JP2006228432A - Nonvolatile semiconductor memory - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データの書き換えをバイト単位で行う不揮発性半導体メモリに関する。 The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory that rewrites data in units of bytes.
従来、データの書き換えをバイト単位で行う不揮発性半導体メモリとしてEEPROMが知られている。 Conventionally, an EEPROM is known as a nonvolatile semiconductor memory that rewrites data in byte units.
非特許文献1は、FLOTOX(Floating Gate Tunnel Oxide)セルを用い、データの書き換えをバイト単位で行なうようにしたEEPROMを提案する。
Non-Patent
図65は、バイト消去が可能なEEPROMのメモリセル部の一例を示す平面図、図66は、図65のLXVI−LXVI線に沿う断面図である。 65 is a plan view showing an example of a memory cell portion of an EEPROM capable of byte erasure, and FIG. 66 is a cross-sectional view taken along line LXVI-LXVI in FIG.
このEEPROMは、メモリセル部にFLOTOXセルを使用している。FLOTOXセルの特徴は、N+ ドレイン20aとフローティングゲート21aの間に10[nm]程度のトンネル酸化膜22aを配置し、このトンネル酸化膜22aに電界を印加してN+ ドレイン20aとフローティングゲート21aの間で電荷のやりとりを行う点にある。 This EEPROM uses FLOTOX cells in the memory cell portion. The FLOTOX cell is characterized in that a tunnel oxide film 22a of about 10 nm is disposed between the N + drain 20a and the floating gate 21a, and an electric field is applied to the tunnel oxide film 22a to thereby form the N + drain 20a and the floating gate 21a. It is in the point of exchanging electric charge between them.
トンネル酸化膜22aに流れる電流は、FN(Fowler−Nordheim)トンネル現象により生じるFNトンネル電流である。 The current flowing through the tunnel oxide film 22a is an FN tunnel current generated by an FN (Fowler-Nordheim) tunnel phenomenon.
図67は、MOSキャパシタ部のエネルギーバンド図を示している。 FIG. 67 shows an energy band diagram of the MOS capacitor portion.
MOSキャパシタ(N+ ドレイン−トンネル酸化膜−フローティングゲート)に電界を印加すると、(1)式に基づき、トンネル酸化膜(SiO2 )にFNトンネル電流が流れる。 When an electric field is applied to the MOS capacitor (N + drain-tunnel oxide film-floating gate), an FN tunnel current flows through the tunnel oxide film (SiO 2 ) based on the equation (1).
I = S・α・E2 exp(−β/E) …(1)
S:面積、E:電界
α = q3 /8πhΦB = 6.94×10−7 [A/V2]
β = −4(2m)0.5 ΦB1.5 /3hq
= 2.54×108 [V/cm]
この式から、FNトンネル電流が流れ始める電界は、約10[MV/cm]であることがわかる。この電界は、理論的には、10[nm]のトンネル酸化膜に10[V]の電圧を印加した場合に相当する。
I = S · α · E 2 exp (−β / E) (1)
S: Area, E: Electric field α = q 3 /8πhΦB=6.94×10 −7 [A / V 2 ]
β = −4 (2 m) 0.5 ΦB 1.5 / 3hq
= 2.54 × 10 8 [V / cm]
From this equation, it can be seen that the electric field at which the FN tunnel current starts to flow is about 10 [MV / cm]. This electric field theoretically corresponds to a case where a voltage of 10 [V] is applied to a tunnel oxide film of 10 [nm].
ここで、図65及び図66において、N+ ドレイン20aとコントロールゲート23aの間に電圧を印加した場合におけるコントロールゲート23aとフローティングゲート21aの容量比(カップリング比)を0.5とする。 65 and 66, the capacitance ratio (coupling ratio) between the control gate 23a and the floating gate 21a when a voltage is applied between the N + drain 20a and the control gate 23a is 0.5.
この場合、N+ ドレイン20aとフローティングゲート21aの間のトンネル酸化膜22aに10[V]の電圧を印加するには、N+ ドレイン20aとコントロールゲート23aの間に20[V]という高電圧を印加しなければならない。 In this case, in order to apply a voltage of 10 [V] to the tunnel oxide film 22a between the N + drain 20a and the floating gate 21a, a high voltage of 20 [V] is applied between the N + drain 20a and the control gate 23a. Must be applied.
例えば、消去時には、N+ ドレイン20aを0[V]、コントロールゲート23aを20[V]に設定して電子をN+ ドレイン20aからフローティングゲートゲート21aに移動させる。また、“1”書き込み時には、N+ ドレイン20aを20[V]、コントロールゲート23aを0[V]に設定して電子をフローティングゲート21aからN+ ドレイン20aに移動させる。 For example, at the time of erasing, the N + drain 20a is set to 0 [V] and the control gate 23a is set to 20 [V] to move electrons from the N + drain 20a to the floating gate gate 21a. At the time of writing “1”, the N + drain 20a is set to 20 [V] and the control gate 23a is set to 0 [V] to move electrons from the floating gate 21a to the N + drain 20a.
FLOTOXセルを用いたEEPROMの欠点は、図65及び図66に示すように、1ビットを記憶するために、メモリセルと選択トランジスタの2素子を必要とする点にある。 A drawback of the EEPROM using the FLOTOX cell is that, as shown in FIGS. 65 and 66, two elements of a memory cell and a selection transistor are required to store one bit.
図68は、バイト消去が可能なEEPROMのメモリセル部の他の例を示している。 FIG. 68 shows another example of the memory cell portion of the EEPROM capable of byte erasure.
このEEPROMは、メモリセル部にFLOTOXセルを使用すると共に、メモリセル8ビット(1バイト)に対して1つのバイトコントロール用トランジスタTrを設けた点に特徴を有する。 This EEPROM is characterized in that a FLOTOX cell is used in the memory cell portion, and one byte control transistor Tr is provided for 8 bits (1 byte) of the memory cell.
なお、このEEPROMにおける各モードでのバイアス条件は、表1に示す通りである。
このようなメモリセル部を使用すると、様々な動作不良(ディスターブ)を回避することができる。しかし、1ビットを記憶するために、2+(1/8)個のトランジスタが必要となるため、セル面積が大きくなってコストが下げられない欠点がある。 When such a memory cell portion is used, various malfunctions (disturbances) can be avoided. However, since 2+ (1/8) transistors are required to store 1 bit, there is a disadvantage that the cell area is increased and the cost cannot be reduced.
このような欠点をなくすために誕生したメモリがフラッシュEEPROMである。従来のEEPROMは、1ビット毎にデータの消去又は書き込みを行うことができるため、非常に使い易かった。 A memory born to eliminate such drawbacks is a flash EEPROM. Conventional EEPROMs are very easy to use because data can be erased or written bit by bit.
しかし、大きな記憶容量を必要とするコンピュータのハードディスクをEEPROMから構成するような場合、このEEPROMには、1ビット毎にデータの消去又は書き込みを行う機能を持たせる必要がない。ハードディスクにおいては、セクター単位(又はブロック単位)でデータの消去又は書き込みを行う場合がほとんどだからである。 However, when a hard disk of a computer that requires a large storage capacity is composed of an EEPROM, this EEPROM does not need to have a function of erasing or writing data for each bit. This is because in a hard disk, data is erased or written in units of sectors (or blocks).
よって、このような1ビット毎の書き換え機能を排除してでも、セル面積の縮小による大きな記憶容量を達成し、製品の低コスト化を図った方が有利であり、このような発想に基づき、フラッシュEEPROMが誕生した。 Therefore, even if the rewriting function for each bit is eliminated, it is advantageous to achieve a large storage capacity by reducing the cell area and to reduce the cost of the product. Flash EEPROM was born.
フラッシュEEPROMについての詳細は、例えば、非特許文献2に記載されている。
Details of the flash EEPROM are described in Non-Patent
図69は、フラッシュEEPROMのメモリセルの構造を示している。 FIG. 69 shows the structure of the memory cell of the flash EEPROM.
フラッシュEEPROMのメモリセルは、紫外線消去型EPROMのメモリセルと同様に、コントロールゲートとフローティングゲートを有している。フラッシュEEPROMでは、データの書き込みは、紫外線消去型EPROMと同様に、ホットエレクトロンをフローティングゲートに注入することにより行う。消去は、バイト型EEPROMと同様に、FNトンネル現象を利用して電子をフローティングゲートから抜き取ることにより行う。 The memory cell of the flash EEPROM has a control gate and a floating gate similarly to the memory cell of the ultraviolet erasable EPROM. In the flash EEPROM, data is written by injecting hot electrons into the floating gate, like the ultraviolet erasable EPROM. Erasing is performed by extracting electrons from the floating gate using the FN tunnel phenomenon, as in the byte type EEPROM.
フラッシュEEPROMにおいて、メモリセルを個別に見た場合の消去動作は、バイト型EEPROMと同じになるが、メモリセルアレイの全体を見た場合の動作は、バイト型EEPROMとは全く異なるものとなる。即ち、バイト型EEPROMは、バイト単位でデータを消去するが、フラッシュEEPROMは、全ビットを一括で消去する。このような動作手法を採用することにより、フラッシュEEPROMは、1ビット当たり1個のトランジスタからなるメモリセル部を実現し、大きな記憶容量を達成している。 In the flash EEPROM, the erase operation when the memory cells are individually viewed is the same as that of the byte type EEPROM, but the operation when the entire memory cell array is viewed is completely different from that of the byte type EEPROM. That is, the byte EEPROM erases data in byte units, whereas the flash EEPROM erases all bits at once. By adopting such an operation method, the flash EEPROM realizes a memory cell portion composed of one transistor per bit and achieves a large storage capacity.
なお、フラッシュEEPROMにおけるデータの書き込みは、紫外線消去型EPROMと同様に、1ビット毎に行うことができる。即ち、消去が全ビット一括で行われ、書き込みが1ビット毎に行う事ができる点においては、フラッシュEEPROMと紫外線消去型EPROMは同じとなる。 Note that data writing in the flash EEPROM can be performed bit by bit as in the ultraviolet erasable EPROM. In other words, the flash EEPROM and the ultraviolet erasable EPROM are the same in that erasing can be performed all at once and writing can be performed bit by bit.
大きな記憶容量のメモリチップを実現するため、上述したようなフラッシュEEPROMを基にNAND型フラッシュEEPROMが提案されている。 In order to realize a memory chip having a large storage capacity, a NAND flash EEPROM has been proposed based on the above-described flash EEPROM.
非特許文献3は、NAND型フラッシュEEPROMについて開示する。
Non-Patent
NAND型EEPROMのメモリセルアレイ部は、図70及び図71に示すように、複数個(例えば、16個)のメモリセルを直列接続してNAND列とし、その両端に1つずつセレクトトランジスタを接続したNANDユニットから構成される。 As shown in FIGS. 70 and 71, in the memory cell array part of the NAND type EEPROM, a plurality of (for example, 16) memory cells are connected in series to form a NAND string, and one select transistor is connected to each of both ends. It is composed of NAND units.
NAND型EEPROMでは、1つのメモリセルではなく、1つのNANDユニットに対して、ビット線コンタクト部及びソース線を設ければよく、また、NAND列を構成する複数のメモリセルは、互いに隣接するメモリセル同士で1つの拡散層を共有するため、1ビット当たりのメモリセルサイズを大幅に削減でき、大きな記憶容量のメモリチップを実現できる。 In the NAND type EEPROM, a bit line contact portion and a source line may be provided for one NAND unit instead of one memory cell, and a plurality of memory cells constituting the NAND string are adjacent to each other. Since the cells share one diffusion layer, the memory cell size per bit can be greatly reduced, and a memory chip having a large storage capacity can be realized.
図72は、NOR型フラッシュEEPROMを示している。NOR型フラッシュEEPROMでは、ビット線とソース線の間に1ビット(1つ)のメモリセルが配置される。 FIG. 72 shows a NOR type flash EEPROM. In the NOR type flash EEPROM, a 1-bit (one) memory cell is arranged between a bit line and a source line.
上述のNAND型フラッシュEEPROMは、コスト面から見ると、NOR型フラッシュEEPROMに比べて、セルサイズを小さくできるため、ビット単位のコストが低い、という大記憶容量のファイルメモリに適した特徴を持つ。また、機能面から見ると、NAND型フラッシュEEPROMは、NOR型フラッシュEEPROMに比べて、データの書き換えスピードが速い、低消費電力である、という特徴を持つ。 From the viewpoint of cost, the above-described NAND flash EEPROM has a feature suitable for a file memory having a large storage capacity in which the cell size can be reduced compared to the NOR flash EEPROM, and the cost in bit units is low. Also, from the functional aspect, the NAND flash EEPROM has characteristics that the data rewriting speed is faster and the power consumption is lower than that of the NOR flash EEPROM.
NAND型フラッシュEEPROMの機能面の特徴は、データの書換方式によるものである。即ち、NAND型フラッシュEEPROMの場合、書き込み及び消去は、シリコン基板(チャネル)とフローティングゲートとの間の電荷のやりとりで達成する。 The functional feature of the NAND flash EEPROM is based on the data rewrite method. That is, in the case of a NAND flash EEPROM, writing and erasing are achieved by exchanging charges between the silicon substrate (channel) and the floating gate.
また、電荷のやりとりには、FNトンネル現象を利用している。つまり、書き込みに必要な電流は、シリコン基板(チャネル)からフローティングゲートへ流れるFNトンネル電流であり、書き込みにホットエレクトロンを利用するNOR型フラッシュEEPROMと比較して、NAND型フラッシュEEPROMの消費電流は非常に小さくなる。 In addition, the FN tunnel phenomenon is used for charge exchange. In other words, the current required for writing is an FN tunnel current that flows from the silicon substrate (channel) to the floating gate, and the consumption current of the NAND flash EEPROM is much higher than that of a NOR flash EEPROM that uses hot electrons for writing. Becomes smaller.
64メガビットNAND型フラッシュEEPROMの場合、1ページ(512バイト)単位での書き込みを200[μs]で行うことが可能である。この書き込み時間は、NOR型フラッシュEEPROMにおける1ブロック単位での書き込み時間よりも短い。 In the case of a 64-megabit NAND flash EEPROM, writing in units of one page (512 bytes) can be performed in 200 [μs]. This writing time is shorter than the writing time for each block in the NOR type flash EEPROM.
表2は、NAND型フラッシュEEPTOMの特徴とNOR型フラッシュEEPROMの特徴を比較して示したものである。
表2に示すように、両メモリの長所と短所は、互いに相補の関係にある。例えば、用途に関して、NAND型フラッシュEEPROMは、特定のブロックデータ単位で書き換えを行うことを条件に、データ読み出し用に使用できる。30万画素を有するデジタルカメラでは、1ショットの写真に約0.5メガビットの記憶容量が必要であるため、NAND型フラッシュEEPROMが広く用いられている。 As shown in Table 2, the advantages and disadvantages of both memories are complementary to each other. For example, NAND flash EEPROM can be used for data reading on condition that rewriting is performed in a specific block data unit. In a digital camera having 300,000 pixels, a storage capacity of about 0.5 megabit is required for one shot of a photograph, and therefore, a NAND flash EEPROM is widely used.
一方、NOR型フラッシュEEPROMは、100[ns]の高速なランダムアクセスが可能であるため、携帯電話などの制御プログラム用メモリとして広く用いられている。 On the other hand, the NOR flash EEPROM is widely used as a memory for a control program of a mobile phone or the like because it can perform random access at a high speed of 100 [ns].
このように、不揮発性半導体メモリの分野では、EEPROM(従来型)、フラッシュEEPROM、NAND型フラッシュEEPROMへと進化し、バイト単位の書き換え機能と引き換えに、メモリセルサイズの縮小化、即ち、1ビット当たりのコスト(ビットコスト)の低減を達成してきた。 Thus, in the field of nonvolatile semiconductor memory, it has evolved into EEPROM (conventional type), flash EEPROM, NAND type flash EEPROM, and in exchange for a rewrite function in units of bytes, the memory cell size is reduced, that is, 1 bit. The cost per unit (bit cost) has been reduced.
しかし、昨今のロジック混載不揮発性メモリでは、バイト単位のデータ書き換えの需要が高まっている。例えば、ICカードにおいては、収入、支出などのお金の管理で一部のデータを書き換える場合、フラッシュEEPROMを用いると、書き換えるデータの量が大きくなりすぎる。 However, the demand for data rewriting in byte units is increasing in the recent logic-embedded nonvolatile memory. For example, in the case of an IC card, when a part of data is rewritten by managing money such as income and expenditure, if the flash EEPROM is used, the amount of data to be rewritten becomes too large.
よって、このような欠点をなくすため、バイト単位で書き換えが可能なバイト型EEPROMが必要となる。ところが、バイト型EEPROMは、上述したように、1ビット当り素子数が多く、記憶容量の増大やビットコストの低減には不利である。 Therefore, in order to eliminate such drawbacks, a byte EEPROM that can be rewritten in units of bytes is required. However, the byte type EEPROM has a large number of elements per bit as described above, which is disadvantageous for increasing the storage capacity and reducing the bit cost.
現在、不揮発性半導体メモリの主流は、フラッシュEEPROM(NOR型、NAND型など)であるため、フラッシュEEPROMと同一のプロセス及び書き換え方法を有するバイト型EEPROMを開発すれば、市場の要求に応じたEEPROMを低いコストで生産できることになる。
本発明は、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで形成でき、さらに、フラッシュEEPROMと同一の書き換え方法を採用でき、バイト単位のデータ書き換えも可能な新規な不揮発性半導体メモリを提供する。 The present invention provides a novel non-volatile semiconductor memory that can be formed by the same process as that of a flash EEPROM, that can employ the same rewriting method as that of a flash EEPROM, and that can rewrite data in byte units.
本発明の不揮発性半導体メモリは、1個のメモリセルと1個のセレクトトランジスタとから構成される第1メモリセルユニットを有するメモリセルアレイと、メモリセルに直接接続されるビット線と、ビット線に接続されるラッチ機能を持つセンスアンプとを備え、メモリセルは、フローティングゲートとコントロールゲートを有するスタックゲート構造を有し、メモリセルに対するデータ書き込み/消去は、共に、FNトンネル現象を用いて行われる。 A nonvolatile semiconductor memory according to the present invention includes a memory cell array having a first memory cell unit including one memory cell and one select transistor, a bit line directly connected to the memory cell, and a bit line. The memory cell has a stack gate structure having a floating gate and a control gate, and data write / erase to / from the memory cell is performed by using the FN tunnel phenomenon. .
本発明の例によれば、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで形成でき、さらに、フラッシュEEPROMと同一の書き換え方法を採用でき、バイト単位のデータ書き換えも可能な新規な不揮発性半導体メモリを提供できる。 According to the example of the present invention, it is possible to provide a novel non-volatile semiconductor memory that can be formed by the same process as that of the flash EEPROM, can adopt the same rewriting method as the flash EEPROM, and can rewrite data in byte units.
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 The best mode for carrying out an example of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明のバイト型EEPROMのメモリセルを示している。図2は、図1のメモリセルの等価回路を示している。図3は、メモリセルアレイの全体の回路構成を示している。 FIG. 1 shows a memory cell of a byte type EEPROM of the present invention. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the memory cell of FIG. FIG. 3 shows the overall circuit configuration of the memory cell array.
メモリセルMCは、コントロールゲートとフローティングゲートを有し、フラッシュEEPROMのメモリセルと同じ構造となっている。メモリセルMCの両端には、それぞれ1つずつセレクトトランジスタST1,ST2が接続されている。セレクトトランジスタST1は、ビット線コンタクト部BCを経由してビット線に接続され、セレクトトランジスタST2は、ソース線SLに接続される。 The memory cell MC has a control gate and a floating gate, and has the same structure as the memory cell of the flash EEPROM. Select transistors ST1 and ST2 are respectively connected to both ends of the memory cell MC. The select transistor ST1 is connected to the bit line via the bit line contact portion BC, and the select transistor ST2 is connected to the source line SL.
メモリセルMC及びセレクトトランジスタST1,ST2により1つのメモリセルユニットが構成され、メモリセルアレイは、複数のメモリセルユニットがアレイ状に配置されることにより実現される。 The memory cell MC and the select transistors ST1, ST2 constitute one memory cell unit, and the memory cell array is realized by arranging a plurality of memory cell units in an array.
ロウ方向に配置される複数のメモリセルユニットにより1つのブロックが構成される。1つのブロック内には、ロウ方向に延びる1本のコントロールゲート線CGLが配置される。1本のコントロールゲート線CGLに接続されるメモリセルをまとめて1ページと呼ぶ。 A plurality of memory cell units arranged in the row direction constitute one block. One control gate line CGL extending in the row direction is disposed in one block. Memory cells connected to one control gate line CGL are collectively called one page.
消去動作は、1ページごとに行うことができる。メモリセルに対する書き込み及び読み出しの各動作も、カラムごとにラッチ機能を持つセンスアンプを設けることで、1ページ同時に行うことができる。但し、データの入出力は、例えば、ビットごとにシリアルに行われる。 The erase operation can be performed for each page. Each write and read operation to the memory cell can be performed simultaneously for one page by providing a sense amplifier having a latch function for each column. However, data input / output is performed serially for each bit, for example.
また、このような構成により、バイト単位のデータ書き換えが可能となる。 Also, with such a configuration, data rewriting in units of bytes can be performed.
本発明のバイト型EEPROMは、構造面で見ると、NAND型フラッシュEEPROMにおいて1つのNANDユニット内のメモリセルを1つにしたものと考えることができる。但し、本発明のバイト型EEPROMは、機能面で見ると、NAND型フラッシュEEPROMとは大きく異なっている。これについては、動作の説明で詳述する。 From the viewpoint of structure, the byte type EEPROM of the present invention can be considered as one memory cell in one NAND unit in the NAND type flash EEPROM. However, the byte type EEPROM of the present invention is greatly different from the NAND type flash EEPROM in terms of function. This will be described in detail in the description of the operation.
本発明のバイト型EEPROMの構造面での長所について説明する。 The structural advantages of the byte type EEPROM of the present invention will be described.
本発明のバイト型EEPROMのメモリセル部は、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセル部と比べると、1つのユニットを構成するメモリセルの数が異なるだけである。よって、本発明のバイト型EEPROMでは、NAND型フラッシュEEPROMのプロセスをそのまま採用できるため、バイト単位の消去が可能であるにもかかわらず、記憶容量を増大でき、かつ、生産コストも低減できる。 The memory cell portion of the byte EEPROM of the present invention is different from the memory cell portion of the NAND flash EEPROM only in the number of memory cells constituting one unit. Therefore, in the byte type EEPROM of the present invention, the process of the NAND type flash EEPROM can be adopted as it is, so that the storage capacity can be increased and the production cost can be reduced even though the byte unit can be erased.
例えば、デザインルールを0.4[μm]とした場合、1個のメモリセルの面積(短辺長a×長辺長b)は、短辺長aが1.2[μm]、長辺長bが3.2[μm]であるため、3.84[μm2 ]となる。一方、図65及び図66に示すような従来のバイト型EEPROMでは、デザインルールを0.4[μm]とした場合、1個のメモリセルの面積は、36[μm2 ]となる。 For example, when the design rule is 0.4 [μm], the area (short side length a × long side length b) of one memory cell has a short side length a of 1.2 [μm] and a long side length Since b is 3.2 [μm], it is 3.84 [μm 2 ]. On the other hand, in the conventional byte type EEPROM as shown in FIGS. 65 and 66, when the design rule is 0.4 [μm], the area of one memory cell is 36 [μm 2 ].
つまり、メモリセルアレイ部に関しては、単純に計算しても、本発明のバイト型EEPROMは、従来のバイト型EEPROMに比べて、約10倍の記憶容量を実現できる。 In other words, with respect to the memory cell array part, even if it is simply calculated, the byte type EEPROM of the present invention can realize a storage capacity about 10 times that of the conventional byte type EEPROM.
また、本発明のバイト型EEPROMは、NAND型フラッシュEEPROMと同一のプロセスで製造可能であるため、ロジック混載不揮発性メモリへの応用も容易である。 Further, since the byte type EEPROM of the present invention can be manufactured by the same process as the NAND type flash EEPROM, it can be easily applied to a logic mixed nonvolatile memory.
