JP4667719B2 - Nonvolatile multilevel semiconductor memory - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つのメモリセルに複数ビットのデータを記憶する不揮発性多値半導体メモリおよび不揮発性多値半導体メモリの動作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュメモリ等の不揮発性半導体メモリは、メモリセルの電荷蓄積層中に電子を注入し、メモリセルの閾値電圧を変えることで、データを記憶している。メモリセルの閾値電圧は、電子が電荷蓄積層に存在すると高くなり、電子が電荷蓄積層中に存在しないと低くなる。フラッシュメモリのメモリセルが2値データを記憶する場合、一般に、閾値電圧が高く、読み出し動作時にメモリセルに電流が流れない状態が、"データ0"が書き込まれた状態("0状態")であり、閾値電圧が低く、読み出し動作時にメモリセルに電流が流れる状態が、"データ1"が書き込まれた状態("1状態"=消去状態)である。
【0003】
"0状態"および"1状態"は、読み出し動作時にメモリセルに流れる電流(メモリセル電流)を基準電流と比較することで検出される。
この種の不揮発性半導体メモリは、記憶容量(記憶密度)が年々高くなってきている。記憶密度を高める手法として、メモリセルの閾値電圧を3通り以上に制御することで多値データを記憶させる不揮発性多値半導体メモリが開発されている(例えば、特許文献1参照)。また、メモリセルの絶縁膜中に局所的に電子を注入することで、多値データを記憶する不揮発性メモリセルが開発されている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−92186号公報(7〜8ページ、図2、3)
【特許文献2】
特開2001−57093号公報(3〜4ページ、図3)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の不揮発性多値半導体メモリでは、メモリセルの閾値電圧は、書き込みデータの論理値毎に順次変えられて、多値データが複数のメモリセルに書き込まれる。1回の書き込み動作では、複数のメモリセルに同じ電荷量しか注入できない。このため、一つのメモリセルに記憶するデータのビット数が増えるほど、書き込み回数は増加し、書き込み時間は長くなる。
また、一般に不揮発性半導体メモリでは、メモリセルにデータが正しく書き込まれたことをチェックするベリファイ動作が、書き込み動作の後に必要である。従来、ベリファイ動作は、論理値毎に実施されている。このため、書き込み動作と同様に、一つのメモリセルに記憶するデータのビット数が増えるほど、ベリファイ回数は増加し、ベリファイ時間は長くなる。
【0006】
本発明の目的は、不揮発性多値半導体メモリにおいて、メモリセルへの多値データの書き込み時間を短縮することにある。
本発明の別の目的は、不揮発性多値半導体メモリにおいて、メモリセルに書き込まれた多値データのベリファイ時間を短縮することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1および請求項2の不揮発性多値半導体メモリでは、同一メモリセル内で電荷を2つの領域に蓄積する電荷蓄積層を有する複数のNOR型不揮発性メモリセルは、仮想接地型メモリセルアレイ構成に配置され、入出力ノードを介して直列に接続されている。電圧生成回路は、複数のソース線およびドレイン線にそれぞれ供給されるNOR型不揮発性メモリセルに書き込まれる論理値ごとに電圧値が異なる複数のソース電圧およびドレイン電圧を生成する。複数のスイッチは、メモリセルアレイの外に設けられており、ビット線と各ソース線との間、およびビット線とドレイン線との間に、ビット線ごとに配置されている。スイッチ制御回路は、メモリセルにデータを書き込む書き込み動作およびメモリセルに書き込まれたデータの論理レベルを確認する検証動作時に、スイッチをオンするスイッチ制御信号を生成する。ビット線は、スイッチ制御信号により、複数のソース線およびドレイン線のいずれかにそれぞれ接続される。
【0008】
書き込み動作または検証動作において、複数のソース線を任意のビット線に接続できるため、互いに異なる複数のソース電圧を、ビット線を介して複数のメモリセルの入出力ノードに供給できる。このため、1回の書き込み動作で複数の論理値を複数のメモリセルにそれぞれ書き込むことができる。また、異なる論理値がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルを、1回の検証動作で検証できる。この結果、1つのメモリセルに複数ビットを記憶する不揮発性多値半導体メモリにおいて、書き込み動作および検証動作の実行時間を短縮できる。すなわち、メモリセルにデータを書き込む書き込み時間(ビジー時間)を短縮できる。
【0009】
【0010】
請求項3の不揮発性多値半導体メモリでは、スイッチ制御回路は、外部端子を介して供給される複数ビットの書き込みデータおよび書き込みデータを書き込むメモリセルを示すアドレスに応じて、スイッチ制御信号を出力する。このため、アドレスに応じて選択されるメモリセルに、書き込みデータが示す論理値を確実に書き込むことができる。また、メモリセルに書き込まれたデータを確実に検証できる。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
請求項4の不揮発性多値半導体メモリでは、ワード電圧生成回路は、メモリセルへのデータの書き込み中に、ワード線に書き込みワード電圧を供給するとともに、メモリセルに書き込まれたデータの検証中に、ワード線に検証ワード電圧を供給する。複数のソース線を形成することで、ワード線に接続された複数のメモリセルに、1回の書き込み動作で複数の論理値をそれぞれ書き込むことができる。また、ワード線に接続され異なる論理値がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルを、1回の検証動作で検証できる。
【0017】
請求項5の不揮発性多値半導体メモリでは、各メモリセルの電荷蓄積層は、データの論理値に応じて局所的にキャリアをトラップするトラップ絶縁膜として形成されている。例えば、トラップ絶縁膜の複数箇所にそれぞれキャリアをトラップさせることで、1つのメモリセルにより多くのビット数のデータを記憶できる。多くのビット数のデータを記憶させる場合にも、書き込み動作時間および検証動作時間を従来に比べ短縮できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図中、太線で示した信号線は、複数本で構成されている。図中の二重丸は、外部端子を示している。
図1は、本発明の不揮発性多値半導体メモリの第1の実施形態を示している。この実施形態は、請求項1〜3、請求項4および請求項5に対応している。
この不揮発性多値半導体メモリは、シリコン基板上にCMOSプロセスを使用してフラッシュメモリとして形成されている。
【0019】
フラッシュメモリは、内部電圧生成回路10、高電圧生成回路12、状態制御回路14、コマンドレジスタ16、アドレスレジスタ18、ステータスレジスタ20、ロウアドレスデコーダ24、コラムアドレスデコーダ26、ページバッファ28、メモリセルアレイ30、およびI/Oバッファ32を有している。
内部電圧生成回路10は、状態制御回路14からの制御信号に応じて、複数種の内部電圧を生成し、生成した電圧をロウアドレスデコーダ24およびコラムアドレスデコーダ26に供給する。高電圧発生回路12は、状態制御回路14からの制御信号に応じて、ワード線電圧等の高電圧を生成し、生成した電圧をロウデコーダ24およびメモリセルアレイ30に供給する。
【0020】
状態制御回路14は、外部端子を介して供給されるコマンド信号CMD1(アドレスラッチイネーブル信号、コマンドラッチイネーブル信号、スペアエリアイネーブル信号、ライトプロテクト信号等)、コマンド信号CMD2(チップイネーブル信号、リードイネーブル信号、ライトイネーブル信号等)、およびコマンドレジスタ16からの制御信号を受け、読み出し動作、書き込み動作(プログラム動作)、および消去動作を実行するための複数の制御信号を生成する。また、状態制御回路14は、チップの状態に応じて、レディー/ビジー信号R/Bを出力する。
【0021】
コマンドレジスタ16は、入出力端子I/Oに供給されるコマンド信号を、I/Oバッファ32を介して受け、受けた信号を状態制御回路14に出力する。アドレスレジスタ18は、入出力端子I/Oに供給されるアドレス信号を、I/Oバッファ32を介して受け、受けた信号をロウアドレスデコーダ24およびコラムアドレスデコーダ26に出力する。I/Oバッファ32は、入出力端子I/Oを介してコマンド信号、アドレス信号、およびデータ信号を受ける。データ信号は、センスアンプ/バッファ28に入出力される。
【0022】
ロウアドレスデコーダ24は、アドレスレジスタ18からのアドレス信号(上位ビット)に応じてワード線WLのいずれかを選択する。ロウアドレスデコーダ24は、選択したワード線WLにプログラム電圧、検証電圧、読み出し電圧、または消去電圧を供給する。コラムアドレスデコーダ26は、アドレスレジスタ18からのアドレス信号(下位ビット)に応じて所定のビット線BLを選択する。具体的には、アクセスされるメモリセルMCの両側のビット線BLがアドレス信号に応じて選択される。選択されたビット線BLは、後述するコラムアドレスデコーダ26により、所定の電圧に設定される。
【0023】
センスアンプ/バッファ28は、複数のセンスアンプおよびデータを一時保持するバッファを有している。センスアンプ/バッファ28は、書き込み動作時に、I/Oバッファ32を介して入出力端子I/Oから順次供給される書き込みデータをバッファに保持し、保持したデータに応じてビット線BLを所定の電圧に設定する。また、センスアンプ/バッファ28は、読み出し動作時に、ビット線BLを介して伝達されるメモリセルMCからのメモリセル電流を基準電流と比較し、メモリセルMCに保持されているデータの論理レベルを検出する。すなわち、メモリセルアレイ30からの読み出しデータは、センスアンプで増幅される。増幅されたデータは、バッファに蓄えられ、I/Oバッファ32を介して入出力端子I/Oに出力される。
【0024】
メモリセルアレイ30は、マトリックス状に配置された複数のメモリセルMC、図の横方向に配線された複数のワード線WL、および図の縦方向に沿って配線された複数のビット線を有している。図の横方向に並ぶメモリセルMCは、入出力ノードNDを介して直列に接続されている。図の横方向に並ぶメモリセルMCの制御ゲートは、同じワード線WLに接続されている。図の縦方向に並ぶメモリセルMCの入出力ノードNDは、ビット線BLを介して互いに接続されている。各ビット線BLは、図の左右両側に隣接するメモリセルMCに共有されている。この種のメモリセルアレイは、一般に仮想接地型と称されている。
【0025】
各メモリセルMCは、キャリア(電子)を蓄積するトラップゲートTGを有するトランジスタ(セルトランジスタ)で構成されている。トラップゲートTGにトラップされたキャリアは、トラップゲートTG内を移動しない。これを利用して、セルトランジスタの閾値電圧は、局所的に変化可能である。
本実施形態では、メモリセルMCは、トラップゲートTGにおける両入出力ノードND側(セルトランジスタのチャネル領域のソース側、ドレイン側)に形成されたトラップ領域(図の白い四角形)に、それぞれ書き込みデータを保持できる。すなわち、このメモリセルMCは、ダブルビット構造である。各トラップ領域は、トラップされる電子の量に応じて2ビットの書き込みデータを保持できる。このため、一つのメモリセルMCは、4ビットのデータ(16値)を記憶できる。
【0026】
図2は、図1に示したメモリセルアレイ30およびコラムアドレスデコーダ26の要部を示している。
メモリセルアレイ30は、アドレス信号の上位ビットで識別される複数のメモリブロックで構成されており、各メモリブロックは、8ビットのデータ端子I/O0-I/O7に対応する8個のメモリ領域MA0-7を有している。各メモリブロック内において、ワード線WLは、8個のメモリ領域MA0-7に共通に配線されている。
【0027】
コラムアドレスデコーダ26は、メモリ領域MA0-7に対応する複数のソース線領域SLA0-SLA7(データ端子I/O0-I/O7に対応)を有している。各ソース線領域SLA0-SLA7は、第1および第2スイッチ制御回路34、36、電圧制御回路38、複数の第1スイッチSW1、複数の第2スイッチSW2、第1スイッチ制御線SC1(SC11、SC12、SC13、SC14、...)、第2スイッチ制御線SC2(SC21、SC22、SC23、SC24、...)、ソース線SL1-SL3、およびドレイン線DLを有している。
【0028】
第1スイッチ制御回路34は、書き込み動作時および書き込み動作後の検証動作時に、アドレス信号(下位ビット)および書き込みデータの論理値に応じて、所定の第1スイッチ制御線SC1に高レベルの第1スイッチ制御信号を出力する。第1スイッチ制御信号の出力により、1つおきのビット線BL毎にスイッチSW1のいずれかがオンする。
【0029】
第2スイッチ制御回路36は、書き込み動作時および書き込み動作後の検証動作時に、アドレス信号(下位ビット)および書き込みデータの論理値に応じて、所定の第2スイッチ制御線SC2に高レベルの第2スイッチ制御信号を出力する。第2スイッチ制御信号の出力により、1つおきのビット線BL毎にスイッチSW2のいずれかがオンする。
【0030】
電圧制御回路38は、メモリセルMCにデータを書き込む書き込みサイクルにおいて、書き込みデータの3種類の論理値に対応する3つの書き込み電圧をソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第1ドレイン電圧をドレイン線DLに出力する(書き込み動作)。次に、電圧制御回路38は、書き込みデータの3種類の論理値に対応する3つの検証電圧を、ソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第2ドレイン電圧をドレイン線DLに出力する(検証動作)。
【0031】
書き込み電圧、検証電圧、第1および第2ドレイン電圧は、図1に示した内部電圧生成回路10により生成される。
図3は、図1に示した内部電圧生成回路10および高電圧生成回路12が生成する電圧を示している。
