JP4029469B2 - Nonvolatile semiconductor memory device and data writing method thereof - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メモリセルに少なくとも3値以上のデータを記録する多値型の不揮発性半導体記憶装置およびそのデータ書き込み方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュメモリ等の不揮発性半導体記憶装置においては、1個のメモリセルトランジスタに「0」、「1」の2つの値をとるデータを記録する2値型のメモリセル構造が通常である。
また、最近の半導体記憶装置の大容量化の要望に伴い、1個のメモリセルトランジスタに少なくとも3値以上のデータを記録する、いわゆる多値型の不揮発性半導体記憶装置が提案されている(たとえば、「A Multi−Level32Mb Flash Memory」’95 ISSCC p132〜 参照)。
【0003】
図8はNAND型フラッシュメモリにおいて、1個のメモリトランジスタに2ビットからなり4値をとるデータを記録する場合の、しきい値電圧Vthレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【0004】
図8において、縦軸はメモリトランジスタのしきい値電圧Vthを、横軸はメモリトランジスタの分布頻度をそれぞれ表している。
また、1個のメモリトランジスタに記録するデータを構成する2ビットデータの内容は、〔IOn+1 ,IOn 〕で表され、〔IOn+1 ,IOn 〕=〔1,1〕,〔1,0〕,〔0,1〕,〔0,0〕の4状態が存在する。すなわち、データ「0」、データ「1」、データ「2」、データ「3」の4状態が存在する。
【0005】
そして、多値データの書き込みをページ単位(ワード線単位)で行うNAND型フラッシュメモリが提案されている(たとえば、文献;1996 IEEE International Solid-State Circuits Conference 、ISSCC96/SESSION 2/FLASH MEMORY/PAPER TP 2.1:A 3.3V 128Mb Multi-Level NAND Flash Memory For Mass Storage Application.pp32-33 、参照)。
【0006】
図9は、上記文献に開示されたページ単位で書き込みを行うNAND型フラッシュメモリの要部構成を示す回路図である。
図9において、1はメモリセルアレイ、2は書込/読出制御回路、BL2,BL1はビット線をそれぞれ示している。
【0007】
メモリセルアレイ1は、それぞれメモリセルが共通のワード線WL0〜WL15に接続されたメモリストリングA0,A1により構成されている。そして、メモリストリングA0はビット線BL1に接続され、メモリストリングA1はビット線BL2に接続されている。
メモリストリングA0は、フローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置からなるメモリセルトランジスタMT0A〜MT15Aが直列に接続されたNAND列を有しており、このNAND列のメモリセルトランジスタMT0Aのドレインが選択ゲートSG1Aを介してビット線BL1に接続され、メモリセルトランジスタMT15Aのソースが選択ゲートSG2Aを介して基準電位線VGLに接続されている。
メモリストリングA1は、フローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置からなるメモリセルトランジスタMT0B〜MT15Bが直列に接続されたNAND列を有しており、このNAND列のメモリセルトランジスタMT0Bのドレインが選択ゲートSG1Bを介してビット線BL2に接続され、メモリセルトランジスタMT15Bのソースが選択ゲートSG2Bを介して基準電位線VGLに接続されている。
【0008】
そして、選択ゲートSG1A,SG1Bのゲートが選択信号供給線SSLに共通に接続され、選択ゲートSG2A,SG2Bのゲートが選択信号供給線GSLに共通に接続されている。
【0009】
書込/読出制御回路2は、nチャネルMOS(NMOS)トランジスタNT1〜NT17、pチャネルMOS(PMOS)トランジスタPT1、およびインバータの入出力同士を結合してなるラッチ回路Q1,Q2により構成されている。
【0010】
NMOSトランジスタNT1は電源電圧VCCの供給ラインとビット線BL1との間に接続され、ゲートが禁止信号IHB1の供給ラインに接続されている。NMOSトランジスタNT2は電源電圧VCCの供給ラインとビット線BL2との間に接続され、ゲートが禁止信号IHB2の供給ラインに接続されている。
NMOSトランジスタNT3およびNMOSトランジスタNT1の接続点とメモリストリングA0およびビット線BL1との接続点との間にはデプレッション型のNMOSトランジスタNT18が接続され、NMOSトランジスタNT4およびNMOSトランジスタNT2の接続点とメモリストリングA1およびビット線BL2との接続点との間にはデプレッション型のNMOSトランジスタNT19が接続されている。そして、NMOSトランジスタNT18,19のゲートはデカップル信号供給線DCPLに接続されている。
【0011】
デプレション型のNMOSトランジスタNT18およびNMOSトランジスタNT1の接続点とバスラインIOiとの間にNMOSトランジスタNT3,NT5,NT16が直列に接続され、デプレション型のNMOSトランジスタNT19およびNMOSトランジスタNT2の接続点とバスラインIOi+1 との間にNMOSトランジスタNT4,NT7,NT17が直列に接続されている。
また、NMOSトランジスタNT3とNT5の接続点、NMOSトランジスタNT4とNT7の接続点がNMOSトランジスタNT6を介して接地されるとともに、PMOSトランジスタPT1のドレイン、並びにNMOSトランジスタNT8,NT13のゲートに接続されている。そして、NMOSトランジスタNT6のゲートがリセット信号RSTの供給ラインに接続され、PMOSトランジスタPT1のソースが電源電圧VCCの供給ラインに接続され、PMOSトランジスタPT1のゲートが信号Vref の供給ラインに接続されている。
【0012】
ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1aがNMOSトランジスタNT5とNT16との接続点に接続され、第2の記憶ノードN1bが直列に接続されたNMOSトランジスタNT8〜NT10を介して接地されている。
ラッチ回路Q2の第1の記憶ノードN2aがNMOSトランジスタNT7とNT17との接続点に接続され、第2の記憶ノードN2bが直列に接続されたNMOSトランジスタNT13〜NT15を介して接地されている。
また、NMOSトランジスタNT8とNT9の接続点が直列に接続されたNMOSトランジスタNT11,NT12を介して接地されている。
NMOSトランジスタNT9のゲートはラッチ回路Q2の第1の記憶ノードN2aに接続され、NMOSトランジスタNT10のゲートはラッチ信号φLAT2の供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT11のゲートが第2の記憶ノードN2bに接続され、NMOSトランジスタNT12のゲートがラッチ信号φLAT1の供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT14,NT15のゲートがラッチ信号φLAT3の供給ラインに接続されている。
そして、カラムゲートとしてのNMOSトランジスタNT16のゲートが信号Yiの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT17のゲートが信号Yi+1 の供給ラインに接続されている。
【0013】
また、図10(a)は読み出し時のタイミングチャートを示し、図10(b)は書き込み(プログラム)時のタイミングチャートを示している。
図10(b)からわかるように、4値の書き込みは3ステップで行い、本来は各ステップでページ単位に書き込みを行うすべてのセルが書き込み十分と判断された段階で次のステップに移行する。
【0014】
読み出し動作について説明する。
まず、リセット信号RSTと信号PGM1,2がハイレベルに設定される。これにより、ラッチ回路Q1,Q2の第1の記憶ノードN1a,N2aが接地レベルに引き込まれる。その結果、ラッチ回路Q1,Q2がクリアされる。
次に、ワード線電圧を2.4Vとして読み出しが行われる。しきい値電圧Vthがワード線電圧(2.4V)より高ければセル電流が流れないことによりビット線電圧はプリチャージ電圧を保持し、ハイがセンスされる。一方、しきい値電圧Vthがワード線電圧(2.4V)より低ければセル電流が流れることによりビット線電圧は降下し、ローがセンスされる。
次に、ワード線電圧1.2Vで読み出しが行われ、最後にワード線電圧0Vで読み出しが行われる。
【0015】
具体的にはセルデータが“00”の場合、全てのワード線で電流が流れないためバスIOi+1 ,IOiには(1,1)が出力される。まず、ワード線電圧を2.4Vにして読むとき、制御信号φLAT1がハイレベルに設定される。このとき、セル電流が流れないことによりビット線はハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT8が導通状態に保たれ、ラッチ回路Q2がクリアされていることによりラッチ回路Q2の第2の記憶ノードN2bはハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT11が導通状態に保たれる。したがって、NMOSトランジスタNT8,NT11,NT12が導通状態に保持され、ラッチ回路Q1の第2の記憶ノードN1bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1aはハイレベルに遷移する。次にワード線電圧を1.2Vにして読むとき、制御信号φLAT3をハイレベルに設定する。この時、セル電流が流れないことによりビット線はハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT13が導通状態に保たれ、ラッチ回路Q2の第2の記憶ノードN2bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q2の第1の記憶ノードN2aはハイレベルに遷移する。最後にワード線電圧を0Vにして読むとき、制御信号φLAT1をハイレベルに設定する。この時、セル電流が流れないことによりビット線はハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT8が導通状態に保たれるが、ラッチ回路Q2の第2の記憶ノードN2bがローレベルのためNMOSトランジスタNT11が非導通状態にとなり、ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1aはハイレベルを保持する。
【0016】
セルデータが“01”の場合、ワード線電圧VWL00の場合のみ電流が流れ、バスIOi+1 ,IOiには(0,1)が出力される。まず、ワード線電圧を2.4Vにして読むとき、制御信号φLAT1がハイレベルに設定される。このとき、セル電流が流れることによりビット線はローレベルとなるためNMOSトランジスタNT8が非導通状態に保たれ、ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1aはローレベルを保持する。次にワード線電圧を1.2Vにして読むとき、制御信号φLAT3をハイレベルに設定する。この時、セル電流が流れないことによりビット線はハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT13が導通状態に保たれ、ラッチ回路Q2の第2の記憶ノードN2bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q2の第1の記憶ノードN2aはハイレベルに遷移する。最後にワード線電圧を0Vにして読むとき、制御信号φLAT1をハイレベルに設定する。この時、セル電流が流れないことによりビット線はハイレベルに保たれるためNMOSトランジスタNT8が導通状態に保たれるが、ラッチ回路Q2の第2の記憶ノードN2bがローレベルのためNMOSトランジスタNT11が非導通状態となり、ラッチ回路Q1の第1の記憶ノードN1aはローレベルを保持する。
セルデータが”10”、”11”の場合も同様にして各々IOi+1,IOiには(0,1)、(0,0)が読み出される。
【0017】
次に、書き込み動作について説明する。
図9の回路においては、まず、ラッチ回路Q1に格納されているデータによって書き込みが行われ、次にラッチ回路Q2、最後に再びラッチ回路Q1のデータによって書き込みが行われる。
ここで書き込みデータが(Q2,Q1)=(1,0)の場合はラッチ回路Q1は書き込み十分となると“0”から“1”に反転するが、(Q2,Q1)=(0,0)の場合はラッチ回路Q1は3ステップ目の書き込みデータとしても使用する必要があるため第1ステップで書き込み十分となっても“0”から“1”に反転しない(できない)。
【0018】
各ステップでの書き込み終了判定は、注目する側のラッチデータ(Q2またはQ1)が全て“1”となった段階でそのステップの書き込み終了と判定する。
書き込みデータ(Q2,Q1)=(0,0)のセルは、第1ステップでのラッチ回路Q1の反転は起こらないからワイヤードORによる終了判定は行われない。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した回路では、図11に示すように、まずラッチ回路Q1のデータに応じて書込データが“10”、“00”のセルの書き込み(Step1)を行った後、ラッチ回路Q2のデータに応じて書込データが“01”、“00”のセルの書込(Step2)を行い、最後に書込データが“00”のセルの書き込み(Step3)を行う。
すなわち、上述した従来回路では、書込データが“10”および“01”の書込はStep1およびStep2でしかなされていないため、“10”、“01”の書き込み時間はそのままStep1およびStep2の書込時間に相当する。そして、書込データが“00”のセルはStep1〜Step3の全てのStepで行われているが、Step2とStep3の間で過剰書込に備えてISPP電圧を下げてからStep3の書込を行っている。
【0020】
このことから書込データが“00”のセルの書き込み時間はStep3の書き込み時間とほぼ同じと推定される。このことより書き込みはシリアルに行われ、このことが4値の書込時間が長くなる一因となっている。
そして、図11からわかるように、データ“10”と“01”の書き込み時間の和とデータ“00”の書き込み時間はほぼ同じ時間がかかっている。
【0021】
また、書き込みはセルフ−ブーストを用いて行っているが、ビット線に充電する書き込み禁止電圧は信号PGM1、PGM2が供給されるNMOSトランジスタによってしきい値電圧Vth落ちしVcc−Vth(B)(Vth(B):バックバイアス効果の影響を受けたVth)となっている。
この状態でセルフ−ブーストを可能にするためには、メモリセルのドレイン側の選択ゲートを高く設定する必要があり、これは読み出し動作の高速化を実現する場合には妨げとなる。
さらに、書き込み前のビット線充電をラッチで行っているが、ラッチからみればビット線は電圧0Vの巨大なキャパシタであり、ラッチデータが“1”の場合ビット線と接触した瞬間にラッチデータが反転してしまう可能性がある。
これを回避するために書き込みデータに応じてビット線を充電する際に、NMOSトランジスタNT5,NT7のゲート電圧を低く設定して充電している。このため、充電電流が小さくなり、ビット線充電に時間がかかっていた。
そして、ベリファイ読み出しに時間がかかっている。
【0022】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、書き込み、およびベリファイ読み出し時間を短縮できる不揮発性半導体記憶装置およびそのデータ書き込み方法を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、上記しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルを有し、3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置であって、書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージするプリチャージ手段と、書き込みデータがラッチされるラッチ回路を有し、アドレスに応じて選択されたビット線をラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う書込制御回路と、を有し、上記書込制御回路は、ビット線毎に対応して1ビット分の上記ラッチ回路が複数設けられ、上記各ラッチ回路はラッチデータレベルを保持する第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有し、さらに、上記各ラッチ回路にそれぞれ対応して設けられ、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのとき上記選択ビット線と接地電位とを接続しビット線を放電させる複数のスイッチ手段と、ベリファイ読み出し時に、ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、を行う回路と、上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが同一の上記第2のレベルになったか否かにより書き込み動作時にメモリセルに書き込みが終了した否か判定することにより、再書込みを行うか行わないかを判定する判定回路と、を有する。
【0024】
また、本発明は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルが複数個接続され、その一端および他端がゲート電圧に応じて導通状態が制御される選択トランジスタを介してビット線および接地線に接続されたメモリストリングがマトリクス状に配置され、同一行のメモリセルの制御ゲートが共通のワード線に接続され、セルフ−ブーストを用いて3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置であって、書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージするプリチャージ手段と、書き込みデータがラッチされるラッチ回路を有し、アドレスに応じて選択されたビット線をラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う書込制御回路と、を有し、上記書込制御回路は、上記各ラッチ回路にそれぞれ対応して設けられ、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのとき上記選択ビット線と接地電位とを接続しビット線を放電させる複数のスイッチ手段と、ベリファイ読み出し時に、ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、を行う回路と、上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが同一の上記第2のレベルになったか否かにより書き込み動作時にメモリセルに書き込みが終了した否か判定することにより、再書込みを行うか行わないかを判定する判定回路と、を有する。
