても、後述するように、正常なリコール動作が可能となっている。また、他の制御信号PRE、SEN、RGの高レベル時の電圧は何れも電源電圧Vccとしている。尚、各制御信号及びワード線の低レベル時の電圧は、何れも接地電圧(0V)である。後述するように、読み出し電圧Vwlを電源電圧Vccと分離して独立させることで、電源電圧Vccの動作電圧範囲下限値の低電圧化が図れる。尚、制御信号SRCの高レベル時の電圧は、他の制御信号PRE、SEN、RGの高レベル時の電圧と同様に電源電圧Vccとしても構わない。   FIG. 7 shows the input voltage waveforms of the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2, the floating gate FG, and a pair of data nodes in the recall operation of the first embodiment (the method of the present invention). The voltage waveforms of SD and SDB are shown. Note that the control signal SRC and the high-level voltage Vwl of the word lines WL1 and WL2 in FIG. 7 correspond to a predetermined read voltage. In this embodiment, as will be described later, even when the read voltage Vwl is high, Normal recall operation is possible. The voltages at the time when the other control signals PRE, SEN, RG are at the high level are all set to the power supply voltage Vcc. Note that the voltage at the low level of each control signal and word line is the ground voltage (0 V). As will be described later, by separating the read voltage Vwl from the power supply voltage Vcc and making it independent, the lower limit value of the operating voltage range of the power supply voltage Vcc can be reduced. Note that the voltage when the control signal SRC is at a high level may be the power supply voltage Vcc similarly to the voltages when the other control signals PRE, SEN, and RG are at a high level.

図7では、図5に示す従来のリコール動作との対比のために、従来のリコール動作では誤動作する読み出し電圧Vwlが高い場合の電圧波形を示している。   FIG. 7 shows a voltage waveform when the read voltage Vwl malfunctioning in the conventional recall operation is high for comparison with the conventional recall operation shown in FIG.

本発明装置では、リコール動作は、順番に実行されるプリチャージ、第1プリセンス、第2プリセンス、メインセンスの4つの動作ステップで構成される。   In the device according to the present invention, the recall operation includes four operation steps of precharge, first presense, second presense, and main sense, which are executed in order.

先ず、プリチャージ動作用の制御信号PREを高レベル、他の制御信号SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2を低レベルとする初期状態から、プリチャージ動作に先立って、制御信号RG、SRCとワード線WL1、WL2を高レベルに遷移させる。このとき、第1の制御端子CG1と第2浮遊ゲートFG2の結合容量をC1、第2の制御端子CG2と第2浮遊ゲートFG2の結合容量をC2、結合容量C1、C2を含む浮遊ゲートFG全体の容量をCtとすると、浮遊ゲートFGの電位は、Vwl×(C1+C2)/Ctだけ上昇する。1対の不揮発性メモリ部M1、M2間では、浮遊ゲートFGの蓄積電荷量が異なるので、浮遊ゲートFGの電位の絶対値は互いに異なる。   First, from the initial state in which the control signal PRE for the precharge operation is at a high level and the other control signals SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2 are at a low level, the control signals RG, SRC are prior to the precharge operation. And the word lines WL1 and WL2 are transited to a high level. At this time, the coupling capacitance between the first control terminal CG1 and the second floating gate FG2 is C1, the coupling capacitance between the second control terminal CG2 and the second floating gate FG2 is C2, and the entire floating gate FG including the coupling capacitances C1 and C2. Let Ct be the capacitance of the floating gate FG, the potential of the floating gate FG increases by Vwl × (C1 + C2) / Ct. Since the stored charge amount of the floating gate FG is different between the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2, the absolute value of the potential of the floating gate FG is different from each other.

引き続いて、プリチャージ期間中に制御信号PREを高レベルから低レベルに遷移させ、PMOSトランジスタQp1、Qp2をオン状態として、1対のデータノードSD、SDBの電位を電源電圧Vccに向けてプリチャージする。プリチャージ期間中は、制御信号RG、SRCとワード線WL1、WL2が高レベルであるため、1対の不揮発性メモリ部M1、M2は、夫々の浮遊ゲートFGの蓄積電荷量に応じた電流を流す。ここでは、一例として、データノードSD側の不揮発性メモリ部M1の閾値電圧が低く(電流量大)、データノードSDB側の不揮発性メモリ部M2の閾値電圧が高く(電流量小)設定されているので、データノードSDの電位が、データノードSDBより僅かに低下している。また、1対のデータノードSD、SDBの各電位は、DC的には、PMOSトランジスタQp1、Qp2の電流と、不揮発性メモリ部M1、M2の対応する第1メモリユニットのソース・ドレイン間の電流が均衡する電位に自動的に調整される。制御信号PREを高レベルに戻すとPMOSトランジスタQp1、Qp2がオフし、自動的に第1プリセンス動作が開始して、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の夫々の電流に応じて、1対のデータノードSD、SDBの電位が低下する。図7の例では、データノードSDB側の不揮発性メモリ部M2の閾値電圧は高いが、読み出し電圧Vwlが高いため、データノードSDBの電位は高電位を維持せず、データノードSD、SDBの両方の電位が低下している。   Subsequently, the control signal PRE is changed from a high level to a low level during the precharge period, the PMOS transistors Qp1 and Qp2 are turned on, and the potential of the pair of data nodes SD and SDB is precharged toward the power supply voltage Vcc. To do. During the precharge period, since the control signals RG and SRC and the word lines WL1 and WL2 are at a high level, the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 generates a current corresponding to the accumulated charge amount of each floating gate FG. Shed. Here, as an example, the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M1 on the data node SD side is set low (large amount of current), and the threshold voltage of the nonvolatile memory unit M2 on the data node SDB side is set high (small amount of current). Therefore, the potential of the data node SD is slightly lower than that of the data node SDB. Further, in terms of DC, the potentials of the pair of data nodes SD and SDB are the current between the PMOS transistors Qp1 and Qp2 and the current between the source and drain of the corresponding first memory unit of the nonvolatile memory units M1 and M2. Is automatically adjusted to a balanced potential. When the control signal PRE is returned to the high level, the PMOS transistors Qp1 and Qp2 are turned off, and the first pre-sense operation is automatically started, and a pair of the non-volatile memory units M1 and M2 is set according to the currents of the pair. The potentials of the data nodes SD and SDB are lowered. In the example of FIG. 7, the threshold voltage of the non-volatile memory M2 on the data node SDB side is high, but the read voltage Vwl is high, so the potential of the data node SDB does not maintain a high potential, and both the data nodes SD and SDB The potential of