また、本発明のバイト型EEPROMのメモリセルは、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルと同じ構造であるため、1つのメモリセルについて見れば、フラッシュEEPROMの書き換え方式、即ち、FNトンネル現象を利用した書き換え方式をそのまま採用できる。 In addition, since the memory cell of the byte type EEPROM of the present invention has the same structure as the memory cell of the NAND type flash EEPROM, the rewriting method of the flash EEPROM, that is, the rewriting using the FN tunnel phenomenon, can be seen for one memory cell. The method can be adopted as it is.
但し、メモリセルアレイ全体として見た場合には、本発明のバイト型EEPROMは、バイト単位のデータ書き換え(バイト消去)が行える点でNAND型フラッシュEEPROMと異なる。 However, when viewed as a whole memory cell array, the byte EEPROM of the present invention is different from the NAND flash EEPROM in that data rewriting (byte erasing) can be performed in units of bytes.
以下、本発明のバイト型EEPROMの消去動作、書き込み動作及び読み出し動作について順次説明する。 Hereinafter, an erase operation, a write operation, and a read operation of the byte EEPROM according to the present invention will be sequentially described.
消去動作時、選択ブロックのコントロールゲート(ワード線)CGLには接地電位が印加され、非選択ブロックのコントロールゲートCGLはフローティング状態に設定される。 During the erase operation, the ground potential is applied to the control gate (word line) CGL of the selected block, and the control gate CGL of the unselected block is set in a floating state.
この後、例えば、21[V]、3[ms]の消去パルスがバルクに印加される。ここで、バルクとは、シリコン基板に形成されるウエルのことであり、メモリセルMC及びセレクトトランジスタSL1,SL2は、全て、このウエル中に形成される。 Thereafter, for example, erase pulses of 21 [V] and 3 [ms] are applied to the bulk. Here, the bulk is a well formed in the silicon substrate, and the memory cell MC and the select transistors SL1 and SL2 are all formed in this well.
消去パルスがバルクに印加されると、選択ブロックのメモリセルMCでは、バルクとコントロールゲートの間に消去電圧(21[V])が加わり、フローティングゲート中の電子がFN(Fowler−Nordheim)トンネル現象によりチャネル(ウェル)に移動する。その結果、メモリセルの閾値電圧は、−3[V]程度となる。 When the erase pulse is applied to the bulk, in the memory cell MC of the selected block, an erase voltage (21 [V]) is applied between the bulk and the control gate, and electrons in the floating gate are FN (Fowler-Nordheim) tunnel phenomenon. To move to the channel (well). As a result, the threshold voltage of the memory cell is about −3 [V].
本発明のバイト型EEPROMでは、消去動作においてメモリセルの閾値電圧の絶対値が極端に大きくなる過消去を問題としなくてもよい。よって、1個の消去パルスで、閾値電圧が−3[V]程度になるような条件で消去動作を行い、消去時間(閾値電圧が所定値未満になったかを確認するベリファイを行う場合はこれに要する時間も含む)を短くすることができる。 In the byte type EEPROM of the present invention, over-erasing in which the absolute value of the threshold voltage of the memory cell becomes extremely large in the erasing operation may not be a problem. Therefore, the erase operation is performed with a single erase pulse under the condition that the threshold voltage is about −3 [V], and the erase time (when verifying whether the threshold voltage is less than the predetermined value is performed) (Including the time required for).
本発明のバイト型EEPROMが過消去を問題としない理由は、1つのメモリセルMCの両端にセレクトトランジスタST1,ST2が接続されているためである。即ち、データ読み出し時には、非選択メモリセルを常にオフ状態にし、選択メモリセルをデータに応じてオン又はオフ状態にする必要があるが、過消去は、この非選択メモリセルをオン状態にしてしまう。セレクトトランジスタST1,ST2を設けておけば、非選択メモリセルがオン状態になっても、非選択メモリセルのデータがビット線に導かれることはないため、メモリの動作に関して不都合はない。 The reason why the byte type EEPROM of the present invention does not cause over-erasure is that the select transistors ST1 and ST2 are connected to both ends of one memory cell MC. That is, at the time of data reading, it is necessary to always turn off the non-selected memory cell and turn on or off the selected memory cell according to the data, but over-erasing turns on the non-selected memory cell. . If the select transistors ST1 and ST2 are provided, even if the non-selected memory cell is turned on, the data of the non-selected memory cell is not guided to the bit line, so there is no inconvenience regarding the operation of the memory.
消去動作時、非選択ブロックのコントロールゲートCGLはフローティング状態に設定されている。よって、非選択ブロックのメモリセルMCでは、バルク(ウエル)の電位が上昇しても、コントロールゲートCGLとバルクの容量カップリングにより、コントロールゲートCGLの電位も上昇するため、データの消去は行われない。 During the erase operation, the control gate CGL of the non-selected block is set in a floating state. Therefore, in the memory cell MC of the non-selected block, even if the bulk (well) potential rises, the potential of the control gate CGL also rises due to capacitive coupling between the control gate CGL and the bulk, so that data is erased. Absent.
コントロールゲートCGLは、ポリシリコン、ポリシリコンと金属シリサイドの積層などから構成される。また、コントロールゲートCGLは、金属配線を経由してワード線ドライブ用MOSトランジスタのソースに接続される。よって、コントロールゲートには、ワード線ドライブ用トランジスタのソースの接合容量、ソースとゲートのオーバラップ容量、コントロールゲートと金属配線の間の容量、コントロールゲートとバルク(ウエル)の間の容量などが接続される。 The control gate CGL is composed of polysilicon, a laminate of polysilicon and metal silicide, or the like. The control gate CGL is connected to the source of the word line drive MOS transistor via a metal wiring. Therefore, the junction capacity of the source of the word line drive transistor, the overlap capacity of the source and gate, the capacity between the control gate and the metal wiring, the capacity between the control gate and the bulk (well), etc. are connected to the control gate. Is done.
これらの容量の中でも、コントロールゲートとバルク(ウエル)の間の容量は、特に大きい。つまり、コントロールゲートとバルクの間のカップリング比は、約0.9と非常に大きくなるため、非選択ブロックのメモリセルMCでは、コントロールゲートCGLとバルクの容量カップリングにより、FNトンネル電流が流れるのを防ぐことができる。 Among these capacitances, the capacitance between the control gate and the bulk (well) is particularly large. That is, since the coupling ratio between the control gate and the bulk is as large as about 0.9, the FN tunnel current flows in the memory cell MC of the non-selected block due to the capacitive coupling between the control gate CGL and the bulk. Can be prevented.
消去ベリファイでは、例えば、選択ブロック内の全てのメモリセルの閾値電圧が−1[V]以下になったか否かを検証する。本発明では、上述のように、過消去が問題とならないため、過消去の検証は必要がない。また、−3[V]程度まで確実に閾値電圧を下げることができる条件で消去を行い、ベリファイを省略することもできる。 In the erase verify, for example, it is verified whether or not the threshold voltage of all the memory cells in the selected block is −1 [V] or less. In the present invention, as described above, since over-erasing does not become a problem, verification of over-erasing is not necessary. In addition, erasing can be performed under the condition that the threshold voltage can be reliably lowered to about −3 [V], and verification can be omitted.
“0”書き込み動作時、選択ブロックのビット線側のセレクトトランジスタST1をオン状態にし、ソース線側のセレクトトランジスタST2をオフ状態にし、書き込み実行(“0”書き込み)のメモリセルに対しては、ビット線BLiを0[V]にし、書き込み禁止(“1”書き込み)のメモリセルに対しては、ビット線BLiを電源電位VCC(例えば、3.3[V])にする。 At the time of “0” write operation, the select transistor ST1 on the bit line side of the selected block is turned on, the select transistor ST2 on the source line side is turned off, and the memory cell for write execution (“0” write) is The bit line BLi is set to 0 [V], and the bit line BLi is set to the power supply potential VCC (for example, 3.3 [V]) for the memory cell in which writing is prohibited ("1" writing).
書き込み実行のメモリセルのチャネルには、ビット線BLiからセレクトトランジスタST1を経由して電位0[V]が印加される。よって、書き込み実行のメモリセルのチャネル電位は、接地電位となる。 A potential of 0 [V] is applied from the bit line BLi to the channel of the memory cell to be written through the select transistor ST1. Therefore, the channel potential of the memory cell in which writing is performed becomes the ground potential.
そして、選択ワード線(コントロールゲート)に書き込み電位が印加されると、選択ワード線に接続される選択メモリセルのうち、書き込み実行のメモリセルのフローティングゲートとチャネルの間には、大きな電位差が生じる。よって、書き込み実行のメモリセルでは、FNトンネル現象により、電子がチャネルからフローティングゲートへ移動する。 When a write potential is applied to the selected word line (control gate), a large potential difference is generated between the floating gate and the channel of the memory cell to be written among the selected memory cells connected to the selected word line. . Therefore, in the memory cell in which writing is performed, electrons move from the channel to the floating gate due to the FN tunnel phenomenon.
一方、書き込み禁止のメモリセルにおいては、チャネルは、電源電位VCCに充電され、かつ、フローティング状態に設定されている。そして、選択ワード線(コントロールゲート)に書き込み電位が印加されると、コントロールゲート、フローティングゲート、チャネル、バルク(ウエル)の直列容量結合により、チャネル電位も自動的に昇圧される。 On the other hand, in the write-protected memory cell, the channel is charged to the power supply potential VCC and is set in a floating state. When a write potential is applied to the selected word line (control gate), the channel potential is automatically boosted by the series capacitive coupling of the control gate, floating gate, channel, and bulk (well).
よって、選択ワード線に接続される書き込み禁止のメモリセルのフローティングゲートとチャネルの間には大きな電位差が生じることはなく、チャネルからフローティングゲートへ電子が移動することもない。 Therefore, a large potential difference does not occur between the floating gate and the channel of the write-protected memory cell connected to the selected word line, and electrons do not move from the channel to the floating gate.
このように、書き込み禁止のメモリセルに対しては、コントロールゲートとチャネルの間のカップリング比を大きくし、かつ、チャネルの充電を十分に行なっておくことで、選択ワード線に書き込み電位が印加されたときのチャネル電位(書き込み禁止電位)を十分に高くできる。 As described above, for the write-protected memory cell, the write potential is applied to the selected word line by increasing the coupling ratio between the control gate and the channel and sufficiently charging the channel. When this is done, the channel potential (write inhibit potential) can be made sufficiently high.
コントロールゲートとチャネルの間のカップリング比Bは、以下の式により算出される。 The coupling ratio B between the control gate and the channel is calculated by the following equation.
B = Cox/(Cox+Cj)
ここで、Coxは、コントロールゲートとチャネルの間のゲート容量の総和、Cjは、メモリセルのソースとドレインの接合容量の総和である。
B = Cox / (Cox + Cj)
Here, Cox is the total gate capacitance between the control gate and the channel, and Cj is the total junction capacitance between the source and drain of the memory cell.
メモリセルのチャネル容量は、これらゲート容量の総和Coxと接合容量の総和Cjの合計となる。 The channel capacity of the memory cell is the sum of the sum Cox of the gate capacity and the sum Cj of the junction capacity.
なお、セレクトトランジスタのゲートとソースのオーバーラップ容量、ビット線とソース・ドレインの間の容量などは、チャネル容量に比べると、非常に小さいため、ここでは無視している。 Note that the overlap capacitance between the gate and the source of the select transistor and the capacitance between the bit line and the source / drain are neglected here because they are much smaller than the channel capacitance.
読み出し動作時、ビット線をプリチャージ電位に充電した後、図4及び図5に示すように、選択メモリセルのコントロールゲート(選択ワード線)には、0[V]を印加し、選択メモリセルの両側のセレクトトランジスタのゲートには、電源電位VCCを印加し、非選択メモリセルの両側のセレクトトランジスタのゲートには、0[V]を印加する。この時、選択メモリセルの両側のセレクトトランジスタは、オン状態、非選択メモリセルの両側のセレクトトランジスタは、オフ状態となる。 In the read operation, after the bit line is charged to the precharge potential, 0 [V] is applied to the control gate (selected word line) of the selected memory cell as shown in FIGS. The power supply potential VCC is applied to the gates of the select transistors on both sides of the memory cell, and 0 [V] is applied to the gates of the select transistors on both sides of the unselected memory cell. At this time, the select transistors on both sides of the selected memory cell are turned on, and the select transistors on both sides of the non-selected memory cell are turned off.
選択メモリセルのうち、データ“1”が書き込まれているメモリセル、即ち、消去状態のメモリセルについては、閾値電圧が負のディプレッション・モードとなっているため、オン状態となり、ビット線の電位が下がる。逆に、データ“0”が書き込まれているメモリセルについては、閾値電圧が正のエンハンスメント・モードとなっているため、オフ状態となり、ビット線の電位は、プリチャージ電位に維持される。 Among the selected memory cells, a memory cell in which data “1” is written, that is, an erased memory cell is in a depletion mode having a negative threshold voltage, and thus is turned on, and the potential of the bit line Go down. On the other hand, the memory cell in which data “0” is written has the threshold voltage in the positive enhancement mode, and thus is turned off, and the bit line potential is maintained at the precharge potential.
このように、データ“0”、“1”の判断は、ビット線からソース線にセル電流が流れるか否かによって行う。ビット線の電位の変化は、センスアンプにより増幅(検知)される。 As described above, the determination of data “0” and “1” is made based on whether or not a cell current flows from the bit line to the source line. The change in the potential of the bit line is amplified (detected) by the sense amplifier.
本発明のバイト型EEPROMによれば、メモリセルMCは、セレクトトランジスタに挟まれているため、以下の長所を有する。 According to the byte type EEPROM of the present invention, since the memory cell MC is sandwiched between the select transistors, the memory cell MC has the following advantages.
第一に、読み出し電位を0[V]とする場合、図6に示すように、消去後又は書き込み後の閾値電圧分布は、負(データ“1”)又は正(データ“0”)になっていればよい。即ち、“1”と“0”を区別するベリファイ機能を設ければ、過消去や過書き込みを検知するベリファイ機能を設けなくてもよい。よって、従来のフラッシュEEPROMで行われているような複雑なベリファイは必要なくなる。また、本発明では、過消去により負の閾値電圧の絶対値が大きくなったり、過書き込みにより正の閾値電圧の絶対値が大きくなる場合でも、正常な読み出し動作が可能である。よって、ゲート酸化膜(トンネル酸化膜)に加わる電界を高く設定し、消去時間及び書き込み時間を短くすることができる。 First, when the read potential is set to 0 [V], as shown in FIG. 6, the threshold voltage distribution after erasing or writing becomes negative (data “1”) or positive (data “0”). It only has to be. That is, if a verify function for distinguishing between “1” and “0” is provided, a verify function for detecting over-erase or over-write need not be provided. This eliminates the need for complicated verification as in a conventional flash EEPROM. In the present invention, a normal read operation is possible even when the absolute value of the negative threshold voltage increases due to over-erasing or when the absolute value of the positive threshold voltage increases due to over-writing. Therefore, the electric field applied to the gate oxide film (tunnel oxide film) can be set high, and the erase time and write time can be shortened.
第二に、NAND型フラッシュEEPROMのように、消去及び書き込みは、共に、FNトンネル現象を利用したフローティングゲートとチャネルの間での電荷のやりとりにより行われる。よって、データ書き換え時の消費電流を非常に小さく抑えることができ、1回の書き換え動作で同時に書き換えるメモリセルの数を増大させることができる。 Secondly, like the NAND flash EEPROM, erasing and writing are both performed by exchanging charges between the floating gate and the channel using the FN tunnel phenomenon. Therefore, the current consumption at the time of data rewriting can be kept very small, and the number of memory cells that can be rewritten simultaneously by one rewriting operation can be increased.
第三に、本発明のバイト型EEPROMは、NAND型フラッシュEEPROMとは異なり、セレクトトランジスタの間のメモリセルは、1つのみである。つまり、セレクトトランジスタの間に選択メモリセルと非選択メモリセルが混在することはないため、読み出し時に、非選択メモリセルを常にオン状態にしてパストランジスタとして機能させる必要もない。よって、過書き込みを防止するための処置は不要である。 Third, unlike the NAND flash EEPROM, the byte EEPROM of the present invention has only one memory cell between the select transistors. That is, since the selected memory cell and the non-selected memory cell are not mixed between the select transistors, it is not necessary to always turn on the non-selected memory cell to function as a pass transistor at the time of reading. Therefore, no measures are required to prevent overwriting.
また、読み出し時に、非選択メモリセルを常にオン状態にしておく必要がないため、選択メモリセルのコントロールゲートを0[V]として読み出しを行う場合に、非選択メモリセルのコントロールゲートも0[V]とし、リードリテンション(Read Retention)を考慮しなくてもよくなる。 Further, since it is not necessary to always keep the non-selected memory cell in the ON state at the time of reading, when reading is performed with the control gate of the selected memory cell being 0 [V], the control gate of the non-selected memory cell is also 0 [V ], And it is not necessary to consider the read retention.
即ち、従来のNAND型フラッシュEEPROMでは、セレクトトランジスタの間に複数のメモリセルが直列接続されているため、読み出し時、選択メモリセルのコントロールゲートを0[V]とし、非選択メモリセルのコントロールゲートをVread(=4.5V)としていた。これが、リードリテンションを縮める原因になっていた。 That is, in the conventional NAND flash EEPROM, a plurality of memory cells are connected in series between the select transistors. Therefore, at the time of reading, the control gate of the selected memory cell is set to 0 [V], and the control gate of the non-selected memory cell is set. Vread (= 4.5V). This has caused the lead retention to shrink.
本発明では、セレクトトランジスタの間には1つのメモリセルのみが接続されるため、読み出し時、全てのメモリセルのコントロールゲートを0[V]とし、メモリセルの両端のセレクトトランジスタのオン/オフのみにより、メモリセルの選択/非選択を決定することができる。 In the present invention, since only one memory cell is connected between the select transistors, at the time of reading, the control gates of all the memory cells are set to 0 [V] and only the select transistors at both ends of the memory cell are turned on / off. Thus, selection / non-selection of the memory cell can be determined.
また、ビット線とメモリセルの間にセレクトトランジスタを接続しているため、読み出し時に、非選択メモリセルを常にオフ状態にしておく必要もない。よって、過消去を防止するための処置も不要である。 Further, since the select transistor is connected between the bit line and the memory cell, it is not necessary to always keep the non-selected memory cell in the OFF state at the time of reading. Therefore, no measures for preventing over-erasure are required.
また、“0”書き込み時において、非選択ワード線(コントロールゲート)に中間電位(書き込み電位の約1/2の電位)を与える必要がない。メモリセルとビット線の間にセレクトトランジスタが存在すると共に、セレクトトランジスタの間のメモリセルも1個のみだからである。 In addition, when “0” is written, it is not necessary to apply an intermediate potential (a potential that is approximately ½ of the write potential) to the unselected word line (control gate). This is because a select transistor exists between the memory cell and the bit line, and there is only one memory cell between the select transistors.
また、非選択ワード線に中間電位を与えなくても、誤書き込みを防止できるため、書き込みの信頼性が高くなる。また、ページ単位(又はビット単位)の書き換えが可能となる。読み出し時においても、パストランジスタがないため、セル電流を大きくできる。よって、高速な読み出しが可能となり、読み出し時のデータ保持特性が向上する。 Further, since the erroneous writing can be prevented without applying an intermediate potential to the non-selected word line, the writing reliability is improved. In addition, rewriting can be performed in page units (or bit units). Even during reading, the cell current can be increased because there is no pass transistor. Therefore, high-speed reading is possible, and data retention characteristics at the time of reading are improved.
表3は、上述の消去、書き込み、読み出しのそれぞれの動作におけるセレクトゲート線SSL,GSL、コントロールゲート線(ワード線)CGL、ビット線BLi、セルソース線SL、セルPウェルの電位を示している。
消去動作においては、選択ブロックのコントロールゲート線CGLは、0[V]に設定され、非選択ブロックのコントロールゲート線CGL及び全てのセレクトゲート線SSL,GSLは、フローティング状態に設定される。 In the erase operation, the control gate line CGL of the selected block is set to 0 [V], and the control gate line CGL of the non-selected block and all the select gate lines SSL and GSL are set to a floating state.
この状態において、セルPウェルに消去電位Vera、例えば、21[V]が印加されると、フローティング状態の全てのセレクトゲート線SSL,GSLの電位と非選択ブロックのコントロールゲート線CGLの電位は、セルPウェルとの容量カップリングによって、Vera×β(但し、βは、カップリング比)になる。 In this state, when an erase potential Vera, for example, 21 [V] is applied to the cell P well, the potentials of all the select gate lines SSL and GSL in the floating state and the control gate lines CGL of the non-selected blocks are: By capacitive coupling with the cell P well, Vera × β (where β is a coupling ratio).
ここで、βを0.8とすると、フローティング状態の全てのセレクトゲート線SSL,GSLの電位と非選択ブロックのコントロールゲート線CGLの電位は、16.8[V]に上昇することになる。 Here, when β is 0.8, the potentials of all the select gate lines SSL and GSL in the floating state and the control gate line CGL of the non-selected block rise to 16.8 [V].
消去動作時、ビット線BLi及びセルソース線SLに接続されるN+ 拡散層とセルPウェルとからなるpn接合は、順方向にバイアスされる。このため、ビット線BLi及びセルソース線SLは、Vera−Vbに充電される。なお、Vbは、pn接合のビルトイン・ポテンシャルである。 During the erase operation, the pn junction composed of the N + diffusion layer connected to the bit line BLi and the cell source line SL and the cell P well is biased in the forward direction. Therefore, the bit line BLi and the cell source line SL are charged to Vera-Vb. Vb is a built-in potential of a pn junction.
書き込み動作においては、“1”データを書き込む選択メモリセルに接続されるビット線BLi、即ち、消去状態を維持する選択メモリセルに接続されるビット線BLiは、電源電位(例えば、3.3[V])VCCに設定され、“0”データを書き込む選択メモリセルに接続されるビット線BLiは、0[V]に設定される。 In the write operation, the bit line BLi connected to the selected memory cell into which “1” data is written, that is, the bit line BLi connected to the selected memory cell maintaining the erased state is supplied with the power supply potential (for example, 3.3 [ V]) The bit line BLi that is set to VCC and connected to the selected memory cell to which the “0” data is written is set to 0 [V].
選択ブロックのビット線側のセレクトゲート線SSLは、電源電位VCCに設定され、セルソース線側のセレクトゲート線GSLは、0[V]に設定され、コントロールゲート線CGLは、書き込み電位(例えば、18[V])Vprogに設定される。 The select gate line SSL on the bit line side of the selected block is set to the power supply potential VCC, the select gate line GSL on the cell source line side is set to 0 [V], and the control gate line CGL is set to the write potential (for example, 18 [V]) Vprog.
非選択ブロックのセレクトゲート線SSL,GSL、コントロールゲート線CGL及びセルPウェルは、0[V]に設定される。 The select gate lines SSL and GSL, the control gate line CGL and the cell P well in the non-selected block are set to 0 [V].
セルソース線は、0[V]に設定される。但し、選択ブロック内の“1”データを書き込むメモリセルのチャネル電位が、コントロールゲート線CGLとの容量カップリングにより昇圧され、パンチスルーによりセルソース線のリーク電流が問題となる場合には、セルソース線の電位は、電源電位VCCに設定するのがよい。 The cell source line is set to 0 [V]. However, if the channel potential of the memory cell in which “1” data is written in the selected block is boosted by capacitive coupling with the control gate line CGL, and the leak current of the cell source line becomes a problem due to punch through, the cell The potential of the source line is preferably set to the power supply potential VCC.
読み出し動作においては、選択ブロックのセレクトゲート線SSL,GSLは、電源電位VCCに設定され、コントロールゲート線CGLは、0[V]に設定される。データ読み出し前にビット線をプリチャージする方式の場合、ビット線BLiは、プリチャージ電位(例えば、1.2[V])VBLに設定される。 In the read operation, the select gate lines SSL and GSL of the selected block are set to the power supply potential VCC, and the control gate line CGL is set to 0 [V]. In the case of precharging the bit line before reading data, the bit line BLi is set to a precharge potential (eg, 1.2 [V]) VBL.
