KR100938084B1 - Circuit of page buffer for multi level cell flash memory and method of operating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 멀티 레벨 셀 메모리 장치에 관한 것으로, 특히 페이지 버퍼의 독출 동작시에 비트라인을 프리차지하고, 비트라인과 연결을 차단하기 전에 센싱노드를 플로팅 시킴으로써 메모리 셀의 프로그램인 소거 여부에 관계없이 안정적으로 데이터를 독출 하도록 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-level cell memory device. In particular, the present invention relates to a multi-level cell memory device. To read the data.
또한, 센싱노드에 독출된 데이터를 프로그램 동작시 사용하던 회로를 이용하여 래치하지 않고 바로 데이터 라인으로 출력할 수 있도록 함으로써 보다 빠른 독출 속도를 제공한다.In addition, the data read from the sensing node can be directly output to the data line without latching using a circuit used in a program operation, thereby providing a faster read speed.
페이지 버퍼, 독출 Page buffer, read
Description
도 1은 종래의 MLC 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a page buffer of a conventional MLC flash memory.
도 2는 종래의 페이지 버퍼의 독출 동작의 타이밍도이다.2 is a timing diagram of a conventional read operation of a page buffer.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MLC 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a page buffer of an MLC flash memory according to an embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 페이지 버퍼 동작 리드 프로그램 신호 연결도이다.4A and 4B are diagrams illustrating the connection of the page buffer operation read program signal of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 페이지 버퍼의 동작 타이밍도이다.5 is an operation timing diagram of a page buffer according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분의 간단한 설명** Brief description of the main parts of the drawings *
310 : 비트라인 선택부 320 : MSB 래치부310: bit line selection section 320: MSB latch section
321 : 제 1 래치 330 : LSB 래치부321: first latch 330: LSB latch portion
331 : 제 2 래치 340 : Y 디코더331: second latch 340: Y decoder
본 발명은 멀티 레벨 셀 플래쉬 메모리의 데이터 독출(Read)에 관한 것으로, 특히 프로그램 시그널(PGM signal)을 LSB(Least Significant Bit)와, MSB(Most Significant Bit) 프로그램시 분리하여 독출시에도 사용함으로써, 보다 빠른 독출동작을 수행할 수 있도록 하는 멀티 레벨 셀 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼 회로 및 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to data read of a multi-level cell flash memory, and in particular, a program signal (PGM signal) is used for separate reading during LSB (Least Significant Bit) and MSB (Most Significant Bit) programming. A page buffer circuit and a method of operating a multi-level cell flash memory for performing a faster read operation.
플래시 메모리는 일반적으로 NAND 플래시 메모리와 NOR 플래시 메모리로 구분된다. NOR 플래시 메모리는 메모리 셀들이 각각 독립적으로 비트 라인과 워드 라인에 연결되는 구조를 가지므로 랜덤 액세스 시간 특성이 우수한 반면에, NAND 플래시 메모리는 복수 개의 메모리 셀들이 직렬로 연결되어 셀 스트링 당 한 개의 컨택만을 필요로 하므로 집적도면에서 우수한 특성을 갖는다. 따라서 고집적 플래시 메모리에는 주로 NAND 구조가 사용되고 있다.Flash memory is generally divided into NAND flash memory and NOR flash memory. NOR flash memory has a good random access time characteristic because memory cells are independently connected to bit lines and word lines, whereas NAND flash memory has a plurality of memory cells connected in series so that one contact per cell string is provided. Since only requires, it has excellent characteristics in terms of integration degree. Therefore, a NAND structure is mainly used for highly integrated flash memory.
잘 알려진 NAND 플래시 메모리 장치는 메모리 셀 어레이, 행 디코더, 페이지 버퍼를 포함한다. 상기 메모리 셀 어레이는 행들을 따라 신정된 복수개의 워드 라인들과 열들을 따라 신장된 복수개의 비트 라인들과 상기 비트라인들에 각각 대응되는 복수개의 셀 스트링들로 이루어진다.Well known NAND flash memory devices include memory cell arrays, row decoders, and page buffers. The memory cell array includes a plurality of word lines and columns defined along rows and a plurality of bit lines extending along columns and a plurality of cell strings corresponding to the bit lines, respectively.
상기 메모리 셀 어레이의 일 측에는, 스트링 선택 라인, 워드 라인들, 공통 소오스 라인과 연결되는 행 디코더가 위치하고, 다른 일 측에는 복수 개의 비트 라인에 연결되는 페이지 버퍼가 위치한다.One side of the memory cell array includes a row decoder connected to string selection lines, word lines, and a common source line, and a page buffer connected to a plurality of bit lines is located on the other side.
최근에는 이러한 플래시 메모리의 집적도를 더욱 향상시키기 위해 한 개의 메모리 셀에 복수 개의 데이터를 저장할 수 있는 다중 비트 셀에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 방식의 메모리 셀을 멀티 레벨 셀(Multi Level Cell; 이 하 MLC 라 함)라 한다. 이와 대비되는 단일 비트의 메모리 셀을 싱글 레벨 셀(Single Level Cell; 이하 SLC 라 함)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 actively conducted. This type of memory cell is referred to as a multi level cell (hereinafter referred to as MLC). In contrast, a single bit memory cell is referred to as a single level cell (hereinafter referred to as SLC).
MLC는 통상적으로 2 개 이상이 드레솔드 전압분포를 가지며, 이에 대응되는 2개 이상의 데이터 저장 상태들을 가진다. 2비트의 데이터를 프로그램할 수 있는 MLC는 4개의 데이터 저장 상태 즉, [11], [10], [00], 및 [01]을 가진다. 이들의 분포는 각각 MLC의 드레솔드 전압 분포들에 대응된다.MLC typically has two or more threshold voltage distributions and corresponding two or more data storage states. The MLC, which can program two bits of data, has four data storage states: [11], [10], [00], and [01]. Their distribution corresponds to the threshold voltage distributions of the MLC, respectively.
예를 들면, 메모리 셀의 드레솔드 전압분포들이 각각 -2.7V 이하, 0.3V~0.7V, 1.3V~1.7V 및 2.3V~2.7V이라고 가정하면, 상기 [11]은 -2.7V 이하, [10]은 0.3V~0.7V, [00]은 1.3V~1.7V, 그리고 [01]은 2.3V~2.7V에 각각 대응된다. 즉 상기 MLC의 드레솔드 전압이 상기 4가지의 드레솔드 전압 분포들 중 하나에 해당하면, [11], [10], [00], 및 [01]중 그에 해당하는 2 비트의 데이터 정보가 상기 MLC에 저장된다.For example, assuming that the threshold voltage distributions of the memory cell are -2.7 V or less, 0.3 V to 0.7 V, 1.3 V to 1.7 V, and 2.3 V to 2.7 V, respectively, [11] is -2.7 V or less, [ 10 corresponds to 0.3V to 0.7V, [00] corresponds to 1.3V to 1.7V, and [01] corresponds to 2.3V to 2.7V. That is, when the threshold voltage of the MLC corresponds to one of the four threshold voltage distributions, two bits of data information corresponding to [11], [10], [00], and [01] are displayed. Stored in MLC.
MLC를 갖는 플래시 메모리 장치의 프로그램 및 독출을 위한 페이지 버퍼는 다음과 같이 구성된다.A page buffer for programming and reading a flash memory device having an MLC is configured as follows.
