KR0172377B1 - Non-volatile memory - Google Patents

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KR0172377B1
KR0172377B1 KR1019950040638A KR19950040638A KR0172377B1 KR 0172377 B1 KR0172377 B1 KR 0172377B1 KR 1019950040638 A KR1019950040638 A KR 1019950040638A KR 19950040638 A KR19950040638 A KR 19950040638A KR 0172377 B1 KR0172377 B1 KR 0172377B1
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야:1. The technical field to which the invention described in the claims belongs:

다수상태 불휘발성 반도체 메모리Multistate Nonvolatile Semiconductor Memory

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제:2. The technical problem the invention is trying to solve:

메모리 셀의 저장용량을 확장할 수 있음은 물로 메모리 셀 어레이 주변의 회로를 보다 간단히 할 수 있는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리를 제공함.Expanding the storage capacity of a memory cell provides a multi-state nonvolatile semiconductor memory that can simplify the circuit around the memory cell array with water.

3. 발명의 해결방법의 요지:3. Summary of the Solution of the Invention:

개선된 메모리는 평행한 비트라인들과; 반도체 기판에 형성되고 매트릭스형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 스트링내의 각 메모리 셀은 다수상태데이타의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이를 가지며, 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상위 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 포함한다.The improved memory includes parallel bit lines; Having a plurality of strings formed in a semiconductor substrate and arranged in a matrix, each memory cell in the string having a multi-state memory cell array configured to have control gates, floating gates, and source and drain regions for storage of multi-state data; Control the memory cells connected to the gates and upper word lines of the first and second select transistors, select strings belonging to the same group and at least one word line in each operation mode, and control the memory cells connected to the selected word lines. And control means for commonly applying a corresponding voltage according to each operation mode to the gate.

4. 발명의 중요한 용도:4. Important uses of the invention:

다수상태 반도체 메모리로서 사용된다.It is used as a multi-state semiconductor memory.

Description

다수상태 불휘발성 메모리 및 그의 구동방법Multi-State Nonvolatile Memory and Its Driving Method

제1도는 종래의 대표적 기술중의 하나로서, 특히 메모리 셀당 단일비트의 정보를 저장하는 플래쉬 메모리(Flash-EEFROM)의 메모리 셀 관련 회로도.1 is a circuit diagram related to memory cells of a flash memory (Flash-EEFROM), which stores one bit of information per memory cell.

제2도는 본 발명에 따라 도출된 구체적 일 실시예의 회로도로서, 메모리 셀당 멀티비트의 정보를 저장하는 플래쉬 메모리의 메모리 셀 관련 회로도.FIG. 2 is a circuit diagram of a specific embodiment derived in accordance with the present invention, wherein a memory cell related circuit diagram of a flash memory stores multi-bit information per memory cell.

제3도는 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 하는 것 외에는 다른 특별한 의도없이 도시된 것으로서, 제2도에 따른 메모리의 문턱전압 분포 및 비트라인의 전압관계를 보여주는 도면.FIG. 3 is a diagram illustrating a voltage relationship between a threshold voltage distribution and a bit line of a memory according to FIG. 2 without any particular intention, except that the embodiments of the present invention are described in detail.

제4, 5, 6 및 제7도는 제2도에 따른 메모리에 각기 11,10,1,0상태를 프로그램한 경우, 프로그램 확인 동작시 메모리셀의 비트라인에 각기 나타나는 전압을 기준전압들과 비교하여 보여준 것으로서, 단계별의 메모리 셀의 상태변화를 설명하기 위한 도면.4, 5, 6, and 7 illustrate voltages appearing on the bit lines of a memory cell in comparison with reference voltages when 11, 10, 1, 0 states are programmed in the memory according to FIG. As shown, the figure for explaining the state change of the memory cell step by step.

본 발명은 불휘발성 반도체 메모리(Non-Volatile Memory)에 관한 것으로, 특히 하나의 메모리 셀에 다수의 비트정보를 저장하는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리를 제공하기 위한 장치 및 그의 구동방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile memory, and more particularly, to an apparatus and a driving method thereof for providing a multi-state nonvolatile semiconductor memory storing a plurality of bit information in one memory cell.

일반적으로, 불휘발성 반도체 메모리는 본 분야에서 마스크 롬(Mask ROM), 이피롬(EPROM), 이이피롬(EEPROM), 및 플래쉬 이이피롬(EEPROM)등으로 크게 구분되는데, 이 가운데 특히 전기적으로 정보를 변경하는 것이 가능하고 저장된 데이터를 플래쉬 소거 할 수 있는 특징을 지닌 플래쉬 이이피롬은 최근에 개인용 컴퓨터의 영구 메모리로서 각광을 받고 있는 추세이다.In general, the nonvolatile semiconductor memory is divided into mask ROM, EPROM, EEPROM, and EEPROM in this field. Flash Ipyrom, which has the ability to change and flash erased data, has recently been in the spotlight as permanent memory in personal computers.

이러한 통상적인 불휘발성 반도체 메모리에 있어서, 메모리 셀은 두가지의 정보저장상태들 즉, 온 또는 오프상태중의 하나만을 취할 수 있다. 온 또는 오프중의 하나의 조합은 단일비트(one bit)의 정보를 정의한다. 다라서, 종래의 그러한 메모리 소자에 N(여기서, N은 2이상의 자연수) 비트의 데이터를 저장하기 위해서는 N개의 독립된 메모리 셀들이 요구되어진다. 단일비트 메모리셀을 가지는 메모리소자에 저장되어질 데이터 비트수의 증가가 요구되면 메모리 셀들의 개수는 그만큼 더 증가되어야 한다.In such a conventional nonvolatile semiconductor memory, the memory cell can take only one of two information storage states, i.e., on or off. One combination of on or off defines one bit of information. Thus, N independent memory cells are required to store N (where N is a natural number of two or more) bits of data in such a conventional memory element. If an increase in the number of data bits to be stored in a memory device having a single bit memory cell is required, the number of memory cells must be increased by that much.

한편, 통상적인 단일비트 메모리 셀에 저장되어 있는 정보는 메모리 셀이 프로그램(메모리 셀에 원하는 정보를 입력시키는 것)되어진 상태에 따라 정해진다. 상기 메모리 셀의 정보저장 상태는 문턱전압(Threshold Voltage; 셀 트랜지스터가 온 상태로 도통되기 위해 트랜지스터의 게이트 단자와 소스단자 사이에 가해져야 하는 최소 전압)의 차이에 따라 결정된다. 마스크 롬의 경우, 셀 트랜지스터의 상기 문턱전압의 차등화는 이온주입 기술을 이용하여 제조공정 도중에 프로그램하는 것에 의해 달성된다. 이와는 달리 EPROM, EEPROM, Flash-EEPROM 등의 경우에 메모리 셀에 있는 부유게이트(Floating Gate; 보통 하나의 메모리 셀 트랜지스터에능 두 개의 게이트가 드레인소오스 채널영역상에 상하층을 이루고 있는데, 이 중에서 보다 상층부에 있는 것을 콘트롤 게이트라 하고, 콘트롤 게이트와 채널영역간에서 절연재질에 의해 둘러 쌓여진 전하축적부를 부유게이트라 함)에 저장되는 전하량을 차등화시켜주는 것에 의해, 각 메모리 셀의 문턱전압은 달라지며, 그에 따라 저장된 정보상태는 구별된다.On the other hand, the information stored in a typical single bit memory cell is determined according to the state in which the memory cell is programmed (to input desired information into the memory cell). The information storage state of the memory cell is determined according to a difference of a threshold voltage (the minimum voltage that must be applied between the gate terminal and the source terminal of the transistor in order for the cell transistor to be turned on). In the case of mask ROM, the differential of the threshold voltage of the cell transistor is achieved by programming during the fabrication process using ion implantation techniques. In contrast, in the case of EPROM, EEPROM, Flash-EEPROM, etc., a floating gate in a memory cell (usually two gates of one memory cell transistor) forms an upper and lower layers on the drain source channel region. The threshold voltage of each memory cell is changed by differentiating the amount of charge stored in the upper layer, called the control gate, and stored in the charge accumulation portion surrounded by the insulating material between the control gate and the channel region. The stored information states are thus distinguished.

메모리 소자내의 각 메모리 셀들에 저장되어 있는 정보를 읽어내기 위해서는 프로그램 된 메모리 셀들의 저장상태를 점검하는 것이 필요하게 된다. 이를 위해서는 디코더 회로(Decoder Circuit)를 이용하여 원하는 메모리 셀을 센택하고 읽는데 신호들을 상기 메모리 셀과 관련된 회로 등에 가해준다. 그 결과로써 메모리 셀의 저장 상태정보에 다른 전류 또는 전압의 신호를 비트라인상에서 얻게된다. 이렇게 얻어진 전류 또는 전압신호를 측정하면 메모리 셀에 저장되어 있는 상태정보를 구별 할 수 있다.In order to read the information stored in each memory cell in the memory device, it is necessary to check the storage state of the programmed memory cells. To this end, a decoder circuit selects and reads a desired memory cell and applies signals to a circuit related to the memory cell. As a result, a signal of a different current or voltage in the storage state information of the memory cell is obtained on the bit line. By measuring the current or voltage signal thus obtained, it is possible to distinguish the state information stored in the memory cell.

이들 메모리 소자의 메모리 셀 어레이(Array)의 구조는 메모리 셀들이 비트라인(bit line)에 연결되어진 형태에 따라 NOR-형태(NOR-Type) 와 NAND-형태(NAND-Type)로 구별된다. NOR-형태의 경우는 각각의 메모리 셀들이 비트라인과 접지라인(Ground Line) 사이에 연결되어 있으며, NAND-형태의 경우는 다수의 메모리 셀들이 비트라인과 접지라인사이에 직렬로 연결되어 있다. 여기서, 상기 비트라인에 직렬로 연결된 메모리 셀들과 이들을 선택하는 데 필요한 선택 트랜지스터들(직렬로 연결된 메모리 셀들과 비트라인 사이, 그리고 직렬로 연결된 메모리셀들과 접지라인 사이에 잇는 트랜지스터들)을 합쳐서 본 분야에서는 스트링(String)이라 부른다. NAND-형태의 메모리 소자에 저장되어 있는 상태정보를 읽기 위해서는 선택된 스트링내의 트랜지스터들이 온상태로 되어진다.The structure of a memory cell array of these memory devices is divided into NOR-type and NAND-type according to the form in which memory cells are connected to a bit line. In the NOR-type, each memory cell is connected between a bit line and a ground line. In the NAND-type, a plurality of memory cells are connected in series between a bit line and a ground line. Here, the memory cells connected in series to the bit line and the selection transistors (transistors connected between the serially connected memory cells and the bit line and between the serially connected memory cells and the ground line) are combined. In the field, it is called a string. The transistors in the selected string are turned on to read the state information stored in the NAND-type memory device.

또한, 스트링내에서 선택되지 않은 메모리 셀들의 콘트롤 게이트단자에는 선택된 메모리 셀의 콘트롤 게이트단자에 인가되는 전압보다 높은 전압이 제공되어 진다. 이에 따라 선택되지 않은 메모리 셀들은 선택된 메모리 셀에 비하여 낮은 등가 저항값을 갖게 되고, 해당 비트라인에서 스트링으로 흐르는 전류는 스트링내의 선택된 메모리 셀에 저장되어 있는 정보의 상태에 의존하게 된다. 선택된 메모리 셀에 저장된 정보상태에 따라 비트라인 상에 나타나는 전압 도는 전류는 감지회로[통상적으로 센스앰프(Sense Amplifier)라 칭해짐]에 의해 감지된다.In addition, the control gate terminal of the memory cells that are not selected in the string is provided with a voltage higher than the voltage applied to the control gate terminal of the selected memory cell. Accordingly, the unselected memory cells have a lower equivalent resistance value than the selected memory cell, and the current flowing from the corresponding bit line to the string depends on the state of information stored in the selected memory cell in the string. The voltage or current appearing on the bit line in accordance with the information state stored in the selected memory cell is sensed by a sense circuit (commonly referred to as a sense amplifier).

