KR100769802B1 - Page buffer of flash memory device and method for programming using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼 및 그것을 이용한 프로그램 방법에 관한 것으로, 상위비트 레지스터에 프로그램 할 데이터 입력 후, 하위비트 레지스터에 메모리 셀에서 독출된 하위비트 데이터를 저장하고, 프로그램 할 데이터를 하위비트 레지스터로 전송하고, 상위비트 레지스터의 데이터를 메모리 셀에 프로그램하는 중간에 검증 동작을 실시하여 프로그램 여부를 확인하여 프로그램 동작을 제어함으로써, 하위비트 레지스터에서 상위비트 레지스터로 재전송하는 단계를 생략하여 프로그램 시간을 줄이는 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼 및 그것을 이용한 프로그램 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a page buffer of a flash memory device and a programming method using the same, wherein after inputting data to be programmed into an upper bit register, the lower bit data read from a memory cell is stored in the lower bit register and the lower bit data is programmed. Program time by eliminating the step of retransmitting from the lower bit register to the upper bit register by performing the verify operation in the middle of programming the data of the upper bit register to the memory cell and checking the program. It relates to a page buffer of a flash memory device and a programming method using the same.
플래시 메모리, 멀티 레벨 셀, 페이지 버퍼, 프로그램 Flash memory, multi-level cells, page buffers, programs
Description
도 1은 멀티 레벨 셀의 데이터와 문턱 전압과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.1 is a graph illustrating a relationship between data of a multi-level cell and a threshold voltage.
도 2는 종래의 멀티 레벨 셀을 갖는 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼 구성도이다.2 is a diagram illustrating a page buffer of a flash memory device having a conventional multi-level cell.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 레벨 셀을 갖는 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼의 상세 회로도이다.3 is a detailed circuit diagram of a page buffer of a flash memory device having a multi-level cell according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 멀티 레벨 셀을 갖는 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼를 이용한 상위비트 데이터 프로그램 동작을 설명하기 위한 신호들의 타이밍도이다.4A to 4C are timing diagrams of signals for explaining an operation of a higher bit data program using a page buffer of a flash memory device having a multi-level cell according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
10 : 페이지 버퍼 100 : 메모리 셀10: page buffer 100: memory cell
110 : 검증 신호 공급부 11, 120 : 비트라인 선택부110: verification
12, 130 : 프리차지부 13, 140 : 상위비트 레지스터12, 130:
14, 150 : 하위비트 레지스터 15 : 데이터 비교부14, 150: low bit register 15: data comparator
16 : 데이터 전송회로 17 : 데이터 패스회로16: data transmission circuit 17: data path circuit
본 발명은 플래쉬 메모리 소자에 관한 것으로, 특히 멀티 레벨 셀을 갖는 플래쉬 메모리 소자의 페이지 버퍼와 그 프로그램 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flash memory device, and more particularly, to a page buffer and a program operation method of a flash memory device having a multi-level cell.
최근 들어 전기적으로 프로그램(program)과 소거(erase)가 가능하고, 일정 주기로 데이터를 재작성 해야하는 리프레시(refresh) 기능이 필요 없는 반도체 메모리 소자의 수요가 증가하고 있다. 그리고 더 많은 용량의 데이터를 저장할 수 있는 대용량 메모리 소자의 개발을 위해서 메모리 소자의 고집적화에 대한 기술이 연구되고 있다. 이에 따라 플래쉬 메모리에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 플래쉬 메모리는 일반적으로 NAND형 플래쉬 메모리와 NOR형 플래쉬 메모리로 구분된다. NOR형 플래쉬 메모리는 메모리 셀들이 각각 독립적으로 비트라인과 워드라인에 연결되는 구조를 가지므로 랜덤 억세스 시간 특성이 우수하다. 반면, NAND형 플래쉬 메모리는 복수개의 메모리 셀들이 직렬로 연결되어 셀 스트링(string) 당 한 개의 컨택(contact)만이 필요하므로 집적도면에서 우수한 특성을 갖는다. 따라서, 고집적 플래쉬 메모리에는 주로 NAND형 구조가 사용된다.Recently, there is an increasing demand for semiconductor memory devices that can be electrically programmed and erased and that do not require a refresh function to rewrite data at regular intervals. In order to develop a large-capacity memory device capable of storing more data, a technology for high integration of memory devices has been studied. Accordingly, researches on flash memory have been actively conducted. Flash memory is generally classified into NAND flash memory and NOR flash memory. NOR-type flash memory has a structure in which memory cells are independently connected to bit lines and word lines, and thus have excellent random access time characteristics. On the other hand, the NAND type flash memory has excellent characteristics in terms of integration since a plurality of memory cells are connected in series and only one contact is required per cell string. Therefore, a NAND type structure is mainly used for the highly integrated flash memory.