選択メモリセルのうち“1”データが記憶されているものは、オン状態となり、セル電流が流れるため、ビット線BLiは、0[V]に放電される。一方、選択メモリセルのうち“0”データが記憶されているものは、オフ状態となり、セル電流が流れないため、ビット線BLiは、プリチャージ電位VBLを保持することになる。 Among the selected memory cells, those storing “1” data are turned on and the cell current flows, so that the bit line BLi is discharged to 0 [V]. On the other hand, the selected memory cell in which “0” data is stored is turned off and no cell current flows, so that the bit line BLi holds the precharge potential VBL.
読み出し動作において、選択ブロックのコントロールゲート線CGLに電源電位(例えば、3.3V)VCCを与えて読み出し動作を行いたい場合には、メモリセルの閾値分布を図7に示すように設定すればよい。 In the read operation, when it is desired to perform the read operation by applying the power supply potential (for example, 3.3 V) VCC to the control gate line CGL of the selected block, the threshold distribution of the memory cells may be set as shown in FIG. .
表4は、図7の閾値分布を有する場合の消去、書き込み、読み出しのそれぞれの動作におけるセレクトゲート線SSL,GSL、コントロールゲート線(ワード線)CGL、ビット線BLi、セルソース線SL、セルPウェルの電位を示している。
本発明では、上述したように、メモリセルの両端にセレクトトランジスタが設けられているため、消去後(“1”データ)のメモリセルの閾値分布の裾野が正から負に跨っていてもよい。 In the present invention, as described above, since select transistors are provided at both ends of the memory cell, the base of the threshold distribution of the memory cell after erasure (“1” data) may extend from positive to negative.
図8は、本発明のバイト型EEPROMの回路ブロックの主要部を示している。 FIG. 8 shows the main part of the circuit block of the byte type EEPROM of the present invention.
このEEPROMは、上述のように、1つのメモリセルを2つのセレクトトランジスタで挟み込んだ3素子から成るメモリセルユニットをマトリックス状に配置したメモリセルアレイ11、メモリセルアレイ11上においてロウ方向に複数本配置されたコントロールゲート線10a及びメモリセルアレイ11上においてカラム方向に複数本配置されたビット線10bを有している。
As described above, the EEPROM includes a
ロウデコーダ12は、ロウ、即ち、コントロールゲート線10aの選択を行う。選択されたコントロールゲート線10aに接続されるメモリセルのデータは、カラムごとに設けられたデータラッチ機能を持つセンスアンプから成るセンスアンプ回路13に入力される。カラムデコーダ14は、カラム、即ち、ビット線BLiの選択を行う。
The
選択されたカラムのセンスアンプのデータは、データ入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。メモリチップの内部に入力されるデータは、データ入出力バッファ18を経由して選択されたカラムのラッチ機能を持つセンスアンプにラッチされる。
The data of the sense amplifier in the selected column is output to the outside of the memory chip via the data input /
昇圧回路16は、書き込み動作や消去動作に必要な高電圧を生成する。制御回路17は、メモリチップの内部の各回路の動作を制御すると共に、メモリチップの内部と外部のインターフェースをとる役割を果たす。制御回路17は、メモリセルに対する消去、書き込み、読み出しの各動作を制御するシーケンス制御手段(例えば、プログラマブルロジックアレイ)を含んでいる。
The
図9は、図8のセンスアンプ回路13のうち1本のビット線BLiに接続されるラッチ機能を持つセンスアンプを示している。
FIG. 9 shows a sense amplifier having a latch function connected to one bit line BLi in the
センスアンプは、一方の出力が他方の入力となる2つのCMOSインバータI1,I2から成るラッチ回路21を主体とする。ラッチ回路21のラッチノードQは、カラム選択用のNMOSトランジスタM8を経由してI/O線に接続される。また、ラッチノードQは、センスアンプ遮断用のNMOSトランジスタM4とビット線電位クランプ用のNMOSトランジスタM1を経由してビット線BLiに接続される。
The sense amplifier mainly includes a
NMOSトランジスタM1,M4の接続ノードがセンスノードNsenseとなる。センスノードNsenseには、プリチャージ用のPMOSトランジスタM2とディスチャージ用のNMOSトランジスタM3が接続される。プリチャージ用のPMOSトランジスタM2は、プリチャージ制御信号Loadに基づいて所定期間にセンスノードNsenseの充電を行う。ディスチャージ用のNMOSトランジスタM3は、ディスチャージ制御信号DCBに基づいてセンスノードNsenseの電荷を放電する。 A connection node of the NMOS transistors M1 and M4 becomes a sense node Nsense. A precharge PMOS transistor M2 and a discharge NMOS transistor M3 are connected to the sense node Nsense. The precharge PMOS transistor M2 charges the sense node Nsense for a predetermined period based on the precharge control signal Load. The discharge NMOS transistor M3 discharges the charge of the sense node Nsense based on the discharge control signal DCB.
ラッチ回路21のラッチノードQbには、制御信号φL1に基づいてラッチノードQbを強制的に接地するためのリセット用NMOSトランジスタM5が接続される。ラッチ回路21のラッチノードQには、制御信号φL2に基づいてラッチノードQを強制的に接地するためのリセット用NMOSトランジスタM6が接続される。
A reset NMOS transistor M5 for forcibly grounding the latch node Qb based on the control signal φL1 is connected to the latch node Qb of the
リセット用NMOSトランジスタM5,M6の共通ソースは、センスノードNsenseの電位により制御されるセンス用NMOSトランジスタM7を経由して接地点に接続される。センス用NMOSトランジスタM7は、NMOSトランジスタM5,M6と共にラッチ回路21のリセット用としても用いられる。
The common source of the reset NMOS transistors M5 and M6 is connected to the ground via the sense NMOS transistor M7 controlled by the potential of the sense node Nsense. The sense NMOS transistor M7 is used for resetting the
図10は、本発明のバイト型EEPROMのバイト単位の書き換え動作の概略的なフローチャートを示している。 FIG. 10 shows a schematic flowchart of the rewrite operation in byte units of the byte type EEPROM of the present invention.
このフローチャートに示すシーケンス動作は、図8の制御回路17により制御される。以下、このフローチャートに従って、バイト単位のデータ書き換え動作について説明する。
The sequence operation shown in this flowchart is controlled by the
バイト単位のデータ書き換えモードになると、まず、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルの1ページ分のデータがセンスアンプ回路に読み出される(ページ逆読み出し)。そして、センスアンプ回路には、この1ページ分のデータがラッチされる(ステップST1)。 In the byte-unit data rewrite mode, first, data for one page of a memory cell connected to the selected control gate line (word line) is read to the sense amplifier circuit (page reverse reading). Then, the data for one page is latched in the sense amplifier circuit (step ST1).
次に、アドレスで指定されたカラムに対応するバイトデータがロードされる。このロードされたバイトデータは、センスアンプ回路にラッチされている1ページ分のデータのうちデータ書き換えを行うバイトデータに対して上書きされる(ステップST2)。 Next, byte data corresponding to the column specified by the address is loaded. The loaded byte data is overwritten on the byte data to be rewritten out of the data for one page latched in the sense amplifier circuit (step ST2).
次に、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルの1ページ分のデータが同時に消去(ページ消去)される(ステップST3)。消去後には、選択されたコントロールゲート線に接続される各メモリセルに対して、消去が完全に行われたか、消去が行われ過ぎていないかを検証する消去ベリファイが行われる(ステップST4,5)。 Next, the data for one page of the memory cell connected to the selected control gate line is simultaneously erased (page erase) (step ST3). After erasure, erase verify is performed on each memory cell connected to the selected control gate line to verify whether erasure is completely performed or not erased (steps ST4 and ST5). ).
そして、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内となるまでページ消去及び消去ベリファイが繰り返し行われ、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内(消去完了)となったときは、次の動作に移る(ステップST3〜5)。 Then, page erase and erase verify are repeatedly performed until the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range, and the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range (erase completion). If so, the operation proceeds to the next operation (steps ST3 to ST5).
なお、ラッチ機能を持つセンスアンプ回路が1本のビット線に対して1つのみ存在する場合(1ページ分しかない場合)、消去ベリファイの結果によっては、センスアンプ回路のデータが破壊される可能性がある。よって、このような場合には、消去ベリファイを行わずに、消去を1回で終了させる。 When only one sense amplifier circuit having a latch function exists for one bit line (when there is only one page), the data of the sense amplifier circuit may be destroyed depending on the result of erase verification. There is sex. Therefore, in such a case, the erasure is completed once without performing the erase verify.
この後、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルに対して、センスアンプ回路にラッチされている1ページ分のデータが同時に書き込まれる(ステップST6)。書き込み後には、選択されたコントロールゲート線に接続される各メモリセルに対して、書き込みが完全に行われたか、書き込みが行われ過ぎていないかを検証する書き込みベリファイが行われる(ステップST7,8)。 Thereafter, the data for one page latched in the sense amplifier circuit is simultaneously written into the memory cells connected to the selected control gate line (step ST6). After the writing, a write verify is performed to verify whether the writing is completely performed or the writing is not performed on each memory cell connected to the selected control gate line (steps ST7 and ST8). ).
そして、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内となるまでページ書き込み及び書き込みベリファイが繰り返し行われ、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内(書き込み完了)となったときは、バイト単位のデータ書き換え動作を終了させる。 Then, page write and write verify are repeatedly performed until the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range, and the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range (write complete). If so, the data rewrite operation in byte units is terminated.
なお、高い書き込み電位を用い、1回の書き込みパルスで1回の書き込みを行う場合には、書き込みベリファイを省略することもできる。 Note that when a high write potential is used and one write is performed with one write pulse, the write verify can be omitted.
図11乃至図14は、図10の主要ステップにおける選択メモリセルのデータとセンスアンプ回路のノードQb(図9)の状態を示している。 11 to 14 show the state of the data of the selected memory cell and the node Qb (FIG. 9) of the sense amplifier circuit in the main steps of FIG.
図11は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルの1ページ分のデータがセンスアンプ回路に読み出された状態を示している(ステップST1に対応)。 FIG. 11 shows a state where data for one page of the memory cell connected to the selected control gate line (word line) is read by the sense amplifier circuit (corresponding to step ST1).
メモリセルのデータが“0”(閾値電圧が正)の場合、ビット線BLiの電荷は放電されず、プリチャージ電位を維持する。よって、図9のセンスノードNsenseは電源電位VCCとなる。制御信号φL2を電源電位VCCとすると、ノードQは接地電位VSS、即ち、“0”となる。 When the data in the memory cell is “0” (threshold voltage is positive), the charge of the bit line BLi is not discharged and the precharge potential is maintained. Therefore, the sense node Nsense in FIG. 9 becomes the power supply potential VCC. When the control signal φL2 is the power supply potential VCC, the node Q becomes the ground potential VSS, that is, “0”.
逆に、メモリセルのデータが“1”(閾値電圧が負)の場合、ビット線BLiの電荷は放電される。よって、図9のセンスノードNsenseは接地電位VSSとなる。制御信号φL2を電源電位VCCとすると、ノードQは電源電位VCC、即ち、“1”となる。 Conversely, when the data in the memory cell is “1” (threshold voltage is negative), the charge on the bit line BLi is discharged. Therefore, the sense node Nsense in FIG. 9 becomes the ground potential VSS. When the control signal φL2 is set to the power supply potential VCC, the node Q becomes the power supply potential VCC, that is, “1”.
図12は、センスアンプ回路にラッチされた1ページ分のデータのうちアドレスで指定されたバイトデータ(8ビットデータ)に対して、データの上書きが行われた状態を示している(ステップST2に対応)。 FIG. 12 shows a state in which data is overwritten on byte data (8-bit data) designated by an address among data for one page latched by the sense amplifier circuit (in step ST2). Correspondence).
図13は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルのデータを消去(ページ消去)した状態を示している(ステップST3に対応)。ページ消去により、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルのデータは、全て“1”となる。 FIG. 13 shows a state in which data of a memory cell connected to the selected control gate line (word line) is erased (page erase) (corresponding to step ST3). By page erasing, all data in the memory cells connected to the selected control gate line becomes “1”.
図14は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルに対して、センスアンプ回路にラッチされた1ページ分のデータを書き込み(ページ書き込み)した状態を示している(ステップST6に対応)。 FIG. 14 shows a state where one page of data latched in the sense amplifier circuit is written (page write) to the memory cell connected to the selected control gate line (word line) (step writing). Corresponding to ST6).
このように、メモリセルアレイ11に対しては、動作上は、ページ単位のデータ書き換えとなっているが、実際は、バイト単位のデータの書き換えが行われたことになる。
As described above, in the operation of the
次に、図15及び図16のタイミングチャートを参照しながら、ページ書き込み、書き込みベリファイのための読み出し動作を、図9のセンスアンプ回路の動作を中心にして詳細に説明する。 Next, a read operation for page write and write verify will be described in detail with a focus on the operation of the sense amplifier circuit of FIG. 9 with reference to the timing charts of FIGS.
なお、図15及び図16は、1つのタイミングチャートを二つに分割したそれぞれの部分を示すものであり、図15のt5と図16のt5は、同じ時刻を表している。即ち、図15の後半部の波形と図16の前半部の波形が一部重複している。 15 and 16 show respective portions obtained by dividing one timing chart into two, and t5 in FIG. 15 and t5 in FIG. 16 represent the same time. That is, the waveform in the latter half of FIG. 15 partially overlaps with the waveform in the first half of FIG.
チップ外部からチップ内部に書き込みを指示するコマンドが入力されると、書き込み動作が開始される。 When a command instructing writing is input from the outside of the chip to the inside of the chip, the writing operation is started.
まず、センスノードNsenseをリセットするために、制御信号DCBを電源電位VCCにする。この時、MOSトランジスタM3がオンして、センスノードNsenseが接地される(t1)。 First, in order to reset the sense node Nsense, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC. At this time, the MOS transistor M3 is turned on, and the sense node Nsense is grounded (t1).
また、制御信号DCBと共に制御信号BLSHFも電源電位VCCにすると、MOSトランジスタM1がオンして、ビット線BLiが接地される。 When the control signal BLSHF is also set to the power supply potential VCC together with the control signal DCB, the MOS transistor M1 is turned on and the bit line BLi is grounded.
書き込みデータをセンスアンプ回路にロードする前に、データラッチ制御信号φL1を電源電位VCC、プリチャージ制御信号Loadを接地電位VSSにする。この時、MOSトランジスタM5,M7がオンして、ラッチ回路21のラッチノードQbが強制接地され、データがリセットされる。即ち、センスアンプ回路20の全てのセンスアンプにおいて、ラッチ回路21のラッチノードQが電源電位VCC、ラッチノードQbが接地電位VSSになる(t2)。
Before loading the write data into the sense amplifier circuit, the data latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the precharge control signal Load is set to the ground potential VSS. At this time, the MOS transistors M5 and M7 are turned on, the latch node Qb of the
次に、I/O線から書き込みデータがロードされ、センスアンプ回路20の各ラッチ回路21にデータがラッチされ、ノードQ,Qbはロードデータに応じて“H”、“L”に設定される(t3)。
Next, write data is loaded from the I / O line, the data is latched in each
具体的には、“0”書き込みを行なうメモリセルに対応するセンスアンプのラッチ回路21では、ラッチノードQに“L”(=VSS)が与えられ、“1”書き込み(書き込み禁止)のメモリセルに対応するセンスアンプのラッチ回路21では、ラッチノードQに“H”(=VCC)が与えられる。
Specifically, in the
次に、制御信号BLSHF,SBLが“H”になって、センスアンプ回路20の各ラッチ回路21にラッチされたデータに基づき、各ビット線の充電が開始される(t4)。
Next, the control signals BLSHF and SBL become “H”, and charging of each bit line is started based on the data latched in each
即ち、“0”書き込みを行なうメモリセルに接続されるビット線BLiは接地電位VSSに設定され、“1”書き込み(書き込み禁止)のメモリセルに接続されるビット線は電源電位VCCに充電される。選択されたコントロールゲート線(ワード線)は、書き込み電圧Vprog(20[V]程度)に設定される。 That is, the bit line BLi connected to the memory cell for performing “0” write is set to the ground potential VSS, and the bit line connected to the memory cell for “1” write (write inhibit) is charged to the power supply potential VCC. . The selected control gate line (word line) is set to the write voltage Vprog (about 20 [V]).
この動作によって、1ページ分のメモリセルへの書き込みが行われる。 By this operation, writing to one page of memory cells is performed.
データ書き込みが終了した後、データ書き込みがきちんと完了しているか否かを検証する書き込みベリファイが開始される。 After the data writing is completed, a write verify for verifying whether the data writing is completed properly is started.
まず、書き込みベリファイのための読み出しが行われる。このベリファイ読み出し動作は通常の読み出し動作と同じである。 First, reading for write verification is performed. This verify read operation is the same as a normal read operation.
制御信号DCBを電源電位VCCに設定すると、MOSトランジスタM3がオンして、センスノードNsenseが強制的に接地される(t5)。 When the control signal DCB is set to the power supply potential VCC, the MOS transistor M3 is turned on and the sense node Nsense is forcibly grounded (t5).
続いて、選択されたコントロールゲート線CGLには、参照電位Vref(0.5[V]程度)が与えられ、セレクトゲート線SSL,GSLには電源電位VCCが与えられると、ベリファイ読み出しが行われる(t6)。 Subsequently, when the reference potential Vref (about 0.5 [V]) is applied to the selected control gate line CGL and the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSL and GSL, verify read is performed. (T6).
読み出しに際しては、ビット線プリチャージ型のセンス方式、電流検知型のセンス方式などを用いることができる。ビット線プリチャージ型のセンス方式では、ビット線BLiをプリチャージし、フローティング状態にした後、メモリセルのデータに応じてビット線の電位を維持又は低下させる。電流検知型のセンス方式については、以下に詳述する。 At the time of reading, a bit line precharge type sensing method, a current detection type sensing method, or the like can be used. In the bit line precharge type sensing method, after the bit line BLi is precharged and brought into a floating state, the potential of the bit line is maintained or lowered according to the data of the memory cell. The current detection type sensing method will be described in detail below.
時刻t6において、制御信号BLSHFを昇圧電位VCC+αから電位VCC−αにクランプし、MOSトランジスタM1に流れるメモリセル電流とセンスノードNsenseを充電するMOSトランジスタM2の電流とのバランスにより読み出しを行なう。そして、ビット線BLiの電位が、例えば、0.9[V]まで上昇すると、MOSトランジスタM1がカットオフ状態となり、センスノードNsenseが電源電位VCCとなる。 At time t6, the control signal BLSHF is clamped from the boosted potential VCC + α to the potential VCC-α, and reading is performed by the balance between the memory cell current flowing through the MOS transistor M1 and the current of the MOS transistor M2 that charges the sense node Nsense. When the potential of the bit line BLi rises to, for example, 0.9 [V], the MOS transistor M1 is cut off, and the sense node Nsense becomes the power supply potential VCC.
センスノードNsenseが“H”(=VCC)になった後、ラッチ制御信号φL1を電源電位VCCとし、MOSトランジスタM5をオンさせる(t7)。センスノードNsenseが電源電位VCCの場合(閾値がベリファイ電位Vrefよりも高いメモリセルに接続されるセンスアンプの場合)、MOSトランジスタM7がオンして、ラッチノードQbは接地電位VSS、ラッチノードQは電源電位VCCになる。 After the sense node Nsense becomes “H” (= VCC), the latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the MOS transistor M5 is turned on (t7). When the sense node Nsense is at the power supply potential VCC (in the case of a sense amplifier connected to a memory cell whose threshold is higher than the verify potential Vref), the MOS transistor M7 is turned on, the latch node Qb is at the ground potential VSS, and the latch node Q is at It becomes the power supply potential VCC.
ラッチノードQに接地電位VSSがロードされ、正常に書き込みが行われると、ラッチ回路21のラッチデータが反転する。メモリセルに対する書き込みが不十分な場合、ベリファイ読み出しにおいて、センスノードNsenseは、“L”(=VSS)のままであるため、ラッチ回路21のデータ反転は起こらず、ラッチノードQはVSSを保つ。書き込み禁止のメモリセルに繋がるセンスアンプでは、ラッチノードQは、電源電位VCCであるのでデータの反転はない。
When the ground potential VSS is loaded to the latch node Q and data is normally written, the latch data of the
書き込み不十分なメモリセルが存在するとき、即ち、ラッチ回路21のデータ反転が生じないセンスアンプがあるとき、書き込みとベリファイ読み出しが繰り返し行われる。そして、1ページ分の全てのセンスアンプのラッチノードQの電位が電源電位VCCになると、書き込みが終了する。
When there is an insufficiently written memory cell, that is, when there is a sense amplifier in which data inversion of the
次に、図17のタイミングチャートを参照しながら、バイト単位のデータ書き換え動作について、図9のセンスアンプ回路の動作を中心に詳細に説明する。 Next, the data rewriting operation in units of bytes will be described in detail with a focus on the operation of the sense amplifier circuit of FIG. 9 with reference to the timing chart of FIG.
チップ外部からチップ内部にバイト書き換えを指示するコマンドが入力されると、バイト書き換え動作が開始する。 When a command for instructing byte rewriting is input from the outside of the chip to the inside of the chip, the byte rewriting operation starts.
まず、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続される1ページ分のメモリセルに対して、既に書き込まれているデータの逆読み出し動作が開始される。 First, a reverse read operation of already written data is started for one page of memory cells connected to the selected control gate line (word line).
逆読み出し動作は、読み出し動作と同様である。 The reverse read operation is the same as the read operation.
まず、データラッチ制御信号φL1を電源電位VCC、プリチャージ制御信号Loadを接地電位VSSに設定する。この時、MOSトランジスタM5,M7がオンして、ラッチ回路21のラッチノードQbが強制接地され、データがリセットされる。即ち、センスアンプ回路の全てのラッチ回路21のラッチノードQが電源電位VCC、ラッチノードQbが接地電位VSSになる(t1)。
First, the data latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the precharge control signal Load is set to the ground potential VSS. At this time, the MOS transistors M5 and M7 are turned on, the latch node Qb of the
次に、制御信号DCBを電源電位VCCに設定する。この時、MOSトランジスタM3がオンになり、センスノードNsenseが強制的に接地される(t2)。続いて、選択されたコントロールゲート線CGLにVSS(=0V)を与え、セレクトゲート線SSL,GSLに電源電位VCCを与えると、読み出しが行われる(t3)。 Next, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC. At this time, the MOS transistor M3 is turned on, and the sense node Nsense is forcibly grounded (t2). Subsequently, when VSS (= 0 V) is applied to the selected control gate line CGL and the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSL and GSL, reading is performed (t3).
センスノードNsenseが“H”(=VCC)になった後、ラッチ制御信号φL2が電源電位VCCとなり、MOSトランジスタM6がオンする(t4)。センスノードNsenseが電源電位VCCの場合(即ち、データ“0”が書き込まれ、閾値電圧がVSSよりも高いメモリセルに接続されるセンスアンプの場合)、MOSトランジスタM7がオンして、ラッチノードQは接地電位VSS、ラッチノードQbは電源電位VCCになる。 After the sense node Nsense becomes “H” (= VCC), the latch control signal φL2 becomes the power supply potential VCC, and the MOS transistor M6 is turned on (t4). When the sense node Nsense is at the power supply potential VCC (that is, when the sense amplifier is connected to a memory cell in which data “0” is written and the threshold voltage is higher than VSS), the MOS transistor M7 is turned on and the latch node Q Is at ground potential VSS, and latch node Qb is at power supply potential VCC.
次に、制御信号DCBを電源電位VCCに設定し、制御信号BLSHFを電源電位VCC又は電位VCC+αに設定して、ビット線BLi及びセンスノードNsenseをリセットする(t5)。 Next, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC, the control signal BLSHF is set to the power supply potential VCC or the potential VCC + α, and the bit line BLi and the sense node Nsense are reset (t5).
この後、カラムアドレスで指定されたセンスアンプ回路20のラッチ回路21にバイトデータがロードされ、ノードQ,Qbはバイトデータに応じて“H”,“L”に設定される(t6)。
Thereafter, byte data is loaded into the
ラッチ回路21に書き込まれたページデータのうち所定のデータに対して、チップ外部から入力されたバイトデータが上書きされる。
Byte data input from the outside of the chip is overwritten on predetermined data of the page data written in the
この後、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルに対してページ消去動作を行なう。 Thereafter, a page erase operation is performed on the memory cell connected to the selected control gate line.