종래의 이러한 메모리 소자들에 대한 대표적 기술중의 하나로서, 특히 낸드형으로 구성되고 하나의 메모리 셀당 단일비트의 정보를 저장하는 플래쉬 메모리의 메모리 셀 관련 회로가, 후술될 본 발명의 구성에 대한 이해에 보다 도움을 주기 위해, 제1도로서 나타나 있다. 제1도를 참조하면, SSL(String Select Line)과 GSL(Ground Select Line)간에 직렬로 연결된 선택 트랜지스터들 2, 및 8과 메모리 셀 트랜지스터들3,4-7을 포함하는 하나의 전체 스트링은 비트라인 9과 연결되어 있다. 여기서, 제1도는 도시의 편의상 하나의 스트링과 그에 관련된 회로를 나타내고 있으나 실제적으로 메모리 소자는 저장용량을 늘리기 위해 다수의 스트링이 다수의 비트라인과 연결되는 형태를 가진다. 그러므로, 하나의 칩내에서 상기 스트링내의 메모리 셀 트랜지스터들은 다른 모든 스트링내의 메모리 셀 트랜지스터들과 함께 메모리 셀 어레이를 구성하며, 이 메모리 셀 어레이내에서 상기 트랜지스터들은 행들과 열들의 매트릭스 형태로 교차배열된다. 제1도에서, 로우 디코더(Row-decoder) 및 프로그램 콘트롤러 1는 상기 스트링 선택선 SSL, 접지선택선 GSL 및 워드라인들 WL1,WL2-WL16상에 선택된 선택트랜지스터를 구동시키기 위한 신호 및 선택된 행을 선택하기 위한 행 디코딩 신호를 각기 제공한다. 따라서, 상기 스트링내의 트랜지스터들 2,8,3,4-7은 게이트단자들 및 콘트롤 게이트단자들에 제공되는 상기 신호들에 응답하여 온 또는 오프상태로 제어된다. 상기 비트라인 9에는 디플레션 타입의 트랜지스터 N1의 드레인-소오스 통로가 직렬로 접속되어 있다. 상기 D형트랜지스터 N1의 게이트는 프로그램중 약 5볼트의 H상태로 유지되는 제어신호에 연결되어 있다. 여기서, 상기 트랜지스터 N1은 데이터의 읽기동작 시 상기 비트라인 9의 캐패시턴스(Capacitance)와 페이지 버퍼 12의 노드 10의 캐패시턴스를 분리시켜 읽기 동작을 가속화 하기 위해 사용하는 고 전압용 소자이다. 게이트 단자로 제어신호 BLSHF를 수신하는 모으스 트랜지스터 N2는 상기 비트라인 9에 드레인-소오스 통로가 연결되어 상기 페이지 버퍼 12를 고전압으로부터 보호하는 기능을 한다. 데이터 레지스터 및 감지증폭기라고도 불리는 상기 페이지 버퍼12는 상기 노드 10에 연결된 소자들로 구성된다. 상기 페이지 버퍼 12내의 트랜지스터 N3 게이트에는 소거 및 프로그램동작 종료 후 비트라인상의 전하를 방전시키고 독출동작의 직전에 데이터 레지스터내의 데이터를 리세트하기 위해 제어신호 DCB가 인가되며, 그의 드레인은 상기 노드10에 연결되어 있다. 또한, 트랜지스터 N4의 게이트는 프로그램중 H상태에 있는 제어라인 SBL에 연결되어 있다. 비트라인의 노드 15에는 협의적인 의미의 페이지 버퍼라고 불리워지는 데이터레이스터를 구성하는 래치가 연결되어 있다. 상기 각 래치 13,14는 교차로 접속된 2개의 인버어터들로 구성되어 있다. 상기 래치는 프로그램 동작에서 각 대응하는 비트라인들을 통해 데이터를 일시에 메모리 셀들로 기입하도록 데이터를 일시 저장하기 위한 페이지 버퍼일 뿐 만 아니라 프로그램 검증 동작에서 프로그램이 잘 행해졌는가를 판단하기 위한 검증 검출기로서 그리고 독출동작에서 메모리 셀들로부터 독출된 비트라인들상의 데이터를 감지하고 증폭하기 위한 감지증폭기로서 작용을 한다. 프로그램 동작 또는 읽기 동작 시 사용되는 비트라인 선택 관련 트랜지스터는 상기 트랜지스터 N1, N2이외에도 선택신호 Y1을 게이트로 수신하는 트랜지스터 N9를 포함한다. 그리고 상기 래치의 초기값을 결정지어 주는 설정용 트랜지스터트 상기 트랜지스터 N3, N4이외에도 트랜지스터 N7, N8이 포함된다. 피형 트랜지스터 P3는 노드 11에 자신의 게이트가 연결되어 상기 비트라인의 노드 10상에 일정한 전류를 공급하는 소자이다. 상기 노드 11에 정전류를 제공하기 위한 정전류부 33는 기준전압 Vref을 게이트로 수신하는 트랜지스터 N5, 제어신호를 게이트로 수신하는 트랜지스터 P1, 상기 노드 11에 게이트가 연결된 트랜지스터 P2, 및 상기 제어신호를 게이트로 수신하는 트랜지스터 N6로 구성된다. 상기한 바와 같이 제1도의 구성을 가지는 메모리는 하나의 메로리 셀당 단일비트의 정보만을 저장할 수 있으므로, 보다 많은 정보를 메모리에 저정할 시 메모리 셀의 갯수를 그에 대응하여 증가시켜야 한다. 따라서, 칩의 사이즈는 저장정보 용량에 비례하여 커지게 된다.As one of the representative techniques for such memory elements in the related art, in particular, a memory cell related circuit of a flash memory configured to be NAND type and storing a single bit of information per one memory cell, an understanding of the configuration of the present invention will be described later. In order to further aid the present invention, it is shown as FIG. Referring to FIG. 1, one entire string including select transistors 2 and 8 and memory cell transistors 3,4-7 connected in series between a string select line (SSL) and a ground select line (GSL) is a bit. It is connected to line 9. Here, FIG. 1 illustrates one string and a circuit related thereto for convenience of illustration, but in practice, a memory device has a form in which a plurality of strings are connected to a plurality of bit lines to increase storage capacity. Therefore, in one chip, the memory cell transistors in the string together with the memory cell transistors in all other strings constitute a memory cell array, in which the transistors are cross-arranged in a matrix of rows and columns. In FIG. 1, the row decoder and program controller 1 is configured to drive a selected row and a signal for driving a selected transistor on the string select line SSL, the ground select line GSL, and the word lines WL1, WL2-WL16. Each row decoded signal for selection is provided. Thus, transistors 2, 8, 3, 4-7 in the string are controlled on or off in response to the signals provided to gate terminals and control gate terminals. The drain-source passage of the deflation type transistor N1 is connected in series to the bit line 9. The gate of the D-type transistor N1 is a control signal that is maintained at H state of about 5 volts during the program Is connected to. The transistor N1 is a high voltage device used to accelerate the read operation by separating the capacitance of the bit line 9 from the capacitance of the node 10 of the page buffer 12 during the data read operation. The MOS transistor N2, which receives the control signal BLSHF through a gate terminal, has a drain-source path connected to the bit line 9 to protect the page buffer 12 from high voltage. The page buffer 12, also called a data register and sense amplifier, consists of the elements connected to the node 10. The control signal DCB is applied to the gate of the transistor N3 in the page buffer 12 to discharge the charge on the bit line after the end of the erase and program operations and to reset the data in the data register immediately before the read operation. It is connected. In addition, the gate of the transistor N4 is connected to the control line SBL in the H state during the program. Node 15 of the bit line is connected to a latch that constitutes a data raster called a page buffer in a narrow sense. Each of the latches 13 and 14 is composed of two inverters connected alternately. The latch is not only a page buffer for temporarily storing data to temporarily write data to memory cells at a time through each corresponding bit line in a program operation, but also as a verification detector for determining whether a program is performed well in a program verifying operation. In addition, the read operation functions as a sensing amplifier for sensing and amplifying data on the bit lines read from the memory cells. The bit line selection related transistor used in a program operation or a read operation includes a transistor N9 that receives a selection signal Y1 as a gate in addition to the transistors N1 and N2. In addition to the transistors N3 and N4 for setting transistors that determine the initial value of the latch, transistors N7 and N8 are included. The transistor P3 is a device whose gate is connected to the node 11 and supplies a constant current on the node 10 of the bit line. The constant current unit 33 for providing a constant current to the node 11 includes a transistor N5 for receiving a reference voltage Vref as a gate, a transistor P1 for receiving a control signal as a gate, a transistor P2 having a gate connected to the node 11, and a gate of the control signal. Is composed of a transistor N6 to receive. As described above, since the memory having the configuration of FIG. 1 can store only a single bit of information per memory cell, the number of memory cells should be increased correspondingly when more information is stored in the memory. Therefore, the size of the chip is increased in proportion to the storage information capacity.

따라서, 칩의 사이즈를 증가시킴 없이 메모리 소자의 저장정보 용량을 증가시키기 위한 일련의 시도가 본 분야에서 진행되어져 왔다. 그러한 시도중의 하나는, 메모리 셀당 두 비트(Bit)이상의 정보를 저장시키는 기술이다. 통상적으로 하나의 메모리 셀은 한 비트의 정보를 저장하지만, 예를들어 하나의 메모리 셀에 두 개의 비트 정보를 기억시키는 경우에 메모리 셀의 상태는 0, 1, 10, 11중의 어느 하나로 될 것이다. 이 경우에 있어, 메모리 소자는 하나의 메모리 셀에 한 비트의 정보만 기억하고 있는 메모리 소자에 비해 동일한 수의 메모리 셀을 가지고 두배의 정보량을 저장할 수 있게 된다. 이와 같이 2비느를 기억하는 경우에 있어서의 다수상태(Multi-State) 메모리 소자는 프로그램되는 메모리 셀들의 문턱전압을 서로 다른 네가지 값중의 하나로서 프로그램하여 구현된다. 그러므로, 다수상태 메모리가 메모리 셀당 두 비트를 저장한다면 단일비트 메모리의 반에 해당하는 메모리 셀을 가지고서도 단일비트 메모리에 상당하는 정보량을 저장할 수 있어 칩의 사이즈는 그만큼 줄어든다. 도한 메모리 셀당 저장하는 비트수를 보다 늘리면 저장량도 그에 따라 단일비트 메모리에 비해 증가될 것이다.Thus, a series of attempts have been made in the art to increase the storage information capacity of a memory device without increasing the size of the chip. One such attempt is a technique for storing more than two bits of information per memory cell. Typically, one memory cell stores one bit of information, but for example, when two bits of information are stored in one memory cell, the state of the memory cell will be one of 0, 1, 10, and 11. In this case, the memory device can store twice the amount of information with the same number of memory cells as compared with the memory device that stores only one bit of information in one memory cell. The multi-state memory device in the case of storing 2 bins as described above is implemented by programming the threshold voltages of the memory cells to be programmed as one of four different values. Therefore, if the multi-state memory stores two bits per memory cell, the amount of information corresponding to the single-bit memory can be stored even with a memory cell corresponding to half of the single-bit memory, thereby reducing the chip size. In addition, increasing the number of bits stored per memory cell will increase the amount of storage as compared to single-bit memory.

이러한 다수상태 메모리의 구현은 상술한 NOR-형태의 메모리 구조에서 유리해진다. NOR-형태는 읽기(Read) 동작시 메모리 셀에 흐르는 전류량이 선택된 메모리 셀의 상태에 의해서만 결정되지 때문이다. 따라서, 이러한 구조의 메모리에서는 메모리 셀의 정보를 읽기 위하여 선택된 메모리 셀에 연결되어 있는 워드라인을 온(ON) 상태로 하고 선택된 메모리 셀이 연결되어 있는 비트라인을 선택하여 비트라인에 흐르는 전류 또는 비트라인에 유도되는 전압을 하나 또는 다수의 가지회로를 이용하여 신호를 처리할 수 있게된다. 그러므로, 이러한 NOR-형태의 메모리는 다수상태 메모리에 적용하기가 용이하고 동작 속도가 빠른 장점을 가진다. 그러나, 중요하게도 각 메모리 셀들이 비트라인과 접지라인 사이에 연결되어져야 하는 제약 때문에 전체 메모리 셀 어레이의 크기가 NAND-형태의 메모리에 비해 커지는 문제점이 있다.This implementation of multistate memory is advantageous in the NOR-type memory structure described above. This is because the NOR-type is determined only by the state of the selected memory cell in the amount of current flowing through the memory cell during a read operation. Therefore, in the memory having such a structure, a word line connected to a selected memory cell is turned on to read information of a memory cell, and a current or bit flowing in the bit line by selecting a bit line to which the selected memory cell is connected. The voltage induced in the line can be processed using one or more branch circuits. Therefore, such NOR-type memory has the advantage of being easy to apply to multi-state memory and fast in operation. However, importantly, the size of the entire memory cell array is larger than that of the NAND-type memory due to the constraint that each memory cell must be connected between the bit line and the ground line.

한편, NAND-형태의 메모리 소자에서는 다수상태 메모리의 구현이 상기한 NOR-형태에 비해 어렵다. 왜냐하면, 다수의 메모리 셀들이 비트라인과 접지라인 사이에 직렬로 연결되어 있어 선택된 스트링에 흐르는 전류량이 선택된 메모리 셀에 저장되어 있는 정보뿐만 아니라 동일 스트링에 있는 선택되지 않은 메모리 셀들의 상태에 의해서도 영향을 받기 때문이다. 따라서, 이러한 NAND-형태의 구조에서는 NOR-형태에 이용되는 전류 감자(Current Sensing)기술을 사용할 수 없게된다. 이와 같이 NAND-형태의 메모리에서는 NOR-형태에 비해 메모리 셀의 집적도가 우수하지만 상기한 바와 같은 어려움이 존재하여, 하나의 메모리 셀에 다수의 비트 정보를 저장하는 다수상태 기술로부터 그 적용이 배제되어 왔다.On the other hand, in the NAND-type memory device, the implementation of the multi-state memory is more difficult than the NOR-type described above. Because a plurality of memory cells are connected in series between the bit line and the ground line, the amount of current flowing in the selected string is affected by not only the information stored in the selected memory cell but also the state of the unselected memory cells in the same string. Because I receive. Thus, the current sensing (Current Sensing) technique used in the NOR-type cannot be used in such a NAND-type structure. As described above, in the NAND-type memory, the density of memory cells is better than that of the NOR-type memory. However, the above-mentioned difficulties exist, and the application thereof is excluded from the multi-state technology that stores a plurality of bits of information in one memory cell. come.

따라서, NAND-형태의 메모리 구조에서 NOR-형태에 적용되어온 다수상태 메모리 기술을 사용할 수 있다면 매우 소망스러울 것임에 틀림없다. 그러할 경우에는 메모리 셀의 갯수가 줄어듬은 물론 메모리 셀의 집적도가지 향상되어 아주 콤팩트한 메모리 칩이 제공될 수 있기 때문이다.Thus, it would be very desirable to be able to use the multistate memory technology that has been applied to the NOR-type in NAND-type memory structures. In this case, since the number of memory cells is reduced and the density of memory cells is improved, a very compact memory chip can be provided.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해소할 수 있는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-state nonvolatile semiconductor memory capable of solving the above-mentioned conventional problems.

본 발명의 다른 목적은 NAND-형태의 메모리 구조에 다수상태의 데이터 저장기술을 적용할 수 있는 다수상태 불휘발성 반도체 메몰 및 그의 구동방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-state nonvolatile semiconductor die and a method of driving the same, which can apply a multi-state data storage technology to a NAND-type memory structure.

본 발명의 또 다른 목적은 메모리 셀의 저장용량을 확장할 수 있음은 물론 메모리 셀 어레이 주변의 회로를 보다 간단히 할 수 있는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a multi-state nonvolatile semiconductor memory which can expand the storage capacity of a memory cell and also simplify the circuit around the memory cell array.

본 발명은 또 다른 목적은 각 메모리 셀의 제조시 이온 주입을 다중으로 차등화하거나 각 메모리 셀의 부유게이트에 프로그램되는 전하량을 다중으로 차등화함에 의해 메모리 셀의 갯수를 줄이고 집적도를 향상 시킬 수 있는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리 및 그의 구동방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to reduce the number of memory cells and improve the degree of integration by differentiating ion implantation in the manufacture of each memory cell or multiple differentiating the amount of charge programmed in the floating gate of each memory cell. A nonvolatile semiconductor memory and its driving method are provided.

상기의 목적들에 따라, 본 발명은 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이를 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리 장치를 향한 것이다. 상기 각 스트링은 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치된다. 또한, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단은 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결된다.In accordance with the above objects, the present invention provides a device comprising: parallel bit lines formed on a semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells connected to a corresponding bit line, and each memory cell having a control gate and a floating gate for storing multi-state data. And a multi-state nonvolatile semiconductor memory device having a multi-state memory cell array configured to have source and drain regions formed spaced apart through a channel in a semiconductor substrate. Each of the strings is positioned between a source of a first selection transistor having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines and a drain of a second selection transistor having a source connected to a common source line. In addition, control means for selecting strings belonging to the same group and at least one word line in each operation mode, and applying a corresponding voltage according to each operation mode to a control gate of memory cells connected to the selected word line in common. Is connected to the gate and the word lines of the first and second selection transistors.