최근에는, 이러한 플래쉬 메모리의 집적도를 더욱 향상시키기 위해 한개의 메모리 셀에 복수개의 데이터를 저장할 수 있는 다중 비트 셀에 대한 연구가 진행 되고 있다. 이러한 방식의 메모리 셀을 통상 멀티 레벨 셀(Multi-Level Cell; MLC)이라고 한다. 이와 대비되는 단일 비트의 메모리 셀을 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; SLC)이라 한다.Recently, in order to further improve the density of such flash memories, researches on multiple bit cells capable of storing a plurality of data in one memory cell have been conducted. This type of memory cell is commonly referred to as a multi-level cell (MLC). In contrast, a single bit memory cell is referred to as a single level cell (SLC).
일반적으로, 멀티 레벨 셀(MLC)들의 문턱 전압(Vt)들은 복수의 전압 값들로 분포될 수 있다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 멀티 레벨 셀(MLC)에는 2-비트의 데이터가 프로그램 될 수 있으므로, 하나의 멀티 레벨 셀(MLC)이 4개의 데이터 즉, [11], [10], [01], [00] 중 어느 하나를 저장할 수 있다. 또, 상기 멀티 레벨 셀(MLC)의 문턱 전압(Vt)은 저장된 데이터에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 도 1을 참조하면, 메모리 셀의 문턱 전압들이 각각 -2.0V 이하, 0.3~0.8V, 1.3V~1.8V 및 2.3V~2.8V의 범위 내에 존재 하는 것으로 가정하면, 상기 데이터 [11]을 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC)의 문턱 전압은 -2.0V 이하에, 상기 데이터 [10]을 저장하는 멀티 레벨 셀 (MLC)의 문턱 전압은 0.3~0.8V에 각각 대응된다. 상기 데이터 [01]을 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC)의 문턱 전압은 1.3V~1.8V에, 상기 데이터 [00]을 저장하는 멀티 레벨 셀(MLC)의 문턱 전압은 2.3V~2.8V에 각각 대응된다. In general, the threshold voltages Vt of the multi-level cells MLC may be distributed to a plurality of voltage values. In more detail, since 2-bit data can be programmed in a multi-level cell (MLC), one multi-level cell (MLC) has four data, that is, [11], [10], [01]. It may store any one of the. In addition, the threshold voltage Vt of the multi-level cell MLC may be changed according to the stored data. For example, referring to FIG. 1, it is assumed that threshold voltages of a memory cell exist within a range of −2.0 V or less, 0.3 to 0.8 V, 1.3 V to 1.8 V, and 2.3 V to 2.8 V, respectively. 11] corresponds to the threshold voltage of the multi-level cell (MLC) storing the data [10] or less, and the threshold voltage of the multi-level cell (MLC) storing the data [10] corresponds to 0.3 ~ 0.8V, respectively. The threshold voltage of the multi-level cell (MLC) storing the data [01] is 1.3V ~ 1.8V, the threshold voltage of the multi-level cell (MLC) storing the data is 2.3V ~ 2.8V, respectively Corresponding.
멀티 레벨 셀(MLC)은 빠른 프로그램 동작과 읽기 동작을 위해 페이지 버퍼를 이용한다. Multi-level cells (MLCs) use page buffers for fast program and read operations.
도 2는 종래의 멀티 레벨 셀을 갖는 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼의 블록도로서, 프로그램 동작과 관련된 블록들만이 개략적으로 도시된다.2 is a block diagram of a page buffer of a flash memory device having a conventional multi-level cell, in which only blocks related to program operations are schematically illustrated.
