JP3199989B2 - 不揮発性半導体記憶装置とその過書込み救済方法 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置とその過書込み救済方法Info
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Description
ュEEPROMに係わり、特に、その過書き込みを救済
することが可能な不揮発性半導体記憶装置とその過書込
み救済方法に関する。
のセル構造を示す回路図である。このNAND型フラッ
シュメモリは、浮遊ゲート及び制御ゲートを有するMO
SトランジスタからなるメモリセルM1〜M16が直列
に接続されている。このセル列の一端は選択トランジス
タQ11を介してビット線BLに接続され、他端は選択
トランジスタQ12を介して共通ソース線Sに接続され
ている。各トランジスタは同一のウェルW上に形成され
ている。各メモリセルM1〜M16の制御ゲートはワー
ド線WL1〜WL16に接続されており、選択トランジ
スタQ11の制御ゲートは選択線SL1に接続され、選
択トランジスタQ12の制御ゲートは選択線SL2に接
続されている。
タ“1”が保持されている状態を「消去状態」と呼び、
データ“0”が保持されている状態を「書き込み状態」
と呼ぶ。データ“0”を保持したメモリセルは、例えば
0V以上5V以下の閾値電圧を有し、データ“1”を保
持したメモリセルは、0V以下の閾値電圧を有してい
る。また、図21(a)に示すように、データ“1”が
保持されているメモリセルの閾値電圧を正方向にシフト
させ、データ“0”を保持するようにすることを「書き
込み動作」と呼び、図21(b)に示すように、データ
“0”が保持されているメモリセルの閾値電圧を負方向
にシフトさせデータ“1”を保持するようにすることを
「消去動作」と呼ぶ。
各動作時に、メモリセルに印加する電圧を示している。
例えば読み出し動作時は、先ず、ビット線BLが5Vに
プリチャージされ浮遊状態とされる。この後、選択線S
L1に5V、選択メモリセルのワード線WLに0V、非
選択メモリセルのワード線WLに5V、選択線SL2に
5V、ウェルWに0V、共通ソース線Sに0Vを印加す
る。すると、選択メモリセル以外の全てのトランジスタ
がオンする。選択メモリセルにデータ“0”が保持され
ている場合、このメモリセルは非導通となりビット線B
Lの電位は5Vのままで変化しない。また、選択メモリ
セルにデータ“1”が保持されている場合、このメモリ
セルは導通となるためビット線BLは放電され電位が低
下する。このビット線の電位を検出することによりデー
タをセンスする。
は開放、選択線SL1に0V、メモリセルのワード線W
Lに0V、選択線SL2に0V、ウェルWに18V、そ
して共通ソース線Sに18Vを印加する。すると、浮遊
ゲートとウェル間にゲート絶縁膜を介してトンネル電流
が流れ、閾値電圧は0V以下になる。
て異なった電圧を印加する。すなわち、データ“0”を
書き込む場合、ビット線BLに0Vを印加し、データ
“1”を書き込む場合、ビット線BLに9Vを印加す
る。選択線SL1には11V、選択メモリセルのワード
線WLには18V、非選択メモリセルのワード線WLに
は9V、選択線SL2には0V、ウェルWには0V、共
通ソース線Sには0Vを印加する。この結果、選択トラ
ンジスタQ11からメモリセルM16までの全てのトラ
ンジスタは導通し、ビット線と同電位となる。
れたメモリセルはチャネルと制御ゲートとの間の電圧が
18Vの高電圧となり、トンネル電流によってこのメモ
リセルの閾値電圧は正方向にシフトする。また、ビット
線BLに9Vが印加されたメモリセルはチャネルと制御
ゲートとの間に9Vしかかからないため、閾値電圧の正
方向のシフトは抑圧される。この9Vを書き込み禁止電
圧と呼ぶ。
導体記憶装置はトンネル電流を用いてデータを書き込む
ため、書き込み速度は各メモリセルによってばらつきが
ある。したがって、たとえ各メモリセルの書き込み時間
が同じであっても、あるメモリセルの閾値電圧は0V以
上5V以下の範囲となり、他のメモリセルの閾値電圧は
5Vを越えてしまうこともある。
モリは読み出し時に非選択メモリセルのワード線に5V
を印加してオンさせるが、あるメモリセルの閾値電圧が
5Vを越えているとそのメモリセルはオフのままであ
る。したがって、そのメモリセルにより電流経路が遮断
されてしまうため、そのメモリセルと直列に接続された
残り全てのメモリセルのデータを読み出せなくなってし
まう。
し、書き込み→ベリファイ→再書き込みのためのデータ
設定→書き込み→ベリファイ→再書き込みのためのデー
タ設定……と繰り返す方法が採られている。ベリファイ
動作により閾値電圧が十分上昇したメモリセルは、次回
のサイクルにおいて書き込み動作を行わないように再書
き込みデータを設定する。
回目の書き込み終了時に、書き込み対象としての選択メ
モリセルMCの閾値電圧が−1Vであった場合、図23
(b)に示すように、再度書き込みが行われ、閾値電圧
が0V以上5V以下の範囲となるようにされる。このよ
