JPH0793979A - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory device

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JPH0793979A
JPH0793979A JP23476793A JP23476793A JPH0793979A JP H0793979 A JPH0793979 A JP H0793979A JP 23476793 A JP23476793 A JP 23476793A JP 23476793 A JP23476793 A JP 23476793A JP H0793979 A JPH0793979 A JP H0793979A
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write
bit line
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    • G11C2211/562Multilevel memory programming aspects
    • G11C2211/5621Multilevel programming verification

Abstract

PURPOSE:To obtain the title memory device which can store multivalued information and which can perform a write verification operation at high speed without causing any erroneous verification by a method wherein a multivalued storage function, a write function and a write-data-content renewal function are installed in a verification circuit. CONSTITUTION:A memory cell array 1 is formed in such a way that memory cells which can be electrically rewritten and which have a plurality of storage states in three or more stated are arranged on a matrix shape. A bit-line control circuit 2 which controls a bit line to control a bit line in a readout/write operation and a word-line drive circuit 7 which controls the potential of a word line are installed with reference to the memory cell array 1. The bit-line control circuit 2 exchanges readout data and write data with an input/output-data conversion circuit 5. The input/output-data conversion circuit 5 converts multivalued information in a read-out memory cell into binary information which is to be output to the outside, and it converts binary information on write data input from the outside into multivalued information in a memory cell.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的書替え可能な不
揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に係わり、特に
1つのメモリセルに1ビットより多い情報を記憶させる
多値記憶を行うEEPROMに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrically rewritable non-volatile semiconductor memory device (EEPROM), and more particularly to an EEPROM which performs multi-valued storage for storing information of more than 1 bit in one memory cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】EEPROMの1つとして、高集積化が
可能なNAND型EEPROMが知られている。これ
は、複数のメモリセルをそれらのソース,ドレインを隣
接するもの同士で共用する形で直列接続し1単位として
ビット線に接続するものである。メモリセルは通常、電
荷蓄積層と制御ゲートが積層されたFETMOS構造を
有する。メモリセルアレイは、p型基板又はn型基板に
形成されたp型ウェル内に集積形成される。NANDセ
ルのドレイン側は選択ゲートを介してビット線に接続さ
れ、ソース側はやはり選択ゲートを介して共通ソース線
に接続される。メモリセルの制御ゲートは、行方向に連
続的に配設されてワード線となる。
2. Description of the Related Art As one of the EEPROMs, a NAND type EEPROM capable of high integration is known. This is to connect a plurality of memory cells in series so that their sources and drains are shared by adjacent ones and to connect them to a bit line as one unit. The memory cell usually has a FETMOS structure in which a charge storage layer and a control gate are stacked. The memory cell array is integrated and formed in a p-type well formed on a p-type substrate or an n-type substrate. The drain side of the NAND cell is connected to the bit line via the select gate, and the source side is also connected to the common source line via the select gate. The control gates of the memory cells are continuously arranged in the row direction to form word lines.

【0003】このNANDセル型EEPROMの動作
は、次の通りである。データ書き込みは、ビット線から
最も離れた位置のメモリセルから順に行う。選択された
メモリセルの制御ゲートには高電圧Vpp(=20V程
度)を印加し、それよりビット線側にあるメモリセルの
制御ゲート及び選択ゲートには中間電圧Vppm(=1
0V程度)を印加し、ビット線にはデータに応じて0V
又は中間電圧Vm(=8V程度)を与える。ビット線に
0Vが与えられた時、その電位は選択メモリセルのドレ
インまで転送されて、電荷畜積層に電子注入が生じる。
これにより、選択されたメモリセルのしきい値は正方向
にシフトする。この状態を例えば“1”とする。ビット
線にVmが与えられた時は電子注入が実効的に起こら
ず、従ってしきい値は変化せず、負に止まる。この状態
は消去状態で“0”とする。データ書き込みは制御ゲー
トを共有するメモリセルに対して同時に行われる。
The operation of this NAND cell type EEPROM is as follows. Data writing is performed in order from the memory cell farthest from the bit line. A high voltage Vpp (= about 20 V) is applied to the control gate of the selected memory cell, and an intermediate voltage Vppm (= 1 is applied to the control gate and the select gate of the memory cell on the bit line side from that.
0V) is applied, and 0V is applied to the bit line according to the data.
Alternatively, an intermediate voltage Vm (= about 8V) is applied. When 0V is applied to the bit line, the potential is transferred to the drain of the selected memory cell, and electron injection occurs in the charge storage stack.
As a result, the threshold value of the selected memory cell shifts in the positive direction. This state is, for example, "1". When Vm is applied to the bit line, electron injection does not effectively occur, so the threshold value does not change and remains negative. This state is an erased state and is "0". Data writing is simultaneously performed on memory cells sharing a control gate.

【0004】データ消去は、NANDセル内の全てのメ
モリセルに対して同時に行われる。即ち全ての制御ゲー
トを0Vとし、p型ウェルを20Vとする。このとき選
択ゲート,ビット線,ソース線も20Vにされる。これ
により、全てのメモリセルで電荷蓄積層の電子がp型ウ
ェルに放出され、しきい値は負方向にシフトする。
Data erasing is simultaneously performed on all the memory cells in the NAND cell. That is, all control gates are set to 0V and p-type wells are set to 20V. At this time, the selection gate, the bit line and the source line are also set to 20V. As a result, in all memory cells, the electrons in the charge storage layer are emitted to the p-type well, and the threshold value shifts in the negative direction.

【0005】データ読み出しは、選択されたメモリセル
の制御ゲートを0Vとし、それ以外のメモリセルの制御
ゲート及び選択ゲートを電源電位Vcc(例えば5V)
として、選択メモリセルで電流が流れるか否かを検出す
ることにより行われる。
For data reading, the control gates of the selected memory cells are set to 0V, and the control gates and selection gates of the other memory cells are set to the power supply potential Vcc (for example, 5V).
Is performed by detecting whether or not a current flows in the selected memory cell.

【0006】読み出し動作の制約から、“1”書き込み
後のしきい値は0VからVccの間に制御しなければな
らない。このため書き込みベリファイが行われ、“1”
書き込み不足のメモリセルのみを検出し、“1”書き込
み不足のメモリセルに対してのみ再書き込みが行われる
よう再書き込みデータを設定する(ビット毎ベリファ
イ)。“1”書き込み不足のメモリセルは、選択された
制御ゲートを例えば0.5V(ベリファイ電圧)にして
読み出すこと(ベリファイ読み出し)で検出される。
Due to the restriction of read operation, the threshold value after writing "1" must be controlled between 0V and Vcc. Therefore, the write verify is performed and "1"
Only the memory cells with insufficient writing are detected, and the rewriting data is set so that the rewriting is performed only on the memory cells with insufficient "1" writing (per-bit verification). A memory cell in which "1" is insufficiently written is detected by setting the selected control gate to, for example, 0.5 V (verify voltage) and reading (verify read).

【0007】つまり、メモリセルのしきい値が0Vに対
してマージンを持って、0.5V以上になっていない
と、選択メモリセルで電流が流れ、“1”書き込み不足
と検出される。“0”書き込み状態にするメモリセルで
は当然電流が流れるため、このメモリセルが“1”書き
込み不足と誤認されないよう、メモリセルを流れる電流
を補償するベリファイ回路と呼ばれる回路が設けられ
る。このベリファイ回路によって高速に書き込みベリフ
ァイは実行される。
That is, if the threshold of the memory cell has a margin with respect to 0V and is not more than 0.5V, a current flows through the selected memory cell, and it is detected that "1" write is insufficient. Since a current naturally flows in a memory cell that is set to the "0" write state, a circuit called a verify circuit that compensates the current flowing through the memory cell is provided so that this memory cell is not mistakenly recognized as insufficient "1" write. The write verify is executed at high speed by this verify circuit.

【0008】書き込み動作と書き込みベリファイを繰り
返しながらデータ書き込みをすることで、個々のメモリ
セルに対して書き込み時間が最適化され、“1”書き込
み後のしきい値は0VからVccの間に制御される。
By repeating the write operation and the write verify to write data, the write time is optimized for each memory cell, and the threshold value after "1" write is controlled between 0V and Vcc. It

【0009】このNANDセル型EEPROMで、多値
記憶を実現するため、例えば書き込み後の状態を
“0”,“1”,“2”の3つにすることを考える。
“0”書き込み状態はしきい値が負、“1”書き込み状
態はしきい値が例えば0Vから1/2Vcc、“2”書
き込み状態はしきい値が1/2VccからVccまでと
する。従来のベリファイ回路では、“0”書き込み状態
にするメモリセルを、“1”又は“2”書き込み不足の
メモリセルと誤認されることを防ぐことはできる。
In order to realize multi-valued storage in this NAND cell type EEPROM, it is considered that the states after writing are set to three states of "0", "1" and "2", for example.
The threshold value is negative in the "0" write state, for example 0V to 1/2 Vcc in the "1" write state, and 1/2 Vcc to Vcc in the "2" write state. In the conventional verify circuit, it is possible to prevent a memory cell in the "0" write state from being erroneously recognized as a memory cell in which "1" or "2" write is insufficient.

【0010】しかしながら、従来のベリファイ回路は多
値記憶用でないため、“2”書き込み状態にするメモリ
セルで、そのしきい値が、“1”書き込み不足か否かを
検出するためのベリファイ電圧以上で1/2Vcc以下
の書き込み不足状態である場合、“1”書き込み不足か
否かを検出する時にメモリセルで電流が流れず書き込み
十分と誤認されてしまうという難点があった。
However, since the conventional verify circuit is not for multi-value storage, the threshold value of the memory cell in the "2" write state is equal to or higher than the verify voltage for detecting whether "1" write is insufficient. In the case where the write insufficiency state of ½ Vcc or less is present, there is a problem in that no current flows in the memory cell when it is detected whether or not the “1” write is insufficient, and it is erroneously recognized as sufficient write.

【0011】また、書き込み不足の誤認を防止して多値
の書き込みベリファイを行うには、“1”書き込み十分
となったメモリセルに対し、“2”書き込み状態にする
メモリセルには再書き込みを行い、“2”書き込み不足
で状態であるか否かを検出してベリファイ書き込みを行
うようにすればよい。しかしこの場合、“2”書き込み
状態にするメモリセルに対しても“1”書き込みの後に
“2”書き込み状態にするので、書き込みに時間がかか
り書き込み速度が遅くなる。
In addition, in order to prevent erroneous recognition of insufficient writing and perform multi-valued write verification, memory cells that have become sufficiently "1" written must be rewritten to memory cells that are in the "2" written state. Then, the verify write may be performed by detecting whether or not the state is "2" insufficient write. In this case, however, since the "2" write state is set after the "1" write even for the memory cell to be set to the "2" write state, it takes time to write, and the write speed becomes slow.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のN
ANDセル型EEPROMに多値記憶させ、従来のベリ
ファイ回路でビット毎ベリファイを行おうとすると、誤
ベリファイが生じるという問題があった。
As described above, the conventional N
When multi-valued storage is performed in the AND cell type EEPROM and bit-by-bit verification is attempted by the conventional verify circuit, there is a problem that erroneous verification occurs.

【0013】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、多値の情報を記憶する
ことができ、かつ誤ベリファイを招くことなく書き込み
ベリファイ動作の高速化をはかり得るEEPROMを提
供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to store multivalued information and to speed up a write verify operation without causing erroneous verification. It is to provide a scaleable EEPROM.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、次のような構成を採用している。即ち、本
発明(請求項1)は、多値データを記憶可能な不揮発性
半導体記憶装置において、電気的書き替えを可能とし3
以上の複数の記憶状態を持たせたメモリセルがマトリク
ス状に配置されたメモリセルアレイと、複数のメモリセ
ルの書き込み動作状態を制御するデータを一時記憶する
ための複数の書き込みデータ回路と、同時にメモリセル
アレイ中の複数のメモリセルにそれぞれ対応する書き込
みデータ回路の内容に応じて書き込み動作を行うための
書き込み手段と、同時に複数のメモリセルの書き込み動
作後の状態を確認するための書き込みベリファイ手段
と、書き込みデータ回路の内容とメモリセルの書き込み
動作後の状態から書き込み不十分のメモリセルに対して
のみ再書き込みを行うように、書き込みデータ回路の内
容を更新する手段とを備え、書き込みデータ回路の内容
に基づく書き込み動作と、書き込みベリファイと、書き
込みデータ回路の内容更新を、メモリセルが所定の書き
込み状態になるまで繰り返しながら行うことにより電気
的にデータ書き込みを行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, the present invention (Claim 1) enables electrical rewriting in a nonvolatile semiconductor memory device capable of storing multivalued data.
A memory cell array in which memory cells having the above-described plurality of storage states are arranged in a matrix, a plurality of write data circuits for temporarily storing data for controlling the write operation state of the plurality of memory cells, and a memory at the same time Write means for performing a write operation according to the contents of a write data circuit respectively corresponding to a plurality of memory cells in the cell array, and write verify means for simultaneously confirming the state after the write operation of the plurality of memory cells, The contents of the write data circuit, and means for updating the contents of the write data circuit so that rewriting is performed only to the insufficiently written memory cells from the state after the write operation of the memory cells. Write operation based on the Updates, memory cells and performing the electrical data writing by performing repeatedly until a predetermined write state.