【0025】
本発明は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルを有し、3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法であって、書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージする第1ステップと、書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線を、ビット線毎に対応した第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有する1ビット分の複数のラッチ回路のラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う第2ステップと、を含み、上記第2ステップにおいては、上記ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのときスイッチ手段により上記選択ビット線と接地電位とを接続してビット線を放電させ、ベリファイ読み出し時に、ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、を行い上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが上記第1のレベルまたは上記第2のレベルになったか否かにより再書込みを行うか行わないかを判定する
【0026】
また、本発明は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルが複数個接続され、その一端および他端がゲート電圧に応じて導通状態が制御される選択トランジスタを介してビット線および接地線に接続されたメモリストリングがマトリクス状に配置され、同一行のメモリセルの制御ゲートが共通のワード線に接続され、セルフ−ブーストを用いて3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法であって、書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージする第1ステップと、書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線を、ビット線毎に対応した第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有する1ビット分の複数のラッチ回路のラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う第2ステップと、を含み、上記第2ステップにおいては、ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、を行い上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが上記第1のレベルまたは上記第2のレベルになったか否かにより再書込みを行うか行わないかを判定する
【0027】
また、本発明では、上記書き込み動作時に各書き込みビット毎に書き込み十分であるか否かの判定を、ワード線電圧を低いレベルから高いレベルに順次に上げて行うベリファイ読み出し回路を有する。
【0028】
また、本発明は、ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルを有し、3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法であって、書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージし、書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線をラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う。
【0029】
本発明によれば、書き込み前に全ビット線が所定の電圧、たとえば電源電圧にプリチャージされた後、書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線がラッチデータに応じて放電され、書き込みが並列的に行われる。
【0030】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の実施形態を示す回路図である。この不揮発性半導体記憶装置10は、メモリアレイ11、書込/読出制御回路12および判定回路20により構成されている。
【0031】
メモリアレイ11は、図1に示すように、それぞれメモリセルが共通のワード線WL0〜WL15に接続されたメモリストリングA0,A1により構成されている。そして、メモリストリングA0はビット線BL1に接続され、メモリストリングA1はビット線BL2に接続されている。
メモリストリングA0は、フローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置からなるメモリセルトランジスタMT0A〜MT15Aが直列に接続されたNANDストリングからなり、このNANDストリングのメモリセルトランジスタMT0Aのドレインが選択ゲートSG1Aを介してビット線BL1に接続され、メモリセルトランジスタMT15Aのソースが選択ゲートSG2Aを介して基準電位線VGLに接続されている。
メモリストリングA1は、フローティングゲートを有する不揮発性半導体記憶装置からなるメモリセルトランジスタMT0B〜MT15Bが直列に接続されたNANDストリングからなり、このNANDストリングのメモリセルトランジスタMT0Bのドレインが選択ゲートSG1Bを介してビット線BL2に接続され、メモリセルトランジスタMT15Bのソースが選択ゲートSG2Bを介して基準電位線VGLに接続されている。
【0032】
そして、選択ゲートSG1A,SG1Bのゲートが選択信号供給線SSLに共通に接続され、選択ゲートSG2A,SG2Bのゲートが選択信号供給線GSLに共通に接続されている。
【0033】
書込/読出制御回路12は、NMOSトランジスタNT21〜NT43、PMOSトランジスタPT21、インバータINV21、およびインバータの入出力同士を結合してなるラッチ回路Q21,Q22により構成されている。
【0034】
ノードSA21とビット線BL1との間に、NMOSトランジスタ21およびデプレッション型のNMOSトランジスタNT42が直列に接続され、ノードSA21とビット線BL2との間に、NMOSトランジスタ22およびデプレッション型のNMOSトランジスタNT43が直列に接続されている。
そして、NMOSトランジスタNT22のゲート電極にアドレスデコード信号Aiが供給され、NMOSトランジスタNT21のゲート電極に信号/Ai(/は反転を示す)が供給される。また、NMOSトランジスタNT42,NT43のゲートはデカップル信号供給線DCPLに接続されている。
【0035】
ノードSA21と接地ラインGNDとの間にNMOSトランジスタNT24が接続され、ノードSA21と電源電圧VCCの供給ラインとの間にPMOSトランジスタPT21が接続されている。また、PMOSトランジスタPT21のドレインとノードSA21との接続点は、NMOSトランジスタNT28およびNT34のゲート電極に接続されている。
NMOSトランジスタNT24のゲート電極にリセット信号RST1が供給され、PMOSトランジスタPT21のゲート電極に信号Vrefが供給される。
【0036】
また、ノードSA21と接地ラインとの間にNMOSトランジスタNT23,NT25が直列に接続され、また、NMOSトランジスタNT23とNT25との接続点と接地ラインとの間にNMOSトランジスタNT26が接続されている。
そして、NMOSトランジスタNT23のゲート電極に信号PGMが供給され、NMOSトランジスタNT25のゲート電極がラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bに接続され、NMOSトランジスタNT26のゲート電極がラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bに接続されている。
【0037】
ラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN21aと接地ラインとの間にNMOSトランジスタNT27,NT28が直列に接続されている。また、ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bとNMOSトランジスタNT27およびNT28の接続点との間に、それぞれ直列に接続されたNMOSトランジスタNT29,NT30、およびNMOSトランジスタNT31,NT32が並列して接続されている。
【0038】
ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aと接地ラインとの間にNMOSトランジスタNT33,NT34が直列に接続されている。また、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bとNMOSトランジスタNT33およびNT34の接続点との間に、直列に接続されたNMOSトランジスタNT35,NT36が接続されている。
そして、NMOSトランジスタNT35のドレイン・ソースに対してNMOSトランジスタNT37のドレイン・ソースが接続されている。
【0039】
そして、NMOSトランジスタNT27,NT33のゲート電極にリセット信号RST2が供給され、NMOSトランジスタNT29のゲート電極がラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aに接続され、NMOSトランジスタNT31のゲート電極がラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bに接続され、NMOSトランジスタNT35のゲート電極がラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN21aに接続されている。
さらに、NMOSトランジスタNT30のゲート電極に信号φLAT3が供給され、NMOSトランジスタNT32のゲート電極に信号φLAT2が供給され、NMOSトランジスタNT36のゲート電極に信号φLAT1が供給され、NMOSトランジスタNT37のゲート電極に信号φLAT0が供給される。
【0040】
ラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN21aとバスラインIOiとの間にNMOSトランジスタNT38が接続され、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aとバスラインIOi+1 との間にNMOSトランジスタNT39が接続されている。
また、カラムゲートとしてのNMOSトランジスタNT38のゲートが信号Yiの供給ラインに接続され、NMOSトランジスタNT39のゲートが信号Yi+1 の供給ラインに接続されている。
【0041】
さらに、インバータINV21の入力端子が接地され、出力端子が判定回路20に接続されている。また、インバータINV21の出力端子と接地ラインとの間にNMOSトランジスタNT40およびNT41が並列に接続されている。そして、NMOSトランジスタNT40のゲート電極が第1のラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bに接続され、NMOSトランジスタNT41のゲート電極が第2のラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bに接続されている。
【0042】
判定回路20は、書き込み動作時に、全てのメモリセルトランジスタに対して書き込みが終了したか否かを、インバータINV21の出力ラインの電位で判定する。
具体的には、書き込みが完了すると各ラッチ回路Q21,Q22の第1の記憶ノードN21a,22aが電源電圧VCCレベルになり、第2の記憶ノードN21b,22bが接地レベルになる。その結果、NMOSトランジスタNT40,NT41が非導通状態に保持されてインバータINV21の出力ラインの電位が電源電圧VCCレベルになり、これにより書き込みが終了したものと判定する。
一方、書き込みが十分でないセルがある場合には、各ラッチ回路Q21,Q22の第1の記憶ノードN21a,22aのいずれか、あるいは全てが接地レベルになり、第2の記憶ノードN21b,22bが電源電圧VCCレベルになる。その結果、NMOSトランジスタNT40またはNT41、あるいは両トランジスタが導通状態に保持されてインバータINV21の出力ラインの電位が接地レベルになり、これにより書き込みが不十分なセルがあるものと判定する。
【0043】
次に、上記構成による、書き込み、ベリファイ読み出し、および読み出し動作について図面に関連付けて順を追って説明する。
【0044】
まず、書き込み動作について、図2のタイミングチャートに関連付けて説明する。
【0045】
書き込み動作開始前に、信号Vrefがローレベルに設定され、PMOSトランジスタPT21が導通状態に保持される。これにより、全ビット線が電源電圧VCCに充電される。
このとき、ラッチデータに影響がないように、信号PGM、読み出し/ベリファイを制御するための信号φLAT0〜φLAT3が接地レベル(ローレベル)に設定され、NMOSトランジスタNT23,NMOSトランジスタNT30,NT32,NT36,NT37が非導通状態に保持される。
【0046】
そして、このとき、アドレスデコード信号Aiおよびその反転信号/AiがVcc+Vthh(B)(Vthh(B):高耐圧トランジスタのVthにバックバイアス効果の影響が加わった電圧)以上の電圧に、高耐圧のデプレッション型トランジスタNT42,NT43を制御するための信号DCPLが電源電圧VCCレベルに制御される。
これにより、MMOSトランジスタNT21,NT22,NT42,NT43が導通状態となり、その結果、ビット線BL0,BL1はともに電源電圧VCCに充電される。
【0047】
その後、アドレスの選択情報に基づいてアドレスデコード信号Ai、/Aiのうち一方が接地レベルに設定される。
ここでは、ビット線BL2が選択されるものとし、アドレスデコード信号Aiハイレベルに設定され、その反転信号/Aiが接地レベルに設定される場合を例に説明する。
このとき、NMOSトランジスタNT21が非導通状態となることから、ビット線BL1は電源電圧Vccレベルでフローティング状態となる。
その後、信号Vrefが電源電圧Vccレベルに切り換えられ、いわゆるプリチャージ用PMOSトランジスタPT21が非導通状態に保持され、信号PGMが電源電圧Vccレベルに切り換えられてNMOSトランジスタNT23が導通状態に保持され、かつメモリセルのドレイン側の選択ゲートSG1A,SG1Bのゲート電極に接続された選択信号供給線SSLが電源電圧Vccレベルに設定される。
【0048】
このとき、書き込みデータが“11”以外の場合には、ラッチ回路Q21,Q22の第2の記憶ノードN21b,N22bの少なくとも一方がハイレベルになっていて、NMOSトランジスタNT25またはNT26のうちの少なくとも一方が導通状態に保持されている。このため、ビット線は接地レベルに放電される。
なお、ビット線の放電は、ラッチデータの反転信号をゲート入力となるNMOSトランジスタで行うため、急速に放電してもラッチデータへの影響はない。
書き込みデータが“11”の場合には、NMOSトランジスタNT25,NT26ともに非導通状態に保持されることから、ビット線電圧はプリチャージ電圧Vccに保持される。
【0049】
この段階で、書き込みデータが“11”以外の場合、ビット線およびメモリセルのチャネルが接地レベル、書き込みデータが“11”の場合、ビット線はVCC、メモリセルのチャネルはVcc−VthDSG(B)以下の電圧、非選択ビット線“BL1”側のビット線はVCC、メモリセルのチャネルはVcc−VthDSG(B)以下の電圧となる。
ここで、NMOSトランジスタNT23を導通状態に保持させたまま、ワード線が駆動電圧に立ち上げられて、書き込み動作に入る。
【0050】
このとき、書き込みデータが“11”以外の場合、ワード線電圧VPGMとチャネル電圧0Vとの電界によりファウラ−ノルドハイムトンネリング(Fowler−Nordheim Tunneling;以後FNトンネル)現象が起こり、セルの書き込みが起こる。すなわち、書き込みデータが“00”、“01”、“10”のセルは書き込みがなされる。
書き込みデータが“11”の場合、および、非選択ビット線BL1側のメモリセルでは、ワード線電位の立ち上がりによって、容量結合によりチャネル電圧は持ち上がり、これによりチャネルはドレイン側の選択ゲートSG1AによってBビット線BL1から切り離される。
そして、ワード線の立ち上がりが完了した段階でチャネルは禁止電圧となり、FNトンネル現象は起こらず、セルは消去状態に保持される。
【0051】
ここで、書き込みデータ“11”の場合および非選択ビット線BL1側のセルの場合、ビット線BL1はフローティング状態であるため、リークによってビット線電圧が降下することが危惧される。ビット線電圧がVcc−VthDSG(B)以下になるとドレイン側の選択ゲートがオンし、ビット線とチャネルの容量比(CBL>>Cchn )によりチャネル電圧がブースト電圧(8V程度)から一気にVcc−VthDSG(B)に降下する。
これにより、FNトンネル現象を生じさせるのに十分な電界がフローティングゲートとチャネル間にかかり書き込みが起こってしまう。
しかし、ドレイン側の選択ゲートのしきい値電圧Vthは通常高めに設定され、バックバイアスがかかった状態でのしきい値電圧Vthは少なくとも1. 5V以上になっている。電源電圧VCCを3Vとしても1. 5Vの電圧降下が起こらないとこの現象は起こらない。
一方、1回の書き込み時間は10μs〜20μsである。この間で1. 5Vも電圧の降下するリークがあるとした場合、μsオーダーで読出を行うNAND型フラッシュメモリでは読み出しが不可能ということになる。