도 1은 종래의 MLC 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼의 회로도이다.1 is a circuit diagram of a page buffer of a conventional MLC flash memory.
도 1을 참조하면, MLC 메모리 장치의 페이지 버퍼(50)는 2비트 이상의 데이터를 저장할 수 있는 MLC를 포함하는 메모리 셀 어레이(미도시)에 연결되어 입력 어드레스에 따라 비트라인을 선택하는 비트라인 선택부(10)와, 제 1 및 제 2 래치부(20 및 30) 및 상기 제 1 및 제 2 래치부(20 및 30)와 외부의 데이터 라인을 연결하는 Y 디코더(40)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a
특히 상기 제 1 래치부(20)는 2비트의 데이터 중 상위 비트인 MSB(Most Significant Bit)의 프로그램 및 독출을 위한 래치회로이고, 제 2 래치부(30)는 2비트의 데이터 중 하위 비트인 LSB(Least Significant Bit)의 프로그램 및 독출을 위한 래치회로이다.In particular, the
상기 비트라인 선택부(10)는 제 1 내지 제 4 NMOS 트랜지스터(N1 내지 N4)가 포함된다.The
제 1 래치부(20)는 제 5 내지 제 14 NMOS 트랜지스터(N5 내지 N14)와, 제 1 내지 제 3 인버터(I1 내지 I3) 및 제 2 PMOS 트랜지스터(P2)가 포함되어 구성된다. 상기 제 2 및 제 3 인버터(I2 및 I3)는 제 1 래치(21)를 구성한다.The
그리고 제 2 래치부(30)는 제 15내지 제 21 NMOS 트랜지스터(N15 내지 N21)와, 제 4 내지 제 6 인버터(I4 내지 I6)와, 제 3 PMOS 트랜지스터(P3)가 포함되어 구성된다. 상기 제 5 및 제 6 인버터(I5 및 I6)는 제 2 래치(31)를 구성한다.The
상기 제 1 및 제 2 패치부(20 및 30)에는 프로그램 또는 독출 동작을 위한 프리차지 전압 제공을 위한 제 1 PMOS 트랜지스터(P1)가 더 포함된다.The first and
그리고 Y 디코더(40)는 어드레스에 따라 상기 페이지 버퍼(20 및 30)를 외부 데이터 라인과 연결하기 위한 제 22 내지 제 24 NMOS 트랜지스터(N22 내지 N24)와, 상기 페이지 버퍼(20 및 30)로 데이터 입력을 하기 위한 제 4PMOS 트랜지스터(P4)와 제 25 NMOS 트랜지스터(N25)를 포함하고, 제 7 인버터(I7)가 포함된다.In addition, the
상기의 페이지 버퍼(50)의 동작은 다음과 같다.The operation of the
먼저, 메모리 셀에 데이터를 프로그램하는 방법은, 제 2 래치부(30)의 제 2 래치(31)에 래치된 LSB 데이터를 비트라인 선택부(10)가 선택하는 비트라인에 연결되는 메모리 셀로 전송하여 프로그램한다. 그리고 데이터 검증을 수행하고, 다시 제 2 래치(30)로 LSB 데이터를 독출하여 저장한다.First, in a method of programming data in a memory cell, the LSB data latched in the
LSB 데이터의 프로그램이 끝난 이후에는 MSB 데이터가 제 1 래치부(20)의 제 1 래치(21)에 래치된다.After the LSB data has been programmed, the MSB data is latched in the
상기 제 2 래치(21)에 래치된 데이터는 상기 제 2 래치(31)에 독출된 LSB 데이터와 비교하여 프로그램 여부를 결정함으로써 MSB 데이터 프로그램을 수행한다.The data latched in the
이때, 상기 제 5 및 제 7, 제 15 및 제 16 NMOS 트랜지스터(N5, N7, N14 및 N16)가 상기 MSB 데이터와 LSB 데이터를 비교하여 프로그램을 결정하도록 하는 역할을 수행한다.In this case, the fifth, seventh, fifteenth, and sixteenth NMOS transistors N5, N7, N14, and N16 may compare the MSB data with the LSB data to determine a program.
한편, 메모리 셀에 데이터를 독출할 때 다음의 타이밍도와 같이 동작한다.On the other hand, when data is read into the memory cell, it operates as shown in the following timing chart.
도 2는 종래의 페이지 버퍼의 독출 동작의 타이밍도이다.2 is a timing diagram of a conventional read operation of a page buffer.
도 2를 참조하면, 2비트의 데이터 중 하위의 LSB 데이터를 독출하기 전에, 제 2 래치부(30)의 제 2 래치(31)를 리셋하기 위해, 프리차지 제어신호(PRECHb)를 로우 레벨로 인가하여 센싱 노드(SO)를 하이 레벨로 만들어 제 20 NMOS 트랜지스터(MN20)를 턴 온 시키고, 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)를 하이 레벨로 인가하여 노드(ND6)를 로우 레벨로 리셋 한다. 상기 LSB를 리셋 하는 시간은 3us가 걸린다.Referring to FIG. 2, the precharge control signal PRECHb is set to a low level in order to reset the
리셋이 완료되고, 프리차지 전압이 인가되도록 프리차지 제어신호(PRECHb)가 로우 레벨로 입력되고(S21), 센싱노드(SO)가 프리차지된다. 그리고 독출을 위한 메 모리 셀에 연결되는 비트라인과의 연결을 위해 비트라인 제어신호(BSLE)를 하이 레벨로 인가하여(S22), 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)를 턴 온 시켜 비트라인을 프리차지시킨다. 상기 비트라인의 프리차지는 6us의 시간동안 이루어진다.After the reset is completed, the precharge control signal PRECHb is input at a low level so that the precharge voltage is applied (S21), and the sensing node SO is precharged. The bit line control signal BSLE is applied at a high level in order to connect to the bit line connected to the memory cell for reading (S22), and the third NMOS transistor N3 is turned on to precharge the bit line. Let's do it. The precharge of the bit line is made for 6us of time.
비트라인을 프리차지한 이후에는, 비트라인 제어신호(BSLE)를 로우 레벨로 변경하여 제 3 NMOS 트랜지스터(N3)를 턴오프 시켜 비트라인을 플로팅 시킨다(S23). 따라서 상기 비트라인에 인가된 프리차지 전압은 연결된 셀이 프로그램된 경우 비트라인의 프리차지 전압이 빠져나가지 못하고, 소거 셀(Erase Cell)인 경우는 비트라인의 프리차지 전압이 공통 소오스 라인으로 빠져나가 비트라인이 0V로 변경된다(S24).After precharging the bit line, the bit line control signal BSLE is changed to a low level to turn off the third NMOS transistor N3 to float the bit line (S23). Therefore, when the connected cell is programmed, the precharge voltage applied to the bit line does not escape the precharge voltage of the bit line, and in the case of an erase cell, the precharge voltage of the bit line escapes to the common source line. The bit line is changed to 0V (S24).
상기의 플로팅된 비트라인의 프리차지 전압이 메모리 셀의 프로그램 또는 소거 여부에 따라 전압 변화가 되는 구간을 데이터 독출 구간(Evaluation)이라 한다.A period in which the precharge voltage of the floated bit line changes in voltage depending on whether the memory cell is programmed or erased is called a data readout interval.