【0015】また、本発明(請求項2)は、電気的書き
替えを可能としたメモリセルがマトリクス状に配置され
たメモリセルアレイを有し、1つのメモリセルに3以上
の複数の記憶状態として任意のデータ“i”(i=0,
1,〜,n−1;n≧3)を持たせ多値記憶し、データ
“0”に対応する記憶状態は消去状態である不揮発性半
導体記憶装置において、センスアンプとして機能し、セ
ンスした情報をメモリセルの書き込み動作状態を制御す
るデータとして記憶する機能を兼ね備えた複数のデータ
回路と、同時にメモリセルアレイ中の複数のメモリセル
にそれぞれ対応するデータ回路の内容に応じて書き込み
動作を行うための書き込み手段と、同時に複数のメモリ
セルの書き込み動作後の状態がデータ“i”の記憶状態
になっているか否かを確認するための第iの書き込みベ
リファイ手段と(i=1,2,〜,n−1)、データ回
路の内容とメモリセルの書き込み動作後の状態から書き
込み不十分のメモリセルに対してのみ再書き込みを行う
ようにデータ回路の内容を、データ“i”となるべきメ
モリセルに対応するデータ回路について一括更新する第
iのデータ回路内容一括更新手段(i=1,〜,n−
1)と、第iの書き込みベリファイ手段による記憶状態
の確認と第iのデータ回路内容一括更新手段による一括
更新を、データ“1”からデータ“n−1”に関してn
−1回行い、複数のデータ回路全てについて内容更新す
るデータ回路内容更新手段とを備え、第iのデータ回路
内容一括更新手段は、第iの書き込みベリファイ手段に
よりメモリセルの書き込み動作後の状態が出力されるビ
ット線電位のうち、データ“i”(i≧1)となるべき
メモリセルに対応するビット線電位が再書き込みデータ
としてセンス/記憶され、データ“i”以外の状態とな
るべきメモリセルに対応するビット線電位はデータ回路
の内容を保持するようセンス/記憶されるよう、メモリ
セルの書き込み動作後の状態が出力されるビット線の電
位をデータ回路の内容に応じて修正し、ビット線電位が
修正されるまではデータ回路のデータ記憶状態を保持
し、修正されたビット線電位を保持したままデータ回路
をセンスアンプとして動作させ、データ回路の内容をデ
ータ“i”となるべきメモリセルに対応するデータ回路
について一括更新を行い、データ回路の内容に基づく書
き込み動作とデータ回路内容更新を、メモリセルが所定
の書き込み状態になるまで繰り返しながら行うことによ
り電気的にデータ書き込みを行うことを特徴とする。
The present invention (claim 2) has a memory cell array in which electrically rewritable memory cells are arranged in a matrix, and one memory cell has a plurality of storage states of three or more. Arbitrary data “i” (i = 0,
1, ..., N−1; n ≧ 3), multi-valued storage is performed, and the storage state corresponding to data “0” is the erased state. In the nonvolatile semiconductor storage device, the sensed information functions as a sense amplifier. To perform a write operation according to the contents of a plurality of data circuits having a function of storing as a data for controlling the write operation state of the memory cell and at the same time, the data circuits corresponding to the plurality of memory cells in the memory cell array. Write means, and i-th write verify means for confirming whether or not the state after the write operation of the plurality of memory cells is the storage state of the data “i” at the same time (i = 1, 2, ..., n-1), the data circuit so that rewriting is performed only to the memory cells in which the writing is insufficient due to the contents of the data circuit and the state after the writing operation of the memory cells. Contents, i-th data circuit content batch update means for collectively updating the data circuit corresponding to the memory cell to the data "i" (i = 1, ~, n-
1), the confirmation of the storage state by the i-th write verify means and the batch update by the i-th data circuit content batch update means are performed for data "1" to data "n-1" by n.
-1 time, and the data circuit content updating means for updating the content of all of the plurality of data circuits is provided. The i-th data circuit content batch updating means is configured to change the state after the write operation of the memory cell by the i-th write verifying means. Of the output bit line potentials, the bit line potential corresponding to the memory cell that should be the data “i” (i ≧ 1) is sensed / stored as rewrite data, and should be a state other than the data “i”. The bit line potential corresponding to the cell is sensed / stored so as to retain the contents of the data circuit, and the potential of the bit line from which the state after the write operation of the memory cell is output is modified according to the contents of the data circuit. The data storage state of the data circuit is held until the bit line potential is corrected, and the data circuit is used as a sense amplifier while holding the corrected bit line potential. The data circuit corresponding to the memory cell whose data circuit content should be the data “i” is updated at once, and the memory cell performs the write operation and the data circuit content update based on the content of the data circuit. It is characterized in that the data is electrically written by repeating the process until it becomes.

【0016】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) データ回路は、書き込み動作時にデータ回路に記憶
されているデータに応じてメモリセルの書き込み動作状
態を制御し、メモリセルの状態を所定の書き込み状態に
なるよう変化させるか、又はメモリセルの状態を書き込
み動作前の状態に保持するかを制御すること。 (2) 第iのデータ回路内容一括更新手段は、データ
“i”の書き込み状態になるべきメモリセルに対応する
データ回路について、メモリセルをデータ“i”の書き
込み状態になるよう変化させるよう制御するデータが記
憶されているデータ回路に対応するメモリセルがデータ
“i”の書き込み状態に達している場合は、データ回路
のデータをメモリセルの状態を書き込み動作前の状態に
保持するよう制御するデータに変更し、メモリセルをデ
ータ“i”の書き込み状態になるよう変化させるよう制
御するデータが記憶されているデータ回路に対応するメ
モリセルがデータ“i”の書き込み状態に達していない
場合は、メモリセルの状態をデータ“i”の書き込み状
態になるよう変化させるよう制御するデータをデータ回
路に設定し、データ回路にメモリセルの状態を書き込み
動作前の状態に保持するよう制御するデータが記憶され
ている場合は、メモリセルの状態を書き込み動作前の状
態に保持するよう制御するデータをデータ回路に設定
し、第iのデータ回路内容一括更新手段は、データ
“i”以外の書き込み状態になるべきメモリセルに対応
するデータ回路については変更しないこと。 (3) メモリセルは半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲート
を積層形成して構成され、メモリセルは3以上の複数の
記憶状態として任意のデータ“i”(i=0,1,〜,
n−1;n≧3)をしきい値の大きさで多値記憶し、第
iの書き込みベリファイ手段によって制御ゲートに所定
の第iのベリファイ電位を印加し、データ“i”状態に
なるべきメモリセルのしきい値が所望のしきい値である
か否かをベリファイすること。 (4) データ“0”に対応する記憶状態は消去状態であっ
て、データ“n−1”状態に対応するしきい値はデータ
“0”状態に対応するしきい値と最も差が大きく、デー
タ“1”,“2”,〜,“i”,〜,“n−2”状態に
対応するしきい値はデータ“0”状態に対応するしきい
値からデータ“n−1”状態に対応するしきい値の間の
値であって、データ“0”状態に対応するしきい値から
近い順にデータ“1”,“2”,〜,“i”,〜,“n
−2”状態に対応するしきい値はなっていて、第iの書
き込みベリファイ手段によってメモリセルの書き込み後
の状態が出力されるビット線電位の中で、データ回路の
内容がメモリセルの状態を書き込み動作前の状態に保持
するよう制御するデータであるものに対応するビット線
の電位のみを、データ回路でセンスした場合にメモリセ
ルの状態を書き込み動作前の状態に保持するよう制御す
るデータとなるような第1の補正ビット線電位に設定す
る第1のビット線電位設定回路を備え、第i(1≦i≦
n−2)の書き込みベリファイ手段によってメモリセル
の書き込み後の状態が出力されるビット線電位のうち、
データ“j”(i+1≦j)状態になるべきメモリセル
に対応するビット線の中で、データ回路の内容がメモリ
セルの状態をデータ“j”の書き込み状態になるよう変
化させるよう制御するデータとなっているものに対応す
るビット線電位のみを、データ回路でセンスした場合に
メモリセルの状態をデータ“j”書き込み状態になるよ
う変化させるよう制御するデータとなるような第2の補
正ビット線電位に設定する第jのビット線電位設定回路
を備え、データ回路内容更新のため、第iの書き込みベ
リファイによりメモリセルの書き込み動作後の状態が出
力されるビット線の電位をデータ回路の内容に応じて第
1,i+1,i+2,〜,n−1のビット線電位設定回
路によって修正すること。 (5) データ回路は、メモリセルの状態を書き込み動作前
の状態に保持するよう制御するか否かを情報として記憶
する第1のデータ記憶部と、第1のデータ記憶部の情報
がメモリセルの状態を書き込み動作前の状態に保持する
よう制御しない情報の場合メモリセルが記憶すべき書き
込み状態“i”(i=1,2,〜,n−1)を示す情報
を記憶する第2のデータ記憶部と、から構成され、第1
のデータ記憶部は、データ回路内容更新のためデータ回
路の内容に応じて第1,i+1,i+2,〜,n−1の
ビット線電位設定回路によって修正された、第iの書き
込みベリファイによりメモリセルの書き込み動作後の状
態が出力されるビット線の電位を、センス/記憶する機
能を兼ね備えること。 (6) 第1のデータ記憶部の情報がメモリセルの状態を書
き込み動作前の状態に保持するよう制御する情報である
場合、書き込み動作時にビット線に書き込み防止ビット
線電圧を出力する書き込み防止ビット線電圧出力回路
と、第1のデータ記憶部の情報がメモリセルの状態を書
き込み動作前の状態に保持するよう制御しない情報の場
合、第2のデータ記憶部のメモリセルが記憶すべき書き
込み状態“i”(i=1,2,〜,n−1)を示す情報
に応じて第iの書き込み時のビット線電圧を出力する第
iの書き込みビット線電圧出力回路とを備えたこと。 (7) 第1のビット線電位設定回路と書き込み防止ビット
線電圧出力回路は共通の第1のビット線電圧制御回路で
あって、その入力電圧は、書き込み時はその出力が書き
込み防止ビット線電圧となるような電圧でありデータ回
路内容更新時はその出力が第1の補正ビット線電位とな
るような電圧であり、第j(j=2,3,〜,n−1)
のビット線電位設定回路と第jの書き込みビット線電圧
出力回路は共通の第jのビット線電圧制御回路であっ
て、その入力電圧は、書き込み時はその出力が第jの書
き込みビット線電圧となるような電圧でありデータ回路
内容更新時はその出力が第2の補正ビット線電位となる
ような電圧であること。 (8) メモリセルは半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲート
が積層形成され構成され、複数個づつ直列接続されNA
NDセル構造を形成していること。 (9) メモリセルは半導体層上に電荷蓄積層と制御ゲート
が積層形成され構成され、NORセル構造を形成してい
ること。
Here, the following are preferred embodiments of the present invention. (1) The data circuit controls the write operation state of the memory cell according to the data stored in the data circuit during the write operation and changes the state of the memory cell to a predetermined write state, or Controls whether to keep the state of before the write operation. (2) The i-th data circuit content batch updating means controls the data circuit corresponding to the memory cell in which the data “i” should be written to change the memory cell so that the data “i” is written. When the memory cell corresponding to the data circuit in which the data to be stored has reached the write state of the data “i”, the data of the data circuit is controlled to hold the state of the memory cell in the state before the write operation. If the memory cell corresponding to the data circuit storing the data for changing to the data and controlling the memory cell to be in the write state of the data “i” has not reached the write state of the data “i”, , Setting data in the data circuit for controlling the state of the memory cell to change to the write state of the data “i”, If the data for controlling the state of the memory cell to be held in the state before the write operation is stored in, set the data for controlling the state of the memory cell to be held in the state before the write operation in the data circuit, The i-th data circuit content batch updating means should not change the data circuits corresponding to the memory cells other than the data "i" which should be in the written state. (3) The memory cell is formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, and the memory cell has arbitrary data “i” (i = 0, 1, ...
n-1; n ≧ 3) should be multi-valued stored with a threshold value, and a predetermined i-th verify potential should be applied to the control gate by the i-th write verify means to attain the data “i” state. Verify whether the threshold value of the memory cell is the desired threshold value. (4) The storage state corresponding to the data “0” is the erased state, and the threshold value corresponding to the data “n−1” state has the largest difference from the threshold value corresponding to the data “0” state. The threshold values corresponding to the data "1", "2", ~, "i", ~, "n-2" states are changed from the threshold values corresponding to the data "0" state to the data "n-1" states. It is a value between corresponding threshold values, and data "1", "2", ..., "i", ..., "n" in ascending order from the threshold value corresponding to the data "0" state.
The threshold value corresponding to the -2 "state is set, and the content of the data circuit indicates the state of the memory cell in the bit line potential at which the state after the writing of the memory cell is output by the i-th write verify unit. Only the potential of the bit line corresponding to the data that is controlled to be retained in the state before the write operation, and the data that is controlled to retain the state of the memory cell in the state before the write operation when the data circuit senses And a first bit line potential setting circuit for setting the first corrected bit line potential as follows.
n-2) of the bit line potentials in which the state after writing of the memory cell is output by the write verifying means,
Data for controlling the contents of the data circuit in the bit line corresponding to the memory cell to be in the data “j” (i + 1 ≦ j) state so that the state of the memory cell is changed to the write state of the data “j”. The second correction bit that becomes the data for controlling so that the state of the memory cell is changed to the data “j” write state when the data circuit senses only the bit line potential corresponding to The bit line potential setting circuit for setting the line potential is provided. For updating the data circuit content, the potential of the bit line from which the state after the write operation of the memory cell is output by the i-th write verify is output. Correction by the first, i + 1, i + 2, ..., N−1 bit line potential setting circuits. (5) The data circuit has a first data storage unit that stores as information whether or not to control the state of the memory cell so as to maintain the state before the write operation, and the information of the first data storage unit is the memory cell. In the case of information that is not controlled so as to hold the state of before the write operation, the second information that stores the information indicating the write state “i” (i = 1, 2, ..., N−1) to be stored in the memory cell is stored. A data storage unit, and a first
The data storage section of the memory cell is modified by the first, i + 1, i + 2, ..., N−1 bit line potential setting circuits according to the contents of the data circuit for updating the contents of the data circuit. It also has the function of sensing / storing the potential of the bit line that outputs the state after the write operation. (6) When the information of the first data storage unit is information for controlling the state of the memory cell to be maintained in the state before the write operation, the write protection bit that outputs the write protection bit line voltage to the bit line during the write operation When the information in the line voltage output circuit and the information in the first data storage unit is information that is not controlled to hold the state of the memory cell in the state before the write operation, the write state to be stored in the memory cell in the second data storage unit An i-th write bit line voltage output circuit for outputting a bit line voltage at the i-th write according to information indicating "i" (i = 1, 2, ..., N-1). (7) The first bit line potential setting circuit and the write protection bit line voltage output circuit are the same first bit line voltage control circuit, and the input voltage is the write protection bit line voltage when the output is the write voltage. Is a voltage such that its output becomes the first correction bit line potential when the contents of the data circuit are updated, and the j-th (j = 2, 3, ..., N-1)
The bit line potential setting circuit and the j-th write bit line voltage output circuit are a common j-th bit line voltage control circuit, and the input voltage thereof is the j-th write bit line voltage at the time of writing. Voltage so that the output becomes the second correction bit line potential when updating the contents of the data circuit. (8) The memory cell is configured by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, and connecting a plurality of memory cells in series to each other.
Forming an ND cell structure. (9) The memory cell is configured by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer to form a NOR cell structure.