選択ブロックのコントロールゲート線は接地電位VSSに設定し、非選択ブロックのコントロールゲート線及び全てのセレクトゲート線はフローティング状態に設定する。セルPウェルに消去電圧Veraが印加されると、フローティング状態のセレクトゲート線と非選択ブロックのコントロールゲート線は、セルPウェルとの容量カップリングにより、Vera×β(βはカップリング比)に昇圧される。 The control gate line of the selected block is set to the ground potential VSS, and the control gate line and all the select gate lines of the non-selected block are set to a floating state. When the erase voltage Vera is applied to the cell P well, the select gate line in the floating state and the control gate line of the non-selected block are set to Vera × β (β is a coupling ratio) due to capacitive coupling with the cell P well. Boosted.
また、ビット線BLi及びセルソース線SLは、セルPウェル内のN+ 層に接続される。このN+ 層とセルPウェルとのpn接合が順バイアスされると、ビット線BLi及びセルソース線SLは、それぞれVera−Vbに充電される(t7)。但し、Vbは、pn接合のビルトイン・ポテンシャルである。 The bit line BLi and the cell source line SL are connected to the N + layer in the cell P well. When the pn junction between the N + layer and the cell P well is forward-biased, the bit line BLi and the cell source line SL are charged to Vera-Vb, respectively (t7). However, Vb is a built-in potential of a pn junction.
この後、消去ベリファイを行ない、選択されたページのメモリセルが全て消去状態、即ち、メモリセルの閾値電圧が負になったことを確認する。ラッチ回路21に蓄えられたデータに基づき、選択されたページのメモリセルに対して、書き込み動作及び書き込みベリファイ動作を行なう。
Thereafter, erase verify is performed to confirm that all the memory cells of the selected page are in an erased state, that is, the threshold voltage of the memory cell has become negative. Based on the data stored in the
なお、図17では、消去ベリファイ以降の動作は、省略している。 In FIG. 17, operations after the erase verify are omitted.
図18は、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイの一部を本発明のバイト型EEPROMのメモリセルアレイにした例である。 FIG. 18 shows an example in which a part of the NAND flash EEPROM memory cell array is used as the byte EEPROM memory cell array of the present invention.
本発明のバイト型EEPROMのメモリセルアレイは、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイにおいて2つのセレクトトランジスタの間のメモリセルを1つにしたものと考えることができる。よって、本例のようなEEPROMが容易に実現できることになる。 The byte EEPROM memory cell array according to the present invention can be considered as one memory cell between two select transistors in the NAND flash EEPROM memory cell array. Therefore, the EEPROM as in this example can be easily realized.
本例のEEPROMは、1本のビット線BLiに異なる構成の2種類のメモリセルユニットが接続される。即ち、第一のメモリセルユニットは、2つのセレクトトランジスタの間に複数個(例えば、4,8,16,32個など)のメモリセルが接続され、第二のメモリセルユニットは、2つのセレクトトランジスタの間に1個のメモリセルが接続される。 In the EEPROM of this example, two types of memory cell units having different configurations are connected to one bit line BLi. That is, in the first memory cell unit, a plurality of memory cells (for example, 4, 8, 16, 32, etc.) are connected between two select transistors, and the second memory cell unit has two select transistors. One memory cell is connected between the transistors.
コントロールゲート線(ワード線)の選択に当たっては、第一のメモリセルユニットの領域と第二のメモリセルユニットの領域で、別々に駆動回路を設けるようにしてもよいし、共通化できるならば、両領域の駆動回路を一つにまとめるようにしてもよい。 In selecting the control gate line (word line), a drive circuit may be provided separately in the first memory cell unit region and the second memory cell unit region, and if it can be shared, The drive circuits in both regions may be combined into one.
図18のNAND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイに代えて、以下のようなメモリセルアレイを採用することも可能である。 In place of the NAND flash EEPROM memory cell array of FIG. 18, the following memory cell array may be employed.
図19に示すメモリセルアレイは、AND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイである。図22に示すメモリセルアレイは、DINOR型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイである。 The memory cell array shown in FIG. 19 is an AND type flash EEPROM memory cell array. The memory cell array shown in FIG. 22 is a memory cell array of DINOR type flash EEPROM.
図19のAND型フラッシュEEPROMのANDユニットは、サブビット線とサブソース線の間に並列に接続された複数のメモリセルを有する。サブビット線は、ドレイン側セレクトトランジスタを経由してメインビット線に接続される。サブソース線は、ソース側セレクトトランジスタを経由してメインソース線に接続される。 The AND unit of the AND type flash EEPROM of FIG. 19 has a plurality of memory cells connected in parallel between the sub bit line and the sub source line. The sub bit line is connected to the main bit line via the drain side select transistor. The sub source line is connected to the main source line via the source side select transistor.
例えば、64メガビットAND型フラッシュEEPROMの場合、1つのANDユニットは、128個のメモリセル(m=128)と2個のセレクトトランジスタから構成される。 For example, in the case of a 64-megabit AND type flash EEPROM, one AND unit includes 128 memory cells (m = 128) and two select transistors.
このメモリセルアレイの特徴は、ビット線(データ線)、ソース線がそれぞれ階層化されている点にある。ビット線及びソース線は、それぞれメイン配線とサブ配線からなり、サブ配線は、拡散層で形成された擬似コンタクトレス構造を有している。 This memory cell array is characterized in that bit lines (data lines) and source lines are hierarchized. Each of the bit line and the source line includes a main wiring and a sub wiring, and the sub wiring has a pseudo contactless structure formed of a diffusion layer.
メモリセルに対するデータの書き込み/消去は、FN(Fowler−Nordheim)トンネル電流により行なう。 Data write / erase to / from the memory cell is performed by an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current.
図20に示すように、データの書き込みは、フローティングゲートの電子をドレインへFNトンネル電流を用いて引き抜くことにより行う。図21に示すように、データの消去は、基板(チャネル全面)からフローティングゲートへFNトンネル電流を用いて電子を注入することにより行う。 As shown in FIG. 20, data writing is performed by extracting electrons from the floating gate to the drain using an FN tunnel current. As shown in FIG. 21, data is erased by injecting electrons from the substrate (entire channel surface) to the floating gate using an FN tunnel current.
図22のDINOR(Divided Bit Line NOR)型フラッシュEEPROMは、NAND型フラッシュEEPROMのように単一電源動作が可能で、かつ、書き換えスピードが高速で、メモリセルサイズが小さいという特長と、NOR型フラッシュEEPROMのように高速なランダムアクセスが可能であるという特長を合せ持つ。 The DINOR (Divided Bit Line NOR) type flash EEPROM of FIG. 22 is capable of a single power supply operation like the NAND type flash EEPROM, has a high rewrite speed, a small memory cell size, and a NOR type flash. Like EEPROM, it has the feature that high-speed random access is possible.
DINOR型フラッシュEEPROMのメモリセルユニットは、メモリセルアレイ内のメインビット線とサブビット線を階層構造にしているため、サイズ的には、AND型のANDユニットとほぼ等しい。メモリセルの構造は、NOR型フラッシュEEPROMやNAND型フラッシュEEPROMのメモリセルの構造と同じく、スタックトゲート型であり、メモリセルのドレインは、ポリシリコンで形成されたサブビット線に接続される。 The memory cell unit of the DINOR type flash EEPROM has a main bit line and a sub bit line in the memory cell array in a hierarchical structure, and is therefore almost the same as the AND type AND unit in size. The structure of the memory cell is a stacked gate type, similar to the structure of the NOR type flash EEPROM or NAND type flash EEPROM, and the drain of the memory cell is connected to a sub-bit line formed of polysilicon.
例えば、16メガビットDINOR型フラッシュEEPROMの場合、サブビット線には64個のメモリセルが接続される。メモリセルに対するコンタクトをポリシリコンと拡散層のいわゆる埋め込みコンタクトで達成すれば、メモリセルサイズの縮小化を図ることができる。 For example, in the case of a 16 megabit DINOR type flash EEPROM, 64 memory cells are connected to the sub bit line. If the contact to the memory cell is achieved by a so-called buried contact of polysilicon and a diffusion layer, the memory cell size can be reduced.
メモリセルに対するデータの書き込み/消去のメカニズムは、AND型フラッシュEEPROMと同じであり、FN(Fowler−Nordheim)トンネル電流で行なう。 The data write / erase mechanism for the memory cell is the same as that of the AND type flash EEPROM, and is performed by an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current.
即ち、メモリセルに対するデータの書き込みは、フローティングゲートの電子をドレインへFNトンネル電流を用いて引き抜くことにより行う。データの消去は、基板(チャネル全面)からフローティングゲートへFNトンネル電流を用いて電子を注入することにより行う。 That is, data writing to the memory cell is performed by drawing out the electrons of the floating gate to the drain using the FN tunnel current. Data is erased by injecting electrons from the substrate (entire channel surface) to the floating gate using an FN tunnel current.
図19及び図22のメインビット線に図9のセンスアンプ回路が接続され、図10のフローチャートに基づき、バイト単位のデータ書き換えが実行される。 The sense amplifier circuit of FIG. 9 is connected to the main bit line of FIG. 19 and FIG. 22, and data rewriting in units of bytes is executed based on the flowchart of FIG.
このように、図18、図19及び図22に示すようなメモリセルアレイを有するEEPROMにおいても、図10のフローチャートに示すような書き換え方法を採用することにより、メモリセルアレイの各メモリセルユニットに対してバイト単位のデータ書き換えが可能である。 As described above, even in the EEPROM having the memory cell array as shown in FIGS. 18, 19 and 22, the rewriting method as shown in the flowchart of FIG. Data rewriting in byte units is possible.
また、本発明のバイト型EEPROMのメモリセルにおいて、ビット線側のセレクトトランジスタを省略し、1個のメモリセルトランジスタと1個のソース側セレクトトランジスタによりメモリセルユニットを構成することもできる。この場合、データ書き込み時に、センスアンプ回路のデータに基づき、書き込み禁止のビット線には、書き込み電圧Vprogの約1/2の書き込み禁止用の中間電圧Vmを印加する。 Further, in the byte type EEPROM memory cell of the present invention, the select transistor on the bit line side can be omitted, and a memory cell unit can be constituted by one memory cell transistor and one source side select transistor. In this case, at the time of data writing, based on the data of the sense amplifier circuit, a write-prohibiting intermediate voltage Vm, which is about 1/2 of the write voltage Vprog, is applied to the write-inhibited bit line.
ところで、従来、SONOS(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon)セルと呼ばれるメモリセルが知られている。このメモリセルの特徴は、ゲート電極(ワード線)直下のシリコン窒化膜にトラップされる電子の量により、データ(“0”又は“1”)が特定される点にある。 Conventionally, a memory cell called a SONOS (silicon-oxide-nitride-oxide-silicon) cell is known. This memory cell is characterized in that data (“0” or “1”) is specified by the amount of electrons trapped in the silicon nitride film immediately below the gate electrode (word line).
SONOSセルについては、例えば、非特許文献4に開示されている。
The SONOS cell is disclosed in
非特許文献4のメモリセルユニットは、1つのメモリセルとこれを挟み込む2つのセレクトトランジスタから構成される。また、この非特許文献4は、SONOSセルにおいてバイト単位のデータ書き換えが可能であることを指摘する(“LOAD-LATCHES-ROW-ERASE operation”p.164左欄第31〜第40行参照)。
The memory cell unit of
しかし、非特許文献4は、バイト単位のデータ書き換え動作について具体的に開示していない。つまり、実際に、どのようにしてバイト単位のデータ書き換えを行うのかは不明である。また、非特許文献4に開示されるメモリセルは、メモリセルのゲートとセレクトトランジスタのゲートがオーバーラップした構造を有し、フラッシュEEPROMのようなスタックゲート構造を有していない。
However,
また、本発明では、従来のNAND型フラッシュEEPROMの効果及び非特許文献4のメモリセルの効果とは異なる顕著な効果を奏することができる。
Further, according to the present invention, a remarkable effect different from the effect of the conventional NAND flash EEPROM and the effect of the memory cell of
即ち、書き込み後又は消去後のメモリセルの閾値分布は、例えば、上述したように、図6又は図7に示すようになる。ここで、従来のNAND型フラッシュEEPROMでは、データ“1”,“0”の閾値分布の上限及び下限が決められており、ベリファイにより各データの閾値分布を所定範囲内に収めなければならない。また、非特許文献4のメモリセルは、SONOS構造であり、シリコン窒化膜の電子のトラップ量はある程度決まっているため、メモリセルの閾値分布を自由にシフトさせることは困難である(これについては、例えば、非特許文献5を参照)。
That is, the threshold distribution of the memory cell after writing or erasing is as shown in FIG. 6 or FIG. 7, for example, as described above. Here, in the conventional NAND flash EEPROM, the upper and lower limits of the threshold distribution of data “1” and “0” are determined, and the threshold distribution of each data must be within a predetermined range by verification. In addition, since the memory cell of
これに対し、本発明によれば、例えば、書き込み又は消去の時間や電圧を調整することにより、図6又は図7において、データ“1”の閾値分布とデータ“0”の閾値分布が互いに十分に離れるようにすることができる。つまり、データ“1”の閾値分布とデータ“0”の閾値分布のマージン(ギャップ)を大きくすることで、書き込み及び消去を十分にし、誤読み出しを防止できる。しかも、各データの閾値分布の上限及び下限はないため、ベリファイが不要で、いわゆる一発書き込み及び消去が可能である。 On the other hand, according to the present invention, for example, the threshold distribution of data “1” and the threshold distribution of data “0” in FIG. 6 or FIG. Can be separated. That is, by increasing the margin of the threshold distribution of data “1” and the threshold distribution of data “0”, writing and erasing can be sufficiently performed and erroneous reading can be prevented. In addition, since there is no upper limit and lower limit of the threshold distribution of each data, verification is not necessary, and so-called one-time writing and erasing are possible.
図23は、本発明のバイト型EEPROMの回路ブロックの一例を示している。図24は、図23のメモリセルアレイ11の一部を示している。
FIG. 23 shows an example of a circuit block of the byte type EEPROM of the present invention. FIG. 24 shows a part of the
本例の回路ブロックは、図3のメモリセルアレイを有するEEPROMに適用されるもので、NAND型EEPROMの回路ブロックに近似している。 The circuit block of this example is applied to an EEPROM having the memory cell array of FIG. 3, and approximates a circuit block of a NAND type EEPROM.
本発明では、メモリセルユニットを1つのメモリセルとこれを挟み込む2つのセレクトトランジスタの3素子から構成しているため、1つのブロックBLKi(i=0,1,…n)内には、1本のコントロールゲート線CGLに繋がるメモリセル、即ち、1ページ分のメモリセルが配置される。 In the present invention, since the memory cell unit is composed of three elements of one memory cell and two select transistors sandwiching the memory cell, one block BLKi (i = 0, 1,... N) Memory cells connected to the control gate line CGL, that is, memory cells for one page are arranged.
コントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cは、1つのブロックBLKi(i=0,1,…n)、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。各ドライバ12cは、昇圧回路を含んでいる。プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bも、1つのブロックBLKi、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。
The control gate /
ロウアドレス信号は、アドレスレジスタ19を経由してプリデコーダ12aに入力される。そして、プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bにより1つのロウ(又は1つのブロック)が選択される。選択ブロックがBLKiのとき、例えば、ドライバ12cは、選択ブロックBLKi内のコントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに、動作モードに応じた所定の電位を与える(表3及び4参照)。
The row address signal is input to the predecoder 12 a via the
ラッチ機能を持つセンスアンプ回路13は、読出しデータや書込みデータをラッチする。読出しデータ(出力データ)は、カラム選択回路15及び入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。書込みデータ(入力データ)は、入出力バッファ18及びカラム選択回路15を経由してラッチ機能を持つセンスアンプ回路13にラッチされる。
The
コマンド信号は、データ入出力バッファ18及びコマンドレジスタ25を経由してコマンドデコーダ26に入力される。制御回路17には、コマンドデコーダ26の出力信号、コマンドラッチイネーブル信号CLE、チップイネーブル信号/CE、ライトイネーブル信号/WEなどの信号が入力される。
The command signal is input to the
信号生成回路(昇圧回路)27は、制御回路17の制御の下、コントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに与える電位を生成し、この電位をコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cに供給する。
The signal generation circuit (boost circuit) 27 generates a potential to be applied to the control gate line CGL and the select gate lines SSL and GSL under the control of the
図25は、本発明のバイト型EEPROMの回路ブロックの他の例を示している。図26は、図25のメモリセルアレイ11の一部を示している。
FIG. 25 shows another example of the circuit block of the byte type EEPROM of the present invention. FIG. 26 shows a part of the
本例の回路ブロックは、図18のメモリセルアレイを有するEEPROMに適用されるものである。 The circuit block of this example is applied to an EEPROM having the memory cell array of FIG.
メモリセルアレイは、本発明に関わるメモリセルユニットが配置される3トラセル部11−0とNANDセルユニットが配置されるNANDセル部11−1から構成される。 The memory cell array is composed of a 3-tracell unit 11-0 in which memory cell units according to the present invention are arranged and a NAND cell unit 11-1 in which NAND cell units are arranged.
3トラセル部11−0は、1つのメモリセルとこれを挟み込む2つのセレクトトランジスタの3素子からなるメモリセルユニットを有し、n個のブロックBLK0,BLK1,…BLKnに分けられている。NANDセル部11−1は、直列接続された複数個(4、8、16個など)のメモリセルとこれを挟み込む2つのセレクトトランジスタからなるNANDセルユニットを有し、m個のブロックBLK0,BLK1,…BLKmに分けられている。 The 3-tracell unit 11-0 has a memory cell unit composed of three elements of one memory cell and two select transistors sandwiching the memory cell, and is divided into n blocks BLK0, BLK1,... BLKn. The NAND cell unit 11-1 has a NAND cell unit including a plurality of (4, 8, 16, etc.) memory cells connected in series and two select transistors sandwiching the memory cell, and includes m blocks BLK0, BLK1. , ... are divided into BLKm.
3トラセル部11−0の各ブロックBLKi(i=0,1,…n)内には、1本のコントロールゲート線CGLに繋がるメモリセル、即ち、1ページ分のメモリセルが配置される。これに対し、NANDセル部11−1の各ブロックBLKi(i=0,1,…m)内には、複数本のコントロールゲート線CGLに繋がるメモリセル、即ち、複数ページ分のメモリセルが配置される。 In each block BLKi (i = 0, 1,... N) of the three tracell unit 11-0, memory cells connected to one control gate line CGL, that is, memory cells for one page are arranged. On the other hand, memory cells connected to a plurality of control gate lines CGL, that is, memory cells for a plurality of pages are arranged in each block BLKi (i = 0, 1,... M) of the NAND cell unit 11-1. Is done.
3トラセル部11−0では、コントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cは、1つのブロックBLKi、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。各ドライバ12cは、昇圧回路を含んでいる。プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bも、1つのブロックBLKi、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。
In the 3-tracell unit 11-0, the control gate /
NANDセル部11−1では、コントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cは、複数のコントロールゲート線CGL0,…CGL7(複数ページ)を含む1つのブロックBLKiに対応して設けられる。各ドライバ12cは、昇圧回路を含んでいる。プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bも、複数のコントロールゲート線CGL0,…CGL7(複数ページ)を含む1つのブロックBLKiに対応して設けられる。
In the NAND cell unit 11-1, the control gate /
ロウアドレス信号は、アドレスレジスタ19を経由してプリデコーダ12aに入力される。そして、プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bにより、3トラセル部11−0又はNANDセル部11−1の1つのロウ(又は1つのブロック)が選択される。
The row address signal is input to the predecoder 12 a via the
ラッチ機能を持つセンスアンプ回路13は、読出しデータや書込みデータをラッチする。読出しデータ(出力データ)は、カラム選択回路15及び入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。書込みデータ(入力データ)は、入出力バッファ18及びカラム選択回路15を経由してラッチ機能を持つセンスアンプ回路13にラッチされる。
The
コマンド信号は、データ入出力バッファ18及びコマンドレジスタ25を経由してコマンドデコーダ26に入力される。制御回路17には、コマンドデコーダ26の出力信号、コマンドラッチイネーブル信号CLE、チップイネーブル信号/CE、ライトイネーブル信号/WEなどの信号が入力される。
The command signal is input to the
信号生成回路(昇圧回路)27は、制御回路17の制御の下、コントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに与える電位を生成し、この電位をコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cに供給する。
The signal generation circuit (boost circuit) 27 generates a potential to be applied to the control gate line CGL and the select gate lines SSL and GSL under the control of the
図27は、図23乃至図26のEEPROMに適用されるバイト単位のデータ書き換え動作を示している。 FIG. 27 shows a data rewrite operation in units of bytes applied to the EEPROM of FIGS.
この書き換え動作は、図11乃至図14に示す書き換え動作をまとめて分かり易くしたものである。 This rewriting operation is a summary of the rewriting operations shown in FIGS.
本発明のバイト単位のデータ書き換え動作は、以下の4つの主要な工程から構成される。
i. 選択ブロック内の1ページ分のメモリセルに対してデータの逆読み出しを行い、これをラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持する。
ii. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータに対してバイトデータの上書きを行う。
iii. 選択ブロック内の1ページ分のメモリセルのデータを消去する。
iv. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータを選択ブロック内の1ページ分のメモリセルに書き込む。
The byte-unit data rewrite operation of the present invention includes the following four main steps.
i. Data is read backward from one page of memory cells in the selected block, and this is held in a sense amplifier circuit having a latch function.
ii. The byte data is overwritten on the data held in the sense amplifier circuit having the latch function.
iii. Erase the data in one page of memory cells in the selected block.
iv. Write the data held in the sense amplifier circuit having the latch function to the memory cells for one page in the selected block.
以上の工程により、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで製造でき、かつ、同一の書き換え方法が適用されるにもかかわらず、バイト単位でデータの書き換えが行える不揮発性半導体メモリを提供できる(フラッシュEEPROMは、通常、上記i. の工程なしに、ブロック単位でメモリセルのデータを一括消去してしまうため、バイト単位でのデータ書き換えはできない。但し、消去後、バイト単位で書き込むことは可能である。)。 Through the above steps, it is possible to provide a non-volatile semiconductor memory that can be manufactured in the same process as the flash EEPROM and can rewrite data in byte units even though the same rewriting method is applied. (Normally, the data in the memory cell is erased in batch units without the above step i.), The data cannot be rewritten in byte units, but can be written in byte units after erasure.) .
ここで、図27に示すバイト単位のデータ書き換え方法が適用されるEEPROMのメモリセルのデータ書き換え回数について検討する。 Here, the number of data rewrites in the EEPROM memory cell to which the byte-by-byte data rewrite method shown in FIG. 27 is applied will be considered.
図27の書き換え方法により1バイト分のデータ書き換えを行う場合、選択ブロック内の1ページ分のデータに対して1回の逆読み出し動作、消去動作及び書き込み動作が行われる。つまり、選択ブロック内では、データ書き換えを行わないメモリセルについても1回の逆読み出し動作、消去動作及び書き込み動作が行われる。 When data rewriting for 1 byte is performed by the rewriting method of FIG. 27, one reverse read operation, erase operation, and write operation are performed on the data for one page in the selected block. That is, in the selected block, one reverse read operation, erase operation, and write operation are performed even for memory cells that are not subjected to data rewrite.
従って、例えば、1ページ内の全てのデータを書き換える場合、図27の書き換え方法により1ページ分のデータを1バイトごとに書き換えるときのページ読み出し、消去、書き込み回数は、1ページ分のデータを一度に書き換える場合のページ読み出し、消去、書き込み回数よりも、1ページ内に含まれるバイト数倍だけ実質的に多くなる。 Therefore, for example, when all the data in one page is rewritten, the page read, erase, and write counts when the data for one page is rewritten for each byte by the rewrite method of FIG. The number of page reading, erasing, and writing in the case of overwriting is substantially larger by the number of bytes included in one page.
例えば、1ページが64バイトからなる場合、1ページ分のデータを一度に書き換えるときは1回のページ読み出し、消去、書き込み動作で足りるが、1ページ分のデータを1バイトごとに書き換えるときは64回のページ読み出し、消去、書き込み動作が必要になる。 For example, when one page consists of 64 bytes, one page read, erase, and write operations are sufficient when rewriting data for one page at a time, but 64 when rewriting data for one page every byte. One page read, erase, and write operations are required.