うにすると、書き込みの速いセルは速く書き込み動作が
終了し、その後の閾値電圧の上昇はなくなる。
1回の書き込み動作で選択メモリセルMCの閾値電圧が
急激に上昇し、5Vの上限を越えてしまう場合がある。
この場合、ベリファイ動作では正常に書き込みが終了し
たものとされるが、上述したようにこのメモリセルと直
列に接続された他のメモリセルのデータを読み出すこと
ができなくなってしまう。このような現象は、書き込
み、消去を繰り返し行った場合希に起こるため、試験に
よってこのメモリセルをスクリーニングすることは困難
である。
り、その目的とするところは、1回の書き込み動作で閾
値電圧が所定値より上昇する過書き込み状態のメモリセ
ルが発生した場合においても、そのメモリセルを救済す
ることが可能な不揮発性半導体記憶装置とその過書き込
み救済方法を提供しようとするものである。
体記憶装置は、複数のメモリセルを含むメモリセルアレ
イと、前記メモリセルアレイが接続されたビット線と、
選択された前記メモリセルに書き込むためのデータ、及
び前記メモリセルから読み出されたデータをラッチする
ラッチ回路と、前記ラッチ回路と前記ビット線の間に接
続され、複数の前記メモリセルに過書込み状態のメモリ
セルがある場合、そのメモリセルのデータを読み出して
前記ラッチ回路にコピーし、前記メモリセルのデータが
消去された後、前記ラッチ回路にコピーされたデータを
前記メモリセルに書き込む制御回路とを具備している。
き込み救済方法は、メモリセルにデータが過書込みされ
ている場合、そのメモリセルのデータを読み出し、ラッ
チ回路にコピーする工程と、前記メモリセルのデータを
消去する工程と、前記ラッチ回路にコピーしたデータを
前記メモリセルに書き込む工程とを具備している。
書き込み状態のメモリセルが検出された場合、メモリセ
ルに記憶されているデータを読出し、この読み出したデ
ータをラッチ回路にコピーする。書き込みセルの書き込
み量は十分であり、非書き込みセルはデータが書き込ま
れていないため、ラッチ回路にはメモリセルの書き込み
開始時と同様の状態に書き込みデータがラッチされるこ
ととなる。この後、過書き込み状態のメモリセルのデー
タを消去し、続いて、このデータが消去されたメモリセ
ルにラッチ回路にラッチされたデータを再度書き込む。
このようにすることにより、過書き込み状態のメモリセ
ルの閾値電圧を正常な値に設定することができる。
図面を参照して説明する。
いた不揮発性半導体記憶装置の全体的な構成を示してい
る。不揮発性半導体記憶装置10はメモリセルアレイ1
1、ロウデコーダ12、センス/ラッチ回路13、カラ
ムデコーダ14、カラムゲート15、昇圧回路16、制
御回路17、I/Oバッファ18によって構成されてい
る。
メモリセルがマトリクス状に配設されており、縦方向に
ビット線BLが数千本、横方向にワード線WLが数千本
配列されている。ロウデコーダ12はワード線を外部か
ら入力されたアドレスに基いて選択する。センス回路と
データのラッチ回路を含むセンス/ラッチ回路13はメ
モリセルアレイ11の後述するビット線及びカラムゲー
ト15に接続されている。カラムゲート15はカラムデ
コーダ14及びI/Oバッファ18に接続されている。
カラムデコーダ14はI/Oバッファ18を介して外部
から入力されたアドレスに基きカラムゲート15を制御
し、ビット線および対応するセンス/ラッチ回路13を
選択する。昇圧回路16は書き込み動作や消去動作に必
要な高電圧を供給する。制御回路17は書き込み動作、
消去動作、読み出し動作、書き込みベリファイ動作、後
述する過書き込みベリファイ動作、メモリセルに記憶さ
れたデータをラッチ回路にコピーするセルデータのコピ
ー動作、及び1ページ分のデータを消去する1ページ消
去動作等を制御する。また、I/Oバッファ18はチッ
プ外部とのインターフェースをとる。
図2と同一部分には同一符号を付す。図3において、ビ
ット線BL1には、NAND型フラッシュメモリ21−
1〜21−nが接続され、ビット線BL2には、NAN
D型フラッシュメモリ22−1〜22−nが接続され、
ビット線BLnには、NAND型フラッシュメモリ2n
−1〜2n−nが接続されている。各ビット線BL1、
BL2〜BLnの一端にはセンス/ラッチ回路(S/L
T)13−1、13−2〜13−nがそれぞれ接続され
ている。各センス/ラッチ回路13−1、13−2〜1
3−nは前記カラムゲートから出力されるカラム選択信
号CS1、CS2〜CSnによって選択される。各セン
ス/ラッチ回路13−1、13−2〜13−nには、デ
ータを伝送するデータ線D、/D(/は反転信号を示
す)、ベリファイ線VFが接続されるとともに、タイミ
ング信号φ1、φ2、φ3、φ4がそれぞれ供給されて
いる。前記ベリファイ線VFにはベリファイ結果を示す
信号が伝送される。
他端にはPチャネルトランジスタQ10のドレインがそ
れぞれ接続されている。各トランジスタQ10はビット
線BL〜BLnを充電するものであり、各ソースには電
源VBLが供給され、各ゲートにはタイミング信号φ5が