상기 다수상태 메모리 셀 어레이의 메모리 셀에 데이터를 다수상태중의 하나로 프로그램하고, 그 프로그램된 데이터를 읽으며, 프로그램된 데이터를 소정의 목적에 따라 소거하고, 또한 각각의 동작에 따른 검증을 실시하기 위하여, 본 발명의 다수상태 불휘발성 반도체 메모리 장치는, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들과 다른 하나의 동일 군에 속하는 스트링들의 선택된 메모리 셀들이 번갈아 억세스되도록 하기 위해 두 비트라인마다 차례로 연결되며, 인가되는 선택신호에 응답하여 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하고 다른 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하고 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 연결되어 선택된 비트라인의 레벨을 각 동작 모우드에 대응하여 제어하는 비트라인 레벨 제어수단과; 각기 다르게 미리 설정된 래퍼런스 전압중의 하나를 각 동작 모우드 및 인가 데이터의 논리 레벨에 따라 선택하고 출력단을 통해 제공하는 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단과; 상기 비트라인 레벨 제어수단과 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단과; 상기 비트라인 레벨 제어수단과 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단에 각기 연결되며, 상기 각 동작 모우드중 프로그램 동작에서 대응하는 비트라인들을 통해 데이터를 일시에 상기 메모리 셀들로 기입하도록 프로그램 데이터를 일시 저장하고 프로그램 검증 동작에서 프로그램이 충분히 행해졌는가를 판단하며 읽기동작에서 선택된 메모리 셀들로부터 유도된 비트라인들상의 전압을 상기 다수 레벨의 래퍼런스 전압과 비교하여 감지된 독출 데이터를 래치하기 위한 감지 및 저장수단을 가진다.To program data into one of a plurality of states in a memory cell of the multi-state memory cell array, read the programmed data, erase the programmed data according to a predetermined purpose, and perform verification according to each operation. The multi-state nonvolatile semiconductor memory device of the present invention is sequentially connected every two bit lines to alternately access selected memory cells of strings belonging to one same group and strings belonging to another same group in each operation mode. And simultaneously selecting bit lines belonging to the same group, selecting bit lines belonging to the same group as the other, and unselected bit lines belonging to the same group as the predetermined voltage in response to an applied selection signal. Connect the level of the selected bitline to each motion mode. Bit line level control means for correspondingly controlling; Multi-state reference voltage generating means for selecting one of the preset reference voltages differently according to each operation mode and logic level of the applied data and providing the same through an output terminal; The bit line level control means and the multi-state reference voltage generating means; The program data is temporarily stored and connected to the bit line level control means and the multi-state reference voltage generating means, respectively, to temporarily write data into the memory cells through corresponding bit lines in a program operation among the operation modes. And a sensing and storing means for latching the sensed read data by comparing the voltage on the bit lines derived from the memory cells selected in the read operation with the multi-level reference voltage to determine whether the program has been sufficiently performed in the verify operation.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들중 동일한 참조변호들은 가능한한 어느곳에서든지 동일한 소자 또는 신호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다.DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same reference numerals in the figures represent the same elements or signals wherever possible.

하기 설명에서 메모리 셀들과, 비트라인들의 구조, 전압값, 회로구성 및 부품들 등과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다.In the following description, numerous specific details such as memory cells and the structure of the bit lines, voltage values, circuit configurations and components are shown to provide a more general understanding of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details.

여기에서 사용되는 메모리 셀 또는 메모리 트랜지스터란 용어는 소오스, 드레인, 부유 게이트 및 콘트롤 게이트를 가지는 다수상태 플로팅게이트 MOS FET를 나타낸다. 프로그램이란 용어는 선택된 메모리 트랜지스터들로 데이터의 기입을 의미한다. 충전이란 용어는 낸드 구조로된 메모리 셀을 구성하는 각 메모리 트랜지스터의 채널과 이것의 소오스 및 드레인의 정션 캐패시터들을 미리 예정된 전압으로 충전하는 것으로 정의한다.The term memory cell or memory transistor as used herein refers to a multistate floating gate MOS FET having a source, a drain, a floating gate and a control gate. The term program means the writing of data into selected memory transistors. The term charging is defined as charging a predetermined voltage to a channel of each memory transistor constituting a NAND-structured memory cell and a junction capacitor of a source and a drain thereof.

하나의 동일군이라는 용어는 다수의 비트라인이 평행하게 있는 경우에 메모리 셀 어레이내에서 홀수번째 또는 짝수번째 비트라인에 각기 연결된 스트링들끼리를 가리킬 때 사용된다.The same group is used to refer to strings connected to odd or even bit lines in a memory cell array when there are a plurality of bit lines in parallel.

본 발명의 EEPROM은 동일 칩상에 CMOS 제조기술을 사용하여 제작되고, 설정된 볼트의 임계전압을 가지는 N채널 모오스 트랜지스터들과 P채널 모오스 트랜지스터들이 사용된다.The EEPROM of the present invention is fabricated using a CMOS fabrication technique on the same chip, and N-channel and P-channel transistors having a threshold voltage of a set volt are used.

제2도는 다수상태 불휘발성 메모리 특히, NAND-형 EEPROM의 메모리 셀 관련 회로를 도시한 것이다. 그렇지만, 본 발명의 다수상태 불휘발성 반도체 메모리는 제2도의 NAND-형 EEPROM에 한정되지 않고 NOR-형 EEPROM, EPROM, EEPROM, MASK ROM등에도 적용 가능하다. 제2도를 참조하면, 셀당 두 개 비트의 정보를 부유 게이트에 저장하는 각 메모리 셀 (3A)-(7A), (3B)-(7B)들은 NAND-형태로서 나타나 있다. 상기 메모리 셀 (3A)-(7A), (3B)-(7B)들은 각각 기본 구조인 셀 스트링을 이루기 위해 제1도의 회로와 유사하게 SSL과 GSL에 각기 연결된 제1,2 선택 트랜지스터 (2A,2B), (8A,8B)들의 사이에 직렬로 연결되어 있다. 비트라인 BL1,BL2는 각기 상기 트랜지스터 (2A,2B)를 통해 각 스트링의 메모리 셀과 연결되어 있다. 여기서, 제2도는 도시의 편의상 2개의 스트링과 그에 관련된 회로를 나타내고 있으나 실제적으로 메모리 소자는 저장용량을 늘리기 위해 다수의 스트링이 다수의 비트라인과 연결되는 형태를 가진다. 그러므로, 하나의 칩내에서 상기 스트링내의 메모리 셀 트랜지스터들은 다른 모든 스트링내의 메모리 셀 트랜지스터들과 함께 메모리 셀 어레이를 구성하며, 이 메모리 셀 어레이내에서 상기 셀 트랜지스터들은 행들과 열들의 매트릭스 형태로 교차 배열된다. 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위하여 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결된 로우 디코더 및 프로그램 콘트롤러 1는 사기 스트링 선택선 SSL, 접지선택선 GSL 및 워드라인들 WL1,WL2-WL16상으로 선택된 선택 트랜지스터를 구동시키기 위한 신호 및 선택된 행을 선택하기 위한 행 디코딩 신호를 전압신호로서 각기 제공한다. 따라서, 상기 스트링내의 트랜지스터들(2A-8A, 2B-8B)은 게이트단자들 및 콘트롤 게이트단자들에 제공되는 상기 신호들에 응답하여 온 또는 오프상태로 제어된다. 따라서, 하나의 특정 메모리 셀의 선택은 그 셀이 연결된 워드라인과 그 셀에 대응되는 스트링 선택 트랜지스터들 그리고 스트링이 연결되어 있는 비트라인 선택트랜지스터들을 활성화 시키는 것에 의해 수행된다. 하나의 메모리 셀당 두 개비트를 저장하는 경우, 상기 메모리 셀 (3A)-(7A), (3B)-(7B)들의 문턱전압을 본 실시예에서는 제3도의 분포도에서와 같이 -2.6V 이하(1), -2.0V∼1.6V(2). -1.0V∼0.6V(3), 0V∼0.4V(4)의 값으로 설정하여 네가지 서로 다른 상태중의 하나가 프로그램시 하나의 메모리 셀에 저장되도록 하였다. 상기 메모리 셀 (3A)-(7A), (3B)-(7B)들의 제조는 주표면을 가지는 피형 실리콘 반도체 기판상에서 이루어지는 것이 바람직하며, 이에 대한 세부적인 구조는 1993년 1월 13일자로 본원 출원인에 의해 선 출원된 대한민국 특허 출원번호 93-390호에 개시된 바와 같은 구조로서 제조될 수 있다.Figure 2 illustrates a memory cell related circuit of a multi-state nonvolatile memory, in particular NAND-type EEPROM. However, the multi-state nonvolatile semiconductor memory of the present invention is not limited to the NAND-type EEPROM shown in FIG. 2 but can also be applied to NOR-type EEPROM, EPROM, EEPROM, MASK ROM, and the like. Referring to FIG. 2, each memory cell 3A-7A, 3B-7B, which stores two bits of information per cell in a floating gate, is shown as NAND-type. The memory cells 3A-7A and 3B-7B each include first and second select transistors 2A, respectively connected to SSL and GSL similarly to the circuit of FIG. 1 to form a cell string having a basic structure. 2B) and (8A, 8B) are connected in series. The bit lines BL1 and BL2 are connected to the memory cells of each string through the transistors 2A and 2B, respectively. Here, FIG. 2 shows two strings and related circuits for convenience of illustration, but in practice, a memory device has a form in which a plurality of strings are connected to a plurality of bit lines to increase storage capacity. Therefore, in one chip, the memory cell transistors in the string together with the memory cell transistors in all other strings constitute a memory cell array, in which the cell transistors are arranged in a matrix of rows and columns. . In order to select strings belonging to the same group and at least one word line in each operation mode, and to apply a corresponding voltage according to each operation mode to the control gate of the memory cells connected to the selected word line in common, The row decoder and program controller 1 connected to the gate of the two-selection transistor and the word lines is a signal and a signal for driving the selected transistor on the false string select line SSL, the ground select line GSL and the word lines WL1, WL2-WL16. Row decoding signals for selecting rows are provided as voltage signals, respectively. Thus, the transistors 2A-8A, 2B-8B in the string are controlled on or off in response to the signals provided to the gate terminals and the control gate terminals. Therefore, the selection of one particular memory cell is performed by activating the word line to which the cell is connected, the string select transistors corresponding to the cell, and the bit line select transistors to which the string is connected. When storing two bits per memory cell, the threshold voltages of the memory cells 3A-7A and 3B-7B are -2.6V or less as shown in the distribution diagram of FIG. 1), -2.0 V to 1.6 V (2). A value of -1.0 V to 0.6 V (3) and 0 V to 0.4 V (4) is set so that one of four different states is stored in one memory cell during programming. The manufacturing of the memory cells 3A)-(7A) and (3B)-(7B) is preferably carried out on a silicon semiconductor substrate having a major surface, the detailed structure of which is filed on January 13, 1993. It can be prepared as a structure as disclosed in the Republic of Korea Patent Application No. 93-390 previously filed by.

제2도에 도시된 바와 같이, 로우 디코더 및 프로그램 콘트롤러 1에 연결된 다수의 스트링을 가지는 다수상태 메모리 셀 어레이에 데이터를 프로그램하고, 그 프로그램된 데이타를 읽으며, 프로그램된 데이터를 소정의 목적에 다라 소거하고, 또한 각각의 동작에 따른 검증을 실시하기 위하여, 제2도의 반도체 메모리는 상기 비트라인 BL1, BL2에 연결된 비트라인 선택 및 충전부 100, 상기 비트라인 선택 및 충전부 100에 연결된 비트라인 레벨 제어부 200, 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350, 그리고 사기 비트라인 레벨 제어부 200와 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350에 연결되어 프로그램 동작에서 각 대응하는 비트라인들을 통해 데이터를 일시에 메모리 셀들로 기입하도록 데이터를 일시 저장하고 프로그램 검증 동작에서 프로그램이 잘 행해졌는 가를 판단하며 독출동작에서 메모리 셀들로부터 독출된 비트라인들상의 데이터를 감지 및 증폭하기 위한 페이지 버터 300를 더 포함한다.As shown in FIG. 2, data is programmed into a multi-state memory cell array having a plurality of strings connected to the row decoder and program controller 1, read the programmed data, and erased the programmed data for a predetermined purpose. In addition, in order to perform verification according to each operation, the semiconductor memory of FIG. 2 includes a bit line selection and charging unit 100 connected to the bit lines BL1 and BL2, a bit line level control unit 200 connected to the bit line selection and charging unit 100, It is connected to the multi-state reference voltage generator 350 and the fraud bit line level control unit 200 and the multi-state reference voltage generator 350 to temporarily store data to write data to memory cells at once through the corresponding bit lines in a program operation. Whether the program performed well in the program verification operation. And determining a page butter 300 for detecting and amplifying data on bit lines read from memory cells in a read operation.