書き込み動作(プログラム動作)において、内部電圧生成回路10は、書き込みデータの論理L1、L2、L3にそれぞれ対応する書き込み電圧VS1、VS2、VS3(例えば、それぞれ0.15V、0.10V、0.05V)と、第1ドレイン電圧VDP(例えば、6.0V)とを出力する。論理L1、L2、L3は、2進数の"10"、"01"、"00"にそれぞれ対応する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VGP(例えば、9.8V)を出力する。ゲート電圧VGPは、アドレス信号(上位ビット)に応じてロウアドレスデコーダ24により選択されるワード線WLに供給される。非選択のワード線WLには、接地電圧が供給される。
【0032】
書き込み動作後の検証動作において、内部電圧生成回路10は、書き込みデータの論理L1、L2、L3にそれぞれ対応する検証電圧VV1、VV2、VV3(例えば、それぞれ0.15V、0.10V、0.05V)と、第1ドレイン電圧VDR(例えば、4.0V)を出力する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VRD(例えば、4.0V)を出力する。ゲート電圧VRDは、書き込み動作中に選択されたワード線WLに供給される。非選択のワード線WLには、接地電圧が供給される。
【0033】
図4は、第1の実施形態における書き込みデータの論理値とメモリセルMCの閾値電圧との関係を示している。なお、図4は、メモリセルMCの1つのトラップ領域(図1の白い四角形)について示している。上述したように、1つのメモリセルMCは、2つのトラップ領域により16値を記憶できる。以降の説明では、書き込みデータの論理L0-L3に対応する閾値電圧の分布領域を、それぞれ領域L0-L3と称する。
【0034】
メモリセルMCの各トラップ領域の閾値電圧は、書き込まれるデータの論理値に応じて、領域L0-L3のいずれかに分布する。領域L0-L3は、2ビットデータの"11"、"10"、"01"、"00"にそれぞれ対応している。領域L0は、閾値電圧が負であり、消去状態のメモリセルMC(トラップ領域)の分布である。この領域では、セルトランジスタは、ディプレッショントランジスタとして動作する。領域L1-L3のメモリセルは、閾値電圧が正であり、セルトランジスタは、エンハンスメントトランジスタとして動作する。
【0035】
メモリセルMCは、消去状態で論理L0("11")を記憶している。このため、メモリセルMCに残りの3通りの論理L1-L3を書き込むために、3種類の書き込み電圧VS1-VS3および3種類の検証電圧VV1-VV3が必要になる。この実施形態では、3種類の書き込み電圧VS1-VS3をそれぞれ供給するソース線SL1-SL3を独立に形成しているため、1回の書き込み動作で、メモリセルMCに全ての論理を書き込むことができる。また、3種類の検証電圧VV1-VV3をそれぞれ供給するソース線SL1-SL3を独立に形成しているため、1回の検証動作で、メモリセルMCに書き込まれている全ての論理を検証できる。
【0036】
データの書き込み(プログラム)は、各トラップ領域について、閾値電圧がVT(VT1、VT2、VT3)を超えるまで行われる。例えば、トラップ領域に論理"10"を書き込む場合、そのセルトランジスタの閾値電圧がVT1を超えるまで、書き込み動作と検証動作とが繰り返される。そして、各トラップ領域の閾値電圧は、領域L0-L3のいずれかに設定される。
【0037】
データの読み出しは、セルトランジスタの閾値電圧を参照電圧VR(VR1、VR2、VR3)と比較することで行われる。セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR1より低いとき、トラップ領域に保持されているデータは、"11"と判定される。セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR1、VR2の間にあるとき、トラップ領域に保持されているデータは、"10"と判定される。セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR2、VR3の間にあるとき、トラップ領域に保持されているデータは、"01"と判定される。セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR3より高いとき、トラップ領域に保持されているデータは、"00"と判定される。
【0038】
図5は、第1の実施形態における書き込み動作を示している。
書き込み動作では、各メモリ領域MA0-7毎に、ワード線WLおよびビット線BLにより選択される1つのメモリセルMCにデータが書き込まれる。この例では、データ端子I/O0に対応するメモリ領域MAのメモリセルMC(ワード線WL2に接続されるメモリセルMCの1つ)に論理L1("10")が書き込まれ、データ端子I/O1に対応するメモリ領域MAのメモリセルMCに論理L2("01")が書き込まれ、データ端子I/O7に対応するメモリ領域MAのメモリセルMCに論理L3("00")が書き込まれる。ゲート電圧VGP(9.8V)がワード線WL2に供給され、接地電圧がその他のワード線WLに供給される。
【0039】
データ端子I/O0に対応するソース線領域SLA0の電圧生成回路38は、書き込み電圧VS1、VS2、VS3(それぞれ、0.15V、0.10V、0.05V)をソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第1ドレイン電圧VDP(6.0V)をドレイン線DLに出力する。
第1および第2スイッチ制御回路34、36は、アドレス信号および書き込みデータに応じて、図に丸印で示したスイッチSW1、SW2をオンさせるために、第1および第2スイッチ制御線SC1、SC2にスイッチ制御信号(高レベル)を出力する。
【0040】
論理L1が書き込まれるメモリセルMCに接続されたビット線BL2、BL3は、プリチャージ電圧(フローティング)から書き込み電圧VS1および第1ドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、書き込み電圧VS1または第1ドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。このため、データが書き込まれないメモリセルMCは、ソース・ドレイン間電圧が0Vになり、誤書き込みが防止される。
【0041】
データ端子I/O1、I/O7に対応するソース線領域SLA1、SLA7の電圧生成回路38は、書き込み電圧VS1、VS2、VS3(それぞれ、0.15V、0.10V、0.05V)を、ソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第1ドレイン電圧VDP(6.0V)をドレイン線DLに出力する。ソース線領域SLA1の第1および第2スイッチ制御回路34、36の動作により、論理L2が書き込まれるメモリセルMCに接続された一対のビット線BLは、プリチャージ電圧(フローティング)から書き込み電圧VS2および第1ドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、書き込み電圧VS2または第1ドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。同様に、ソース線領域SLA7の第1および第2スイッチ制御回路34、36の動作により、論理L3が書き込まれるメモリセルMCに接続された一対のビット線BLは、プリチャージ電圧(フローティング)からソース電圧VS3およびドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、書き込み電圧VS3または第1ドレイン電圧VDPにそれぞれ変化する。
【0042】
そして、メモリセルMCのトラップ領域の一方(黒い四角で示した図の左側のトラップ領域)に書き込みデータの論理値に応じた電子がそれぞれトラップされる。すなわち、書き込み動作が実行される。なお、論理L1をトラップ領域の他方に書き込む場合、ビット線BL3に第1ドレイン電圧VDPが供給され、ビット線BL2にソース電圧VS1が供給される。
【0043】
このように、本実施形態では、第1および第2スイッチ制御回路34、36が、ビット線BLをソース線SL1-3、ドレイン線DLに選択的に接続することで、論理値が互いに異なる書き込みデータを、1回の書き込み動作で複数のメモリセルMCに同時に書き込むことができる。
図6は、第1の実施形態における書き込み動作後の検証動作を示している。検証動作は、メモリセルMC(図の左側のトラップ領域)にデータが正しく書き込まれたことを確認するための動作である。
【0044】
まず、ゲート電圧VGP(9.8V)が、ワード線WL2に供給され、接地電圧が、その他のワード線WLに供給される。
データ端子I/O0に対応するソース線領域SLA0の電圧生成回路38は、検証電圧VV1、VV2、VV3(それぞれ、0.15V、0.10V、0.05V)を、ソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第2ドレイン電圧VDR(4.0V)をドレイン線DLに出力する。
【0045】
第1および第2スイッチ制御回路34、36は、アドレス信号および書き込みデータに応じて、図に丸印で示したスイッチSW1、SW2をオンさせるために、第1および第2スイッチ制御線SC1、SC2にスイッチ制御信号(高レベル)を出力する。
書き込み動作により論理L1が書き込まれたメモリセルMCに接続されたビット線BL2、BL3は、プリチャージ電圧(フローティング)から検証電圧VV1および第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、ソース電圧VV1または第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。このため、データが書き込まれないメモリセルMCは、ソース・ドレイン間電圧が0Vになり、誤書き込みが防止される。
【0046】
データ端子I/O1、I/O7に対応するソース線領域SLA1、SLA7の電圧生成回路38は、検証電圧VV1、VV2、VV3(それぞれ、0.15V、0.10V、0.05V)を、ソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第2ドレイン電圧VDR(4.0V)をドレイン線DLに出力する。ソース線領域SLA1の第1および第2スイッチ制御回路34、36の動作により、論理L2が書き込まれるメモリセルMCに接続された一対のビット線BLは、プリチャージ電圧(フローティング)から検証電圧VV2および第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、検証電圧VV2または第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。同様に、ソース線領域SLA7の第1および第2スイッチ制御回路34、36の動作により、論理L3が書き込まれるメモリセルMCに接続された一対のビット線BLは、プリチャージ電圧(フローティング)からソース電圧VV3および第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。他のビット線BLは、ソース電圧VV3または第2ドレイン電圧VDRにそれぞれ変化する。
【0047】
そして、メモリセルMCのソース・ドレイン間を流れるメモリセル電流をセンスアンプで検出することにより、メモリセルMCに書き込まれているデータの論理値が判定される。なお、トラップ領域の他方に書き込まれた論理L1を検証する場合、ビット線BL2に第2ドレイン電圧VDRが供給され、ビット線BL3に検証電圧VV1が供給される。
【0048】
このように、本実施形態では、第1および第2スイッチ制御回路34、36が、ビット線BLをソース線SL1-3、ドレイン線DLに選択的に接続することで、メモリセルMCに書き込まれた論理値が互いに異なる書き込みデータを、1回の検証動作で検証できる。
図7は、第1の実施形態の検証動作におけるメモリセル電流を示している。
【0049】
本実施形態では、検証動作において、メモリセルMCに書き込まれているデータの論理値に応じてソース電圧が変えられ、選択されるワード線電圧VGは一定(VRD)である。このため、図7に示すように、データが書き込まれたメモリセルMC(セルトランジスタ)の電流特性は、書き込まれているデータの論理値に依存せず同じになる。この結果、1つのワード線WLに接続されている複数のメモリセルMCの検証動作を同時に実施できる。
【0050】
図8は、本発明前の検証動作におけるメモリセル電流を示している。
本発明前では、メモリセルMCに書き込まれているデータの論理値に応じて、ソース電圧を一定にしてゲート電圧VGが変えられて、検証動作が実行される。このため、図8に示すように、1つのワード線WLに接続された複数のメモリセルMCの電流特性は、書き込まれたデータの論理値により異なる。したがって、検証動作は、論理値毎に実施するしかない。
【0051】
図9は、第1の実施形態における書き込み動作および検証動作を示している。このフローは、フラッシュメモリ内部で自動的に実施される。
まず、ステップS10において、フラッシュメモリは、図5で説明したように、アドレス信号により選択されたメモリセルMCに論理L1、L2、L3のいずれかを同時にプログラムする。次に、ステップS11において、フラッシュメモリは、図6で説明したように、論理L1、L2、L3がプログラムされたメモリセルMCの検証動作を同時に実施する。フラッシュメモリは、検証動作において書き込みが不十分と判定したメモリセルMCについて、再度書き込み動作および検証動作を実施する。
【0052】
本発明では、複数の論理L1-L3の複数のメモリセルMCへの書き込み動作を、1回で実行できる。また、複数の論理L1-L3が書き込まれたメモリセルの検証動作を、1回で実行できる。このため、書き込み動作および検証動作に必要な時間を短縮できる。この結果、多値メモリセルにおいても、フラッシュメモリの書き込み時間(プログラム時間)が増加することを防止できる。
【0053】
図10は、本発明前の書き込み動作および検証動作を示している。
本発明前では、1つのワード線に接続されたメモリセルMCに論理L1-L3が順次プログラムされる(ステップS20、S22、S24)。検証動作は、論理L1-L3毎にそれぞれ実施される(ステップS21、S23、S25)。このため、フラッシュメモリの書き込み時間(プログラム時間)は、大幅に増加する。
【0054】