供給されている。前記電源VBLは書き込み動作時9V、
それ以外の時は5Vとなる。前記各タイミング信号φ1
〜φ5は前記制御回路17に含まれたクロック発生回路
17−1によって生成される。なお、図3において、ワ
ード線及び選択線は省略している。
り、前記センス/ラッチ回路を示すものである。このセ
ンス/ラッチ回路は全て同一構成であるため、センス/
ラッチ回路13−1についてのみその構成を説明する。
ランジスタQ7、Q8の電流通路の一端がそれぞれ接続
されている。これらトランジスタQ7、Q8の電流通路
の他端には、ラッチ回路LTを構成するインバータ回路
IN1、IN2が接続されている。すなわち、インバー
タ回路IN1の入力端、及びインバータ回路IN2の出
力端はトランジスタQ7の電流通路の他端(ノードA)
に接続され、インバータ回路IN1の出力端、及びイン
バータ回路IN2の入力端はトランジスタQ8の電流通
路の他端(ノードB)に接続されている。前記ノードA
にはNチャネルトランジスタQ1の電流通路の一端が接
続され、前記ノードBにはNチャネルトランジスタQ2
の電流通路の一端が接続されている。これらトランジス
タQ1、Q2のゲートには前記タイミング信号φ1、φ
2がぞれぞれ供給され、トランジスタQ1、Q2の電流
通路の他端は互いにNチャネルトランジスタQ3の電流
通路の一端に接続されている。このトランジスタQ3の
電流通路の他端は接地され、ゲートは前記ビット線BL
1に接続されている。
ジスタQ4の電流通路の一端が接続されている。このト
ランジスタQ4のゲートには前記タイミング信号φ4が
供給され、電流通路の他端は前記ビット線BL1に接続
されている。さらに、前記ノードBにはNチャネルトラ
ンジスタQ5のゲートが接続されている。このトランジ
スタQ5の電流通路の一端は前記ベリファイ線VFに接
続され、他端はNチャネルトランジスタQ6の電流通路
の一端に接続されている。トランジスタQ6のゲートに
は前記タイミング信号φ3が供給され、電流通路の他端
は接地されている。なお、トランジスタQ6及びタイミ
ング信号φ3は省略することが可能である。
ッシュメモリ21−1…が接続されている。フラッシュ
メモリ21−1の各メモリセルMC1、MC2〜MCn
は、ワード線WL1〜WLnによって他のビット線に接
続されたメモリセルに接続され、各選択トランジスタS
T1、ST2は選択線SL1、SL2によって他のビッ
ト線に接続された選択トランジスタに接続されている。
なお、1つのワード線によって同時に選択される複数の
メモリセルは1ページを構成する。
3−1の動作について、図4乃至図9を参照して説明す
る。
作を示している。書き込み動作は、先ず、ラッチ回路L
Tに書き込みデータをラッチする。メモリセルにデータ
を書き込む場合、ラッチ回路LTのノードAは破線で示
すようにローベルに設定され、ノードBはハイレベルに
設定される。すなわち、カラム選択信号CS1によって
トランジスタQ7、Q8をオンとし、データ線D、/D
を介してラッチ回路LTのノードAをローレベル、ノー
ドBをハイレベルに設定する。この後、タイミング信号
φ4によってトランジスタQ4をオンとし、ビット線B
L1を介して選択されたメモリセルにデータを書き込
む。メモリセルに対するデータの書き込み動作は従来技
術で説明した動作と同様である。メモリセルにデータが
十分書き込めた場合、そのメモリセルの閾値電圧は上昇
し、そのメモリセルはオフとなる。
イする書き込みベリファイ動作を示している。この場
合、先ず、ビット線BL1が図3に示すトランジスタQ
10によってプリチャージされ、この後、選択するメモ
リセルのワード線の電位がベリファイレベル(0.5
V)に上昇される。選択されたメモリセルにデータが書
き込まれ、閾値電圧が十分高くなっている場合、そのメ
モリセルはオフとなっているため、ビット線BL1は実
線で示すように充電電位を保持する。しかし、データが
十分に書き込まれていない場合、メモリセルはオンとな
っているため、ビット線BL1の電荷は放電され、破線
で示すように電位が低下する。
ミング信号φ2によってトランジスタQ2をオンとす
る。すると、データが十分書き込まれていず、ビット線
BL1の電位が低い場合、トランジスタQ3はオフして
いるため、ラッチ回路LTのノードBは実線で示すよう
にハイレベル、ノードAはローレベルとなる。すなわ
ち、メモリセルにデータが十分書き込まれていない場
合、ラッチ回路LTの状態は書き込み開始時のままであ
り変化しない。このとき、トランジスタQ5はオンして
おり、タイミング信号φ3によってトランジスタQ6が
オンするとベリファイ線VFはローレベルとなる。ベリ
ファイ線VFがローレベルの場合、ラッチ回路LTに保
持された書き込みデータを用いて再度、前述した書き込
み動作が実行される。
れ、ビット線BL1の電位が高い場合、トランジスタQ
3はオンとなり、ラッチ回路LTの状態が変化する。す
なわち、ラッチ回路LTのノードBは破線で示すように
ローレベル、ノードAはハイレベルとなり、トランジス
タQ5はオフとなる。このため、ベリファイ線VFがハ