상기 데이터 독출 구간에서 프리차지 제어신호(PRECHb)는 다시 하이 레벨로 변경되어 센싱 노드(SO)를 플로팅시킨다(S25). 이때 센싱노드(SO)는 하이 레벨을 유지한다.In the data readout period, the precharge control signal PRECHb is changed back to a high level to float the sensing node SO (S25). At this time, the sensing node SO maintains a high level.
그리고 비트라인 제어신호(BSLE)를 하이레벨로 인가하여 비트라인과 센싱노드(SO)를 연결한다(S26). 이후에 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)를 인가하여 제 20 NMOS 트랜지스터(N20)를 턴 온 시켜(S28) 센싱노드(SO)의 데이터를 제 2 래치(31) 로딩 한다(S29).The bit line control signal BSLE is applied at a high level to connect the bit line and the sensing node SO (S26). Thereafter, the first LSB read control signal LSBREAD1 is applied to turn on the twentieth NMOS transistor N20 (S28) to load the
이때, 상기 센싱 노드(SO)는 계속하여 프리차지 전압이 인가되어 있는 상태로 있다가, 단계 S26의 비트라인과 연결되는 시점에서 비트라인의 전압 상태에 따 라 전압레벨이 변경된다(S27).At this time, the sensing node SO is in a state where the precharge voltage is continuously applied, and the voltage level is changed according to the voltage state of the bit line at the time when the sensing node SO is connected to the bit line in step S26 (S27).
즉, 프로그램이 된 셀인 경우는 계속하여 하이 레벨로 센싱 노드(SO)가 유지되며, 소거된 셀인 경우는 센싱 노드(SO)가 디스차지된다. 이때의 센싱노드(SO)가 디스차지되거나, 전압레벨을 유지하는 기간도 독출 구간에 포함된다. 그리고 전체 독출 구간은 비트라인을 플로팅 시켜 전압 레벨을 변경시키도록 하는 6us의 시간과, 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)가 인가되어 제 2 래치(31)에 데이터를 로딩할 때까지의 2us를 포함한다.That is, in the case of a programmed cell, the sensing node SO is continuously maintained at a high level, and in the case of an erased cell, the sensing node SO is discharged. At this time, the sensing node SO is discharged or a period in which the voltage level is maintained is also included in the read period. The entire readout period is 6us for floating the bit line to change the voltage level, and 2us until the first LSB read control signal LSBREAD1 is applied to load data in the
이후에는 7us의 시간동안 비트라인을 처음의 상태로 디스차지시킨 후, 다시 단계S21 내지 S29를 되풀이 하여 LSB 데이터를 제 2 LSB 리드 제어신호(LSBREAD2)에 의해 한 번 더 읽고, MSB 데이터를 읽는 동작을 수행한다. 상기 LSB 데이터를 두 번에 걸쳐 독출하는 이유는 2비트의 데이터를 저장하는 MLC의 특성에 따라 LSB 데이터를 두개의 문턱 전압값에서 읽고, MSB를 한번의 문턱 전압에서 로딩하도록 하기 때문이다.Thereafter, after discharging the bit line to the initial state for a time of 7us, the steps S21 to S29 are repeated to read the LSB data one more time by the second LSB read control signal LSBREAD2 and to read the MSB data. Do this. The reason why the LSB data is read twice is that the LSB data is read at two threshold voltage values and the MSB is loaded at one threshold voltage according to the characteristics of the MLC storing two bits of data.
상기와 같은 독출 동작은 LSB의 경우 45us의 시간이 소요되며, MSB의 경우 24us가 소요된다. 이때, 메모리 셀이 프로그램된 셀인 경우는 센싱 노드(SO)가 하이 레벨로 유지되는 상태이므로 문제가 없으나, 만약 메모리 셀이 소거된 셀인 경우는 문제가 발생할 수 있다.The read operation as described above takes 45us for the LSB and 24us for the MSB. In this case, if the memory cell is a programmed cell, there is no problem since the sensing node SO is maintained at a high level. However, if the memory cell is an erased cell, a problem may occur.
좀 더 자세히 설명하면, 소거 셀인 경우 도 2에 나타난 바와 같이, 단계 S26 동안의 2us 동안에 센싱 노드(SO)는 비트라인과 연결된 상태에서 디스차지되어야 하므로 센싱 노드(SO)가 0V로 디스차지되기 위한 충분한 시간이 주어지지 않는 문 제가 있다. 따라서 데이터를 독출하는데 있어서 오류가 발생할 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 2, in the case of the erase cell, the sensing node SO needs to be discharged while connected to the bit line during 2us during the step S26, so that the sensing node SO is discharged to 0V. There is a problem of not having enough time. Therefore, an error may occur in reading data.
이를 해결하기 위해서 센싱 노드(SO)가 디스차지될 시간을 길게 주어 읽을 수는 있으나, 이는 스펙에 어긋나는 문제가 발생된다.To solve this problem, the sensing node SO can be read with a long time to be discharged, but this causes a problem that is inconsistent with the specification.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 멀티 레벨 셀을 포함하는 메모리 소자의 페이지 버퍼에서 데이터를 독출할 때, 상위비트와 하위비트의 데이터를 오류가 없이 빠르게 독출하여 출력할 수 있도록 하는 멀티 레벨 셀 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼 회로 및 동작 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention provides a multi-level cell flash that reads and outputs the upper and lower bits of data quickly and without error when reading data from a page buffer of a memory device including a multi-level cell. To provide a page buffer circuit and an operation method of the memory.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 멀티 레벨 셀 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼 회로는,The page buffer circuit of the multi-level cell flash memory according to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem,
제 1 독출 제어신호에 응답하여 센싱노드의 전압을 센싱 하여 상위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 상위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 입력데이터를 저장하고, 반전된 입력 데이터를 출력하는 상위 비트 레지스터; 제 2 독출 제어신호에 응답하여, 상기 센싱노드의 전압을 센싱 하여 제 1하위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 제 1 하위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 제 3 독출 제어 신호에 응답하여, 상기 센싱 노드의 전압을 센싱 하여 제2 하위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 제2 하위 센싱 데이터를 출력하는 하위 비트 레지스터; 상기 센싱노드와 상기 상위 비트 레지스터 사이에 연결되어, 상위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 의해 상기 센싱노드의 전압을 데이터 입출력 라인으로 전송하는 상위 비트 리드 및 프로그램 제어회로; 및 상기 센싱 노드와 상기 하위 비트 레지스터 사이에 연결되어 하위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 의해 상기 센싱노드의 전압을 데이터 입출력 라인으로 전송하는 하위 비트 리드 및 프로그램 제어회로를 포함하고, 상기 센싱노드는, 비트라인 프로차지를 위해 프리차지고, 비트라인과 연결되어 비트라인을 프리차지시킨 후, 비트라인과의 연결을 끊기 전에 플로팅되는 것을 특징으로 한다.An upper bit register configured to sense the voltage of the sensing node in response to the first read control signal to store upper sensing data and output inverted upper sensing data, or to store input data and to output inverted input data; In response to a second read control signal, the voltage of the sensing node is sensed to store first lower sensed data and output inverted first lower sensed data, or in response to a third read control signal, A lower bit register configured to sense a voltage to store second lower sensing data and output inverted second lower sensing data; An upper bit read and program control circuit connected between the sensing node and the upper bit register to transmit a voltage of the sensing node to a data input / output line by an upper bit read and a program control signal; And a lower bit read and a program control circuit connected between the sensing node and the lower bit register to transmit a voltage of the sensing node to a data input / output line by a lower bit read and a program control signal, wherein the sensing node comprises: It is characterized in that it is precharged for bit line procharge, and connected to the bit line to precharge the bit line, and then floated before disconnecting the bit line.