여기서, 상기 페이지 버퍼 300는 센스앰프로서의 감지회로 14와 교차로 접속된 2개의 인버어터들로 구성된 데이터 저장용 래치(17-18, 21-22) 및 관련 트랜지스터들 (N8,N9,N10,N11,N12,N13,N14,N15,N16,P11)로 이루어지며, 상기 비트라인 선택 및 충전부 100는 두 개의 비트라인중 하나의 비트라인을 선택하기 위한 피 모오스 및 엔 모오스 트랜지스터들 (P3,N3,N4,P4)과 전원 전압을 소오스 단자로 수신하는 충전용 피 모오스 트랜지스터들 (P1,P2)로 구성된다. 상기 피 모오스 트랜지스터들 (P1,P2)의 드레인 단자는 각기 상기 비트라인 BL1(9),BL2(10)에 각기 드레인-소오스 통로가 연결되어진 고전압 인가 방지용 트랜지스터 N1,N2의 소오스 단자에 연결되어 있다. 상기 트랜지스터 N1,N2는 게이트 단자로 제어신호 BLSHF를수신한다. 상기 비트라인 레벨 제어부 200는 상기 선택용 트랜지스터 N3의 소오스 단자가 접속된 노드 11와 접지간에 연결된 전류 소오스 23를 포함하며, 상기 노드11와 전원전압간에 소오스-드레인 통로가 직렬로 연결된 피 모오스 트랜지스터들(P5,P6,P7)과, 상기 노드11와 접지간에 소오스-드레인 통로가 연결된 리셋용 엔 모오스 트랜지스터(N5)로 구성된다. 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350는 상기 감지회로 14의 제2입력단(-)의 노드12상에 제1,2,3기준전업(래퍼런스 전압 Vref1,2,3)을 제공하기 위해 엔 모오스 및 피 모오스 트랜지스터들(N6,N7,P8,P9,P10)을 가진다. 상기한 바와 같이 구성된 제2도의 회로에서는 본 발명의 특징에 따라 두 비트라인당 하나의 페이지 버펴 300가 존재하며, 두 개의 비트라인중 어느 하나의 선택은 게이트 단자로 인가되는 비트라인 선택신호 BSO,응답하는 상기 선택용 트랜지스터(P3,N3,N4,P4)들에 의하여 달성된다.Here, the page buffer 300 includes latches 17-18, 21-22 for storing data and associated transistors N8, N9, N10, N11, which are composed of two inverters alternately connected to the sensing circuit 14 as a sense amplifier. N12, N13, N14, N15, N16, and P11, and the bit line selection and charging unit 100 includes PMOS and NMOS transistors for selecting one of two bit lines (P3, N3, N4). And P4) and charging PMOS transistors P1 and P2 for receiving a power supply voltage at a source terminal. Drain terminals of the PMOS transistors P1 and P2 are connected to source terminals of the high voltage application preventing transistors N1 and N2 having drain-source passages connected to the bit lines BL1 (9) and BL2 (10), respectively. . The transistors N1 and N2 receive the control signal BLSHF to the gate terminal. The bit line level controller 200 includes a current source 23 connected between a node 11 connected to a source terminal of the selection transistor N3 and a ground, and the PMOS transistors having a source-drain path connected in series between the node 11 and a power supply voltage. (P5, P6, and P7), and a reset ensemble transistor N5 having a source-drain path connected between the node 11 and ground. The multi-state reference voltage generator 350 is configured to provide first, second, and third reference voltages (reference voltages Vref1,2,3) on node 12 of the second input terminal (−) of the sensing circuit 14. It has MOS transistors N6, N7, P8, P9 and P10. In the circuit of FIG. 2 configured as described above, one page buffer 300 exists per two bit lines according to the characteristics of the present invention, and one of the two bit lines is selected as the bit line selection signal BSO applied to the gate terminal; Is achieved by the corresponding selection transistors P3, N3, N4, P4.

이하에서는 상기한 일 예의 구성을 가지는 제2도에 따른 다수상태 불휘발성 반도체 메모리의 관련 동작을 제3,4,5,6,7도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, related operations of the multi-state nonvolatile semiconductor memory according to FIG. 2 having the above-described configuration will be described in detail with reference to FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7.

[읽기동작][Read operation]

독출 또는 리드 모우드라고도 칭해지는 읽기동작은 후술되는 프로그램 동작에 의해 다수상태 메모리 셀에 저장된 데이터를 선택된 비트라인을 통하여 상기 페이지 버퍼 300로 읽어들여 감지하고 내부의 래치를 통해 저장 후 외부로 출력하는 동작을 가리킨다. 이러한 동작을 수행하기 위하여, 제2도의 GSL에 게이트가 연결된 선택 트랜지스터들(8A,8B)의 소오스(Source) 단자에는 읽기 동작에 필요한 전압 Vread(예들 들면 전원 전압 Vcc)이 가해지고, SSL 및 SGL 그리고 선택되지 않은 메모리 셀의 워드라인에는 Vpass 전압(예를 들면 7V)이 가해지고, 선택된 메모리 셀의 워드라인에만 상기 전압 Vpass보다 낮은 전압(예를 들면 0V)이 가해진다. 여기서, 읽기 동작시 가해지는 중요한 신호들의 전압 값은 예를들어 하기의 표-1에 나타난 Read란의 값들과 같이 제공될 수 있다. 하기의 표-1에는 소거, 프로그램, 리드, 프로그램 검증, 및 소거 검증의 순으로 대응 전압값들이 개시되어 있다.A read operation, also called a read or read mode, reads and stores data stored in a multi-state memory cell into the page buffer 300 through a selected bit line through a selected bit line, stores the data through an internal latch, and outputs the result to an external device. Point to. In order to perform such an operation, a voltage Vread (for example, a power supply voltage Vcc) required for a read operation is applied to a source terminal of the selection transistors 8A and 8B having a gate connected to the GSL of FIG. 2, and SSL and SGL The Vpass voltage (for example, 7 V) is applied to the word line of the unselected memory cell, and the voltage (for example 0 V) lower than the voltage Vpass is applied only to the word line of the selected memory cell. In this case, the voltage values of the important signals applied during the read operation may be provided together with the values of the Read column shown in Table-1 below. Table 1 below shows corresponding voltage values in the order of erase, program, read, program verify, and erase verify.

상기 표-1에 표시된 것과 같은 전압신호들이 상기 제2도내의 대응부분에 가해지면 선택된 비트라인에는 선택된 셀의 문턱전압 상태에 다른 전압이 유도된다. 여기서, 비트라인의 선택은 상기 비트라인 선택 및 충전부 100내의 비트라인 선택용 트랜지스터(P3,N3,N4,P4)의 동작에 의해 두 개의 비트라인중 어느 하나의 비트라인이 먼저 선택된다. 따라서, 메모리 전체적으로 볼 경우에 본 실시예의 읽기 동작은 전체 비트라인들상의 전압을 절반씩 2회에 걸쳐 모두 감지하는 방식을 취함을 알 수 있다. 따라서, 하나의 페이지 버퍼로써 2개의 비트라인을 커버할 수 있으므로 칩의 사이즈는 그만큼 줄어든다. 상기 표-1에 다라 각부에 해당 전압을 인가하고, 서로 다른 스트링내에서 선택된 메모리 셀의 콘트롤 게이트가 공통 연결된 선택 워드라인에 0V를 가하는 경우, 선택된 셀의 문턱전압이 프로그램 수행후에 -2.6V 이하이면 제3도의 하부에 나타난 것과 같이 대응 비트라인에 유도되는 전압은 2.6V 이상(7)이 되고, 선택된 셀의 문턱전압이 -2.0V∼1.6V(2), -1.0V∼0.6V(3)이면 비트라인에 유도되는 전압은 각각 1.6V∼2.0V(8), 0.6V∼1.0V(9)가 된다. 또한, 선택된 셀의 문턱전압이 0V∼0.4V(4)이면 비트라인에 유도되는 전압은 선택된 메모리 셀의 문턱전압에 상관없이 0V(10)가 된다. 제2도에서 상기 비트라인 선택 및 충전부 100내의 PMOS 전계효과 트랜지스터(FET) P1,P2는 선택되지 않은 비트라인의 전압을 전원전압(Vcc)과 각 동일한 전압으로 차지(Change)시켜 주어 선택된 메모리 셀과 동일한 워드라인에 연결된 선택되지 않은 스트링을 통하여 선택되지 않은 비트라인들로 전류가 흐르는 것을 막아준다. 또한, 읽기동작 동안 상기 비트라인 레벨 제어부 200 내의 트랜지스터 P7의 게이트 단자에 공급되는신호를 하이 전압 상태로 인가하여 3개의 트랜지스터 들(P5,P6,P7)이 읽기 동작동안에 영향을 주지 않도록 한다. 상기 PMOSFET(P7)의 드레인에 드레인이 연결된 NMOSFET N5는 읽기동작이 시작되자 마자 게이트 단자에 공급되는 리셋신호 Reset를 일정한 시간 동안 하이(High) 전압 상태로 수신하는 것에 의해 선택된 비트라인의 초기 상태를 접지(Ground) 전압(0V)상태로 만들어 주는 역할을 한다. 선택된 비트라인이 초기 상태로 된 이후, 선택된 메모리 셀의 문턱전압 값에 따라 유도된 비트라인상의 전압은 비트라인 선택 트랜지스터 (P3,N3)또는 (P44 N4)중의 한 쌍을 통해 노드(11)에 제공된다. 따라서, 감지회로(14)의 제1입력단(+)에는 상기 노드(11)상의 전압이 입력된다. 선택된 메모리 셀에 저장된 4개의 서로 다른 상태를 구별하기 위해 상기 감지 회로(14)는 제3도에 나타난 것과 같은 세가지 서로 다른 레벨의 래퍼런스(Reference) 전압 Vrefl(13), Vref2(14), Vref3(15)을 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350의 출력노드 12로부터 또한 수신한다. 여기서, 상기 감지 회로(14)의 구체적 구성은 본원 출원인에 의해 1995년 5월 20일자로 대한민국 특허청에 선 특허출원된 출원번호95-12691호에 개시된 바와 같은 센스앰프로써 구현할 수 있다.When voltage signals as shown in Table-1 are applied to corresponding portions in the second diagram, different voltages are induced in the selected bit line in the threshold voltage state of the selected cell. Here, in the bit line selection, any one of two bit lines is first selected by the bit line selection and operation of the bit line selection transistors P3, N3, N4, and P4 in the charging unit 100. Therefore, in the memory as a whole, it can be seen that the read operation of the present embodiment takes a method of sensing the voltage on all the bit lines twice in half. Therefore, since one bit buffer can cover two bit lines, the size of the chip is reduced accordingly. When the corresponding voltage is applied to each part according to Table-1 above and 0V is applied to the selected word line to which the control gates of the selected memory cells are commonly connected in different strings, the threshold voltage of the selected cells is -2.6V or less after the program execution. As shown in the lower part of FIG. 3, the voltage induced on the corresponding bit line is 2.6 V or more (7), and the threshold voltages of the selected cells are -2.0 V to 1.6 V (2) and -1.0 V to 0.6 V (3). ), The voltages induced in the bit lines are 1.6 V to 2.0 V (8) and 0.6 V to 1.0 V (9), respectively. In addition, when the threshold voltage of the selected cell is 0V to 0.4V (4), the voltage induced in the bit line becomes 0V (10) regardless of the threshold voltage of the selected memory cell. In FIG. 2, the PMOS field effect transistors FETs P1 and P2 in the bit line selection and charging unit 100 change the voltage of the unselected bit line to the same voltage as the power supply voltage Vcc, thereby selecting the selected memory cell. This prevents current from flowing to unselected bit lines through an unselected string connected to the same word line. In addition, the gate terminal of the transistor P7 in the bit line level controller 200 is supplied during a read operation. The signal is applied in a high voltage state so that the three transistors P5, P6 and P7 do not affect during the read operation. The NMOSFET N5 having a drain connected to the drain of the PMOSFET P7 receives an initial state of the selected bit line by receiving the reset signal Reset supplied to the gate terminal as a high voltage state for a predetermined time as soon as a read operation is started. It plays the role of making ground voltage (0V) state. After the selected bit line is initialized, the voltage on the bit line induced according to the threshold voltage value of the selected memory cell is transmitted to the node 11 through a pair of bit line selection transistors P3, N3 or P44 N4. Is provided. Therefore, the voltage on the node 11 is input to the first input terminal (+) of the sensing circuit 14. In order to distinguish four different states stored in the selected memory cell, the sensing circuit 14 uses three different levels of reference voltages Vrefl (13), Vref2 (14), and Vref3 () as shown in FIG. 15) is also received from the output node 12 of the multi-state reference voltage generator 350. Here, the specific configuration of the sensing circuit 14 may be implemented as a sense amplifier as disclosed in the patent application Nos. 95-12691 filed with the Korean Patent Office on May 20, 1995 by the applicant of the present application.

상기 노드(11)에 제공되는 선택된 비트라인상의 전압은 상기 3가지의 래퍼런스 전압과 비교되는데, 본 실시예에서는 두 번의 사이클(Cycle)로 감지된다.The voltage on the selected bit line provided to the node 11 is compared with the three reference voltages, which are sensed in two cycles in this embodiment.

첫 번째 사이클에서는 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350내의 클럭신호ref1,ref2 단자에 로우(Low), 하이(High) 전압을 각기 가하여 제2래퍼런스 전압 Vref2을 상기 노드(12)에 제공해준다. 이에 따라 제1입력단(+)에 인가되는 상기 비트라인 전압과 제2입력단(-)에 인가되는 제2래퍼런스 전압 Vref2이 상기 감지회로(14)에 의해 비교되어, 선택된 메모리 셀이 4가지의 메모리 셀 상태 중 상위 두 개의 상태에 속하여 프로그램되어 있는지 하위 두 개의 상태에 속하여 프로그램되어 있는지 구별된다. 즉, 상기 제2래퍼런스 전압 Vref2은 제3도에서 1.3볼트로서 인가되어 상위 2개의 상태 또는 하위 2개의 상태를 양분해주는 기준전압이 된다. 본 실시예에서 상기 제2래퍼런스 전압 Vref2의 우선제공은 감지동작의 사이클을 2번으로 단축하는 것을 알 수 있다. 만약, 상기 제2래퍼런스 전압 Vref2을 우선적으로 제공하지 않으면 감지동작의 사이클은 3번으로 늘어난다.In the first cycle, the clock signal in the multi-state reference voltage generator 350 ref1, Low and high voltages are respectively applied to the ref2 terminal to provide the second reference voltage Vref2 to the node 12. Accordingly, the bit line voltage applied to the first input terminal (+) and the second reference voltage Vref2 applied to the second input terminal (−) are compared by the sensing circuit 14, so that the selected memory cells are selected from four types of memory. It is distinguished whether it is programmed to belong to the upper two states or to the lower two states among the cell states. That is, the second reference voltage Vref2 is applied as 1.3 volts in FIG. 3 to become a reference voltage for dividing the upper two states or the lower two states. It can be seen that the priority of the second reference voltage Vref2 in this embodiment shortens the cycle of the sensing operation to two times. If the second reference voltage Vref2 is not provided preferentially, the cycle of the sensing operation is increased to three times.