イレベルとなり、書き込み動作が終了される。
る。メモリセルのデータを読み出す場合、先ず、前述し
たようにビット線BL1をプリチャージし、この後、タ
イミング信号φ1によってトランジスタQ1をオンとし
てラッチ回路LTをリセットする。次いで、ワード線を
昇圧してメモリセルを選択する。選択されたメモリセル
にデータが書き込まれ、閾値電圧が十分高くなっている
場合、そのメモリセルはオフとなっているため、ビット
線BL1は充電電位を保持する。しかし、データが書き
込まれていない場合、メモリセルはオンとなっているた
め、ビット線BL1の電荷は放電され電位が低下する。
よってトランジスタQ2をオンとする。すると、メモリ
セルにデータが書き込まれていず、ビット線BL1の電
位が低い場合、トランジスタQ3はオフしているため、
ラッチ回路LTのノードBは破線で示すようにハイレベ
ル、ノードAはローレベルとなる。また、メモリセルに
データが書き込まれている場合、トランジスタQ3はオ
ンするため、ラッチ回路LTのノードBは実線で示すよ
うにローレベル、ノードAはハイレベルに反転する。こ
のラッチ回路LTに読み出されたデータは、トランジス
タQ7、Q8を介してデータ線D、/Dに伝送される。
たと同様である。すなわち、各ビット線は開放、選択線
SL1に0V、メモリセルのワード線WLに0V、選択
線SL2に0V、ウェルWに18V、そして共通ソース
線に18Vを印加する。すると、浮遊ゲートとウェル間
にゲート絶縁膜を介してトンネル電流が流れ、各メモリ
セルの閾値電圧は0V以下になる。
ある。この場合、先ず、前述したようにビット線BL1
をプリチャージし、この後、タイミング信号φ2によっ
てトランジスタQ2をオンとすることによってラッチ回
路LTをリセットする。次に、ワード線を昇圧してメモ
リセルを選択し、タイミング信号φ1によってトランジ
スタQ1をオンとしてビット線の電位を読み出す。この
結果、消去できた場合、ビット線BL1の電位は低下
し、ラッチ回路LTのノードBは実線で示すようにロー
レベルとなる。また、消去が十分でない場合、ビット線
BL1の電位は低下せず、ラッチ回路LTのノードBは
破線で示すようにハイレベルとなる。ノードBがハイレ
ベルの場合、トランジスタQ5はオンとなる。このた
め、タイミング信号φ3によってトランジスタQ6がオ
ンとなると、ベリファイ線VFの電位が低下する。消去
が不十分なメモリセルが1つでもある場合、前記消去動
作が実行される。
書き込み状態のメモリセルを救済する動作の一実施例を
示している。この実施例では、前述した書き込み動作
(ST1)後、書き込みベリファイ動作(ST2)を行
い、この結果、書き込みが正常に終了した場合、閾値電
圧が5Vを越えるメモリセルをベリファイする過書き込
みベリファイ動作(ST3)が行われる。この結果、過
書き込み状態のメモリセルがない場合、一連の書き込み
動作が終了する。
場合、過書き込み状態のメモリセルに記憶されたデータ
がラッチ回路LTにコピーされ(ST4)、この過書き
込み状態のメモリセルを含む1ページ分のデータが消去
される(ST5)。この後、再度書き込み動作及び書き
込みベリファイ動作を行い(ST1、ST2)、前記ラ
ッチ回路LTにコピーしたデータが前記データを消去し
たメモリセルに書き込まれる。
示している。過書き込みベリファイ動作では、図5に示
す書き込みベリファイ動作と同様に、先ず、ビット線B
L1がプリチャージされ、この後、選択するメモリセル
のワード線の電位が通常の読み出し時より高いベリファ
イレベルに上昇される。選択されたメモリセルが過書き
込み状態の場合、そのメモリセルはオフとなっているた
め、ビット線BL1は充電電位を保持する。しかし、デ
ータが正常に書き込まれている場合、あるいはデータが
書き込まれていない場合、メモリセルはオンとなってい
るため、ビット線BL1の電荷は放電され電位が低下す
る。この後、タイミング信号φ1によってトランジスタ
Q1をオンとする。すると、データが正常に書き込まれ
ている場合、あるいはデータが書き込まれていず、ビッ
ト線BL1の電位が低い場合、トランジスタQ3はオ
フ、ラッチ回路LTのノードAはハイレベル、ノードB
はローレベルとなる。この場合、トランジスタQ5はオ
フしており、タイミング信号φ3によってトランジスタ
Q6がオンした場合、ベリファイ線VFはハイレベルと
なる。したがって、書き込み動作は終了する。
場合、ビット線BL1の電位はハイレベルであるため、
トランジスタQ3はオンとなっている。このため、タイ
ミング信号φ1によってトランジスタQ1をオンとする
と、ラッチ回路LTのノードAはローレベル、ノードB
はハイレベルとなる。この場合、トランジスタQ5はオ
ンするため、タイミング信号φ3によってトランジスタ
Q6がオンした場合、ベリファイ線VFはローレベルと
なる。このように、ベリファイ線VFがローレベルの場
合、制御部17は過書き込み状態のメモリセルが存在す
ると認識し、メモリセルに記憶されたデータのコピー動
作(ST4)が実行される。
である。このコピー動作は前述した読出し動作と同様