도 2를 참조하면, 페이지 버퍼(10)는 비트라인 선택부(11), 프리차지부(12), 상위비트 레지스터(13), 하위비트 레지스터(14), 데이터 비교부(15), 데이터 전송 회로(16), 및 데이터 패스 회로(17)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
상기 페이지 버퍼(10)에 의해 실행되는 프로그램 동작 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 우선, 상기 상위비트 레지스터(13)와 상기 하위비트 레지스터(14)가 설정된 초기 값으로 각각 초기화된다. 또, 입력 데이터(D1)가 상기 상위비트 레지스터(13)에 저장되고, 상기 데이터 전송 회로(16)가 상기 상위비트 레지스터(13)로부터 수신되는 상기 입력 데이터(D1)를 점선 'D'로 표시된 것과 같이, 상기 하위비트 레지스터(14)에 전송한다. 그 결과, 상기 하위비트 레지스터(14)가 상기 데이터(D1)를 저장한다. 상기 데이터 패스 회로(17)는 상기 하위비트 레지스터(14)로부터 수신되는 상기 데이터(D1)를 감지 노드(SO)에 출력한다. 이 때, 상기 감지 노드(SO)에는 상기 비트라인 선택부(11)에 의해 비트라인들(BLe 및 BLo) 중 하나가 연결된다. 결과적으로, 상기 입력 데이터(D1)가 상기 감지 노드(SO)에 연결된 비트라인(BLe 또는 BLo)을 통하여, 상기 비트라인(BLe 또는 BLo)에 연결된 멀티 레벨 셀에 프로그램된다. 상술한 과정을 통하여, 상기 멀티 레벨 셀에 하위비트 데이터의 프로그램 동작이 완료된다. 또, 상기 멀티 레벨 셀에 상위비트 데이터가 프로그램되는 과정에는,상기 점선 'D'로 표시된 것과 같이, 입력 데이터(D2)가 상기 상위비트 레지스터(13)에 저장된 후, 상기 데이터 전송 회로(16)를 통하여, 상기 하위비트 레지스터(14)에 전달된다. 그 후, 상기 비트라인(BLe 또는 BLo)에 연결된 멀티 레벨 셀의 하위비트 데이터를 독출하여 하위비트 레지스터(14)에 저장하게 된다. 그 후, 상위비트 레지스터(13)에 입력된 데이터와 하위비트 레지스터(14)에 저장된 데이터를 데이터 비교부(15)에서 비교하여 상위비트 데이터를 상기 비트라인(BLe 또는 BLo)에 연결된 멀티 레벨 셀에 프로그램하게 된다. 따라서 데이터 전송 과정이 여러 단계를 거쳐 프로그램 시간이 늘어나고 그에 필요한 트랜지스터들이 늘어나는 문제점이 있다.A program operation process executed by the
따라서 본 발명은 페이지 버퍼의 상위비트 레지스터에 프로그램 할 데이터 입력 후, 하위비트 레지스터에 메모리 셀에서 독출된 하위비트 데이터를 저장하고, 프로그램 할 데이터를 하위비트 레지스터로 전송하고, 상위비트 레지스터의 데이터를 메모리 셀에 프로그램하는 중간에 검증 동작을 실시하여 프로그램 여부를 확인함으로써, 하위비트 레지스터에서 상위비트 레지스터로 재전송하는 단계를 생략하여 프로그램 시간을 줄이는데 있다.Therefore, according to the present invention, after inputting the data to be programmed into the upper bit register of the page buffer, the lower bit data read from the memory cell is stored in the lower bit register, the data to be programmed is transferred to the lower bit register, and the data of the upper bit register is transferred. By verifying the program by performing a verify operation in the middle of programming to the memory cell, the program time is reduced by omitting the step of retransmitting from the lower bit register to the upper bit register.
또한 데이터 전송에 필요한 트랜지스터와 데이터를 비교하기 위한 트랜지스터 및 레지스터의 초기화에 필요한 트랜지스터들을 줄여 페이지 버퍼가 차지하는 면적을 감소시키고 소모되는 전류량을 감소시키는 데 있다.In addition, it reduces the area occupied by the page buffer and reduces the amount of current consumed by reducing the transistors required for data transmission and the transistors required for initializing the registers and the transistors for comparing data.
본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼는 멀티 레벨 셀을 갖는 메모리 셀 어레이의 이븐 및 오드 비트라인에 연결되어 디스차지 신호에 의해 상기 메모리 셀 어레이의 상기 이븐 및 오드 비트라인에 검증 신호를 공급하기 위한 검증 신호 공급부와, 상기 검증 신호 공급부와 감지 노드 사이에 연결되어 비트라인 선택 신호에 의해 비트라인과 감지 노드를 연결하기 위한 비트라인 선택부와, 상기 감지 노드와 입출력 단자에 연결되어 상위비트 데이터를 독출과 상위비트 데이터를 프로그램하는 상위비트 레지스터, 및 상기 감지 노드와 입출력 단자에 상기 상위비트 레지스터와 병렬로 연결되어 하위비트 데이터 독출과 상위비트 프로그램 동작 시 프로그램 진행을 제어하는 하위비트 레지스터를 포함한다.A page buffer of a flash memory device according to the present invention is connected to the even and odd bit lines of a memory cell array having a multi-level cell to supply a verify signal to the even and odd bit lines of the memory cell array by a discharge signal. A verification signal supply unit configured to be connected between the verification signal supply unit and the sensing node to connect the bit line and the sensing node by a bit line selection signal, and higher bit data connected to the sensing node and the input / output terminal. And an upper bit register for programming upper bit data and a lower bit register connected to the sensing node and an input / output terminal in parallel with the upper bit register to control program progress during lower bit data reading and upper bit program operation. do.