【0017】[0017]

【作用】本発明に係わる多値(n値)記憶型EEPRO
Mは、ベリファイ読み出し動作をn−1個の基本動作サ
イクルから行われるよう構成される。消去状態を“0”
とし多値レベルをメモリセルのしきい値の低い順に
“0”,“1”,〜,“i”,〜,“n−1”とする
と、i番目のサイクルでは“i”書き込みが十分か否か
だけをベリファイするよう構成される。このため、選択
された制御ゲートに、“i”書き込み不十分であればメ
モリセルで電流が流れるように、i番目のサイクルで所
定のiレベルのベリファイ電圧を印加するベリファイ電
位発生回路を備え、ビット線の電圧を検知することで書
き込み十分か否かを検出するセンスアンプを備える。i
番目のサイクルで、“0”,〜,“iー1”書き込みを
するメモリセルのビット線は、既に書き込み十分と検出
されていればメモリセルの電流は補償され、書き込み不
十分であると検出されていればメモリセルの電流は補償
されないよう第1のベリファイ回路が設けられる。i番
目のサイクルで、“i+1”,〜,“n−1”書き込み
をするメモリセルのビット線は、既に書き込み十分と検
出されていれば第1のベリファイ回路によりメモリセル
の電流は補償され、書き込み不十分であると検出されて
いればメモリセルの電流が流れたようにビット線電圧を
設定する第2のベリファイ回路が設けられる。
The multi-valued (n-valued) memory type EEPRO according to the present invention
M is configured to perform the verify read operation from n-1 basic operation cycles. Erase state is "0"
If the multi-valued levels are "0", "1", ~, "i", ~, "n-1" in ascending order of the threshold value of the memory cell, is it sufficient to write "i" in the i-th cycle? It is configured to verify only whether or not. Therefore, the selected control gate is provided with a verify potential generation circuit that applies a verify voltage of a predetermined i level in the i-th cycle so that a current flows in the memory cell if “i” programming is insufficient. A sense amplifier that detects whether or not writing is sufficient by detecting the voltage of the bit line is provided. i
In the second cycle, if the bit line of the memory cell to which "0", ~, "i-1" is written has already been detected as being sufficiently written, the current of the memory cell is compensated, and the insufficient writing is detected. If so, the first verify circuit is provided so that the current of the memory cell is not compensated. In the i-th cycle, if the bit line of the memory cell to which "i + 1", ..., "n-1" is written is already detected to be sufficiently written, the first verify circuit compensates the current of the memory cell, A second verify circuit is provided to set the bit line voltage as if the current of the memory cell had flowed if it was detected that the writing was insufficient.

【0018】また、書き込み十分か否かをデータとして
記憶する第1のレジスタと、書き込む多値レベルが
“1”,〜,“n−1”のうちのいずれかを記憶する第
2のレジスタを備え、第1のレジスタは書き込み十分か
否かを検出するセンスアンプの機能も兼ね備える。さら
に所望の書き込み状態に達していないメモリセルがあれ
ば、そのメモリセルのみに再書き込みが行われるよう、
所望の書き込み状態に応じて書き込み時のビット線電圧
を出力するビット線書き込み電圧出力回路を備えたこと
を特徴としている。
A first register for storing whether or not writing is sufficient as data and a second register for storing any one of the multi-valued levels to be written are "1", ..., "n-1". The first register also has a function of a sense amplifier that detects whether or not writing is sufficient. Furthermore, if there is a memory cell that has not reached the desired write state, rewrite only to that memory cell,
It is characterized in that a bit line write voltage output circuit for outputting a bit line voltage at the time of writing is provided according to a desired write state.

【0019】本発明においては、多値データ書き込みを
行った後、個々のメモリセルの書き込み状態がその所望
の多値レベル状態に達しているか否かが検出される。そ
して、所望の多値レベルに達していないメモリセルがあ
れば、そのメモリセルのみに再書き込みが行われるよ
う、所望の書き込み状態に応じて書き込み時のビット線
電圧が出力される。この書き込み動作とベリファイ読み
出しを繰り返し、全てのメモリセルが所望の書き込み状
態に達していることを確認したらデータ書き込みを終了
する。
In the present invention, after multi-value data writing is performed, it is detected whether the write state of each memory cell has reached its desired multi-value level state. Then, if there is a memory cell that has not reached the desired multilevel level, the bit line voltage at the time of writing is output according to the desired write state so that rewriting is performed only to that memory cell. This write operation and verify read are repeated, and when it is confirmed that all the memory cells have reached the desired write state, the data write ends.

【0020】このようにして本発明によれば、1回の書
き込み時間を短くして、書き込み状態の進行の程度をチ
ェックしながら小刻みに書き込み動作を繰り返すことに
よって、最終的にデータ書き込みが終了したメモリセル
のしきい値を小さくすることを、高速に行うことができ
る。
As described above, according to the present invention, the writing time is shortened once, and the writing operation is repeated in small steps while checking the progress of the writing state, whereby the data writing is finally completed. It is possible to reduce the threshold value of the memory cell at high speed.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1の実施例に係わるNAND
セル型EEPROMの概略構成を示すブロック図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a NAND according to the first embodiment of the present invention.
It is a block diagram showing a schematic structure of a cell type EEPROM.

【0022】メモリセルアレイ1に対して、読み出し/
書き込み時のビット線を制御するためのビット線制御回
路2と、ワード線電位を制御するためのワード線駆動回
路7が設けられる。ビット線制御回路2,ワード線駆動
回路7は、それぞれカラム・デコーダ3,ロウ・デコー
ダ8によって選択される。ビット線制御回路2は、デー
タ入出力線(IO線)を介して入出力データ変換回路5
と読み出しデータ/書き込みデータのやり取りを行う。
入出力データ変換回路5は、読み出されたメモリセルの
多値情報を外部に出力するため2値情報に変換し、外部
から入力された書き込みデータの2値情報をメモリセル
の多値情報に変換する。入出力データ変換回路5は、外
部とのデータ入出力を制御するデータ入出力バッファ6
に接続される。データ書き込み終了検知回路4はデータ
書き込みが終了したか否かを検知する。
Read / write to the memory cell array 1
A bit line control circuit 2 for controlling a bit line at the time of writing and a word line drive circuit 7 for controlling a word line potential are provided. The bit line control circuit 2 and the word line drive circuit 7 are selected by the column decoder 3 and the row decoder 8, respectively. The bit line control circuit 2 receives the input / output data conversion circuit 5 via the data input / output line (IO line).
And read / write data are exchanged.
The input / output data conversion circuit 5 converts the read multi-valued information of the memory cell into binary information for outputting to the outside, and converts the binary information of the write data input from the outside into the multi-valued information of the memory cell. Convert. The input / output data conversion circuit 5 includes a data input / output buffer 6 for controlling data input / output with the outside.
Connected to. The data write end detection circuit 4 detects whether or not the data write has ended.

【0023】図2,図3は、メモリセルアレイ1とビッ
ト線制御回路2の具体的な構成を示している。メモリセ
ルM1 〜M8 と選択トランジスタS1 ,S2 で、NAN
D型セルを構成する。NAND型セルの一端はビット線
BLに接続され、他端は共通ソース線Vsと接続され
る。選択ゲートSG1 ,SG2 、制御ゲートCG1 〜C
G8 は、複数個のNAND型セルで共有され、1本の制
御ゲートを共有するメモリセルはページを構成する。メ
モリセルはそのしきい値Vtでデータを記憶し、Vtが
0V以下である場合“0”データ、Vtが0V以上1.
5V以下の場合“1”データ、Vtが1.5V以上電源
電圧以下の場合“2”データとして記憶する。1つのメ
モリセルで3つの状態を持たせ、2つのメモリセルで9
通りの組み合わせができる。この内、8通りの組み合わ
せを用いて、2つのメモリセルで3ビット分のデータを
記憶する。この実施例では、制御ゲートを共有する隣合
う2つのメモリセルの組で3ビット分のデータを記憶す
る。また、メモリセルアレイ1は専用のpウェル上に形
成されている。
2 and 3 show specific configurations of the memory cell array 1 and the bit line control circuit 2. With the memory cells M1 to M8 and the selection transistors S1 and S2,
Construct a D-type cell. One end of the NAND cell is connected to the bit line BL and the other end is connected to the common source line Vs. Select gates SG1 and SG2, control gates CG1 to C
G8 is shared by a plurality of NAND cells, and memory cells sharing one control gate form a page. The memory cell stores data at the threshold value Vt. If Vt is 0V or less, "0" data, Vt is 0V or more.
The data is stored as "1" data when the voltage is 5 V or less and "2" data when Vt is 1.5 V or more and the power supply voltage or less. One memory cell has three states, and two memory cells have 9 states.
You can combine streets. Of these combinations, eight combinations are used to store 3-bit data in two memory cells. In this embodiment, 3-bit data is stored in a set of two adjacent memory cells sharing a control gate. The memory cell array 1 is formed on a dedicated p well.

【0024】クロック同期式インバータCI1 ,CI2
とCI3 ,CI4 でそれぞれフリップ・フロップを構成
し、書き込み/読み出しデータをラッチする。また、こ
れらはセンス・アンプとしても動作する。クロック同期
式インバータCI1 ,CI2で構成されるフリップ・フ
ロップは、「“0”書き込みをするか、“1”又は
“2”書き込みをするか」、を書き込みデータ情報とし
てラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持してい
るか、“1”又は“2”の情報を保持しているか」、を
読み出しデータ情報としてラッチする。クロック同期式
インバータCI3 ,CI4 で構成されるフリップ・フロ
ップは、「“1”書き込みをするか、“2”書き込みを
するか」、を書き込みデータ情報としてラッチし、メモ
リセルが「“2”の情報を保持しているか、“0”又は
“1”の情報を保持しているか」、を読み出しデータ情
報としてラッチする。
Clock synchronous inverters CI1 and CI2
And CI3 and CI4 form flip-flops respectively and latch write / read data. They also operate as sense amplifiers. The flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI1 and CI2 latches "whether" 0 "is written," 1 "or" 2 "is written" as write data information, and the memory cell is "Hold information" 0 "or information" 1 "or" 2 "?" Is latched as read data information. The flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI3 and CI4 latches "whether" 1 "is written or" 2 "is written" as write data information, and the memory cell is "2". Whether information is held or "0" or "1" information is held "is latched as read data information.

【0025】nチャネルMOSトランジスタの内で、Q
n1 は、プリチャージ信号PREが“H”となると電圧
VPRをビット線に転送する。Qn2 は、ビット線接続信
号BLCが“H”となってビット線と主要なビット線制
御回路を接続する。Qn3 〜Qn6 ,Qn9 〜Qn12
は、上述のフリップ・フロップにラッチされているデー
タに応じて、電圧VBLH ,VBLM ,VBLL を選択的にビ
ット線に転送する。Qn7 ,Qn8 はそれぞれ信号SA
C2 ,SAC1 が“H”となることでフリップ・フロッ
プとビット線を接続する。Qn13は、フリップ・フロッ
プにラッチされている1ページ分のデータが全て同じか
否かを検出するために設けられる。Qn14,Qn15とQ
n16,Qn17はそれぞれカラム選択信号CSL1 ,CS
L2 が“H”となって、対応するフリップ・フロップと
データ入出力線IOA,IOBを選択的に接続する。
Of the n-channel MOS transistors, Q
n1 transfers the voltage VPR to the bit line when the precharge signal PRE becomes "H". In Qn2, the bit line connection signal BLC becomes "H" to connect the bit line to the main bit line control circuit. Qn3 to Qn6, Qn9 to Qn12
Selectively transfers the voltages VBLH, VBLM, and VBLL to the bit lines according to the data latched in the above flip-flop. Qn7 and Qn8 are signal SA
The flip-flop and the bit line are connected when C2 and SAC1 become "H". Qn13 is provided to detect whether or not the data for one page latched by the flip-flops are all the same. Qn14, Qn15 and Q
n16 and Qn17 are column selection signals CSL1 and CS, respectively.
When L2 becomes "H", the corresponding flip-flop and the data input / output lines IOA and IOB are selectively connected.

【0026】なお、図3においてインバータ部分を図1
9(a)に示すように省略して示しているが、これは図
19(b)に示す回路構成となっている。次に、このよ
うに構成されたEEPROMの動作を図4〜図6に従っ
て説明する。図4は読み出し動作のタイミング、図5は
書き込み動作のタイミング、図6はベリファイ読み出し
動作のタイミングを示している。いずれも制御ゲートC
G4が選択された場合を例に示してある。
In FIG. 3, the inverter portion is shown in FIG.
Although omitted as shown in FIG. 9 (a), this has the circuit configuration shown in FIG. 19 (b). Next, the operation of the EEPROM thus configured will be described with reference to FIGS. 4 shows the read operation timing, FIG. 5 shows the write operation timing, and FIG. 6 shows the verify read operation timing. Control gate C
The case where G4 is selected is shown as an example.

【0027】読み出し動作は、2つの基本サイクルで実
行される。読み出し第1サイクルは、まず電圧VPRが電
源電圧Vccとなってビット線はプリチャージされ、プリ
チャージ信号PREが“L”となってビット線はフロー
ティングにされる。続いて、選択ゲートSG1 ,SG2
、制御ゲートCG1 〜CG3 、CG5 〜CG8 はVcc
とされる。同時に制御ゲートCG4 は1.5Vにされ
る。選択されたメモリセルのVtが1.5V以上の場合
のみ、つまりデータ“2”が書き込まれている場合の
み、そのビット線は“H”レベルのまま保持される。
The read operation is executed in two basic cycles. In the first read cycle, the voltage VPR is first set to the power supply voltage Vcc to precharge the bit line, and the precharge signal PRE is set to "L" to float the bit line. Then, select gates SG1 and SG2
, Control gates CG1 to CG3, CG5 to CG8 are Vcc
It is said that At the same time, the control gate CG4 is set to 1.5V. Only when the Vt of the selected memory cell is 1.5 V or more, that is, only when the data “2” is written, the bit line is held at the “H” level.

【0028】この後、センス活性化信号SEN2 ,SE
N2Bがそれぞれ“L”,“H”、ラッチ活性化信号LA
T2 ,LAT2Bがそれぞれ“L”,“H”となって、ク
ロック同期式インバータCI3 ,CI4 で構成されるフ
リップ・フロップはリセットされる。信号SAC2 が
“H”となってクロック同期式インバータCI3 ,CI
4 で構成されるフリップ・フロップとビット線は接続さ
れ、まずセンス活性化信号SEN2 ,SEN2Bがそれぞ
れ“H”,“L”となってビット線電位がセンスされた
後、ラッチ活性化信号LAT2 ,LAT2Bがそれぞれ
“H”,“L”となり、クロック同期式インバータCI
3 ,CI4 で構成されるフリップ・フロップに、
「“2”データか、1”又は“0”データか」の情報が
ラッチされる。
After this, the sense activation signals SEN2, SE
N2B is "L", "H", respectively, and latch activation signal LA
T2 and LAT2B are set to "L" and "H", respectively, and the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI3 and CI4 is reset. The signal SAC2 becomes "H", and clock synchronous inverters CI3 and CI
The flip-flop composed of 4 is connected to the bit line, and the sense activation signals SEN2 and SEN2B are first set to "H" and "L" to sense the bit line potential, and then the latch activation signal LAT2, LAT2B becomes "H" and "L" respectively, and clock synchronous inverter CI
Flip-flop composed of 3 and CI4,
The information ““ 2 ”data, 1” or “0” data ”is latched.