상기 상위비트 리드 및 프로그램 제어신호는, 상위비트 프로그램 제어신호와, 제1 독출신호를 입력신호로 하는 노아 게이트의 출력 신호인 것을 특징으로 한다.The upper bit read and program control signals may be output signals of a NOR gate using the upper bit program control signal and the first read signal as input signals.
상기 하위비트 리드 및 프로그램 제어신호는, 하위비트 프로그램 제어신호와, 제2 및 제3 독출신호를 입력신호로 하는 노아 게이트의 출력 신호인 것을 특징으로 한다.The lower bit read and program control signals may be output signals of a NOR gate using the lower bit program control signals and the second and third read signals as input signals.
비트라인 선택 신호들과 디스차지 신호들에 응답하여 한 쌍의 비트라인들 중 하나를 선택하고, 그 선택된 비트라인을 상기 센싱 노드에 연결하는 비트라인 선택 회로; 및 프리차지 제어신호에 응답하여, 상기 센싱노드를 내부 전압으로 프리차지 또는 플로팅시키는 프리차지 회로를 더 포함한다.A bit line selection circuit for selecting one of a pair of bit lines in response to bit line selection signals and discharge signals, and connecting the selected bit line to the sensing node; And a precharge circuit configured to precharge or float the sensing node to an internal voltage in response to the precharge control signal.
상위 비트 레지스터는, 상기 제 1 독출 제어신호에 응답하여 상기 센싱노드의 전압을 센싱하고, 상기 상위 센싱데이터를 발생하는 센싱 회로; 상기 상위 센싱데이터를 래치하고 반전된 상위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 상기 입력 데이터를 래치하고 상기 반전된 입력 데이터를 출력하는 래치회로; 및 리셋 제어 신호에 응답하여 상기 래치 회로를 초기화하는 래치 리셋 회로를 포함한다.The upper bit register may include: a sensing circuit configured to sense a voltage of the sensing node in response to the first read control signal and to generate the upper sensing data; A latch circuit for latching the upper sensing data and outputting inverted upper sensing data, or latching the input data and outputting the inverted input data; And a latch reset circuit for initializing the latch circuit in response to a reset control signal.
상기 하위 비트 레지스터는, 상기 제 2 또는 제 3 독출 제어신호에 응답하여 상기 센싱 노드의 전압을 센싱하고, 상기 제1 또는 제 2 하위 센싱 데이터를 발생하는 센싱회로; 및 상기 제 1 하위센싱 데이터를 래치하고, 상기 반전된 제 1 하위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 상기 제2 하위 센싱 데이터를 래치하고, 상기 반전된 제2 하위 센싱 데이터를 출력하는 래치회로를 포함한다.The lower bit register may include: a sensing circuit configured to sense a voltage of the sensing node in response to the second or third read control signal and to generate the first or second lower sensing data; And a latch circuit for latching the first lower sensing data, outputting the inverted first lower sensing data, or latching the second lower sensing data, and outputting the inverted second lower sensing data. .
본 발명에 따른 멀티 레벨 셀 플래시 메모리 장치는,In the multi-level cell flash memory device according to the present invention,
복수의 비트 라인 쌍들과 복수의 워드라인들에 각각 연결되는 복수의 멀티 레벨 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이; 상기 복수의 비트 라인 쌍들에 각각에 하나씩 대응되게 배치되고, 각각이 프로그램 동작시 대응하는 한 쌍의 비트라인들에 연결된 멀티 레벨 셀 등 중 하나에 프로그램될 데이터를 출력하고, 각각이 독출 동작시 상기 한 쌍의 비트라인에 연결된 멀티 레벨 셀들 중 하나로부터 독출된 데이터를 래치 동작 전에 리드 및 프로그램 제어신호에 의해 데이터라인으로 출력하는 페이지 버퍼 회로들; 및 상기 복수의 페이지 버퍼 회로들 각각에 하나씩 대응하게 연결되고, 데이터 입출력 라인에 더 연결되어 프로그램할 데이터를 상기 페이지 버퍼 회로에 전송하거나, 상기 페이지 버퍼 회로로부터 전송되는 독출 데이터를 데이터 입출력라인으로 출력하는 Y 디코더 회로들을 포함한다.A memory cell array including a plurality of bit line pairs and a plurality of multi-level cells each connected to a plurality of word lines; One to each of the plurality of pairs of bit lines, each of which outputs data to be programmed to one of a multi-level cell or the like connected to a pair of corresponding bit lines in a program operation; Page buffer circuits for outputting data read from one of the multi-level cells connected to a pair of bit lines to a data line by a read and program control signal before a latch operation; And correspondingly connected to each of the plurality of page buffer circuits, and are further connected to a data input / output line to transmit data to be programmed to the page buffer circuit, or output read data transmitted from the page buffer circuit to the data input / output line. Y decoder circuits.
상기 복수의 페이지 버퍼들 각각은, 제 1 독출 제어신호에 응답하여 센싱노드의 전압을 센싱 하여 상위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 상위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 입력데이터를 저장하고, 반전된 입력 데이터를 출력하는 상위 비트 레지스터; 제 2 독출 제어신호에 응답하여, 상기 센싱노드의 전압을 센싱 하여 제 1하위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 제 1 하위 센싱 데이터를 출력하거나, 또는 제 3 독출 제어 신호에 응답하여, 상기 센싱 노드의 전압을 센싱 하여 제2 하위 센싱 데이터를 저장하고 반전된 제2 하위 센싱 데이터를 출력하는 하위 비트 레지스터; 상기 센싱노드와 상기 상위 비트 레지스터 사이에 연결되어, 상위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 의해 상기 센싱노드의 전압을 데이터 입출력 라인으로 전송하는 상위 비트 리드 및 프로그램 제어회로; 및 상기 센싱 노드와 상기 하위 비트 레지스터 사이에 연결되어 하위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 의해 상기 센싱노드의 전압을 데이터 입출력 라인으로 전송하는 하위 비트 리드 및 프로그램 제어회로를 포함하고, 상기 센싱노드는, 비트라인 프로차지를 위해 프리차지고, 비트라인과 연결되어 비트라인을 프리차지시킨 후, 비트라인과의 연결을 끊기 전에 플로팅되는 것을 특징으로 한다.Each of the plurality of page buffers senses a voltage of a sensing node in response to a first read control signal to store upper sensing data and output inverted upper sensing data, or store input data, and invert input data. An upper bit register to output a; In response to a second read control signal, the voltage of the sensing node is sensed to store first lower sensed data and output inverted first lower sensed data, or in response to a third read control signal, A lower bit register configured to sense a voltage to store second lower sensing data and output inverted second lower sensing data; An upper bit read and program control circuit connected between the sensing node and the upper bit register to transmit a voltage of the sensing node to a data input / output line by an upper bit read and a program control signal; And a lower bit read and a program control circuit connected between the sensing node and the lower bit register to transmit a voltage of the sensing node to a data input / output line by a lower bit read and a program control signal, wherein the sensing node comprises: It is characterized in that it is precharged for bit line procharge, and connected to the bit line to precharge the bit line, and then floated before disconnecting the bit line.