以上、第1の実施形態では、書き込み動作または検証動作において、複数のソース線SL1-LS3をアドレスおよびデータに応じて所定のビット線BLに接続できるため、複数のソース電圧VS1-VS3、VV1-VV3を、ビット線BLを介して複数のメモリセルMCの入出力ノードに同時に供給できる。換言すれば、書き込みデータの全ての論理L1-L3に対応する複数の書き込み電圧VS1-VS3をソース線VS1-VS3にそれぞれ出力できるため、1回の書き込み動作で全ての論理L1-L3を複数のメモリセルMCにそれぞれ書き込むことができる。なお、論理L0は、消去状態(初期状態)の論理であるため、書き込み電圧は不要である。また、複数の検証電圧VV1-VV3を同時に出力できるため、全ての論理値L0-L3がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルMCを1回の検証動作で検証できる。この結果、書き込み動作および検証動作の実行時間を短縮できる。すなわち、メモリセルMCにデータを書き込む書き込み時間(レディー/ビジー信号R/Bのビジー期間)を短縮できる。
【0055】
第1および第2スイッチ制御回路34、36が、外部端子I/Oを介して供給される書き込みデータおよびアドレスに応じてスイッチ制御信号を出力することで、アドレスに応じて選択されるメモリセルMCに、書き込みデータが示す論理値を確実に書き込むことができる。また、メモリセルMCに書き込まれたデータを確実に検証できる。
【0056】
書き込み動作において、複数の書き込み電圧VS1-VS3および検証電圧VV1-VV3が同時にビット線に供給されるため、1つのワード線WLに接続された複数のメモリセルMCに、1回の書き込み動作で複数の論理値をそれぞれ書き込むことができる。また、検証動作において、複数の検証電圧VV1-VV3が同時にビット線に供給されるため、1つのワード線WLに接続され異なる論理値がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルMCを、1回の検証動作で検証できる。
【0057】
トラップ絶縁膜を有するメモリセルMCでメモリセルアレイ30を構成することで、1つのメモリセルMC内の複数箇所にデータを記憶できる。多くのビット数のデータをメモリセルMC記憶させる場合にも、書き込み動作時間および検証動作時間を従来に比べ短縮できる。
図11は、本発明の不揮発性多値半導体メモリの第2の実施形態を示している。この実施形態は、請求項1〜3、請求項4および請求項5に対応している。第1の実施形態で説明した回路・信号と同一の回路・信号については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【0058】
フラッシュメモリは、第1の実施形態のコラムアドレスデコーダ26およびメモリセルアレイ30の代わりに、コラムアドレスデコーダ40およびメモリセルアレイ42を有している。メモリセルアレイ42は、各メモリセルMCのトラップ領域の一方のみに(図の左側のみ)データを記憶する。すなわち、このメモリセルMCは、シングルビット構造である。1つのメモリセルには、2ビットのデータが記憶できる。コラムアドレスデコーダ40は、シングルビット構造のメモリセルMCにデータを書き込み、検証するために、第1の実施形態と同様の第1および第2スイッチ回路、電圧制御回路を有している。その他の構成は、第1の実施形態とほぼ同じである。
【0059】
以上、第2の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
図12は、本発明の不揮発性多値半導体メモリの第3の実施形態を示している。この実施形態は、請求項1〜5に対応している。第1の実施形態と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
【0060】
フラッシュメモリは、第1の実施形態の内部電圧生成回路10、コラムアドレスデコーダ26およびメモリセルアレイ30の代わりに、内部電圧生成回路44、コラムアドレスデコーダ46およびメモリセルアレイ48を有している。内部電圧生成回路44は、メモリセルMCに7通りの論理値を書き込むために、7種類の書き込み電圧、7種類の検証電圧、第1および第2ドレイン電圧を生成する。なお、メモリセルMCに記憶できる論理値の種類は、消去状態を含め8通りある。コラムアドレスデコーダ46は、内部電圧生成回路44から供給される書き込み電圧、検証電圧、第1および第2ドレイン電圧を、アドレス信号に応じた所定のビット線に選択的に供給する。メモリセルアレイ48は、各メモリセルMCのトラップ領域の両方に、それぞれ3ビットのデータを記憶する。すなわち、このメモリセルMCは、ダブルビット構造である。1つのメモリセルは、6ビット(64値)のデータが記憶できる。その他の構成は、第1の実施形態とほぼ同じである。
【0061】
図13は、図12に示したメモリセルアレイ48およびコラムアドレスデコーダ46の要部を示している。
メモリセルアレイ30は、複数のメモリブロックで構成されており、各メモリブロックは、8ビットのデータ端子I/O0-I/O7に対応する8個のメモリ領域MA0- MA 7を有している。ワード線WLは、8個のメモリ領域MA0- MA 7に共通に配線されている。
【0062】
コラムアドレスデコーダ46は、メモリ領域MA0-MA7に対応する複数のソース線領域SLA0-SLA7を有している。各ソース線領域SLA0-SLA7は、第1および第2スイッチ制御回路50、52、電圧制御回路54、複数の第1スイッチSW1、複数の第2スイッチSW2、第1スイッチ制御線SC1(SC11、SC12、SC13、SC14、...)、第2スイッチ制御線SC2(SC21、SC22、SC23、SC24、...)、ソース線SL1-SL3、およびドレイン線DLを有している。
【0063】
第1スイッチ制御回路50は、書き込み動作時および書き込み動作後の検証動作時に、アドレス信号(下位ビット)および書き込みデータの論理値に応じて、所定の第1スイッチ制御線SC1に高レベルの第1スイッチ制御信号を出力する。第1スイッチ制御信号の出力により、1つおきのビット線BL毎にスイッチSW1のいずれかがオンする。
【0064】
第2スイッチ制御回路52は、書き込み動作時および書き込み動作後の検証動作時に、アドレス信号(下位ビット)および書き込みデータの論理値に応じて、所定の第2スイッチ制御線SC2に高レベルの第2スイッチ制御信号を出力する。第2スイッチ制御信号の出力により、1つおきのビット線BL毎にスイッチSW2のいずれかがオンする。
【0065】
電圧制御回路54は、メモリセルMCにデータを書き込む書き込みサイクルにおいて、まず、書き込みデータの7種類の論理L1-L7のうち、論理L1-L4にそれぞれ対応する4つの書き込み電圧VS1-VS4をソース線SL1-SL4にそれぞれ出力し、第1ドレイン電圧VDPをドレイン線DLに出力する(第1書き込み動作)。次に、電圧制御回路38は、論理L1-L4にそれぞれ対応する4つの検証電圧VV1-VV4を、ソース線SL1-SL4にそれぞれ出力し、第2ドレイン電圧VDRをドレイン線DLに出力する(第1検証動作)。次に、電圧制御回路38は、論理L5-L7にそれぞれ対応する3つの書き込み電圧VS5-VS7をソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第1ドレイン電圧VDPをドレイン線DLに出力する(第2書き込み動作)。次に、電圧制御回路38は、論理L5-L7にそれぞれ対応する4つの検証電圧VV5-VV7を、ソース線SL1-SL3にそれぞれ出力し、第2ドレイン電圧VDRをドレイン線DLに出力する(第2検証動作)。
【0066】
書き込み電圧VS1-VS7、検証電圧VV1-VV7、第1および第2ドレイン電圧VDP、VDRは、図12に示した内部電圧生成回路44により生成される。
図14は、図12に示した内部電圧生成回路44および高電圧生成回路12が生成する電圧を示している。
第1書き込み動作(第1プログラム動作)において、内部電圧生成回路44は、書き込みデータの論理L1-L4("110"、"101"、"100"、"011")にそれぞれ対応する書き込み電圧VS1、VS2、VS3、VS4(例えば、それぞれ0.23V、0.20V、0.17V、0.14V)および第1ドレイン電圧VDP(例えば、6.0V)を出力する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VGP(例えば、9.8V)を出力する。ゲート電圧VGPは、アドレス信号(上位ビット)に応じてロウアドレスデコーダ24により選択されるワード線WLに供給される。
【0067】
第1書き込み動作後の第1検証動作において、内部電圧生成回路44は、書き込みデータの論理L1-L4("110"、"101"、"100"、"011")にそれぞれ対応する検証電圧VV1、VV2、VV3、VV4(例えば、それぞれ0.23V、0.20V、0.17V、0.14V)および第1ドレイン電圧VDR(例えば、4.0V)を出力する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VRD(例えば、4.0V)を出力する。ゲート電圧VRDは、書き込み動作中に選択されたワード線WLに供給される。
【0068】
次に、第2書き込み動作(第2プログラム動作)において、内部電圧生成回路44は、書き込みデータの論理L5-L7("010"、"001"、"000")にそれぞれ対応する書き込み電圧VS5、VS6、VS7(例えば、それぞれ0.11V、0.08V、0.05V)および第1ドレイン電圧VDP(例えば、6.0V)を出力する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VGP(例えば、9.8V)を出力する。ゲート電圧VGPは、アドレス信号(上位ビット)に応じてロウアドレスデコーダ24により選択されるワード線WLに供給される。
【0069】
第2書き込み動作後の第2検証動作において、内部電圧生成回路44は、書き込みデータの論理L5-L7("010"、"001"、"000")にそれぞれ対応する検証電圧VV5、VV6、VV7(例えば、それぞれ0.11V、0.08V、0.05V)および第1ドレイン電圧VDR(例えば、4.0V)を出力する。高電圧生成回路12は、ゲート電圧VRD(例えば、4.0V)を出力する。ゲート電圧VRDは、書き込み動作中に選択されたワード線WLに供給される。
【0070】
本実施形態では、書き込みサイクルにおいて、書き込み動作および検証動作を2回に分けて実行するため、書き込み動作において、ソース線SL1-SL4を複数の書き込み電圧VSで共有でき、検証動作において、ソース線SL1-SL4を複数の検証電圧VVで共有できる。この結果、ソース線SL1-SL4の本数を書き込みデータの論理数より少なくでき、多値メモリセルコラムアドレス/バッファの面積を小さくできる。
【0071】
図15は、第3の実施形態における書き込みデータの論理値とメモリセルMCの閾値電圧との関係を示している。なお、図15は、メモリセルMCの2つのトラップ領域(図12の白い四角形)のそれぞれについて示している。1つのメモリセルMCは、上述したように、2つのトラップ領域により64値を記憶できる。
メモリセルの各トラップ領域の閾値電圧は、書き込まれるデータの論理値に応じて、領域L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7のいずれかに分布する。領域L0、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7は、2ビットデータの"111"、"110"、"101"、"100"、"011"、"010"、"001"、"000"にそれぞれ対応している。領域L0は、閾値電圧が負である。この領域では、セルトランジスタは、ディプレッショントランジスタとして動作する。領域L1-L7のメモリセルは、閾値電圧が正であり、セルトランジスタは、エンハンスメントトランジスタとして動作する。メモリセルMCは、消去状態で論理L0("111")を記憶している。このため、メモリセルMCに残りの7通りの論理L1-L7を書き込むために、7種類の書き込み電圧が必要になる。この実施形態では、7種類の書き込み電圧VS1-VS7に対応して共通のソース線SL1-SL3を形成しているため、メモリセルMCに全ての論理を書き込むために2回の書き込み動作が必要になる。また、7種類の検証電圧VV1-VV7に対応して共通のソース線SL1-SL3を形成しているため、メモリセルMCに全ての論理を検証するために2回の検証動作が必要になる。しかし、ソース線SL1-SL3の数を削減できるため、チップサイズを削減できる。
【0072】
データの書き込み(プログラム)は、各トラップ領域について、閾値電圧がVT(VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT7)を超えるまで行われる。例えば、トラップ領域に論理"010"を書き込む場合、そのセルトランジスタの閾値電圧がVT5を超えるまで、プログラム動作が繰り返される。そして、各トラップ領域の閾値電圧は、領域L0-L7のいずれかに設定される。
【0073】
データの読み出しは、セルトランジスタの閾値電圧を参照電圧VR(VR1、VR2、VR3、VR4、VR5、VR6、VR7)と比較することで行われる。例えば、セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR1より低いとき、トラップ領域に保持されているデータは、"111"と判定される。セルトランジスタの閾値電圧が参照電圧VR1、VR2の間にあるとき、トラップ領域に保持されているデータは、"110"と判定される。
【0074】
図16は、第3の実施形態における書き込み動作および検証動作を示している。このフローは、フラッシュメモリ内部で自動的に実施される。
まず、ステップS30において、フラッシュメモリは、アドレス信号により選択されたメモリセルMCに論理L1、L2、L3、L4のいずれかを同時にプログラムする(第1書き込み動作)。次に、ステップS31において、フラッシュメモリは、論理L1、L2、L3、L4がプログラムされたメモリセルMCの検証動作を同時に実施する(第1検証動作)。フラッシュメモリは、検証動作において書き込みが不十分と判定したメモリセルMCについて、再度第1書き込み動作および第1検証動作を実施する。
【0075】
次に、ステップS32において、フラッシュメモリは、アドレス信号により選択されたメモリセルMCに論理L5、L6、L7のいずれかを同時にプログラムする(第2書き込み動作)。次に、ステップS33において、フラッシュメモリは、論理L5、L6、L7がプログラムされたメモリセルMCの検証動作を同時に実施する(第2検証動作)。フラッシュメモリは、検証動作において書き込みが不十分と判定したメモリセルMCについて、再度第2書き込み動作および第2検証動作を実施する。