第1プリセンス動作を所定期間(第1プリセンス期間)実行した後に、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各第2の制御端子CG2に接続する第2のワード線WL2の電圧を初期状態の接地電圧に戻すとともに、制御信号SENを高レベルに遷移させて、NMOSトランジスタQn1をオンさせて揮発性ラッチ回路LCを活性化させ、第2プリセンス動作を開始する。これにより、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位は、Vwl×C2/Ctだけ低下するため、データノードSDB側の不揮発性メモリ部M2の方が、データノードSD側の不揮発性メモリ部M1より閾値電圧が高いため、電流量の減少が顕著となり、また、活性化した揮発性ラッチ回路LCのインバータ回路IN1、IN2を構成するPMOSトランジスタによる1対のデータノードSD、SDBの充電作用によって、1対のデータノードSD、SDBの電圧差が、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の電流差に応じて増幅される。具体的には、データノードSDB側だけが充電され、データノードSD側は、不揮発性メモリ部M1と揮発性ラッチ回路LCによって接地電圧まで引き下げられる。   After performing the first pre-sense operation for a predetermined period (first pre-sense period), the voltage of the second word line WL2 connected to each second control terminal CG2 of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 is set to the initial state. While returning to the ground voltage, the control signal SEN is transited to a high level, the NMOS transistor Qn1 is turned on to activate the volatile latch circuit LC, and the second pre-sense operation is started. As a result, the potentials of the floating gates FG of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 are lowered by Vwl × C2 / Ct, so that the nonvolatile memory unit M2 on the data node SDB side is on the data node SD side. Since the threshold voltage is higher than that of the non-volatile memory portion M1, the decrease in the amount of current becomes remarkable, and a pair of data nodes SD by the PMOS transistors constituting the inverter circuits IN1, IN2 of the activated volatile latch circuit LC, The voltage difference between the pair of data nodes SD and SDB is amplified according to the current difference between the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 by the charging operation of the SDB. Specifically, only the data node SDB side is charged, and the data node SD side is pulled down to the ground voltage by the nonvolatile memory unit M1 and the volatile latch circuit LC.

第2プリセンス動作を所定期間(第2プリセンス期間)実行した後に、制御信号RGを低レベルに遷移させてNMOSトランジスタQn2、Qn3をオフさせ、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2を電気的に分離してメインセンス動作を開始する。これにより、1対のデータノードSD、SDBの電位に応じた相補データが、揮発性ラッチ回路LCに保持される。   After the second pre-sense operation is performed for a predetermined period (second pre-sense period), the control signal RG is changed to a low level to turn off the NMOS transistors Qn2 and Qn3, and a pair of non-volatile data nodes SD and SDB. The main sense operation is started by electrically separating the memory units M1 and M2. As a result, complementary data corresponding to the potential of the pair of data nodes SD and SDB is held in the volatile latch circuit LC.

図8に、本実施形態におけるリコール動作の動作結果の電圧依存性を示す。図8に示すパスフェイル分布図は、リコール動作結果の電源電圧Vcc及びワード線電圧(読み出し電圧)Vwlに対する依存性を示しており、横軸が電源電圧Vcc、縦軸がワード線WL1、WL2の読み出し電圧Vwlである。図8中、各電圧条件でリコール動作がパスした場合を“P”で、リコール動作がフェイルした場合を“F”で表示している。尚、図8では、パス領域とフェイル領域の境界を見易くするために、境界線を太線で表示している。図8より明らかなように、本実施形態のリコール動作では、メインセンス動作の前に第2プリセンス動作を設けたため、読み出し電圧Vwlの高い領域でも、リコール動作がフェイルせず正常に動作していることが分かる。本実施形態におけるリコール動作では、電源電圧Vccの動作範囲の下限値が1.2V、読み出し電圧Vwlの動作範囲の下限値が2.85Vとなっており、各下限値は、電源電圧Vcc及び読み出し電圧Vwlの各動作範囲内で略一定となっていることが分かる。従って、読み出し電圧Vwlを電源電圧Vccから独立して制御することで、電源電圧Vccの動作範囲の下限値を低電圧化できることが分かる。   FIG. 8 shows the voltage dependence of the operation result of the recall operation in the present embodiment. 8 shows the dependence of the recall operation result on the power supply voltage Vcc and the word line voltage (read voltage) Vwl. The horizontal axis indicates the power supply voltage Vcc, and the vertical axis indicates the word lines WL1 and WL2. Read voltage Vwl. In FIG. 8, “P” indicates that the recall operation has passed under each voltage condition, and “F” indicates that the recall operation has failed. In FIG. 8, the boundary line is displayed as a bold line to make it easier to see the boundary between the pass area and the fail area. As is clear from FIG. 8, in the recall operation of the present embodiment, the second pre-sense operation is provided before the main sense operation, so that the recall operation does not fail and operates normally even in a region where the read voltage Vwl is high. I understand that. In the recall operation in the present embodiment, the lower limit value of the operating range of the power supply voltage Vcc is 1.2V, and the lower limit value of the operating range of the read voltage Vwl is 2.85V. It can be seen that the voltage Vwl is substantially constant within each operating range. Therefore, it can be seen that the lower limit value of the operating range of the power supply voltage Vcc can be lowered by controlling the read voltage Vwl independently of the power supply voltage Vcc.