以上より、リークによってビット線電圧が降下し、書き込み禁止セルで書き込みが起こる現象は起こりえない。
【0052】
書き込みを終了するときは、まず、ワード線を0Vに立ち下げると同時に、信号DCPLを接地レベル、リセット信号RST1をハイレベルに設定して、ビット線およびチャネルの電荷を放電され、しばらくしてからドレイン側の選択ゲートが接続された選択信号供給線SSLへの印加電圧を立ち下げる。
これにより、1回の書き込み動作が終了し、ベリファイ読み出し動作に移行する。
【0053】
以上のように、書き込みデータのワイヤード−OR(Wired−OR)によって書き込みを行うことにより、書き込む必要のあるメモリセルは同時に書き込みが開始される。
これにより、従来のようにStepの切換わりでISPP電圧を下げる必要もないため、図3に示すように、最終ワード線電圧に到達するまでのISPPパルス数が削減され、結果的に書き込み時間の短縮が実現される。
【0054】
次に、ベリファイ読み出し動作について、図4のタイミングチャートに関連付けて説明する。
ベリファイ動作では、1回の書き込みが終了する毎に“00”、“01”、“10”の書き込みチェックが行われる。
本実施形態では、従来のように高いレベルからベリファイを行う(ワード線電圧をVVF2 →VVF1 →VVF0 の順)と、各ベリファイ間でビット線の再充電が必要となることから、低いレベルからベリファイを行う(ワード線電圧をVVF0 →VVF1 →VBF2 の順)ことによりビット線充電を1回としてベリファイ時間を短縮している。なお、VVF0 ,VVF1 ,VBF2 はベリファイ用ワード線電圧である。
以下にベリファイ動作を具体的に説明する。
【0055】
まず、信号DCPLが接地レベルのまま、信号Vrefが接地レベルに設定されて、PMOSトランジスタPT21が導通状態に保持され、ビット線がVthDEP(0V)(ゲートを0Vとしたデプレッション型トランジスタのしきい値電圧Vth)に充電される。
これと同時にドレイン側の選択ゲートSG1A,SG1Bのゲート電極が接続された選択信号供給線SSLに選択ストリングの非選択ワード線電圧と同じ電圧(P5V:5. 0〜6. 0Vのある電圧)に設定される。
充電が完了した段階でビット線はVthDEP(0V)、ノードSA21は電源電圧VCCに充電されていてデプレッション型トランジスタNT42,NT43は自動的に非導通状態となる。
【0056】
ここで、信号Vrefは、ビット線のリーク電流を補償するだけの電流をPMOSトランジスタPT21が流すことが可能な電圧に設定され、非選択メモリセルのワード線にP5V、選択セルのワード線にVVF0 が印加される。
このとき、メモリセルのしきい値電圧Vthがワード線電圧VVF0 以上であればセル電流が流れないことにより、ビット線はVthDEP(0V)、ノードSA21は電源電圧VCCに保持される。
一方、メモリセルのしきい値電圧Vthがワード線電圧VVF0 以下であればセル電流が流れてビット線電圧は降下し、デプレッション型トランジスタNT42,NT43は導通状態となって、ビット線とノードSA21との間の電荷の再配分が起こりノードSA21の電圧は急激にVthDEP(0V)’(←ビット線プリチャージ電圧VthDEP(0V)から若干降下した電圧)程度に降下する。
【0057】
ここで、信号φLAT3がハイレベルに設定されると、NMOSトランジスタNT30が導通状態に保持される。
このとき、書き込みデータが“10”の場合、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがハイレベルであり、NMOSトランジスタNT29が導通状態に保持され、そしてノードSA21が電源電圧Vccに保持(Vth>VVF0:書き込み十分)されていると、NMOSトランジスタNT28が導通状態保持される。
その結果、ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN21aがローレベルからハイレベルに切り換わる。
これにより、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータは“11”となり、以後の再書き込みでは書き込みはなされない。
一方、ノードSA21がVthDEP(0V)または書き込みデータが“01”、“00”の場合には,それぞれNMOSトランジスタNT28またはNT29が非導通状態に保持されることから、ラッチデータに変化はない。このため、再書き込み時に書き込みがなされる。
【0058】
すなわち、ワード線電圧VVF0 でベリファイを行ったとき、しきい値電圧がワード線電圧より大きい(Vth>VVF0 )ならば、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータ“10”は“11”に変化( 反転) し、その他の場合にはラッチデータに変化はない。
【0059】
次に、ワード線電圧がVVF1 に設定されてベリファイ読み出しが行われ、一定時間経過後、信号φLAT1がハイレベルに設定される。これにより、NMOSトランジスタNT36が導通状態に保持される。
このとき、書き込みデータが“01”の場合、ラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN21aがハイレベルであることからNMOSトランジスタNT35が導通状態に保持され、そしてノードSA21が電源電圧VCCに保持(Vth>VVF1 :書き込み十分)されていると、NMOSトランジスタNT34が導通状態に保持される。
その結果、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがローレベルからハイレベルに切り換わる。
これにより、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータは“11”となり、以後の再書き込みでは書き込みはなされない。
一方、ノードSA21がVthDEP(0V)または書き込みデータが“00”、“10”の場合には,それぞれNMOSトランジスタNT34またはNT35が非導通状態に保持されることから、ラッチデータに変化なない。このため、再書き込み時に書き込みがなされる。
【0060】
すなわち、ワード線電圧VVF1 でベリファイを行ったとき、しきい値電圧がワード線電圧より大きい(Vth>VVF1 )ならば、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータ“01”は“11”に変化( 反転) し、その他の場合にはラッチデータに変化はない。
【0061】
最後に、ワード線電圧がVVF2 に設定されてベリファイ読み出しが行われ、一定時間経過後、信号φLAT1およびφLAT0がハイレベルに設定され、それから信号φLAT3がハイレベルに設定される。これにより、NMOSトランジスタNT36,NT37が導通状態に保持され、そしてNMOSトランジスタNT30が導通状態に保持される。
このとき、書き込みデータが“00”の場合、ノードSA21が電源電圧VCCに保持(Vth>VVF2 :書き込み十分)されていると、NMOSトランジスタNT34,NT28が導通状態に保持される。
その結果、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがローレベルからハイレベルに切り換わる。これにより、NMOSトランジスタNT29が導通状態に保持される。
その後、信号φLAT3がハイレベルに設定されると、上述したようにNMOSトランジスタNT30が導通状態に保持される。
その結果、ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q21の第1の記憶ノードN22aがローレベルからハイレベルに切り換わる。
これにより、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータは“11”となり、以後の再書き込みでは書き込みはなされない。
一方、ノードSA21がVthDEP(0V)の場合には、NMOSトランジスタNT34,NT28は非導通状態に保持されることから、ラッチデータに変化はない。このため、再書き込み時に書き込みがなされる。
【0062】
すなわち、ワード線電圧VVF2 でベリファイを行ったとき、しきい値電圧がワード線電圧より大きい(Vth>VVF2 )ならば、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータ“00”は“11”に変化( 反転) し、その他の場合にはラッチデータに変化はない。
【0063】
以上の3Stepのベリファイが終了した後、すべてのセルが書き込み十分となっているとすべてのラッチ回路Q22,Q21の第1の記憶ノードN21a,N22aはハイレベルとなっている。
そして、ベリファイ読み出し終了後、書き込み十分となっていれば各ラッチ回路Q21,Q22の第2の記憶ノードN21b,22bが接地レベルになる。その結果、NMOSトランジスタNT40,NT41が非導通状態に保持されてインバータINV21の出力ラインの電位が電源電圧VCCレベルになり、これにより書き込みが終了したものと判定される。
一方、書き込みが十分でないセルがある場合には、各ラッチ回路Q21,Q22の第1の記憶ノードN21a,22aのいずれか、あるいは全てが接地レベルになり、第2の記憶ノードN21b,22bが電源電圧VCCレベルになる。その結果、NMOSトランジスタNT40またはNT41、あるいは両トランジスタが導通状態に保持されてインバータINV21の出力ラインの電位が接地レベルになり、これにより書き込みが不十分なセルがあるものと判定される。
【0064】
次に、読み出し動作について、図5のタイミングチャートに関連付けて説明する。
通常読み出し動作では、読み出しに先立って信号DCPLが接地レベルに設定され、アドレスデコード信号Aiおよび/Aiの一方が電源電圧VCCに設定され、信号Vrefが接地レベルに設定されて、選択ビット線がVthDEP(0V)、ノードSA21が電源電圧VCCにプリチャージされると同時に、リセット信号RST2がハイレベルに設定されて、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータがローレベルにリセットされる。
【0065】
ここで、通常読み出し時にベリファイと同様に選択ワード線電圧をVRD0→VRD1→VRD2の順で切り換えて読み出しを行った場合、ワード線電圧VRD0での読み出しでは図8の分布0〜分布2は、ノードSA21が電源電圧VCC程度であり、ラッチ回路Q21のラッチデータの読み出しができない。これは分布1では、ラッチ回路Q21のラッチデータをローレベルに設定したいが、ハイレベルに反転されてしまうことによる。
しかし、選択ワード線電圧をVRD2→VRD1→VRD0の順で切り換えて読み出しを行った場合、分布2のセルはワード線電圧VRD2、VRD1の読み出しではメモリセルがオン状態になることによりビット線およびノードSA21の電位は降下してしまうため、ベリファイ毎にプリチャージ(計2回)が必要となる。
そこで、本実施形態では、選択ワード線電圧をVRD1→VRD2→VRD0の順で切り換えることにより読み出しが行われる。
これにより、各ベリファイStepで確実に目的とするラッチデータの反転ができ、なおかつ、再プリチャージはワード線電圧VRD2とワード線電圧VRD0での読み出し間の1 回となり読み出し時間が短縮される。
【0066】
上述したように、ビット線/ノードSA21のプリチャージとラッチ回路Q22,Q21のリセットが終了した後、非選択ワード線がP5V、選択ワード線がVRD1に設定され、一定時間経過後、信号φLAT1およびφLAT0がハイレベルに設定され、NMOSトランジスタNT36,NT37が導通状態に保持されて読み出しが行われる。
このとき、メモリセルが分布3、分布2であればセル電流が流れないことによりノードSA21は電源電圧VCC程度に保持され、NMOSトランジスタNT34が導通状態に保持される。
その結果、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bが接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがローレベルからハイレベルに切り換わる。
一方、メモリセルが分布1、分布0であればセル電流が流れてノードSA21はVthDEP(0V)’に下がるため、信号φLAT1およびφLAT0がハイレベルに設定され、NMOSトランジスタNT36,NT37が導通状態に保持されても、NMOSトランジスタNT34が非導通状態に保持されるため、ラッチ回路Q22のラッチデータは変化しない。
すなわち、選択ワード線電圧VRD1で読出を行ったときのラッチデータは、次のようになる。
分布3、2:{Q22, Q21}={H, L}
分布1、0:{Q22, Q21}={L, L}
【0067】
次に、ビット線およびノードSA21をプリチャージしないまま、選択ワード線電圧がVRD2に上げられて、一定時間経過後、信号φLAT3がハイレベルに設定され、NMOSトランジスタNT30が導通状態に保持されて読み出しが行われる。
なおこの段階で分布3、2のビット線はVthDEP(0V)、ノードSA21は電源電圧VCCに保持されている。一方、分布1、0ではビット線およびノードSA21はVthDEP(0V)程度になっているが、ビット線およびノードSA21を再プリチャージしても選択ワード線電圧VRD2で読み出しを行えば、ノードSA21は再びVthDEP(0V)程度に落ちてしまう。このため、再プリチャージせずに選択ワード線電圧VRD2で読み出しを行っても読み出し結果には影響はない。
【0068】
このとき、ノードSA21の電位は、分布1、0ではもともとVthDEP(0V)程度、分布2でもセル電流が流れることによりVthDEP(0V)程度になる。
一方、分布3ではセル電流が流れないことによりノードSA21は電源電圧VCC程度に保持される。
ここで、信号φLAT3がハイレベルに設定されると、NMOSトランジスタNT29,NT30,NT28の経路でラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bは接地レベルに引き込まれ、ラッチ回路Q21のラッチデータはローレベルからハイレベルに切り換わる。
一方、セルが分布2〜0であればノードSA21はVthDEP(0V)に下がるため、信号φLAT3がハイレベルに設定されても、NMOSトランジスタNT28は非導通状態に保持されることから、ラッチ回路Q21のラッチデータは変化しない。
すなわち、選択ワード線電圧VRD2で読出を行ったときのラッチデータは、次のようになる。
分布3 :{Q22, Q21}={H, H}
分布2 :{Q22, Q21}={H, L}
分布1、0:{Q22, Q21}={L, L}
【0069】
最後に、選択ワード線電圧がVRD0に設定されると同時に、信号Vrefが0Vに設定され、ビット線およびノードSA21が再プリチャージされる。
そして、一定時間経過後、信号φLAT3がハイレベルに設定されて読み出しが行われる。
このとき、分布3〜1ではセル電流が流れないことによりノードSA21は電源電圧VCC程度に保持される。
一方、分布0の場合のみセル電流が流れてノードSA21はVthDEP(0V)程度に落ちる。ここで、信号φLAT2がハイレベルに設定されたとき、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bがハイレベル、すなわち分布1、0で、ノードSA21がハイレベル(分布1)のとき、NMOSトランジスタNT31,NT32,NT28が導通状態に保持され、ラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bが接地レベルに引き込まれて、ラッチ回路Q21のラッチデータがローレベルからハイレベルに切り換わる。
その他の場合には、NMOSトランジスタNT31またはNT28が非導通状態に保持され、ラッチ回路Q21のラッチデータは変化しない。
すなわち、選択ワード線電圧VRD1で読出を行ったときのラッチデータは、次のようになる。
分布3 :{Q22, Q21}={H, H}
分布2 :{Q22, Q21}={H, L}
分布1 :{Q22, Q21}={L, H}
分布0 :{Q22, Q21}={L, L}
【0070】
以上により読み出し動作が終了する。
【0071】
以上説明したように、本第1の実施形態によれば、書き込み前に全ビット線電圧を電源電圧VCCに充電した後、ゲート電極がラッチ回路Q21,Q22の第2の記憶ノードN21b,N22bに接続されたNMOSトランジスタNT25,NT26を介してビット線を放電させることにより、高速にビット線充電を行い、書き込み禁止電圧に接続されるビット線電圧を電源電圧VCCとすることにより、ドレイン側の選択ゲートのしきい値電圧Vthを下げるとともに、セルフ−ブーストに対して余裕を持たせ、なおかつ並列的に書き込みを行うことにより、これによりデータ書き込み前のビット線充電時間が短縮され、結果的に全体の書き込み時間を短縮でき、また、ベリファイ読み出しおよび通常読み出しを高速に行うことができる利点がある。
【0072】
第2実施形態
図6は、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の実施形態を示す回路図である。
本第2の実施形態が第1の実施形態に係る図1に示す回路と異なる点は、NMOSトランジスタNT23とNT25との間にNMOSトランジスタNT44が接続され、NMOSトランジスタNT44のゲート電極がラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aに接続され、さらにNMOSトランジスタNT25のソースを接地ラインではなく、正のある電圧VB(0<VB<Vcc- VthDSG(B))の電圧源に接続されていることにある。
本第2の実施形態では、書き込み時のビット線電圧がこの部分で制御される。
その他の構成は図1の回路と同様である。
【0073】
このような構成において、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={H、H}で書き込みデータが“11”の場合、ラッチ回路Q21,Q22の第2の記憶ノードN21b,N22bがともにローレベルであることから、NMOSトランジスタNT25,NT26がともに非導通状態に保持され、ビット線電圧は電源電圧VCCに保持される。
【0074】
ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={H、L}で書き込みデータが“10”の場合、ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22bがローレベルで、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aおよびラッチ回路Q21の第2の記憶ノードN21bがハイレベルであることから、NMOSトランジスタNT26が非導通状態に保持され、NMOSトランジスタNT44,NT25が導通状態に保持され、ビット線電圧はVBとなる。