【0029】読み出し第2サイクルは読み出し第1サイ
クルと、選択制御ゲートCG4 の電圧が1.5Vでなく
0Vであること、信号SEN2 ,SEN2B,LAT2 ,
LAT2B,SAC2 の代わりに信号SEN1 ,SEN1
B,LAT1 ,LAT1B,SAC1 が出力されることが
違う。よって、読み出し第2サイクルでは、クロック同
期式インバータCI1 ,CI2 で構成されるフリップ・
フロップに、「“0”データか、“1”又は“2”デー
タか」の情報がラッチされる。
In the second read cycle, the first read cycle, the voltage of the selection control gate CG4 is 0V instead of 1.5V, and the signals SEN2, SEN2B, LAT2,
Signals SEN1 and SEN1 instead of LAT2B and SAC2
The difference is that B, LAT1, LAT1B, and SAC1 are output. Therefore, in the second read cycle, the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI1 and CI2 is used.
Information of ““ 0 ”data,“ 1 ”or“ 2 ”data” ”is latched in the flop.

【0030】以上説明した2つの読み出しサイクルによ
って、メモリセルに書き込まれたデータが読み出され
る。データ書き込みに先だってメモリセルのデータは消
去され、メモリセルのしきい値Vtは0V以下となって
いる。消去はpウェル、共通ソース線Vs、選択ゲート
SG1 ,SG2 を20Vにし、制御ゲートCG1 〜CG
8 を0Vとして行われる。
The data written in the memory cell is read by the two read cycles described above. Prior to data writing, the data in the memory cell is erased, and the threshold Vt of the memory cell is 0 V or less. For erasing, the p-well, the common source line Vs, the select gates SG1 and SG2 are set to 20 V, and the control gates CG1 to CG are set.
8 is set to 0V.

【0031】書き込み動作では、まずプリチャージ信号
PREが“L”となってビット線がフローティングにさ
れる。選択ゲートSG1 がVcc、制御ゲートCG1 〜C
G8がVccとされる。選択ゲートSG2 は書き込み動作
中0Vである。同時に、信号VRFY1 ,VRFY2 ,
FIM,FIHがVccとなる。“0”書き込みの場合
は、クロック同期式インバータCI1 ,CI2 で構成さ
れるフリップ・フロップに、クロック同期式インバータ
CI1 の出力が“H”になるようにデータがラッチされ
ているため、ビット線はVccにより充電される。“1”
又は“2”書き込みの場合は、ビット線は0Vである。
In the write operation, first, the precharge signal PRE becomes "L" and the bit line is floated. Select gate SG1 is Vcc, control gates CG1 to C
G8 is set to Vcc. The select gate SG2 is 0V during the write operation. At the same time, the signals VRFY1, VRFY2,
FIM and FIH become Vcc. In the case of writing "0", since the data is latched in the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI1 and CI2 so that the output of the clock synchronous inverter CI1 becomes "H", the bit line is It is charged by Vcc. "1"
Alternatively, in the case of writing "2", the bit line is at 0V.

【0032】続いて、選択ゲートSG1 、制御ゲートC
G1 〜CG8 、信号BLC、信号VRFY1 と電圧VS
Aが10V、電圧VBLH が8V、電圧VBLM が1Vとな
る。“1”書き込みの場合は、クロック同期式インバー
タCI3 ,CI4 で構成されるフリップ・フロップに、
クロック同期式インバータCI3 の出力が“H”になる
ようにデータがラッチされているため、ビット線BLに
は1Vが印加される。“2”書き込みの場合はビット線
は0V、“0”書き込みの場合は8Vとなる。この後、
選択された制御ゲートCG4 が20Vとされる。
Subsequently, the selection gate SG1 and the control gate C
G1 to CG8, signal BLC, signal VRFY1 and voltage VS
A is 10V, voltage VBLH is 8V, and voltage VBLM is 1V. In the case of writing "1", the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI3 and CI4,
Since the data is latched so that the output of the clock synchronous inverter CI3 becomes "H", 1V is applied to the bit line BL. The bit line is 0V when "2" is written, and 8V when "0" is written. After this,
The selected control gate CG4 is brought to 20V.

【0033】“1”又は“2”書き込みの場合は、ビッ
ト線BLと制御ゲートCG4 の電位差によって電子がメ
モリセルの電荷蓄積層に注入され、メモリセルのしきい
値は上昇する。“1”書き込みの場合は、“2”書き込
みに比較してメモリセルの電荷蓄積層に注入すべき電荷
量を少なくしなければならないため、ビット線BLを1
Vにして制御ゲートCG4 との電位差を19Vに緩和し
ている。但し、この電位差の緩和はなくとも実施可能で
ある。“0”書き込み時は、ビット線電圧8Vによって
メモリセルのしきい値は実効的には変わらない。
In the case of writing "1" or "2", electrons are injected into the charge storage layer of the memory cell due to the potential difference between the bit line BL and the control gate CG4, and the threshold value of the memory cell rises. In the case of "1" writing, the amount of charges to be injected into the charge storage layer of the memory cell must be reduced as compared with "2" writing, so that the bit line BL is set to 1
The potential difference with the control gate CG4 is set to V and is relaxed to 19V. However, it can be implemented without alleviating this potential difference. At the time of writing "0", the threshold voltage of the memory cell is not effectively changed by the bit line voltage 8V.

【0034】書き込み動作の終了時は、まず選択ゲート
SG1 、制御ゲートCG1 〜CG8を0Vとし、”0”
書き込み時のビット線BLの電圧8Vは遅れて0Vにリ
セットされる。この順序が反転すると一時的に“2”又
は“1”書き込み動作の状態ができて、“0”書き込み
時に間違ったデータを書いてしまうからである。
At the end of the write operation, first, the select gate SG1 and the control gates CG1 to CG8 are set to 0 V, and "0" is set.
The voltage 8V of the bit line BL at the time of writing is reset to 0V with a delay. This is because if this order is reversed, the state of the "2" or "1" write operation is temporarily made, and the wrong data is written when the "0" is written.

【0035】書き込み動作後に、メモリセルの書き込み
状態を確認し書き込み不足のメモリセルにのみ追加書き
込みを行うため、ベリファイ読み出しが行われる。ベリ
ファイ読み出し中は、電圧VBLH はVcc、VBLL は0
V、FIMは0Vである。
After the write operation, the write state of the memory cell is confirmed, and the additional write is performed only to the memory cell in which the write is insufficient, so the verify read is performed. During verify read, the voltage VBLH is Vcc and VBLL is 0
V and FIM are 0V.

【0036】ベリファイ読み出しは、2つの基本サイク
ルから実行される。この基本サイクルは読み出し第2サ
イクルに似ている。違うのは、選択された制御ゲートC
G4の電圧と、信号VRFY1 ,VRFY2 ,FIHが
出力されることである(ベリファイ読み出し第1サイク
ルではVRFY1 のみ)。信号VRFY1 ,VRFY2
,FIHは、選択ゲートSG1 ,SG2 、制御ゲート
CG1 〜CG8 が0Vにリセットされた後で信号SEN
1 ,SEN1B,LAT1 ,LAT1Bがそれぞれ“L”,
“H”,“L”,“H”になる前に出力される。言い替
えると、ビット線の電位がメモリセルのしきい値によっ
て決定した後で、クロック同期式インバータCI1 ,C
I2 で構成されるフリップ・フロップがリセットされる
前である。選択された制御ゲートCG4 の電圧は、読み
出し時の1.5V(第1サイクル)、0V(第2サイク
ル)に対応して、2V(第1サイクル)、0.5V(第
2サイクル)と、0.5Vのしきい値マージンを確保す
るために高くしてある。
Verify read is executed from two basic cycles. This basic cycle is similar to the read second cycle. The difference is that the selected control gate C
That is, the voltage of G4 and the signals VRFY1, VRFY2 and FIH are output (only VRFY1 in the verify read first cycle). Signals VRFY1 and VRFY2
, FIH are signals SEN after the select gates SG1, SG2 and the control gates CG1 to CG8 are reset to 0V.
1, SEN1B, LAT1 and LAT1B are "L",
It is output before it becomes "H", "L", "H". In other words, after the potential of the bit line is determined by the threshold value of the memory cell, the clock synchronous inverters CI1, C1
Before the flip-flop composed of I2 is reset. The voltage of the selected control gate CG4 is 2V (first cycle), 0.5V (second cycle) corresponding to 1.5V (first cycle) and 0V (second cycle) at the time of reading, It is set high in order to secure a threshold margin of 0.5V.

【0037】ここでは、クロック同期式インバータCI
1 ,CI2 で構成されるフリップ・フロップにラッチさ
れているデータ(data1)、クロック同期式インバ
ータCI3 ,CI4 で構成されるフリップ・フロップに
ラッチされているデータ(data2)と選択されたメ
モリセルのしきい値によって決まるビット線BLの電圧
を説明する。data1は「“0”書き込みか、“1”
又は“2”書き込みか」を制御し、“0”書き込みの場
合はQn3は“ON”状態、“1”又は“2”書き込み
の場合はQn6が“ON”状態である。data2は
「“1”書き込みか、“2”書き込みか」を制御し、
“1”書き込みの場合はQn10は“ON”状態、“2”
書き込みの場合はQn11が“ON”状態である。
Here, the clock synchronous inverter CI
The data (data1) latched in the flip-flop composed of 1 and CI2, the data (data2) latched in the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI3 and CI4, and the selected memory cell The voltage of the bit line BL determined by the threshold value will be described. data1 is “0” write or “1”
Or "2" write "is controlled. When" 0 "is written, Qn3 is" ON ", and when" 1 "or" 2 "is written, Qn6 is" ON ". data2 controls “whether“ 1 ”writing or“ 2 ”writing”,
When writing "1", Qn10 is "ON", "2"
In the case of writing, Qn11 is in the "ON" state.

【0038】“0”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“0”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、メモリセルのデータが“0”であるから、制御ゲー
トCG4 が2Vになるとメモリセルによってビット線電
位は“L”となる。その後信号VRFY1 が“H”とな
ることでビット線BLは“H”となる。
In the verify read first cycle at the time of writing "0" data (initial write data is "0"), since the data of the memory cell is "0", when the control gate CG4 becomes 2V, the bit line is changed by the memory cell. The potential becomes “L”. After that, the signal VRFY1 becomes "H", so that the bit line BL becomes "H".

【0039】“1”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“1”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、メモリセルのデータが“1”となるはずであるから
メモリセルのしきい値は1.5V以下で、制御ゲートC
G4 が2Vになるとメモリセルによってビット線電位は
“L”となる。その後信号VRFY1 が“H”となるこ
とで、既に“1”書き込み十分でdata1が“0”書
き込みを示している場合ビット線BLは“H”(図6の
(1) )、さもなくばビット線BLは“L”(図6の(2)
)となる。
In the verify read first cycle at the time of writing "1" data (initial write data is "1"), the data of the memory cell should be "1", so the threshold value of the memory cell is 1.5V. In the following, control gate C
When G4 becomes 2V, the bit line potential becomes "L" depending on the memory cell. After that, when the signal VRFY1 becomes "H", the "1" write is already sufficient and the data1 indicates "0" write, the bit line BL is "H" (see FIG. 6).
(1)), otherwise the bit line BL is "L" ((2) in FIG. 6)
).

【0040】“2”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“2”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、選択メモリセルのデータが“2”となっていない
(“2”書き込み不十分)場合、制御ゲートCG4 が2
Vになるとメモリセルによってビット線電位は“L”と
なる(図6の(5) )。選択メモリセルが“2”書き込み
十分になっている場合、制御ゲートCG4 が2Vになっ
てもビット線電位は“H”のままである(図6の(3)
(4))。図6の(3) は既に“2”書き込み十分でdat
a1が“0”書き込みを示している場合である。この場
合、信号VRFY1 が“H”となることで、電圧VBHに
よってビット線BLは再充電される。
In the verify read first cycle at the time of writing "2" data (initial write data is "2"), if the data of the selected memory cell is not "2"("2" write is insufficient), control is performed. Gate CG4 is 2
When it becomes V, the bit line potential becomes "L" by the memory cell ((5) in FIG. 6). When the selected memory cell is sufficiently written with "2", the bit line potential remains "H" even if the control gate CG4 becomes 2V ((3) in FIG. 6).
(Four)). In (3) of FIG. 6, it is already enough to write "2",
This is the case where a1 indicates "0" writing. In this case, since the signal VRFY1 becomes "H", the bit line BL is recharged by the voltage VBH.

【0041】“0”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“0”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、メモリセルのデータが“0”であるから、制御ゲー
トCG4 が0.5Vになるとメモリセルによってビット
線電位は“L”となる。その後、信号VRFY1 が
“H”となることでビット線BLは“H”となる。
In the second verify read cycle at the time of writing "0" data (initial write data is "0"), the data of the memory cell is "0", so that when the control gate CG4 becomes 0.5V, it is determined by the memory cell. The bit line potential becomes "L". After that, the signal VRFY1 becomes "H", and the bit line BL becomes "H".

【0042】“1”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“1”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、選択メモリセルのデータが“1”となっていない
(“1”書き込み不十分)場合、制御ゲートCG4 が
0.5Vになるとメモリセルによってビット線電位は
“L”となる(図6の(8) )。選択メモリセルが“1”
書き込み十分になっている場合、制御ゲートCG4 が
0.5Vになってもビット線電位は“H”のままである
(図6の(6)(7))。図6の(6) は既に“1”書き込み十
分でdata1が“0”書き込みを示している場合であ
る。この場合信号VRFY1 が“H”となることで、電
圧VBHによってビット線BLは再充電される。
In the verify read second cycle at the time of writing "1" data (initial write data is "1"), if the data of the selected memory cell is not "1"("1" write is insufficient), control is performed. When the gate CG4 becomes 0.5V, the bit line potential becomes "L" by the memory cell ((8) in FIG. 6). Selected memory cell is "1"
When the writing is sufficient, the bit line potential remains "H" even if the control gate CG4 becomes 0.5V ((6) (7) in FIG. 6). (6) in FIG. 6 is a case where "1" write is already sufficient and data1 indicates "0" write. In this case, since the signal VRFY1 becomes "H", the bit line BL is recharged by the voltage VBH.