〈第2実施形態〉
次に、本発明装置及び本発明方法の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、制御回路CNTの制御動作(本発明方法)が異なるだけで、本発明装置の回路構成は第1実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the device of the present invention and the method of the present invention will be described. In the second embodiment, only the control operation (the method of the present invention) of the control circuit CNT is different, and the circuit configuration of the device of the present invention is the same as that of the first embodiment, and therefore, redundant description is omitted.

図9に、第2実施形態のリコール動作(本発明方法)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。   FIG. 9 shows the input voltage waveforms of the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2, the floating gate FG and a pair of data nodes in the recall operation (the method of the present invention) of the second embodiment. The voltage waveforms of SD and SDB are shown.

第2実施形態では、メインセンス動作の開始手順が、第1実施形態と異なる。第1実施形態では、第2プリセンス動作を所定期間(第2プリセンス期間)実行した後に、制御信号RGを低レベルに遷移させてNMOSトランジスタQn2、Qn3をオフさせ、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2を電気的に分離してメインセンス動作を開始したが(図7参照)、第2実施形態では、制御信号RGの信号レベルを高レベルに維持したまま、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各第1の制御端子CG1に接続する第1のワード線WL1の電圧を初期状態の接地電圧に戻す。これにより、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位は、第2プリセンス動作に引き続き更に、Vwl×C1/Ctだけ低下するため、初期状態に戻り、不揮発性メモリ部M1、M2は何れもオフ状態となる。従って、NMOSトランジスタQn2、Qn3がオンしていても、1対のデータノードSD、SDBと1対の不揮発性メモリ部M1、M2を電気的に分離でき、メインセンス動作を開始することができる。第2実施形態においても、第2プリセンス動作までは、第1実施形態と全く同じであり、メインセンス動作も実質的に第1実施形態と同様に開始できるので、第1実施形態で説明したのと同様の動作範囲拡大効果が得られる。   In the second embodiment, the start procedure of the main sense operation is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, after the second pre-sense operation is performed for a predetermined period (second pre-sense period), the control signal RG is changed to a low level to turn off the NMOS transistors Qn2 and Qn3, and the pair of data nodes SD and SDB The main sense operation is started by electrically separating the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 (see FIG. 7). However, in the second embodiment, the signal level of the control signal RG is maintained at a high level. The voltage of the first word line WL1 connected to each first control terminal CG1 of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 is returned to the ground voltage in the initial state. As a result, the potentials of the floating gates FG of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 further decrease by Vwl × C1 / Ct following the second pre-sense operation, so that the initial state is restored, and the nonvolatile memory unit M1 , M2 are both turned off. Therefore, even if the NMOS transistors Qn2 and Qn3 are turned on, the pair of data nodes SD and SDB and the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 can be electrically separated, and the main sense operation can be started. Also in the second embodiment, the process up to the second pre-sense operation is exactly the same as in the first embodiment, and the main sense operation can be started substantially in the same manner as in the first embodiment. The same operating range expansion effect can be obtained.

〈第3実施形態〉
次に、本発明装置及び本発明方法の第3実施形態について説明する。第3実施形態では、制御回路CNTの制御動作(本発明方法)が異なるだけで、本発明装置の回路構成は第1実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the device of the present invention and the method of the present invention will be described. In the third embodiment, only the control operation (the method of the present invention) of the control circuit CNT is different, and the circuit configuration of the device of the present invention is the same as that of the first embodiment, and therefore, redundant description is omitted.

図10に、第3実施形態のリコール動作(本発明方法)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。   FIG. 10 shows the input voltage waveforms of the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2, the floating gate FG and a pair of data nodes in the recall operation of the third embodiment (the method of the present invention). The voltage waveforms of SD and SDB are shown.

第3実施形態では、第2プリセンス動作の開始手順が、第1実施形態と異なる。第1実施形態では、第1プリセンス動作を所定期間(第1プリセンス期間)実行した後に、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各第2の制御端子CG2に接続する第2のワード線WL2の電圧を初期状態の接地電圧に戻して、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位を、Vwl×C2/Ctだけ低下させたが(図7参照)、第3実施形態では、2本のワード線WL1、WL2の電圧を同時に、読み出し電圧Vwlと接地電圧の中間電圧Vmid(例えば、読み出し電圧Vwlの2分の1)まで低下させる。これにより、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位は、Vmid×(C1+C2)/Ctだけ低下する。Vmid×(C1+C2)/Ctが、Vwl×C2/Ctと同じか略同じとなるように中間電圧Vmidを設定することで、第3実施形態の第2プリセンス動作は、第1実施形態と全く同じ作用効果を奏することができる。従って、第3実施形態においても、第1実施形態で説明したのと同様の動作範囲拡大効果が得られる。尚、中間電圧Vmidは、読み出し電圧Vwlを抵抗分割して生成することができる。   In the third embodiment, the start procedure of the second pre-sense operation is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, after the first pre-sense operation is performed for a predetermined period (first pre-sense period), the second word line WL2 connected to each second control terminal CG2 of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 Is returned to the ground voltage in the initial state, and the potential of each floating gate FG of the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 is lowered by Vwl × C2 / Ct (see FIG. 7). In the embodiment, the voltages of the two word lines WL1 and WL2 are simultaneously reduced to an intermediate voltage Vmid between the read voltage Vwl and the ground voltage (for example, half of the read voltage Vwl). As a result, the potentials of the floating gates FG of the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 are lowered by Vmid × (C1 + C2) / Ct. By setting the intermediate voltage Vmid so that Vmid × (C1 + C2) / Ct is the same as or substantially the same as Vwl × C2 / Ct, the second pre-sense operation of the third embodiment is exactly the same as the first embodiment. An effect can be produced. Therefore, also in the third embodiment, the same operation range expansion effect as described in the first embodiment can be obtained. The intermediate voltage Vmid can be generated by dividing the read voltage Vwl by resistance.