【0075】
ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={L、H}、{L、L}で書き込みデータが“01”、“00”の場合、ラッチ回路Q22の第1の記憶ノードN22aがローレベルで,ラッチ回路Q22の第2の記憶ノードN22aがハイレベルであることから、NMOSトランジスタNT44が非導通状態に保持され、NMOSトランジスタNT26が導通状態に保持され、ビット線電圧は接地レベルとなる。
【0076】
そして、ビット線を上記電圧に設定した後でワード線を立ち上げると、チャネル電圧は、次のようになる。
すなわち、ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={H、H}で書き込みデータが“11”の場合、セルフ−ブーストによりチャネルは書き込み禁止電圧(8V程度)にブーストされる。
ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={H、L}で書き込みデータが“10”の場合、チャネル電圧はVBとなる。
ラッチ回路Q22,Q21のラッチデータが{Q22、Q21}={L、H}、{L、L}で書き込みデータが“01”、“00”の場合、チャネル電圧は接地レベルとなる。
【0077】
このとき、書き込み開始時のワード線電圧をVPGM+VBとした場合、書き込みデータが“10”のセルのゲート−チャネル間にかかる電圧はVPGMで従来と変わらない。
一方、書き込みデータが“01”または“00”のセルのゲート−チャネル間にかかる電圧はVPGM+VBとなり、従来より高い電界がフローティングゲート−チャネル間にかかる。
しかし、書き込みデータ“01”または“00”の場合、書き込みレベルが高いため、書き込みの速いメモリセルでも最初の書き込みでいきなり判定レベルを越えるような状況は考えにくい。
さらに、ISPPのステップ幅をΔVとすると、第1の実施形態に比べて書き込みデータ“01”、“00”の書き込みは図7でVB/ΔV発だけ先のISPP書き込みパルスから書き込みを開始することと等価になり、一方、全体の書き込み時間を規定しているのは書き込みデータ“00”のセルであるため、全体の書き込み時間は第1の実施形態に比べてさらに短縮される(図7参照)。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、セルフ−ブーストのマージンが大きくなり、データ書き込み前のビット線充電時間が短縮され、全体の書き込み時間を短縮でき、さらにはベリファイ読み出し、および通常読み出しを高速に行える利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】図1の回路の書き込み動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図3】図1の回路の書き込みシーケンスを示す図である。
【図4】図1の回路のベリファイ読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】図1の回路の読み出し動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図6】本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の第2の実施形態を示す回路図である。
【図7】図6の回路の書き込みシーケンスを示す図である。
【図8】NAND型フラッシュメモリにおいて、1個のメモリトランジスタに2ビットからなり4値をとるデータを記録する場合の、しきい値電圧Vthレベルとデータ内容との関係を示す図である。
【図9】従来のNAND型フラッシュメモリの要部構成を示す回路図である。
【図10】図9の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図11】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
10…不揮発性半導体記憶装置、11…メモリアレイ、A0,A1…メモリストリング、WL0〜WL15…ワード線、BL0,BL1…ビット線、12…書込/読出制御回路、20…安定回路、NT21〜NT44…NMOSトランジスタ、PT21,PT22…PMOSトランジスタ、INV21…インバータ、Q21,Q22…ラッチ回路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-value type nonvolatile semiconductor memory device that records data of at least three values or more in a memory cell and a data writing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In a nonvolatile semiconductor memory device such as a flash memory, a binary memory cell structure in which data having two values “0” and “1” is recorded in one memory cell transistor is usually used.
In response to recent demands for increasing the capacity of semiconductor memory devices, so-called multi-value type nonvolatile semiconductor memory devices in which data of at least three values are recorded in one memory cell transistor have been proposed (for example, , "A Multi-Level 32Mb Flash Memory" '95 ISSCC p132-).
[0003]
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the threshold voltage Vth level and the data contents when recording data consisting of 2 bits and having 4 values in one memory transistor in a NAND flash memory.
[0004]
In FIG. 8, the vertical axis represents the threshold voltage Vth of the memory transistor, and the horizontal axis represents the distribution frequency of the memory transistor.
The contents of 2-bit data constituting data to be recorded in one memory transistor are [IOn + 1, IOn] And [IOn + 1, IOn] = [1,1], [1,0], [0,1], [0,0]. That is, there are four states of data “0”, data “1”, data “2”, and data “3”.
[0005]
And NAND-type flash memory that writes multi-level data in page units (word line units) has been proposed (for example, literature; 1996 IEEE International Solid-State Circuits Conference, ISSCC96 / SESSION 2 / FLASH MEMORY / PAPER TP 2.1: A 3.3V 128Mb Multi-Level NAND Flash Memory For Mass Storage Application.pp32-33).
[0006]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a main configuration of a NAND flash memory that performs writing in units of pages disclosed in the above document.
In FIG. 9, 1 is a memory cell array, 2 is a write / read control circuit, and BL2 and BL1 are bit lines, respectively.
[0007]
The memory cell array 1 includes memory strings A0 and A1 in which memory cells are connected to common word lines WL0 to WL15. The memory string A0 is connected to the bit line BL1, and the memory string A1 is connected to the bit line BL2.
The memory string A0 has a NAND string in which memory cell transistors MT0A to MT15A made of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate are connected in series, and the drain of the memory cell transistor MT0A in this NAND string is the selection gate SG1A. Is connected to the bit line BL1, and the source of the memory cell transistor MT15A is connected to the reference potential line VGL via the selection gate SG2A.
The memory string A1 has a NAND string in which memory cell transistors MT0B to MT15B made of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate are connected in series, and the drain of the memory cell transistor MT0B in this NAND string is the selection gate SG1B. Is connected to the bit line BL2, and the source of the memory cell transistor MT15B is connected to the reference potential line VGL via the selection gate SG2B.
[0008]
The gates of the selection gates SG1A and SG1B are commonly connected to the selection signal supply line SSL, and the gates of the selection gates SG2A and SG2B are commonly connected to the selection signal supply line GSL.
[0009]
The write / read control circuit 2 includes n-channel MOS (NMOS) transistors NT1 to NT17, a p-channel MOS (PMOS) transistor PT1, and latch circuits Q1 and Q2 formed by coupling the input and output of an inverter. .
[0010]
The NMOS transistor NT1 has a power supply voltage VCCAnd the gate is connected to the supply line of the inhibition signal IHB1. The NMOS transistor NT2 has a power supply voltage VCCAnd the gate is connected to the supply line of the inhibition signal IHB2.
A depletion type NMOS transistor NT18 is connected between the connection point of the NMOS transistors NT3 and NT1 and the connection point of the memory string A0 and the bit line BL1, and the connection point of the NMOS transistor NT4 and NMOS transistor NT2 and the memory string. A depletion type NMOS transistor NT19 is connected between the connection point of A1 and the bit line BL2. The gates of the NMOS transistors NT18 and NT19 are connected to the decouple signal supply line DCPL.
[0011]
NMOS transistors NT3, NT5, NT16 are connected in series between the connection point of the depletion type NMOS transistor NT18 and NMOS transistor NT1 and the bus line IOi, and the connection point of the depletion type NMOS transistor NT19 and NMOS transistor NT2 NMOS transistors NT4, NT7, NT17 are connected in series between the bus line IOi + 1.
The connection point of the NMOS transistors NT3 and NT5 and the connection point of the NMOS transistors NT4 and NT7 are grounded via the NMOS transistor NT6, and are connected to the drain of the PMOS transistor PT1 and the gates of the NMOS transistors NT8 and NT13. . The gate of the NMOS transistor NT6 is connected to the supply line of the reset signal RST, and the source of the PMOS transistor PT1 is the power supply voltage V.CCThe gate of the PMOS transistor PT1 is connected to the supply line of the signal Vref.
[0012]
The first storage node N1a of the latch circuit Q1 is connected to the connection point between the NMOS transistors NT5 and NT16, and the second storage node N1b is grounded via the NMOS transistors NT8 to NT10 connected in series.
The first storage node N2a of the latch circuit Q2 is connected to the connection point between the NMOS transistors NT7 and NT17, and the second storage node N2b is grounded via the NMOS transistors NT13 to NT15 connected in series.
The connection point of the NMOS transistors NT8 and NT9 is grounded via NMOS transistors NT11 and NT12 connected in series.
The gate of the NMOS transistor NT9 is connected to the first storage node N2a of the latch circuit Q2, the gate of the NMOS transistor NT10 is connected to the supply line of the latch signal φLAT2, and the gate of the NMOS transistor NT11 is connected to the second storage node N2b. The gate of the NMOS transistor NT12 is connected to the supply line of the latch signal φLAT1, and the gates of the NMOS transistors NT14 and NT15 are connected to the supply line of the latch signal φLAT3.