본 발명의 특징에 따른 멀티 레벨 셀 플래시 메모리의 독출 동작 방법은,Read operation method of a multi-level cell flash memory according to an aspect of the present invention,
플래시 메모리 장치의 독출 동작 방법에 있어서, 독출 명령에 응답하여, 페이지 버퍼의 센싱 노드를 프리차지하는 단계; 상기 프리차지된 센싱 노드와, 입력 어드레스에 따라 선택되는 비트라인을 연결하여 비트라인을 프리차지시키는 단계; 상기 페이지 버퍼의 센싱노드를 플로팅시키는 단계; 상기 비트라인과 센싱노드의 연결을 차단하여 상기 메모리 셀의 프로그램 여부에 따른 비트라인의 전압레벨에 변경을 유도하는 단계; 상기 비트라인과 센싱노드를 연결하는 단계; 및 상기 비트라인과 연결되어 변경되는 센싱노드의 전압 레벨에 따른 상위 또는 하위 독출 데이터를 상위비트 또는 하위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 따라 데이터 출력라인 으로 출력하는 단계를 포함한다.A read operation method of a flash memory device, the method comprising: precharging a sensing node of a page buffer in response to a read command; Precharging a bit line by connecting the precharged sensing node and a bit line selected according to an input address; Plotting a sensing node of the page buffer; Cutting off the connection between the bit line and the sensing node to induce a change in the voltage level of the bit line according to whether the memory cell is programmed; Connecting the bit line and a sensing node; And outputting the upper or lower read data according to the voltage level of the sensing node connected to the bit line to the data output line according to the upper or lower bit read and program control signals.
상기 리드 및 프로그램 제어신호는, 상기 페이지 버퍼의 독출 제어신호와, 상위비트 또는 하위비트 프로그램 제어신호의 노아 연산 결과에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.The read and program control signals may be determined by a result of a NOA operation of a read control signal of the page buffer and an upper bit or lower bit program control signal.
상기 상위 또는 하위 독출 데이터를 상위비트 또는 하위비트 리드 및 프로그램 제어신호에 따라 데이터 출력라인으로 출력한 후, 상기 페이지 버퍼의 독출 제어신호에 따라 상위비트 래치 또는 하위비트 래치 회로에 래치하는 단계를 더 포함한다.Outputting the upper or lower read data to a data output line according to upper or lower bit read and program control signals, and then latching the upper or lower read data to an upper bit latch or a lower bit latch circuit according to a read control signal of the page buffer. Include.
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 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 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 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MLC 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼의 회로도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 페이지 버퍼 동작 리드 프로그램 신호 연결도이다.3 is a circuit diagram of a page buffer of an MLC flash memory according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a connection diagram of a page buffer operation read program signal of FIG. 3.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MLC(Multi Level Cell) 플래시 메모리의 페이지 버퍼(300)는 비트라인 선택부(310)와, MSB(Most Significant Bit) 래치부(320)와 LSB (Least Significant Bit)래치부(330) 및 Y 디코더(340)를 포함한다. 그리고 제 1 PMOS 트랜지스터(MP1)가 센싱노드(SO)를 프리차지 하기위해 포 함된다.Referring to FIG. 3, a
비트라인 선택부(310)는 프로그램 또는 독출을 위한 메모리 셀이 연결되는 비트 라인을 선택하는 곳으로, 제 1 내지 제 4 NMOS 트랜지스터(MN1 내지 MN4)를 포함한다,The
MSB 래치부(320)는 상위비트의 프로그램 및 독출을 위해 동작하며 제 5 내지 제 14 NMOS 트랜지스터(MN5 내지 MN 14)와, 제 1 내지 제 3 인버터(IN1 내지 IN3) 및 제 2 PMOS 트랜지스터(MP2)를 포함한다. 이때 제 2 및 제 3 인버터(IN2, IN3)는 제 1 래치(321)로 구성된다.The
LSB 래치부(330)는 제 15 내지 제 21 NMOS 트랜지스터(MN15 내지 MN21)와, 제 4 내지 제 6 인버터(IN4 내지 IN6) 및 제 3 PMOS 트랜지스터(MP3)를 포함한다. 이때 상기 제 5 및 제 6 인버터(IN5 및 IN6)는 제 2 래치(332)로 구성된다.The
Y 디코더부(340)는 MSB 및 LSB 래치부(320, 330)로 입출력되는 데이터의 입출력경로를 제공하며 제 22 내지 제 24 NMOS 트랜지스터(MN22 내지 MN24)와, 제 7 인버터(IN7)를 포함한다. 그리고 데이터의 입력을 위한 제 4 PMOS 트랜지스터(MP4)와 제 25 NMOS 트랜지스터(MN25)를 포함한다.The
비트 라인 선택부(310)의 제 1 및 제 2 NMOS 트랜지스터(MN1 및 MN2)는 선택되지 않은 비트라인(BLE 또는 BLO)에 전원전압 또는 0V를 인가하고, 디스차지하기 위한 제어신호(DISCHE 또는 DISCHO)에 의해 동작한다.The first and second NMOS transistors MN1 and MN2 of the
그리고 제 3 및 제 4 NMOS 트랜지스터(MN3 및 MN4)는 비트라인 선택신호(BSLE 또는 BSLO)에 의해 동작하며, 입력 어드레스에 따라 비트라인(BLE 또는 BLO)을 센싱노드(SO)로 연결한다.The third and fourth NMOS transistors MN3 and MN4 operate by the bit line select signal BSLE or BSLO, and connect the bit lines BLE or BLO to the sensing node SO according to an input address.
MSB 래치부(320)는 센싱노드(SO)와 데이터 입출력을 위한 Y 디코더(340)의 사이에 연결되며, 제 5 NMOS 트랜지스터(NM5)는 센싱노드(SO)와 제 1 노드(ND1) 사이에 연결되어, 데이터 전송신호(DATTRANS)에 따라 제 1 래치(321)에 래치된 데이터를 센싱노드(SO)를 통해 비트라인으로 전송한다.The
제 1 인버터(IN1)는 제 1 노드(ND1)와 제 2 노드(ND2) 사이에 연결되어 제 2 노드(ND2)의 MSB 데이터를 반전하여 제 1 노드(ND1)로 출력한다. 제 8 및 제 9 NMOS 트랜지스터(MN8 및 MN9)는 제 2 노드(ND2)와 접지전압사이에는 직렬로 연결되고, 제 8 NMOS 트랜지스터(MN8)는 MSB 리드 제어신호(MSBREAD) 신호에 의해 MSB 독출 동작시에 동작하며, 제 9 NMOS 트랜지스터(MN9)는 센싱노드(SO)를 입력신호로 하여 동작한다.The first inverter IN1 is connected between the first node ND1 and the second node ND2 to invert the MSB data of the second node ND2 and output the inverted MSB data to the first node ND1. The eighth and ninth NMOS transistors MN8 and MN9 are connected in series between the second node ND2 and the ground voltage, and the eighth NMOS transistor MN8 reads an MSB by an MSB read control signal MSBREAD signal. The ninth NMOS transistor MN9 operates with the sensing node SO as an input signal.