〈第4実施形態〉
次に、本発明装置及び本発明方法の第4実施形態について説明する。第4実施形態では、制御回路CNTの制御動作(本発明方法)が異なるだけで、本発明装置の回路構成は第1実施形態と同じであるので、重複する説明は割愛する。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the device of the present invention and the method of the present invention will be described. In the fourth embodiment, only the control operation (the method of the present invention) of the control circuit CNT is different, and the circuit configuration of the device of the present invention is the same as that of the first embodiment, and therefore, a duplicate description is omitted.

図11に、第4実施形態のリコール動作(本発明方法)における、上記各制御信号PRE、SEN、RG、SRCとワード線WL1、WL2の入力電圧波形と、浮遊ゲートFGと1対のデータノードSD、SDBの電圧波形を示す。   FIG. 11 shows the input voltage waveforms of the control signals PRE, SEN, RG, SRC and the word lines WL1, WL2, the floating gate FG, and a pair of data nodes in the recall operation of the fourth embodiment (the method of the present invention). The voltage waveforms of SD and SDB are shown.

第4実施形態では、第2プリセンス動作の開始手順が、第1実施形態と異なる。第1実施形態では、第1プリセンス動作を所定期間(第1プリセンス期間)実行した後に、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各第2の制御端子CG2に接続する第2のワード線WL2の電圧を初期状態の接地電圧に戻して、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位を、Vwl×C2/Ctだけ低下させたが(図7参照)、第4実施形態では、2本のワード線WL1、WL2の電圧を同時に、読み出し電圧Vwlから接地電圧まで第2プリセンス期間をかけて徐々に低下させる。これにより、1対の不揮発性メモリ部M1、M2の各浮遊ゲートFGの電位は、最終的にVwl×(C1+C2)/Ctだけ低下して初期状態に戻るが、第2プリセンス動作の開始後は、急激に初期状態に戻ることなく、第3実施形態と同様の中間状態に維持される。これにより、第4実施形態の第2プリセンス動作は、第1実施形態と略同じ作用効果を奏することができる。従って、第4実施形態においても、第1実施形態で説明したのと同様の動作範囲拡大効果が得られる。尚、ワード線WL1、WL2の電圧を徐々に低下させる具体的な方法として、抵抗やキャパシタを用いたRC回路等の遅延回路によって信号の立ち下がり時間を長くすることで実現可能である。尚、ワード線WL1、WL2の信号の立ち下がりは、必ずしも線形でなくても構わない。   In the fourth embodiment, the start procedure of the second pre-sense operation is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, after the first pre-sense operation is performed for a predetermined period (first pre-sense period), the second word line WL2 connected to each second control terminal CG2 of the pair of nonvolatile memory units M1 and M2 In the fourth embodiment, the potential of the floating gates FG of the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 is reduced by Vwl × C2 / Ct (see FIG. 7). In the embodiment, the voltages of the two word lines WL1 and WL2 are gradually lowered from the read voltage Vwl to the ground voltage over the second pre-sense period. As a result, the potentials of the floating gates FG of the pair of nonvolatile memory portions M1 and M2 are finally lowered by Vwl × (C1 + C2) / Ct and returned to the initial state, but after the start of the second pre-sense operation, The intermediate state similar to that of the third embodiment is maintained without suddenly returning to the initial state. As a result, the second pre-sense operation of the fourth embodiment can achieve substantially the same operational effects as the first embodiment. Therefore, also in the fourth embodiment, the same operation range expansion effect as described in the first embodiment can be obtained. A specific method for gradually reducing the voltages of the word lines WL1 and WL2 can be realized by increasing the signal fall time using a delay circuit such as an RC circuit using resistors and capacitors. Note that the falling of the signals of the word lines WL1 and WL2 does not necessarily have to be linear.

図11では、2本のワード線WL1、WL2の電圧を同時に、読み出し電圧Vwlから接地電圧まで第2プリセンス期間をかけて徐々に低下させる場合を例示したが、ワード線WL1、WL2の電圧が完全に接地電圧に至る前に、制御信号RGを低レベルに遷移させてメインセンス動作を開始させても構わない。   FIG. 11 illustrates the case where the voltages of the two word lines WL1 and WL2 are gradually decreased from the read voltage Vwl to the ground voltage over the second pre-sense period. However, the voltages of the word lines WL1 and WL2 are completely reduced. Before reaching the ground voltage, the control signal RG may be shifted to a low level to start the main sense operation.

また、第4実施形態では、2本のワード線WL1、WL2の電圧が接地電圧まで低下すれば、実質的にメインセンス動作が開始するので、制御信号RGを低レベルに遷移させるタイミングは、必ずしも厳密に制御されなくても構わない。   In the fourth embodiment, when the voltages of the two word lines WL1 and WL2 are reduced to the ground voltage, the main sense operation is substantially started. Therefore, the timing for transitioning the control signal RG to the low level is not necessarily limited. It does not have to be strictly controlled.