The gate of the NMOS transistor NT16 as a column gate is connected to the supply line of the signal Yi, and the gate of the NMOS transistor NT17 is connected to the supply line of the signal Yi + 1.
[0013]
FIG. 10A shows a timing chart at the time of reading, and FIG. 10B shows a timing chart at the time of writing (programming).
As can be seen from FIG. 10B, quaternary writing is performed in three steps, and the process proceeds to the next step when it is determined that all the cells originally written in page units in each step are sufficiently written.
[0014]
A read operation will be described.
First, the reset signal RST and the signals PGM1 and PGM2 are set to a high level. As a result, the first storage nodes N1a and N2a of the latch circuits Q1 and Q2 are pulled to the ground level. As a result, the latch circuits Q1 and Q2 are cleared.
Next, reading is performed with the word line voltage set to 2.4V. If the threshold voltage Vth is higher than the word line voltage (2.4 V), the cell current does not flow, so that the bit line voltage holds the precharge voltage, and high is sensed. On the other hand, if the threshold voltage Vth is lower than the word line voltage (2.4 V), the cell current flows, so that the bit line voltage drops and low is sensed.
Next, reading is performed with a word line voltage of 1.2V, and finally reading is performed with a word line voltage of 0V.
[0015]
Specifically, when the cell data is “00”, no current flows through all the word lines, so (1, 1) is output to the buses IOi + 1 and IOi. First, when reading with the word line voltage 2.4V, the control signal φLAT1 is set to the high level. At this time, since the cell current does not flow, the bit line is maintained at a high level, so that the NMOS transistor NT8 is maintained in a conductive state, and the latch circuit Q2 is cleared, whereby the second storage node N2b of the latch circuit Q2 is cleared. Is kept at a high level, the NMOS transistor NT11 is kept in a conductive state. Therefore, NMOS transistors NT8, NT11, NT12 are held conductive, second storage node N1b of latch circuit Q1 is pulled to the ground level, and first storage node N1a of latch circuit Q1 transitions to a high level. Next, when reading with the word line voltage 1.2V, the control signal φLAT3 is set to the high level. At this time, since the cell current does not flow, the bit line is maintained at the high level, so that the NMOS transistor NT13 is maintained in the conductive state, the second storage node N2b of the latch circuit Q2 is pulled to the ground level, and the latch circuit Q2 The first storage node N2a transitions to a high level. Finally, when reading with the word line voltage set to 0V, the control signal φLAT1 is set to the high level. At this time, since the cell current does not flow, the bit line is maintained at a high level, so that the NMOS transistor NT8 is maintained in a conductive state. However, since the second storage node N2b of the latch circuit Q2 is at a low level, the NMOS transistor NT11. Becomes non-conductive, and the first storage node N1a of the latch circuit Q1 maintains the high level.
[0016]
When the cell data is “01”, current flows only when the word line voltage is VWL00, and (0, 1) is output to the buses IOi + 1 and IOi. First, when reading with the word line voltage 2.4V, the control signal φLAT1 is set to the high level. At this time, since the cell current flows, the bit line becomes low level, so that the NMOS transistor NT8 is kept nonconductive, and the first storage node N1a of the latch circuit Q1 holds low level. Next, when reading with the word line voltage 1.2V, the control signal φLAT3 is set to the high level. At this time, since the cell current does not flow, the bit line is maintained at the high level, so that the NMOS transistor NT13 is maintained in the conductive state, the second storage node N2b of the latch circuit Q2 is pulled to the ground level, and the latch circuit Q2 The first storage node N2a transitions to a high level. Finally, when reading with the word line voltage set to 0V, the control signal φLAT1 is set to the high level. At this time, since the cell current does not flow, the bit line is maintained at a high level, so that the NMOS transistor NT8 is maintained in a conductive state. However, since the second storage node N2b of the latch circuit Q2 is at a low level, the NMOS transistor NT11. Becomes non-conductive, and the first storage node N1a of the latch circuit Q1 maintains the low level.
Similarly, when cell data is “10” and “11”, (0, 1) and (0, 0) are read to IOi + 1 and IOi, respectively.
[0017]
Next, the write operation will be described.
In the circuit of FIG. 9, first, writing is performed using data stored in the latch circuit Q1, then writing is performed using data stored in the latch circuit Q2, and finally, the latch circuit Q1 again.
When the write data is (Q2, Q1) = (1, 0), the latch circuit Q1 is inverted from “0” to “1” when the write is sufficient, but (Q2, Q1) = (0, 0). In this case, since the latch circuit Q1 needs to be used as the write data for the third step, even if the write is sufficient in the first step, the latch circuit Q1 is not inverted from “0” to “1” (cannot be performed).
[0018]
The write end determination at each step is determined to be the end of the write at the stage where all the latch data (Q2 or Q1) on the target side becomes “1”.
In the cell of the write data (Q2, Q1) = (0, 0), the latch circuit Q1 is not inverted in the first step, so the end determination by the wired OR is not performed.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the circuit described above, as shown in FIG. 11, first, after writing the cells having the write data “10” and “00” (Step 1) according to the data of the latch circuit Q1, the latch circuit Q2 In accordance with the data, writing of cells with write data “01” and “00” is performed (Step 2), and finally writing of cells with write data “00” is performed (Step 3).
That is, in the above-described conventional circuit, the writing data “10” and “01” are written only in Step 1 and Step 2, so the writing time of “10” and “01” is the same as the writing of Step 1 and Step 2. It corresponds to the inclusion time. The cell with write data “00” is performed in all Steps 1 to 3, but Step 3 and Step 3 are written after the ISPP voltage is lowered in preparation for overwriting between Step 2 and Step 3. ing.
[0020]
From this, it is estimated that the write time of the cell whose write data is “00” is almost the same as the write time of Step 3. As a result, the writing is performed serially, which is one of the causes that the four-value writing time becomes longer.
As can be seen from FIG. 11, the sum of the write times of data “10” and “01” and the write time of data “00” take substantially the same time.
[0021]
Further, although writing is performed using self-boost, the write inhibit voltage for charging the bit line is lowered by the threshold voltage Vth by the NMOS transistor supplied with the signals PGM1, PGM2, and Vcc-Vth (B) (Vth (B): Vth affected by the back bias effect.
In order to enable self-boost in this state, it is necessary to set the selection gate on the drain side of the memory cell high, which is a hindrance in realizing a high-speed read operation.
In addition, the bit line is charged by the latch before writing. From the perspective of the latch, the bit line is a huge capacitor with a voltage of 0 V. When the latch data is “1”, the latch data is in contact with the bit line. It may be reversed.
In order to avoid this, when the bit line is charged in accordance with the write data, the gate voltage of the NMOS transistors NT5 and NT7 is set to be low. For this reason, the charging current is reduced, and it takes time to charge the bit line.
And it takes time for the verify reading.
[0022]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device and a data writing method thereof that can shorten writing and verify reading time.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, the amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, and the threshold voltage changes according to the change. A non-volatile semiconductor memory device having a memory cell for storing data of a value corresponding to a threshold voltage and writing multi-bit data of three or more values to the memory cell in units of pages, wherein all bit lines are connected before writing Write control having precharge means for precharging to a predetermined voltage and a latch circuit for latching write data, and discharging the bit line selected according to the address according to the latch data and writing in parallel CircuitAndThe write control circuit includes a plurality of latch circuits for one bit corresponding to each bit line, and each latch circuit has a first storage node that holds a latch data level and a first storage node that holds an inversion level thereof. Two storage nodes, andProvided corresponding to each of the above latch circuits,The level of the second storage node of each latch circuit is a predetermined level.FirstWhen the level isGround potentialAnd connectMultiple discharges that discharge the bit linesWhen switch means and verify read,A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. The second storage node of one latch circuit among the plurality of latch circuits is set to the first level or the above in accordance with the process to be determined, the first signal, and the second signal. The level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node and determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, And the second signal in response to the second signal. Performs a process of determining the one of the second level the first level or the second level of the storage node of another latch circuit of the latch circuitCircuit,Whether or not rewriting is performed by determining whether or not writing to the memory cell is completed during a writing operation depending on whether or not the second storage nodes of the plurality of latch circuits have the same second level. A determination circuit for determining whether or notHave.
[0024]
  Further, according to the present invention, the amount of charge accumulated in the charge accumulating portion changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, the threshold voltage changes according to the change, and the threshold voltage changes. A plurality of memory cells that store data of a given value are connected, and one end and the other end of the memory string are connected to the bit line and the ground line through a select transistor whose conduction state is controlled according to the gate voltage. A non-volatile semiconductor memory device in which control gates of memory cells in the same row are connected to a common word line and multi-bit data of three or more values is written to the memory cells in units of pages using self-boost. Therefore, it has precharge means for precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing, and a latch circuit for latching write data, and is selected according to the address. Is discharged in accordance with bit line latch data includes a write control circuit for writing in parallel, and the write control circuit,Provided corresponding to each of the above latch circuits,The level of the second storage node of each latch circuit is a predetermined level.FirstWhen the level isGround potentialAnd connectMultiple discharges that discharge the bit linesWhen switch means and verify read,A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. The second storage node of one latch circuit among the plurality of latch circuits is set to the first level or the above in accordance with the process to be determined, the first signal, and the second signal. The level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node and determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, And the second signal in response to the second signal. Performs a process of determining the one of the second level the first level or the second level of the storage node of another latch circuit of the latch circuitCircuit,Whether or not rewriting is performed by determining whether or not writing to the memory cell is completed during a writing operation depending on whether or not the second storage nodes of the plurality of latch circuits have the same second level. A determination circuit for determining whether or notHave.
[0025]
  In the present invention, the amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, the threshold voltage changes according to the change, and the value according to the threshold voltage A method of writing data in a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell for storing a plurality of data and writing multi-bit data of three or more values to the memory cell in units of pages, wherein all bit lines are set to a predetermined voltage before writing. 1 bit having a first step of precharging, and a first storage node corresponding to each bit line and a second storage node holding its inversion level for the bit line selected according to the address at the time of writing MinpluralA second step of discharging in accordance with the latch data of the latch circuit and performing writing in parallel. In the second step, the level of the second storage node of the latch circuit is a predetermined level.FirstWhen levelBy switch meansWith the selected bit linegroundConnect the potentialDischarge the bit lineDuring verify read,A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. The second storage node of one latch circuit among the plurality of latch circuits is set to the first level or the above in accordance with the process to be determined, the first signal, and the second signal. The level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node and determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, And the second signal in response to the second signal. Performs a process of determining the one of the second level the first level or the second level of the storage node of another latch circuit of the latch circuit,It is determined whether rewriting is performed or not depending on whether the level of the second storage node of the plurality of latch circuits has reached the first level or the second level..
[0026]
  Further, according to the present invention, the amount of charge accumulated in the charge accumulating portion changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, the threshold voltage changes according to the change, and the threshold voltage changes. A plurality of memory cells that store data of a given value are connected, and one end and the other end of the memory string are connected to the bit line and the ground line through a select transistor whose conduction state is controlled according to the gate voltage. Data of nonvolatile semiconductor memory devices arranged in the shape of memory cells, in which control gates of memory cells in the same row are connected to a common word line, and multi-bit data of three or more values are written into memory cells in units of pages using self-boost A first method for precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing, and a bit line selected according to an address at the time of writing. , Of one bit and a second storage node for holding a first memory node corresponding to each bit line and an inverted levelpluralA second step of discharging in accordance with latch data of the latch circuit and performing writing in parallel. In the second step,A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. The second storage node of one latch circuit among the plurality of latch circuits is set to the first level or the above in accordance with the process to be determined, the first signal, and the second signal. The level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node and determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, And the second signal in response to the second signal. Performs a process of determining the one of the second level the first level or the second level of the storage node of another latch circuit of the latch circuit,It is determined whether rewriting is performed or not depending on whether the level of the second storage node of the plurality of latch circuits has reached the first level or the second level..
[0027]
The present invention further includes a verify read circuit that determines whether or not writing is sufficient for each write bit during the write operation by sequentially raising the word line voltage from a low level to a high level.
[0028]
Further, according to the present invention, the amount of charge accumulated in the charge accumulating portion changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, the threshold voltage changes according to the change, and the threshold voltage changes. A method of writing data in a non-volatile semiconductor memory device having a memory cell for storing data of different values and writing multi-bit data of three or more values to the memory cell in units of pages, wherein all bit lines are connected to a predetermined bit before writing The voltage is precharged, and at the time of writing, the bit line selected according to the address is discharged according to the latch data, and writing is performed in parallel.
[0029]
According to the present invention, after all the bit lines are precharged to a predetermined voltage, for example, a power supply voltage, before writing, the bit line selected according to the address is discharged according to the latch data at the time of writing. Done in parallel.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention. The nonvolatile semiconductor memory device 10 includes a memory array 11, a write / read control circuit 12, and a determination circuit 20.
[0031]
As shown in FIG. 1, the memory array 11 includes memory strings A0 and A1 each having a memory cell connected to a common word line WL0 to WL15. The memory string A0 is connected to the bit line BL1, and the memory string A1 is connected to the bit line BL2.
The memory string A0 is a NAND string in which memory cell transistors MT0A to MT15A made of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate are connected in series, and the drain of the memory cell transistor MT0A of this NAND string is connected via the selection gate SG1A. Connected to the bit line BL1, the source of the memory cell transistor MT15A is connected to the reference potential line VGL via the selection gate SG2A.