このように、図27に示すバイト単位のデータ書き換え方法では、1バイト分のデータ書き換えを行う場合に、選択ブロック内の1ページ分のデータに対して1回の逆読出し動作、消去動作及び書込み動作が行われる。よって、本発明の手法により1ページ分のデータを書き換える場合のページ読み出し、消去、書き込み回数は、1ページ分のデータを一度に書き換える場合のページ読み出し、消去、書き込み回数よりも、最大で、1ページ内に含まれるバイト数倍だけ多くなる。 As described above, in the data rewrite method in units of bytes shown in FIG. 27, when data rewrite for 1 byte is performed, one reverse read operation, erase operation, and write for one page of data in the selected block are performed. Operation is performed. Therefore, the number of page reading, erasing, and writing when rewriting data for one page by the method of the present invention is at most 1 than the number of page reading, erasing, and writing when rewriting data for one page at a time. Increased by the number of bytes contained in the page.
なお、このようなページ読み出し、消去、書き込み回数の増加を防止するため、図27の書き換え方法における1回のページ読み出し後に、複数バイトのデータを上書きし、ページ読み出し、消去、書き込み回数を減らすこともできる。 In order to prevent such an increase in the number of page read, erase, and write operations, after a single page read in the rewrite method of FIG. 27, multiple bytes of data are overwritten to reduce the number of page read, erase, and write operations. You can also.
但し、以下では、複数バイトのデータの上書きとは別の手段により、バイト単位の書き換えを維持しつつ、ページ読み出し、消去、書き込み回数を減らすことができる不揮発性半導体メモリにいて説明する。 However, in the following, a non-volatile semiconductor memory that can reduce the number of page reading, erasing, and writing while maintaining rewriting in units of bytes by means other than overwriting of data of a plurality of bytes will be described.
図28は、図23のバイト型EEPROMの改良例を示している。 FIG. 28 shows an improved example of the byte type EEPROM of FIG.
本発明では、メモリセルアレイ11を、ロウ方向及びカラム方向に行列状に配置される複数のブロックBLKi−j(i=0,1,…n;j=0,1,2,3)から構成している。
In the present invention, the
いままで説明してきた例では、図23及び図25に示すように、ブロックBLKiは、カラム方向にのみ配置され、1本のコントロールゲート線CGLに接続される1ページ分のメモリセルは、必ず、同一のブロックBLKi内に存在していた。本発明では、1ページ分のメモリセルを、1バイト(8ビット)の正数倍単位で複数に分け、ロウ方向にも複数のブロックを配置するようにしている。 In the example described so far, as shown in FIGS. 23 and 25, the block BLKi is arranged only in the column direction, and the memory cells for one page connected to one control gate line CGL are always It existed in the same block BLKi. In the present invention, one page of memory cells is divided into a plurality of multiples of a multiple of 1 byte (8 bits), and a plurality of blocks are also arranged in the row direction.
具体的には、1ページがk(kは、正数)バイトのメモリセルから構成される場合、1つのブロックをr(rは、正数、r≦k)バイトのメモリセルから構成すると、ロウ方向のブロックの数は、k/r個となる。本例では、ロウ方向のブロック数を4個としている。この場合、例えば、1つのブロックは、16バイトのメモリセルから構成され、1ページは、64バイトのメモリセルから構成される。 Specifically, when one page is composed of memory cells of k (k is a positive number) bytes, if one block is composed of memory cells of r (r is a positive number, r ≦ k) bytes, The number of blocks in the row direction is k / r. In this example, the number of blocks in the row direction is four. In this case, for example, one block is composed of 16-byte memory cells, and one page is composed of 64-byte memory cells.
メインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cは、ロウ方向の4つのブロックBLKi−j、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。各ドライバ12cは、昇圧回路を含んでいる。プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bも、4つのブロックBLKi−j、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。
The main control gate /
サブ・コントロールゲートドライバ28は、各ブロックBLKi−jに対応して設けられる。
The sub
ロウアドレス信号は、アドレスレジスタ19を経由してプリデコーダ12a及びサブデコーダ29に入力される。そして、プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bにより、1つのロウ内の4つのブロックBLKi−jが選択される。また、サブデコーダ29により、選択された4つのブロックBLKi−jのうちの1つを選択する。
The row address signal is input to the predecoder 12 a and the
なお、サブデコーダ29は、選択された1つのロウ内の複数のブロック又は選択された1つのロウ内の全てのブロック(本例では、4つのブロック)を選択するような機能を有していてもよい。 Note that the sub-decoder 29 has a function of selecting a plurality of blocks in one selected row or all blocks (four blocks in this example) in one selected row. Also good.
そして、本発明では、ブロック単位で、データの読み出し、消去及び書き込みができるようになっている。つまり、バイト単位のデータ書き換え動作において、1ページ分のデータをラッチ機能を持つセンスアンプ回路に読み出す必要がない。よって、本発明では、バイト単位のデータ書き換え動作において、図23及び図25の例よりも、ページ読み出し、消去、書き込み回数を減らすことができ、実質的なページ書き換え特性を向上させることができる。 In the present invention, data can be read, erased and written in units of blocks. That is, it is not necessary to read out data for one page to the sense amplifier circuit having a latch function in the data rewrite operation in byte units. Therefore, in the present invention, the number of page read, erase, and write operations can be reduced in the byte-unit data rewrite operation, compared to the examples of FIGS. 23 and 25, and the substantial page rewrite characteristics can be improved.
例えば、1ページがk(kは、正数)バイトのメモリセルから構成されるEEPROMのページ書き換え特性(書き換え回数)が1×106回である場合について考える。 For example, consider a case where the page rewrite characteristic (number of rewrites) of an EEPROM composed of memory cells in which one page is k (k is a positive number) bytes is 1 × 10 6 times.
図23及び図25の例では、1ページ分のデータを書き換えるのにk回のページ読み出し、消去、書き込み動作が必要であるため、実質的には、ページ書き換え特性が(1/k)×106回に減少する。 In the example of FIGS. 23 and 25, since page read, erase, and write operations are required k times to rewrite the data for one page, the page rewrite characteristic is substantially (1 / k) × 10. Decrease to 6 times.
本発明では、1ページをk/r(rは、正数、r≦k)のブロックに分け、各ブロックをrバイトのメモリセルから構成し、ブロック単位で、データの読み出し、消去及び書き込みができるようにしているため、1ページ分のデータを書き換えるためのページ読み出し、消去、書き込み動作は、実質的には、(1/r)×106回で済む。 In the present invention, one page is divided into k / r (r is a positive number, r ≦ k) blocks, each block is composed of r-byte memory cells, and data can be read, erased and written in units of blocks. Therefore, page read, erase, and write operations for rewriting data for one page are substantially (1 / r) × 10 6 times.
具体的な数値で示せば、例えば、1ページが64バイトから構成される場合、図23及び図25の例のページ書き換え特性は、1.7×104回となる。一方、1ページが8個のブロックから構成され、1ブロックが8バイトから構成される場合、本発明のページ書き換え特性は、1.3×105回となり、図23及び図24の例よりも1桁だけ実質的な書き換え特性が向上する。 Specifically, for example, when one page is composed of 64 bytes, the page rewriting characteristics of the example of FIGS. 23 and 25 are 1.7 × 10 4 times. On the other hand, when one page is composed of 8 blocks and one block is composed of 8 bytes, the page rewriting characteristic of the present invention is 1.3 × 10 5 times, which is more than the example of FIGS. The actual rewriting characteristic is improved by one digit.
なお、本発明の場合、1ブロックを1バイトから構成することにより、実質的な書き換え特性を、最大で、1×106回にすることができる。 In the case of the present invention, by configuring one block from one byte, the substantial rewrite characteristic can be made 1 × 10 6 times at the maximum.
選択ブロックがBLKi−jのとき、メインコントロールゲート・セレクトゲートドライバiは、選択ブロックBLKi−j内のコントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに動作モードに応じた所定の電位を与える(表3及び4参照)。 When the selected block is BLKi-j, the main control gate / select gate driver i gives a predetermined potential corresponding to the operation mode to the control gate line CGL and the select gate lines SSL, GSL in the selected block BLKi-j (Table). 3 and 4).
ラッチ機能を持つセンスアンプ回路13は、読出しデータや書込みデータをラッチする。読出しデータ(出力データ)は、カラム選択回路15及び入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。書込みデータ(入力データ)は、入出力バッファ18及びカラム選択回路15を経由してラッチ機能を持つセンスアンプ回路13にラッチされる。
The
コマンド信号は、データ入出力バッファ18及びコマンドレジスタ25を経由してコマンドデコーダ26に入力される。制御回路17には、コマンドデコーダ26の出力信号、コマンドラッチイネーブル信号CLE、チップイネーブル信号/CE、ライトイネーブル信号/WEなどの信号が入力される。
The command signal is input to the
信号生成回路(昇圧回路)27は、制御回路17の制御の下、コントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに与える電位を生成し、この電位をコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cに供給する。
The signal generation circuit (boost circuit) 27 generates a potential to be applied to the control gate line CGL and the select gate lines SSL and GSL under the control of the
図29は、プリデコーダPDiの構成の一例を示している。 FIG. 29 shows an example of the configuration of the predecoder PDi.
本例では、ロウ数、即ち、コントロールゲート線CGLの数(ブロック数)を1024(210)本と仮定する。この場合、10ビットのロウアドレス信号a1,a2,…a10により、1本のコントロールゲート線CGLを選択することができる。 In this example, the number of rows, that is, the number of control gate lines CGL (number of blocks) is assumed to be 1024 (2 10 ). In this case, one control gate line CGL can be selected by 10-bit row address signals a1, a2,.
ロウアドレス信号a1,a2,a3は、NAND回路30−1に入力され、ロウアドレス信号a4,a5,a6は、NAND回路30−2に入力され、ロウアドレス信号a7,a8,a9,a10は、NAND回路30−3に入力される。NAND回路30−1の出力信号は、インバータ31−1を経由して信号Dとなり、NAND回路30−2の出力信号は、インバータ31−2を経由して信号Eとなり、NAND回路30−3の出力信号は、インバータ31−3を経由して信号Fとなる。 The row address signals a1, a2, a3 are input to the NAND circuit 30-1, the row address signals a4, a5, a6 are input to the NAND circuit 30-2, and the row address signals a7, a8, a9, a10 are Input to the NAND circuit 30-3. The output signal of the NAND circuit 30-1 becomes a signal D via the inverter 31-1, and the output signal of the NAND circuit 30-2 becomes a signal E via the inverter 31-2. The output signal becomes the signal F via the inverter 31-3.
各プリデコーダPDiには、それぞれ異なるロウアドレス信号a1,a2,…a10が入力される。そして、選択された1つのロウに属するプリデコーダPDiの出力信号D,E,Fのみが全て“1”となる。 Different row address signals a1, a2,..., A10 are input to each predecoder PDi. Only the output signals D, E, and F of the predecoder PDi belonging to one selected row are all “1”.
図30は、ロウデコーダRDi及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバiの構成の一例を示している。 FIG. 30 shows an example of the configuration of the row decoder RDi and the main control gate / select gate driver i.
ロウデコーダRDiは、NAND回路32及びインバータ33から構成される。プリデコーダPDiの出力信号D,E,Fは、NAND回路に入力される。
The row decoder RDi includes a
メインコントロールゲート・セレクトゲートドライバiは、昇圧回路34及びドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3から構成される。
The main control gate / select gate driver i includes a
選択ロウに属するメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバiでは、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3のゲートに電源電位VCC又は昇圧電位が印加される。 In the main control gate / select gate driver i belonging to the selected row, the power supply potential VCC or the boosted potential is applied to the gates of the N-channel MOS transistors 35-1, 35-2, 35-3.
例えば、データ書き込み時、選択ロウに属するドライバiでは、昇圧回路34の出力電位VBが昇圧電位Vprogとなり、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3がオン状態になる。一方、信号生成回路27において、SS(=VCC)、CG(=Vprog)、GS(=0V)が生成される。これらの電位SS,CG,GSは、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3を経由して、選択ロウ内のメインコントロールゲート線CGLi及びセレクトゲート線SSLi,GSLiに伝達される。
For example, at the time of data writing, in the driver i belonging to the selected row, the output potential VB of the
また、データ消去時、選択ロウに属するドライバiでは、昇圧回路34の出力電位VBが電源電位VCCとなり、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3がオン状態になる。一方、信号生成回路27において、SS(=VCC)、CG(=0V)、GS(=VCC)が生成される。これらの電位SS,CG,GSは、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3を経由して、選択ロウ内のメインコントロールゲート線CGLi及びセレクトゲート線SSLi,GSLiに伝達される。
At the time of data erasure, in driver i belonging to the selected row, output potential VB of
なお、セレクトゲート線SSLi,GSLiについては、この後、フローティングとなるため、Pウェルに消去電位Veraが与えられたとき、セレクトゲート線SSLi,GSLiの電位は、Pウェルとセレクトゲート線SSLi,GSLiの容量カップリングにより、Vera+αに上昇する。 Since the select gate lines SSLi and GSLi are subsequently floated, when the erase potential Vera is applied to the P well, the potentials of the select gate lines SSLi and GSLi are set to the P well and the select gate lines SSLi and GSLi. It rises to Vera + α by capacitive coupling.
また、データ読み出し時、選択ロウに属するドライバiでは、昇圧回路34の出力電位VBが電源電位VCC又はVCC+α(αは、Nチャネルトランジスタの閾値電圧以上の値)となり、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3がオン状態になる。一方、信号生成回路27において、SS(=VCC)、CG(=0V又はVCC)、GS(=VCC)が生成される。これらの電位SS,CG,GSは、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3を経由して、選択ロウ内のメインコントロールゲート線CGLi及びセレクトゲート線SSLi,GSLiに伝達される。
At the time of data reading, in the driver i belonging to the selected row, the output potential VB of the
非選択ロウに属するメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバiでは、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3のゲートに接地電位が印加されるため、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−2,35−3は、オフ状態となる。よって、非選択ロウ内のメインコントロールゲート線CGLi及びセレクトゲート線SSLi,GSLiは、全てフローティング状態になっている。 In the main control gate / select gate driver i belonging to the non-selected row, the ground potential is applied to the gates of the N-channel MOS transistors 35-1, 35-2, 35-3. -2 and 35-3 are turned off. Therefore, the main control gate line CGLi and the select gate lines SSLi and GSLi in the non-selected row are all in a floating state.
なお、非選択ロウ内のセレクトゲート線SSLi,GSLiについては、データ読み出し時にVSS(0V)を印加するようにしてもよい。この場合、例えば、全てのセレクトゲート線SSLi,GSLiにそれぞれ接地用MOSトランジスタを接続し、ロウ(又はブロック)選択の有無により、この接地用MOSトランジスタのオン/オフを制御する。 Note that VSS (0 V) may be applied to the select gate lines SSLi and GSLi in the non-selected rows when reading data. In this case, for example, ground MOS transistors are connected to all the select gate lines SSLi and GSLi, and on / off of the ground MOS transistors is controlled depending on whether row (or block) is selected.
図31は、1ロウ内に配置される複数のブロックとサブコントロールゲートドライバの構成の一例を示している。 FIG. 31 shows an example of the configuration of a plurality of blocks and sub-control gate drivers arranged in one row.
本例では、図28の回路ブロックに対応させ、1ロウ内に4つのブロックBLKi−0,BLKi−1,BLKi−2,BLKi−3が配置される場合について説明する。 In this example, a case will be described in which four blocks BLKi-0, BLKi-1, BLKi-2, and BLKi-3 are arranged in one row, corresponding to the circuit block of FIG.
各ブロックBLKi−j(j=0,1,2,3)内には、それぞれサブコントロールゲート線CGLi−0,CGLi−1,CGLi−2,CGLi−3が配置される。サブコントロールゲート線CGLi−j(j=0,1,2,3)は、それぞれブロックBLKi−j内に配置される1バイトの正数倍(例えば、16バイト)のメモリセルに接続される。 In each block BLKi-j (j = 0, 1, 2, 3), sub-control gate lines CGLi-0, CGLi-1, CGLi-2, and CGLi-3 are arranged, respectively. The sub control gate line CGLi-j (j = 0, 1, 2, 3) is connected to a memory cell that is a multiple of 1 byte (for example, 16 bytes) arranged in the block BLKi-j.
サブコントロールゲート線CGLi−jは、それぞれサブコントロールゲートドライバ28を構成するドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ36−jを経由して、メインコントロールゲート線CGLiに接続される。
The sub control gate line CGLi-j is connected to the main control gate line CGLi via an N channel MOS transistor 36-j as a drive circuit constituting the sub
NチャネルMOSトランジスタ36−jのオン/オフは、サブデコーダ29により制御される。サブデコーダ29は、1つのNチャネルMOSトランジスタ36−j(1つのブロック)を選択する機能を有している。
On / off of the N-channel MOS transistor 36-j is controlled by the sub-decoder 29. The
なお、サブデコーダ29に、複数又は全てのNチャネルMOSトランジスタ36−j(複数又は全てのブロック)を選択する機能を持たせてもよい。 Note that the sub-decoder 29 may have a function of selecting a plurality or all of the N-channel MOS transistors 36-j (a plurality or all of the blocks).
データ書き込み時、選択ロウ内の選択ブロックBLKi−jでは、NチャネルMOSトランジスタ36−jのゲートにVprogが印加されるため、このNチャネルMOSトランジスタ36−jは、オン状態となる。よって、書き込み用の高電位Vprogが、メインコントロールゲート線CGLiから選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jに伝達される。 At the time of data writing, in the selected block BLKi-j in the selected row, since Vprog is applied to the gate of the N channel MOS transistor 36-j, the N channel MOS transistor 36-j is turned on. Therefore, the high potential Vprog for writing is transmitted from the main control gate line CGLi to the sub control gate line CGLi-j in the selected block BLKi-j.
また、データ消去時、選択ロウ内の選択ブロックBLKi−jでは、NチャネルMOSトランジスタ36−jのゲートにVCCが印加されるため、このNチャネルMOSトランジスタ36−jは、オン状態となる。よって、接地電位がメインコントロールゲート線CGLiから選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jに伝達される。 At the time of erasing data, VCC is applied to the gate of the N channel MOS transistor 36-j in the selected block BLKi-j in the selected row, so that the N channel MOS transistor 36-j is turned on. Therefore, the ground potential is transmitted from the main control gate line CGLi to the sub control gate line CGLi-j in the selected block BLKi-j.
また、データ読み出し時、選択ロウ内の選択ブロックBLKi−jでは、NチャネルMOSトランジスタ36−jのゲートにVCCが印加されるため、このNチャネルMOSトランジスタ36−jは、オン状態となる。よって、接地電位又は電源電位VCCがメインコントロールゲート線CGLiから選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jに伝達される(表3及び表4参照)。 At the time of data reading, VCC is applied to the gate of the N channel MOS transistor 36-j in the selected block BLKi-j in the selected row, so that the N channel MOS transistor 36-j is turned on. Therefore, the ground potential or the power supply potential VCC is transmitted from the main control gate line CGLi to the sub control gate line CGLi-j in the selected block BLKi-j (see Tables 3 and 4).
一方、選択ロウ内の非選択ブロックBLKi−jでは、NチャネルMOSトランジスタ36−jのゲートに接地電位が印加されるため、このNチャネルMOSトランジスタ36−jは、オフ状態となる。つまり、非選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jは、フローティング状態となる。 On the other hand, in the non-selected block BLKi-j in the selected row, since the ground potential is applied to the gate of the N-channel MOS transistor 36-j, the N-channel MOS transistor 36-j is turned off. That is, the sub control gate line CGLi-j in the non-selected block BLKi-j is in a floating state.
ここで、選択ロウにおいては、メインコントロールゲート線CGLiの直下に複数のサブコントロールゲート線CGLi−jが配置される。よって、書き込み、消去、読み出し時に、メインコントロールゲート線CGLiに所定電位が印加された場合、容量カップリングにより、非選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jの電位が変化する可能性がある。 Here, in the selected row, a plurality of sub control gate lines CGLi-j are arranged immediately below the main control gate line CGLi. Accordingly, when a predetermined potential is applied to the main control gate line CGLi at the time of writing, erasing, and reading, the potential of the sub control gate line CGLi-j in the non-selected block BLKi-j may change due to capacitive coupling. There is.
しかし、非選択ブロックBLKi−j内のサブコントロールゲート線CGLi−jの電位が変化は、書き込み、消去、読み出し動作に何ら不都合を与えることはない。 However, the change in the potential of the sub control gate line CGLi-j in the non-selected block BLKi-j does not give any inconvenience to the write, erase, and read operations.
なお、選択ロウ内のセレクトゲート線SSLi,GSLiは、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jに共通になっている。 The select gate lines SSLi and GSLi in the selected row are common to all the blocks BLKi-j in the selected row.
よって、データ書き込み時には、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由して接地電位又は電源電位VCCが印加される。データ消去時には、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由してVCCが印加される。データ読み出し時には、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由して電源電位VCCが印加される(表3及び表4参照)。 Therefore, at the time of data writing, the ground potential or the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSLi and GSLi of all the blocks BLKi-j in the selected row via the N-channel MOS transistors 35-1 and 35-3. The At the time of data erasing, VCC is applied to select gate lines SSLi and GSLi of all blocks BLKi-j in the selected row via N-channel MOS transistors 35-1 and 35-3. At the time of data reading, the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSLi and GSLi of all the blocks BLKi-j in the selected row via the N-channel MOS transistors 35-1 and 35-3 (Table 3 and Table 3). (See Table 4).
図32は、図28乃至図31のEEPROMに適用されるバイト単位のデータ書き換え動作の第1例を示している。 FIG. 32 shows a first example of a data rewrite operation in units of bytes applied to the EEPROM of FIGS.
本発明のバイト単位のデータ書き換え動作は、以下の4つの主要な工程から構成される。
i. 選択ブロック内のメモリセルに対してデータの逆読み出しを行い、これをラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持する。
ii. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータに対してバイトデータの上書きを行う。
iii. 選択ブロック内のメモリセルのデータを消去する。
iv. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータを選択ブロック内のメモリセルに書き込む。
The byte-unit data rewrite operation of the present invention includes the following four main steps.
i. Data is reversely read from the memory cells in the selected block and held in a sense amplifier circuit having a latch function.
ii. The byte data is overwritten on the data held in the sense amplifier circuit having the latch function.
iii. Erase the data in the memory cells in the selected block.
iv. Write the data held in the sense amplifier circuit having the latch function to the memory cell in the selected block.
本発明のバイト単位のデータ書き換え動作の特徴は、図27の書き換え動作と比較すれば明らかなように、バイト単位のデータ書き換えを行うに当たって、選択ロウ内の1ページ分のデータを逆読み出しすることなく、選択ロウ内の選択ブロックBLKi−jのデータ(1バイトの正数倍のデータ)のみに対して逆読み出しを行っている。つまり、選択ロウ内の非選択ブロックのメモリセルのデータに対しては逆読み出しを行わなくてよいため、データ書き換えを行わないメモリセルに対する不要な読み出し、消去、書き込み動作をなくすことができる。 The feature of the data rewrite operation in byte units according to the present invention is that reverse reading of data for one page in the selected row is performed when performing data rewrite in byte units, as is apparent from the rewrite operation in FIG. Rather, only the data of the selected block BLKi-j in the selected row (data that is a multiple of 1 byte) is reversely read. That is, since it is not necessary to perform reverse reading on the data of the memory cells in the non-selected block in the selected row, unnecessary reading, erasing, and writing operations on the memory cells that are not subjected to data rewriting can be eliminated.
よって、同じデータを書き換えるとすると、本発明の書き換え動作は、図27の書き換え動作に比べて、ページ読み出し、消去、書き込みの回数を減らすことができ、実質的なページ書き換え特性(書き換え回数)を向上させることができる。 Therefore, if the same data is rewritten, the rewrite operation of the present invention can reduce the number of page read, erase, and write operations compared with the rewrite operation of FIG. Can be improved.
このように、本発明によれば、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで製造でき、かつ、同一の書き換え方法が適用されるにもかかわらず、書き換え特性を悪くすることなしにバイト単位でのデータの書き換えが可能である。 As described above, according to the present invention, data can be rewritten in units of bytes without deteriorating rewrite characteristics even though the same process as that of the flash EEPROM can be manufactured and the same rewrite method is applied. Is possible.