【0076】
以上、第3の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この実施形態では、ソース線SL1-SL3の数を、書き込みデータの論理数より少なくし、書き込み電圧VS1-VS7および検証電圧VV1-VV7を、ソース線SL1-SL3に複数回に分けて出力することで、ソース線SL1-SL3の本数を削減できる。すなわち配線領域を最小限にして、全ての論理値をメモリセルMCに書き込むことができ、全ての論理値が書き込まれたメモリセルを検証できる。配線領域が最小限になるため、チップサイズを削減できる。
【0077】
図17は、本発明の不揮発性多値半導体メモリの第4の実施形態を示している。この実施形態は、請求項1〜3および請求項4に対応している。第1の実施形態で説明した回路・信号と同一の回路・信号については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。
フラッシュメモリは、第1の実施形態のコラムアドレスデコーダ26およびメモリセルアレイ30の代わりに、コラムアドレスデコーダ56およびメモリセルアレイ58を有している。メモリセルアレイ58のメモリセルMCは、書き込みデータの論理値に応じた電子を蓄積するフローティングゲート層を有している。メモリセルMCは、シングルビット構造であり、1つのメモリセルには、電子の蓄積量に応じて2ビットのデータが記憶できる。コラムアドレスデコーダ56は、メモリセルMCにデータを書き込み、検証するために、第1の実施形態と同様の第1および第2スイッチ回路、電圧制御回路を有している。その他の構成は、第1の実施形態とほぼ同じである。
【0078】
以上、第4の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した第1実施形態では、電圧制御回路38をソース領域SLA0-SLA7毎に形成
し、ソース線SL1、SL2、SL3およびドレイン線DLをソース領域SLA0-SLA7毎に独立に配線する例について述べた。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。例えば、電圧制御回路38をソース領域SLA0-SLA7に共通に形成し、ソース線SL1、SL2、SL3およびドレイン線DLをソース領域SLA0-SLA7に共通に配線してもよい。この場合、電圧制御回路38の数が減るため、フラッシュメモリのチップサイズを削減できる。
【0079】
上述した実施形態では、本発明を、フラッシュメモリに適用した例について述べた。しかしながら、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。本発明は、EEPROM等の電気的書き換え可能な不揮発性多値半導体メモリに適用できる。
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
【0080】
(付記1) 電荷を蓄積する電荷蓄積層を有し、入出力ノードを介して直列に接続されている複数の不揮発性メモリセルと、
前記メモリセルの制御ゲートに接続されたワード線と、
前記入出力ノードにそれぞれ接続された複数のビット線と、
複数のソース電圧がそれぞれ供給される複数のソース線と、
ドレイン電圧が供給されるドレイン線と、
前記ソース電圧および前記ドレイン電圧を生成する電圧生成回路と
前記メモリセルにデータを書き込む書き込み動作および前記メモリセルに書き込まれたデータの論理レベルを確認する検証動作時に、前記ビット線を前記ソース線および前記ドレイン線のいずれかにそれぞれ接続するために、前記各ビット線と前記ソース線との間、および前記各ビット線と前記ドレイン線との間にそれぞれ配置された複数のスイッチと、
前記スイッチをオンするスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0081】
(付記2) 付記1記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記電圧生成回路は、前記書き込み動作において、前記ソース線に書き込みデータの論理値に対応する複数の書き込み電圧をそれぞれ出力し、前記ドレイン線に第1ドレイン電圧を出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
(付記3) 付記2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記スイッチ制御回路は、外部端子を介して供給される複数ビットの書き込みデータおよび書き込みデータを書き込むメモリセルを示すアドレスに応じて、前記スイッチ制御信号を出力することを特徴とすることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0082】
(付記4) 付記2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記ソース線の数は、書き込みデータの論理数に対応しており、
前記電圧生成回路は、前記書き込み動作において、前記書き込みデータの論理値にそれぞれ対応する複数の書き込み電圧を、前記ソース線に1回で出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0083】
(付記5) 付記2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記ソース線の数は、書き込みデータの論理数より少なく、
前記電圧生成回路は、前記書き込み動作において、前記書き込みデータの論理値にそれぞれ対応する複数の書き込み電圧を、前記ソース線に複数回に分けて出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0084】
(付記6) 付記2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記電圧生成回路は、前記検証動作において、前記ソース線に書き込みデータの論理値に対応する複数の検証電圧をそれぞれ出力し、前記ドレイン線に第2ドレイン電圧を出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
(付記7) 付記6記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記ソース線の数は、書き込みデータの論理数に対応しており、
前記電圧生成回路は、前記検証動作において、前記書き込みデータの論理値にそれぞれ対応する複数の検証電圧を、前記ソース線に1回で出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0085】
(付記8) 付記6記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記ソース線の数は、書き込みデータの論理数より少なく、
前記電圧生成回路は、前記検証動作において、前記書き込みデータの論理値にそれぞれ対応する複数の検証電圧を、前記ソース線に複数回に分けて出力することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0086】
(付記9) 付記1記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記メモリセルへのデータの書き込み中に、前記ワード線に書き込みワード電圧を供給するとともに、前記メモリセルに書き込まれたデータの検証中に、前記ワード線に検証ワード電圧を供給するワード電圧生成回路を備えていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0087】
(付記10) 付記1記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記各メモリセルの前記電荷蓄積層は、前記データの論理値に応じて局所的にキャリアをトラップするトラップ絶縁膜として形成されていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
(付記11) 付記10記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記各トラップ絶縁膜は、前記両入出力ノード側に形成されるトラップ領域にキャリアをそれぞれトラップし、
前記各トラップ領域は、複数ビットの書き込みデータをキャリアのトラップ量に応じてそれぞれ記憶することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0088】
(付記12) 付記11記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記各トラップ絶縁膜は、前記両入出力ノード側に形成されるトラップ領域の一方にキャリアをトラップし、
前記トラップ領域の一方は、複数ビットの書き込みデータをキャリアのトラップ量に応じてそれぞれ記憶することを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
【0089】
(付記13) 付記1記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記各メモリセルの前記電荷蓄積層は、前記データの論理値に応じたキャリアを蓄積するフローティングゲートとして形成されていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
以上、本発明について詳細に説明してきたが、上記の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【0090】
【発明の効果】
請求項1および請求項2の不揮発性多値半導体メモリでは、1回の書き込み動作で複数の論理値を複数のメモリセルにそれぞれ書き込むことができる。また、異なる論理値がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルを、1回の検証動作で検証できる。この結果、1つのメモリセルに複数ビットを記憶する不揮発性多値半導体メモリにおいて、書き込み動作および検証動作の実行時間を短縮できる。すなわち、メモリセルにデータを書き込む書き込み時間(ビジー時間)を短縮できる。
【0091】
請求項3の不揮発性多値半導体メモリでは、アドレスに応じて選択されるメモリセルに、書き込みデータが示す論理値を確実に書き込むことができる。また、メモリセルに書き込まれたデータを確実に検証できる。
【0092】
【0093】
請求項4の不揮発性多値半導体メモリでは、ワード線に接続された複数のメモリセルに、1回の書き込み動作で複数の論理値をそれぞれ書き込むことができる。また、ワード線に接続され異なる論理値がそれぞれ書き込まれた複数のメモリセルを、1回の検証動作で検証できる。
【0094】
請求項5の不揮発性多値半導体メモリでは、電荷蓄積層の複数箇所にそれぞれキャリアをトラップさせることで、1つのメモリセルにより多くのビット数のデータを記憶できる。多くのビット数のデータを記憶させる場合にも、書き込み動作時間および検証動作時間を従来に比べ短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の不揮発性多値半導体メモリの第1の実施形態を示すブロック図である。
【図2】 図1に示したメモリセルアレイおよびコラムアドレスデコーダの要部を示すブロック図である。
【図3】 図1に示した内部電圧生成回路および高電圧生成回路が生成する電圧を示す説明図である。
【図4】 第1の実施形態における書き込みデータの論理値とメモリセルの閾値電圧との関係を示す説明図である。
【図5】 第1の実施形態における書き込み動作を示す説明図である。
【図6】 第1の実施形態における書き込み動作後の検証動作を示す説明図である。
【図7】 第1の実施形態の検証動作におけるメモリセル電流を示す特性図である。
【図8】 本発明前の検証動作におけるメモリセル電流を示す特性図である。
【図9】 第1の実施形態における書き込み動作および検証動作を示すフローチャートである。
【図10】 本発明前の書き込み動作および検証動作を示すフローチャートである。
【図11】 本発明の不揮発性多値半導体メモリの第2の実施形態を示すブロック図である。
【図12】 本発明の不揮発性多値半導体メモリの第3の実施形態を示すブロック図である。
【図13】 図12に示したメモリセルアレイおよびコラムアドレスデコーダの要部を示すブロック図である。
【図14】 図12に示した内部電圧生成回路および高電圧生成回路が生成する電圧を示す説明図である。
【図15】 第2の実施形態における書き込みデータの論理値とメモリセルの閾値電圧との関係を示す説明図である。
【図16】 第3の実施形態における書き込み動作および検証動作を示すフローチャートである。
【図17】 本発明の不揮発性多値半導体メモリの第4の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
10、44 内部電圧生成回路
12 高電圧生成回路
14 状態制御回路
16 コマンドレジスタ
18 アドレスレジスタ
20 ステータスレジスタ
24 ロウアドレスデコーダ
26、40、46、56 コラムアドレスデコーダ
28 ページバッファ
30、42、48、58 メモリセルアレイ
32 I/Oバッファ
34、50 第1スイッチ制御回路
36、52 第2スイッチ制御回路
38、54 電圧制御回路
BL ビット線
CMD1、CMD2 コマンド信号
DL ドレイン線
I/O 入出力端子
MA0-7 メモリ領域
MC メモリセル
R/B レディー/ビジー信号
SC1 第1スイッチ制御線
SC2 第2スイッチ制御線
SL1-SL3 ソース線
SLA0-SLA7 ソース線領域
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
TG トラップゲート
VS1-VS7 書き込み電圧
VDP 第1ドレイン電圧
VDR 第2ドレイン電圧
VGP ゲート電圧
VRD ゲート電圧
VV1-VV7 検証電圧
WL ワード線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile multilevel semiconductor memory that stores data of a plurality of bits in one memory cell and a method for operating the nonvolatile multilevel semiconductor memory.