본 발명에 따른 플래시 메모리 소자의 프로그램 방법은 적어도 한 쌍의 비트라인들에 연결되는 복수의 멀티 레벨 셀들을 포함하는 플래쉬 메모리 소자의 페이지 버퍼의 프로그램 동작 제어 방법에 있어서, 데이터 입력 신호들에 응답하여 상위비트 레지스터에 상위비트 데이터를 저장하는 단계와, 상기 상위비트 레지스터에 저장된 상기 상위비트 데이터를 하위비트 레지스터에 전송하여 저장하는 단계와, 비트라인 선택 신호들과 검증 전압 신호들에 응답하여, 상기 한 쌍의 비트라인들 중 하나를 선택하고, 그 선택된 비트라인을 감지 노드에 연결하는 단계와, 상기 상위비트 레지스터에 저장된 상기 상위비트 데이터를 상기 멀티 레벨 셀에 프로그램하는 단계와, 상기 멀티 레벨 셀의 데이터를 독출하여 상기 하위비트 레지스터에 저장하는 단계, 및 상기 하위비트 레지스터에 저장된 데이터 값에 따라 상기 감지 노드의 전위를 제어하여 상기 상위비트 데이터의 프로그램을 재실시하거나 중단하는 단계를 포함한다.A program method of a flash memory device according to the present invention is a method of controlling a program operation of a page buffer of a flash memory device including a plurality of multi-level cells connected to at least one pair of bit lines, in response to data input signals. Storing upper bit data in an upper bit register; transmitting and storing the upper bit data stored in the upper bit register to a lower bit register; and in response to bit line selection signals and verify voltage signals, Selecting one of a pair of bit lines, connecting the selected bit line to a sense node, programming the high bit data stored in the high bit register into the multi level cell, and the multi level cell. Reading the data of the data and storing the data in the lower bit register, and According to the data value stored in the low-order bit register group and a step of controlling the potential of the sense node re-performed, or to interrupt the program of the higher-bit data.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하 도록 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is provided to inform you.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래쉬 메모리 소자의 페이지 버퍼 회로도이다.3 is a page buffer circuit diagram of a flash memory device according to an exemplary embodiment.
페이지 버퍼는 검증 신호 공급부(110), 비트라인 선택부(120), 프리차지부(130), 상위비트 레지스터(140), 및 하위비트 레지스터(150)를 포함한다.The page buffer includes a verify
검증 신호 공급부(110)는 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo) 사이에 직렬로 연결된 NMOS 트랜지스터(N111 및 N112)로 구성된다. 검증전압 신호(VBLe 및 VBLo)에 응답하여 NMOS 트랜지스터(N111 및 N112)가 턴온되어 검증 신호(VIRPWR)가 비트라인(BLe 및 BLo)에 인가된다.The verify
비트라인 선택부(120)는 비트라인(BLe 및 BLo)과 감지 노드(SO) 사이에 연결된 NMOS 트랜지스터(N121 및 N122)로 구성된다. 비트라인 선택 신호(BLSHFe 및 BLSHFo)에 응답하여 NMOS 트랜지스터(N121 및 N122)가 턴온되어 비트라인(BLe 및 BLo)과 감지 노드(SO)가 연결된다.The
프리차지부(130)는 전원 단자(VDD)와 감지 노드(SO) 사이에 연결되고, 전원 단자(VDD)와 감지 노드(SO) 사이에 연결된 PMOS 트랜지스터(P131)로 구성된다. 프리차지 신호(PRECHSO_N)에 응답하여 PMOS 트랜지스터(P131)가 턴온되어 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가된다.