상기 감지회로(14)가 동작가능한 상태(즉, 단자 SAE에 하이 전압이 가해져 인에이블 용 트랜지스터 N8가 활성화된 상태)에서 감지된 하이 도는 로우의 전압레벨은 감지 회로(14)의 출력단 SAO을 통해 노드(15)에 까지 제공된다. 상기 출력단 SAO 상의 감지 결과 데이터는,P1,P2 단자에 모두 로우(Low) 전압을 가하고R1,R2 단자에 하이(High), 로우(Low)전압을 가하는 경우에 전달 트랜지스터 N9를 통하여 첫 번째 래치(17-18)에 저장된다. 도한, 두 번째 사이클에서는 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350내의 클럭신호ref1,ref2 단자에 하이, 로우 전압을 각기 가한다. 이 경우에 상기 래치(17-18)의 노드(16)상의 데이터신호(상기 선택된 비트라인상에 나타난 전압이 제2래퍼런스 전압 Vref2보다 높은 경우와 낮은 경우에 각기 로우 및 하이레벨의 전압이 됨)이 상기 트랜지스터 P9,N6의 게이트 단자에 인가된다. 따라서, 상기 데이터 신호이 로우레벨인 경우에는 제3래퍼런스 전압 Vref3이 상기 노드(12)에 인가되고, 하이레벨인 경우에는 제1래퍼런스 전압 Vref1이 상기 노드(12)에 인가된다. 이에 다라 상기 노드(11)상에 나타난 비트라인의 전압이 상위 두 개의 상태중 어느 하나의 상태 또는 하위 두 개의 상태중 어느 하나의 상태에 해당되는지가 판별된다. 즉, 2번째 사이클에서 4가지 상태중의 하나의 상태가 비로소 구별되는 것이다. 상기 감지 회로(14)가 동작 가능한 상태(즉, 단자 SAE에 하이 전압이 가해져 인에이블 용 트랜지스터 N8가 활성화된 상태)에서 감지된 하이 도는 로우의 전압레벨은 감지 회로(14)의 출력단 SAO을 통해 노드(15)에 까지 제공된다. 상기출력단 SAO 상의 감지 결과 데이터는P1,P2 단자에 모두 로우(Low) 전압을 가하고R1,R2 단자에 로우, 하이전압을 각기 가하는 경우에 전달 트랜지스터 N14를 통하여 두 번째 래치(21-22)에 저장된다.The voltage level of the high or low sensed in the state in which the sensing circuit 14 is operable (that is, the high voltage is applied to the terminal SAE and the enable transistor N8 is activated) is determined through the output terminal SAO of the sensing circuit 14. Up to node 15. The detection result data on the output terminal SAO, P1, Apply a low voltage to all P2 terminals R1, When the high and low voltages are applied to the R2 terminal, they are stored in the first latch 17-18 through the transfer transistor N9. Also, in the second cycle, the clock signal in the multi-state reference voltage generator 350 ref1, Apply high and low voltage to ref2 terminal respectively. In this case, the data signal on the node 16 of the latch 17-18. (When the voltage shown on the selected bit line is higher and lower than the second reference voltage Vref2, respectively, the voltage becomes low and high level, respectively). The gate terminals of the transistors P9 and N6 are applied. Thus, the data signal In the case of the low level, the third reference voltage Vref3 is applied to the node 12, and in the case of the high level, the first reference voltage Vref1 is applied to the node 12. Accordingly, it is determined whether the voltage of the bit line shown on the node 11 corresponds to any one of the upper two states or the one of the lower two states. In other words, one state out of four states is distinguished in the second cycle. The voltage level of the high or low sensed in the state in which the sensing circuit 14 is operable (that is, the high voltage is applied to the terminal SAE and the enable transistor N8 is activated) is determined through the output terminal SAO of the sensing circuit 14. Up to node 15. The detection result data on the output terminal SAO is P1, Apply a low voltage to all P2 terminals R1, When low and high voltages are applied to the R2 terminal, they are stored in the second latch 21-22 through the transfer transistor N14.

한편, 메모리 셀에 저장되어 잇는 다수레벨의 상태를 읽기 위하여, 제2도의 회로에서 GSL 신호선에 게이트가 연결된 선택 트랜지스터(8A,8B)들의 소오스 단자에 읽기 동작에 필요한 전압 Vread을 가하는 경우, 선택된 셀의 문턱전압 상태에 따라 비트라인상에 유도되는 전압이 정상상태(Steady State)에 까지 도달하는 시간은 선택된 셀의 서브-문턱전압(Sub-Threshold)특성에 의해 결정된다.On the other hand, in order to read the multilevel state stored in the memory cell, when the voltage Vread necessary for the read operation is applied to the source terminals of the select transistors 8A and 8B having the gate connected to the GSL signal line in the circuit of FIG. The time at which the voltage induced on the bit line reaches a steady state according to the threshold voltage state of is determined by the sub-threshold characteristic of the selected cell.

비트라인의 전압이 0V부터 원하는 전압까지 도달할 때, 선택된 메모리 셀은 온(ON)상태에서 초기에는 많은 전류를 비트라인에 공급하여 비트라인의 전압을 빠른 속도로 0V에서부터 증가시키나, 비트라인의 전압이 거의 정상상태에 가까이 도달하게 되면서부터 선택된 메모리 셀의 게이트 단자와 소오스 단자 사이에 걸리는 전압의 차이는 선택된 메모리 셀의 문턱전압과 거의 같은 값으로 됨에 따라 상기 선택된 메모리 셀은 비트라인의 전압을 원하는 전압까지 천천히 증가시킨다. 즉, 이러한 상태에서는 선택된 메모리 셀이 아주 작은 전류(Sub-Threshold Current)를 비트라인에 공급하게 되므로, 이에 따라 비트라인의 전압이 오랜 시간동안 조금씩 증가하는 것이다. 그러므로 읽기동작 시간이 그에 따라 지연되는 바람직하지 못한 현상이 발생한다. 본 발명의 실시예에서는 그러한 현상을 방지하기 위하여, 제2도의 노드(11)와 접지간에 전류 소오스(23)를 채용하였다. 상기 전류 소오스(23)를 통해 흐르는 전류 Ib1는 선택된 메모리 셀이 서브-문턱전압 상태에서 동작하는 것을 방지해주어 읽기 동작 시간을 상대적으로 단축시켰다. 상기 노드(11)에 연결된 전류 소오스(23)를 모오스 트랜지스터 또는 상기 메모리 셀 트랜지스터와 동일한 트랜지스터를 사용하여 만들 수 있음은 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 어렵지 않을 것이다.When the voltage of the bit line reaches from 0V to the desired voltage, the selected memory cell initially supplies a large amount of current to the bit line in the ON state, rapidly increasing the voltage of the bit line from 0V, but As the voltage nears a steady state, the difference between the voltage applied between the gate terminal and the source terminal of the selected memory cell is approximately equal to the threshold voltage of the selected memory cell. Slowly increase to the desired voltage. That is, in this state, the selected memory cell supplies a very small current (Sub-Threshold Current) to the bit line, so that the voltage of the bit line gradually increases for a long time. Therefore, an undesirable phenomenon occurs in which the read operation time is delayed accordingly. In the embodiment of the present invention, in order to prevent such a phenomenon, the current source 23 is employed between the node 11 and the ground in FIG. The current Ib1 flowing through the current source 23 prevents the selected memory cell from operating in the sub-threshold voltage state, thereby shortening the read operation time relatively. It will not be difficult for those skilled in the art to make the current source 23 connected to the node 11 by using the same transistor as the MOS transistor or the memory cell transistor.

[프로그램 및 프로그램 확인(Verify) 동작][Program and program verify operation]

제2도의 회로에서, 프로그램 동작 또는 프로그램 확인 동작시 회로의 주요부분에 가해지는 신호들의 전압은 상기한 표-1에 나타난 것과 같다. 전체적인 프로그램 사이클은 실제로 메모리 셀의 부유 게이트에 전자를 주입하는 프로그램(Program) 동작과 프로그램된 메모리 셀들이 원하는 상태에 도달하였는가를 검증하는 프로그램 확인(Program Verify)동작으로 이루어 진다. 프로그램 동작과 프로그램 확인 동작은 선택된 모든 메모리 셀들의 문턱전압이 원하는 레벨상태로 도달할 때까지 반복된다. 프로그램 동작시에는 SSL 과 GSL 단자에 전원 전압(Vcc), 접지 전압이 각기 가해지고, 선택된 메모리 셀이 연결된 워드라인에는 Vpgm (예를들어 14V∼20V)이 가해지며 선택되지 않은 메모리 셀들이 연결된 나머지 워드라인들에는 Vpass(통상적으로 8V∼12V)전압이 가해진다. 이때 메모리 셀들이 있는 기판(Substrate)에는 0V가 가해져 선택된 메모리 셀의 콘트롤 게이트 단자와 선택된 메모리 셀의 기판사이에는 고 전압의 전위가 유지되므로, 선틱된 메모리 셀의 부유 게이트 단자에 F-N(Fowler-Nordheim) 터넬링(Tunneling)현상에 의한 전자(Electron)들이 모인다. 이에 따라 선택된 메모리 셀의 문턱전압은 양(Positive)의 방향으로 증가한다. 이러한 프로그램 동작은 하나의 메모리 셀이 아닌 선택된 워드라인에 연결된 다수의 메모리 셀에 대하여 동시에 진행된다. 본 분야에서는 하나의 워드라인에 연결된 모등 메모리 셀이 동시에 프로그램되는 것을 페이지 프로그램 또는 페이지 기입이라 칭한다. 이에 따라 선택된 메모리 셀들이 프로그램되는 정도는 조금씩 다르며 각각의 선택된 메모리 셀들이 한 번의 프로그램 동작 후 원하는 상태에 도달하였는가를 개별적으로 확인(Verify)하여 원하는 상태에 도달한 메모리 샐들에는 영향을 주지 않으면서(Program Inhibit) 프로그램이 덜된 메모리 셀에 대해서만 다시 프로그램 동작을 가해 주어야 한다. 이러한 프로그램 및 프로그램 확인 동작은 선택된 모든 셀들이 원하는 상태에 도달할 때까지 반복된다. 제2도에서 프로그램 동작은 선택된 워드라인에 연결된 셀들중 절반이 먼저 프로그램 된 후 나머지 절반이 뒤이어 프로그램된다. 이러한 것은 상기 비트라인 선택 및 충전부 100내의 비트라인 선택용 트랜지스터들(P3,N3,N4,P4)의 동작에 의해 두 개의 비트라인중 어느 하나의 비트라인이 먼저 선택되고 선택되지 않은 비트라인에은 전원전압이 가해져 프로그램이 방지되지 때문이다. 예를들어, 매 두 개의 칼럼(Column)중 하나의 비트라인을 선택하는 신호 BSO,를 각기 로우, 하이로서 인가하였다고 하면, 트랜지스터 P3,N3가 턴온되어 홀수번째 비트라인(제2도에서는 BL1)이 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 프로그램을 위해 모두 선택된다. 이때 선택되지않은 비트라인(10)에 연결된 충전용 트랜지스터 P2는 게이트 단자로 인가되는 로우 신호에 응답하여 턴온되어 전원전압을 상기 비트라인(10)상에 제공한다. 따라서, 상기 비트라인(10)에 연결된 스트링 내의 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들은 프로그램이 방지된다.In the circuit of FIG. 2, the voltages of the signals applied to the main parts of the circuit during the program operation or the program verify operation are as shown in Table-1 above. The overall program cycle consists of a program operation of actually injecting electrons into the floating gate of the memory cell and a program verify operation of verifying whether the programmed memory cells have reached a desired state. The program operation and the program confirmation operation are repeated until the threshold voltages of all selected memory cells reach a desired level. During the program operation, the supply voltage (Vcc) and ground voltage are applied to the SSL and GSL terminals, Vpgm (for example, 14V to 20V) is applied to the word line to which the selected memory cell is connected, and the rest of the unselected memory cells are connected. The word lines are subjected to a Vpass (typically 8V to 12V) voltage. At this time, since 0V is applied to the substrate where the memory cells are located, a high voltage potential is maintained between the control gate terminal of the selected memory cell and the substrate of the selected memory cell, and thus FN (Fowler-Nordheim) is applied to the floating gate terminal of the selected memory cell. Electrons are collected by the tunneling phenomenon. As a result, the threshold voltage of the selected memory cell increases in a positive direction. Such a program operation is simultaneously performed on a plurality of memory cells connected to a selected word line instead of one memory cell. In the art, when all memory cells connected to one word line are programmed at the same time, a page program or a page write is called. Accordingly, the degree to which the selected memory cells are programmed is slightly different, and each of the selected memory cells is individually verified to verify that the desired state has been reached after one program operation, without affecting the memory cells having reached the desired state ( Program Inhibit) The program operation should be applied only to the memory cells which have less program. This program and program check operation is repeated until all selected cells have reached the desired state. In FIG. 2, the program operation is programmed with half of the cells connected to the selected word line first and then the other half. This is caused by the operation of the bit line selection transistors P3, N3, N4, and P4 in the bit line selection and charging unit 100. This is because a voltage is applied and the program is not prevented. For example, a signal BSO that selects one bit line in every two columns, Is applied as low and high, transistors P3 and N3 are turned on so that the odd-numbered bit lines (BL1 in FIG. 2) are all selected for the programming of the memory cells connected to the selected word line. At this time, the charging transistor P2 connected to the unselected bit line 10 is turned on in response to a low signal applied to the gate terminal to provide a power supply voltage on the bit line 10. Therefore, the memory cells connected to the selected word line in the string connected to the bit line 10 are prevented from being programmed.

한편, 프로그램 동작시 외부에서 주어지는 프로그램 데이터 정보는 매 두 칼럼 마다 있는 두 개의 래치(17-18, 21-22)에 입력된다. 제2도의 회로는 선택된 메모리 셀이 네 개의 상태 중 원하는 상태에 도달하면 두 개의 래치 회로의 출력 Q1, Q2를 모두 하이 상태롤 만들어 준다. 이에 따라 프로그램이 완료된 메모리 셀이 연결된 비트라인은 트랜지스터 P5, P6에 의하여 전원전압(Vcc)으로 차지되어, 프로그램이 덜된 메모리 셀들을 위한 프로그램 동작이 계속되어도, 일단 프로그램이 완료된 메모리 셀의 상태는 영향을 받지 않는다.On the other hand, program data information given externally during a program operation is input to two latches 17-18 and 21-22 in every two columns. The circuit of FIG. 2 makes both outputs Q1 and Q2 of the two latch circuits high when the selected memory cell reaches a desired state of the four states. Accordingly, the bit line to which the programmed memory cell is connected is occupied by the power supply voltage Vcc by the transistors P5 and P6, so that even if the program operation for the less programmed memory cells continues, the state of the memory cell once the program is completed is affected. Do not receive.

프로그램 확인 동작시 제2도의 감지 회로(14)의 노드(12)에 인가되는 래퍼런스 전압을 선택하는 과정은 전술한 읽기 동작시와 동일하며, 감지 회로(14)의 출력을 래치(17-18, 21-22)에 전달하는 경로는, 읽기 동작에서와 달리, 첫 번째 사이클에서는P1,P2 단자에 하이(High), 로우(Low) 전압을 가하고,R1,R2 단자에 모두 로우(Low) 전압을 가하여 트랜지스터 N10과 N11을 통해 첫 번째 래치(17-18)에 저장된 Q1 값이 필요시 로우에서 하이상태로 바뀌게 한다. 두 번째 사이클에서는P1,P2 단자에 로우, 하이전압을 가하고,R1,R2 단자에 모두 로우 전압을 가하여 트랜지스터 N15과 N16을 통해 두 번째 래치(21-22)에 저정된 Q2 값이 필요시 로우에서 하이상태로 바뀌게 한다. 후술되는 소거(Erase, 메모리 셀의 문턱전압이 -2.6V 이하)상태로부터 각각의 상태 11, 10, 1, 0로 선택된 메모리 셀을 각기 프로그램 하는 과정은 하기의 표-2, 3, 4, 5에 대응하며, 이에 따른 단계별의 메모리 셀의 상태변화는 제4도, 제5도, 제6도, 제7도에 대응되어 나타나 있다.The process of selecting the reference voltage applied to the node 12 of the sensing circuit 14 of FIG. 2 in the program checking operation is the same as in the above-described read operation, and the output of the sensing circuit 14 is latched (17-18). 21-22), the path to pass in the first cycle, unlike in the read operation, P1, Apply high and low voltage to P2 terminal, R1, A low voltage is applied to both R2 terminals, causing the Q1 value stored in the first latch 17-18 through transistors N10 and N11 to transition from low to high when necessary. In the second cycle P1, Apply low and high voltage to P2 terminal, R1, A low voltage is applied to both R2 terminals, causing the Q2 value stored in the second latch 21-22 through transistors N15 and N16 to transition from low to high when necessary. The procedures for programming the memory cells selected as states 11, 10, 1, and 0 respectively from the erase (Erase, threshold voltage of memory cells of -2.6 V or less) described below are shown in Tables 2, 3, 4, and 5 below. In this case, the state change of the memory cells according to the stages is shown corresponding to FIGS. 4, 5, 6, and 7.