[0002]
[Prior art]
A nonvolatile semiconductor memory such as a flash memory stores data by injecting electrons into a charge storage layer of a memory cell and changing a threshold voltage of the memory cell. The threshold voltage of the memory cell is high when electrons are present in the charge storage layer, and is low when electrons are not present in the charge storage layer. When a memory cell of a flash memory stores binary data, generally, a threshold voltage is high, and no current flows through the memory cell during a read operation is a state where “data 0” is written (“0 state”). A state in which the threshold voltage is low and a current flows through the memory cell during a read operation is a state in which “data 1” is written (“1 state” = erased state).
[0003]
The “0 state” and “1 state” are detected by comparing the current (memory cell current) flowing in the memory cell during the read operation with the reference current.
This type of nonvolatile semiconductor memory has a higher storage capacity (storage density) year by year. As a technique for increasing the storage density, a non-volatile multi-value semiconductor memory that stores multi-value data by controlling the threshold voltage of the memory cell in three or more ways has been developed (for example, see Patent Document 1). In addition, a nonvolatile memory cell that stores multivalued data by locally injecting electrons into the insulating film of the memory cell has been developed (see, for example, Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-92186 (pages 7 to 8, FIGS. 2 and 3)
[Patent Document 2]
JP 2001-57093 A (3-4 pages, FIG. 3)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional nonvolatile multilevel semiconductor memory, the threshold voltage of the memory cell is sequentially changed for each logical value of the write data, and the multilevel data is written into a plurality of memory cells. In a single write operation, only the same charge amount can be injected into a plurality of memory cells. For this reason, as the number of bits of data stored in one memory cell increases, the number of times of writing increases and the writing time becomes longer.
In general, in a nonvolatile semiconductor memory, a verify operation for checking that data is correctly written in a memory cell is necessary after the write operation. Conventionally, the verify operation is performed for each logical value. For this reason, as in the write operation, as the number of bits of data stored in one memory cell increases, the number of verifications increases and the verification time becomes longer.
[0006]
An object of the present invention is to shorten the time for writing multi-value data to a memory cell in a nonvolatile multi-value semiconductor memory.
Another object of the present invention is to shorten the verify time of multi-value data written in a memory cell in a non-volatile multi-value semiconductor memory.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
3. The nonvolatile multilevel semiconductor memory according to claim 1 or 2, wherein a plurality of NOR type nonvolatile memory cells having a charge accumulation layer for accumulating charges in two regions in the same memory cell have a virtual ground type memory cell array configuration. Are connected in series via an input / output node. The voltage generation circuit generates a plurality of source voltages and drain voltages having different voltage values for each logical value written in a NOR type nonvolatile memory cell supplied to each of the plurality of source lines and drain lines. The plurality of switches are provided outside the memory cell array, and are arranged for each bit line between the bit line and each source line and between the bit line and the drain line. The switch control circuit generates a switch control signal for turning on the switch during a write operation for writing data to the memory cell and a verification operation for checking the logic level of the data written to the memory cell. The bit line is connected to one of a plurality of source lines and drain lines by a switch control signal.
[0008]
In a write operation or a verify operation, a plurality of source lines can be connected to an arbitrary bit line, so that a plurality of different source voltages can be supplied to input / output nodes of a plurality of memory cells via the bit lines. Therefore, a plurality of logical values can be written to a plurality of memory cells, respectively, by a single write operation. In addition, a plurality of memory cells in which different logical values are written can be verified by one verification operation. As a result, the execution time of the write operation and the verify operation can be shortened in the nonvolatile multilevel semiconductor memory that stores a plurality of bits in one memory cell. That is, the writing time (busy time) for writing data into the memory cell can be shortened.
[0009]
[0010]
According to another aspect of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention, the switch control circuit outputs a switch control signal according to a plurality of bits of write data supplied via an external terminal and an address indicating a memory cell to which the write data is written. . For this reason, the logical value indicated by the write data can be reliably written into the memory cell selected according to the address. Further, the data written in the memory cell can be reliably verified.
[0011]
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
According to another aspect of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention, the word voltage generation circuit supplies a write word voltage to the word line during writing of data to the memory cell and also verifies data written to the memory cell. The verification word voltage is supplied to the word line. By forming a plurality of source lines, a plurality of logical values can be written in a plurality of memory cells connected to the word line by one write operation. In addition, a plurality of memory cells connected to the word line and written with different logic values can be verified by one verification operation.
[0017]
According to another aspect of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention, the charge storage layer of each memory cell is formed as a trap insulating film that locally traps carriers according to the logical value of data. For example, data of a larger number of bits can be stored in one memory cell by trapping carriers in a plurality of locations of the trap insulating film. Even when data of a large number of bits is stored, the write operation time and the verification operation time can be shortened compared to the conventional case.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the signal lines indicated by bold lines are composed of a plurality of lines. Double circles in the figure indicate external terminals.
FIG. 1 shows a first embodiment of a nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention. This embodiment corresponds to claims 1 to 3, claim 4 and claim 5.
This nonvolatile multilevel semiconductor memory is formed as a flash memory on a silicon substrate using a CMOS process.
[0019]
The flash memory includes an internal voltage generation circuit 10, a high voltage generation circuit 12, a state control circuit 14, a command register 16, an address register 18, a status register 20, a row address decoder 24, a column address decoder 26, a page buffer 28, and a memory cell array 30. , And an I / O buffer 32.
The internal voltage generation circuit 10 generates a plurality of types of internal voltages in response to a control signal from the state control circuit 14 and supplies the generated voltages to the row address decoder 24 and the column address decoder 26. The high voltage generation circuit 12 generates a high voltage such as a word line voltage in accordance with a control signal from the state control circuit 14 and supplies the generated voltage to the row decoder 24 and the memory cell array 30.
[0020]
The state control circuit 14 has a command signal CMD1 (address latch enable signal, command latch enable signal, spare area enable signal, write protect signal, etc.) and command signal CMD2 (chip enable signal, read enable signal) supplied via an external terminal. , And a control signal from the command register 16, and generates a plurality of control signals for executing a read operation, a write operation (program operation), and an erase operation. The state control circuit 14 outputs a ready / busy signal R / B according to the state of the chip.
[0021]
The command register 16 receives a command signal supplied to the input / output terminal I / O via the I / O buffer 32 and outputs the received signal to the state control circuit 14. The address register 18 receives an address signal supplied to the input / output terminal I / O via the I / O buffer 32 and outputs the received signal to the row address decoder 24 and the column address decoder 26. The I / O buffer 32 receives a command signal, an address signal, and a data signal via the input / output terminal I / O. The data signal is input / output to / from the sense amplifier / buffer 28.
[0022]
The row address decoder 24 selects one of the word lines WL according to an address signal (upper bit) from the address register 18. The row address decoder 24 supplies a program voltage, a verification voltage, a read voltage, or an erase voltage to the selected word line WL. The column address decoder 26 selects a predetermined bit line BL in accordance with an address signal (lower bit) from the address register 18. Specifically, the bit lines BL on both sides of the memory cell MC to be accessed are selected according to the address signal. The selected bit line BL is set to a predetermined voltage by a column address decoder 26 described later.
[0023]
The sense amplifier / buffer 28 has a plurality of sense amplifiers and a buffer for temporarily holding data. During the write operation, the sense amplifier / buffer 28 holds write data sequentially supplied from the input / output terminal I / O via the I / O buffer 32 in the buffer, and sets the bit line BL to a predetermined level according to the held data. Set to voltage. Further, the sense amplifier / buffer 28 compares the memory cell current from the memory cell MC transmitted via the bit line BL with the reference current during the read operation, and sets the logic level of the data held in the memory cell MC. To detect. That is, read data from the memory cell array 30 is amplified by the sense amplifier. The amplified data is stored in a buffer and output to the input / output terminal I / O via the I / O buffer 32.
[0024]
The memory cell array 30 has a plurality of memory cells MC arranged in a matrix, a plurality of word lines WL wired in the horizontal direction in the figure, and a plurality of bit lines wired in the vertical direction in the figure. Yes. The memory cells MC arranged in the horizontal direction in the figure are connected in series via an input / output node ND. The control gates of the memory cells MC arranged in the horizontal direction in the figure are connected to the same word line WL. The input / output nodes ND of the memory cells MC arranged in the vertical direction in the figure are connected to each other via a bit line BL. Each bit line BL is shared by adjacent memory cells MC on the left and right sides of the figure. This type of memory cell array is generally called a virtual ground type.
[0025]
Each memory cell MC is composed of a transistor (cell transistor) having a trap gate TG that accumulates carriers (electrons). Carriers trapped in the trap gate TG do not move in the trap gate TG. By utilizing this, the threshold voltage of the cell transistor can be changed locally.
In the present embodiment, each memory cell MC has write data in a trap region (white square in the figure) formed on both input / output nodes ND side (source side and drain side of the channel region of the cell transistor) in the trap gate TG. Can be held. That is, the memory cell MC has a double bit structure. Each trap region can hold 2-bit write data according to the amount of electrons trapped. Therefore, one memory cell MC can store 4-bit data (16 values).
[0026]
FIG. 2 shows essential parts of the memory cell array 30 and the column address decoder 26 shown in FIG.
The memory cell array 30 is composed of a plurality of memory blocks identified by upper bits of the address signal, and each memory block has eight memory areas MA0 corresponding to 8-bit data terminals I / O0-I / O7. -7. In each memory block, the word line WL is wired in common to the eight memory areas MA0-7.
[0027]
The column address decoder 26 has a plurality of source line areas SLA0 to SLA7 (corresponding to data terminals I / O0 to I / O7) corresponding to the memory areas MA0-7. Each source line region SLA0-SLA7 includes first and second switch control circuits 34, 36, a voltage control circuit 38, a plurality of first switches SW1, a plurality of second switches SW2, and a first switch control line SC1 (SC11, SC12). , SC13, SC14,...), A second switch control line SC2 (SC21, SC22, SC23, SC24,...), Source lines SL1-SL3, and drain lines DL.
[0028]
The first switch control circuit 34 applies a first high-level signal to a predetermined first switch control line SC1 in accordance with an address signal (lower bits) and a logical value of write data during a write operation and a verification operation after the write operation. Outputs a switch control signal. In response to the output of the first switch control signal, one of the switches SW1 is turned on every other bit line BL.
[0029]
The second switch control circuit 36 applies a second high-level signal to the predetermined second switch control line SC2 in accordance with the address signal (lower bit) and the logical value of the write data during the write operation and the verify operation after the write operation. Outputs a switch control signal. In response to the output of the second switch control signal, one of the switches SW2 is turned on every other bit line BL.
[0030]
The voltage control circuit 38 outputs three write voltages corresponding to the three kinds of logic values of the write data to the source lines SL1 to SL3 in the write cycle for writing data to the memory cell MC, and the first drain voltage to the drain line. Output to DL (write operation). Next, the voltage control circuit 38 outputs three verification voltages corresponding to the three kinds of logical values of the write data to the source lines SL1 to SL3, and outputs the second drain voltage to the drain line DL (verification operation). ).
[0031]
The write voltage, the verification voltage, and the first and second drain voltages are generated by the internal voltage generation circuit 10 shown in FIG.
FIG. 3 shows voltages generated by the internal voltage generation circuit 10 and the high voltage generation circuit 12 shown in FIG.
In the write operation (program operation), the internal voltage generation circuit 10 includes write voltages VS1, VS2, and VS3 (for example, 0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) corresponding to the logic L1, L2, and L3 of the write data, The first drain voltage VDP (for example, 6.0 V) is output. The logics L1, L2, and L3 correspond to binary numbers “10”, “01”, and “00”, respectively. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VGP (for example, 9.8 V). The gate voltage VGP is supplied to the word line WL selected by the row address decoder 24 according to the address signal (upper bit). A ground voltage is supplied to the unselected word lines WL.
[0032]
In the verification operation after the write operation, the internal voltage generation circuit 10 includes verification voltages VV1, VV2, and VV3 (for example, 0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) corresponding to the write data logic L1, L2, and L3, respectively. The first drain voltage VDR (for example, 4.0V) is output. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VRD (for example, 4.0 V). The gate voltage VRD is supplied to the selected word line WL during the write operation. A ground voltage is supplied to the unselected word lines WL.
[0033]
FIG. 4 shows the relationship between the logical value of the write data and the threshold voltage of the memory cell MC in the first embodiment. FIG. 4 shows one trap region (white square in FIG. 1) of the memory cell MC. As described above, one memory cell MC can store 16 values by two trap regions. In the following description, threshold voltage distribution regions corresponding to write data logic L0-L3 are referred to as regions L0-L3, respectively.