상위비트 레지스터(140)는 상위비트 래치 회로(141)와 다수의 NMOS 트랜지스 터(N141~N145)들을 포함하여 구성된다. 상위비트 래치 회로(141)는 역방향 병렬연결된 두개의 인버터로 이루어져 입력된 데이터를 임시 저장한다. NMOS 트랜지스터(N143)는 입출력 단자(Q)와 상위비트 래치 회로(141)의 노드(QAb) 사이에 연결되고 데이터 입력 신호(DI)에 응답하여 턴온되어 노드(QAb)와 입출력 단자(Q)를 연결한다. NMOS 트랜지스터(N144)는 입출력 단자(Q)와 상위비트 래치 회로(141)의 노드(QA) 사이에 연결되고 반전 데이터 입력 신호(nDI)에 응답하여 턴온되어 노드(QA)와 입출력 단자(Q)를 연결한다. NMOS 트랜지스터(N141 및 N142)는 입출력 단자(Q)와 NMOS 트랜지스터(N143 및 N144) 사이의 노드와, 접지 전원(Vss) 사이에 직렬 연결된다. NMOS 트랜지스터(N141)는 감지 노드(SO)의 전위에 따라 턴온되고, NMOS 트랜지스터(N142)는 래치 신호(LATCH)에 응답하여 턴온되어 NMOS 트랜지스터(N143)가 턴온 시 접지 전원(Vss)과 노드(QAb)를 연결한다.The upper bit register 140 includes an upper
하위비트 레지스터(150)는 하위비트 래치 회로(151)와 다수의 NMOS 트랜지스터(N151~N156)들을 포함하여 구성된다. 하위비트 래치 회로(151)는 역방향 병렬연결된 두개의 인버터로 이루어져 입력된 데이터를 임시 저장한다. NMOS 트랜지스터(N151 및 N152)는 감지 노드(SO)와 접지 전원(Vss) 사이에 직렬 연결된다. NMOS 트랜지스터(N151)는 노드(QB)의 전위에 따라 턴온되고, NMOS 트랜지스터(N152)는 선택 신호(SELECT)에 의해 턴온되어 감지 노드(SO)와 접지 전원(Vss)을 연결하거나 분리한다. NMOS 트랜지스터(N153 및 N155)는 하위비트 래치 회로(151)의 노드(QBb)와 입출력 단자(Q) 사이에 직렬 연결된다. NMOS 트랜지스터(N153)는 제 2 하위비트 신호에 응답하여 턴온되고, NMOS 트랜지스터(N155)는 하위비트 패스 신호(LSBPASS) 에 응답하여 턴온되어 입출력 단자(Q)와 노드(QBb)를 연결한다. NMOS 트랜지스터(N154 및 N156)는 하위비트 래치 회로(151)의 노드(QB)와 접지 전원(Vss) 사이에 직렬 연결된다. NMOS 트랜지스터(N154)는 제 1 하위비트 신호에 응답하여 턴온되고, NMOS 트랜지스터(N156)는 감지 노드(SO)의 전위에 따라 턴온되어 접지 전원(Vss)와 노드(QB)를 연결한다.The lower bit register 150 includes a lower
상기와 같이 구성된 플래시 메모리 소자의 페이지 버퍼를 이용한 데이터의 독출 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.A process of reading data using the page buffer of the flash memory device configured as described above will now be described in detail.
이븐 비트라인(BLe)에 연결된 멀티 레벨 셀에 데이터가 독출되는 과정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.For example, a process of reading data to a multi-level cell connected to an even bit line BLe will be described below.
1) 하위비트 데이터 독출1) Read low bit data
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 따라서, 하이 레벨의 감지 노드(SO)의 전위에 따라 하위비트 레지스터(150)의 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴온된다. 이 때, 하위비트 레지스터(150)에 제 2 하위비트 신호(LSB2)를 인가되어 NMOS 트랜지스터(N153)가 턴온된다. 따라서, 하위비트 래치(151)의 노드(QBb)와 접지 전원(Vss)가 연결되어 노드(QBb)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QB)의 전위는 하이 레벨이 된다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 이 후, 비트 라인 선택부(120)에 이븐 비트라인 선택 신호(BLSHFe)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N121)가 턴온된다. 따라서, 감지 노드(SO)와 이븐 비트라인(BLe)이 연결된다. 그 후, 메모리 셀(100)의 선택된 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 도 1의 제 1 기준 전압(REFL1; -0.2~0.3V)을 인가해준다. 이로 인해 연결된 메모리 셀 어레이(100)의 셀 상태에 따라 감지 노드(SO)의 전위가 그대로 유지되거나 로우 레벨로 디스차지 된다. 만약 셀에 저장된 데이터가 '11'일 경우 감지 노드(SO)의 전위는 로우 레벨로 디스 차지 되고, 셀에 저장된 하위비트 데이터가 '10', '00', '01'일 경우 감지 노드(SO)의 전위는 그대로 하이 레벨을 유지하게 된다. 그 후, 하위비트 레지스터(151)에 제 1 하위비트 신호(LSB1)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N154)가 턴온된다. 따라서, 셀 데이터가 '10', '00', '01' 일 경우 감지 노드(SO)의 전위에 의해 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴온되어 하위비트 래치(151)의 노드(QB)의 전위는 로우 레벨이 된다. 반면, 셀 데이터가 '11'일 경우 노드(QB)의 전위는 하이 레벨을 유지한다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
이 후, 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 도 1의 제 2 기준 전압(REFL1; 1.8~2.3V)을 인가한다. 이로 인하여, 셀 상태가 '10' 일 경우, 감지 노드(SO)의 전위는 하이 레벨을 유지하게 되며 나머지 상태에서는 로우 레벨로 디스차지 된다. 이 때, 제 2 하위비트 신호(LSB2)를 NMOS 트랜지스터(N153)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N153)가 턴온된다. 이로 인하여 셀 상태에 따른 노드(QB)의 전위 변화 값은 아래 표1과 같다.Thereafter, the second reference voltage REFL1 (1.8 to 2.3V) of FIG. 1 is applied to the word lines WL0 to WL31. Thus, when the cell state is '10', the potential of the sensing node SO is maintained at a high level and discharged to a low level in the remaining states. At this time, the second lower bit signal LSB2 is applied to the NMOS transistor N153 so that the NMOS transistor N153 is turned on. For this reason, the potential change of the node QB according to the cell state is shown in Table 1 below.