【0043】“2”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“2”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、メモリセルのデータが“2”となるはずであるから
メモリセルのしきい値が0.5V以上であれば“2”書
き込み十分でも不十分でも、制御ゲートCG4 が0.5
Vになってもビット線電位は“H”のままである(図6
の(9)(10) )。“2”書き込み不十分でメモリセルのし
きい値が0.5V以下の場合、ビット線は“L”になる
(図6の(11))。
In the verify read second cycle at the time of writing "2" data (initial write data is "2"), the data of the memory cell should be "2", so the threshold value of the memory cell is 0.5V. In the above case, the control gate CG4 is 0.5 even if "2" writing is sufficient or insufficient.
Even if it becomes V, the bit line potential remains “H” (FIG. 6).
(9) (10)). When the "2" write is insufficient and the threshold value of the memory cell is 0.5 V or less, the bit line becomes "L" ((11) in FIG. 6).

【0044】その後、信号VRFY1 ,VRFY2 ,F
IHが“H”となることで、既に“2”書き込み十分で
data1が“0”書き込みを示している場合ビット線
BLは“H”(図6の(9) )、さもなくばビット線BL
は“L”(図6の(10)(11))となる。このベリファイ読
み出し動作によって、書き込みデータとメモリセルの書
き込み状態から再書き込みデータが下記の(表1)のよ
うに設定される。
After that, the signals VRFY1, VRFY2, F
When IH becomes "H", if "2" is already written and data1 indicates "0", bit line BL is "H" ((9) in FIG. 6), otherwise bit line BL.
Is "L" ((10) (11) in FIG. 6). By this verify read operation, rewrite data is set as shown in the following (Table 1) from the write data and the write state of the memory cell.

【0045】[0045]

【表1】 (表1)から分かるように、“1”書き込み不足のメモ
リセルのみ再度“1”書き込みが行われ、“2”書き込
み不足のメモリセルにのみ再度“2”書き込みが行われ
るようになっている。また、全てのメモリセルでデータ
書き込みが十分になると、全てのカラムのQn13が
“OFF”となり、信号PENDBによってデータ書き
込み終了情報が出力される。
[Table 1] As can be seen from (Table 1), the "1" write is performed again only on the memory cells where the "1" write is insufficient, and the "2" write is performed again only on the memory cells where the "2" write is insufficient. . Further, when the data writing becomes sufficient in all the memory cells, Qn13 of all the columns becomes “OFF”, and the data writing end information is output by the signal PENDB.

【0046】図7はデータの入出力動作タイミングを示
しており、(a)はデータ入力タイミング、(b)はデ
ータ出力タイミングである。外部からのデータ入力3サ
イクルの後、入出力データ変換回路5によって、ビット
線制御回路2に入力するデータが発生され入力される。
外部からの3ビット分のデータ(X1 ,X2 ,X3 )
は、2つのメモリセルのデータ(Y1 ,Y2 )に変換さ
れ、実効的にはビット線制御回路2のクロック同期式イ
ンバータCI1 ,CI2 で構成されるレジスタR1 とC
I3 ,CI4 で構成されるレジスタR2 に、データ入出
力線IOA,IOBを介して変換データが設定される。
レジスタR1 ,R2 にラッチされている読み出しデータ
は、データ入出力線IOA,IOBを介して入出力デー
タ変換回路5に転送され変換されて出力される。図3に
見られるカラム選択信号CSL1iとCSL2iを同一信号
にして、そのかわりIOA,IOBを2系統に分けて同
一カラムの2つのレジスタを同時にアクセスすることも
容易に可能で、アクセス時間を短くするためには効果的
である。
FIG. 7 shows data input / output operation timings, (a) is data input timing, and (b) is data output timing. After 3 cycles of data input from the outside, the input / output data conversion circuit 5 generates and inputs the data to be input to the bit line control circuit 2.
External 3-bit data (X1, X2, X3)
Are converted into data (Y1, Y2) of two memory cells, and are effectively registers R1 and C composed of clock synchronous inverters CI1, CI2 of the bit line control circuit 2.
Conversion data is set in the register R2 composed of I3 and CI4 through the data input / output lines IOA and IOB.
The read data latched in the registers R1 and R2 are transferred to the input / output data conversion circuit 5 via the data input / output lines IOA and IOB, converted and output. It is also possible to make the column selection signals CSL1i and CSL2i shown in FIG. 3 the same signal, and instead divide IOA and IOB into two systems to simultaneously access two registers in the same column, and shorten the access time. Is effective for.

【0047】下記の(表2)はデータ入力時の、外部か
らの3ビット分のデータ(X1 ,X2 ,X3 )、メモリ
セルの2つのデータ(Y1 ,Y2 )とY1 ,Y2 それぞ
れに対応するレジスタR1 ,R2 のデータの関係を示し
ている。
The following (Table 2) corresponds to 3-bit data (X1, X2, X3) from the outside and two data (Y1, Y2) and Y1, Y2 of the memory cell at the time of data input. The relationship between the data in the registers R1 and R2 is shown.

【0048】[0048]

【表2】 [Table 2]

【0049】レジスタのデータはデータ転送時の入出力
線IOAの電圧レベルで表現してある。データ入出力線
IOBはIOAの反転信号であるため省略してある。下
記の(表3)は、データ出力時のそれである。
The data in the register is represented by the voltage level of the input / output line IOA at the time of data transfer. Since the data input / output line IOB is an inverted signal of IOA, it is omitted. The following (Table 3) is that at the time of data output.

【0050】[0050]

【表3】 この実施例では同じデータに対して、入力時のIOAの
レベルと出力時のIOAのレベルが反転するようになっ
ている。
[Table 3] In this embodiment, for the same data, the IOA level at the input and the IOA level at the output are inverted.

【0051】メモリセルの2つデータ(Y1 ,Y2 )の
9つの組み合わせのうち1つは余るため、これを例えば
ポインタ情報などファイル管理情報に利用することは可
能である。ここではポインタ情報をセルデータ(Y1 ,
Y2 )=(2,2)に対応させている。
Since one of the nine combinations of the two data (Y1, Y2) of the memory cell is left over, it is possible to use this for file management information such as pointer information. Here, the pointer information is set to cell data (Y1,
Y2) = (2,2).

【0052】図8は、EEPROMをコントロールする
マイクロプロセッサなどから見たときの、データ書き込
みの単位であるページの概念を示している。ここでは1
ページをNバイトとしていて、マイクロプロセッサなど
から見たときのアドレス(論理アドレス)を表示してい
る。例えば、領域1(論理アドレス0〜n)だけしか書
き込みデータが入力されないとき、n=3m+2(m=
0,1,2,…)であれば常に(X1 ,X2 ,X3 )が
揃うので問題ない。n=3mの場合はX1 しか入力され
ないので、EEPROM内部でX2 =0,X3 =0を発
生して(X1 ,X2 ,X3 )を入出力データ変換回路5
に入力する。n=3m+1の場合はX3=0を内部で発
生する。このnがNと等しいときも同様である。
FIG. 8 shows the concept of a page, which is a unit of data writing, when viewed from a microprocessor or the like which controls the EEPROM. Here 1
The page is N bytes, and the address (logical address) as viewed from the microprocessor is displayed. For example, when write data is input only to the area 1 (logical addresses 0 to n), n = 3m + 2 (m =
0, 1, 2, ...) Since (X1, X2, X3) is always aligned, there is no problem. When n = 3 m, only X1 is input. Therefore, X2 = 0, X3 = 0 is generated in the EEPROM and (X1, X2, X3) is input / output data conversion circuit 5
To enter. When n = 3m + 1, X3 = 0 is internally generated. The same applies when this n is equal to N.

【0053】領域1にデータ書き込みを行った(領域2
の書き込みデータは全て“0”)後、追加的に領域2に
データ書き込みを行う場合、領域1の部分を読み出して
そのデータに領域2の部分の書き込みデータを追加して
入力すればよい。或いは、領域1の部分を読み出して、
領域2の先頭アドレスn+1=3mの場合は領域1のデ
ータを全て“0”、n+1=3m+2の場合アドレスn
−1、nのデータをX1 ,X2 としてアドレスn+1の
データX3 に追加し領域1のアドレスn−2までのデー
タを全て“0”、n+1=3m+1の場合アドレスnの
データをX1 としてアドレスn+1、n+2のデータX
2 ,X3 に追加し領域1のアドレスn−1までのデータ
を全て“0”、としてもよい。これらの動作は、EEP
ROM内部で自動的に行うことも容易である。この追加
データ書き込みが可能となるよう、(表2)及び(表
3)に示してあるように(X1 ,X2 ,X3 )と(Y1
,Y2 )の関係は組まれている。(表2)及び(表
3)に示してある(X1 ,X2 ,X3 )と(Y1 ,Y2
)の関係は1つの例であってこれに限るものではな
い。また、領域は3以上でも同様に追加データ書き込み
は行える。
Data was written in the area 1 (area 2)
When all the write data of (1) are written to “0”) and the data is additionally written to the area 2, the area 1 portion may be read and the write data of the area 2 portion may be added to the data and input. Alternatively, read the part of area 1,
When the start address n + 1 = 3m of the area 2, all the data in the area 1 is “0”, and when n + 1 = 3m + 2, the address n
Add the data of -1, n to X1 and X2 to the data X3 of the address n + 1 and all the data up to the address n-2 of the area 1 is "0". If n + 1 = 3m + 1, the data of the address n is X1 and the address n + 1, Data X of n + 2
2 and X3 may be added and all the data up to the address n-1 of the area 1 may be set to "0". These operations are EEP
It is also easy to do this automatically inside the ROM. In order to be able to write this additional data, as shown in (Table 2) and (Table 3), (X1, X2, X3) and (Y1
, Y2). (X1, X2, X3) and (Y1, Y2) shown in (Table 2) and (Table 3)
) Is an example, and the present invention is not limited to this. Further, additional data can be written in the same manner even if the area is 3 or more.

【0054】図9(a)は、データ書き込みアルゴリズ
ムを示している。データロード後、書き込み、ベリファ
イ読み出しと書き込み終了検出動作が繰り返し行われ
る。点線の中はEEPROM内で自動的に行われる。
FIG. 9A shows a data write algorithm. After data loading, write, verify read, and write end detection operations are repeated. The inside of the dotted line is automatically performed in the EEPROM.

【0055】図9(b)は、追加データ書き込みアルゴ
リズムを示している。読み出しとデータロード後、ベリ
ファイ読み出し、書き込み終了検出と書き込み動作が繰
り返し行われる。点線の中はEEPROM内で自動的に
行われる。データロード後にベリファイ読み出しが行わ
れるのは、既に“1”或いは“2”が書き込まれている
ところに書き込みが行われないようにするためである。
そうないと過剰書き込みされる場合が生じる。
FIG. 9B shows an additional data writing algorithm. After read and data loading, verify read, write end detection and write operation are repeated. The inside of the dotted line is automatically performed in the EEPROM. The reason why the verify reading is performed after the data loading is to prevent the writing from being performed where "1" or "2" has already been written.
Otherwise, overwriting may occur.

【0056】図10は、このように構成されたEEPR
OMでの、メモリセルのしきい値の書き込み特性を示し
ている。“1”データが書き込まれるメモリセルと
“2”データが書き込まれるメモリセルは同時に書き込
みが行われ、それぞれ独立に書き込み時間が制御され
る。下記の(表4)に、消去、書き込み、読み出し、ベ
リファイ読み出し時のメモリセルアレイ各部の電位を示
す。
FIG. 10 shows an EEPR having such a configuration.
The write characteristic of the threshold value of the memory cell in OM is shown. Writing is simultaneously performed in a memory cell in which “1” data is written and a memory cell in which “2” data is written, and the writing time is independently controlled. The following (Table 4) shows the potential of each part of the memory cell array during erase, write, read, and verify read.

【0057】[0057]

【表4】 [Table 4]

【0058】図11は、本発明の第2の実施例における
NORセル型EEPROMの、メモリセルアレイ1とビ
ット線制御回路2の具体的な構成を示している。メモリ
セルM10のみで、NOR型セルを構成する。NOR型セ
ルの一端はビット線BLに接続され、他端は共通接地線
と接続される。1本の制御ゲートWLを共有するメモリ
セルMはページを構成する。メモリセルMはそのしきい
値Vtでデータを記憶し、VtがVcc以上である場合
“0”データ、VtがVcc以下2.5V以上の場合
“1”データ、Vtが2.5V以下0V以上の場合
“2”データとして記憶する。1つのメモリセルで3つ
の状態を持たせ、2つのメモリセルで9通りの組み合わ
せができる。この内、8通りの組み合わせを用いて、2
つのメモリセルで3ビット分のデータを記憶する。この
実施例では、制御ゲートを共有する隣合う2つのメモリ
セルの組で3ビット分のデータを記憶する。
FIG. 11 shows a specific configuration of the memory cell array 1 and the bit line control circuit 2 of the NOR cell type EEPROM according to the second embodiment of the present invention. The memory cell M10 alone constitutes a NOR type cell. One end of the NOR type cell is connected to the bit line BL and the other end is connected to the common ground line. The memory cells M sharing one control gate WL form a page. The memory cell M stores data at the threshold value Vt, and is "0" data when Vt is Vcc or more, "1" data when Vt is Vcc or less and 2.5V or more, and Vt is 2.5V or less and 0V or more. In the case of, it is stored as "2" data. One memory cell has three states, and two memory cells can be combined in nine ways. Of these, using 8 combinations, 2
One memory cell stores data of 3 bits. In this embodiment, 3-bit data is stored in a set of two adjacent memory cells sharing a control gate.

【0059】クロック同期式インバータCI5 ,CI6
とCI7 ,CI8 でそれぞれフリップ・フロップを構成
し、書き込み/読み出しデータをラッチする。また、こ
れらはセンス・アンプとしても動作する。クロック同期
式インバータCI5 ,CI6で構成されるフリップ・フ
ロップは、「“0”書き込みをするか、“1”又は
“2”書き込みをするか」、を書き込みデータ情報とし
てラッチし、メモリセルが「“0”の情報を保持してい
るか、“1”又は“2”の情報を保持しているか」、を
読み出しデータ情報としてラッチする。クロック同期式
インバータCI7 ,CI8 で構成されるフリップ・フロ
ップは、「“1”書き込みをするか、“2”書き込みを
するか」、を書き込みデータ情報としてラッチし、メモ
リセルが「“2”の情報を保持しているか、“0”又は
“1”の情報を保持しているか」、を読み出しデータ情
報としてラッチする。
Clock synchronous inverters CI5 and CI6
And CI7 and CI8 form flip-flops respectively and latch write / read data. They also operate as sense amplifiers. The flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI5 and CI6 latches "whether" 0 "is written," 1 "or" 2 "is written" as write data information, and the memory cell is ""Holdinformation" 0 "or information" 1 "or" 2 "?" Is latched as read data information. The flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI7 and CI8 latches "whether" 1 "is written or" 2 "is written" as write data information, and the memory cell is "2". Whether information is held or "0" or "1" information is held "is latched as read data information.