상기의 표-2는 소거 상태(11)로부터 11상태로 프로그램한 경우 프로그램 확인(Program Verify) 동작시의 상태를 보여준다. 이 경우는 실제로 선택된 메모리 셀을 프로그램 할 필요가 없는 상태로서 Q1, Q2가 모두 하이상태이므로 프로그램 동작시 메모리 셀이 연결된 비트라인이 트랜지스터 P5, P6에 의하여 전원 전압(Vcc)으로 차단되어 더 이상 메모리 셀의 상태가 변하지 않는다. 표-2∼표-5의 스텝(Stop)항목은 제4도-제7도에 각기 나타난 화살표의 번호에 대응하며, 이들 번호는 한 번의 프로그램동작 후 프로그램 확인 동작시 비트라인에 유도되는 전압이 각각의 래퍼런스 전압들과 비교하여 어떤 상태에 도달해 있는가를 표시해 준다. 표-2∼표-5의 Load Enable항목은 제2도의 트랜지스터 N11의 게이트 노드(19)가 하이상태(Y=Yes) 또는 로우상태(N=No)로 되어 있는 것을 나타낸다. 표-2∼표-5의 Selected Reference항목은 제2도의 노드(12)에 나타나는 래퍼런스 전압중 어느 래퍼런스 전압이 선택되어 제공되는 가를 보여준다.Table 2 above shows a state of a program verify operation when the program is programmed from the erase state 11 to the 11 state. In this case, since the selected memory cell does not need to be programmed, since both Q1 and Q2 are high, the bit line to which the memory cell is connected is cut off by the power supply voltage Vcc by transistors P5 and P6 during the program operation. The state of the cell does not change. The Stop items in Tables 2 to 5 correspond to the numbers of the arrows shown in FIGS. 4 to 7, respectively, and these numbers indicate the voltage induced in the bit line during the program check operation after one program operation. It compares with each reference voltage and shows what state is being reached. The Load Enable item in Tables 2 to 5 shows that the gate node 19 of the transistor N11 in FIG. 2 is in a high state (Y = Yes) or a low state (N = No). Selected Reference items in Tables 2 to 5 show which reference voltages among the reference voltages shown in the node 12 in FIG. 2 are selected and provided.

표-2∼표-5의 Initial Q1,Q2항목은 프로그램 동작 시작전에 제2도의 두 개의 래치에 저장된 데이터 값을 보여주며, Final Q1,Q2항목은 프로그램 확인 동작이 완료된 후 상기 래치들에 저장된 값을 보여준다.Initial Q1 and Q2 items in Table 2 to Table 5 show data values stored in the two latches of FIG. 2 before the start of the program operation. Final Q1 and Q2 items are stored in the latches after the program check operation is completed. Shows.

설명의 편의상, 소거(Erase) 상태로부터 0로 프로그램 하는 과정을 제7도를 참조하여 대표적으로 설명한다.For convenience of explanation, a process of programming from an erase state to 0 will be described with reference to FIG. 7.

표-5의 스텝(Step) 1은 제7도의 화살표(1)에 해당하는 것으로, 소거된 상태로부터 프로그램 동작이 완료된 후 선택된 메모리 셀에 의한 비트라인이 전압이 Vref3보다 큰 정도로만 메모리 셀의 상태가 변한 경우이다. 이 경우 프로그램 확인 동작 첫 싸이클 동안 제2도의 감지회로(14)에 인가되는 래퍼런스 전압은 Vref2가 되어 감지회로(14)의 출력 전압은 로우(0)상태가 되고 이에 따라 제2도의 NMOSFET N10이 차단상태(Cut-off)가 되어 첫 번째 래치의 값 Q1은 변화가 없게 된다. 이에 따라 두 번째 사이클 동안은, 제2도의 감지회로(14)의 래퍼런스 전압은 Vref1이 되어 그의 출력 전압이 로우(0) 상태가 되고, 이에 따라 제2도의 NMOSFET N15가 차단 상태(Cut-off)가 되어 두 번째 래치의 값 Q2도 변화가 없게 된다. 표-5의 스텝(Step) 2, 3은 제7도의 화살표(2),(3)에 각기 해당하는 것으로, 표-5의 스텝(Step) 1과 동작이 유사하다. 표-5의 스텝(Step) 4는 제7도의 화살표(4)에 해당하는 것으로 프로그램 동작이 완료된 후 선택된 메모리 셀에 의한 비트라인 전압이 Vref2 보다 작은 정도로 메모리 셀의 상태가 변한 경우이다. 이 경우 프로그램 확인 동작 첫 싸이클 동안 제2도의 래퍼런스 전압은 Vref2가 되어 감지회로의 출력 전압은 하이(1)상태가 되어 NMOSFET N10이 온(ON) 상태가 되나 Q2가 로우 상태이므로 제2도의 노드(19)의 전압이 NMOSFET N12에 의하여 로우 상태로 남아 NMOSFET N11이 차단상태가 된다. 다라서, 표-5의 Load Enable 항목이 N로 되어 첫 번째 래치의 값 Q1은 변화가 없게 된다. 이후 표-5의 스텝(Stop) 4,5는 제7도의 화살표(4), (5)에 해당하는 것으로서, 상기 스텝 3과 동작이 유사하다. 표-5의 스텝(Stop) 6은 제7도의 화살표(6)에 해당하는 것으로 프로그램 동작이 완료된 후 선택된 메모리 셀에 의한 비트라인 전압이 Vref1보다 작은 정도로 메모리 셀의 상태가 변한 경우로서 이것은 선택된 메모리 셀이 원하는 상태를 프로그램이 완료된 상태이다. 이 경우 프로그램 확인 동작 첫 싸이클 동안 제2도의 래퍼런스 전압은 Vref2가 되어 감지회로의 출력 전압은 하이(1) 상태가 되어 N10이 온(ON) 상태가 되나, Q2가 로우 상태이므로 제2도의 노드(19)의 전압이 NMOSFET N12에 의하여 로우 상태로 남아 NMOSEFT N11이 차단 상태가 되므로, 표-5의 Load Enable항목이 N로 되어, 첫번째 래치회로의 값 Q1은 변화가 없게 된다. 그러나 두번째 싸이클 동안 제2도의 감지회로에 인가되는 래퍼런스 전압은 Vref1이므로 감지회로의 출력 전압은 하이(1) 상태가 되어 NMOSFET N15가 온상태로 되어 P2신호가 하이일 경우에 NMOSFET N16도 온 상태가 되어 노드(20)의 전압이 하이에서 로우로 바뀌어, Q2가 로우 상태에서 하이 상태로 바뀐다. 이후 선택된 메모리 셀이 원하는 상태로 프로그램이 완료된 상태이나, Q1이 로우상태이므로 표-5도의 스탭(Step) 7과 같이 한 번의 프로그램 동작이 더 수행된다. 이 경우 프로그램 확인 동작 첫 싸이클 동안 제2도의 감지회로의 래퍼런스 전압은 Vref2가 되어 감지회로의 출력 전압은 하이(1) 상태가 되고 NMOSFT N10이 온 상태가 되고, Q2가 하이상태이므로 제2도의 노드(19)의 전압이P1 신호가 하이상태로 들어올 경우에 NMOSF ET N11도 온 상태가 되어, 노드(16)의 전압이 하이에서 로우로 바뀌어 Q1이 로우상태에서 하이 상태로 바뀐다. 두 번째 싸이클 동안은 Q2가 이미 하이상태로 되어 있어 Q2는 변하지 않는다. 0 상태 프로그램시 표-5의 스탭(Step) 7과 같이 한 번의 프로그램 동작이 더 수행되는 것은 제3도의 0 상태(4)의 메모리 셀의 문턱전압 최소값이 0V 보다 약간 큰 것을 의미한다. 실제의 경우 일반적으로 프로그램 동작이 반복되면, 한 번의 프로그램 동작에 의하여 변화되는 문턱전압의 변화량은 프로그램 동작 회수가 증가함에 따라 감소한다. 이러한 두가지 이유 때문에 0상태 프로그램시 표-5의 스텝(Step) 7과 같이 한 번의 프로그램 동작이 더 수행되는 것은 실제로 문제가 되지 않는다.Step 1 of Table 5 corresponds to the arrow 1 in FIG. 7, and the state of the memory cell is changed only when the bit line of the selected memory cell has a voltage greater than Vref3 after the program operation is completed from the erased state. This is the case. In this case, the reference voltage applied to the sensing circuit 14 of FIG. 2 during the first cycle of the program check operation becomes Vref2 so that the output voltage of the sensing circuit 14 becomes low (0), and thus the NMOSFET N10 of FIG. The state is cut-off, and the value Q1 of the first latch remains unchanged. Thus, during the second cycle, the reference voltage of the sensing circuit 14 of FIG. 2 becomes Vref1 so that its output voltage is low (0), so that the NMOSFET N15 of FIG. 2 is cut off. The value of the second latch Q2 remains unchanged. Steps 2 and 3 in Table-5 correspond to arrows 2 and 3 in Fig. 7, respectively, and the operation is similar to Step 1 in Table-5. Step 4 of Table 5 corresponds to the arrow 4 in FIG. 7, which is a case where the state of the memory cell is changed to a degree that the bit line voltage of the selected memory cell is smaller than Vref2 after the program operation is completed. In this case, during the first cycle of the program check operation, the reference voltage of FIG. 2 becomes Vref2 and the output voltage of the sensing circuit becomes high (1) so that the NMOSFET N10 is ON, but Q2 is low, so the node of FIG. The voltage of 19) remains low by the NMOSFET N12, and the NMOSFET N11 is cut off. Therefore, the Load Enable item in Table-5 becomes N, and the value Q1 of the first latch remains unchanged. Steps 4 and 5 of Table 5 correspond to arrows 4 and 5 of FIG. 7, and have similar operations to step 3. Step 6 of Table 5 corresponds to the arrow 6 in FIG. 7 when the state of the memory cell is changed to the extent that the bit line voltage by the selected memory cell is smaller than Vref1 after the program operation is completed. The program wants the cell to complete. In this case, during the first cycle of the program check operation, the reference voltage of FIG. 2 becomes Vref2, and the output voltage of the sensing circuit becomes high (1), so that N10 is ON, but Q2 is low, so the node of FIG. Since the voltage of 19) remains low by the NMOSFET N12, and the NMOSEFT N11 is cut off, the Load Enable item in Table-5 is N, and the value Q1 of the first latch circuit is unchanged. However, since the reference voltage applied to the sensing circuit of FIG. 2 during the second cycle is Vref1, the output voltage of the sensing circuit is high (1), and when the NMOSFET N15 is on and the P2 signal is high, the NMOSFET N16 is on. The voltage at node 20 changes from high to low, causing Q2 to change from low to high. Since the program is completed with the selected memory cell in the desired state or Q1 is low, one more program operation is performed as shown in Step 7 of Table-5. In this case, during the first cycle of the program check operation, the reference voltage of the sensing circuit of FIG. 2 becomes Vref2 so that the output voltage of the sensing circuit becomes high (1), the NMOSFT N10 is on, and Q2 is high. Voltage of 19 When the P1 signal enters the high state, the NMOSF ET N11 is also turned on, and the voltage of the node 16 changes from high to low so that Q1 changes from low to high. During the second cycle, Q2 is already high, so Q2 remains unchanged. In the zero state program, one more program operation as shown in Step 7 of Table 5 means that the minimum threshold voltage of the memory cell in the zero state 4 of FIG. 3 is slightly larger than 0V. In practice, in general, if the program operation is repeated, the amount of change in the threshold voltage changed by one program operation decreases as the number of program operations increases. For these two reasons, it is not really a problem to carry out one more program operation as shown in Step 7 of Table-5 during zero state programming.

[소거(Erase)동작 및 소거확인(Erase-Verify)동작][Erase operation and Erase-Verify operation]

제2도의 회로에서 소거 동작 및 소거 확인 동작시 회로의 주요 부분에 가해지는 신호들의 전압은 상기의 표-1에 나타난 것과 같다. 소거 동작의 기본 단위는 스트링으로서, 소거 동작시에는 SSL 과 GSL 단자가 플로팅(Floating) 상태가 되며, 선택된 스트링 내부의 메모리 셀들이 연결된 워드라인들에는 0V가 가해진다. 소거 동작은 선택된 다수의 워드라인에 연결된 메모리 셀들에 동시에 적용된다. 이때 메모리 셀들이 있는 기판(Subsrate)에는 소거전압 Vers(통상적으로 21V∼24V) 가해져 선택된 메모리 셀들의 콘트롤 게이트 단자와 기판사이에는 고전압이 유기되어 선택된 메모리 셀들의 부유 게이트에 저장되어있던 전자(Electron)들이 F-N터넬링에 의해 기판으로 빠져 나온다. 이에 따라 선택된 메모리 셀의 문턱전압은 음(Negative)의 방향으로 증가한다.In the circuit of FIG. 2, the voltages of the signals applied to the main parts of the circuit during the erase operation and the erase check operation are as shown in Table-1 above. The basic unit of the erase operation is a string. In the erase operation, the SSL and GSL terminals are in a floating state, and 0 V is applied to word lines to which memory cells in the selected string are connected. The erase operation is simultaneously applied to memory cells connected to a plurality of selected word lines. At this time, an erase voltage Vers (typically 21V to 24V) is applied to the substrate where the memory cells are located, so that a high voltage is induced between the control gate terminal and the substrate of the selected memory cells and stored in the floating gate of the selected memory cells. Are escaped to the substrate by FN tunneling. Accordingly, the threshold voltage of the selected memory cell increases in the negative direction.