2) 상위비트 데이터 독출2) Read High Bit Data
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 감지 노드(SO)의 전위에 의해 NMOS 트랜지스터(N141)가 턴온된다. 그 후, 래치 신호(LATCH)가 상위비트 레지스터(140)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N142)가 턴온되고, 반전 데이터 입력 신호(nDI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N144)가 턴온된다. 따라서, 상위비트 래치(141)의 노드(QA)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QAb)는 하이 레벨이 된다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 이 후, 비트 라인 선택부(120)에 이븐 비트라인 선택 신호(BLSHFe)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N121)가 턴온된다. 따라서, 감지 노드(SO)와 이븐 비트라인(BLe)이 연결된다. 그 후, 메모리 셀(100)의 선택된 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 도 1의 제 3 기준 전압(REFLM; 0.8~1.3V)을 인가해준다. 이로 인해 연결된 메모리 셀 어레이(100)의 셀 상태에 따라 감지 노드(SO)의 전위가 그대로 유지되거나 로우 레벨로 디스차지 된다. 만약 셀에 저장된 데이터가 '11' 또는 '10'일 경우 감지 노드(SO)의 전위는 로우 레벨로 디스 차지 되고, 셀에 저장된 하위비트 데이터가 '00' 또는 '01'일 경우 감지 노드(SO)의 전위는 그대로 하이 레벨을 유지하게 된다. 그 후, 상위비트 레지스터(140)에 래치 신호(LATCH)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N142)가 턴온된다. 따라서, 셀 데이터가 '00' 또는 '01'일 경우 감지 노드(SO)의 전위에 의해 NMOS 트랜지스터(N141)가 턴온되어 상위비트 래치(141)의 노드(QA)의 전위는 하이 레벨이 된다. 반면, 셀 데이터가 '11' 또는 '10'일 경우 노드(QA)의 전위는 로우 레벨을 유지한다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
셀 상태에 따른 노드(QA)의 전위 변화 값은 아래 표2와 같다. The potential change of the node QA according to the cell state is shown in Table 2 below.
3) 하위비트 데이터 프로그램3) Low bit data program
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 감지 노드(SO)의 전위에 의해 NMOS 트랜지스터(N141)가 턴온된다. 그 후, 래치 신호(LATCH)가 상위비트 레지스터(140)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N142)가 턴온되고, 반전 데이터 입력 신호(nDI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N144)가 턴온된다. 따라서, 상위비트 래치(141)의 노드(QA)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QAb)는 하이 레벨이 된다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
프로그램 데이터가 '1'일 경우 데이터 입력 신호(DI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N143)가 턴온된다. 따라서 노드(QAb)와 입출력 단자(Q)가 연결되어 노드(QAb)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QA)는 하이 레벨이 된다. 프로그램 데이터가 '0'일 경우 반전 데이터 입력 신호(nDI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N144)가 턴온된다. 따라서 노드(QA)와 입출력 단자(Q)가 연결되어 노드(QA)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QAb)는 하이 레벨이 된다.When the program data is '1', the data input signal DI is applied to turn on the NMOS transistor N143. Therefore, the node QAb and the input / output terminal Q are connected so that the potential of the node QAb becomes low level, and the node QA becomes high level. When the program data is '0', the inversion data input signal nDI is applied to turn on the NMOS transistor N144. Therefore, the node QA and the input / output terminal Q are connected so that the potential of the node QA becomes low level, and the node QAb becomes high level.