The memory string A1 is formed of a NAND string in which memory cell transistors MT0B to MT15B made of a nonvolatile semiconductor memory device having a floating gate are connected in series, and the drain of the memory cell transistor MT0B of this NAND string is connected via the selection gate SG1B. Connected to the bit line BL2, the source of the memory cell transistor MT15B is connected to the reference potential line VGL via the selection gate SG2B.
[0032]
The gates of the selection gates SG1A and SG1B are commonly connected to the selection signal supply line SSL, and the gates of the selection gates SG2A and SG2B are commonly connected to the selection signal supply line GSL.
[0033]
The write / read control circuit 12 includes NMOS transistors NT21 to NT43, a PMOS transistor PT21, an inverter INV21, and latch circuits Q21 and Q22 formed by coupling the input and output of the inverter.
[0034]
An NMOS transistor 21 and a depletion type NMOS transistor NT42 are connected in series between the node SA21 and the bit line BL1, and an NMOS transistor 22 and a depletion type NMOS transistor NT43 are connected in series between the node SA21 and the bit line BL2. It is connected to the.
An address decode signal Ai is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT22, and a signal / Ai (/ indicates inversion) is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT21. The gates of the NMOS transistors NT42 and NT43 are connected to the decouple signal supply line DCPL.
[0035]
NMOS transistor NT24 is connected between node SA21 and ground line GND, and node SA21 and power supply voltage V are connected.CCThe PMOS transistor PT21 is connected to the supply line. The connection point between the drain of the PMOS transistor PT21 and the node SA21 is connected to the gate electrodes of the NMOS transistors NT28 and NT34.
The reset signal RST1 is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT24, and the signal Vref is supplied to the gate electrode of the PMOS transistor PT21.
[0036]
NMOS transistors NT23 and NT25 are connected in series between the node SA21 and the ground line, and an NMOS transistor NT26 is connected between the connection point of the NMOS transistors NT23 and NT25 and the ground line.
Then, the signal PGM is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT23, the gate electrode of the NMOS transistor NT25 is connected to the second storage node N21b of the latch circuit Q21, and the gate electrode of the NMOS transistor NT26 is connected to the second electrode of the latch circuit Q22. It is connected to the storage node N22b.
[0037]
NMOS transistors NT27 and NT28 are connected in series between the first storage node N21a of the latch circuit Q21 and the ground line. Also, NMOS transistors NT29 and NT30 and NMOS transistors NT31 and NT32 connected in series are connected in parallel between the second storage node N21b of the latch circuit Q21 and the connection point of the NMOS transistors NT27 and NT28. ing.
[0038]
NMOS transistors NT33 and NT34 are connected in series between the first storage node N22a of the latch circuit Q22 and the ground line. Further, NMOS transistors NT35 and NT36 connected in series are connected between the second storage node N22b of the latch circuit Q22 and the connection point of the NMOS transistors NT33 and NT34.
The drain / source of the NMOS transistor NT37 is connected to the drain / source of the NMOS transistor NT35.
[0039]
The reset signal RST2 is supplied to the gate electrodes of the NMOS transistors NT27 and NT33, the gate electrode of the NMOS transistor NT29 is connected to the first storage node N22a of the latch circuit Q22, and the gate electrode of the NMOS transistor NT31 is connected to the latch circuit Q22. Connected to the second storage node N22b, the gate electrode of the NMOS transistor NT35 is connected to the first storage node N21a of the latch circuit Q21.
Further, the signal φLAT3 is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT30, the signal φLAT2 is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT32, the signal φLAT1 is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT36, and the signal φLAT0 is supplied to the gate electrode of the NMOS transistor NT37. Is supplied.
[0040]
NMOS transistor NT38 is connected between first storage node N21a of latch circuit Q21 and bus line IOi, and NMOS transistor NT39 is connected between first storage node N22a of latch circuit Q22 and bus line IOi + 1. Yes.
The gate of the NMOS transistor NT38 as a column gate is connected to the supply line of the signal Yi, and the gate of the NMOS transistor NT39 is connected to the supply line of the signal Yi + 1.
[0041]
Further, the input terminal of the inverter INV21 is grounded, and the output terminal is connected to the determination circuit 20. In addition, NMOS transistors NT40 and NT41 are connected in parallel between the output terminal of the inverter INV21 and the ground line. The gate electrode of the NMOS transistor NT40 is connected to the second storage node N21b of the first latch circuit Q21, and the gate electrode of the NMOS transistor NT41 is connected to the second storage node N22b of the second latch circuit Q22. Yes.
[0042]
The determination circuit 20 determines, based on the potential of the output line of the inverter INV21, whether or not writing has been completed for all the memory cell transistors during the write operation.
Specifically, when the writing is completed, the first storage nodes N21a and 22a of the latch circuits Q21 and Q22 are connected to the power supply voltage VCCThe second storage nodes N21b and 22b are at the ground level. As a result, the NMOS transistors NT40 and NT41 are held in a non-conductive state, and the potential of the output line of the inverter INV21 becomes the power supply voltage V.CCIt is determined that the writing has been completed.
On the other hand, if there is a cell that is not sufficiently written, either or all of the first storage nodes N21a and 22a of the latch circuits Q21 and Q22 are at the ground level, and the second storage nodes N21b and 22b are powered on. Voltage VCCBecome a level. As a result, the NMOS transistor NT40 or NT41, or both transistors are held in a conductive state, and the potential of the output line of the inverter INV21 becomes the ground level, thereby determining that there is a cell with insufficient writing.
[0043]
Next, the write, verify read, and read operations with the above configuration will be described in order with reference to the drawings.
[0044]
First, the write operation will be described with reference to the timing chart of FIG.
[0045]
Prior to the start of the write operation, the signal Vref is set to the low level, and the PMOS transistor PT21 is held in the conductive state. As a result, all bit lines are connected to the power supply voltage VCCIs charged.
At this time, the signal PGM and the signals φLAT0 to φLAT3 for controlling read / verify are set to the ground level (low level) so that the latch data is not affected, and the NMOS transistor NT23, NMOS transistors NT30, NT32, NT36, NT37 is held in a non-conductive state.
[0046]
At this time, the address decode signal Ai and its inverted signal / Ai have a high withstand voltage equal to or higher than Vcc + Vthh (B) (Vthh (B): a voltage obtained by adding the influence of the back bias effect to Vth of the high withstand voltage transistor). A signal DCPL for controlling the depletion type transistors NT42 and NT43 is a power supply voltage V.CCControlled by level.
As a result, the MMOS transistors NT21, NT22, NT42, NT43 become conductive, and as a result, the bit lines BL0, BL1 are both supplied with the power supply voltage VCCIs charged.
[0047]
  Thereafter, one of the address decode signals Ai and / Ai is set to the ground level based on the address selection information.
  Here, it is assumed that the bit line BL2 is selected, and the address decode signal Ai.ButA case where the high level is set and the inverted signal / Ai is set to the ground level will be described as an example.
  At this time, since the NMOS transistor NT21 is in a non-conductive state, the bit line BL1 is in a floating state at the power supply voltage Vcc level.
  Thereafter, the signal Vref is switched to the power supply voltage Vcc level, the so-called precharge PMOS transistor PT21 is held in the non-conductive state, the signal PGM is switched to the power supply voltage Vcc level, and the NMOS transistor NT23 is held in the conductive state; The selection signal supply line SSL connected to the gate electrodes of the selection gates SG1A and SG1B on the drain side of the memory cell is set to the power supply voltage Vcc level.
[0048]
  At this time, when the write data is other than “11”, at least one of the second storage nodes N21b and N22b of the latch circuits Q21 and Q22 is at a high level, and at least one of the NMOS transistors NT25 or NT26. Is kept in a conductive state. For this reason, the bit line is discharged to the ground level.
  Note that the bit line is discharged by the NMOS transistor that serves as the gate input for the inverted signal of the latch data.latchThere is no impact on the data.
  When the write data is “11”, both the NMOS transistors NT25 and NT26 are held in the non-conductive state, so that the bit line voltage is held at the precharge voltage Vcc.
[0049]
At this stage, if the write data is other than “11”, the bit line and the memory cell channel are at the ground level, and if the write data is “11”, the bit line is VCCThe memory cell channel has a voltage of Vcc−VthDSG (B) or lower, and the bit line on the non-selected bit line “BL1” side has VCCThe channel of the memory cell has a voltage equal to or lower than Vcc−VthDSG (B).
Here, the word line is raised to the drive voltage while the NMOS transistor NT23 is kept in the conductive state, and the write operation is started.
[0050]
At this time, if the write data is other than “11”, the Fowler-Nordheim tunneling (hereinafter referred to as FN tunnel) phenomenon occurs due to the electric field between the word line voltage VPGM and the channel voltage 0 V, and the cell is written. That is, writing is performed on cells with write data “00”, “01”, and “10”.
In the case where the write data is “11” and in the memory cell on the non-selected bit line BL1 side, the channel voltage rises due to capacitive coupling due to the rise of the word line potential, whereby the channel is B bit by the drain side select gate SG1A. Disconnected from the line BL1.
Then, at the stage where the rise of the word line is completed, the channel becomes a forbidden voltage, the FN tunnel phenomenon does not occur, and the cell is held in the erased state.
[0051]
Here, in the case of the write data “11” and the cell on the non-selected bit line BL1 side, since the bit line BL1 is in a floating state, there is a concern that the bit line voltage drops due to leakage. When the bit line voltage becomes Vcc−VthDSG (B) or lower, the drain side select gate is turned on, and the bit line to channel capacitance ratio (CBL>> Cchn) Causes the channel voltage to drop from the boost voltage (about 8V) to Vcc-VthDSG (B) at once.
As a result, an electric field sufficient to cause the FN tunnel phenomenon is applied between the floating gate and the channel, and writing occurs.
However, the threshold voltage Vth of the selection gate on the drain side is normally set high, and the threshold voltage Vth in the state where the back bias is applied is at least 1.5 V or more. Power supply voltage VCCEven if the voltage is 3 V, this phenomenon does not occur unless a voltage drop of 1.5 V occurs.
On the other hand, the write time for one time is 10 μs to 20 μs. If there is a leak with a voltage drop of 1.5 V during this period, it is impossible to read with a NAND flash memory that performs reading on the order of μs.
As described above, the phenomenon that the bit line voltage drops due to the leak and the write operation occurs in the write inhibit cell cannot occur.
[0052]
When ending the writing, first, the word line is lowered to 0 V, and at the same time, the signal DCPL is set to the ground level and the reset signal RST1 is set to the high level to discharge the bit line and channel charges. The voltage applied to the selection signal supply line SSL to which the drain side selection gate is connected is lowered.
Thus, one write operation is completed, and the verify read operation is started.
[0053]
As described above, writing is performed by wired-OR (Wired-OR) of write data, whereby writing to memory cells that need to be written is started simultaneously.
As a result, it is not necessary to lower the ISPP voltage by switching the Step as in the prior art, so that the number of ISPP pulses until the final word line voltage is reached is reduced as shown in FIG. Shortening is realized.
[0054]
Next, the verify read operation will be described with reference to the timing chart of FIG.
In the verify operation, a write check of “00”, “01”, and “10” is performed every time one write is completed.
In this embodiment, when verifying is performed from a high level as in the prior art (the word line voltage is in the order of VVF2 → VVF1 → VVF0), it is necessary to recharge the bit line between each verify. (The word line voltage is in the order of VVF0.fwdarw.VVF1.fwdarw.VBF2), so that the bit line is charged once and the verify time is shortened. VVF0, VVF1, and VBF2 are verify word line voltages.
The verify operation will be specifically described below.
[0055]
First, the signal DCPL remains at the ground level, the signal Vref is set to the ground level, the PMOS transistor PT21 is held in the conductive state, the bit line is set to VthDEP (0V) (the threshold value of the depletion type transistor with the gate set to 0V). Voltage Vth).
At the same time, the selection signal supply line SSL to which the gate electrodes of the selection gates SG1A and SG1B on the drain side are connected is set to the same voltage as the unselected word line voltage of the selected string (P5V: a voltage with 5.0 to 6.0V). Is set.
When the charging is completed, the bit line is VthDEP (0 V), and the node SA21 is the power supply voltage VCCThe depletion type transistors NT42 and NT43 are automatically turned off.
[0056]
Here, the signal Vref is set to a voltage that allows the PMOS transistor PT21 to pass a current sufficient to compensate for the leak current of the bit line. P5V is applied to the word line of the unselected memory cell, and VVF0 is applied to the word line of the selected cell. Is applied.
At this time, if the threshold voltage Vth of the memory cell is equal to or higher than the word line voltage VVF0, the cell current does not flow, so that the bit line is VthDEP (0 V) and the node SA21 is the power supply voltage VCCRetained.
On the other hand, if the threshold voltage Vth of the memory cell is equal to or lower than the word line voltage VVF0, the cell current flows, the bit line voltage drops, the depletion type transistors NT42 and NT43 become conductive, and the bit line and the node SA21 Redistribution of charge occurs between the two nodes, and the voltage at the node SA21 suddenly drops to about VthDEP (0V) ′ (← voltage slightly lowered from the bit line precharge voltage VthDEP (0V)).