소거 동작도 프로그램 동작 시와 유사하게 (소거동작) + (소거 확인 동작)을 반복적으로 수행하여 선택된 모든 메모리 셀들이 원하는 상태 (제3도의 번호(1) 또는 (7)에 도달하도록 한다. 소거 확인 동작시 제2도의 각 부분에 가해지는 신호들은 표-1에 나타난 것과 같다. 소거 확인 동작시 선택된 스트링의 SSL, GSL 신호선에는 7V가 가해지고 선택된 스트링 내부의 워드라인에는 모두가 0V가 가해진다. 기본적으로 소거 확인 동작은 읽기 동작과 유사하나 스트링 내부의 모든 메모리 셀에 의하여 비트라인 전압이 결정되는 것이 다르다. 이에 따라 비트라인에 유도되는 전압은 선택된 스트링내에 있는 메모리 셀 중 문턱전압이 가장 소거 되지 않는 메모리 셀에 의하여 결정된다.Similarly to the program operation, the erase operation is repeatedly performed to perform the (erase operation) + (erase confirmation operation) so that all selected memory cells reach a desired state (number 1 or 7 in FIG. 3). The signals applied to the respective parts of FIG. 2 during operation are shown in Table 1. In the erasure check operation, 7V is applied to the SSL and GSL signal lines of the selected string and 0V is applied to all the word lines inside the selected string. Basically, the erase check operation is similar to the read operation, except that the bit line voltage is determined by all memory cells in the string, so that the voltage induced in the bit line does not erase the threshold voltage among the memory cells in the selected string. Not determined by memory cells.

소거 확인 동작시 제2도에 나타난 PMOSFET P1, P2는 읽기 동작 시와 마찬가지로 선택되지 않은 비트라인의 전압을 전원전압(Vcc)과 동일한 전압으로 차지(Charge) 시켜주어 선택된 스트링과 같은 워드라인에 연결된 선택되지 않은 스트링을 통하여 선택되지 않은 비트라인들로 전규가 흐르는 것을 막아 준다. 소거 확인 동작 동안 트랜지스터 P7의 게이트 단자에 공급되는신호는 하이저압 상태가 되어 트랜지스터 P5, P6, P7 트랜지스터는 소거 확인 동작에 영향을 주지 않으며, 상기 PMOSFET P7의 드레인과 연결된 NMOSFET N5는 소거 확인 동작이 시작되자마자 게이트 단자에 공급되는 신호(Reset)가 일정한 시간 동안 하이 전압 상태가 되어, 선택된 비트라인의 초기 상태를 접지 전압(0V)상태로 만들어 준다. 선택된 비트라인을 초기 상태로 만들어 준 이후 선택된 메모리 셀들의 문턱전압 값에 다라 유도된 비트라인 전압은 비트라인 선택 트랜지스터 P2, N3 또는 P4, N4를 통하여 감지회로(14)의 입력노드(11)로 공급된다. 메모리 셀들의 상태를 동시에 구별하기 위해서는 제3도에 나타난 세 개의 래퍼런스 전압 Vref1(15), Vref2(14), Vref3(13)이 모두 2.6볼트로 되어야 한다.In the erase check operation, PMOSFETs P1 and P2 shown in FIG. 2 are charged to the same word line as the selected string by charging the voltage of the unselected bit line with the same voltage as the power supply voltage Vcc as in the read operation. This prevents all flow through unselected strings to unselected bit lines. Supplied to the gate terminal of the transistor P7 during the erase check operation. Since the signal is in a high low voltage state, transistors P5, P6, and P7 do not affect the erase check operation, and the NMOSFET N5 connected to the drain of the PMOSFET P7 is supplied to the gate terminal as soon as the erase check operation starts. Becomes a high voltage state for a certain time, making the initial state of the selected bit line the ground voltage (0V). After the selected bit line is initialized, the bit line voltage induced according to the threshold voltage values of the selected memory cells is transferred to the input node 11 of the sensing circuit 14 through the bit line selection transistors P2, N3, or P4, N4. Supplied. In order to simultaneously distinguish the states of the memory cells, all three reference voltages Vref1 (15), Vref2 (14), and Vref3 (13) shown in FIG. 3 should be 2.6 volts.

비트라인에 유도된 전압은 두 번의 싸이클로 감지된다. 첫 번째 싸이클에서는 다수상태 래퍼런스 전압 생성부 350내의 클럭신호ref1,ref2 단자에 로우, 하이전압을 각기 가하여 제2래퍼런스내의 클럭신호 Vref2(소거확인의 경우에는 2.6볼트)을 상기 노드(12)에 제공해준다. 감지회로14)가 동작가능 상태에서 감지한 결과는 감지회로의 출력단 SAO에 나타나며 이 결과는P1,P2 단자에 모두 로우(Low) 전압이 가해지고R1,R2 단자에 하이(High), 로우(Low) 전압이 가해진 상태에서 트랜지스터 N9을 통하여 첫 번째 래치회로(17)-(18)에 저장된다. 두 번째 사이클에서는ref1,ref2 단자에 로우, 하이 전압이 가해진다. 한편 첫 번째 싸이클에 의하여 첫 번째 래치회로(17-18)에 저장되있는 신호 Q1은 트랜지스터 P9, N6의 게이트 단자에 연결되있어 Q1이 하이 전압인 경우는 Vref3, Q1이 로우전압인 경우는 Vref1 전압이 감지회로의 래퍼런스 입력 노드(12)에 공급된다. 감지회로914)가 동작가능 상태에서 감지한 결과는 출력단 SAO에 나타나며 이 결과는P1,P2 단자에 모두 로우 전압이 가해지고R1,R2 단자에 로우, 하이전압이 가해진 상태에서 트랜지스터 N14를 통하여 두 번째 래치회로(21-22)에 저장된다. 그러나 읽기 동작시와는 달리 Vref1=Vref2=Vref3=2.6V로 되므로 선택되는 래퍼런스 단자에 상관없이 비트라인 전압이 2.6V 보다 큰 경우 두 개의 래치회로(17-18, 21-22)의 출력 Q1, Q2가 모두 하이 상태로 되어 선택된 스트링 내부의 모든 메모리 셀들이 충분히 소거되었음을 알려준다.The voltage induced on the bit line is sensed in two cycles. In the first cycle, the clock signal in the multi-state reference voltage generator 350 ref1, The low and high voltages are applied to the ref2 terminal to provide the node 12 with the clock signal Vref2 (2.6 volts in the case of erasure confirmation) in the second reference. The result detected by the sensing circuit 14 in the operable state is shown in the output SAO of the sensing circuit. P1, Low voltage is applied to all P2 terminals R1, In the state where high and low voltages are applied to the R2 terminal, the voltage is stored in the first latch circuits 17 and 18 through the transistor N9. In the second cycle ref1, Low and high voltages are applied to the ref2 terminal. On the other hand, the signal Q1 stored in the first latch circuit 17-18 by the first cycle is connected to the gate terminals of the transistors P9 and N6. When Q1 is a high voltage, Vref3 and Qref is a low voltage. Voltage is supplied to the reference input node 12 of the sense circuit. The detection result of the sensing circuit 914 in the operational state is shown in the output SAO and the result is P1, Low voltage is applied to all P2 terminals R1, It is stored in the second latch circuit 21-22 through the transistor N14 with the low and high voltage applied to the R2 terminal. However, unlike in the read operation, Vref1 = Vref2 = Vref3 = 2.6V, so the outputs of the two latch circuits 17-18 and 21-22 when the bit line voltage is larger than 2.6V regardless of the selected reference terminal. Q2 is all high, indicating that all memory cells in the selected string have been sufficiently erased.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 낸드 구조의 다수상태 불휘발성 반도체 메모리의 메모리 셀 어레이에 데이터를 프로그램하고, 그 프로그램된 데이터를 읽으며, 프로그램된 데이터를 소정의 목적에 따라 소거하고, 또한 각각의 동작에 다른 검증을 실시하는 것을 일 예로서 설명하고 예를들어 한정하였다.In the above, the data is programmed into the memory cell array of the NAND structured multi-state nonvolatile semiconductor memory, the programmed data is read, and the programmed data is erased according to a predetermined purpose, respectively. Implementing another verification on the operation of is described as an example and limited to the example.

그렇지만, 본 발명은 상기한 낸드 구조의 메모리에 한정되지 않고 메모리 셀의 부유 게이트에 저장되는 전하량을 차등화하여 다수의 비트 정보를 저장하는 범용의 다수 상태 불휘발성 기억소자에 적용할 수 있음은 물론, MASK ROM의 경우에 있어서도 이온 주입 기술에 의하여 다수 상태를 갖는 메모리 셀의 제작이 가능할 것이다.However, the present invention is not limited to the memory of the NAND structure described above, but can be applied to a general-purpose multi-state nonvolatile memory device that stores a plurality of bit information by differentiating the amount of charge stored in the floating gate of the memory cell. Even in the case of the MASK ROM, it is possible to manufacture a memory cell having a plurality of states by the ion implantation technique.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 NAND-형태의 메모리 구조에 다수상태의 데이터 저장기술을 적용 할 수 있어 단일 비트저장에 비해 메모리 셀의 갯수를 대폭적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 페이지 버퍼등과 같은 메모리 셀 어레이의 주변회로가 2개의 비트라인에 대응되는 구조를 취함으로써 칩의 사이즈를 보다 콤팩트하게 할 수 있어 전술한 목적을 달성 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 불휘발성 반도체 메모리에서 각 메모리 셀의 부유 게이트에 프로그램되는 전하량을 다중으로 차등화함에 의해 메모리 셀의 갯수를 줄이고 집적도를 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.According to the present invention as described above, a multi-state data storage technique can be applied to a NAND-type memory structure, and thus the number of memory cells can be significantly reduced compared to a single bit storage. In addition, the peripheral circuits of the memory cell array, such as the page buffer, have a structure corresponding to the two bit lines, thereby making the chip size more compact, thereby achieving the above-described object. Accordingly, the present invention has an advantage in that the number of memory cells can be reduced and the degree of integration can be improved by differentiating the amount of charge programmed in the floating gate of each memory cell in a nonvolatile semiconductor memory.

Claims (11)