제 2 및 제 3 인버터(IN2 및 IN3)로 구성되는 제 1 래치(321)는 제 2 노드(ND2)와 제 3 노드(ND3) 사이에 연결된다. 제 10 NMOS 트랜지스터(MN10)가 제 3 노드(ND3)와 접지전압 사이에 연결되고, MSB 리셋을 위한 제어신호(MSBSET)에 따라 동작한다. 그리고 제 2 PMOS 트랜지스터(MN2)는 제 3 노드(ND3)를 입력신호로 하여, 전원전압을 입력받아 검증신호의 반전신호(MSBVER_N)를 출력한다.The
제 12 NMOS 트랜지스터(MN12)는 상기 제 2 노드(ND2)와 제 4 노드(ND4)의 사이에는 연결되어 데이터 입력 제어신호(DATLOAD)에 의해 동작하고, 제 13 NMOS 트랜지스터(MN13)는 제 3 노드(ND3)와 제 4 노드(ND4)의 사이에 연결되어 데이터 제어신호의 반전신호(DATALOAD_N)에 의해 동작한다.A twelfth NMOS transistor MN12 is connected between the second node ND2 and the fourth node ND4 to operate by a data input control signal DATLOAD, and the thirteenth NMOS transistor MN13 is a third node. It is connected between the ND3 and the fourth node ND4 and operated by the inversion signal DATALOAD_N of the data control signal.
제 11 NMOS 트랜지스터(MN11)는 상기 센싱노드(SO)와 제 4 노드(ND4)의 사이에 연결되어 테스트 동작을 위한 테스트 제어신호(CELLIV)에 의해 동작한다.The eleventh NMOS transistor MN11 is connected between the sensing node SO and the fourth node ND4 and operated by a test control signal CELLIV for a test operation.
제 6 및 제 7 NMOS 트랜지스터(MN6 및 MN7)는 센싱노드(SO)와 제 1 노드(ND1) 사이에 직렬로 연결되고, 제 6 NMOS 트랜지스터(MN6)는 MSB 리드 및 프로그램 제어신호(MSBREADPROG)에 의해 동작된다. MSB 리드 및 프로그램 제어신호(MSBREADPROG)는 MSB 데이터를 프로그램하거나, 비트라인을 통해 메모리 셀에 저장된 데이터를 독출할 때 인가된다.The sixth and seventh NMOS transistors MN6 and MN7 are connected in series between the sensing node SO and the first node ND1, and the sixth NMOS transistor MN6 is connected to the MSB read and program control signal MSBREADPROG. Is operated. The MSB read and program control signal MSBREADPROG is applied when programming the MSB data or reading data stored in the memory cell through the bit line.
상기 제 6 NMOS 트랜지스터(MN6)에 인가되는 MSB 리드 및 프로그램 제어신호(MSBREADPROG)는 도 4b에 나타난 바와 같이 MSB 프로그램 제어신호(MSBPROG)와 MSB 리드 제어신호(MSBREAD)를 입력 신호로 하는 노아 게이트(NOR2)의 출력 신호이다. 노아 게이트(NOR2)는 입력신호가 모두 로우 레벨인 경우에만 하이 레벨의 출력을 한다. 따라서 독출 동작에서 MSB 프로그램 제어신호(MSBPROG)는 로우 레벨이고 MSB 리드 제어신호(MSBREAD)가 하이 레벨로 인가되기 전에는 계속하여 MSB 리드 및 프로그램 제어신호(MSBREADPROG)를 하이 레벨로 유지하여 제 6 NMOS 트랜지스터(MN6)를 턴 온 시킨다.As shown in FIG. 4B, the MSB read and program control signal MSBREADPROG applied to the sixth NMOS transistor MN6 uses a MSA program control signal MSBPROG and an MSB read control signal MSBREAD as input signals. NOR2) output signal. The NOR gate NOR2 outputs a high level only when the input signals are all low level. Therefore, in the read operation, the MSB program control signal MSBPROG is at a low level and the MSB read and program control signal MSBREADPROG is kept at a high level until the MSB read control signal MSBREAD is applied at a high level, thereby maintaining the sixth NMOS transistor. Turn on (MN6).
제 14 NMOS 트랜지스터(MN14)는 제 1 노드(ND1)와 제 4 노드(ND4) 사이에 연결되며, 독출된 데이터를 출력하기 위한 제어신호(MSBPASS)에 의해 동작한다.The fourteenth NMOS transistor MN14 is connected between the first node ND1 and the fourth node ND4 and is operated by a control signal MSBPASS for outputting read data.
또한, LSB 래치부(330)도 센싱노드(SO)와 데이터 입출력을 위한 Y 디코더(340)의 사이에 연결된다. 제 17 NMOS 트랜지스터(MN17)는 센싱노드(SO)와 제 5 노드(ND5)의 사이에 연결되고, 싱글 레벨 셀(SLC)에 대한 프로그램 신호(SLCPROG) 에 의해 동작한다.In addition, the
제 4 인버터(IN4)는 제 5 노드(ND5)와 제 6 노드(ND6)의 사이에 연결되어, LSB 데이터에 해당하는 제 6 노드(ND6)의 데이터를 제 5 노드(ND5)로 반전 출력한다.The fourth inverter IN4 is connected between the fifth node ND5 and the sixth node ND6 to invert and output the data of the sixth node ND6 corresponding to the LSB data to the fifth node ND5. .
제 5 및 제 6 인버터(IN5 및 제 6)로 구성되는 제 2 래치(331)는 제 6 노드(ND6)와 제 7 노드(ND7) 사이에 연결된다. 제 19 NMOS 트랜지스터(MN19)는 제 6 노드(ND6)와 제 8 노드(ND8) 사이에 연결되며, 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)에 의해 동작한다. 제 18 NMOS 트랜지스터(MN18)는 제 7 노드(ND7)와 제 8 노드(ND8)의 사이에 연결되며 제 2 LSB 리드 제어신호(LSBREAD2)에 의해 동작한다.The
제 20 NMOS 트랜지스터(MN20)는 제 8 노드(ND8)와 접지전압 사이에 연결되며, 센싱노드(SO)의 상태에 따라 구동한다. The twentieth NMOS transistor MN20 is connected between the eighth node ND8 and the ground voltage and is driven according to the state of the sensing node SO.
제 3 PMOS 트랜지스터(MP3)는 제 7 노드(ND7)의 신호에 따라 전원전압을 입력받아 검증신신호의 반전신호(LSBVER_N)를 출력한다.The third PMOS transistor MP3 receives the power supply voltage according to the signal of the seventh node ND7 and outputs the inverted signal LSBVER_N of the verification signal.
제 15 및 제 16 NMOS 트랜지스터(MN15 및 MN16)는 센싱노드(SO)와 제 5 노드(ND5) 사이에 직렬로 연결되며, 제 15 NMOS 트랜지스터(MN15)는 LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)에 의해 동작한다. LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)는 LSB 데이터를 프로그램하거나, 비트라인을 통해 메모리 셀에 저장된 데이터를 독출할 때 인가된다.The fifteenth and sixteenth NMOS transistors MN15 and MN16 are connected in series between the sensing node SO and the fifth node ND5, and the fifteenth NMOS transistor MN15 is connected to the LSB read and program control signal LSBREADPROG. It works by The LSB read and program control signal LSBREADPROG is applied when programming LSB data or reading data stored in a memory cell through a bit line.