〈別実施形態〉
上記第1乃至第4実施形態の本発明装置における、不揮発性メモリ部M1、M2、揮発性ラッチ回路LC、プリチャージ回路(PMOSトランジスタQp1、Qp2)、第1スイッチング素子(NMOSトランジスタQn2、Qn3)の個々の具体的な回路構成は、図2及び図6に示す回路構成に限定されるものではない。
<Another embodiment>
Non-volatile memory parts M1, M2, volatile latch circuit LC, precharge circuit (PMOS transistors Qp1, Qp2), first switching element (NMOS transistors Qn2, Qn3) in the device of the present invention of the first to fourth embodiments. Each of the specific circuit configurations is not limited to the circuit configurations shown in FIGS.

また、上記第1乃至第4実施形態のリコール動作では、不揮発性メモリ部M1、M2は夫々2つの制御端子CG1、CG2を備え、夫々ワード線WL1、WL2に接続する構成を前提としたが、第3及び第4実施形態のリコール動作では、第2プリセンス動作の開始に係る制御において、2本のワード線WL1、WL2を区別せずに同様の制御を行っているので、不揮発性メモリ部M1、M2の制御端子が1つの場合にも適用可能である。従って、第3及び第4実施形態のリコール動作は、浮遊ゲートFGと容量結合する制御端子が1つの不揮発性メモリ部に適用可能であるので、その浮遊ゲートFGと制御端子の具体的構造は問わない。つまり、第3及び第4実施形態のリコール動作は、不揮発性メモリ部が従来のフラッシュメモリセルで構成される場合にも適用可能である。   In the recall operations of the first to fourth embodiments, it is assumed that the nonvolatile memory units M1 and M2 include two control terminals CG1 and CG2, respectively, and are connected to the word lines WL1 and WL2, respectively. In the recall operation of the third and fourth embodiments, since the same control is performed without distinguishing the two word lines WL1 and WL2 in the control related to the start of the second pre-sense operation, the nonvolatile memory unit M1 , M2 is also applicable to a single control terminal. Therefore, the recall operation of the third and fourth embodiments can be applied to one nonvolatile memory unit that has a control terminal capacitively coupled to the floating gate FG, so the specific structure of the floating gate FG and the control terminal is not limited. Absent. That is, the recall operation of the third and fourth embodiments can be applied to the case where the nonvolatile memory unit is configured by a conventional flash memory cell.

本発明は、不揮発性メモリ部と揮発性ラッチ回路で構成されており、電源遮断状態では不揮発性メモリ部でデータを保持し、電源オン状態では不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して格納する半導体記憶装置、及び、そのデータ転送方法に利用可能である。   The present invention is composed of a nonvolatile memory unit and a volatile latch circuit, and holds data in the nonvolatile memory unit in the power-off state and latches data held in the nonvolatile memory unit in the power-on state. The present invention can be used for a semiconductor memory device that transfers data to a circuit for storage and a data transfer method thereof.

不揮発性メモリ部で保持されたデータを揮発性ラッチ回路に転送して格納する従来の半導体記憶装置の回路構成例を示す回路図A circuit diagram showing an example of a circuit configuration of a conventional semiconductor memory device for transferring data stored in a nonvolatile memory section to a volatile latch circuit and storing it 不揮発性メモリ部の概略の断面構造を模式的に示す断面図とその等価回路図及びシンボル図Sectional view schematically showing the schematic sectional structure of the nonvolatile memory section, its equivalent circuit diagram and symbol diagram 図1に示す半導体記憶装置に対する従来のデータ転送動作における制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図FIG. 1 is a schematic voltage waveform diagram schematically showing a control signal and an input voltage waveform of a word line and a voltage waveform of a floating gate and a pair of data nodes in the conventional data transfer operation for the semiconductor memory device shown in FIG. 図3に示す従来のデータ転送動作の動作結果の電圧依存性を示すパスフェイル分布図FIG. 3 is a path-fail distribution diagram showing the voltage dependence of the operation result of the conventional data transfer operation shown in FIG. ワード線電圧が高い領域で従来のデータ転送動作がフェイルする原因を説明するための制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図Schematic voltage waveform schematically showing a control signal and a word line input voltage waveform and a voltage waveform of a floating gate and a pair of data nodes for explaining the cause of failure of the conventional data transfer operation in a region where the word line voltage is high Figure 本発明に係る半導体記憶装置の回路構成例を示す回路図1 is a circuit diagram showing a circuit configuration example of a semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る半導体記憶装置のデータ転送動作の第1実施形態における制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図1 is a schematic voltage waveform diagram schematically showing a control signal, an input voltage waveform of a word line, and a voltage waveform of a floating gate and a pair of data nodes in the first embodiment of the data transfer operation of the semiconductor memory device according to the present invention. 図7に示す第1実施形態に係るデータ転送動作の動作結果の電圧依存性を示すパスフェイル分布図FIG. 7 is a path-fail distribution diagram showing the voltage dependence of the operation result of the data transfer operation according to the first embodiment shown in FIG. 本発明に係る半導体記憶装置のデータ転送動作の第2実施形態における制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図Schematic voltage waveform diagram schematically showing the control signal and the input voltage waveform of the word line and the voltage waveform of the floating gate and the pair of data nodes in the second embodiment of the data transfer operation of the semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る半導体記憶装置のデータ転送動作の第3実施形態における制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図Schematic voltage waveform diagram schematically showing a control signal and an input voltage waveform of a word line and a voltage waveform of a floating gate and a pair of data nodes in the third embodiment of the data transfer operation of the semiconductor memory device according to the present invention. 本発明に係る半導体記憶装置のデータ転送動作の第4実施形態における制御信号及びワード線の入力電圧波形と浮遊ゲート及び1対のデータノードの電圧波形を模式的に示す概略電圧波形図Schematic voltage waveform diagram schematically showing a control signal, an input voltage waveform of a word line, and a voltage waveform of a floating gate and a pair of data nodes in the fourth embodiment of the data transfer operation of the semiconductor memory device according to the invention.