図33は、図28乃至図31のEEPROMに適用されるバイト単位のデータ書き換え動作の第2例を示している。 FIG. 33 shows a second example of the data rewrite operation in units of bytes applied to the EEPROM of FIGS.
本発明のバイト単位のデータ書き換え動作は、以下の4つの主要な工程から構成される。
i. 選択ロウ内の1ページ分のメモリセルに対してデータの逆読み出しを行い、これをラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持する。
ii. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータに対してバイトデータの上書きを行う。
iii. 選択ブロック内のメモリセルのデータを消去する。
iv. ラッチ機能を持つセンスアンプ回路に保持されたデータを選択ブロック内のメモリセルに書き込む。
The byte-unit data rewrite operation of the present invention includes the following four main steps.
i. Data is reversely read from one page of memory cells in the selected row and held in a sense amplifier circuit having a latch function.
ii. The byte data is overwritten on the data held in the sense amplifier circuit having the latch function.
iii. Erase the data in the memory cells in the selected block.
iv. Write the data held in the sense amplifier circuit having the latch function to the memory cell in the selected block.
本発明のバイト単位のデータ書き換え動作は、図32の書き換え動作と比較すると、1ページ分のメモリセルに対して逆読み出しを行っている点に特徴を有している。即ち、本発明では、1ページ分のメモリセルのデータを逆読み出しするが、消去及び書き込みは、選択ロウ内の選択ブロックに対してのみ行う。このため、選択ロウ内の非選択ブロックのメモリセルのデータに対する不要な消去、書き込み動作をなくすことができる。 The byte-unit data rewrite operation of the present invention is characterized in that reverse reading is performed on one page of memory cells as compared with the rewrite operation of FIG. That is, in the present invention, the data of the memory cell for one page is reversely read, but erasing and writing are performed only for the selected block in the selected row. For this reason, unnecessary erase and write operations on the data of the memory cells of the non-selected block in the selected row can be eliminated.
この場合、逆読み出し動作においては、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jが選択されるように、サブデコーダにより、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jを多重選択する。 In this case, in the reverse read operation, all the blocks BLKi-j in the selected row are multiple-selected by the sub-decoder so that all the blocks BLKi-j in the selected row are selected.
本発明の書き換え動作は、図27の書き換え動作に比べて、ページ消去、書き込みの回数を減らすことができ、実質的なページ書き換え特性(書き換え回数)を向上させることができる。 Compared with the rewriting operation of FIG. 27, the rewriting operation of the present invention can reduce the number of page erasing and writing operations, and can improve the substantial page rewriting characteristic (the number of rewriting operations).
このように、本発明によれば、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで製造でき、かつ、同一の書き換え方法が適用されるにもかかわらず、書き換え特性を悪くすることなしにバイト単位でのデータの書き換えが可能である。 As described above, according to the present invention, data can be rewritten in units of bytes without deteriorating rewrite characteristics even though the same process as that of the flash EEPROM can be manufactured and the same rewrite method is applied. Is possible.
図34は、メモリセルアレイ領域におけるウェルのレイアウトの一例を示している。 FIG. 34 shows an example of the well layout in the memory cell array region.
フラッシュEEPROMでは、通常、全てのメモリセルユニット(メモリセル及びセレクトトランジスタ)が1つのウェル(例えば、ツインウェル、即ち、p型基板に形成されたn型ウェル中のp型ウェル)内に形成される。しかし、本発明では、メモリセルユニットの間にサブコントロールゲートドライバを配置している。サブコントロールゲートドライバは、高電位をサブコントロールゲートに伝達する役割を有しており、これをメモリセルと同一のウェルに形成すると、バックゲートバイアス効果により閾値が上昇したり、ウェルの電位により動作が不安定になったりする。 In a flash EEPROM, all memory cell units (memory cells and select transistors) are usually formed in one well (for example, a twin well, ie, a p-type well in an n-type well formed in a p-type substrate). The However, in the present invention, the sub control gate driver is arranged between the memory cell units. The sub-control gate driver has a role of transmitting a high potential to the sub-control gate, and if this is formed in the same well as the memory cell, the threshold increases due to the back gate bias effect, or the sub-control gate driver operates according to the well potential. May become unstable.
そこで、本例では、カラム方向のブロックBLKi−jに共通のウェルを設け、ロウ方向のブロックBLKi−jは、それぞれ異なるウェル内に配置されるようにした。この場合、サブコントロールゲートドライバは、ウェルの外部、即ち、p型基板に形成されることになり、上述の問題を回避することができる。 Therefore, in this example, common wells are provided in the column-direction blocks BLKi-j, and the row-direction blocks BLKi-j are arranged in different wells. In this case, the sub-control gate driver is formed outside the well, that is, on the p-type substrate, and the above-described problem can be avoided.
なお、書き込み時及び消去時にウェルに与える電位を工夫することにより、全てのメモリセルユニットとサブコントロールゲートドライバを1つのウェル内に配置することもできる。 It should be noted that all memory cell units and sub-control gate drivers can be arranged in one well by devising the potential applied to the well during writing and erasing.
但し、この場合、バックゲートバイアス効果による閾値の上昇を回避することはできない。 However, in this case, an increase in the threshold due to the back gate bias effect cannot be avoided.
図35は、1ロウ内に配置される複数のブロックとサブコントロールゲートドライバの構成の他の例を示している。 FIG. 35 shows another example of the configuration of a plurality of blocks and sub-control gate drivers arranged in one row.
本例は、図31の回路の変形例であり、NチャネルMOSトランジスタ36−0,36−1,36−2,36−3の接続関係に特徴を有する。 This example is a modification of the circuit of FIG. 31, and is characterized by the connection relationship of N-channel MOS transistors 36-0, 36-1, 36-2, and 36-3.
各ブロックBLKi−j(j=0,1,2,3)内には、それぞれサブコントロールゲート線CGLi−0,CGLi−1,CGLi−2,CGLi−3が配置される。サブコントロールゲート線CGLi−j(j=0,1,2,3)は、それぞれブロックBLKi−j内に配置される1バイトの正数倍(例えば、16バイト)のメモリセルに接続される。 In each block BLKi-j (j = 0, 1, 2, 3), sub-control gate lines CGLi-0, CGLi-1, CGLi-2, and CGLi-3 are arranged, respectively. The sub control gate line CGLi-j (j = 0, 1, 2, 3) is connected to a memory cell that is a multiple of 1 byte (for example, 16 bytes) arranged in the block BLKi-j.
サブコントロールゲート線CGLi−jは、それぞれサブコントロールゲートドライバ28を構成するドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ36−jを経由して、サブデコーダ29に接続される。
The sub control gate line CGLi-j is connected to the
NチャネルMOSトランジスタ36−jのオン/オフは、メインコントロールゲート線CGLiの電位により決定される。選択ロウでは、メインコントロールゲート線CGLiに昇圧電位Vprog又は電源電位VCCが印加されるため、選択ロウの全てのNチャネルMOSトランジスタ36−0,36−1,36−2,36−3は、オン状態となる。 On / off of the N-channel MOS transistor 36-j is determined by the potential of the main control gate line CGLi. In the selected row, since the boosted potential Vprog or the power supply potential VCC is applied to the main control gate line CGLi, all the N channel MOS transistors 36-0, 36-1, 36-2, 36-3 in the selected row are turned on. It becomes a state.
データ書き込み時、選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29から書き込み用の高電位Vprogが供給される。非選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29から接地電位が供給される。
At the time of data writing, a high potential Vprog for writing is supplied from the
また、データ消去時、選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29から接地電位が供給される。非選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29からVCCが供給される。
At the time of data erasure, the ground potential is supplied from the
また、データ読み出し時、選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29から読み出し電位(接地電位又は電源電位VCC)が供給される。非選択ブロックBLKi−jのサブコントロールゲート線CGLi−jには、サブデコーダ29から接地電位が供給される(表3及び表4参照)。
At the time of data reading, a read potential (ground potential or power supply potential VCC) is supplied from the
一方、非選択ロウ内のブロックBLKi−jでは、NチャネルMOSトランジスタ36−jのゲートに接地電位が印加されるため、このNチャネルMOSトランジスタ36−jは、オフ状態となる。 On the other hand, in the block BLKi-j in the non-selected row, since the ground potential is applied to the gate of the N channel MOS transistor 36-j, the N channel MOS transistor 36-j is turned off.
また、データ書き込み時、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由して接地電位又は電源電位VCCが印加される。データ消去時、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由してVCCが印加される。データ読み出し時、選択ロウ内の全てのブロックBLKi−jのセレクトゲート線SSLi,GSLiには、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3を経由して電源電位VCCが印加される(表3及び表4参照)。 At the time of data writing, the ground potential or the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSLi and GSLi of all the blocks BLKi-j in the selected row via the N-channel MOS transistors 35-1 and 35-3. The At the time of data erasing, VCC is applied to select gate lines SSLi and GSLi of all blocks BLKi-j in the selected row via N-channel MOS transistors 35-1 and 35-3. At the time of data reading, the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSLi, GSLi of all the blocks BLKi-j in the selected row via the N-channel MOS transistors 35-1, 35-3 (Table 3 and Table 3). (See Table 4).
このような構成においても、ブロック単位で、読み出し、消去又は書き込み動作を行うことができ、よって、当然に、図32及び図33のバイト単位のデータ書き換え手法を適用することができる。 Even in such a configuration, it is possible to perform read, erase or write operations in units of blocks, and naturally, the data rewrite method in units of bytes of FIGS. 32 and 33 can be applied.
従って、データ書き換えを行わないメモリセルに対する不要な読み出し、消去、書き込み動作をなくすことができ、実質的なページ書き換え特性(書き換え回数)を向上させることができる。 Therefore, unnecessary read, erase, and write operations on memory cells that are not subjected to data rewrite can be eliminated, and substantial page rewrite characteristics (number of rewrites) can be improved.
図36は、図28のバイト型EEPROMの改良例を示している。図37は、図36のメモリセルアレイ11内の互いに隣接する2つのロウのみを取り出して示すものである。
FIG. 36 shows an improved example of the byte type EEPROM of FIG. FIG. 37 shows only two rows adjacent to each other in the
図28の例では、プリデコーダ12a、ロウデコーダ12b及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cを、メモリセルアレイ11のロウ方向の一端にまとめて配置している。
In the example of FIG. 28, the
これに対し、本発明では、プリデコーダ12a、ロウデコーダ12b及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cを、メモリセルアレイ11のロウ方向の一端及び他端に配置している。
In contrast, according to the present invention, the
例えば、偶数番目のロウを選択するプリデコーダPD0,PD2,…及びロウデコーダRD0,RD2,…をメモリセルアレイ11のロウ方向の一端に配置し、奇数番目のロウを選択するプリデコーダPD1,PD3,…及びロウデコーダRD1,RD3,…をメモリセルアレイ11のロウ方向の他端に配置する。また、偶数番目のロウに所定の電位を与えるメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ0,2,…をメモリセルアレイ11のロウ方向の一端に配置し、奇数番目のロウに所定の電位を与えるメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ1,3,…をメモリセルアレイ11のロウ方向の他端に配置する。
For example, predecoders PD0, PD2,... For selecting even-numbered rows and row decoders RD0, RD2,. And row decoders RD1, RD3,... Are arranged at the other end of the
これにより、回路設計時に、プリデコーダ12a、ロウデコーダ12b及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cのレイアウトを容易に決めることができる。
Thus, the layout of the
即ち、メインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cは、例えば、書き込み用の高電位を生成し、これをメインコントロールゲート線CGLiに伝達するため、回路サイズが大きくなりがちである。よって、プリデコーダ12a、ロウデコーダ12b及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cを、メモリセルアレイ11のロウ方向の一端のみにまとめて配置すると、これら回路のチップ上のレイアウトを決めるのが非常に困難となる。
That is, the main control gate /
上述のように、プリデコーダ12a、ロウデコーダ12b及びメインコントロールゲート・セレクトゲートドライバ12cを、メモリセルアレイ11のロウ方向の一端及び他端に配置すれば、チップ上のスペースを有効に活用でき、各回路ブロックをチップ上にコンパクトに収めることができる。
As described above, if the
なお、同図に示すように、同一ブロックBLKi−j内のコントロールゲート線CGLiを駆動するドライブ回路とセレクトゲート線SSLi,GSLiを駆動するドライブ回路は、共に、ドライバiとして、まとめてメモリセルアレイ11の一端又は他端に配置する。 As shown in the figure, the drive circuit for driving the control gate line CGLi and the drive circuit for driving the select gate lines SSLi, GSLi in the same block BLKi-j are both collectively referred to as a driver i. It arrange | positions at one end or other end of.
これにより、選択ブロックBLKi−j内のメモリセルに与えられる信号とセレクトトランジスタに与えられる信号のタイミングのずれがなくなり、書き込み時、読み出し時の誤動作を防止できるため、信頼性が向上する。 As a result, the timing difference between the signal applied to the memory cell in the selected block BLKi-j and the signal applied to the select transistor is eliminated, and malfunction during writing and reading can be prevented, thus improving reliability.
さらに、本例では、2本のセレクトゲート線SSLi,GSLi及び1本のコントロールゲート線CGLを1組として同時に駆動することが望ましい。また、高耐圧トランジスタ(ドライバ)の面積は大きくなることから、セレクトゲート線SSLi,GSLiとコントロールゲート線CGLを1組として配置すれば、チップ上のパターンが均一となる。よって、パターンが不均一の場合に生じるエレクトロローディング効果によるワード線の細りを防止できる。 Furthermore, in this example, it is desirable to drive two select gate lines SSLi and GSLi and one control gate line CGL at the same time. Further, since the area of the high breakdown voltage transistor (driver) becomes large, if the select gate lines SSLi and GSLi and the control gate line CGL are arranged as one set, the pattern on the chip becomes uniform. Therefore, it is possible to prevent the thinning of the word line due to the electroloading effect that occurs when the pattern is not uniform.
図38及び図39は、センスアンプ回路の改良例を示している。 38 and 39 show an improved example of the sense amplifier circuit.
図38の例は、差動式センスアンプを用いた場合の構成例である。この場合、1ビットデータを相補データとして2つのメモリセルユニットに記憶してもよい。また、データ読み出しは、2つのメモリセルユニットから出力される信号量(電位)の僅かな差を検出し、この差を増大することにより行うため、高速読み出しが可能になる。 The example of FIG. 38 is a configuration example when a differential sense amplifier is used. In this case, 1-bit data may be stored in two memory cell units as complementary data. Further, since data reading is performed by detecting a slight difference between the signal amounts (potentials) output from the two memory cell units and increasing this difference, high-speed reading is possible.
また、2つのメモリセルユニットを対にし、一対のメモリセルユニットに1ビットデータを記憶するため、仮に、データ書き換え動作の繰り返しにより一方のメモリセルユニットの書き換え特性が劣化しても、他方のメモリセルユニットの書き換え特性が良好であれば、信頼性が低下することはない。 In addition, since two memory cell units are paired and 1-bit data is stored in the pair of memory cell units, even if the rewrite characteristics of one memory cell unit deteriorate due to repeated data rewrite operations, the other memory cell unit If the rewriting characteristics of the cell unit are good, the reliability is not lowered.
図39の例は、複数本(例えば、2本)のビット線に共通に1つのセンスアンプ回路を接続した場合の例である。この場合、例えば、ブロックBLKi−jにおけるバイト単位のデータ書き換えは、2回に分けて行う。つまり、1回目の書き換えは、偶数本目のビット線に接続されるメモリセルユニットに対して行い、2回目の書き換えは、奇数本目のビット線に接続されるメモリセルユニットに対して行う。 The example of FIG. 39 is an example in which one sense amplifier circuit is commonly connected to a plurality of (for example, two) bit lines. In this case, for example, data rewriting in units of bytes in the block BLKi-j is performed in two steps. That is, the first rewrite is performed on the memory cell units connected to the even-numbered bit lines, and the second rewrite is performed on the memory cell units connected to the odd-numbered bit lines.
本例のセンスアンプ回路を用いた場合、一方のビット線にデータを読み出す際には、他方のビット線を固定電位(例えば、接地電位)に設定しておく(シールドビット線読み出し手法)。これにより、読み出し時における非選択セルでの誤書き込みなどの問題を回避できる。また、本例のEEPROMは、1つのメモリセルユニットに多値データを記憶させる場合に応用できる。 When the sense amplifier circuit of this example is used, when data is read out to one bit line, the other bit line is set to a fixed potential (for example, ground potential) (shield bit line reading method). As a result, problems such as erroneous writing in unselected cells during reading can be avoided. Further, the EEPROM of this example can be applied when multi-value data is stored in one memory cell unit.
図40は、図28のバイト型EEPROMの改良例を示している。 FIG. 40 shows an improved example of the byte type EEPROM of FIG.
図28の例では、メモリセルアレイ11を、ロウ方向及びカラム方向に行列状に配置される複数のブロックBLKi−j(i=0,1,…n;j=0,1,2,3)から構成した。本発明では、これを前提とし、さらに、チップ上で大面積を占めるメインコントロールゲートドライバ(昇圧回路を含む)の数を減らして、チップ上における回路ブロックのレイアウトを容易にする。
In the example of FIG. 28, the
本例では、カラム方向のブロック数をn(例えば、1024)個、ロウ方向のブロック数を4個としている。この場合、例えば、1つのブロックは、16バイトのメモリセルから構成され、1ページは、64バイトのメモリセルから構成される。 In this example, the number of blocks in the column direction is n (for example, 1024), and the number of blocks in the row direction is four. In this case, for example, one block is composed of 16-byte memory cells, and one page is composed of 64-byte memory cells.
メインコントロールゲートドライバ37は、複数のロウ、本例では、2つのロウ、即ち、互いに隣接する2本のメインコントロールゲート線CGL(2ページ)に対応して設けられる。つまり、本発明では、1つのメインコントロールゲートドライバ37により、2本のメインコントロールゲート線CGLを駆動する。各メインコントロールゲートドライバは、昇圧回路を含んでいる。
The main
サブ・コントロールゲートドライバ28は、各ブロックBLKi−jに対応して設けられる。
The sub
セレクトゲートドライバ38は、1つのロウ、即ち、1本のコントロールゲート線CGL(1ページ)に対応して設けられる。プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bも、1つのロウ、即ち、1本のコントロールゲート線CGLに対応して設けられる。
The
ロウアドレス信号は、アドレスレジスタ19を経由してプリデコーダ12a及びサブデコーダ29に入力される。そして、プリデコーダ12a及びロウデコーダ12bにより、1つのロウ内の4つのブロックBLKi−jが選択される。また、サブデコーダ29により、選択された4つのブロックBLKi−jのうちの1つを選択する。
The row address signal is input to the predecoder 12 a and the
なお、サブデコーダ29は、選択された1つのロウ内の複数のブロック又は選択された1つのロウ内の全てのブロック(本例では、4つのブロック)を選択するような機能を有していてもよい。 Note that the sub-decoder 29 has a function of selecting a plurality of blocks in one selected row or all blocks (four blocks in this example) in one selected row. Also good.
本発明では、図28の例と同様に、ブロック単位で、データの読み出し、消去及び書き込みが可能である。よって、バイト単位のデータ書き換え動作において、1ページ分のデータをラッチ機能を持つセンスアンプ回路に読み出す必要がなく、実質的なページ書き換え特性を向上させることができる。 In the present invention, as in the example of FIG. 28, data can be read, erased and written in units of blocks. Therefore, in the data rewriting operation in byte units, it is not necessary to read out data for one page to the sense amplifier circuit having a latch function, and the substantial page rewriting characteristics can be improved.
また、本発明では、例えば、選択ブロックがBLKi−jのとき、メインコントロールゲートドライバ37は、選択ブロックBLKi−jが属するロウとこれに隣接するロウの2本メインコントロールゲート線CGLi,CGLi+1に、動作モードに応じた所定の電位を与える。つまり、2本メインコントロールゲート線CGLi,CGLi+1に共通に1つのメインコントロールゲートドライバ37を設けているため、メインコントロールゲートドライバ37の数を減らすことができ、レイアウトの容易化、回路設計時の負担軽減を図ることができる。
In the present invention, for example, when the selected block is BLKi-j, the main
セレクトゲートドライバ38は、選択ブロックBLKi−jが属するロウのセレクトゲート線SSL,GSLに、動作モードに応じた所定の電位を与える。
The
ラッチ機能を持つセンスアンプ回路13は、読出しデータや書込みデータをラッチする。読出しデータ(出力データ)は、カラム選択回路15及び入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。書込みデータ(入力データ)は、入出力バッファ18及びカラム選択回路15を経由してラッチ機能を持つセンスアンプ回路13にラッチされる。
The
コマンド信号は、データ入出力バッファ18及びコマンドレジスタ25を経由してコマンドデコーダ26に入力される。制御回路17には、コマンドデコーダ26の出力信号、コマンドラッチイネーブル信号CLE、チップイネーブル信号/CE、ライトイネーブル信号/WEなどの信号が入力される。
The command signal is input to the
信号生成回路(昇圧回路)27は、制御回路17の制御の下、コントロールゲート線CGL及びセレクトゲート線SSL,GSLに与える電位を生成し、この電位をメインコントロールゲートドライバ37及びセレクトゲートドライバ38に供給する。
The signal generation circuit (boost circuit) 27 generates a potential to be applied to the control gate line CGL and the select gate lines SSL, GSL under the control of the
図41は、プリデコーダPDiの構成の一例を示している。 FIG. 41 shows an example of the configuration of the predecoder PDi.
本例では、ロウ数、即ち、コントロールゲート線CGLの数(ブロック数)を1024(210)本と仮定する。この場合、10ビットのロウアドレス信号a1,a2,…a10により、1つのロウを選択することができる。 In this example, the number of rows, that is, the number of control gate lines CGL (number of blocks) is assumed to be 1024 (2 10 ). In this case, one row can be selected by 10-bit row address signals a1, a2,.
ロウアドレス信号a2,a3,a4は、NAND回路30−1に入力され、ロウアドレス信号a5,a6,a7は、NAND回路30−2に入力され、ロウアドレス信号a8,a9,a10は、NAND回路30−3に入力される。NAND回路30−1の出力信号は、インバータ31−1を経由して信号Dとなり、NAND回路30−2の出力信号は、インバータ31−2を経由して信号Eとなり、NAND回路30−3の出力信号は、インバータ31−3を経由して信号Fとなる。 The row address signals a2, a3, and a4 are input to the NAND circuit 30-1, the row address signals a5, a6, and a7 are input to the NAND circuit 30-2, and the row address signals a8, a9, and a10 are input to the NAND circuit. 30-3. The output signal of the NAND circuit 30-1 becomes a signal D via the inverter 31-1, and the output signal of the NAND circuit 30-2 becomes a signal E via the inverter 31-2. The output signal becomes the signal F via the inverter 31-3.
各プリデコーダPDiには、それぞれ異なるロウアドレス信号a1,a2,…a10が入力される。そして、選択された1つのロウに属するプリデコーダPDiの出力信号a1,D,E,Fのみが全て“1”となる。 Different row address signals a1, a2,..., A10 are input to each predecoder PDi. Only the output signals a1, D, E, F of the predecoder PDi belonging to one selected row are all “1”.