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
검증 신호 공급부(110)에 검증전압 신호(VBLe 및 VBLo)가 하이 레벨로 인가되어 NMOS 트랜지스터(N111 및 N112)가 턴온된다. 따라서 검증 전압(VIRPWR)이 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo)에 인가되어 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo)이 하이 레벨로 프리차지 된다. 그 후, 검증전압 신호(VBLe)가 로우 레벨로 인가되어 이븐 비트라인(BLe)에 인가되는 검증 전압(VIRPWR)이 차단된다. 검증전압 신호(VBLo)는 하이 레벨로 계속 유지되어 오드 비트라인(BLo)은 검증 전압(VIRPWR)이 계속 인가된다.The verification voltage signals VBLe and VBLo are applied to the verification
이븐 비트라인 선택 신호(BLSHFe)가 비트라인 선택부(120)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N121)가 턴온된다. 따라서 이븐 비트라인(BLe)와 감지 노드(SO)가 연결된다. 그 후, 프로그램 신호(PROG)가 상위비트 레지스터(140)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N145)가 턴온된다. 따라서 감지 노드(SO)와 상위비트 래치(141)의 노드(QA)가 연결된다. 노드(QA)의 전위에 따라 감지 노드(SO)와 이븐 비트라인(BLe)의 전위가 그대로 유지되거나 로우 레벨로 디스차지 된다. 그 후, 메모리 셀(100)의 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 프로그램 전압이 인가되어 메모리 셀(100)에 하위비트 데이터가 프로그램 된다.The even bit line selection signal BLSHFe is applied to the bit
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 페이지 버퍼의 상위비트 데이터 프로그램 시 동작 신호들의 타이밍도이다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명에 따른 페이지 버퍼의 상위비트 데이터 프로그램 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.4A through 4C are timing diagrams of operation signals when higher bit data is programmed in a page buffer according to the present invention. A higher bit data program operation of the page buffer according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4C as follows.
4) 상위비트 데이터 프로그램4) High bit data program
4-1) 데이터 입력 구간4-1) Data input section
도 4a를 참조하면, 프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 따라서, 하이 레벨의 감지 노드(SO)의 전위에 따라 상위비트 레지스터(140)의 NMOS 트랜지스터(N141)가 턴온된다. 이 때, 상위비트 레지스터(140)에 래치 신호(LATCH)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N142)가 턴온된다. 입력 데이터가 '1'일 경우, 상위비트 레지스터(140)에 데이터 입력 신호(DI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N143)가 턴온된다. 따라서, 상위비트 래치(141)의 노드(QAb)와 접지 전원(Vss)가 연결되어 노드(QAb)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QA)의 전위는 하이 레벨이 된다. 반면, 입력 데이터가 '0'일 경우, 상위비트 레지스터(140)에 반전 데이터 입력 신호(nDI)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N144)가 턴온된다. 따라서, 상위비트 래치(141)의 노드(QA)와 접지 전원(Vss)가 연결되어 노드(QA)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QAb)의 전위는 하이 레벨이 된다.Referring to FIG. 4A, the PMOS transistor P131 is turned on by applying the low level precharge signal PRECHSO_N to the
4-2) 데이터 전송 구간4-2) Data Transmission Section
도 4b를 참조하면, 프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 따라서, 하이 레벨의 감지 노드(SO)의 전위에 따라 하위비트 레지스터(150)의 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴온된다. 이 때, 하위비트 레지스터(150)에 제 1 하위비트 신호(LSB2)가 인가되어 NMOS 트랜지스터(N153)가 턴온된다. 따라서, 접지 전원(Vss)와 하위비트 래치(151)의 노드(QBb)가 연결되어 노드(QBb)의 전위는 로우 레벨이 되고, 노드(QB)의 전위는 하이 레벨이 된다.Referring to FIG. 4B, the low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다. 그 후, 프로그램 신호(PROG)가 상위 비트 레지스터(140)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N145)가 턴온된다. 따라서 감지 노드(SO)와 노드(QA)가 연결되어 노드(QA)의 전위에 따라 감지 노드(SO)의 전위가 하이 레벨을 유지하거나 로우 레벨로 디스차지 된다. 이로 인해 감지 노드(SO)의 전위에 따라 하위비트 레지스터(150)의 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴온되거나 턴오프 된다. 그 후, 제 1 하위비트 신호(LSB1)가 하위비트 레지스터(150)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N154)가 턴온된다. 따라서 노드(QA)의 전위가 하이 레벨일 경우, 하이 레벨의 감지 노드(SO) 전위에 따라 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴온되어 노드(QB)와 접지 전원(Vss)가 연결되어 노드(QB)의 전위는 로우 레벨이 된다. 반면, 노드(QA)의 전위가 로우 레벨일 경우, 로우 레벨의 감지 노드(SO) 전위에 따라 NMOS 트랜지스터(N156)가 턴오프되어 노드(QB)의 전위는 하이 레벨이 유지된다.The low level precharge signal PRECHSO_N is applied to the