符号の説明Explanation of symbols

1: 半導体基板
2: N型ウェル
3: ゲート絶縁膜
4: 絶縁膜
CG1: 第1の制御端子(Nコンタクト拡散層)
CG2: 第2の制御端子(P拡散層)
CNT: 制御回路
DN: ドレイン(N拡散層)
FG: 浮遊ゲート
FG1: 第1浮遊ゲート
FG2: 第2浮遊ゲート
IN1、IN2: インバータ回路
LC: 揮発性ラッチ回路
M1、M2: 不揮発性メモリ部
PRE: プリチャージ用制御信号
Qn1: 揮発性ラッチ回路活性化に用いるNMOSトランジスタ
Qn2、Qn3: NMOSトランジスタ(第1スイッチング素子)
Qn4: NMOSトランジスタ(第2スイッチング素子)
Qp1、Qp2: PMOSトランジスタ(プリチャージ回路)
RG: データノードと不揮発性メモリ部間の電気的接続を制御する制御信号
SD、SDB: データノード
SEN: 揮発性ラッチ回路活性化用制御信号
SR: ソース(N拡散層)
SRC: 不揮発性メモリ部と接地電圧線間の電気的接続を制御する制御信号
Vcc: 電源電圧
Vwl: ワード線電圧(読み出し電圧)
WL1: 第1のワード線
WL2: 第2のワード線
1: Semiconductor substrate 2: N-type well 3: Gate insulating film 4: Insulating film CG1: First control terminal (N + contact diffusion layer)
CG2: Second control terminal (P + diffusion layer)
CNT: Control circuit DN: Drain (N + diffusion layer)
FG: floating gate FG1: first floating gate FG2: second floating gate IN1, IN2: inverter circuit LC: volatile latch circuit M1, M2: nonvolatile memory unit PRE: precharge control signal Qn1: volatile latch circuit active NMOS transistors Qn2 and Qn3 used for conversion: NMOS transistors (first switching elements)
Qn4: NMOS transistor (second switching element)
Qp1, Qp2: PMOS transistors (precharge circuit)
RG: Control signal for controlling electrical connection between data node and nonvolatile memory unit SD, SDB: Data node SEN: Control signal for volatile latch circuit activation SR: Source (N + diffusion layer)
SRC: Control signal for controlling electrical connection between the nonvolatile memory section and the ground voltage line Vcc: Power supply voltage Vwl: Word line voltage (read voltage)
WL1: first word line WL2: second word line

Claims (11)