상기 LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)는 도 4a에 나타난 바와 같이 LSB 프로그램 제어신호(MSBPROG)와 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1) 및 제 2 LSB 리드 제어신호(LSBREAD2)를 입력 신호로 하는 노아 게이트(NOR1)의 출력 신호이다. 노아 게이트(NOR1)는 입력신호가 모두 로우 레벨인 경우에만 하이 레벨의 출력을 한다. 따라서 독출 동작에서 LSB 프로그램 제어신호(LSBPROG)는 로우 레벨이고 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1) 또는 제 2 LSB 리드 제어신호(LSBREAD2)가 하이 레벨로 인가되기 전에는 계속하여 LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)를 하이 레벨로 유지하여 제 15 NMOS 트랜지스터(MN15)를 턴 온 시킨다.As shown in FIG. 4A, the LSB read and program control signal LSBREADPROG is a NOA using the LSB program control signal MSBPROG, the first LSB read control signal LSBREAD1, and the second LSB read control signal LSBREAD2 as input signals. This is an output signal of the gate NOR1. The NOR gate NOR1 outputs a high level only when the input signals are all low level. Therefore, in the read operation, the LSB program control signal LSBPROG is at a low level and the LSB read and program control signal (LSBREAD1) is continuously applied before the first LSB read control signal LSBREAD1 or the second LSB read control signal LSBREAD2 is applied at a high level. LSBREADPROG is maintained at a high level to turn on the fifteenth NMOS transistor MN15.
Y 디코더(340)의 제 22 내지 제 24 NMOS 트랜지스터(MN22 내지 MN24) 및 제 7 인버터(IN7)는 제 4 노드(ND4)와 데이터 입출력 라인의 사이에 직렬로 연결되며, MSB 래치부(320)와 LSB 래치부(330)로부터 입출력되는 데이터를 어드레스 신호에 의해 데이터 라인으로 전송하기 위한 경로를 제공한다.The 22nd to 24th NMOS transistors MN22 to MN24 and the 7th inverter IN7 of the
제 4 PMOS 트랜지스터(MP4)는 전원전압과 상기 제 7 인버터(IN7)의 입력노드 사이에 연결되고, 제 25 NMOS 트랜지스터(MN25)는 제 7 인버터(IN7)의 입력노드와 접지전원 사이에 연결되어 데이터 입력을 위한 제어신호(미도시)에 따라 동작한다.The fourth PMOS transistor MP4 is connected between a power supply voltage and an input node of the seventh inverter IN7, and the 25th NMOS transistor MN25 is connected between an input node of the seventh inverter IN7 and a ground power source. It operates in accordance with a control signal (not shown) for data input.
상기한 본 발명의 실시 예에 따른 페이지 버퍼(300)의 독출 동작을 다음의 타이밍 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.The read operation of the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 페이지 버퍼의 동작 타이밍도이다.5 is an operation timing diagram of a page buffer according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 데이터 독출을 위해 초기에 LSB 래치부(330)의 제 2 래치(331)를 초기화하기 위해 LSB 리셋(LSBRST)을 수행한다.Referring to FIG. 5, an LSB reset (LSBRST) is performed to initialize the
LSB 리셋은 프리차지 제어신호(PRECHb)를 로우 레벨로 인가하여 센싱노 드(SO)를 하이 레벨로 만들어 제 20 NMOS 트랜지스터(MN20)를 턴 온 시킨다. 그리고 제1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)를 하이 레벨로 인가하여 제 19 NMOS 트랜지스터(MN19)를 턴 온 시켜 제 6 노드(ND6)를 로우 레벨로 리셋 한다. 즉, 제 19 및 제 20 NMOS 트랜지스터(MN19 및 MN20)를 턴 온 시켜 접지전압과 제 6 노드(ND6)를 연결함으로써 로우 레벨로 만든다. 상기 LSB 리셋은 3us의 시간이 할당된다.The LSB reset applies the precharge control signal PRECHb to a low level to turn the sensing node SO to a high level to turn on the twentieth NMOS transistor MN20. The first LSB read control signal LSBREAD1 is applied at a high level to turn on the nineteenth NMOS transistor MN19 to reset the sixth node ND6 to a low level. That is, the 19th and 20th NMOS transistors MN19 and MN20 are turned on to connect the ground voltage and the sixth node ND6 to a low level. The LSB reset is allocated a time of 3 us.
리셋이 완료된 후에는 비트라인 프리차지(BL PRECH)를 한다. 프리차지 제어신호(PRECHb)를 로우 레벨로 인가하여 센싱노드(SO)를 하이 레벨로 프리차지하고, 비트라인 선택신호(BLSE)를 하이 레벨로 인가하여 제 3 NMOS 트랜지스터(MN3)를 턴 온 시켜 비트라인과 센싱노드(SO)를 연결하여 비트라인을 프리차지 시킨다. 비트라인 프리차지는 6us 동안 수행된다.After the reset is completed, a bit line precharge is performed. The precharge control signal PRECHb is applied to the low level to precharge the sensing node SO to the high level, and the bit line select signal BLSE is applied to the high level to turn on the third NMOS transistor MN3 to turn on the bit. Precharge the bit line by connecting the line and the sensing node (SO). Bitline precharge is performed for 6us.
상기 비트라인 프리차지 이후에는 프리차지 제어신호(PRECHb)를 하이 레벨로 인가하여 센싱노드(SO)를 플로팅시킨다(S51). 그리고 비트라인과 연결된 메모리 셀의 데이터를 독출하기 위해 비트라인 선택신호(BLSE)를 로우 레벨로 변경하여 비트라인을 플로팅시킨다(S52). After the bit line precharge, the sensing node SO is floated by applying a precharge control signal PRECHb to a high level (S51). In operation S52, the bit line is changed by changing the bit line selection signal BLSE to a low level in order to read data of a memory cell connected to the bit line.
비트라인이 플로팅되면, 메모리 셀의 프로그램 상태에 따라 독출 시간(EVALUATION) 동안 비트라인의 전압레벨이 변경된다. 즉 메모리 셀이 프로그램이 되어 있다면, 커런트가 빠지지 않아 비트라인에 프리차지된 전압이 떨어지지 않고 하이 레벨을 유지한다. 그러나 메모리 셀이 소거된 셀이면 커런트가 빠져 비트라인은 0V로 변경된다.When the bit line is floated, the voltage level of the bit line is changed during the read time (EVALUATION) according to the program state of the memory cell. In other words, if the memory cell is programmed, the current does not fall out, and thus the voltage precharged to the bit line does not fall to maintain the high level. However, if the memory cell is an erased cell, the current is removed and the bit line is changed to 0V.