4-3) 상위비트 데이터 프로그램 구간4-3) Upper bit data program section
도 4c를 참조하면, 프리차지부(130)에 로우 레벨의 프리차지 신호(PRECHSO_N)가 인가되어 PMOS 트랜지스터(P131)이 턴온된다. 따라서 전원 전압(VDD)이 감지 노드(SO)에 인가되어 감지 노드(SO)가 하이 레벨로 프리차지 된다.Referring to FIG. 4C, the PMOS transistor P131 is turned on by applying the low level precharge signal PRECHSO_N to the
검증 신호 공급부(110)에 검증전압 신호(VBLe 및 VBLo)가 하이 레벨로 인가되어 NMOS 트랜지스터(N111 및 N112)가 턴온된다. 따라서 검증 전압(VIRPWR)이 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo)에 인가되어 이븐 비트라인(BLe)과 오드 비트라인(BLo)이 하이 레벨로 프리차지 된다. 그 후, 검증전압 신호(VBLe)가 로우 레벨로 인가되어 이븐 비트라인(BLe)에 인가되는 검증 전압(VIRPWR)이 차단된다. 검증전압 신호(VBLo)는 하이 레벨로 계속 유지되어 오드 비트라인(BLo)은 검증 전압(VIRPWR)이 계속 인가된다.The verification voltage signals VBLe and VBLo are applied to the verification
이븐 비트라인 선택 신호(BLSHFe)가 비트라인 선택부(120)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N121)가 턴온된다. 따라서 이븐 비트라인(BLe)와 감지 노드(SO)가 연결된다. 그 후, 프로그램 신호(PROG)가 상위비트 레지스터(140)에 인가되어 NMOS 트랜지스터(N145)가 턴온된다. 따라서 감지 노드(SO)와 상위비트 래치(141)의 노드(QA)가 연결된다. 노드(QA)의 전위에 따라 감지 노드(SO)와 이븐 비트라인(BLe)의 전위가 그대로 유지되거나 로우 레벨로 디스차지 된다. 그 후, 메모리 셀(100)의 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 프로그램 전압이 인가되어 메모리 셀(100)에 상위비트 데이터가 프로그램 된다.The even bit line selection signal BLSHFe is applied to the bit
프로그램 후, 하위비트 페이지(LSB page)의 상태를 검증(verify)해서 상위비트 프로그램 동작을 계속 수행할지 멈출지를 결정한다.After programming, the state of the lower bit page (LSB page) is verified to determine whether to continue or stop the higher bit program operation.
메모리 셀(100)의 워드 라인(WL0~WL31 중 어느 하나)에 메모리 셀(100)의 상태가 '11'인지 '10'인지를 구분하기 위하여 0.3를 인가한 후, 하위비트 페이지를 독출한다. 하위비트 독출 방법은 상기에서 상술하였으므로 생략하기로 한다. 독출한 후, 하위비트 래치(151)의 노드(QB)의 전위가 하이 레벨 일 경우 NMOS 트랜지스터(N151)는 턴온 상태가 되어 감지 노드(SO)의 전위가 로우 레벨이 된다. 이 때, 하위비트 레지스터(150)에 선택 신호(SELECT)를 인가하여 NMOS 트랜지스터(N152)가 턴온된다. 따라서, 감지 노드(SO)와 접지 전원(Vss)가 연결되어 감지 노드(SO)의 전위는 로우 레벨로 디스차지 된다. 따라서 메모리 셀(100)의 프로그램 동작이 계속 진행된다. 반면, 독출한 후, 하위비트 래치(151)의 노드(QB)의 전위가 로우 레벨 일 경우 NMOS 트랜지스터(N151)는 턴오프 상태가 되어 감지 노드(SO)의 전위가 하이 레벨이 된다. 따라서 메모리 셀(100)의 프로그램 동작이 더 이상 진행되지 않는다.0.3 is applied to the word lines WL0 to WL31 of the
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention described above has been described in detail in a preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, the present invention will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명은 페이지 버퍼의 상위비트 레지스터에 프로그램 할 데이터 입력 후, 하위비트 레지스터에 메모리 셀에서 독출된 하위비트 데이터를 저장하고, 프로그램 할 데이터를 하위비트 레지스터로 전송하고, 상위비트 레지스터의 데이터를 메모리 셀에 프로그램하는 중간에 검증 동작을 실시하여 프로그램 여부를 확인함으로써, 하위비트 레지스터에서 상위비트 레지스터로 재전송하는 단계를 생략하여 프로그램 단계를 감소시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, after inputting data to be programmed into the upper bit register of the page buffer, the lower bit data read from the memory cell is stored in the lower bit register, and the data to be programmed is transferred to the lower bit register, In the middle of programming the data of the register to the memory cell, a verification operation is performed to confirm whether the program is programmed, thereby reducing the program step by omitting the retransmission from the lower bit register to the upper bit register.
또한 데이터 전송에 필요한 트랜지스터와 데이터를 비교하기 위한 트랜지스터 및 레지스터의 초기화에 필요한 트랜지스터들을 줄여 페이지 버퍼가 차지하는 면적을 감소시키고 소모되는 전류량을 감소시킬 수 있다.In addition, the transistors required for data transfer and transistors used to compare data and transistors required for initialization may be reduced, thereby reducing the area occupied by the page buffer and reducing the amount of current consumed.
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