に、先ず、ビット線BL1がプリチャージされ、この
後、メモリセルに通常の読出しバイアスが供給される。
すなわち、選択ワード線がローレベル(0V)とされ、
非選択ワード線がハイレベル(5V)とされる。この
後、タイミング信号φ1によってトランジスタQ1をオ
ンとする。すると、データが書き込まれていず、ビット
線BL1の電位が低い場合、トランジスタQ3はオフ、
ラッチ回路LTのノードAは破線で示すようにハイレベ
ル、ノードBはローレベルとなる。
合、あるいは過書き込み状態のメモリセルの場合、ビッ
ト線BL1の電位はハイレベルであるため、トランジス
タQ3はオンとなっている。このため、タイミング信号
φ1によってトランジスタQ1をオンとすると、ラッチ
回路LTのノードAはローレベル、ノードBはハイレベ
ルとなる。すなわち、データを書き込むべきメモリセル
に接続されたラッチ回路LTのノードAには書き込みデ
ータがラッチされ、データを書き込まないメモリセルに
接続されたラッチ回路LTには書き込みデータがラッチ
されない。
をラッチ回路LTにコピーした後、選択ワード線に接続
された1ページ分のデータが消去される。すなわち、選
択ワード線のみローレベル(0V)とし、その他の全ワ
ード線をメモリセルのウエルと同一電圧とし1ページ分
のデータを消去する。消去時間は例えば1msである。
この後、前記ラッチ回路LTにラッチしたデータを用い
て、前述した書き込み動作、及び書き込みベリファイ動
作を行うことにより、各メモリセルに正常にデータを書
き込むことができる。
動作によって書き込みが正常に終了した場合、過書き込
みベリファイ動作によって過書き込み状態のメモリセル
を検出し、この結果、過書き込み状態のメモリセルが検
出された場合、メモリセルに書き込まれているデータを
ラッチ回路LTにコピーした後、1ページ分のメモリセ
ルのデータを消去し、ラッチ回路LTにコピーしたデー
タによって、再度データを書き込んでいる。したがっ
て、データ線を介して書き込みデータを設定することな
く、過書き込み状態のメモリセルの閾値電圧を正常な閾
値電圧とすることができる。
定の閾値電圧を越えるメモリセルがあっても、そのメモ
リセルを確実に検出して正常な閾値電圧とすることがで
きる。したがって、不揮発性半導体記憶装置の信頼性を
向上できる。
Q1、Q2、Q4に供給されるタイミング信号φ1、φ
2、φ4を切換えることにより、書き込みデータのラッ
チ手段、読出しデータのラッチ手段、書き込みベリファ
イ、過書き込みベリファイ時のデータラッチ手段、デー
タのコピー手段として使用している。したがって、回路
構成を簡単化することができる。
おいて、メモリセルにデータが十分書き込めない場合、
ラッチ回路LTにラッチされたデータは、書き込み時の
ままであり変化しない。したがって、この後、書き込み
動作を行う際、データ線を介してデータをセットする必
要がない利点を有している。
経路がないため、消費電力を低減できるとともに、ビッ
ト線の電位を変動させることがない。
救済する動作の他の実施例を示すものであり、図8と同
一部分には同一符号を付す。
データを各ラッチ回路にコピーした後、1ページ分のデ
ータを完全に消去し、この後、書き込み動作を行い、各
ラッチ回路にコピーしたデータを各メモリセルに書き込
んでいる。これに対して、この実施例は各メモリセルの
データを各ラッチ回路にコピーした後(ST4)、1ペ
ージ分のデータを軽く消去する(ST6)。すなわち、
選択ワード線のみローレベル(0V)とし、その他の全
ワード線をメモリセルのウエルと同一電圧とし、消去時
間を前記実施例の1msより短くする。このようにし
て、1ページ分のデータを軽く消去した後、前記書き込
みベリファイ動作を行う(ST2)。この結果、消去し
過ぎたメモリセルがある場合、書き込み動作を行い(S
T1)、前記ラッチ回路LTにコピーしたデータをメモ
リセルに書き込む。
2)の結果、書き込み結果が良好である場合、過書き込
みベリファイの結果が良好となるまで、再度過書き込み
ベリファイ動作(ST3)、データのコピー動作(ST
4)、軽い消去動作(ST6)が繰り返し実行される。
効果を得ることができる。しかも、この実施例によれ
ば、消去時間を短縮できるめ、過書き込みの状態のメモ
リセルを救済するための時間を短縮できる。
の実施例を示すものであり、図1と同一部分には同一符
号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
通路の他端はトランジスタQ31を介して接地されてい
る。トランジスタQ31のゲートはトランジスタQ3の
ゲートとともにビット線BL1に接続されている。図1
3において、トランジスタQ1の電流通路の一端はノー
ドAに代えて、ノードBに接続されている。
は、次に示す共通の作用を有している。
ラッチ回路LTのノードAに記憶されたデータをビット
線に転送する。
合、ノードAを低レベルに設定する。すなわち、ビット
線BL1がハイレベルの場合、図12において、トラン
ジスタQ3、Q31はオンとなっている。この状態にお
いて、トランジスタQ1をオンとすることによりノード