[0034]
The threshold voltage of each trap region of the memory cell MC is distributed in one of the regions L0 to L3 according to the logical value of data to be written. Regions L0 to L3 correspond to 2-bit data “11”, “10”, “01”, and “00”, respectively. The region L0 has a negative threshold voltage and is a distribution of erased memory cells MC (trap regions). In this region, the cell transistor operates as a depletion transistor. The memory cells in the region L1-L3 have a positive threshold voltage, and the cell transistor operates as an enhancement transistor.
[0035]
Memory cell MC stores logic L0 ("11") in the erased state. For this reason, three types of write voltages VS1-VS3 and three types of verification voltages VV1-VV3 are required to write the remaining three types of logic L1-L3 into the memory cell MC. In this embodiment, since the source lines SL1 to SL3 that supply the three kinds of write voltages VS1 to VS3 are independently formed, all the logic can be written to the memory cell MC in one write operation. . Further, since the source lines SL1 to SL3 that supply the three kinds of verification voltages VV1 to VV3 are independently formed, all the logics written in the memory cells MC can be verified by one verification operation.
[0036]
Data writing (programming) is performed for each trap region until the threshold voltage exceeds VT (VT1, VT2, VT3). For example, when logic “10” is written in the trap region, the write operation and the verify operation are repeated until the threshold voltage of the cell transistor exceeds VT1. Then, the threshold voltage of each trap region is set to one of the regions L0 to L3.
[0037]
Data is read by comparing the threshold voltage of the cell transistor with the reference voltage VR (VR1, VR2, VR3). When the threshold voltage of the cell transistor is lower than the reference voltage VR1, the data held in the trap region is determined as “11”. When the threshold voltage of the cell transistor is between the reference voltages VR1 and VR2, the data held in the trap region is determined as “10”. When the threshold voltage of the cell transistor is between the reference voltages VR2 and VR3, the data held in the trap region is determined to be “01”. When the threshold voltage of the cell transistor is higher than the reference voltage VR3, the data held in the trap region is determined as “00”.
[0038]
FIG. 5 shows a write operation in the first embodiment.
In the write operation, data is written to one memory cell MC selected by the word line WL and the bit line BL for each memory area MA0-7. In this example, logic L1 ("10") is written to the memory cell MC (one of the memory cells MC connected to the word line WL2) in the memory area MA corresponding to the data terminal I / O0, and the data terminal I / O Logic L2 (“01”) is written into the memory cell MC in the memory area MA corresponding to O1, and logic L3 (“00”) is written into the memory cell MC in the memory area MA corresponding to the data terminal I / O7. A gate voltage VGP (9.8 V) is supplied to the word line WL2, and a ground voltage is supplied to the other word lines WL.
[0039]
The voltage generation circuit 38 in the source line region SLA0 corresponding to the data terminal I / O0 outputs the write voltages VS1, VS2, and VS3 (0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) to the source lines SL1 to SL3, respectively. 1 Drain voltage VDP (6.0 V) is output to the drain line DL.
The first and second switch control circuits 34 and 36 turn on the switches SW1 and SW2 indicated by circles in the drawing in accordance with the address signal and the write data, so that the first and second switch control lines SC1 and SC2 are turned on. A switch control signal (high level) is output to.
[0040]
The bit lines BL2 and BL3 connected to the memory cell MC to which the logic L1 is written change from the precharge voltage (floating) to the write voltage VS1 and the first drain voltage VDP, respectively. The other bit lines BL change to the write voltage VS1 or the first drain voltage VDP, respectively. For this reason, the memory cell MC to which no data is written has a source-drain voltage of 0 V, and erroneous writing is prevented.
[0041]
The voltage generation circuit 38 of the source line regions SLA1 and SLA7 corresponding to the data terminals I / O1 and I / O7 applies the write voltages VS1, VS2, and VS3 (0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) to the source line SL1- Each is output to SL3, and the first drain voltage VDP (6.0 V) is output to the drain line DL. By the operation of the first and second switch control circuits 34 and 36 in the source line region SLA1, the pair of bit lines BL connected to the memory cell MC to which the logic L2 is written are changed from the precharge voltage (floating) to the write voltage VS2 and The first drain voltage VDP changes. The other bit lines BL change to the write voltage VS2 or the first drain voltage VDP, respectively. Similarly, by the operation of the first and second switch control circuits 34 and 36 in the source line region SLA7, the pair of bit lines BL connected to the memory cell MC to which the logic L3 is written are supplied from the precharge voltage (floating) to the source. It changes to voltage VS3 and drain voltage VDP, respectively. The other bit lines BL change to the write voltage VS3 or the first drain voltage VDP, respectively.
[0042]
Then, electrons corresponding to the logical value of the write data are trapped in one of the trap regions of the memory cell MC (the trap region on the left side of the drawing indicated by the black square). That is, a write operation is executed. Note that when the logic L1 is written to the other of the trap regions, the first drain voltage VDP is supplied to the bit line BL3, and the source voltage VS1 is supplied to the bit line BL2.
[0043]
As described above, in the present embodiment, the first and second switch control circuits 34 and 36 selectively connect the bit lines BL to the source lines SL1-3 and the drain lines DL, thereby writing data having different logical values. Data can be simultaneously written in a plurality of memory cells MC by one write operation.
FIG. 6 shows the verification operation after the write operation in the first embodiment. The verification operation is an operation for confirming that data is correctly written in the memory cell MC (the trap region on the left side of the figure).
[0044]
First, the gate voltage VGP (9.8 V) is supplied to the word line WL2, and the ground voltage is supplied to the other word lines WL.
The voltage generation circuit 38 in the source line region SLA0 corresponding to the data terminal I / O0 outputs the verification voltages VV1, VV2, and VV3 (0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) to the source lines SL1 to SL3, The second drain voltage VDR (4.0 V) is output to the drain line DL.
[0045]
The first and second switch control circuits 34 and 36 turn on the switches SW1 and SW2 indicated by circles in the drawing in accordance with the address signal and the write data, so that the first and second switch control lines SC1 and SC2 are turned on. A switch control signal (high level) is output to.
The bit lines BL2 and BL3 connected to the memory cell MC in which the logic L1 is written by the write operation change from the precharge voltage (floating) to the verification voltage VV1 and the second drain voltage VDR, respectively. The other bit lines BL change to the source voltage VV1 or the second drain voltage VDR, respectively. For this reason, the memory cell MC to which no data is written has a source-drain voltage of 0 V, and erroneous writing is prevented.
[0046]
The voltage generation circuit 38 of the source line regions SLA1 and SLA7 corresponding to the data terminals I / O1 and I / O7 receives the verification voltages VV1, VV2, and VV3 (0.15V, 0.10V, and 0.05V, respectively) and the source line SL1- Each is output to SL3 and the second drain voltage VDR (4.0V) is output to the drain line DL. By the operation of the first and second switch control circuits 34 and 36 in the source line region SLA1, the pair of bit lines BL connected to the memory cell MC to which the logic L2 is written are changed from the precharge voltage (floating) to the verification voltage VV2. It changes to the second drain voltage VDR. The other bit lines BL change to the verification voltage VV2 or the second drain voltage VDR, respectively. Similarly, by the operation of the first and second switch control circuits 34 and 36 in the source line region SLA7, the pair of bit lines BL connected to the memory cell MC to which the logic L3 is written are supplied from the precharge voltage (floating) to the source. The voltage changes to the voltage VV3 and the second drain voltage VDR, respectively. The other bit lines BL change to the source voltage VV3 or the second drain voltage VDR, respectively.
[0047]
Then, the logical value of the data written in the memory cell MC is determined by detecting the memory cell current flowing between the source and drain of the memory cell MC with a sense amplifier. When verifying the logic L1 written to the other side of the trap region, the second drain voltage VDR is supplied to the bit line BL2, and the verification voltage VV1 is supplied to the bit line BL3.
[0048]
As described above, in the present embodiment, the first and second switch control circuits 34 and 36 are written in the memory cell MC by selectively connecting the bit line BL to the source line SL1-3 and the drain line DL. The write data having different logical values can be verified by one verification operation.
FIG. 7 shows the memory cell current in the verification operation of the first embodiment.
[0049]
In the present embodiment, in the verification operation, the source voltage is changed according to the logical value of the data written in the memory cell MC, and the selected word line voltage VG is constant (VRD). For this reason, as shown in FIG. 7, the current characteristics of the memory cell MC (cell transistor) in which data is written are the same regardless of the logical value of the written data. As a result, the verification operation of a plurality of memory cells MC connected to one word line WL can be performed simultaneously.
[0050]
FIG. 8 shows the memory cell current in the verification operation before the present invention.
Prior to the present invention, the verification operation is performed by changing the gate voltage VG while keeping the source voltage constant according to the logical value of the data written in the memory cell MC. Therefore, as shown in FIG. 8, the current characteristics of the plurality of memory cells MC connected to one word line WL differ depending on the logical value of the written data. Therefore, the verification operation can only be performed for each logical value.
[0051]
FIG. 9 shows a write operation and a verify operation in the first embodiment. This flow is automatically performed in the flash memory.
First, in step S10, as described with reference to FIG. 5, the flash memory simultaneously programs one of the logics L1, L2, and L3 in the memory cell MC selected by the address signal. Next, in step S11, as described with reference to FIG. 6, the flash memory simultaneously performs the verify operation of the memory cell MC in which the logics L1, L2, and L3 are programmed. The flash memory performs the write operation and the verify operation again for the memory cells MC that are determined to be insufficiently written in the verify operation.
[0052]
In the present invention, the write operation to the plurality of memory cells MC of the plurality of logic L1-L3 can be executed at one time. In addition, the verification operation of the memory cell in which the plurality of logics L1 to L3 are written can be executed once. For this reason, the time required for the write operation and the verify operation can be shortened. As a result, it is possible to prevent the flash memory write time (program time) from increasing even in the multilevel memory cell.
[0053]
FIG. 10 shows a write operation and a verify operation before the present invention.
Before the present invention, logics L1-L3 are sequentially programmed in memory cells MC connected to one word line (steps S20, S22, S24). The verification operation is performed for each of logic L1-L3 (steps S21, S23, S25). For this reason, the write time (program time) of the flash memory is significantly increased.
[0054]
As described above, in the first embodiment, in the write operation or the verify operation, the plurality of source lines SL1-LS3 can be connected to the predetermined bit line BL according to the address and data, so that the plurality of source voltages VS1-VS3, VV1- VV3 can be simultaneously supplied to the input / output nodes of the plurality of memory cells MC via the bit line BL. In other words, a plurality of write voltages VS1-VS3 corresponding to all the logic L1-L3 of the write data can be output to the source lines VS1-VS3, respectively. Each memory cell MC can be written. Note that since the logic L0 is an erased state (initial state) logic, no write voltage is required. In addition, since a plurality of verification voltages VV1-VV3 can be output simultaneously, a plurality of memory cells MC in which all the logical values L0-L3 are written can be verified in one verification operation. As a result, the execution time of the write operation and the verify operation can be shortened. That is, it is possible to shorten the writing time for writing data in the memory cell MC (the busy period of the ready / busy signal R / B).
[0055]
The first and second switch control circuits 34 and 36 output a switch control signal according to write data and an address supplied via the external terminal I / O, so that the memory cell MC selected according to the address In addition, the logical value indicated by the write data can be reliably written. Further, the data written in the memory cell MC can be reliably verified.
[0056]
In the write operation, a plurality of write voltages VS1 to VS3 and verification voltages VV1 to VV3 are simultaneously supplied to the bit line, so that a plurality of memory cells MC connected to one word line WL can Each logic value can be written. In the verification operation, since a plurality of verification voltages VV1 to VV3 are simultaneously supplied to the bit lines, a plurality of memory cells MC connected to one word line WL and written with different logic values are verified once. Can be verified by operation.
[0057]
By configuring the memory cell array 30 with the memory cells MC having the trap insulating film, data can be stored in a plurality of locations in one memory cell MC. Even when data of a large number of bits is stored in the memory cell MC, the write operation time and the verification operation time can be shortened compared to the conventional case.