図42は、ロウデコーダRDi、メインコントロールゲートドライバ37及びセレクトゲートドライバ38の構成の一例を示している。
FIG. 42 shows an example of the configuration of the row decoder RDi, the main
ロウデコーダRDiは、NAND回路32及びインバータ33から構成される。プリデコーダPDiの出力信号D,E,Fは、NAND回路に入力される。
The row decoder RDi includes a
セレクトゲートドライバ38は、ドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3から構成される。選択されたロウでは、ロウデコーダRDiの出力信号がVCCになるため、NチャネルMOSトランジスタ35−1,35−3がオン状態となる。よって、信号生成回路27で生成された信号SS,GSがセレクトゲート線SSLi,GSLiに供給される。
The
メインコントロールゲートドライバ37は、デコード回路39、昇圧回路34及びドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ35−2から構成される。
The main
選択されたロウとこれに隣接するロウに共通に設けられたメインコントロールゲートドライバ37では、デコード回路39の出力信号がVCCになる。また、動作モードに応じて、昇圧回路が動作状態又は非動作状態となり、NチャネルMOSトランジスタ35−2のゲートに電源電位VCC又は昇圧電位が印加される。
In the main
例えば、データ書き込み時、選択されたロウとこれに隣接するロウに共通に設けられたメインコントロールゲートドライバ37では、昇圧回路34の出力電位VBが昇圧電位Vprogとなり、NチャネルMOSトランジスタ35−2がオン状態になる。一方、信号生成回路27で生成されたCG(=Vprog)がNチャネルMOSトランジスタ35−2を経由して、選択ロウとこれに隣接するロウのメインコントロールゲート線CGLi,CGLi+1に伝達される。
For example, when writing data, in the main
また、データ消去時、選択されたロウとこれに隣接するロウに共通に設けられたメインコントロールゲートドライバ37では、昇圧回路34の出力電位VBが電源電位VCCとなり、NチャネルMOSトランジスタ35−2がオン状態になる。一方、信号生成回路27で生成されたCG(=0V)がNチャネルMOSトランジスタ35−2を経由して、選択ロウとこれに隣接するロウのメインコントロールゲート線CGLi,CGLi+1に伝達される。
At the time of data erasing, in the main
また、データ書き込み時、選択されたロウとこれに隣接するロウに共通に設けられたメインコントロールゲートドライバ37では、昇圧回路34の出力電位VBが電源電位VCCとなり、NチャネルMOSトランジスタ35−2がオン状態になる。一方、信号生成回路27で生成されたCG(=0V又はVCC)がNチャネルMOSトランジスタ35−2を経由して、選択ロウとこれに隣接するロウのメインコントロールゲート線CGLi,CGLi+1に伝達される。
At the time of data writing, in the main
なお、互いに隣接する2つの非選択ロウに共通に設けられたメインコントロールゲートドライバ37では、昇圧回路34の出力信号VBが接地電位となり、この接地電位がNチャネルMOSトランジスタ35−2のゲートに印加される。よって、NチャネルMOSトランジスタ35−2は、オフ状態となる。
In main
図43は、互いに隣接する2つのロウ内に配置される複数のブロックとサブコントロールゲートドライバの構成の一例を示している。 FIG. 43 shows an example of the configuration of a plurality of blocks and sub-control gate drivers arranged in two adjacent rows.
本例では、図40の回路ブロックに対応させ、1ロウ内に4つのブロックが配置される場合について説明する。 In this example, a case will be described in which four blocks are arranged in one row corresponding to the circuit block of FIG.
各ブロックBLKi−j,BLK(i+1)−j内には、それぞれサブコントロールゲート線CGLi−j,CGL(i+1)−jが配置される(j=0,1,2,3)。サブコントロールゲート線CGLi−jは、それぞれブロックBLKi−j内に配置される1バイトの正数倍(例えば、16バイト)のメモリセルに接続され、サブコントロールゲート線CGL(i+1)−jは、それぞれブロックBLK(i+1)−j内に配置される1バイトの正数倍(例えば、16バイト)のメモリセルに接続される。 In each block BLKi-j, BLK (i + 1) -j, sub-control gate lines CGLi-j, CGL (i + 1) -j are arranged (j = 0, 1, 2, 3), respectively. The sub control gate line CGLi-j is connected to a memory cell of a positive multiple of 1 byte (for example, 16 bytes) arranged in each block BLKi-j, and the sub control gate line CGL (i + 1) -j is Each is connected to a memory cell of a positive multiple of 1 byte (for example, 16 bytes) arranged in the block BLK (i + 1) -j.
サブコントロールゲート線CGLi−jは、それぞれサブコントロールゲートドライバ28を構成するドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ36−jを経由して、メインコントロールゲート線CGLiに接続される。サブコントロールゲート線CGL(i+1)−jは、それぞれサブコントロールゲートドライバ28を構成するドライブ回路としてのNチャネルMOSトランジスタ40−jを経由して、メインコントロールゲート線CGLi+1に接続される。
The sub control gate line CGLi-j is connected to the main control gate line CGLi via an N channel MOS transistor 36-j as a drive circuit constituting the sub
NチャネルMOSトランジスタ36−j,40−jのオン/オフは、サブデコーダ29により制御される。サブデコーダ29は、1つのNチャネルMOSトランジスタ36−j(1つのブロック)を選択する機能を有している。例えば、ブロックBLKi−1を選択する場合には、NチャネルMOSトランジスタ36−1をオン状態にする。この時、メインコントロールゲート線CGLiとサブコントロールゲート線CGLi−1が電気的に接続される。
On / off of the N-channel MOS transistors 36-j and 40-j is controlled by the sub-decoder 29. The
なお、サブデコーダ29に、1ロウ内の複数又は全てのNチャネルMOSトランジスタを選択する機能を持たせてもよい。 Note that the sub-decoder 29 may have a function of selecting a plurality of or all N-channel MOS transistors in one row.
本発明のEEPROMにおいても、メモリセルアレイをロウ方向及びカラム方向に行列状に配置された複数のブロックから構成し、ブロック単位でデータの読み出し、消去、書き込みができるようになっている。このため、本発明においても、図32及び図33のバイト単位のデータ書き換え動作が適用できる。つまり、バイト単位のデータ書き換えを行うに当たって、選択ロウ内の1ページ分のデータを読み出すことなく、選択ロウ内の選択ブロックのデータ(1バイトの正数倍のデータ)のみを読み出すことができる。 Also in the EEPROM of the present invention, the memory cell array is composed of a plurality of blocks arranged in a matrix in the row direction and the column direction, and data can be read, erased, and written in units of blocks. Therefore, also in the present invention, the data rewriting operation in units of bytes shown in FIGS. 32 and 33 can be applied. That is, when performing data rewriting in units of bytes, it is possible to read only the data of the selected block in the selected row (data that is a multiple of 1 byte) without reading out data for one page in the selected row.
よって、データ書き換えを行わないメモリセルに対する不要な読み出し、消去、書き込み動作をなくすことができ、実質的なページ書き換え特性(書き換え回数)を向上させることができる。 Therefore, unnecessary read, erase, and write operations on memory cells that are not subjected to data rewrite can be eliminated, and substantial page rewrite characteristics (number of rewrites) can be improved.
また、本発明では、1つのメインコントロールゲートドライバ(昇圧回路を含む)を互いに隣接する複数(例えば、2つ)のロウに共通に使用するようにしている。従って、大きなサイズを有するメインコントロールゲートドライバのカラム方向の幅を1ロウの幅よりも大きくすることができ、回路設計時に、メインコントロールゲートドライバのレイアウトを容易に行うことができる。 In the present invention, one main control gate driver (including a booster circuit) is commonly used for a plurality of (for example, two) rows adjacent to each other. Therefore, the width of the main control gate driver having a large size in the column direction can be made larger than the width of one row, and the layout of the main control gate driver can be easily performed at the time of circuit design.
また、書き込み時、選択ロウのメインコントロールゲート線に高電位Vprogが印加され、セレクトゲート線には電源電位VCCが印加されるため、高電位Vprogを出力しなければならないメインコントロールゲートドライバのみを複数のロウに共通に配置し、セレクトゲートドライバについては、1ロウごとに配置する。 Further, at the time of writing, since the high potential Vprog is applied to the main control gate line of the selected row and the power supply potential VCC is applied to the select gate line, only a plurality of main control gate drivers that must output the high potential Vprog are provided. The select gate driver is arranged for each row.
この場合、例えば、書き込み時に、2本のメインコントロールゲート線に高電位Vprogが印加されるが、この高電位Vprogは、サブデコーダにより選択された選択ブロック内のサブコントロールゲート線のみに伝達されるため、動作上の問題は全くない。 In this case, for example, at the time of writing, the high potential Vprog is applied to the two main control gate lines, but this high potential Vprog is transmitted only to the sub control gate lines in the selected block selected by the sub decoder. Therefore, there is no problem in operation.
図44は、サブデコーダの配置例を示している。 FIG. 44 shows an example of arrangement of sub-decoders.
本発明では、メモリセルアレイ11の1ページ分のメモリセルを複数に分け、ロウ方向に複数のブロックBLKi−jを設けるようにしている。また、ロウ方向のブロックBLKi−jの間には、サブコントロールゲートドライバ28が配置される。また、センスアンプ回路13は、ロウ方向に配置されるブロックBLKi−jに対応して設けられる。
In the present invention, one page of memory cells in the
よって、センスアンプ回路13の間であってサブコントロールゲートドライバ28に対応する箇所には、スペースが形成される。本例では、このスペースにサブデコーダ29を配置する。
Therefore, a space is formed at a position between the
本例のように、サブデコーダ29をサブコントロールゲートドライバ28に対応させて複数箇所に配置する場合は、サブデコーダ29を1箇所にまとめて配置する場合に比べてチップ上のスペースを有効に使うことができ、チップサイズの縮小などに貢献できる。
When the sub-decoder 29 is arranged at a plurality of locations corresponding to the
図45乃至図47は、本発明が適用可能なEEPROMの例を示している。 45 to 47 show an example of an EEPROM to which the present invention can be applied.
図45の例では、メモリセルアレイのカラム方向の両端に、ラッチ機能を持つセンスアンプ回路13A,13B、カラム選択回路15A,15B及びデータ入出力バッファ18A,18Bをそれぞれ配置している。本例では、メモリセルアレイを、3トラセル部(図26参照)11−0とNANDセル部11−1から構成する。勿論、メモリセルアレイは、3トラセル部のみから構成してもよい。
In the example of FIG. 45,
本例によれば、メモリセルアレイのカラム方向の両端に、センスアンプ回路などの読み出しや書き込み動作のための回路を配置するため、これら回路のレイアウトが容易になり、回路設計時の負担を軽減できる。 According to this example, since circuits for reading and writing operations such as a sense amplifier circuit are arranged at both ends in the column direction of the memory cell array, the layout of these circuits becomes easy, and the load at the time of circuit design can be reduced. .
図46の例では、メモリセルアレイを3トラセル部11−0とNANDセル部11−1から構成し、3トラセル部11−0をセンスアンプ回路13側に配置し、3トラセル部11−0のメモリセルをキャッシュメモリとして使用している。
In the example of FIG. 46, the memory cell array is composed of a three-tracell unit 11-0 and a NAND cell unit 11-1, and the three-tracell unit 11-0 is arranged on the
本例によれば、NANDセル部11−1のデータを一時的に3トラセル部(キャッシュメモリ)にブロック単位で保存しておけるため、データの高速読み出しが可能となる。 According to this example, since the data of the NAND cell unit 11-1 can be temporarily stored in the 3 tracell unit (cache memory) in units of blocks, the data can be read at high speed.
図47の例では、1チップ41内に複数のメモリ回路42a,42bを配置している。各メモリ回路42a,42bは、互いに独立して、読み出し動作、書き込み動作及び消去動作を行うことができる。よって、例えば、メモリ回路42aが読み出し動作を行っている最中に、メモリ回路42bでは、書き込み動作を行うこともできる。メモリ回路42a,42bの少なくとも一方には、本発明のEEPROMが使用される。
In the example of FIG. 47, a plurality of
本例によれば、2つの異なる動作を同時に行うことができるため、データ処理が効率よく行える。 According to this example, since two different operations can be performed simultaneously, data processing can be performed efficiently.
ところで、いままで説明してきた発明では、スタックゲート構造を有する一つのメモリセルとその両端に一つずつ接続された二つのセレクトトランジスタとからなるセルユニットを主要な構成要素としてきた。 By the way, in the invention described so far, a cell unit including one memory cell having a stack gate structure and two select transistors connected to both ends of the memory cell has been a main component.
このようなセルユニットによれば、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えを始めとする数々の特徴が得られることは、上述した通りである。 As described above, according to such a cell unit, various features such as data rewriting in byte (or page) units can be obtained.
しかし、セルユニットを3つのトランジスタ(メモリセルは一つのみ)から構成する場合、メモリセル一つ当たりのセルサイズが通常のNAND型フラッシュEEPROMよりも大きくなるため、メモリセルの高集積化によるメモリ容量の増大には必ずしも有利といえない。 However, when the cell unit is composed of three transistors (only one memory cell), the cell size per memory cell is larger than that of a normal NAND flash EEPROM. It is not always advantageous to increase the capacity.
そこで、以下の発明では、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えを維持しつつ、メモリセル一つ当たりのセルサイズを小さくすることができる新規なセルユニット構造又はデータ書き込み手法について説明する。 Therefore, in the following invention, a novel cell unit structure or data writing method capable of reducing the cell size per memory cell while maintaining data rewriting in byte (or page) units will be described.
まず、従来のNAND型フラッシュEEPROMについて検討する。 First, a conventional NAND flash EEPROM will be examined.
従来のNAND型フラッシュEEPROMは、例えば、一つのメモリセルユニット内に16個の直列接続されたメモリセルを配置するため、メモリセル一つ当たりのセルサイズを縮小するには最も適した構造を有している。 A conventional NAND flash EEPROM has a structure most suitable for reducing the cell size per memory cell, for example, because 16 memory cells connected in series are arranged in one memory cell unit. is doing.
しかし、このような構造にすると、セルサイズの縮小という特徴が得られる反面、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えという特徴が失われる。 However, with such a structure, the feature of reducing the cell size is obtained, but the feature of rewriting data in byte (or page) units is lost.
そこで、従来のNAND型フラッシュEEPROMでは、何故、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えができなかったのかについて述べる。 The reason why the conventional NAND flash EEPROM cannot rewrite data in byte (or page) units will be described.
NAND型フラッシュEEPROMでバイト(又はページ)単位のデータ書き換えができない理由を理解するためには、まず、NAND型フラッシュEEPROMのデータ書き換え動作を理解することが必要である。 In order to understand the reason why data cannot be rewritten in units of bytes (or pages) in the NAND flash EEPROM, it is first necessary to understand the data rewrite operation of the NAND flash EEPROM.
NAND型フラッシュEEPROMのデータ書き換え動作は、ブロック単位で行われる。 The data rewrite operation of the NAND flash EEPROM is performed in units of blocks.
まず、選択ブロック内のNANDセルユニットの全メモリセルに対して、データの一括消去(フローティングゲートから電子を抜き、閾値を下げる動作)を行う。この後、例えば、選択ブロック内のNANDセルユニットのソース側のメモリセルからドレイン側のメモリセルに向って、順次、ページ単位でデータ書き込みが実行される。 First, batch erase of data (operation for extracting electrons from the floating gate and lowering the threshold value) is performed on all memory cells of the NAND cell unit in the selected block. Thereafter, for example, data writing is sequentially executed in page units from the memory cell on the source side to the memory cell on the drain side of the NAND cell unit in the selected block.
具体的なデータ書き込み動作を図48及び図49を参照して説明する。
本例では、コントロールゲート線CGL1に接続されるメモリセルについてデータ書き込みを行うものとする。
A specific data write operation will be described with reference to FIGS.
In this example, it is assumed that data is written to a memory cell connected to the control gate line CGL1.
まず、ソース側(ソース線側)のセレクトゲート線GSLに0Vを与え、ソース側のセレクトトランジスタをカットオフ状態にする。また、ドレイン側(ビット線側)のセレクトゲート線SSLに電源電位VCCを与え、ドレイン側のセレクトトランジスタをオン状態にする。 First, 0 V is applied to the source side (source line side) select gate line GSL to cut off the source side select transistor. Further, the power supply potential VCC is applied to the drain side (bit line side) select gate line SSL to turn on the drain side select transistor.
また、“0”書き込み(フローティングゲートに電子を注入し、閾値を上げる動作)を行うメモリセルM1が接続されるビット線の電位を0Vとし、“1”書き込み(消去状態を維持する動作)を行うメモリセルM2が接続されるビット線の電位を電源電位VCCとする。 Further, the potential of the bit line to which the memory cell M1 for performing “0” writing (injecting electrons into the floating gate and raising the threshold) is set to 0 V, and “1” writing (operation for maintaining the erased state) is performed. The potential of the bit line connected to the memory cell M2 to be performed is set to the power supply potential VCC.
この時、“0”書き込みを行うメモリセルM1を含むNANDセルユニット内の全メモリセルのチャネルの電位が0Vとなり、“1”書き込みを行うメモリセルM2を含むNANDセルユニット内の全メモリセルのチャネルの電位がVCC−Vth(Vthは、セレクトトランジスタの閾値電圧)に予備充電される。この後、“1”書き込みを行うメモリセルM2を含むNANDセルユニット内のドレイン側(ビット線側)のセレクトトランジスタは、カットオフ状態となる。 At this time, the channel potential of all the memory cells in the NAND cell unit including the memory cell M1 to which “0” is written becomes 0 V, and all the memory cells in the NAND cell unit including the memory cell M2 to which “1” is written are written. The channel potential is precharged to VCC-Vth (Vth is the threshold voltage of the select transistor). Thereafter, the select transistor on the drain side (bit line side) in the NAND cell unit including the memory cell M2 to which “1” is written is cut off.
この後、コントロールゲート線(選択)CGL1の電位が、0Vから電源電位VCC(例えば、3.3V)、電源電位VCCから書き込み電位Vprog(例えば、18V)と上昇する。また、コントロールゲート線(非選択)CGL0,CGL2,…CGL15の電位が、0Vから電源電位VCC、電源電位VCCからVpass(VCC<Vpass(例えば、9V)<Vprog)と上昇する。 Thereafter, the potential of the control gate line (selection) CGL1 rises from 0V to the power supply potential VCC (eg, 3.3V) and from the power supply potential VCC to the write potential Vprog (eg, 18V). Further, the potentials of the control gate lines (non-selected) CGL0, CGL2,... CGL15 rise from 0V to the power supply potential VCC and from the power supply potential VCC to Vpass (VCC <Vpass (for example, 9V) <Vprog).
この時、“0”書き込みを行うメモリセルM1においては、チャネルの電位が0Vとなっているため、フローティングゲートとチャネルの間のトンネル絶縁膜に高電圧が印加され、電子がチャネルからフローティングゲートへ移動する。一方、“1”書き込みを行うメモリセルM2では、チャネルがフローティングとなっているため、容量カップリングにより、チャネルの電位がVchに上昇する。よって、“1”書き込みを行うメモリセルM1においては、フローティングゲートとチャネルの間のトンネル絶縁膜に高電圧が印加されず、消去状態が維持される。 At this time, since the channel potential is 0 V in the memory cell M1 to which “0” is written, a high voltage is applied to the tunnel insulating film between the floating gate and the channel, and electrons are transferred from the channel to the floating gate. Moving. On the other hand, in the memory cell M2 to which “1” is written, since the channel is in a floating state, the channel potential rises to Vch due to capacitive coupling. Therefore, in the memory cell M1 in which “1” is written, a high voltage is not applied to the tunnel insulating film between the floating gate and the channel, and the erased state is maintained.
ここで、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL0,CGL2,…CGL15に与えるVpassについて検討する。 Here, the Vpass applied to the non-selected control gate lines CGL0, CGL2,... CGL15 in the selected block will be considered.
メモリセルM2に対する“1”書き込みは、データ書き込み時に、メモリセルM2のフローティングゲートに対する電子の注入を抑え、メモリセルM2が消去状態を維持することで達成される。メモリセルM2が消去状態を維持するためには、データ書き込み時に、メモリセルM2を含むNANDセルユニット内の各メモリセルのチャネル電位を容量カップリングにより十分に高くし、メモリセルM2のフローティングゲートとチャネルの間のトンネル絶縁膜に印加される電圧を緩和すればよい。 Writing “1” to the memory cell M2 is achieved by suppressing the injection of electrons to the floating gate of the memory cell M2 and maintaining the erased state in the memory cell M2 during data writing. In order to maintain the memory cell M2 in the erased state, at the time of data writing, the channel potential of each memory cell in the NAND cell unit including the memory cell M2 is sufficiently increased by capacitive coupling, and the floating gate of the memory cell M2 The voltage applied to the tunnel insulating film between the channels may be relaxed.
ところで、メモリセルM2を含むNANDセルユニット内の各メモリセルのチャネル電位は、非選択コントロールゲート線CGL0,CGL2,…CGL15に与えるVpassに依存する。よって、Vpassを高くすればするほど、メモリセルM2を含むNANDセルユニット内の各メモリセルのチャネル電位が高くなり、メモリセルM2に対する誤書き込みが防止される。 Meanwhile, the channel potential of each memory cell in the NAND cell unit including the memory cell M2 depends on Vpass applied to the non-selected control gate lines CGL0, CGL2,. Therefore, the higher Vpass is, the higher the channel potential of each memory cell in the NAND cell unit including the memory cell M2 is, so that erroneous writing to the memory cell M2 is prevented.
しかし、Vpassを高くすると、“0”書き込みを行うメモリセルM1を含むNANDセルユニット内の非選択メモリセルM3に対して誤書き込みが生じ易くなる。 However, when Vpass is increased, erroneous writing is likely to occur in the non-selected memory cell M3 in the NAND cell unit including the memory cell M1 to which “0” is written.
即ち、メモリセルM1を含むNANDセルユニット内の各メモリセルのチャネル電位は、0Vに維持されている。このため、Vpassが書き込み電位Vprogに近くなると、非選択メモリセルM3に対しても“0”書き込みが行われてしまう。よって、メモリセルM1を含むNANDセルユニット内の非選択メモリセルに対して誤書き込みを防止するためには、Vpassをできるだけ低くする必要がある。 That is, the channel potential of each memory cell in the NAND cell unit including the memory cell M1 is maintained at 0V. For this reason, when Vpass is close to the write potential Vprog, “0” is also written to the unselected memory cell M3. Therefore, in order to prevent erroneous writing to unselected memory cells in the NAND cell unit including the memory cell M1, it is necessary to make Vpass as low as possible.
このように、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL0,CGL2,…CGL15に与えるVpassは、高すぎても又は低すぎてもだめであり、“1”書き込みを行う選択メモリセルM2や非選択メモリセルM3に対して“0”書き込みが行われないような最適値、例えば、VCC<Vpass(例えば、9V)<Vprogに設定されている。 As described above, Vpass applied to the non-selected control gate lines CGL0, CGL2,... CGL15 in the selected block is not required to be too high or too low. The optimum value is set such that VCC <Vpass (for example, 9V) <Vprog so that “0” is not written to the memory cell M3.
以上、NAND型フラッシュEEPROMのデータ書き換え動作について詳細に説明した。そこで、以下では、NAND型フラッシュEEPROMのデータ書き換え動作が、何故、バイト(又はページ)単位で行われないのかについて説明する。 The data rewriting operation of the NAND flash EEPROM has been described in detail above. Therefore, the following explains why the data rewriting operation of the NAND flash EEPROM is not performed in units of bytes (or pages).
仮に、NAND型フラッシュEEPROMにおいて、データ書き換え動作をバイト(又はページ)単位で行ったとする。 Assume that the data rewrite operation is performed in units of bytes (or pages) in the NAND flash EEPROM.
この場合、同一のコントロールゲート線、例えば、コントロールゲート線CGL1が何度も繰り返して選択され、このコントロールゲート線CGL1に接続されるメモリセルについてのみ、何度も繰り返してデータ書き換えが行われることも考えられる。このような状況では、コントロールゲート線CGL1に接続されるメモリセルのデータを消去する動作と、コントロールゲート線CGL1に接続されるメモリセルに対してデータを書き込む動作が繰り返し行われることになる。 In this case, the same control gate line, for example, the control gate line CGL1 is repeatedly selected, and only the memory cell connected to the control gate line CGL1 is repeatedly rewritten. Conceivable. In such a situation, the operation of erasing data in the memory cell connected to the control gate line CGL1 and the operation of writing data to the memory cell connected to the control gate line CGL1 are repeatedly performed.
しかし、この時、選択ブロック内の非選択メモリセルのコントロールゲートには、データ書き込み時にVpassが何度も繰り返して印加される。 However, at this time, Vpass is repeatedly applied to the control gates of the non-selected memory cells in the selected block at the time of data writing.
従って、NAND型フラッシュEEPROMにおいて、バイト(又はページ)単位のデータ書き換え動作を何度も繰り返し行うと、選択ブロック内の非選択メモリセルの閾値がVpassによって次第に上昇し(フローティングゲートに徐々に電子が注入され)、誤書き込みが発生する可能性がある。 Therefore, in the NAND flash EEPROM, when the data rewrite operation in units of bytes (or pages) is repeated many times, the threshold value of the non-selected memory cells in the selected block gradually rises due to Vpass (electrons gradually enter the floating gate). There is a possibility that erroneous writing occurs.