【0060】nチャネルMOSトランジスタの内、Qn
18は、プリチャージ信号PREが“H”となると電圧V
PRをビット線に転送する。Qn19は、ビット線接続信号
BLCが“H”となってビット線と主要なビット線制御
回路を接続する。Qn20〜Qn23,Qn25〜Qn28は、
上述のフリップ・フロップにラッチされているデータに
応じて、電圧VBLH ,VBLM ,0Vを選択的にビット線
に転送する。Qn24,Q29はそれぞれ信号SAC2 ,S
AC1 が“H”となることでフリップ・フロップとビッ
ト線を接続する。Qn30は、フリップ・フロップにラッ
チされている1ページ分のデータが全て同じか否かを検
出するために設けられる。Qn31,Qn32とQn33,Q
n34はそれぞれカラム選択信号CSL1 ,CSL2 が
“H”となって、対応するフリップ・フロップとデータ
入出力線IOA,IOBを選択的に接続する。
Of the n-channel MOS transistors, Qn
18 is a voltage V when the precharge signal PRE becomes “H”
Transfer PR to bit line. In Qn19, the bit line connection signal BLC becomes "H" to connect the bit line to the main bit line control circuit. Qn20 to Qn23 and Qn25 to Qn28 are
The voltages VBLH, VBLM, and 0V are selectively transferred to the bit lines in accordance with the data latched in the above flip-flops. Qn24 and Q29 are signals SAC2 and S, respectively.
When AC1 becomes "H", the flip-flop and the bit line are connected. Qn30 is provided to detect whether or not the data for one page latched by the flip-flops are all the same. Qn31, Qn32 and Qn33, Q
At n34, the column selection signals CSL1 and CSL2 are set to "H", and the corresponding flip-flops and the data input / output lines IOA and IOB are selectively connected.

【0061】次に、このように構成されたEEPROM
の動作を図12〜14に従って説明する。図12は読み
出し動作のタイミング、図13は書き込み動作のタイミ
ング、図14はベリファイ読み出し動作のタイミングを
示している。
Next, the EEPROM configured as described above
The operation will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows a read operation timing, FIG. 13 shows a write operation timing, and FIG. 14 shows a verify read operation timing.

【0062】読み出し動作は、2つの基本サイクルで実
行される。読み出し第1サイクルは、まず電圧VPRが電
源電圧Vccとなってビット線はプリチャージされ、プリ
チャージ信号PREが“L”となってビット線はフロー
ティングにされる。続いて、制御ゲートWLは2.5V
にされる。選択されたメモリセルのVtが2.5V以下
の場合のみ、つまりデータ“2”が書き込まれている場
合のみ、そのビット線は“L”レベルになる。
The read operation is executed in two basic cycles. In the first read cycle, the voltage VPR is first set to the power supply voltage Vcc to precharge the bit line, and the precharge signal PRE is set to "L" to float the bit line. Then, the control gate WL is 2.5V
To be Only when Vt of the selected memory cell is 2.5 V or less, that is, when the data “2” is written, the bit line becomes “L” level.

【0063】この後、センス活性化信号SEN2 ,SE
N2Bがそれぞれ“L”,“H”、ラッチ活性化信号LA
T2 ,LAT2Bがそれぞれ“L”,“H”となって、ク
ロック同期式インバータCI7 ,CI8 で構成されるフ
リップ・フロップはリセットされる。信号SAC2 が
“H”となってクロック同期式インバータCI7 ,CI
8 で構成されるフリップ・フロップとビット線は接続さ
れ、まずセンス活性化信号SEN2 ,SEN2Bがそれぞ
れ“H”,“L”となってビット線電位がセンスされた
後、ラッチ活性化信号LAT2 ,LAT2Bがそれぞれ
“H”,“L”となり、クロック同期式インバータCI
7 ,CI8 で構成されるフリップ・フロップに、
「“2”データか、“1”又は“0”データか」の情報
がラッチされる。
After this, the sense activation signals SEN2, SE
N2B is "L", "H", respectively, and latch activation signal LA
T2 and LAT2B are set to "L" and "H", respectively, and the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI7 and CI8 is reset. The signal SAC2 becomes "H" and clock synchronous inverters CI7 and CI
The flip-flop composed of 8 and the bit line are connected. First, after the sense activation signals SEN2 and SEN2B are set to "H" and "L" to sense the bit line potential, the latch activation signal LAT2, LAT2B becomes "H" and "L" respectively, and clock synchronous inverter CI
In the flip-flop composed of 7 and CI8,
The information ““ 2 ”data,“ 1 ”or“ 0 ”data” ”is latched.

【0064】読み出し第2サイクルは読み出し第1サイ
クルと、選択制御ゲートWLの電圧が2.5VでなくV
ccであること、信号SEN2 ,SEN2B,LAT2 ,L
AT2B,SAC2 の代わりに信号SEN1 ,SEN1B,
LAT1 ,LAT1B,SAC1 が出力されることが違
う。よって、読み出し第2サイクルでは、クロック同期
式インバータCI5 ,CI6 で構成されるフリップ・フ
ロップに、「“0”データか、“1”又は“2”データ
か」の情報がラッチされる。
The read second cycle is the read first cycle, and the voltage of the selection control gate WL is V instead of 2.5V.
cc, signals SEN2, SEN2B, LAT2, L
Signals SEN1, SEN1B, instead of AT2B, SAC2
The difference is that LAT1, LAT1B, and SAC1 are output. Therefore, in the second read cycle, the information "" 0 "data," 1 "or" 2 "data" is latched in the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI5 and CI6.

【0065】以上説明した2つの読み出しサイクルによ
って、メモリセルに書き込まれたデータが読み出され
る。データ書き込みに先だってメモリセルのデータは消
去され、メモリセルのしきい値VtはVcc以上となって
いる。消去は、制御ゲートWLを20Vとしビット線を
0Vにして行われる。
The data written in the memory cell is read by the two read cycles described above. Prior to the data writing, the data in the memory cell is erased, and the threshold Vt of the memory cell is Vcc or more. Erasing is performed by setting the control gate WL to 20V and the bit line to 0V.

【0066】書き込み動作では、まずプリチャージ信号
PREが“L”となってビット線がフローティングにさ
れる。信号VRFY1 ,VRFY2 ,FIM,FILが
Vccとなる。“2”書き込みの場合は、クロック同期式
インバータCI5 ,CI6 で構成されるフリップ・フロ
ップに、クロック同期式インバータCI5 の出力が
“H”になるようにデータがラッチされているため、ビ
ット線は0Vである。“1”又は“2”書き込みの場合
は、ビット線はVccに充電される。
In the write operation, first, the precharge signal PRE becomes "L" and the bit line is floated. The signals VRFY1, VRFY2, FIM and FIL become Vcc. In the case of writing "2", since the data is latched in the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI5 and CI6 so that the output of the clock synchronous inverter CI5 becomes "H", the bit line is It is 0V. In the case of writing "1" or "2", the bit line is charged to Vcc.

【0067】続いて、信号BLC,VRFY2 ,FI
M,FILと電圧VSAが10V、電圧VBLH が8V、電
圧VBLM が7Vとなる。“1”書き込みの場合は、クロ
ック同期式インバータCI7 ,CI8 で構成されるフリ
ップ・フロップに、クロック同期式インバータCI7 の
出力が“H”になるようにデータがラッチされているた
め、ビット線BLには7Vが印加される。“2”書き込
みの場合はビット線は8V、“0”書き込みの場合は0
Vとなる。この後、選択された制御ゲートWLが−12
Vとされる。
Then, the signals BLC, VRFY2, FI
M, FIL and the voltage VSA are 10V, the voltage VBLH is 8V, and the voltage VBLM is 7V. In the case of writing "1", the data is latched by the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI7 and CI8 so that the output of the clock synchronous inverter CI7 becomes "H". Is applied with 7V. The bit line is 8V when "2" is written, and 0 when "0" is written.
It becomes V. After that, the selected control gate WL is -12.
V.

【0068】“1”又は“2”書き込みの場合は、ビッ
ト線BLと制御ゲートWLの電位差によって電子がメモ
リセルの電荷蓄積層から放出され、メモリセルのしきい
値は下降する。“1”書き込みの場合は、“2”書き込
みに比較してメモリセルの電荷蓄積層から放出すべき電
荷量を少なくしなければならないため、ビット線BLを
7Vにして制御ゲートWLとの電位差を19Vに緩和し
ている。“0”書き込み時は、ビット線電圧0Vによっ
てメモリセルのしきい値は実効的には変わらない。
In the case of writing "1" or "2", electrons are emitted from the charge storage layer of the memory cell due to the potential difference between the bit line BL and the control gate WL, and the threshold value of the memory cell is lowered. In the case of "1" write, the amount of charge to be discharged from the charge storage layer of the memory cell must be reduced as compared with "2" write, so that the bit line BL is set to 7V and the potential difference from the control gate WL is set. It is relaxed to 19V. At the time of writing "0", the threshold voltage of the memory cell is not effectively changed by the bit line voltage 0V.

【0069】書き込み動作後に、メモリセルの書き込み
状態を確認し書き込み不足のメモリセルにのみ追加書き
込みを行うため、ベリファイ読み出しが行われる。ベリ
ファイ読み出し中は、電圧VBLH はVcc、FIMは0V
である。
After the write operation, the write state of the memory cell is confirmed, and the additional write is performed only to the memory cell in which the write is insufficient, so the verify read is performed. During verify read, voltage VBLH is Vcc and FIM is 0V
Is.

【0070】ベリファイ読み出しは、2つの基本サイク
ルから実行される。この基本サイクルは読み出し第2サ
イクルに似ている。違うのは、選択された制御ゲートW
Lの電圧と、信号VRFY1 ,VRFY2 ,FIHが出
力されることである(ベリファイ読み出し第1サイクル
ではVRFY1 のみ)。信号VRFY1 ,VRFY2,
FIHは、制御ゲートWLが0Vにリセットされた後で
信号SEN1 ,SEN1B,LAT1 ,LAT1Bがそれぞ
れ“L”,“H”,“L”,“H”になる前に出力され
る。言い替えると、ビット線の電位がメモリセルのしき
い値によって決定した後で、クロック同期式インバータ
CI5 ,CI6 で構成されるフリップ・フロップがリセ
ットされる前である。選択された制御ゲートWLの電圧
は、読み出し時の2.5V(第1サイクル)、Vcc(第
2サイクル)に対応して、2V(第1サイクル)、4V
(第2サイクル)と、しきい値マージンを確保するため
に低くしてある。
Verify read is executed from two basic cycles. This basic cycle is similar to the read second cycle. The only difference is the selected control gate W
That is, the voltage of L and the signals VRFY1, VRFY2, and FIH are output (only VRFY1 in the verify read first cycle). Signals VRFY1, VRFY2,
The FIH is output after the control gate WL is reset to 0V and before the signals SEN1, SEN1B, LAT1 and LAT1B become "L", "H", "L" and "H", respectively. In other words, after the potential of the bit line is determined by the threshold value of the memory cell and before the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI5 and CI6 is reset. The voltage of the selected control gate WL is 2V (first cycle), 4V corresponding to 2.5V (first cycle) and Vcc (second cycle) at the time of reading.
(2nd cycle), it is lowered to secure a threshold margin.

【0071】ここでは、クロック同期式インバータCI
5 ,CI6 で構成されるフリップ・フロップにラッチさ
れているデータ(data1)、クロック同期式インバ
ータCI7 ,CI8 で構成されるフリップ・フロップに
ラッチされているデータ(data2)と選択されたメ
モリセルのしきい値によって決まるビット線BLの電圧
を説明する。data1は「“0”書き込みか、“1”
又は“2”書き込みか」を制御し、“0”書き込みの場
合はQn20は“ON”状態、“1”又は“2”書き込み
の場合はQn23が“ON”状態である。data2は
「“1”書き込みか、“2”書き込みか」を制御し、
“1”書き込みの場合はQn26は“ON”状態、“2”
書き込みの場合はQn27が“ON”状態である。
Here, the clock synchronous inverter CI
5, the data (data1) latched in the flip-flop composed of CI6 and the data (data2) latched in the flip-flop composed of the clock synchronous inverters CI7 and CI8 and the selected memory cell The voltage of the bit line BL determined by the threshold value will be described. data1 is “0” write or “1”
Or "2" write "is controlled. When" 0 "is written, Qn20 is" ON ", and when" 1 "or" 2 "is written, Qn23 is" ON ". data2 controls “whether“ 1 ”writing or“ 2 ”writing”,
When writing "1", Qn26 is "ON", "2"
In the case of writing, Qn27 is in the "ON" state.

【0072】“0”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“0”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、メモリセルのデータが“0”であるから、制御ゲー
トWLが2Vになってもビット線電位は“H”のままで
ある。その後信号VRFY1 が“H”となることでビッ
ト線BLは“L”となる。
In the verify read first cycle at the time of writing "0" data (initial write data is "0"), since the data of the memory cell is "0", even if the control gate WL becomes 2V, the bit line potential is changed. Remains "H". After that, the signal VRFY1 becomes "H", and the bit line BL becomes "L".

【0073】“1”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“1”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、メモリセルのデータが“1”となるはずであるから
メモリセルのしきい値は2.5V以上で、制御ゲートW
Lが2Vになってもビット線電位は“H”のままであ
る。その後信号VRFY1 が“H”となることで、既に
“1”書き込み十分でdata1が“0”書き込みを示
している場合ビット線BLは“L”(図14の(2) )、
さもなくばビット線BLは“H”(図14の(1) )とな
る。
In the verify read first cycle at the time of writing "1" data (initial write data is "1"), the data of the memory cell should be "1", so the threshold value of the memory cell is 2.5V. With the above, the control gate W
Even if L becomes 2V, the bit line potential remains "H". After that, when the signal VRFY1 becomes "H", the "1" write is already sufficient and the data1 indicates "0" write, the bit line BL is "L" ((2) in FIG. 14),
Otherwise, the bit line BL becomes "H" ((1) in FIG. 14).