이때 상기 단계 S51과 같이 비트라인을 플로팅시키기 전에 센싱노드(SO)를 플로팅 시켰으므로, 메모리 셀이 프로그램된 셀인 경우 센싱노드(SO)는 하이 레벨을 유지하고, 메모리 셀이 소거 셀인 경우 센싱노드(SO)는 어느 정도 커런트가 빠져나가 전압레벨이 낮아진다.In this case, since the sensing node SO is floated before the bit line is floated as in step S51, the sensing node SO maintains a high level when the memory cell is a programmed cell, and when the memory cell is an erase cell, SO) exits the current to some extent and lowers the voltage level.
이후에 비트라인 선택신호(BSLE)를 하이 레벨로 인가하여 제 3 NMOS 트랜지스터(MN3)를 턴 온 시켜 비트라인과 센싱노드(SO)를 연결한다. 이때 메모리 셀이 소거 셀이라면 센싱노드(SO)도 연결된 비트라인과 연결되어 커런트가 빠져나가 0V로 된다(S53, S54). 도 5에 나타난 바와 같이, 짧은 독출 시간(6us+3us)에도 불구하고 센싱노드(SO)는 소거된 셀의 경우 충분히 커런트가 빠져나가 전압이 0V로 빠져나갈 수 있음을 확인할 수 있다.Thereafter, the bit line selection signal BSLE is applied at a high level to turn on the third NMOS transistor MN3 to connect the bit line and the sensing node SO. In this case, if the memory cell is the erase cell, the sensing node SO is also connected to the connected bit line, and the current exits to 0V (S53 and S54). As shown in FIG. 5, in spite of a short read time (6us + 3us), the sensing node SO may confirm that the current is sufficiently exited in the case of the erased cell, and thus the voltage may escape to 0V.
그리고 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)가 하이 레벨로 주어지기 전까지 LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)는 도 4b에 의해 하이 레벨을 유지하여 제 15NMOS 트랜지스터(MN15)가 턴 온 상태를 유지하고 있다.The LSB read and program control signals LSBREADPROG are kept at a high level as shown in FIG. 4B until the first LSB read control signal LSBREAD1 is given a high level, thereby maintaining the 15th NMOS transistor MN15 turned on. .
따라서 센싱노드(SO)에 독출된 데이터는 제 15 NMOS 트랜지스터(MN15)가 턴 온 되어 있는 동안 데이터 라인으로 전달될 수 있다. 이때, LSB 동작을 시작하기에 앞서 제 16 NMOS 트랜지스터(MN16)가 턴 온 되도록 MSB 래치부(310)의 제1 래치(321)를 세팅하여야 한다. 그리고 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)가 인가되기 전에 데이터 독출을 위한 제어신호(LSBPASS)가 인가되어 제 21 NMOS 트랜지스터(MN21)를 통해 센싱노드(SO)의 데이터는 빠르게 데이터 라인으로 출력된다.Therefore, the data read from the sensing node SO may be transferred to the data line while the fifteenth NMOS transistor MN15 is turned on. In this case, before starting the LSB operation, the
즉, 이전에 제 2 래치부(331)에 센싱노드(SO)의 데이터가 래치된 후, 데이터 라인으로 출력하던 것보다 독출 속도가 보다 빠르게 된다.That is, after the data of the sensing node SO is latched in the
상기와 같이 독출 속도가 빨라진다 하여도, 메모리 셀이 프로그램 셀인 경우는 센싱노드(SO)가 독출시간이 끝나도 계속하여 플로팅된 상태로 하이 레벨을 유지하고, 소거 셀인 경우는 짧은 독출 시간에도 센싱노드(SO)가 충분히 0V로 변경되므로, 보다 안정적으로 데이터가 독출될 수 있다.Even if the read speed is increased as described above, when the memory cell is a program cell, the sensing node SO keeps its high level in a floating state even after the read time ends, and in the case of an erase cell, the sensing node ( Since SO) is sufficiently changed to 0V, data can be read more stably.
그리고 제 1 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)를 하이 레벨로 인가하여 메모리 셀의 데이터를 제 2 래치(331)에 읽어온다(S55 내지 S57). 즉, 메모리 셀이 프로그램 셀이라면 센싱노드(SO)는 하이 레벨을 유지하여 제 20 NMOS 트랜지스터(MN20)를 턴 온 시킨다. 그리고 제 2 LSB 리드 제어신호(LSBREAD1)에 의해 제 19 NMOS 트랜지스터(MN19)가 턴 온 되고, 제 6 노드(ND6)는 로우 레벨의 데이터를 로딩한다. 상기 제 6 노드(ND6)가 로우 레벨이면 제 5 노드(ND5)는 하이 레벨이 된다.The first LSB read control signal LSBREAD1 is applied at a high level to read data of the memory cell into the second latch 331 (S55 to S57). That is, if the memory cell is a program cell, the sensing node SO maintains a high level to turn on the twentieth NMOS transistor MN20. The nineteenth NMOS transistor MN19 is turned on by the second LSB read control signal LSBREAD1, and the sixth node ND6 loads low-level data. If the sixth node ND6 is at a low level, the fifth node ND5 is at a high level.
이상과 같이, LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)에 의해 센싱노드(SO)는 소거 셀에 대해 짧은 독출 시간에도 충분히 0V로 변경될 수 있으며, 제 15 NMOS 트랜지스터를 통해 빠르게 독출된 데이터를 데이터 라인으로 전송하는 것도 가능하다.As described above, the sensing node SO may be sufficiently changed to 0 V even with a short read time with respect to the erase cell by the LSB read and the program control signal LSBREADPROG, and the data line may be quickly read through the fifteenth NMOS transistor. It is also possible to transmit.
이상에서 설명한 바와 같이, LSB 리드 및 프로그램 제어신호(LSBREADPROG)와 MSB 리드 및 프로그램 제어신호(MSBREADPROG)에 의해 동작하는 제 15 NMOS 트랜지스터(MN15)와 제 6 NMOS 트랜지스터(MN6)에 의해 LSB 독출 동작과, MSB 독출 동작을 수행함으로써, 짧은 독출 시간에도 센싱노드(S0)가 충분히 데이터 독출을 할 수 있고, 독출된 데이터를 보다 빨리 데이터 라인으로 전송하는 것이 가능하다.As described above, the LSB read operation is performed by the fifteenth NMOS transistor MN15 and the sixth NMOS transistor MN6 operated by the LSB read and program control signal LSBREADPROG and the MSB read and program control signal MSBREADPROG. By performing the MSB read operation, the sensing node S0 can sufficiently read data even in a short read time, and transmit the read data to the data line more quickly.
이상과 같이 동작하는 페이지 버퍼(300)의 독출 동작에서 LSB 독출은 39us 가 걸리고, MSB 독출은 21us가 걸려, 기존에 비해 단축됨을 확인할 수 있다.In the read operation of the
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 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-described 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 레벨 셀 플래쉬 메모리의 페이지 버퍼 회로 및 동작 방법은 프로그램을 신호에 의해 동작하던 페이지버퍼의 트랜지스터를 독출 동작에서도 동작할 수 있도록 하여 데이터 독출 시간을 단축하고, 프리차지 전압의 인가 주기를 변경함으로써 센싱노드에서 안정적으로 데이터를 독출할 수 있도록 한다.As described above, the page buffer circuit and the operation method of the multi-level cell flash memory according to the present invention can shorten the data read time by allowing the transistor of the page buffer which used the program to operate in the read operation, By changing the application period of the precharge voltage, it is possible to stably read data from the sensing node.
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