Aは低レベルとなる。また、図13において、トランジ
スタQ1をオンとすることによりインバータ回路IN2
の出力端としてのノードAは低レベルとなる。
合、ノードBを低レベルに設定する。すなわち、図1
2、図13において、ビット線BL1がハイレベルの場
合、トランジスタQ3、Q31はオンであるため、トラ
ンジスタQ2をオンとすることによりノードBは低レベ
ルとなる。
によっても図1と同様の効果を得ることができる。
を示すものである。図14に示す回路は、複数のメモリ
セルがビット線に並列接続されたタイプのメモリに適用
される。このようなメモリは、メモリセルがビット線に
並列に接続されているため、メモリセルの閾値電圧が非
選択ワード線の電圧、例えば0Vより低いと、他のメモ
リセルの読み出しが困難となる。図14はこの回路をN
OR型フラッシュメモリに適用した場合を示している
が、この条件を満足していれば、この回路を図19
(a)に示すAND型フラッシュメモリ190、及び図
19(b)に示すDINOR(Divided NOR) 型フラッシ
ュメモリ191に適用できる。
NチャネルトランジスタQ1〜Q3,及びQ31がPチ
ャネルトランジスタQ41,Q42,Q43,Q44に
よって構成されている。前記トランジスタQ43,Q4
4のゲートはビット線BL1に接続され、このビット線
BL1にはメモリセルMC1,MC2〜MCnの各ドレ
インが接続されている。メモリセルMC1,MC2〜M
Cnの各ソースは共通接続されている。前記トランジス
タQ43,Q44の各ソースは電源Vccに接続され、各
ドレインはトランジスタQ42、Q41のソースにぞれ
ぞれ接続されている。トランジスタQ41、Q42の各
ドレインは前記ノードA、ノードBにそれぞれ接続さ
れ、トランジスタQ41、Q42の各ゲートにはそれぞ
れタイミング信号φ1、φ2が供給されている。尚、ト
ランジスタQ44を省略し、トランジスタQ41のソー
スをトランジスタQ43のドレインに接続することも可
能である。
る。図15は、メモリセルにデータを書き込む動作を示
している。書き込み動作は、先ず、ラッチ回路LTに書
き込みデータをラッチする。メモリセルにデータを書き
込む場合、ラッチ回路LTのノードAは破線で示すよう
にハイレベルに設定され、ノードBはローレベルに設定
される。非書き込みのビット線に接続されたラッチ回路
は、実線で示すように、ノードAがローレベルに設定さ
れ、ノードBがハイレベルに設定される。この後、タイ
ミング信号φ4によってトランジスタQ4をオンとし、
ビット線BL1を介して選択されたメモリセルにデータ
を書き込む。このとき、選択するメモリセルのワード線
は−9Vに設定され、非選択のメモリセルのワード線の
電圧は0Vに設定される。メモリセルにデータが十分書
き込めた場合、そのメモリセルの閾値電圧は下がる。
ァイする書き込みベリファイ動作を示している。この場
合、先ず、ビット線BL1がプリチャージされ、この
後、選択するメモリセルのワード線の電位がベリファイ
レベル、例えば1.5Vに上昇される。非選択のメモリ
セルのワード線の電位は0Vである。選択されたメモリ
セルにデータが書き込まれ、閾値電圧が低くなっている
場合、そのメモリセルはオンとなっているため、ビット
線BL1は破線で示すように放電される。しかし、デー
タが十分に書き込まれていない場合、メモリセルはオフ
となっているため、ビット線BL1の電荷は放電され
ず、実線で示すように電位が保持される。この後、タイ
ミング信号φ2によってトランジスタQ42をオンとす
る。すると、データが十分書き込まれ、ビット線BL1
の電位が低い場合、ラッチ回路LTのノードA、Bの状
態が反転する。すなわち、ビット線BL1の電位に応じ
てトランジスタQ43はオンするため、ラッチ回路LT
のノードBは破線で示すようにハイレベル、ノードAは
ローレベルとなる。このため、ベリファイ線VFがロー
レベルとなり、書き込み動作が終了される。また、メモ
リセルにデータが十分書き込まれていない場合、ラッチ
回路LTの状態は書き込み時のままであり変化しない。
この場合、ベリファイ線VFはハイレベルとなり、ラッ
チ回路LTに保持された書き込みデータを用いて再度、
前述した書き込み動作が実行される。
している。過書き込みベリファイ動作では、全ワード線
の電位を0Vの非選択レベル、または0.5Vのベリフ
ァイレベルに設定し、ビット線BL1をプリチャージす
る。メモリセルが過書き込み状態の場合、そのメモリセ
ルはオンとなっているため、ビット線BL1は放電され
電位がローレベルとなる。この後、タイミング信号φ1
によってトランジスタQ41をオンとする。過書き込み
状態のメモリセルがある場合、ビット線BL1の電位は
ローレベルであるため、トランジスタQ44はオンとな
る。このため、ラッチ回路LTのノードAはハイレベ
ル、ノードBはローレベルとなる。この場合、図1に示
すトランジスタQ5はオフするため、タイミング信号φ
3によってトランジスタQ6がオンした場合、ベリファ
イ線VFはハイレベルとなる。このように、ベリファイ