[0057]
  Here, when the signal φLAT3 is set to a high level, the NMOS transistor NT30 is held in a conductive state.
  At this time, when the write data is “10”, the first storage node N22a of the latch circuit Q22 is at the high level, the NMOS transistor NT29 is held conductive, and the node SA21 is held at the power supply voltage Vcc (Vth> When VVF0: writing is sufficient), the NMOS transistor NT28 is in a conductive state.InRetained.
  As a result, the second storage node N21b of the latch circuit Q21 is pulled to the ground level, and the first storage node N21a of the latch circuit Q21 is switched from the low level to the high level.
  As a result, the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 becomes “11”, and writing is not performed in the subsequent rewriting.
  On the other hand, when the node SA21 is VthDEP (0 V) or the write data is “01” or “00”, the NMOS transistor NT28 or NT29 is held in the non-conductive state, and the latch data does not change. For this reason, writing is performed at the time of rewriting.
[0058]
That is, when verify is performed with the word line voltage VVF0, if the threshold voltage is greater than the word line voltage (Vth> VVF0), the latch data “10” of the latch circuits Q22 and Q21 changes to “11” (inverted) In other cases, there is no change in the latch data.
[0059]
Next, the word line voltage is set to VVF1 and verify reading is performed. After a predetermined time has elapsed, the signal φLAT1 is set to a high level. As a result, the NMOS transistor NT36 is held conductive.
At this time, if the write data is “01”, the first storage node N21a of the latch circuit Q21 is at a high level, so that the NMOS transistor NT35 is held in the conductive state, and the node SA21 is at the power supply voltage VCCIs held (Vth> VVF1: sufficient writing), the NMOS transistor NT34 is held in a conductive state.
As a result, the second storage node N22b of the latch circuit Q22 is pulled to the ground level, and the first storage node N22a of the latch circuit Q22 is switched from the low level to the high level.
As a result, the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 becomes “11”, and writing is not performed in the subsequent rewriting.
On the other hand, when the node SA21 is VthDEP (0V) or the write data is “00” or “10”, the NMOS transistor NT34 or NT35 is held in the non-conductive state, and therefore the latch data does not change. For this reason, writing is performed at the time of rewriting.
[0060]
That is, when the verify is performed with the word line voltage VVF1, if the threshold voltage is larger than the word line voltage (Vth> VVF1), the latch data “01” of the latch circuits Q22 and Q21 changes to “11” (inverted) In other cases, there is no change in the latch data.
[0061]
Finally, the word line voltage is set to VVF2, and verify reading is performed. After a predetermined time has elapsed, the signals φLAT1 and φLAT0 are set to a high level, and then the signal φLAT3 is set to a high level. As a result, the NMOS transistors NT36 and NT37 are held conductive, and the NMOS transistor NT30 is held conductive.
At this time, if the write data is “00”, the node SA21 is at the power supply voltage VCCAre held (Vth> VVF2: sufficient writing), the NMOS transistors NT34 and NT28 are held in a conductive state.
As a result, the second storage node N22b of the latch circuit Q22 is pulled to the ground level, and the first storage node N22a of the latch circuit Q22 is switched from the low level to the high level. As a result, the NMOS transistor NT29 is held conductive.
Thereafter, when the signal φLAT3 is set to the high level, the NMOS transistor NT30 is held in the conductive state as described above.
As a result, the second storage node N21b of the latch circuit Q21 is pulled to the ground level, and the first storage node N22a of the latch circuit Q21 is switched from the low level to the high level.
As a result, the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 becomes “11”, and writing is not performed in the subsequent rewriting.
On the other hand, when the node SA21 is VthDEP (0 V), the NMOS transistors NT34 and NT28 are held in a non-conductive state, so that there is no change in the latch data. For this reason, writing is performed at the time of rewriting.
[0062]
That is, when the verify is performed with the word line voltage VVF2, if the threshold voltage is larger than the word line voltage (Vth> VVF2), the latch data “00” of the latch circuits Q22 and Q21 changes to “11” (inverted) In other cases, there is no change in the latch data.
[0063]
After the above-mentioned 3 Step verification is completed, if all the cells are sufficiently written, the first storage nodes N21a and N22a of all the latch circuits Q22 and Q21 are at the high level.
Then, after the verify reading is completed, if the writing is sufficient, the second storage nodes N21b and 22b of the latch circuits Q21 and Q22 are set to the ground level. As a result, the NMOS transistors NT40 and NT41 are held in a non-conductive state, and the potential of the output line of the inverter INV21 becomes the power supply voltage V.CCThus, it is determined that writing has been completed.
On the other hand, if there is a cell that is not sufficiently written, either or all of the first storage nodes N21a and 22a of the latch circuits Q21 and Q22 are at the ground level, and the second storage nodes N21b and 22b are powered on. Voltage VCCBecome a level. As a result, the NMOS transistor NT40 or NT41, or both transistors are held conductive, and the potential of the output line of the inverter INV21 becomes the ground level, so that it is determined that there is a cell with insufficient writing.
[0064]
Next, the read operation will be described with reference to the timing chart of FIG.
In the normal read operation, the signal DCPL is set to the ground level prior to reading, and one of the address decode signals Ai and / Ai is supplied with the power supply voltage VCCThe signal Vref is set to the ground level, the selected bit line is VthDEP (0 V), and the node SA21 is the power supply voltage VCCAt the same time, the reset signal RST2 is set to the high level, and the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is reset to the low level.
[0065]
Here, when reading is performed by switching the selected word line voltage in the order of VRD0 → VRD1 → VRD2 in the same manner as in verifying during normal reading, distribution 0 to distribution 2 in FIG. SA21 is the power supply voltage VCCThe latch data of the latch circuit Q21 cannot be read. This is because in distribution 1, it is desired to set the latch data of the latch circuit Q21 to the low level, but it is inverted to the high level.
However, when reading is performed by switching the selected word line voltage in the order of VRD 2 → VRD 1 → VRD 0, the cells in the distribution 2 are turned on when the word line voltages VRD 2 and VRD 1 are read. Since the potential of SA21 drops, precharge (2 times in total) is required for each verification.
Therefore, in the present embodiment, reading is performed by switching the selected word line voltage in the order of VRD1 → VRD2 → VRD0.
As a result, the target latch data can be reliably inverted at each verify step, and re-precharge is performed once between readings at the word line voltage VRD2 and the word line voltage VRD0, and the reading time is shortened.
[0066]
As described above, after the precharge of the bit line / node SA21 and the reset of the latch circuits Q22 and Q21 are completed, the unselected word line is set to P5V, the selected word line is set to VRD1, and after a predetermined time has elapsed, the signal φLAT1 and φLAT0 is set to the high level, and the NMOS transistors NT36 and NT37 are held in the conductive state, and reading is performed.
At this time, if the memory cells are distribution 3 and distribution 2, the cell current does not flow, so that the node SA21 has the power supply voltage VCCThe NMOS transistor NT34 is held in a conductive state.
As a result, the second storage node N22b of the latch circuit Q22 is pulled to the ground level, and the first storage node N22a of the latch circuit Q22 is switched from the low level to the high level.
On the other hand, if the memory cells are distribution 1 and distribution 0, the cell current flows and the node SA21 falls to VthDEP (0V) ′, so that the signals φLAT1 and φLAT0 are set to the high level, and the NMOS transistors NT36 and NT37 are turned on. Even if held, since the NMOS transistor NT34 is held in a non-conductive state, the latch data of the latch circuit Q22 does not change.
That is, the latch data when reading is performed with the selected word line voltage VRD1 is as follows.
Distribution 3, 2: {Q22, Q21} = {H, L}
Distribution 1, 0: {Q22, Q21} = {L, L}
[0067]
Next, the selected word line voltage is raised to VRD2 without precharging the bit line and the node SA21, and after a predetermined time has elapsed, the signal φLAT3 is set to the high level, and the NMOS transistor NT30 is held in the conductive state and read. Is done.
At this stage, the bit lines of distributions 3 and 2 are VthDEP (0 V), and the node SA21 is the power supply voltage V.CCIs held in. On the other hand, in the distributions 1 and 0, the bit line and the node SA21 are about VthDEP (0 V). However, even if the bit line and the node SA21 are reprecharged, if the read operation is performed with the selected word line voltage VRD2, the node SA21 is The voltage drops to about VthDEP (0 V) again. Therefore, even if reading is performed with the selected word line voltage VRD2 without re-precharging, the reading result is not affected.
[0068]
At this time, the potential of the node SA21 is originally about VthDEP (0V) in the distributions 1 and 0, and about VthDEP (0V) due to the cell current flowing in the distribution 2.
On the other hand, in the distribution 3, the cell current does not flow, so that the node SA21 has the power supply voltage VCCTo a degree.
Here, when the signal φLAT3 is set to the high level, the second storage node N21b of the latch circuit Q21 is drawn to the ground level through the path of the NMOS transistors NT29, NT30, NT28, and the latch data of the latch circuit Q21 is at the low level. Switch to high level.
On the other hand, if the cell has a distribution of 2 to 0, the node SA21 falls to VthDEP (0V). Therefore, even if the signal φLAT3 is set to the high level, the NMOS transistor NT28 is held in the non-conductive state. The latch data of this does not change.
That is, the latch data when reading is performed with the selected word line voltage VRD2 is as follows.
Distribution 3: {Q22, Q21} = {H, H}
Distribution 2: {Q22, Q21} = {H, L}
Distribution 1, 0: {Q22, Q21} = {L, L}
[0069]
Finally, at the same time as the selected word line voltage is set to VRD0, the signal Vref is set to 0V, and the bit line and the node SA21 are recharged.
Then, after a predetermined time has elapsed, the signal φLAT3 is set to a high level and reading is performed.
At this time, the cell current does not flow in the distributions 3 to 1, so that the node SA21 has the power supply voltage VCCTo a degree.
On the other hand, the cell current flows only in the case of distribution 0, and the node SA21 falls to about VthDEP (0V). Here, when the signal φLAT2 is set to a high level, when the second storage node N22b of the latch circuit Q22 is at a high level, that is, distribution 1 or 0, and the node SA21 is at a high level (distribution 1), the NMOS transistor NT31. , NT32, NT28 are held conductive, the second storage node N21b of the latch circuit Q21 is pulled to the ground level, and the latch data of the latch circuit Q21 is switched from the low level to the high level.
In other cases, the NMOS transistor NT31 or NT28 is held in a non-conductive state, and the latch data of the latch circuit Q21 does not change.
That is, the latch data when reading is performed with the selected word line voltage VRD1 is as follows.
Distribution 3: {Q22, Q21} = {H, H}
Distribution 2: {Q22, Q21} = {H, L}
Distribution 1: {Q22, Q21} = {L, H}
Distribution 0: {Q22, Q21} = {L, L}
[0070]
Thus, the read operation is completed.
[0071]
As described above, according to the first embodiment, all bit line voltages are set to the power supply voltage V before writing.CC, The bit line is discharged at high speed by discharging the bit line through the NMOS transistors NT25 and NT26 connected to the second storage nodes N21b and N22b of the latch circuits Q21 and Q22. The bit line voltage connected to the write inhibit voltage is the power supply voltage VCCBy reducing the threshold voltage Vth of the drain-side selection gate and providing a margin for self-boost, and writing in parallel, this allows the bit line charge before data writing. As a result, the time is shortened, and as a result, the entire writing time can be shortened, and verify reading and normal reading can be performed at high speed.
[0072]
Second embodiment
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of the nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
The second embodiment is different from the circuit shown in FIG. 1 according to the first embodiment in that an NMOS transistor NT44 is connected between the NMOS transistors NT23 and NT25, and the gate electrode of the NMOS transistor NT44 is connected to the latch circuit Q22. And the source of the NMOS transistor NT25 is connected not to the ground line but to a voltage source of a positive voltage VB (0 <VB <Vcc−VthDSG (B)). is there.
In the second embodiment, the bit line voltage at the time of writing is controlled at this portion.
Other configurations are the same as those of the circuit of FIG.
[0073]
In such a configuration, when the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is {Q22, Q21} = {H, H} and the write data is “11”, the second storage nodes N21b and N22b of the latch circuits Q21 and Q22 are used. Are both at the low level, the NMOS transistors NT25 and NT26 are both kept non-conductive, and the bit line voltage is the power supply voltage VCCRetained.
[0074]
  When the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is {Q22, Q21} = {H, L} and the write data is “10”, the second storage node N of the latch circuit Q22.22Since b is at a low level and the first storage node N22a of the latch circuit Q22 and the second storage node N21b of the latch circuit Q21 are at a high level, the NMOS transistor NT26 is held in a non-conductive state, and the NMOS transistors NT44, NT25 is held conductive, and the bit line voltage is VB.
[0075]
When the latch data of the latch circuits Q22, Q21 is {Q22, Q21} = {L, H}, {L, L} and the write data is “01”, “00”, the first storage node N22a of the latch circuit Q22 Is at the low level and the second storage node N22a of the latch circuit Q22 is at the high level, the NMOS transistor NT44 is held in the non-conductive state, the NMOS transistor NT26 is held in the conductive state, and the bit line voltage is at the ground level. It becomes.
[0076]
Then, when the word line is raised after setting the bit line to the above voltage, the channel voltage becomes as follows.