FIG. 11 shows a second embodiment of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention. This embodiment corresponds to claims 1 to 3, claim 4 and claim 5. The same circuits / signals as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0058]
The flash memory has a column address decoder 40 and a memory cell array 42 instead of the column address decoder 26 and the memory cell array 30 of the first embodiment. The memory cell array 42 stores data only in one of the trap regions of each memory cell MC (only on the left side in the figure). That is, the memory cell MC has a single bit structure. One memory cell can store 2-bit data. The column address decoder 40 includes first and second switch circuits and a voltage control circuit similar to those of the first embodiment in order to write and verify data in the memory cell MC having a single bit structure. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0059]
As mentioned above, also in 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment mentioned above can be acquired.
FIG. 12 shows a third embodiment of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention. This embodiment corresponds to claims 1-5. The same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0060]
The flash memory has an internal voltage generation circuit 44, a column address decoder 46, and a memory cell array 48 instead of the internal voltage generation circuit 10, the column address decoder 26, and the memory cell array 30 of the first embodiment. The internal voltage generation circuit 44 generates seven types of write voltages, seven types of verification voltages, and first and second drain voltages in order to write seven logical values to the memory cell MC. There are eight types of logical values that can be stored in the memory cell MC, including the erased state. The column address decoder 46 selectively supplies the write voltage, verification voltage, and first and second drain voltages supplied from the internal voltage generation circuit 44 to a predetermined bit line corresponding to the address signal. The memory cell array 48 stores 3-bit data in both of the trap regions of each memory cell MC. That is, the memory cell MC has a double bit structure. One memory cell can store 6-bit (64 values) data. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0061]
FIG. 13 shows essential parts of the memory cell array 48 and the column address decoder 46 shown in FIG.
The memory cell array 30 is composed of a plurality of memory blocks, and each memory block has eight memory areas MA0-MA7 corresponding to 8-bit data terminals I / O0-I / O7. The word line WL is wired in common to the eight memory areas MA0 to MA7.
[0062]
The column address decoder 46 has a plurality of source line areas SLA0 to SLA7 corresponding to the memory areas MA0 to MA7. Each source line region SLA0-SLA7 includes first and second switch control circuits 50, 52, a voltage control circuit 54, a plurality of first switches SW1, a plurality of second switches SW2, and a first switch control line SC1 (SC11, SC12). , SC13, SC14,...), A second switch control line SC2 (SC21, SC22, SC23, SC24,...), Source lines SL1-SL3, and drain lines DL.
[0063]
The first switch control circuit 50 applies a first high-level signal to a predetermined first switch control line SC1 according to an address signal (lower bit) and a logical value of write data during a write operation and a verification operation after the write operation. Outputs a switch control signal. In response to the output of the first switch control signal, one of the switches SW1 is turned on every other bit line BL.
[0064]
The second switch control circuit 52 applies a second high-level signal to the predetermined second switch control line SC2 in accordance with the address signal (lower bit) and the logical value of the write data during the write operation and the verify operation after the write operation. Outputs a switch control signal. In response to the output of the second switch control signal, one of the switches SW2 is turned on every other bit line BL.
[0065]
In the write cycle for writing data to the memory cell MC, the voltage control circuit 54 first supplies four write voltages VS1 to VS4 respectively corresponding to the logic L1 to L4 among the seven types of logic L1 to L7 of the write data. Then, the first drain voltage VDP is output to the drain line DL (first write operation). Next, the voltage control circuit 38 outputs four verification voltages VV1-VV4 respectively corresponding to the logics L1-L4 to the source lines SL1-SL4, and outputs a second drain voltage VDR to the drain line DL (first). 1 verification operation). Next, the voltage control circuit 38 outputs three write voltages VS5-VS7 respectively corresponding to the logics L5-L7 to the source lines SL1-SL3, and outputs the first drain voltage VDP to the drain line DL (second). Write operation). Next, the voltage control circuit 38 outputs four verification voltages VV5-VV7 respectively corresponding to the logics L5-L7 to the source lines SL1-SL3, and outputs a second drain voltage VDR to the drain line DL (first). 2 verification operation).
[0066]
Write voltages VS1-VS7, verification voltages VV1-VV7, first and second drain voltages VDP, VDR are generated by internal voltage generation circuit 44 shown in FIG.
FIG. 14 shows voltages generated by the internal voltage generation circuit 44 and the high voltage generation circuit 12 shown in FIG.
In the first write operation (first program operation), the internal voltage generation circuit 44 writes the write voltages VS1 corresponding to the logic L1-L4 (“110”, “101”, “100”, “011”) of the write data, respectively. , VS2, VS3, VS4 (for example, 0.23V, 0.20V, 0.17V, 0.14V, respectively) and the first drain voltage VDP (for example, 6.0V) are output. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VGP (for example, 9.8 V). The gate voltage VGP is supplied to the word line WL selected by the row address decoder 24 according to the address signal (upper bit).
[0067]
In the first verification operation after the first write operation, the internal voltage generation circuit 44 uses the verification voltages VV1 corresponding to the write data logic L1-L4 ("110", "101", "100", "011"), respectively. , VV2, VV3, VV4 (for example, 0.23V, 0.20V, 0.17V, 0.14V, respectively) and the first drain voltage VDR (for example, 4.0V) are output. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VRD (for example, 4.0 V). The gate voltage VRD is supplied to the selected word line WL during the write operation.
[0068]
Next, in the second write operation (second program operation), the internal voltage generation circuit 44 writes the write voltages VS5, L5, L7 (“010”, “001”, “000”) of the write data respectively. VS6, VS7 (for example, 0.11V, 0.08V, 0.05V, respectively) and the first drain voltage VDP (for example, 6.0V) are output. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VGP (for example, 9.8 V). The gate voltage VGP is supplied to the word line WL selected by the row address decoder 24 according to the address signal (upper bit).
[0069]
In the second verification operation after the second write operation, the internal voltage generation circuit 44 uses the verification voltages VV5, VV6, VV7 corresponding to the logic L5-L7 ("010", "001", "000") of the write data, respectively. (For example, 0.11 V, 0.08 V, and 0.05 V, respectively) and the first drain voltage VDR (for example, 4.0 V) are output. The high voltage generation circuit 12 outputs a gate voltage VRD (for example, 4.0 V). The gate voltage VRD is supplied to the selected word line WL during the write operation.
[0070]
In the present embodiment, since the write operation and the verify operation are executed in two steps in the write cycle, the source lines SL1 to SL4 can be shared by a plurality of write voltages VS in the write operation, and in the verify operation, the source line SL1 -SL4 can be shared by multiple verification voltages VV. As a result, the number of source lines SL1-SL4 can be made smaller than the logical number of write data, and the area of the multilevel memory cell column address / buffer can be reduced.
[0071]
FIG. 15 shows the relationship between the logical value of the write data and the threshold voltage of the memory cell MC in the third embodiment. FIG. 15 shows each of the two trap regions (white squares in FIG. 12) of the memory cell MC. As described above, one memory cell MC can store 64 values by two trap areas.
The threshold voltage of each trap region of the memory cell is distributed in one of the regions L0, L1, L2, L3, L4, L5, L6, and L7 according to the logical value of the data to be written. Regions L0, L1, L2, L3, L4, L5, L6, and L7 are 2-bit data “111”, “110”, “101”, “100”, “011”, “010”, “001”, Each corresponds to "000". In the region L0, the threshold voltage is negative. In this region, the cell transistor operates as a depletion transistor. The memory cells in the regions L1 to L7 have a positive threshold voltage, and the cell transistor operates as an enhancement transistor. Memory cell MC stores logic L0 ("111") in the erased state. For this reason, in order to write the remaining seven types of logic L1-L7 into the memory cell MC, seven types of write voltages are required. In this embodiment, since the common source lines SL1 to SL3 are formed corresponding to the seven types of write voltages VS1 to VS7, two write operations are required to write all the logic to the memory cells MC. Become. In addition, since the common source lines SL1-SL3 are formed corresponding to the seven types of verification voltages VV1-VV7, two verification operations are required to verify all the logic in the memory cells MC. However, since the number of source lines SL1-SL3 can be reduced, the chip size can be reduced.
[0072]
Data writing (programming) is performed for each trap area until the threshold voltage exceeds VT (VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6, VT7). For example, when logic “010” is written in the trap region, the program operation is repeated until the threshold voltage of the cell transistor exceeds VT5. Then, the threshold voltage of each trap region is set to any one of the regions L0 to L7.
[0073]
Data is read by comparing the threshold voltage of the cell transistor with a reference voltage VR (VR1, VR2, VR3, VR4, VR5, VR6, VR7). For example, when the threshold voltage of the cell transistor is lower than the reference voltage VR1, the data held in the trap region is determined as “111”. When the threshold voltage of the cell transistor is between the reference voltages VR1 and VR2, the data held in the trap region is determined as “110”.
[0074]
FIG. 16 shows a write operation and a verify operation in the third embodiment. This flow is automatically performed in the flash memory.
First, in step S30, the flash memory simultaneously programs one of the logic L1, L2, L3, and L4 in the memory cell MC selected by the address signal (first write operation). Next, in step S31, the flash memory simultaneously performs the verification operation of the memory cell MC in which the logics L1, L2, L3, and L4 are programmed (first verification operation). The flash memory performs the first write operation and the first verify operation again for the memory cells MC that are determined to be insufficiently written in the verify operation.
[0075]
Next, in step S32, the flash memory simultaneously programs any one of logic L5, L6, and L7 in the memory cell MC selected by the address signal (second write operation). Next, in step S33, the flash memory simultaneously performs the verification operation of the memory cell MC in which the logics L5, L6, and L7 are programmed (second verification operation). The flash memory performs the second write operation and the second verify operation again on the memory cell MC that is determined to have insufficient write in the verify operation.
[0076]
As described above, also in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment described above can be obtained. Further, in this embodiment, the number of source lines SL1-SL3 is made smaller than the logical number of write data, and the write voltages VS1-VS7 and verification voltages VV1-VV7 are divided into the source lines SL1-SL3 and output in multiple times. By doing so, the number of source lines SL1-SL3 can be reduced. That is, all the logical values can be written into the memory cells MC with the wiring area being minimized, and the memory cells in which all the logical values are written can be verified. Since the wiring area is minimized, the chip size can be reduced.
[0077]
FIG. 17 shows a fourth embodiment of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention. This embodiment corresponds to claims 1 to 3 and claim 4. The same circuits / signals as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
The flash memory has a column address decoder 56 and a memory cell array 58 instead of the column address decoder 26 and the memory cell array 30 of the first embodiment. The memory cell MC of the memory cell array 58 has a floating gate layer that stores electrons according to the logical value of the write data. The memory cell MC has a single bit structure, and one memory cell can store 2-bit data according to the amount of accumulated electrons. The column address decoder 56 includes first and second switch circuits and a voltage control circuit similar to those in the first embodiment in order to write and verify data in the memory cells MC. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
[0078]
As described above, also in the fourth embodiment, the same effect as that of the above-described first embodiment can be obtained.
In the first embodiment described above, the voltage control circuit 38 is formed for each of the source regions SLA0 to SLA7.
The example in which the source lines SL1, SL2, and SL3 and the drain line DL are wired independently for each of the source regions SLA0 to SLA7 has been described. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, the voltage control circuit 38 may be formed in common in the source regions SLA0 to SLA7, and the source lines SL1, SL2, and SL3 and the drain line DL may be wired in common to the source regions SLA0 to SLA7. In this case, since the number of voltage control circuits 38 is reduced, the chip size of the flash memory can be reduced.
[0079]
In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the flash memory has been described. However, the present invention is not limited to such an embodiment. The present invention can be applied to an electrically rewritable nonvolatile multilevel semiconductor memory such as an EEPROM.
The invention described in the above embodiments is organized and disclosed as an appendix.
[0080]
(Supplementary Note 1) A plurality of nonvolatile memory cells having a charge storage layer for storing charges and connected in series via input / output nodes;
A word line connected to the control gate of the memory cell;
A plurality of bit lines respectively connected to the input / output nodes;
A plurality of source lines each supplied with a plurality of source voltages;
A drain line to which a drain voltage is supplied; and
A voltage generation circuit for generating the source voltage and the drain voltage;
In order to connect the bit line to either the source line or the drain line, respectively, during a write operation for writing data to the memory cell and a verification operation for confirming a logic level of data written to the memory cell, A plurality of switches respectively disposed between each bit line and the source line and between each bit line and the drain line;
A non-volatile multilevel semiconductor memory comprising a switch control circuit for generating a switch control signal for turning on the switch.