ソース、ドレイン、前記ソース及び前記ドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲート、前記浮遊ゲートと容量結合する1つまたは2つの制御端子を備えてなる不揮発性メモリ部の1対と、
1対のデータノードの電圧差を増幅して保持可能な揮発性ラッチ回路と、
前記1対のデータノードを所定の電源電圧に向かってプリチャージするプリチャージ回路と、
前記1対のデータノードの一方と前記1対の不揮発性メモリ部の一方の前記ドレイン間、及び、前記1対のデータノードの他方と前記1対の不揮発性メモリ部の他方の前記ドレイン間を、夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対の第1スイッチング素子と、
前記1対の不揮発性メモリ部の前記ソースと所定の基準電圧間を電気的に導通及び遮断可能に接続する第2スイッチング素子と、
前記プリチャージ回路のプリチャージ動作、前記1対の不揮発性メモリ部の前記各制御端子の電圧制御、前記揮発性ラッチ回路のラッチ動作、前記1対の第1スイッチング素子のオンオフ動作、及び、前記第2スイッチング素子のオンオフ動作を個別に制御する制御回路と、を備えてなり、
前記制御回路が、前記制御端子に所定の読み出し電圧を印加し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子を導通状態に設定した後に、前記プリチャージ回路を活性化させて前記1対のデータノードをプリチャージする動作を行い、前記プリチャージ回路を非活性化して前記プリチャージ動作を終了した後、前記1対の不揮発性メモリ部から前記浮遊ゲートの夫々の蓄積電荷量に応じた前記ドレイン及び前記ソース間を流れる電流量で、前記1対のデータノードのプリチャージ後の電圧を各別に放電する第1プリセンス動作を行い、前記第1プリセンス動作を所定期間実行した後に、前記制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、前記揮発性ラッチ回路を活性化させて、前記1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンス動作を行い、前記第2プリセンス動作を前記第2プリセンス期間実行した後に、前記第1スイッチング素子をオフするか、前記制御端子への前記読み出し電圧の印加を完全に停止するかの少なくとも何れか一方の動作を行ってメインセンス動作を開始する一連の制御動作可能に構成されていることを特徴とする半導体記憶装置。
1 of a non-volatile memory unit comprising a source, a drain, a floating gate capable of controlling a conduction state between the source and the drain by the amount of accumulated charge, and one or two control terminals capacitively coupled to the floating gate. Vs.
A volatile latch circuit capable of amplifying and holding a voltage difference between a pair of data nodes;
A precharge circuit for precharging the pair of data nodes toward a predetermined power supply voltage;
Between one of the pair of data nodes and the drain of one of the pair of nonvolatile memory units, and between the other of the pair of data nodes and the other drain of the pair of nonvolatile memory units. A pair of first switching elements that are electrically connected to each other so as to be electrically conductive and interruptable;
A second switching element that connects between the source of the pair of nonvolatile memory units and a predetermined reference voltage so as to be electrically conductive and interruptable;
A precharge operation of the precharge circuit; a voltage control of the control terminals of the pair of nonvolatile memory units; a latch operation of the volatile latch circuit; an on / off operation of the pair of first switching elements; A control circuit for individually controlling the on / off operation of the second switching element,
The control circuit applies a predetermined read voltage to the control terminal, sets the first switching element and the second switching element to a conductive state, and then activates the precharge circuit to thereby activate the pair of data After performing an operation of precharging a node, deactivating the precharge circuit and ending the precharge operation, the drain corresponding to the amount of charge accumulated in each of the floating gates from the pair of nonvolatile memory units And a first pre-sense operation for separately discharging the voltage after pre-charging of the pair of data nodes with the amount of current flowing between the sources, and after executing the first pre-sense operation for a predetermined period, The voltage is gradually reduced partially or during a predetermined second pre-sense period, and the volatile latch circuit is activated to After performing a second pre-sense operation for preamplifying the voltage difference of the data node and performing the second pre-sense operation for the second pre-sense period, the first switching element is turned off or the reading to the control terminal is performed A semiconductor memory device configured to be capable of a series of control operations in which a main sense operation is started by performing at least one of the operations of completely stopping voltage application.
前記不揮発性メモリ部が2つの制御端子を備え、
前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記2つの制御端子の夫々の電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の一方の電圧を、前記第2プリセンス動作の開始時に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の他方の電圧を、前記メインセンス動作の開始時または開始後に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
The nonvolatile memory unit has two control terminals,
The control circuit causes each voltage of the two control terminals to transition from the initial voltage to the read voltage before the precharge operation is started, and the voltage of one of the two control terminals is changed to the second presense operation. Performing a control operation of transitioning from the read voltage to the initial voltage at the start, and transitioning the other voltage of the two control terminals from the read voltage to the initial voltage at or after the start of the main sense operation. The semiconductor memory device according to claim 1.
前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記制御端子の全ての電圧を、前記第2プリセンス動作の開始時に、前記読み出し電圧から前記初期電圧と前記読み出し電圧の中間電圧に遷移させ、前記メインセンス動作の開始時または開始後に、前記中間電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   The control circuit transitions all voltages at the control terminal from an initial voltage to the read voltage before starting the precharge operation, and sets all voltages at the control terminal at the start of the second pre-sense operation. 2. A control operation is performed in which a transition is made from a read voltage to an intermediate voltage between the initial voltage and the read voltage, and a transition is made from the intermediate voltage to the initial voltage at or after the start of the main sense operation. The semiconductor memory device described in 1. 前記制御回路が、前記プリチャージ動作開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記第2プリセンス動作の開始後少なくとも前記第2プリセンス期間中、前記制御端子の全ての電圧を前記読み出し電圧から前記初期電圧に向けて徐々に遷移させる制御動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   The control circuit transitions all voltages of the control terminal from an initial voltage to the read voltage before starting the precharge operation, and at least during the second presense period after starting the second presense operation. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a control operation is performed to gradually transition all of the voltages from the read voltage toward the initial voltage. 前記不揮発性メモリ部の前記浮遊ゲートが1層ポリシリコンで形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体記憶装置。   5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the floating gate of the nonvolatile memory portion is formed of one-layer polysilicon. 前記不揮発性メモリ部が、
第1浮遊ゲート、前記ソース、及び、前記ドレインからなるMOSFET構造の第1メモリユニットと、
半導体基板に形成された前記第1メモリユニットの形成領域と電気的に分離された第1導電型のウェル上に、絶縁膜を介して形成された第2浮遊ゲートを備え、前記制御ゲートの1つが前記ウェルと電気的に接続した第2メモリユニットを備え、前記第1浮遊ゲートと前記第2浮遊ゲートが電気的に接続されて前記浮遊ゲートが形成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体記憶装置。
The nonvolatile memory unit is