That is, when the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is {Q22, Q21} = {H, H} and the write data is “11”, the channel is boosted to the write inhibit voltage (about 8V) by self-boost.
When the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is {Q22, Q21} = {H, L} and the write data is “10”, the channel voltage is VB.
When the latch data of the latch circuits Q22 and Q21 is {Q22, Q21} = {L, H}, {L, L} and the write data is “01” and “00”, the channel voltage is at the ground level.
[0077]
At this time, when the word line voltage at the start of writing is VPGM + VB, the voltage applied between the gate and the channel of the cell whose write data is “10” is VPGM, which is not different from the conventional one.
On the other hand, the voltage applied between the gate and the channel of the cell whose write data is “01” or “00” is VPGM + VB, and a higher electric field is applied between the floating gate and the channel.
However, in the case of write data “01” or “00”, since the write level is high, it is difficult to imagine a situation in which even the fast write memory cell suddenly exceeds the determination level in the first write.
Further, assuming that the ISPP step width is ΔV, writing of write data “01” and “00” is started from the preceding ISPP write pulse by VB / ΔV in FIG. 7 as compared with the first embodiment. On the other hand, since it is the cell of the write data “00” that defines the entire writing time, the entire writing time is further shortened compared to the first embodiment (see FIG. 7). ).
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the self-boost margin is increased, the bit line charging time before data writing is shortened, the entire writing time can be shortened, and further the verifying is performed. There is an advantage that reading and normal reading can be performed at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining a write operation of the circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a write sequence of the circuit of FIG. 1;
4 is a timing chart for explaining a verify read operation of the circuit of FIG. 1;
FIG. 5 is a timing chart for explaining a read operation of the circuit of FIG. 1;
FIG. 6 is a circuit diagram showing a second embodiment of a nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention.
7 is a diagram showing a write sequence of the circuit of FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the threshold voltage Vth level and data contents when recording data consisting of 2 bits and having 4 values in one memory transistor in a NAND flash memory;
FIG. 9 is a circuit diagram showing a main configuration of a conventional NAND flash memory.
10 is a timing chart for explaining the operation of the circuit of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram for explaining a conventional problem.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nonvolatile semiconductor memory device, 11 ... Memory array, A0, A1 ... Memory string, WL0-WL15 ... Word line, BL0, BL1 ... Bit line, 12 ... Write / read control circuit, 20 ... Stabilization circuit, NT21- NT44 ... NMOS transistor, PT21, PT22 ... PMOS transistor, INV21 ... inverter, Q21, Q22 ... latch circuit.

Claims (6)

ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、上記しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルを有し、3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置であって、
書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージするプリチャージ手段と、
書き込みデータがラッチされるラッチ回路を有し、アドレスに応じて選択されたビット線をラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う書込制御回路と、を有し、
上記書込制御回路は、
ビット線毎に対応して1ビット分の上記ラッチ回路が複数設けられ、上記各ラッチ回路はラッチデータレベルを保持する第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有し、さらに、
上記各ラッチ回路にそれぞれ対応して設けられ、書き込みデータに応じた上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのとき上記選択ビット線と接地電位とを接続しビット線を放電させる複数のスイッチ手段と、
ベリファイ読み出し時に、
ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
を行う回路と、
上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが同一の上記第2のレベルになったか否かにより書き込み動作時にメモリセルに書き込みが終了した否か判定することにより、再書込みを行うか行わないかを判定する判定回路と、を有する
不揮発性半導体記憶装置。
The amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and the bit line, the threshold voltage changes according to the change, and data having a value according to the threshold voltage is stored. A non-volatile semiconductor memory device having a memory cell for storing, and writing multi-bit data of three or more values into the memory cell in page units,
Precharge means for precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing;
A write control circuit that has a latch circuit that latches write data, discharges a bit line selected according to an address according to the latch data, and performs writing in parallel;
The write control circuit
A plurality of latch circuits for one bit are provided corresponding to each bit line, and each of the latch circuits has a first storage node that holds a latch data level and a second storage node that holds its inverted level. And then
Provided corresponding to the respective latch circuits, bit connects the ground potential with the selected bit line when the second first level level is predetermined storage nodes of each latch circuit corresponding to the write data A plurality of switch means for discharging the wire ;
During verify read,
A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. A process to decide on one,
Depending on the first signal and the second signal, the second storage node of one of the plurality of latch circuits is set to either the first level or the second level. And determining the level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, and the second signal. In response, a process of determining the level of the second storage node of another latch circuit of the plurality of latch circuits to be either the first level or the second level;
A circuit for performing
Whether or not rewriting is performed by determining whether or not writing to the memory cell is completed during a writing operation depending on whether or not the second storage nodes of the plurality of latch circuits have the same second level. nonvolatile semiconductor memory device having a determination circuit for determining Diseases.
上記書き込み動作時に各書き込みビット毎に書き込み十分であるか否かの判定を、ワード線電圧を低いレベルから高いレベルに順次に上げて行うベリファイ読み出し回路
を有する請求項記載の不揮発性半導体記憶装置。
The determination of whether a sufficient write every write bit during the write operation, the nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a verify read circuit performed sequentially raised to a high level word line voltage from a low level .
ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルが複数個接続され、その一端および他端がゲート電圧に応じて導通状態が制御される選択トランジスタを介してビット線および接地線に接続されたメモリストリングがマトリクス状に配置され、同一行のメモリセルの制御ゲートが共通のワード線に接続され、セルフ−ブーストを用いて3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置であって、
書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージするプリチャージ手段と、
書き込みデータがラッチされるラッチ回路を有し、アドレスに応じて選択されたビット線をラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う書込制御回路と、を有し、
上記書込制御回路は、
上記各ラッチ回路にそれぞれ対応して設けられ、書き込みデータに応じた上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのとき上記選択ビット線と接地電位とを接続しビット線を放電させる複数のスイッチ手段と、
ベリファイ読み出し時に、
ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
を行う回路と、
上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが同一の上記第2のレベルになったか否かにより書き込み動作時にメモリセルに書き込みが終了した否か判定することにより、再書込みを行うか行わないかを判定する判定回路と、を有する
不揮発性半導体記憶装置。
The amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and bit line, the threshold voltage changes according to the change, and data of a value corresponding to the threshold voltage is stored. A plurality of memory cells are connected, and one end and the other end of the memory strings are connected in the form of a matrix and connected to a bit line and a ground line via a select transistor whose conduction state is controlled according to the gate voltage. A non-volatile semiconductor memory device in which control gates of memory cells in a row are connected to a common word line, and multi-bit data of three or more values is written to the memory cells in page units using self-boost,
Precharge means for precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing;
A write control circuit that has a latch circuit that latches write data, discharges a bit line selected according to an address according to the latch data, and performs writing in parallel;
The write control circuit
Provided corresponding to the respective latch circuits, bit connects the ground potential with the selected bit line when the second first level level is predetermined storage nodes of each latch circuit corresponding to the write data A plurality of switch means for discharging the wire ;
During verify read,
A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. A process to decide on one,
Depending on the first signal and the second signal, the second storage node of one of the plurality of latch circuits is set to either the first level or the second level. And determining the level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, and the second signal. In response, a process of determining the level of the second storage node of another latch circuit of the plurality of latch circuits to be either the first level or the second level;
A circuit for performing
Whether or not rewriting is performed by determining whether or not writing to the memory cell is completed during a writing operation depending on whether or not the second storage nodes of the plurality of latch circuits have the same second level. nonvolatile semiconductor memory device having a determination circuit for determining Diseases.
上記書き込み動作時に各書き込みビット毎に書き込み十分であるか否かの判定を、ワード線電圧を低いレベルから高いレベルに順次に上げて行うベリファイ読み出し回路
を有する請求項記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, further comprising: a verify read circuit that determines whether or not writing is sufficient for each write bit during the write operation by sequentially increasing the word line voltage from a low level to a high level. .
ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルを有し、3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法であって、
書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージする第1ステップと、
書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線を、ビット線毎に対応した第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有する1ビット分の複数のラッチ回路のラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う第2ステップと、を含み、
上記第2ステップにおいては、
書き込みデータに応じた上記ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのときスイッチ手段により上記選択ビット線と接地電位とを接続してビット線を放電させ
ベリファイ読み出し時に、
ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
を行い
上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが上記第1のレベルまたは上記第2のレベルになったか否かにより再書込みを行うか行わないかを判定する
不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法。
The amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and bit line, the threshold voltage changes according to the change, and data of a value corresponding to the threshold voltage is stored. A method of writing data in a nonvolatile semiconductor memory device having a memory cell that writes multi-bit data of three or more values to the memory cell in page units,
A first step of precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing;
At the time of writing , latches of a plurality of latch circuits for one bit each having a first storage node corresponding to each bit line and a second storage node holding its inversion level are selected according to the address. A second step of discharging according to data and performing writing in parallel,
In the second step,
When the level of the second storage node of the latch circuit corresponding to the write data is a predetermined first level, the switch means connects the selected bit line and the ground potential to discharge the bit line ,
During verify read,
A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. A process to decide on one,
Depending on the first signal and the second signal, the second storage node of one of the plurality of latch circuits is set to either the first level or the second level. And determining the level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, and the second signal. In response, a process of determining the level of the second storage node of another latch circuit of the plurality of latch circuits to be either the first level or the second level;
And
Non-volatile semiconductor memory device data writing for determining whether rewriting is performed or not depending on whether the level of the second storage node of the plurality of latch circuits has reached the first level or the second level Method.
ワード線およびビット線への印加電圧に応じて電荷蓄積部に蓄積された電荷量が変化し、その変化に応じてしきい値電圧が変化し、しきい値電圧に応じた値のデータを記憶するメモリセルが複数個接続され、その一端および他端がゲート電圧に応じて導通状態が制御される選択トランジスタを介してビット線および接地線に接続されたメモリストリングがマトリクス状に配置され、同一行のメモリセルの制御ゲートが共通のワード線に接続され、セルフ−ブーストを用いて3値以上の多ビットデータをページ単位でメモリセルに書き込む不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法であって、
書き込み前に全ビット線を所定の電圧にプリチャージする第1ステップと、
書き込み時に、アドレスに応じて選択されたビット線を、ビット線毎に対応した第1の記憶ノードとその反転レベルを保持する第2の記憶ノードとを有する1ビット分の複数のラッチ回路のラッチデータに応じて放電させ、書き込みを並列に行う第2ステップと、を含み、
上記第2ステップにおいては、
書き込みデータに応じた上記ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが所定の第1のレベルのときスイッチ手段により上記選択ビット線と接地電位とを接続してビット線を放電させ
ベリファイ読み出し時に、
ベリファイを行うしきい値レベルに応じて供給される第1の信号と、書き込み対象となったメモリセルが目標とするしきい値を上回った否かを示す第2の信号と、他のラッチ回路の上記第1の記憶ノードのレベルとに応じて、上記各ラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを、上記各スイッチ手段を導通させる上記第1のレベルか非導通とする第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて上記複数のラッチ回路のうちの一のラッチ回路の第2の記憶ノードを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定し、当該決定された上記第2の記憶ノードのレベルに応じて決定される当該一のラッチ回路の第1の記憶ノードのレベルと、上記第1の信号と、上記第2の信号とに応じて、上記複数のラッチ回路のうちの他のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルを上記第1のレベルか上記第2のレベルのいずれかに決定する処理と、
を行い
上記複数のラッチ回路の第2の記憶ノードのレベルが上記第1のレベルまたは上記第2のレベルになったか否かにより再書込みを行うか行わないかを判定する
不揮発性半導体記憶装置のデータ書き込み方法。
The amount of charge stored in the charge storage unit changes according to the voltage applied to the word line and bit line, the threshold voltage changes according to the change, and data of a value corresponding to the threshold voltage is stored. A plurality of memory cells are connected, and one end and the other end of the memory strings are connected in the form of a matrix and connected to a bit line and a ground line via a select transistor whose conduction state is controlled according to the gate voltage. A data writing method for a nonvolatile semiconductor memory device in which control gates of memory cells in a row are connected to a common word line, and multi-bit data of three or more values is written in memory cells in units of pages using self-boost,
A first step of precharging all bit lines to a predetermined voltage before writing;
At the time of writing , latches of a plurality of latch circuits for one bit each having a first storage node corresponding to each bit line and a second storage node holding its inversion level are selected according to the address. A second step of discharging according to data and performing writing in parallel,
In the second step,
When the level of the second storage node of the latch circuit corresponding to the write data is a predetermined first level, the switch means connects the selected bit line and the ground potential to discharge the bit line ,
During verify read,
A first signal supplied in accordance with a threshold level to be verified, a second signal indicating whether or not a memory cell to be written has exceeded a target threshold, and another latch circuit Depending on the level of the first storage node, the level of the second storage node of each latch circuit is set to the second level that makes the switch means conductive or non-conductive. A process to decide on one,
Depending on the first signal and the second signal, the second storage node of one of the plurality of latch circuits is set to either the first level or the second level. And determining the level of the first storage node of the one latch circuit determined according to the determined level of the second storage node, the first signal, and the second signal. In response, a process of determining the level of the second storage node of another latch circuit of the plurality of latch circuits to be either the first level or the second level;
And
Non-volatile semiconductor memory device data writing for determining whether rewriting is performed or not depending on whether the level of the second storage node of the plurality of latch circuits has reached the first level or the second level Method.
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