線VFがハイレベルの場合、制御部17は過書き込み状
態のメモリセルが存在すると認識し、メモリセルに記憶
されたデータのコピー動作が実行される。
である。このコピー動作では、先ず、ビット線BL1が
プリチャージされ、ワード線WLが通常の読み出し電位
とされ、この後、タイミング信号φ1によってトランジ
スタQ41がオンとされる。メモリセルが書き込み状態
である場合、ビット線BL1の電位はローレベルである
ため、トランジスタQ44がオンとなり、ラッチ回路L
TのノードAがハイレベル、ノードBがローレベルとな
る。また、メモリセルが非書き込み状態の場合、ビット
線BL1の電位はハイレベルであるため、トランジスタ
Q44はオフであり、ラッチ回路LTのノードAがロー
レベル、ノードBがハイレベルとなる。このようにして
メモリセルのデータがラッチ回路LTにコピーされた
後、メモリセルのデータが消去される。次に、この消去
したメモリセルにラッチ回路LTにコピーされたデータ
が再度書き込まれる。
13に示す実施例と同様の効果を得ることができる。
1回の書き込み動作で閾値電圧が所定値より上昇する過
書き込み状態のメモリセルが発生した場合においても、
そのメモリセルを救済することが可能な不揮発性半導体
記憶装置とその過書き込み救済方法を提供できる。
部を示す回路図。
グ図。
図。
を救済するための実施例を示すフローチャート。
ング図。
ング図。
ルを救済するための他の実施例を示すフローチャート。
の回路図。
の回路図。
の回路図。
ミング図。
イミング図。
ミング図。
セル構成を示し、図19(b)はDINOR型フラッシ
ュメモリのセル構成を示す回路図。
す回路図。
に示す図。
n、22−1〜22−n、2n−1〜2n−n…NAN
D型フラッシュメモリ、13−1、13−2〜13−n
…センス/ラッチ回路、D、/D…データ線、VF…ベ
リファイ線、φ1、φ2、φ3、φ4、φ5…タイミン
グ信号、LT…ラッチ回路、Q1、Q2、Q3、Q4、
Q5…Nチャネルトランジスタ、MC1〜MCn…メモ
リセル、WL1〜WLn…ワード線、Q41、Q42、
Q43、Q44…Pチャネルトランジスタ。
Claims (20)
- 【請求項1】 複数のメモリセルを含むメモリセルアレ
イと、 前記メモリセルアレイが接続されたビット線と、 選択された前記メモリセルに書き込むためのデータ、及
び前記メモリセルから読み出されたデータをラッチする
ラッチ回路と、 前記ラッチ回路と前記ビット線の間に接続され、複数の
前記メモリセルに過書き込み状態のメモリセルがある場
合、そのメモリセルのデータを読み出して前記ラッチ回
路にコピーし、前記メモリセルのデータを消去した後、
前記ラッチ回路にコピーされたデータを前記メモリセル
に書き込む制御回路とを具備することを特徴とする不揮
発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 前記メモリセルアレイは、複数の前記メ
モリセルの各電流通路が直列接続されたNAND型メモ
リセルを構成し、このNAND型メモリセルの一端は前
記ビット線に接続されていることを特徴とする請求項1
記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 前記メモリセルはデータの書き込み時に
選択的に閾値電圧が上昇され、消去時に一括して閾値電
圧が低下されることを特徴とする請求項1記載の不揮発
性半導体記憶装置。 - 【請求項4】 複数のメモリセルを含むメモリセルアレ
イと、 前記メモリセルアレイが接続されたビット線と、 選択された前記メモリセルに書き込むためのデータ、及
び前記メモリセルから読み出されたデータをラッチする
ラッチ回路と、 前記ラッチ回路と前記ビット線の間に接続され、複数の
前記メモリセルに過書き込み状態のメモリセルがある場
合、そのメモリセルのデータを読み出して前記ラッチ回
路にコピーし、前記メモリセルのデータを消去した後、
前記ラッチ回路にコピーされたデータを前記メモリセル
に書き込む制御回路とを具備し、 前記複数のメモリセルの各電流通路はビット線に並列接
続され、前記メモリセルはデータの書き込み時に選択的
に閾値電圧を下げ、消去時に閾値電圧を一括して上げる
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項5】 前記複数のメモリセルは、NOR型メモ
リセルを構成することを特徴とする請求項1又は4記載
の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項6】 前記複数のメモリセルは、AND型メモ
リセルを構成することを特徴とする請求項1又は4記載
の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項7】 前記複数のメモリセルは、DINOR型
メモリセルを構成することを特徴とする請求項1又は4
記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項8】 1ページ分のデータを消去する消去手段