【0074】“2”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“2”)のベリファイ読み出し第1サイクルで
は、選択メモリセルのデータが“2”となっていない
(“2”書き込み不十分)場合、制御ゲートWLが2V
になってもビット線電位は“H”である(図14の(3)
)。選択メモリセルが“2”書き込み十分になってい
る場合、制御ゲートWLが2Vになるとビット線電位は
メモリセルによって“L”となる(図14の(4)(5))。
図14の(5) は既に“2”書き込み十分でdata1が
“0”書き込みを示している場合である。この場合、信
号VRFY1 が“H”となることで、ビット線BLは接
地される。
In the verify read first cycle at the time of writing "2" data (initial write data is "2"), if the data of the selected memory cell is not "2"("2" write is insufficient), control is performed. Gate WL is 2V
The bit line potential is still "H" ((3) in FIG. 14).
). When the selected memory cell is sufficiently written with "2", the bit line potential becomes "L" by the memory cell when the control gate WL becomes 2V ((4) (5) in FIG. 14).
In FIG. 14, (5) is a case where "2" write is already sufficient and data1 indicates "0" write. In this case, the signal VRFY1 becomes "H", and the bit line BL is grounded.

【0075】“0”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“0”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、メモリセルのデータが“0”であるから、制御ゲー
トCG4 が4Vになってもビット線電位は“H”であ
る。その後、信号VRFY1 が“H”となることでビッ
ト線BLは“L”となる。
In the second verify read cycle at the time of writing "0" data (initial write data is "0"), since the data of the memory cell is "0", even if the control gate CG4 becomes 4V, the bit line potential is 4V. Is "H". After that, the signal VRFY1 becomes "H", and the bit line BL becomes "L".

【0076】“1”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“1”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、選択メモリセルのデータが“1”となっていない
(“1”書き込み不十分)場合、制御ゲートWLが4V
になってもビット線電位は“H”である(図14の(6)
)。選択メモリセルが“1”書き込み十分になってい
る場合、制御ゲートWLが4Vになるとメモリセルによ
りビット線電位は“L”となる(図14の(7)(8))。図
14の(8) は既に“1”書き込み十分でdata1が
“0”書き込みを示している場合である。この場合、信
号VRFY1 が“H”となることで、ビット線BLは接
地される。
In the verify read second cycle at the time of writing "1" data (initial write data is "1"), if the data of the selected memory cell is not "1"("1" write is insufficient), control is performed. Gate WL is 4V
The bit line potential is still "H" ((6) in FIG. 14).
). When the selected memory cell is sufficiently written with "1", the bit line potential becomes "L" by the memory cell when the control gate WL becomes 4V ((7) (8) in FIG. 14). FIG. 14 (8) shows a case where "1" write is already sufficient and data1 indicates "0" write. In this case, the signal VRFY1 becomes "H", and the bit line BL is grounded.

【0077】“2”データ書き込み時(初期書き込みデ
ータが“2”)のベリファイ読み出し第2サイクルで
は、メモリセルのデータが“2”となるはずであるから
メモリセルのしきい値が4V以下であれば“2”書き込
み十分でも不十分でも、制御ゲートWLが4Vになると
ビット線電位は“L”となる(図14の(10)(11))。
“2”書き込み不十分でメモリセルのしきい値が4V以
上の場合、ビット線は“H”になる(図14の(9) )。
In the verify read second cycle at the time of writing "2" data (initial write data is "2"), the data of the memory cell should be "2", so that the threshold value of the memory cell is 4 V or less. If there is enough "2" writing, the bit line potential becomes "L" when the control gate WL becomes 4V ((10) (11) in FIG. 14).
When the "2" write is insufficient and the threshold voltage of the memory cell is 4 V or more, the bit line becomes "H" ((9) in FIG. 14).

【0078】その後、信号VRFY1 ,VRFY2 ,F
IHが“H”となることで、既に“2”書き込み十分で
data1が“0”書き込みを示している場合ビット線
BLは“L”(図14の(11))、さもなくばビット線B
Lは“H”(図14の(9)(10) )となる。
After that, the signals VRFY1, VRFY2, F
When IH becomes “H”, “2” write is already sufficient and data1 indicates “0” write, bit line BL is “L” ((11) in FIG. 14), and bit line B is otherwise.
L becomes "H" ((9) (10) in FIG. 14).

【0079】このベリファイ読み出し動作によって、書
き込みデータとメモリセルの書き込み状態から再書き込
みデータが、第1の実施例と同様に表1のように設定さ
れる。また、全てのメモリセルでデータ書き込みが十分
になると、全てのカラムのQn30が“OFF”となり、
信号PENDBによってデータ書き込み終了情報が出力
される。
By this verify read operation, the write data and the rewrite data from the write state of the memory cell are set as shown in Table 1 as in the first embodiment. In addition, when data writing becomes sufficient in all memory cells, Qn30 in all columns becomes “OFF”,
Data write end information is output by the signal PENDB.

【0080】データの入出力動作タイミング、データ書
き込みアルゴリズム、追加データ書き込みアルゴリズム
などは、図7〜9、(表2〜3)に見られるように第1
の実施例と同様である。
The data input / output operation timing, the data write algorithm, the additional data write algorithm, etc. are as shown in FIGS. 7 to 9 and (Tables 2 to 3).
It is similar to the embodiment of.

【0081】図15は、このように構成されたEEPR
OMでの、メモリセルのしきい値の書き込み特性を示し
ている。“1”データが書き込まれるメモリセルと
“2”データが書き込まれるメモリセルは同時に書き込
みが行われ、それぞれ独立に書き込み時間が制御され
る。下記の(表5)は、消去、書き込み、読み出し、ベ
リファイ読み出し時のメモリセルアレイ各部の電位を示
している。
FIG. 15 shows an EEPR having such a configuration.
The write characteristic of the threshold value of the memory cell in OM is shown. Writing is simultaneously performed in a memory cell in which “1” data is written and a memory cell in which “2” data is written, and the writing time is independently controlled. The following (Table 5) shows the potential of each part of the memory cell array at the time of erasing, writing, reading, and verify reading.

【0082】[0082]

【表5】 [Table 5]

【0083】図3,11に示した回路は、例えばそれぞ
れ図16,17のように変形できる。図16は、図3に
見られるQn3 ,Qn4 をpチャネルのMOSトランジ
スタQp1 ,Qp2 に置き換えてある。図17は、図1
1に見られるQn22,Qn23,Qn25〜Qn28をpチャ
ネルのMOSトランジスタQp3 〜Qp8 に置き換えて
ある。このようにすることで、nチャネルMOSトラン
ジスタのしきい値による転送できる電圧の降下を防ぐこ
とができ、この例では、電圧VSAを書き込み時に8Vま
で上げればよく回路を構成するトランジスタの耐圧を下
げることができる。図16のVRFY1Bは図2,3のV
RFY1 の反転信号、図17のVRFY2B,FILB,
FIMBは図11のVRFY2 ,FIL,FIMのそれ
ぞれ反転信号である。
The circuits shown in FIGS. 3 and 11 can be modified as shown in FIGS. 16 and 17, respectively. In FIG. 16, Qn3 and Qn4 shown in FIG. 3 are replaced with p-channel MOS transistors Qp1 and Qp2. 17 is shown in FIG.
Qn22, Qn23 and Qn25 to Qn28 shown in FIG. 1 are replaced with p-channel MOS transistors Qp3 to Qp8. By doing so, it is possible to prevent a drop in the transferable voltage due to the threshold value of the n-channel MOS transistor, and in this example, it is sufficient to raise the voltage VSA to 8 V at the time of writing to lower the breakdown voltage of the transistor forming the circuit. be able to. VRFY1B in FIG. 16 is V in FIGS.
Inverted signal of RFY1, VRFY2B, FILB,
FIMB is an inverted signal of VRFY2, FIL, and FIM in FIG.

【0084】図8で、追加データ書き込みについて説明
したが、例えば図18のように追加データ書き込みを容
易にするため、1ページを分割しておくことも1つの有
効な方法である。この例では論理アドレス32番地毎に
メモリセル22個で1つの領域を構成する。これによっ
て領域単位での追加データ書き込みは容易となる。つま
り領域2に追加データ書き込みをする場合、領域2以外
の領域の書き込みデータを全て“0”として、図9
(a)に見られるデータ書き込みアルゴリズムに従って
行えばよい。1つの領域のサイズは図18に示している
以外の大きさでもかまわない。また、1つのメモリセル
に4つ以上の書き込み状態を設定する場合も、本発明の
主旨に従えば可能である。
Although the additional data writing has been described with reference to FIG. 8, one effective method is to divide one page in order to facilitate the additional data writing as shown in FIG. 18, for example. In this example, 22 memory cells form one area for every 32 logical addresses. This makes it easy to write additional data in units of areas. That is, when the additional data is written in the area 2, all the write data in the areas other than the area 2 are set to "0", and
It may be performed according to the data writing algorithm shown in (a). The size of one region may be a size other than that shown in FIG. Further, when four or more write states are set in one memory cell, it is possible according to the gist of the present invention.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
路面積の増大を抑制しながら、しかも1つのメモリセル
に3つの書き込み状態を設定し、なおかつそれぞれのメ
モリセルのそれぞれの書き込み状態にするまでの書き込
み時間を、書き込みベリファイ制御を行うことによって
独立に最適化し、最終的に書き込まれたメモリセルのし
きい値分布を高速に小さい範囲に収めることを可能とし
たEEPROMを得ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to set three write states in one memory cell while suppressing an increase in circuit area, and to set each write state in each memory cell. It is possible to obtain an EEPROM in which the write time until it is optimized is independently optimized by performing the write verify control, and the threshold distribution of the finally written memory cells can be kept within a small range at high speed. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1及び第2の実施例に係わるEEPROMの
概略構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an EEPROM according to first and second embodiments.

【図2】第1の実施例におけるメモリセルアレイの具体
的構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of a memory cell array in the first embodiment.

【図3】第1の実施例におけるビット線制御回路の具体
的構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of a bit line control circuit according to the first embodiment.

【図4】第1の実施例における読み出し動作を示すタイ
ミング図。
FIG. 4 is a timing chart showing a read operation according to the first embodiment.

【図5】第1の実施例における書き込み動作を示すタイ
ミング図。
FIG. 5 is a timing diagram showing a write operation in the first embodiment.

【図6】第1の実施例におけるベリファイ読み出し動作
を示すタイミング図。
FIG. 6 is a timing chart showing a verify read operation in the first embodiment.

【図7】第1及び第2の実施例におけるデータの入出力
動作を示すタイミング図。
FIG. 7 is a timing chart showing a data input / output operation in the first and second embodiments.

【図8】第1及び第2の実施例における書き込み/読み
出し単位のページの概念を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a concept of a page of a write / read unit in the first and second embodiments.

【図9】第1,第2の実施例におけるデータ書き込み及
び追加データ書き込みアルゴリズムを示す図。
FIG. 9 is a diagram showing data writing and additional data writing algorithms in the first and second embodiments.

【図10】第1の実施例におけるメモリセルの書き込み
特性を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing write characteristics of the memory cell in the first embodiment.

【図11】第2の実施例におけるメモリセルアレイとビ
ット線制御回路の構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a memory cell array and a bit line control circuit according to a second embodiment.

【図12】第2の実施例における読み出し動作を示すタ
イミング図。
FIG. 12 is a timing chart showing a read operation in the second embodiment.

【図13】第2の実施例における書き込み動作を示すタ
イミング図。
FIG. 13 is a timing chart showing a write operation in the second embodiment.

【図14】第2の実施例におけるベリファイ読み出し動
作を示すタイミング図。
FIG. 14 is a timing chart showing a verify read operation according to the second embodiment.

【図15】第2の実施例におけるメモリセルの書き込み
特性を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing write characteristics of a memory cell in the second embodiment.

【図16】第1の実施例におけるビット線制御回路の変
形例を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a modification of the bit line control circuit in the first embodiment.

【図17】第2の実施例におけるビット線制御回路の変
形例を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a modification of the bit line control circuit in the second embodiment.

【図18】第1及び第2の実施例における追加データ書
き込みの単位を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing a unit of additional data writing in the first and second embodiments.

【図19】図3におけるインバータ部分の回路図。19 is a circuit diagram of an inverter portion in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…メモリセルアレイ 2…ビット線制御回路 3…カラム・デコーダ 4…データ書き込み終了検知回路 5…入出力データ変換回路 6…データ入出力バッファ 7…ワード線駆動回路 8…ロウ・デコーダ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Memory cell array 2 ... Bit line control circuit 3 ... Column decoder 4 ... Data write end detection circuit 5 ... Input / output data conversion circuit 6 ... Data input / output buffer 7 ... Word line drive circuit 8 ... Row decoder