반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이를 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에 있어서: 상기 제1, 2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가짐을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells, connected to a corresponding bit line, and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multi-state nonvolatile semiconductor memory having a multi-state memory cell array configured to have formed source and drain regions, the multi-state nonvolatile semiconductor memory comprising: gates of the first and second select transistors and the word lines, the same in each operation mode; Strings belonging to the group and at least one wordline Selected, and the non-volatile semiconductor memory characterized by having a control means for applying a corresponding voltage according to the respective operation Modal in common to the control gates of the memory cells connected to the selected word line. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직력접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이와; 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에서의 데이터 리드방법에 있어서: 선택된 워드라인과 상기 공통 소오스라인간에 읽기 전압을 유지시키고 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하며 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하여 선택된 워드라인에 연결된 동일군의 메모리 셀들의 문턱전압값에 따른 전압이 상기 선택된 비트라인들상에 각기 동시에 도출되도록 하는 도출과정과; 상기 도출된 전압을 각기 다르게 미리 설정된 래퍼런스 전압중의 중간 래퍼런스 전압으로써 비교하여 선택된 메모리 셀들이 다수의 메모리 셀 상태 중 상위 상태에 속하여 프로그램되어 있는지 하위 상태에 속하여 프로그램되어 있는지를 나타내는 데이터를 각기 제1 일시저장수단에 동시에 저장하는 제1저장과정과; 상기 저장된 데이터의 논리레벨에 따른 래퍼런스 전압으로 상기 도출된 전압을 비교하여 상기 선택된 메모리 셀들이 다수의 메모리 셀 상태 중 어떤 상태로 프로그램되어 있는지를 실제로 나타내는 리드 데이터를 각기 제2일시저장수단에 동시에 저장하는 제2저장과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 데이터 리드방법.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells connected to a corresponding bit line and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multistate memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second selection transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode, and at least one word line and connected to the selected word lines. A data read method in a multi-state nonvolatile semiconductor memory having control means for applying a corresponding voltage according to each operation mode in common to a data source, comprising: maintaining a read voltage between a selected word line and the common source line and maintaining one same group; The voltages according to the threshold voltages of the memory cells of the same group connected to the selected word line by simultaneously selecting bit lines belonging to each other and charging non-selected bit lines belonging to another same group to a predetermined voltage are applied to the selected bit lines. A derivation process for deriving at the same time into each The derived voltages are differently compared as intermediate reference voltages among preset reference voltages, respectively, and the data indicating whether the selected memory cells are programmed to belong to an upper state or a lower state among a plurality of memory cell states is respectively programmed. A first storing step of simultaneously storing the temporary storing means; Comparing the derived voltage with a reference voltage according to the logic level of the stored data to simultaneously store in the second temporary storage means read data which actually indicates which of the plurality of memory cell states is selected. And a second storage process. 제 2 항에 있어서, 상기 선택된 워드라인에 연결된 동일군의 메모리 셀들의 문턱전압값에 따른 전압이 상기 선택된 비트라인들상에 각기 동시에 도출되도록 하는 도출과정이 보다 빨리 수행되도록 하기 위해 상기 전압이 도출되는 노드와 접지간에 전류 소오스를 제공해주는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 리드방법.3. The method of claim 2, wherein the voltage is derived so that a derivation process for causing a voltage according to threshold voltage values of memory cells of the same group connected to the selected word line to be simultaneously drawn on the selected bit lines is performed faster. And providing a current source between the node and ground. 제3항에 있어서, 상기 도출과정이, 리셋신호에 응답하는 리셋용 트랜지스터의 동작에 의해 상기 선택된 비트라인들의 레벨을 각기 접지전위로 초기화한 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 리드방법.4. The data read method of claim 3, wherein the derivation process is performed after initializing the level of the selected bit lines to ground potential by an operation of a reset transistor in response to a reset signal. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도에 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이와; 상기 제1,2 선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에서의 데이터 프로그램방법에 있어서: 프로그램 모우드에서 제공되는 프로그램 데이터를 각기 제1,2 일시저장수단을 통해 수신하는 과정과; 선택된 워드라인과 상기 공통 소오스라인간에 프로그램전압을 유지시키고 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트에 각기 전원전압과 접지전압을 인가하고 비 선택된 워드라인에 패스전압을 인가하고, 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하며 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하여 선택된 워드라인에 연결된 동일군의 메모리 셀들이 상기 프로그램 데이터에 대응되는 다수상태중의 하나의 문턱전압값을 가지도록 하는 프로그램 및 프로그램 금지과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 데이터 프로그램 방법.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells, connected to a corresponding bit line, and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source of the first select transistor and the source of the second select transistor connected to a common source line are positioned between each memory cell, and each memory cell is spaced apart through a channel on a substrate at a control gate, a floating gate and a peninsula for storage of multi-state data. A multistate memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second select transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode and at least one word line, and connected to the selected word lines. A data program method in a multi-state nonvolatile semiconductor memory having control means for applying a corresponding voltage according to each operation mode in common: A program data provided in a program mode is stored through first and second temporary storage means, respectively. Receiving; The program voltage is maintained between the selected word line and the common source line, the power supply voltage and the ground voltage are applied to the gates of the first and second selection transistors, and the pass voltage is applied to the unselected word lines. The threshold voltage value of one of a plurality of states in which memory cells of the same group connected to the selected word line are simultaneously selected by simultaneously selecting bit lines and charging unselected bit lines belonging to the same group to another with a predetermined voltage. Data program method characterized in that consisting of a program and a program prohibition process to have a. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬 접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이와; 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가지는 불휘발성 반도체 메모리에서의 데이터 프로그램 확인방법에 있어서: 프로그램 동작의 수행 후에 선택된 워드라인과 상기 공통 소오스라인간에 검증전압을 유지시키고 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하며 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하여 선택된 워드라인에 연결된 동일군의 메모리 셀들의 문턱전압값에 따른 전압이 상기 선택된 비트라인들상에 각기 동시에 도출되도록 하는 도출과정과; 상기 도출된 전압을 각기 다르게 미리 설정된 래퍼런스 전압중의 중간 래퍼런스 전압으로써 비교하여 제1 일시저장수단에 저장된 데이터의 논리 상태를 상기 비교결과에 따라 변경하는 제1검증과정과; 상기 저장된 데이터의 논리레벨에 따른 래퍼런스 전압으로 상기 도출된 전압을 비교하여 제2일시저장수단에 저장된 데이터의 논리 상태를 상기 비교 결과에 따라 변경하는 제2검증과정과; 상기 검증과정에서 저장된 데이터의 논리가 설정된 상태가 아니면 프로그램 동작을 수행 후 상기한 과정들을 재 수행하는 재수행과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 데이터 프로그램 확인방법.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of series-connected memory cells connected to a corresponding bit line and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multistate memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second selection transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode, and at least one word line and connected to the selected word lines. A data program checking method in a nonvolatile semiconductor memory having control means for applying a corresponding voltage corresponding to each operation mode to a common method, the method comprising: maintaining a verification voltage between a selected word line and the common source line after performing a program operation; The voltage according to the threshold voltage value of the memory cells of the same group connected to the selected word line is selected by simultaneously selecting the bit lines belonging to the same group and charging the unselected bit lines belonging to the other same group to a predetermined voltage. To be drawn simultaneously on the bit lines Ex step; A first verifying step of comparing the derived voltage as an intermediate reference voltage among preset reference voltages and changing a logic state of data stored in the first temporary storage means according to the comparison result; A second verification process of comparing the derived voltage with a reference voltage according to the logic level of the stored data and changing a logic state of the data stored in the second temporary storage means according to the comparison result; And if the logic of the stored data is not set in the verification process, performing a program operation and then performing a re-execution process again. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이와; 상기 제1,2 선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에서의 데이터 소거방법에 있어서: 상기 메모리 셀들에 연결된 모든 워드라인에 접지전압을 인가하고 비트라인들 및 공통 소오스라인 그리고 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 단자를 모두 플로팅시키고 상기 기판에 소거전압을 제공하여 상기 메모리 셀들을 일시에 소거하는 것을 특징으로 하는 데이터 소거방법.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells, connected to a corresponding bit line, and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multistate memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second select transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode and at least one word line, and connected to the selected word lines. A data erasing method in a multi-state nonvolatile semiconductor memory having control means for applying a corresponding voltage according to each operation mode in common, the method comprising: applying a ground voltage to all word lines connected to the memory cells, And erasing the memory cells temporarily by floating a common source line and gate terminals of the first and second selection transistors and providing an erase voltage to the substrate. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이와; 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단을 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에서와 데이터 소거 확인방법에 있어서: 소거동작의 수행 후에 모든 워드라인과 상기 공통 소오스라인간에 검증전압을 유지시키고 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하여 선택된 워드라인에 연결된 동일군의 메모리 셀들의 스트링 문턱전압값에 따른 전압이 상기 선택된 비트라인들상에 각기 동시에 도출되도록 하는 도출과정과; 상기 도출된 전압을 중간 래퍼런스 전압으로써 비교하여 제1 일시저장수단에 저장하는 제1검증과정과; 상기 저장된 데이터의 논리레벨에 상관없이 상기 중간 래퍼런스 전압으로 상기 도출된 전압을 비교하여 제2일시저장수단에 저장하는 제2검증과정과; 상기 검증과정에서 저장된 데이터의 논리가 설정된 상태가 아니면 소거 동작을 수행 후 상기한 과정들을 재 수행하는 재수행과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 데이터 소거 확인방법.Parallel bit lines formed on the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells, connected to a corresponding bit line, and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multistate memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second selection transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode, and at least one word line and connected to the selected word lines. In a multi-state nonvolatile semiconductor memory and a method for confirming data erasing, having a control means for applying a corresponding voltage according to each operation mode in common: A verification voltage is applied between all word lines and the common source line after performing an erase operation. Maintaining and charging unselected bit lines belonging to the same group to a predetermined voltage so that voltages corresponding to string threshold voltages of memory cells of the same group connected to the selected word line are simultaneously drawn on the selected bit lines. Derivation process; A first verifying step of comparing the derived voltage as an intermediate reference voltage and storing it in a first temporary storage means; A second verification step of comparing the derived voltage with the intermediate reference voltage and storing it in a second temporary storage means regardless of the logic level of the stored data; And if the logic of the stored data is not set in the verification process, performing the erase operation and performing the re-execution process again. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 다수상태 데이터의 저장을 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이를 가지는 다수상태 불휘발성 반도체 메모리에 있어서; 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 사기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 제어수단과; 상기 다수상태 메모리 셀 어레이의 메모리 셀에 데이터를 다수상태중의 하나로 프로그램하고, 그 프로그램된 데이터를 읽으며, 프로그램된 데이터를 소정의 목적에 따라 소거하고, 또한 각각의 동작에 따른 검증을 실시하기 위하여, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들과 다른 하나의 동일 군에 속하는 스트링들의 선택된 메모리 셀들이 번갈아 억세스되도록 하기 위해, 두 비트라인마다 차례로 연결되며, 인가되는 선택신호에 응답하여 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하고 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하는 비트라인 선택 및 충전수단과; 상기 비트라인 선택 및 충전수단에 연결되어 선택된 비트라인의 레벨을 각 동작 모우드에 대응하여 제어하는 비트라인 레벨 제어수단과; 각기 다르게 미리 설정된 래퍼런스 전압중의 하나를 각 동작 모우드 및 인가 데이터의 논리 레벨에 따라 선택하고 출력단을 통해 제공하는 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단과; 상기 비트라인 레벨 제어수단과 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단에 각기 연결되며, 상기 각 동작 모우드중 프로그램 동작에서 대응하는 비트라인들을 통해 데이터를 일시에 상기 메모리 셀들로 기입하도록 프로그램 데이터를 일시 저장하고 프로그램 검증 동작에서 프로그램이 충분히 행해졌는가를 판단하며 읽기동작에서 선택된 메모리 셀들로부터 유도된 비트라인들상의 전압을 상기 다수 레벨의 래퍼런스 전압과 비교하여 감지된 독출 데이터를 래치하기 위한 감지 및 저장수단을 가짐을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells, connected to a corresponding bit line, and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and source of the one select transistor are positioned between the drains of the second select transistor connected to the common source line, each memory cell spaced apart from the control gate, the floating gate and the semiconductor substrate through a channel for storage of multi-state data. A multi-state nonvolatile semiconductor memory having a multi-state memory cell array configured to have formed source and drain regions; Control gates of the memory cells connected to the gates and the fraud word lines of the first and second selection transistors and selecting at least one word line and strings belonging to the same group in each operation mode. Control means for applying a corresponding voltage to each operation mode in common; To program data into one of a plurality of states in a memory cell of the multi-state memory cell array, read the programmed data, erase the programmed data according to a predetermined purpose, and perform verification according to each operation. In order to alternately access selected memory cells of strings belonging to one same group and strings belonging to another same group in each operation mode, one bit line is sequentially connected every two bit lines and one Bit line selection and charging means for simultaneously selecting bit lines belonging to the same group and charging unselected bit lines belonging to the same group with a predetermined voltage; Bit line level control means connected to the bit line selection and charging means for controlling the level of the selected bit line corresponding to each operation mode; Multi-state reference voltage generation means for selecting one of the preset reference voltages differently according to each operation mode and logic level of the applied data and providing the same through an output terminal; The program data is temporarily stored and connected to the bit line level control means and the multi-state reference voltage generating means, respectively, to temporarily write data into the memory cells through corresponding bit lines in a program operation among the operation modes. Determining whether the program has been sufficiently performed in the verify operation, and comparing the voltage on the bit lines derived from the memory cells selected in the read operation with the reference voltage of the multiple levels to have sense and storage means for latching the sensed read data. Nonvolatile semiconductor memory device characterized in that. 제9항에 있어서, 상기 각 메모리 셀의 다수상태 데이터의 저장은 4가지 상태중의 하나의 상태를 저장하는 것임을 특징으로 하는 불휘발성 반도체 메모리 장치.10. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 9, wherein the multi-state data storage of each memory cell stores one of four states. 반도체 기판위에 형성된 평행한 비트라인들과; 상기 반도체 기판에 형성되고 매트릭스 형식으로 배열된 다수의 스트링을 가지며, 각 스트링은 다수개의 직렬접속된 메모리 셀들을 가지며 대응 비트라인에 연결되고 드레인이 상기 비트라인인들중 대응되는 비트라인과 접속된 제1선택트랜지스터의 소오스와 소오스가 공통 소오스라인에 접속된 제2선택트랜지스터의 드레인 사이에 위치되며, 각 메모리 셀은 2비트의 데이터를 저장하기 위하여 콘트롤 게이트와 부유 게이트 및 반도체 기판에 채널을 통해 이격되게 형성된 소오스와 드레인 영역들을 가지도록 구성된 다수상태 메모리 셀 어레이를 가지는 낸드 플래쉬 다수상태 반도체 메모리에 있어서; 상기 제1,2선택 트랜지스터의 게이트 및 상기 워드라인들과 연결되며, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들 및 적어도 하나의 워드라인을 선택하고 상기 선택된 워드라인에 연결된 메모리 셀들의 제어 게이트에 각 동작 모우드에 따른 대응전압을 공통으로 인가하기 위한 로우 디코더 및 프로그램 콘트롤러와; 상기 다수상태 메모리 셀 어레이의 메모리 셀에 데이터를 2비트로 표현되는 데이터중의 하나로 프로그램하고, 그 프로그램된 데이터를 읽으며, 프로그램된 데이터를 소정의 목적에 따라 소거하고, 또한 각각의 동작에 따른 검증을 실시하기 위하여, 각 동작 모우드에서 하나의 동일 군에 속하는 스트링들과 다른 하나의 동일 군에 속하는 스트링들의 선택된 메모리 셀들이 번갈아 억세스되도록 하기 위해, 두 비트라인마다 차례로 연결되며, 인가되는 선택신호에 응답하여 하나의 동일군에 속하는 비트라인들을 동시에 선택하고 다른 하나의 동일군에 속하는 비선택된 비트라인들을 소정의 전압으로 충전하는 비트라인 선택 및 충전수단과; 전류 소오스 및 리셋용 트랜지스터를 가지며, 상기 비트라인 선택 및 충전수단에 연결되어 선택된 비트라인의 레벨을 각 동작 모우드에 대응하여 제어하는 비트라인 레벨 제어수단과; 3가지의 미리 설정된 래퍼런스 전압중의 하나를 각 동작 모우드 및 인가 데이터의 논리 레벨에 따라 선택하고 출력단을 통해 제공하는 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단과; 하나의 센스앰프 및 두 개의 래치를 포함하여, 상기 비트라인 레벨 제어수단과 상기 다수상태 래퍼런스 전압 생성수단에 각기 연결되며, 상기 각 동작 모우드중 프로그램 동작에서 대응하는 비트라인들을 통해 데이터를 일시에 상기 메모리 셀들로 기입하도록 프로그램 데이터를 일시 저장하고 프로그램 검증 동작에서 프로그램이 충분히 행해졌는가를 판단하며 읽기동작에서 선택된 메모리 셀들로부터 유도된 비트라인들상의 전압을 상기 다수 레벨의 래퍼런스 전압과 비교하여 감지된 독출 데이터를 래치하기 위한 감지 및 저장수단을 가짐을 특징으로 하는 메모리.Parallel bit lines formed over the semiconductor substrate; A plurality of strings formed in the semiconductor substrate and arranged in a matrix form, each string having a plurality of serially connected memory cells connected to a corresponding bit line and having a drain connected to a corresponding bit line among the bit lines; The source and the source of the first select transistor are located between the drains of the second select transistors connected to a common source line, each memory cell having a channel through a control gate, a floating gate and a semiconductor substrate to store two bits of data. A NAND flash multi-state semiconductor memory having a multi-state memory cell array configured to have source and drain regions spaced apart from each other; Control gates of the memory cells connected to the gates and the word lines of the first and second selection transistors, the strings belonging to the same group in each operation mode, and at least one word line and connected to the selected word lines. A row decoder and a program controller for commonly applying a corresponding voltage according to each operation mode to the row decoder; Program data into one of two bits of data represented in a memory cell of the multi-state memory cell array, read the programmed data, erase the programmed data according to a predetermined purpose, and verify verification according to each operation. In order to implement, in order to alternately access selected memory cells of strings belonging to one same group and strings belonging to another same group in each operation mode, they are connected in turn every two bit lines, and respond to an applied selection signal. Bit line selection and charging means for simultaneously selecting bit lines belonging to one same group and charging unselected bit lines belonging to another same group to a predetermined voltage; Bit line level control means having a current source and a reset transistor, the bit line level control means connected to the bit line selection and charging means to control the level of the selected bit line corresponding to each operation mode; Multi-state reference voltage generating means for selecting one of three preset reference voltages according to each operation mode and logic level of the applied data and providing the same through an output terminal; It includes a sense amplifier and two latches, each connected to the bit line level control means and the multi-state reference voltage generating means, respectively, the data at the time through the corresponding bit lines in the program operation of the operation mode; Temporarily store the program data to write to the memory cells, determine whether the program has been sufficiently performed in the program verify operation, and compare the voltage on the bit lines derived from the memory cells selected in the read operation with the reference voltage of the multiple levels to detect the readout. And sensing and storing means for latching data.
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