A first memory unit having a MOSFET structure including a first floating gate, the source, and the drain;
A second floating gate formed on an insulating film on a first conductivity type well electrically isolated from a formation region of the first memory unit formed on a semiconductor substrate; 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second memory unit electrically connected to the well, wherein the floating gate is formed by electrically connecting the first floating gate and the second floating gate. The semiconductor memory device according to any one of?
前記第2メモリユニットが、前記第1導電型とは異なる第2導電型の拡散領域を、前記ウェル表面の前記第2浮遊ゲートの下方領域の一部に備え、前記制御ゲートの他の1つが前記第2導電型の拡散領域と電気的に接続していることを特徴とする請求項6に記載の半導体記憶装置。   The second memory unit includes a diffusion region of a second conductivity type different from the first conductivity type in a part of a region below the second floating gate on the well surface, and the other one of the control gates The semiconductor memory device according to claim 6, wherein the semiconductor memory device is electrically connected to the diffusion region of the second conductivity type. 浮遊ゲート、ソース、ドレイン、前記ソース及び前記ドレイン間の導通状態を蓄積電荷量の多寡によって制御可能な浮遊ゲート、前記浮遊ゲートと容量結合する1つまたは2つの制御端子を備えてなる不揮発性メモリ部の1対と、
1対のデータノードの電圧差を増幅して保持可能な揮発性ラッチ回路と、
前記1対のデータノードを所定の電源電圧に向かってプリチャージするプリチャージ回路と、
前記1対のデータノードの一方と前記1対の不揮発性メモリ部の一方の前記ドレイン間、及び、前記1対のデータノードの他方と前記1対の不揮発性メモリ部の他方の前記ドレイン間を、夫々電気的に導通及び遮断可能に接続する1対の第1スイッチング素子と、
前記1対の不揮発性メモリ部の前記ソースと所定の基準電圧間を電気的に導通及び遮断可能に接続する第2スイッチング素子と、を備えてなる半導体記憶装置において、
前記1対の不揮発性メモリ部に相補的に記憶されたデータを、前記揮発性ラッチ回路に転送して記憶するデータ転送方法であって、
前記制御端子に所定の読み出し電圧を印加し、前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子を導通状態に設定した後に、前記プリチャージ回路を活性化させて前記1対のデータノードをプリチャージするプリチャージステップと、
前記プリチャージ回路を非活性化して前記プリチャージステップを終了した後、前記1対の不揮発性メモリ部から前記浮遊ゲートの夫々の蓄積電荷量に応じた前記ドレイン及び前記ソース間を流れる電流量で、前記1対のデータノードのプリチャージ後の電圧を各別に放電する第1プリセンスステップと、
前記第1プリセンスステップ後に、前記制御端子の電圧を部分的或いは所定の第2プリセンス期間中徐々に低下させるとともに、前記揮発性ラッチ回路を活性化させて、前記1対のデータノードの電圧差を予備的に増幅する第2プリセンスステップと、
前記第2プリセンスステップを前記第2プリセンス期間実行した後に、前記第1スイッチング素子をオフするか、前記制御端子への前記読み出し電圧の印加を完全に停止するかの少なくとも何れか一方の動作を行い、前記揮発性ラッチ回路により前記1対のデータノードの電圧差を増幅して記憶するメインセンスステップと、を有することを特徴とするデータ転送方法。
A non-volatile memory comprising a floating gate, a source, a drain, a floating gate capable of controlling a conduction state between the source and the drain by the amount of accumulated charge, and one or two control terminals capacitively coupled to the floating gate A pair of parts,
A volatile latch circuit capable of amplifying and holding a voltage difference between a pair of data nodes;
A precharge circuit for precharging the pair of data nodes toward a predetermined power supply voltage;
Between one of the pair of data nodes and the drain of one of the pair of nonvolatile memory units, and between the other of the pair of data nodes and the other drain of the pair of nonvolatile memory units. A pair of first switching elements that are electrically connected to each other so as to be electrically conductive and interruptable;
A semiconductor memory device comprising: a second switching element that electrically connects and disconnects between the source of the pair of nonvolatile memory units and a predetermined reference voltage;
A data transfer method for transferring data stored in a complementary manner in the pair of nonvolatile memory sections to the volatile latch circuit and storing the data,
A predetermined read voltage is applied to the control terminal to set the first switching element and the second switching element to a conductive state, and then the precharge circuit is activated to precharge the pair of data nodes. A precharge step;
After deactivating the precharge circuit and ending the precharge step, the amount of current flowing between the drain and the source from the pair of nonvolatile memory units according to the amount of charge accumulated in each of the floating gates A first pre-sense step of discharging the voltage after pre-charging of the pair of data nodes separately;
After the first pre-sense step, the voltage at the control terminal is partially lowered or gradually decreased during a predetermined second pre-sense period, and the volatile latch circuit is activated to reduce the voltage difference between the pair of data nodes. A second pre-sense step for preamplifying;
After executing the second pre-sense step in the second pre-sense period, at least one of the operation of turning off the first switching element or completely stopping the application of the read voltage to the control terminal is performed. And a main sense step of amplifying and storing a voltage difference between the pair of data nodes by the volatile latch circuit.
前記不揮発性メモリ部が2つの制御端子を備え、
前記プリチャージステップ開始前に、前記2つの制御端子の夫々の電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の一方の電圧を、前記第2プリセンスステップの開始時に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させ、前記2つの制御端子の他方の電圧を、前記メインセンスステップの開始時または開始後に前記読み出し電圧から前記初期電圧に遷移させる制御動作を行うことを特徴とする請求項8に記載のデータ転送方法。
The nonvolatile memory unit has two control terminals,
Before starting the precharge step, the voltage of each of the two control terminals is changed from the initial voltage to the read voltage, and one voltage of the two control terminals is changed to the read voltage at the start of the second presense step. The control operation is performed to make a transition from the read voltage to the initial voltage at the start of the main sense step or after the start of the main sense step. 9. The data transfer method according to 8.
前記プリチャージステップ開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記制御端子の全ての電圧を、前記第2プリセンスステップの開始時に、前記読み出し電圧から前記初期電圧と前記読み出し電圧の中間電圧に遷移させ、前記メインセンスステップの開始時または開始後に、前記中間電圧から前記初期電圧に遷移させることを特徴とする請求項8に記載のデータ転送方法。   Before starting the precharge step, all voltages at the control terminal are changed from an initial voltage to the read voltage, and all voltages at the control terminal are changed from the read voltage to the initial voltage at the start of the second presense step. 9. The data transfer method according to claim 8, wherein transition is made to an intermediate voltage between the voltage and the read voltage, and transition is made from the intermediate voltage to the initial voltage at or after the start of the main sense step. 前記プリチャージステップ開始前に、前記制御端子の全ての電圧を初期電圧から前記読み出し電圧に遷移させ、前記第2プリセンスステップの開始後少なくとも前記第2プリセンスステップ期間中、前記制御端子の全ての電圧を前記読み出し電圧から前記初期電圧に向けて徐々に遷移させることを特徴とする請求項8に記載のデータ転送方法。
Before starting the precharge step, all voltages of the control terminal are changed from an initial voltage to the read voltage, and all voltages of the control terminal are at least during the second presense step after the start of the second presense step. 9. The data transfer method according to claim 8, wherein a transition is gradually made from the read voltage toward the initial voltage.
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