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気的書き替えを可能とし3以上の複数の
記憶状態を持たせたメモリセルがマトリクス状に配置さ
れたメモリセルアレイと、 このメモリセルアレイ中の複数のメモリセルの書き込み
動作状態を制御するデータを一時記憶するための複数の
データ回路と、 前記複数のメモリセルにそれぞれ対応する前記データ回
路の内容に応じて書き込み動作を行うための書き込み手
段と、 前記複数のメモリセルの書き込み動作後の状態を確認す
るための書き込みベリファイ手段と、 前記データ回路の内容とメモリセルの書き込み動作後の
状態から書き込み不十分のメモリセルに対してのみ再書
き込みを行うように、前記データ回路の内容を更新する
手段とを備え、 前記データ回路の内容に基づく書き込み動作と書き込み
ベリファイ動作及びデータ回路の内容更新を、前記複数
のメモリセルが所定の書き込み状態になるまで繰り返し
ながら行うことにより、電気的にデータ書き込みを行う
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
1. A memory cell array in which memory cells, which are electrically rewritable and have a plurality of storage states of 3 or more, are arranged in a matrix, and a write operation state of the plurality of memory cells in the memory cell array. A plurality of data circuits for temporarily storing data to be controlled; a writing unit for performing a write operation according to the contents of the data circuits corresponding to the plurality of memory cells; and a write operation of the plurality of memory cells Write verifying means for confirming the later state, and the contents of the data circuit so that the contents of the data circuit and the state after the write operation of the memory cell are rewritten only to the insufficiently written memory cells. And a write operation based on the contents of the data circuit, a write verify operation, and a data The content update of capacitor circuits, by the plurality of memory cells is performed by repeatedly until a predetermined write state, the non-volatile semiconductor memory device according to claim electrically to perform data writing.
【請求項2】電気的書き替えを可能としたメモリセルが
マトリクス状に配置されたメモリセルアレイを有し、1
つのメモリセルに3以上の複数の記憶状態にして任意の
データ“i”(i=0,1,〜,n−1;n≧3)を持
たせて多値記憶し、データ“0”に対応する記憶状態は
消去状態である不揮発性半導体記憶装置であって、セン
スアンプとしてデータをセンスする機能と、センスした
情報を前記メモリセルアレイ中の複数のメモリセルの書
き込み動作状態を制御するデータとして記憶する機能を
兼ね備えた複数のデータ回路と、 前記複数のメモリセルにそれぞれ対応する前記データ回
路の内容に応じて書き込み動作を行うための書き込み手
段と、 前記複数のメモリセルの書き込み動作後の状態がデータ
“i”の記憶状態になっているか否かを確認するための
第i(i=1,2,〜,n−1)の書き込みベリファイ
手段と、 前記データ回路の内容とメモリセルの書き込み動作後の
状態から書き込み不十分のメモリセルに対してのみ再書
き込みを行うように前記データ回路の内容を、データ
“i”となるべきメモリセルに対応するデータ回路につ
いて一括更新する第i(i=1,2,〜,n−1)のデ
ータ回路内容一括更新手段と、 前記第iの書き込みベリファイ手段による記憶状態の確
認と第iのデータ回路内容一括更新手段による一括更新
を、データ“1”からデータ“n−1”に関してn−1
回行い、前記データ回路全てについて内容更新するデー
タ回路内容更新手段とを備え、 前記第iのデータ回路内容一括更新手段は、第iの書き
込みベリファイ手段によりメモリセルの書き込み動作後
の状態が出力されるビット線電位のうち、データ“i”
(i≧1)となるべきメモリセルに対応するビット線電
位が再書き込みデータとしてセンス/記憶され、データ
“i”以外の状態となるべきメモリセルに対応するビッ
ト線電位はデータ回路の内容を保持するようセンス/記
憶されるよう、メモリセルの書き込み動作後の状態が出
力されるビット線の電位をデータ回路の内容に応じて修
正し、ビット線電位が修正されるまではデータ回路のデ
ータ記憶状態を保持し、修正されたビット線電位を保持
したままデータ回路をセンスアンプとして動作させ、デ
ータ回路の内容をデータ“i”となるべきメモリセルに
対応するものについて一括更新を行い、 前記データ回路の内容に基づく書き込み動作とデータ回
路内容更新を、前記複数のメモリセルが所定の書き込み
状態になるまで繰り返しながら行うことにより電気的に
データ書き込みを行うことを特徴とする不揮発性半導体
記憶装置。
2. A memory cell array in which electrically rewritable memory cells are arranged in a matrix.
One memory cell has a plurality of storage states of 3 or more and has arbitrary data “i” (i = 0, 1, to, n−1; n ≧ 3), and multivalued storage is performed to obtain data “0”. The corresponding memory state is a non-volatile semiconductor memory device having an erased state, and a function of sensing data as a sense amplifier and sensed information as data for controlling a write operation state of a plurality of memory cells in the memory cell array. A plurality of data circuits having a function of storing data, a writing means for performing a write operation according to the contents of the data circuits respectively corresponding to the plurality of memory cells, and a state after the write operation of the plurality of memory cells Of the i-th (i = 1, 2, ..., N-1) write-verify means for confirming whether or not is in the storage state of the data "i", and the contents of the data circuit. The contents of the data circuit are collectively updated with respect to the data circuit corresponding to the memory cell to be the data "i" so that the rewriting is performed only to the insufficiently written memory cell from the state after the write operation of the memory cell. An i-th (i = 1, 2, ..., N-1) data circuit content batch updating means, a storage state confirmation by the i-th write verifying means, and a batch updating by the i-th data circuit content batch updating means. , For data "1" to data "n-1", n-1
Data circuit content updating means for updating the contents of all the data circuits, and the i-th data circuit content batch updating means outputs the state after the write operation of the memory cell by the i-th write verify means. Data "i" of the bit line potential
The bit line potential corresponding to the memory cell to be (i ≧ 1) is sensed / stored as rewrite data, and the bit line potential corresponding to the memory cell to be in a state other than the data “i” is the content of the data circuit. The state of the memory cell after the write operation is output so that it can be sensed / stored so that the potential of the bit line is modified according to the contents of the data circuit. The data circuit is operated as a sense amplifier while holding the memory state and holding the corrected bit line potential, and the contents of the data circuit are collectively updated for those corresponding to the memory cell that should be the data “i”. The writing operation based on the contents of the data circuit and the updating of the contents of the data circuit are repeated until the plurality of memory cells reach a predetermined writing state. A non-volatile semiconductor memory device, which is characterized in that data is electrically written thereby.
【請求項3】前記データ回路は、書き込み動作時に該デ
ータ回路に記憶されているデータに応じて前記のメモリ
セルの書き込み動作状態を制御し、該メモリセルの状態
を所定の書き込み状態になるよう変化させるか、又は該
メモリセルの状態を書き込み動作前の状態に保持するか
を制御し、 前記第iのデータ回路内容一括更新手段は、データ
“i”の書き込み状態になるべきメモリセルに対応する
データ回路について、 メモリセルをデータ“i”の書き込み状態になるよう変
化させるよう制御するデータが記憶されているデータ回
路に対応するメモリセルがデータ“i”の書き込み状態
に達している場合は、データ回路のデータをメモリセル
の状態を書き込み動作前の状態に保持するよう制御する
データに変更し、 メモリセルをデータ“i”の書き込み状態になるよう変
化させるよう制御するデータが記憶されているデータ回
路に対応するメモリセルがデータ“i”の書き込み状態
に達していない場合は、メモリセルの状態をデータ
“i”の書き込み状態になるよう変化させるよう制御す
るデータをデータ回路に設定し、 データ回路にメモリセルの状態を書き込み動作前の状態
に保持するよう制御するデータが記憶されている場合
は、メモリセルの状態を書き込み動作前の状態に保持す
るよう制御するデータをデータ回路に設定し、 かつ前記第iのデータ回路内容一括更新手段は、データ
“i”以外の書き込み状態になるべきメモリセルに対応
するデータ回路については変更しないことを特徴とする
請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置。
3. The data circuit controls a write operation state of the memory cell according to data stored in the data circuit during a write operation so that the state of the memory cell becomes a predetermined write state. It controls whether to change or hold the state of the memory cell in the state before the write operation, and the i-th data circuit content batch updating means corresponds to the memory cell to be in the write state of the data “i”. For the data circuit to be operated, if the memory cell corresponding to the data circuit storing the data for controlling the memory cell to change to the write state of the data “i” has reached the write state of the data “i”, , The data in the data circuit is changed to the data for controlling the state of the memory cell to be held in the state before the write operation, and the memory cell is changed to the data “i”. If the memory cell corresponding to the data circuit that stores the data to be controlled so as to change to the write state of “1” has not reached the write state of the data “i”, the state of the memory cell is written to the data “i”. If the data to be controlled to change to the state is set in the data circuit and the data to store the state of the memory cell to the state before the write operation is stored in the data circuit, change the state of the memory cell. Data to be controlled to be held in the state before the write operation is set in the data circuit, and the i-th data circuit content batch updating means is a data circuit corresponding to a memory cell other than the data "i" to be in the write state. 3. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, wherein is not changed.
【請求項4】前記メモリセルは半導体層上に電荷蓄積層
と制御ゲートを積層形成して構成され、前記3以上の複
数の記憶状態として任意のデータ“i”(i=0,1,
〜,n−1;n≧3)をしきい値の大きさで多値記憶す
るものであり、 前記第iの書き込みベリファイ手段によって制御ゲート
に所定の第iのベリファイ電位を印加し、データ“i”
状態になるべきメモリセルのしきい値が所望のしきい値
であるか否かをベリファイすることを特徴とする請求項
3記載の不揮発性半導体記憶装置。
4. The memory cell is formed by stacking a charge storage layer and a control gate on a semiconductor layer, and has arbitrary data “i” (i = 0, 1, 1) as the three or more storage states.
, N−1; n ≧ 3) is stored in a multi-valued manner with a threshold value, and a predetermined i-th verify potential is applied to the control gate by the i-th write verify means, and data “ i "
4. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein it is verified whether or not the threshold value of the memory cell to be brought into a state is a desired threshold value.
【請求項5】データ“0”に対応する記憶状態は消去状
態であって、前記データ“n−1”状態に対応するしき
い値はデータ“0”状態に対応するしきい値と最も差が
大きく、データ“1”,“2”,〜,“i”,〜,“n
−2”状態に対応するしきい値はデータ“0”状態に対
応するしきい値からデータ“n−1”状態に対応するし
きい値の間の値であって、 前記データ“0”状態に対応するしきい値から近い順に
データ“1”,“2”,〜,“i”,〜,“n−2”状
態に対応するしきい値はなっていて、 前記第iの書き込みベリファイ手段によってメモリセル
の書き込み後の状態が出力されるビット線電位の中で、
前記データ回路の内容がメモリセルの状態を書き込み動
作前の状態に保持するよう制御するデータであるものに
対応するビット線の電位のみを、データ回路でセンスし
た場合にメモリセルの状態を書き込み動作前の状態に保
持するよう制御するデータとなるような第1の補正ビッ
ト線電位に設定する第1のビット線電位設定回路を備
え、 前記第i(1≦i≦n−2)の書き込みベリファイ手段
によってメモリセルの書き込み後の状態が出力されるビ
ット線電位のうち、データ“j”(i+1≦j)状態に
なるべきメモリセルに対応するビット線の中で、データ
回路の内容がメモリセルの状態をデータ“j”の書き込
み状態になるよう変化させるよう制御するデータとなっ
ているものに対応するビット線電位のみを、データ回路
でセンスした場合にメモリセルの状態をデータ“j”書
き込み状態になるよう変化させるよう制御するデータと
なるような第2の補正ビット線電位に設定する第jのビ
ット線電位設定回路を備え、 前記データ回路内容更新のため、第iの書き込みベリフ
ァイによりメモリセルの書き込み動作後の状態が出力さ
れるビット線の電位をデータ回路の内容に応じて前記第
1,i+1,i+2,〜,n−1のビット線電位設定回
路によって修正することを特徴とする請求項4記載の不
揮発性半導体記憶装置。
5. A storage state corresponding to data "0" is an erased state, and a threshold value corresponding to the data "n-1" state is most different from a threshold value corresponding to the data "0" state. Is large, data "1", "2", ~, "i", ~, "n"
The threshold value corresponding to the -2 "state is a value between the threshold value corresponding to the data" 0 "state and the threshold value corresponding to the data" n-1 "state, and the data" 0 "state The threshold values corresponding to the data "1", "2", ..., "i", ..., "n-2" states are arranged in the order of decreasing distance from the threshold value corresponding to. In the bit line potential where the state after writing of the memory cell is output by
When the data circuit senses only the potential of the bit line corresponding to the content of the data circuit that is the data for controlling the state of the memory cell to be kept in the state before the write operation, the write operation of the state of the memory cell is performed. A first bit line potential setting circuit that sets a first correction bit line potential to be data to be controlled to be held in the previous state is provided, and the i-th (1 ≦ i ≦ n−2) write verify is performed. Of the bit line potentials that are output by the means after the writing of the memory cells, the contents of the data circuit are stored in the bit lines corresponding to the memory cells that should be in the data “j” (i + 1 ≦ j) state. When the data circuit senses only the bit line potential corresponding to the data that controls to change the state of No. 2 to the writing state of data “j”. The data circuit, the j-th bit line potential setting circuit for setting the second corrected bit line potential to be data for controlling to change the state of the memory cell to the data “j” written state. In order to update the contents, the potential of the bit line to which the state after the write operation of the memory cell is output by the i-th write verify is changed to the bit of the first, i + 1, i + 2, ..., N−1 according to the contents of the data circuit. The non-volatile semiconductor memory device according to claim 4, wherein the correction is performed by a line potential setting circuit.
【請求項6】前記データ回路は、メモリセルの状態を書
き込み動作前の状態に保持するよう制御するか否かを情
報として記憶する第1のデータ記憶部と、第1のデータ
記憶部の情報がメモリセルの状態を書き込み動作前の状
態に保持するよう制御しない情報の場合メモリセルが記
憶すべき書き込み状態“i”(i=1,2,〜,n−
1)を示す情報を記憶する第2のデータ記憶部と、から
構成され、 前記第1のデータ記憶部は、前記データ回路内容更新の
ためデータ回路の内容に応じて前記第1,i+1,i+
2,〜,n−1のビット線電位設定回路によって修正さ
れた、第iの書き込みベリファイによりメモリセルの書
き込み動作後の状態が出力されるビット線の電位を、セ
ンス/記憶する機能を兼ね備えることを特徴とする請求
項5記載の不揮発性半導体記憶装置。
6. A first data storage section for storing, as information, whether or not the data circuit controls to hold the state of the memory cell in the state before the write operation, and information of the first data storage section. Is information that is not controlled to hold the state of the memory cell in the state before the write operation, the write state “i” (i = 1, 2, ..., N−) that the memory cell should store.
A second data storage unit for storing information indicating 1), wherein the first data storage unit stores the first, i + 1, i + according to the contents of the data circuit for updating the contents of the data circuit.
(2), (2), (n-1) bit line potential setting circuit, which has a function of sensing / storing the potential of a bit line corrected by the i-th write verify and outputting the state after the write operation of the memory cell The non-volatile semiconductor memory device according to claim 5.
【請求項7】前記第1のデータ記憶部の情報がメモリセ
ルの状態を書き込み動作前の状態に保持するよう制御す
る情報である場合、書き込み動作時にビット線に書き込
み防止ビット線電圧を出力する書き込み防止ビット線電
圧出力回路と、 第1のデータ記憶部の情報がメモリセルの状態を書き込
み動作前の状態に保持するよう制御しない情報の場合、
前記第2のデータ記憶部のメモリセルが記憶すべき書き
込み状態“i”(i=1,2,〜,n−1)を示す情報
に応じて第iの書き込み時のビット線電圧を出力する第
iの書き込みビット線電圧出力回路とを備えたことを特
徴とする請求項6記載の不揮発性半導体記憶装置。
7. A write-prevention bit line voltage is output to a bit line during a write operation when the information in the first data storage section is information for controlling the state of the memory cell to be kept in the state before the write operation. In the case where the information of the write prevention bit line voltage output circuit and the first data storage unit is the information which is not controlled to hold the state of the memory cell in the state before the write operation,
The bit line voltage at the time of the i-th write is output according to the information indicating the write state “i” (i = 1, 2, ..., N−1) to be stored in the memory cell of the second data storage section. 7. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 6, further comprising an i-th write bit line voltage output circuit.
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