[0081]
(Supplementary Note 2) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to Supplementary Note 1,
The voltage generation circuit outputs a plurality of write voltages corresponding to logical values of write data to the source line and outputs a first drain voltage to the drain line in the write operation, respectively. Multi-level semiconductor memory.
(Supplementary Note 3) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to Supplementary Note 2,
The switch control circuit outputs the switch control signal in accordance with a plurality of bits of write data supplied via an external terminal and an address indicating a memory cell to which the write data is written. Non-volatile multilevel semiconductor memory.
[0082]
(Additional remark 4) In the non-volatile multi-value semiconductor memory of Additional remark 2,
The number of source lines corresponds to the logical number of write data,
The voltage generation circuit outputs a plurality of write voltages respectively corresponding to logical values of the write data to the source line at a time in the write operation.
[0083]
(Supplementary Note 5) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to Supplementary Note 2,
The number of source lines is less than the logical number of write data,
The non-volatile multilevel semiconductor memory, wherein the voltage generation circuit outputs a plurality of write voltages respectively corresponding to the logical values of the write data to the source line in a plurality of times in the write operation.
[0084]
(Supplementary note 6) In the nonvolatile multi-value semiconductor memory according to supplementary note 2,
The voltage generation circuit outputs a plurality of verification voltages corresponding to logical values of write data to the source line and outputs a second drain voltage to the drain line in the verification operation, respectively. Multi-level semiconductor memory.
(Supplementary note 7) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to supplementary note 6,
The number of source lines corresponds to the logical number of write data,
In the verification operation, the voltage generation circuit outputs a plurality of verification voltages respectively corresponding to the logical values of the write data to the source line at a time.
[0085]
(Supplementary Note 8) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to Supplementary Note 6,
The number of source lines is less than the logical number of write data,
In the verification operation, the voltage generation circuit outputs a plurality of verification voltages respectively corresponding to the logical values of the write data to the source line in a plurality of times.
[0086]
(Supplementary note 9) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to supplementary note 1,
A word voltage generation circuit that supplies a write word voltage to the word line during writing of data to the memory cell and supplies a verification word voltage to the word line during verification of data written to the memory cell. A non-volatile multi-level semiconductor memory comprising:
[0087]
(Supplementary Note 10) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to the supplementary note 1,
The non-volatile multi-value semiconductor memory according to claim 1, wherein the charge storage layer of each memory cell is formed as a trap insulating film that locally traps carriers according to the logical value of the data.
(Supplementary Note 11) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to the supplementary note 10,
Each of the trap insulating films traps carriers in a trap region formed on both the input / output node sides,
Each of the trap regions stores a plurality of bits of write data according to the amount of trapped carriers, respectively.
[0088]
(Supplementary Note 12) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to the supplementary note 11,
Each of the trap insulating films traps carriers in one of the trap regions formed on both the input / output node sides,
One of the trap areas stores a plurality of bits of write data in accordance with the amount of trapped carriers, respectively.
[0089]
(Supplementary note 13) In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to supplementary note 1,
The non-volatile multi-value semiconductor memory according to claim 1, wherein the charge storage layer of each memory cell is formed as a floating gate for storing carriers according to the logical value of the data.
As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, said embodiment and its modification are only examples of this invention, and this invention is not limited to this. Obviously, modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0090]
【The invention's effect】
In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to the first and second aspects, a plurality of logical values can be written in a plurality of memory cells by one write operation. In addition, a plurality of memory cells in which different logical values are written can be verified by one verification operation. As a result, the execution time of the write operation and the verify operation can be shortened in the nonvolatile multilevel semiconductor memory that stores a plurality of bits in one memory cell. That is, the writing time (busy time) for writing data into the memory cell can be shortened.
[0091]
According to another aspect of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention, the logical value indicated by the write data can be reliably written in the memory cell selected according to the address. Further, the data written in the memory cell can be reliably verified.
[0092]
[0093]
According to another aspect of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention, a plurality of logical values can be written in a plurality of memory cells connected to the word line by one write operation. In addition, a plurality of memory cells connected to the word line and written with different logic values can be verified by one verification operation.
[0094]
In the nonvolatile multilevel semiconductor memory according to the fifth aspect, data of a larger number of bits can be stored in one memory cell by trapping carriers in a plurality of locations of the charge storage layer. Even when data of a large number of bits is stored, the write operation time and the verification operation time can be shortened compared to the conventional case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the main parts of the memory cell array and column address decoder shown in FIG. 1;
3 is an explanatory diagram showing voltages generated by an internal voltage generation circuit and a high voltage generation circuit shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a logical value of write data and a threshold voltage of a memory cell in the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a write operation in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a verification operation after a write operation in the first embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a memory cell current in the verification operation of the first embodiment.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a memory cell current in a verification operation before the present invention;
FIG. 9 is a flowchart showing a write operation and a verify operation in the first embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a write operation and a verify operation before the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing a second embodiment of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a third embodiment of the nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention.
13 is a block diagram showing the main parts of the memory cell array and column address decoder shown in FIG. 12;
14 is an explanatory diagram showing voltages generated by the internal voltage generation circuit and the high voltage generation circuit shown in FIG. 12. FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a relationship between a logical value of write data and a threshold voltage of a memory cell in the second embodiment.
FIG. 16 is a flowchart showing a write operation and a verify operation in the third embodiment.
FIG. 17 is a block diagram showing a fourth embodiment of a nonvolatile multilevel semiconductor memory of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 44 Internal voltage generation circuit
12 High voltage generator
14 State control circuit
16 Command register
18 Address register
20 Status register
24 row address decoder
26, 40, 46, 56 Column address decoder
28 page buffer
30, 42, 48, 58 Memory cell array
32 I / O buffers
34, 50 First switch control circuit
36, 52 Second switch control circuit
38, 54 Voltage control circuit
BL bit line
CMD1, CMD2 command signal
DL Drain line
I / O input / output terminal
MA0-7 memory area
MC memory cell
R / B Ready / Busy signal
SC1 1st switch control line
SC2 Second switch control line
SL1-SL3 source line
SLA0-SLA7 Source line area
SW1 1st switch
SW2 second switch
TG trap gate
VS1-VS7 write voltage
VDP first drain voltage
VDR Second drain voltage
VGP gate voltage
VRD gate voltage
VV1-VV7 Verification voltage
WL word line

Claims (5)

同一メモリセル内で電荷を2つの領域に蓄積する電荷蓄積層を有し、仮想接地型メモリセルアレイ構成に配置されて入出力ノードを介して直列に接続されている複数のNOR型不揮発性メモリセルと、
前記NOR型不揮発性メモリセルのソース端に接続され、前記NOR型不揮発性メモリセルに書き込まれる論理値ごとに電圧値が異なる複数のソース電圧がそれぞれ供給される複数のソース線と、
前記NOR型不揮発性メモリセルのドレイン端に接続され、ドレイン電圧が供給されるドレイン線と、
前記複数のソース電圧および前記ドレイン電圧を生成する電圧生成回路と、
ビット線ごとに備えられ、前記不揮発性メモリセルにデータを書き込む書き込み動作および前記NOR型不揮発性メモリセルに書き込まれたデータの論理レベルを確認する検証動作時に、前記ビット線の各々を前記複数のソース線および前記ドレイン線のいずれかに接続するために、該ビット線と前記複数のソース線の各々との間、および該ビット線と前記ドレイン線との間にそれぞれ配置され、前記メモリセルアレイの外に設けられた複数のスイッチと、
前記スイッチをオンするスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
A plurality of NOR type nonvolatile memory cells having a charge storage layer for storing charges in two regions in the same memory cell, arranged in a virtual ground type memory cell array configuration and connected in series via input / output nodes When,
A plurality of source lines connected to a source end of the NOR type nonvolatile memory cell and supplied with a plurality of source voltages each having a different voltage value for each logical value written to the NOR type nonvolatile memory cell;
A drain line connected to a drain end of the NOR type nonvolatile memory cell and supplied with a drain voltage;
A voltage generating circuit for generating the plurality of source voltages and the drain voltage;
Provided for each bit line, the time verification operation to check the logic level of data written to the write operation and the NOR type nonvolatile memory cell write data to nonvolatile memory cells, each of said bit lines of said plurality In order to connect to either the source line or the drain line, the bit line and each of the plurality of source lines and between the bit line and the drain line are arranged, respectively. A plurality of switches provided outside;
A non-volatile multilevel semiconductor memory comprising a switch control circuit for generating a switch control signal for turning on the switch.
同一メモリセル内で電荷を2つの領域に蓄積する電荷蓄積層を有し、仮想接地型メモリセルアレイ構成に配置されて入出力ノードを介して直列に接続されている複数のNOR型不揮発性メモリセルと、
前記NOR型不揮発性メモリセルのソース端に接続され、前記NOR型不揮発性メモリセルに書き込まれる論理値ごとに電圧値が異なる複数のソース電圧が同時にそれぞれ供給される複数のソース線と、
前記NOR型不揮発性メモリセルのドレイン端に接続され、ドレイン電圧が供給されるドレイン線と、
前記複数のソース電圧および前記ドレイン電圧を生成する電圧生成回路と、
ビット線ごとに備えられ、前記不揮発性メモリセルにデータを書き込む書き込み動作および前記NOR型不揮発性メモリセルに書き込まれたデータの論理レベルを確認する検証動作時に、前記ビット線の各々を前記複数のソース線および前記ドレイン線のいずれかに接続するために、該ビット線と前記複数のソース線の各々との間、および該ビット線と前記ドレイン線との間にそれぞれ配置され、前記メモリセルアレイの外に設けられた複数のスイッチと、
前記スイッチをオンするスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御回路とを備えていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
A plurality of NOR type nonvolatile memory cells having a charge storage layer for storing charges in two regions in the same memory cell, arranged in a virtual ground type memory cell array configuration and connected in series via input / output nodes When,
A plurality of source lines connected to the source end of the NOR type nonvolatile memory cell and supplied with a plurality of source voltages each having a different voltage value for each logical value written to the NOR type nonvolatile memory cell;
A drain line connected to a drain end of the NOR type nonvolatile memory cell and supplied with a drain voltage;
A voltage generating circuit for generating the plurality of source voltages and the drain voltage;
Provided for each bit line, the time verification operation to check the logic level of data written to the write operation and the NOR type nonvolatile memory cell write data to nonvolatile memory cells, each of said bit lines of said plurality In order to connect to either the source line or the drain line, the bit line and each of the plurality of source lines and between the bit line and the drain line are arranged, respectively. A plurality of switches provided outside;
A non-volatile multilevel semiconductor memory comprising a switch control circuit for generating a switch control signal for turning on the switch.
請求項1および請求項2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記スイッチ制御回路は、外部端子を介して供給される複数ビットの書き込みデータおよび書き込みデータを書き込むメモリセルを示すアドレスに応じて、前記スイッチ制御信号を出力することを特徴とすることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
The nonvolatile multilevel semiconductor memory according to claim 1 or 2,
The switch control circuit outputs the switch control signal in accordance with a plurality of bits of write data supplied via an external terminal and an address indicating a memory cell to which the write data is written. Non-volatile multilevel semiconductor memory.
請求項1および請求項2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記メモリセルへのデータの書き込み中に、前記ワード線に書き込みワード電圧を供給するとともに、前記メモリセルに書き込まれたデータの検証中に、前記ワード線に検証ワード電圧を供給するワード電圧生成回路を備えていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
The nonvolatile multilevel semiconductor memory according to claim 1 or 2,
A word voltage generation circuit that supplies a write word voltage to the word line during writing of data to the memory cell and supplies a verification word voltage to the word line during verification of data written to the memory cell. A non-volatile multi-level semiconductor memory comprising:
請求項1および請求項2記載の不揮発性多値半導体メモリにおいて、
前記各メモリセルの前記電荷蓄積層は、前記データの論理値に応じて局所的にキャリアをトラップするトラップ絶縁膜として形成されていることを特徴とする不揮発性多値半導体メモリ。
The nonvolatile multilevel semiconductor memory according to claim 1 or 2,
The non-volatile multi-value semiconductor memory according to claim 1, wherein the charge storage layer of each memory cell is formed as a trap insulating film that locally traps carriers according to the logical value of the data.
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