をさらに具備することを特徴とする請求項1又は4記載
の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項9】 前記消去手段は、1ページ分のデータに
対して過書き込みのメモリセルの閾値電圧を正常な閾値
電圧とするに十分な消去動作を行うことを特徴とする請
求項8記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項10】 前記ラッチ回路は第1、第2のノード
を有し、第1のノードに書き込みデータを記憶すること
を特徴とする請求項1又は4記載の不揮発性半導体記憶
装置。 - 【請求項11】 前記制御回路は、電流通路の一端が前
記ラッチ回路の第1のノードに接続され、電流通路の他
端が前記ビット線に接続され、ゲートに供給される第1
のタイミング信号に応じて、前記第1のノードに記憶さ
れたデータを前記メモリセルアレイのうち選択されたメ
モリセルに供給する第1のトランジスタと、 ゲートが前記ビット線に接続され、前記ビット線の電位
に応じて導通状態が制御される第2のトランジスタと、 電流通路の一端が前記ラッチ回路の前記第2のノードに
接続され、電流通路の他端が前記第2のトランジスタの
電流通路の一端に接続され、書き込みデータを検証する
書き込みベリファイ時、ゲートに供給される第2のタイ
ミング信号に応じて前記ビット線の電位を第2のノード
に伝達する第3のトランジスタと、 電流通路の一端が前記ラッチ回路の前記第1のノードに
接続され、電流通路の他端が前記第2のトランジスタの
電流通路の一端に接続され、過書き込み状態のメモリセ
ルを検証する過書込みベリファイ時、及びデータの読み
出し時にゲートに供給される第3のタイミング信号に応
じて前記ビット線の電位を前記第1のノードに伝達する
第4のトランジスタとを具備することを特徴とする請求
項10記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項12】 ゲートが前記ビット線に接続され、電
流通路の一端が前記第4のトランジスタの電流通路の他
端に接続された第5のトランジスタを具備することを特
徴とする請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項13】 ゲートが前記第2のノードに接続さ
れ、電流通路の一端がベリファイ線に接続され、前記書
き込みベリファイ時、及び過書き込みベリファイ時に前
記第2のノードに記憶されたデータに応じて導通状態が
制御される第6のトランジスタを具備することを特徴と
する請求項11記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項14】 前記第1乃至第5のトランジスタはN
チャネルトランジスタによって構成されていることを特
徴とする請求項12記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項15】 前記第1のトランジスタはNチャネル
トランジスタによって構成され、第2乃至第5トランジ
スタはPチャネルトランジスタによって構成されている
ことを特徴とする請求項12記載の不揮発性半導体記憶
装置。 - 【請求項16】 メモリセルにデータが過書込みされて
いる場合、そのメモリセルのデータを読み出し、ラッチ
回路にコピーする工程と、 前記メモリセルのデータを消去する工程と、 前記ラッチ回路にコピーしたデータを前記メモリセルに
書き込む工程とを具備することを特徴とする不揮発性半
導体記憶装置の過書込み救済方法。 - 【請求項17】 選択された前記メモリセルのゲートに
第1の電圧を供給して書き込んだデータを読み出し、こ
の読み出したデータが正常か否かをベリファイする書込
みベリファイ工程を具備することを特徴とする請求項1
6記載の不揮発性半導体記憶装置の過書込み救済方法。 - 【請求項18】 前記書込みベリファイにおいて、ベリ
ファイ結果が正常である場合、前記メモリセルのゲート
に前記第1の電圧とは異なる第2の電圧を供給してメモ
リセルからデータを読み出し、この読み出したデータが
正常か否かをベリファイする過書込みベリファイ工程を
有することを特徴とする請求項16記載の不揮発性半導
体記憶装置の過書込み救済方法。 - 【請求項19】 前記消去工程は、1つのワード線に接
続された複数のメモリセルのデータを一括して消去する
ことを特徴とする請求項16記載の不揮発性半導体記憶
装置の過書込み救済方法。 - 【請求項20】 メモリセルにデータが過書込みされて
いる場合、そのメモリセルのデータを読み出し、ラッチ
回路にコピーする工程と、 前記メモリセルのデータを軽く消去する消去工程と、 選択された前記メモリセルからデータを読み出し、この
読み出したデータが正常か否かをベリファイする書き込
みベリファイ工程とをさらに具備することを特徴とする
請求項16記載の不揮発性半導体記憶装置の過書込み救
済方法。
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