この可能性をなくすためには、Vpassを低くするか又はブロック単位の書き換えに変更する必要がある。 In order to eliminate this possibility, it is necessary to lower Vpass or change to block-based rewriting.
しかし、Vpassは、上述のように、1回のデータ書き込み動作において、“1”書き込みを行う選択メモリセルや、“0”書き込みを行うメモリセルと同じセルユニット内の非選択メモリセルに対して、“0”書き込み(誤書き込み)が行われないような最適値に設定されており、これを、さらに低くすることは事実上不可能である。 However, as described above, Vpass is applied to a selected memory cell in which “1” is written or a non-selected memory cell in the same cell unit as a memory cell in which “0” is written in one data write operation. , “0” writing (erroneous writing) is set to an optimum value so that it is practically impossible to lower this value.
よって、結果として、NAND型フラッシュEEPROMでは、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えが不可能となり、ブロック単位でのデータ書き換えを行っている。 Therefore, as a result, in the NAND flash EEPROM, data rewriting in byte (or page) units becomes impossible, and data rewriting in block units is performed.
以下では、NAND型フラッシュEEPROMのように、メモリセル一つ当たりのセルサイズを小さくすることができると共に、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えについては、Vpassを低くすることにより達成できるような新規なセルユニット構造又はデータ書き込み手法について説明する。 In the following, as in a NAND flash EEPROM, the cell size per memory cell can be reduced, and data rewriting in units of bytes (or pages) can be achieved by lowering Vpass. A simple cell unit structure or data writing method will be described.
図50は、本発明のバイト型EEPROMのメモリセルユニットを示している。図51は、図50のメモリセルの等価回路を示している。 FIG. 50 shows a memory cell unit of the byte type EEPROM of the present invention. FIG. 51 shows an equivalent circuit of the memory cell of FIG.
メモリセルMC1,MC2は、コントロールゲートとフローティングゲートを有し、フラッシュEEPROMのメモリセルと同じ構造となっている。メモリセルMC1,MC2は、互いに直列接続され、その両端には、それぞれ1つずつセレクトトランジスタST1,ST2が接続されている。セレクトトランジスタST1は、ビット線コンタクト部BCを経由してビット線に接続され、セレクトトランジスタST2は、ソース線SLに接続される。 The memory cells MC1 and MC2 have a control gate and a floating gate, and have the same structure as the memory cell of the flash EEPROM. Memory cells MC1 and MC2 are connected in series with each other, and select transistors ST1 and ST2 are respectively connected to both ends thereof. The select transistor ST1 is connected to the bit line via the bit line contact portion BC, and the select transistor ST2 is connected to the source line SL.
メモリセルMC1,MC2及びセレクトトランジスタST1,ST2により1つのメモリセルユニットが構成され、メモリセルアレイは、複数のメモリセルユニットがアレイ状に配置されることにより実現される。 Memory cells MC1 and MC2 and select transistors ST1 and ST2 constitute one memory cell unit, and a memory cell array is realized by arranging a plurality of memory cell units in an array.
本発明のメモリセルユニットは、NAND型フラッシュEEPROMにおいて1つのNANDユニット内のメモリセルを2つにしたもの(2NANDセル)と考えることができる。 The memory cell unit of the present invention can be considered as two NAND memory cells in a NAND flash EEPROM (2 NAND cells).
但し、本発明では、メモリセルユニット内のメモリセルの数は、2個に限定されるものではなく、例えば、後述する条件を満たす限り、複数(3個、4個、5個など)に設定することができる。場合によっては、メモリセルユニット内のメモリセルの数を、従来のNAND型フラッシュEEPROMと同じ16個に設定してもよい。 However, in the present invention, the number of memory cells in the memory cell unit is not limited to two. For example, as long as the conditions described later are satisfied, a plurality (three, four, five, etc.) is set. can do. In some cases, the number of memory cells in the memory cell unit may be set to 16 as in the conventional NAND flash EEPROM.
本発明のバイト型EEPROMの構造面での長所について説明する。 The structural advantages of the byte type EEPROM of the present invention will be described.
本発明のバイト型EEPROMのメモリセル部の構造は、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセル部の構造と同じである。但し、通常は、本発明のバイト型EEPROMのセルユニット内のメモリセルの数は、NAND型フラッシュEEPROMのセルユニット内のメモリセルの数(例えば、16個)よりも少なくなる。 The structure of the memory cell part of the byte type EEPROM of the present invention is the same as the structure of the memory cell part of the NAND type flash EEPROM. However, normally, the number of memory cells in the cell unit of the byte type EEPROM of the present invention is smaller than the number of memory cells (for example, 16) in the cell unit of the NAND type flash EEPROM.
よって、本発明のバイト型EEPROMでは、NAND型フラッシュEEPROMのプロセスをそのまま採用できるため、バイト単位の消去が可能(これについては、後述する。)であるにもかかわらず、記憶容量を増大でき、かつ、生産コストも低減できる。 Therefore, in the byte type EEPROM of the present invention, the NAND type flash EEPROM process can be adopted as it is, so that although the byte unit can be erased (this will be described later), the storage capacity can be increased. In addition, production costs can be reduced.
例えば、本発明において、セルユニット内のメモリセルの数を2個にした場合について検討する。 For example, in the present invention, a case where the number of memory cells in a cell unit is two is considered.
本発明では、デザインルールを0.4[μm]とした場合、2個のメモリセルの短辺長aが1.2[μm]、長辺長bが3.96[μm]であるため、メモリセル1個当たりの面積([短辺長a×長辺長b]/2)は、2.376[μm2 ]となる。一方、セルユニットが16個のメモリセルからなるNAND型フラッシュEEPROM(16NANDセル)では、デザインルールを0.4[μm]とした場合、メモリセル1個当たりの面積は、1.095[μm2 ]となる。 In the present invention, when the design rule is 0.4 [μm], the short side length a of the two memory cells is 1.2 [μm] and the long side length b is 3.96 [μm]. The area per memory cell ([short side length a × long side length b] / 2) is 2.376 [μm 2 ]. On the other hand, in a NAND flash EEPROM (16 NAND cells) in which a cell unit is composed of 16 memory cells, when the design rule is 0.4 [μm], the area per memory cell is 1.095 [μm 2]. ].
つまり、本発明のメモリセルユニット(2NANDセル)を採用した場合、メモリセル1個当たりの面積は、16NANDセルのメモリセル1個当たりの面積の約2倍で済むことになる。 That is, when the memory cell unit (2 NAND cell) of the present invention is employed, the area per memory cell is about twice the area per memory cell of 16 NAND cells.
また、図65及び図66に示すような従来のバイト型EEPROMでは、デザインルールを0.4[μm]とした場合、メモリセル1個当たりの面積は、36[μm2 ]となる。また、1個のメモリセルを2個のセレクトトランジスタで挟み込んだセルユニット(3トラセル又は1NANDセル)を採用する場合、デザインルールを0.4[μm]とすると、メモリセル1個当たりの面積は、3.84[μm2 ]となる。 In the conventional byte type EEPROM as shown in FIGS. 65 and 66, when the design rule is 0.4 [μm], the area per memory cell is 36 [μm 2 ]. Also, when a cell unit (3 tracell or 1 NAND cell) in which one memory cell is sandwiched between two select transistors is adopted, if the design rule is 0.4 [μm], the area per memory cell is 3.84 [μm 2 ].
つまり、本発明のメモリセルユニット(2NANDセル)のメモリセル1個当たりの面積は、従来のバイト型EEPROMや1NANDセルよりも小さくすることができる。 That is, the area per memory cell of the memory cell unit (2 NAND cell) of the present invention can be made smaller than that of a conventional byte EEPROM or 1 NAND cell.
表5は、メモリセルユニットの構造に応じたメモリセル1個当たりの面積を比較して示している。
この表からも明らかなように、本発明のメモリセルユニット(2NANDセル)のメモリセル1個当たりの面積は、NAND型フラッシュEEPROM(16NANDセル)には及ばないが、1NANDセル(3トラセル)の約60%で済むようになる。 As is apparent from this table, the area per memory cell of the memory cell unit (2 NAND cell) of the present invention is not as large as that of the NAND flash EEPROM (16 NAND cell), but 1 NAND cell (3 tracell) It will be about 60%.
よって、本発明のセルユニット構造によれば、メモリセル面積の縮小により、バイト型EEPROMのメモリ容量の増大、チップ面積の縮小、製造コストの低下などに貢献することができる。 Therefore, according to the cell unit structure of the present invention, the reduction of the memory cell area can contribute to the increase of the memory capacity of the byte type EEPROM, the reduction of the chip area, the reduction of the manufacturing cost, and the like.
また、本発明のバイト型EEPROMは、NAND型フラッシュEEPROMと同一のプロセスで製造可能であるため、ロジック混載不揮発性メモリへの応用も容易である。 Further, since the byte type EEPROM of the present invention can be manufactured by the same process as the NAND type flash EEPROM, it can be easily applied to a logic mixed nonvolatile memory.
また、本発明のバイト型EEPROMのメモリセルは、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルと同じ構造であるため、1つのメモリセルについて見れば、フラッシュEEPROMの書き換え方式、即ち、FNトンネル現象を利用した書き換え方式をそのまま採用できる。よって、製造コストの低下に加えて、開発コストの削減も可能である。 In addition, since the memory cell of the byte type EEPROM of the present invention has the same structure as the memory cell of the NAND type flash EEPROM, the rewriting method of the flash EEPROM, that is, the rewriting using the FN tunnel phenomenon, can be seen for one memory cell. The method can be adopted as it is. Therefore, in addition to a reduction in manufacturing cost, it is possible to reduce development cost.
ところで、本発明のセルユニット構造によれば、2個のセレクトトランジスタの間に複数(例えば、2個、3個、…)のメモリセルが接続される。よって、NAND型フラッシュEEPROMと同様に、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えを繰り返して行う場合に、コントロールゲートにVpassが印加される選択ブロック内の非選択メモリセルに対する誤書き込みの問題が生じる。 By the way, according to the cell unit structure of the present invention, a plurality of (for example, two, three,...) Memory cells are connected between two select transistors. Therefore, similarly to the NAND flash EEPROM, when rewriting data in units of bytes (or pages) is repeatedly performed, there arises a problem of erroneous writing to unselected memory cells in a selected block in which Vpass is applied to the control gate.
この問題に対しては、以下のようにして解決する。
NAND型フラッシュEEPROMでは、Vpassは、1回の書き込み動作において、“1”書き込みを行う(消去状態を維持する)メモリセルや、“0”書き込みを行うメモリセルと同一のセルユニット内の非選択メモリセルに対して、“0”書き込み(誤書き込み)が生じないことを条件に、最適値に設定されている。
This problem is solved as follows.
In a NAND flash EEPROM, Vpass is not selected in the same cell unit as a memory cell that performs “1” programming (maintains an erased state) or a memory cell that performs “0” programming in one programming operation. The optimum value is set on condition that “0” writing (erroneous writing) does not occur in the memory cell.
また、この最適値は、電源電位VCCや、読み出し時に非選択メモリセルのコントロールゲートに与える電位Vreadなどとは全く無関係に決められており、通常は、VCC(例えば、3.3V)<Vpass(例えば、9V)<Vprog(例えば、18V)に設定されていた。 The optimum value is determined completely independent of the power supply potential VCC and the potential Vread applied to the control gate of the non-selected memory cell at the time of reading. Usually, VCC (for example, 3.3 V) <Vpass ( For example, 9V) <Vprog (for example, 18V) was set.
本発明では、Vpassを、電源電位VCC(例えば、3.3V)又は読み出し時に非選択メモリセルのコントロールゲートに与える電位Vread(例えば、4.5V)に設定する。 In the present invention, Vpass is set to the power supply potential VCC (for example, 3.3 V) or the potential Vread (for example, 4.5 V) applied to the control gate of the non-selected memory cell at the time of reading.
これらVCC及びVreadは、NAND型フラッシュEEPROMで使用するVpassの値(例えば、9V)よりも低くなっている。 These VCC and Vread are lower than the value of Vpass (for example, 9 V) used in the NAND flash EEPROM.
つまり、本発明では、Vpassを、電源電位VCC又は読み出し時に非選択メモリセルのコントロールゲートに与える電位Vreadに設定すること、即ち、NAND型フラッシュEEPROMで使用するVpassの値よりも低くすることにより、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えを繰り返して行う場合における選択ブロック内の非選択メモリセルの誤書き込みの問題を防ぐ。 That is, in the present invention, Vpass is set to the power supply potential VCC or the potential Vread to be applied to the control gate of the non-selected memory cell at the time of reading, that is, by making it lower than the value of Vpass used in the NAND flash EEPROM. This prevents the problem of erroneous writing of unselected memory cells in the selected block when data rewriting in units of bytes (or pages) is repeated.
また、本発明では、Vpassを、VCC又はVreadに設定することにより、Vpassを生成する回路を新たに設ける必要がないため、コントロールゲートドライバの構成が簡略化され、コントロールゲートドライバの縮小、レイアウトの容易化、設計及び開発期間の短縮などの効果を得ることができる。 Further, in the present invention, by setting Vpass to VCC or Vread, it is not necessary to newly provide a circuit for generating Vpass, so that the configuration of the control gate driver is simplified, the control gate driver can be reduced, and the layout can be reduced. Effects such as simplification, design and shortening the development period can be obtained.
一方、本発明では、Vpassを、電源電位VCC又は読み出し時に非選択メモリセルのコントロールゲートに与える電位Vreadに設定しているため、1回のデータ書き込み動作において、“1”書き込みを行う(消去状態を維持する)メモリセルのチャネル電位が十分に上がらなくなるのではないかという疑問が生じる。 On the other hand, in the present invention, Vpass is set to the power supply potential VCC or the potential Vread to be applied to the control gate of the non-selected memory cell at the time of reading, so that “1” write is performed in one data write operation (erase state). The question arises that the channel potential of the memory cell may not be sufficiently increased.
そこで、本発明では、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネル電位が十分に上がるように、セルユニット内のメモリセルの数、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネルの初期電位、メモリセルのコントロールゲートとチャネルのカップリング比を設定する。 Therefore, in the present invention, the number of memory cells in the cell unit, the initial potential of the channel of the memory cell that performs “1” writing, and the memory cell's channel potential so that the channel potential of the memory cell that performs “1” writing increases sufficiently. Sets coupling ratio between control gate and channel.
例えば、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネルの初期電位と、メモリセルのコントロールゲートとチャネルのカップリング比を、NAND型フラッシュEEPROMと同じと仮定した場合には、図50及び図51に示すように、セルユニット内のメモリセルの数を2個とすれば、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネル電位を、NAND型フラッシュEEPROMと同じ程度に上げることができる(この点については、後に述べるデータ書き込み動作の説明において詳細に説明する。)。 For example, assuming that the initial potential of the channel of the memory cell in which “1” is written and the coupling ratio between the control gate and the channel of the memory cell are the same as those of the NAND flash EEPROM, FIG. 50 and FIG. Thus, if the number of memory cells in the cell unit is two, the channel potential of the memory cell to be written “1” can be raised to the same level as that of the NAND flash EEPROM (this point will be described later). This will be described in detail in the description of the data write operation to be described.)
このように、本発明では、第一に、NAND型フラッシュEEPROMと全く同じセルユニット構造を有しているため、セルサイズの縮小、メモリ容量の増大、コストの低下などを達成することができる。 Thus, according to the present invention, firstly, since the cell unit structure is exactly the same as that of the NAND flash EEPROM, it is possible to achieve a reduction in cell size, an increase in memory capacity, a reduction in cost, and the like.
第二に、データ書き込み時に選択ブロック内の非選択コントロールゲート線に印加する電位Vpassを、電源電位VCC又は読み出し時に非選択コントロールゲート線に与える電位Vreadに設定している。よって、選択ブロック内の非選択メモリセルの誤書き込みの問題を防ぐことができ、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えが可能になる。 Second, the potential Vpass applied to the unselected control gate line in the selected block at the time of data writing is set to the power supply potential VCC or the potential Vread applied to the unselected control gate line at the time of reading. Therefore, the problem of erroneous writing of unselected memory cells in the selected block can be prevented, and data rewriting in byte (or page) units becomes possible.
第三に、Vpassを、VCC又はVreadに設定しても、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネル電位が十分に上がるように、セルユニット内のメモリセルの数、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネルの初期電位、メモリセルのコントロールゲートとチャネルのカップリング比を、適当な値に設定している。“1”書き込みを行うメモリセルに対する誤書き込みも防止できる。 Thirdly, even if Vpass is set to VCC or Vread, the number of memory cells in the cell unit and the memory for performing “1” write so that the channel potential of the memory cell for performing “1” write is sufficiently increased. The initial potential of the cell channel and the coupling ratio between the control gate of the memory cell and the channel are set to appropriate values. It is also possible to prevent erroneous writing to the memory cell that performs “1” writing.
以下、本発明のバイト型EEPROMの消去動作、書き込み動作及び読み出し動作について順次説明する。 Hereinafter, an erase operation, a write operation, and a read operation of the byte EEPROM according to the present invention will be sequentially described.
・ 消去動作
図52に示すように、選択ブロック内の選択コントロールゲート線(ワード線)CGL11には接地電位VSSが印加され、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線(ワード線)CGL12は、フローティング状態になる。また、選択ブロック内のセレクトゲート線SSL1,GSL1並びに非選択ブロック内のコントロールゲート線(ワード線)CGL21,CGL22及びセレクトゲート線SSL2,GSL2も、フローティング状態になる。
・ Erase operation
As shown in FIG. 52, the ground potential VSS is applied to the selected control gate line (word line) CGL11 in the selected block, and the unselected control gate line (word line) CGL12 in the selected block enters a floating state. In addition, the select gate lines SSL1 and GSL1 in the selected block and the control gate lines (word lines) CGL21 and CGL22 and the select gate lines SSL2 and GSL2 in the non-selected block are also in a floating state.
この後、例えば、21[V]、3[ms]の消去パルスがバルク(セルPウェル)に印加される。この時、選択ブロック内の選択コントロールゲート線CGL11に接続されるメモリセルでは、バルクとコントロールゲート線の間に消去電圧(21[V])が加わり、フローティングゲート中の電子がFN(Fowler−Nordheim)トンネル現象によりバルクに移動する。 Thereafter, for example, erase pulses of 21 [V] and 3 [ms] are applied to the bulk (cell P well). At this time, in the memory cell connected to the selected control gate line CGL11 in the selected block, an erase voltage (21 [V]) is applied between the bulk and the control gate line, and electrons in the floating gate are FN (Fowler-Nordheim). ) Moves to the bulk due to the tunnel phenomenon.
その結果、選択ブロック内の選択コントロールゲート線CGL11に接続されるメモリセルの閾値電圧は、−3[V]程度となる。ここで、選択メモリセルについては、1回の消去パルスにより、その閾値電圧が−3[V]程度となるように消去される。 As a result, the threshold voltage of the memory cell connected to the selected control gate line CGL11 in the selected block is about −3 [V]. Here, the selected memory cell is erased by one erase pulse so that the threshold voltage is about −3 [V].
一方、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL12及び非選択ブロック内のコントロールゲート線CGL21,CGL22は、フローティング状態に設定されている。 On the other hand, the unselected control gate line CGL12 in the selected block and the control gate lines CGL21 and CGL22 in the unselected block are set in a floating state.
よって、例えば、21[V]、3[ms]の消去パルスがバルク(セルPウェル)に印加されると、フローティング状態のコントロールゲート線とバルクとの容量カップリングにより、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22の電位も上昇する。 Therefore, for example, when an erase pulse of 21 [V] and 3 [ms] is applied to the bulk (cell P well), the control gate lines CGL12 and CGL21 are caused by capacitive coupling between the control gate line in the floating state and the bulk. , CGL22 also increases in potential.
ここで、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22とバルクのカップリング比について検討すると、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22には、ドライブ回路(MOSトランジスタのソース)、このドライブ回路とコントロールゲート線(ポリシリコン層)を接続する金属配線、コントロールゲート線を構成するシリサイドなどが接続されている。 Here, considering the coupling ratio between the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 and the bulk, the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 include a drive circuit (source of the MOS transistor), the drive circuit, and the control gate line (polysilicon). Metal wiring for connecting the silicon layer), silicide for forming the control gate line, and the like are connected.
カップリング比は、フローティング状態のコントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22に寄生する容量に依存する。この容量には、ドライブ回路としてのMOSトランジスタのソース接合容量、ソースとゲートのオーバーラップ容量、フィールド領域におけるポリシリコン層と金属配線の容量、コントロールゲート線とバルク(セルPウェル)の容量などが含まれる。 The coupling ratio depends on the capacitance parasitic on the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 in the floating state. The capacitance includes a source junction capacitance of a MOS transistor as a drive circuit, an overlap capacitance between a source and a gate, a capacitance of a polysilicon layer and a metal wiring in a field region, a capacitance of a control gate line and a bulk (cell P well), and the like. included.
しかし、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22に寄生する容量の大部分は、コントロールゲート線とバルク(セルPウェル)の容量により占められている。 However, most of the parasitic capacitances of the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 are occupied by the capacitances of the control gate line and the bulk (cell P well).
つまり、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22とバルクのカップリング比は、大きな値、例えば、0.9となっており、バルクの電位が上昇すると、コントロールゲート線CGL12,CGL21,CGL22の電位も上昇する。 That is, the coupling ratio between the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 and the bulk is a large value, for example, 0.9, and when the bulk potential increases, the potentials of the control gate lines CGL12, CGL21, and CGL22 also increase. To do.
よって、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL12に接続されるメモリセルと非選択ブロック内のコントロールゲート線CGL21,CGL22に接続されるメモリセルでは、FNトンネル現象の発生を防止できる。
以上により、消去動作が完了する。
Therefore, the occurrence of the FN tunnel phenomenon can be prevented in the memory cells connected to the non-selected control gate line CGL12 in the selected block and the memory cells connected to the control gate lines CGL21 and CGL22 in the non-selected block.
Thus, the erase operation is completed.
なお、消去動作後には、例えば、選択ブロック内の選択コントロールゲート線CGL11に接続される全てのメモリセルの閾値電圧が−1[V]未満になったか否かを検証する消去ベリファイ動作が行われる。 After the erase operation, for example, an erase verify operation is performed to verify whether or not the threshold voltages of all the memory cells connected to the selected control gate line CGL11 in the selected block are less than −1 [V]. .
・ 書き込み動作
図53に示すように、コントロールゲート線CGL1に接続されるメモリセルに対して書き込みを実行する場合について説明する。なお、これら書き込みを行うメモリセルは、全て消去状態にあるものとする。
・ Write operation
As shown in FIG. 53, a case will be described in which writing is performed on a memory cell connected to the control gate line CGL1. It is assumed that all the memory cells to be written are in an erased state.
まず、選択ブロック内のソース側のセレクトゲート線GSLが接地電位VSSとなり、ドレイン側のセレクトゲート線SSLが電源電位VCCとなる。その結果、ソース側のセレクトトランジスタST21,ST22は、カットオフ状態となり、ドレイン側のセレクトトランジスタST11,ST12は、オン状態となる。 First, the source side select gate line GSL in the selected block becomes the ground potential VSS, and the drain side select gate line SSL becomes the power supply potential VCC. As a result, the source side select transistors ST21 and ST22 are cut off, and the drain side select transistors ST11 and ST12 are turned on.
また、“0”書き込みを行うメモリセルMC11が接続されるビット線BLの電位をVSSに設定し、“1”書き込みを行うメモリセル(書き込み禁止セル)MC12が接続されるビット線BLの電位をVCCに設定する。また、コントロールゲート線CGL1,CGL2の電位を接地電位VSSに設定する。この時、メモリセルMC11,MC21のチャネル電位は、接地電位VSSとなり、メモリセルMC12,MC22のチャネルは、VCC−Vth(Vthは、セレクトトランジスタST12の閾値電圧)に予備充電される。 In addition, the potential of the bit line BL to which the memory cell MC11 to which “0” is written is connected is set to VSS, and the potential of the bit line BL to which the memory cell (write-inhibited cell) MC12 to which “1” is written is connected. Set to VCC. In addition, the potentials of the control gate lines CGL1 and CGL2 are set to the ground potential VSS. At this time, the channel potentials of the memory cells MC11 and MC21 become the ground potential VSS, and the channels of the memory cells MC12 and MC22 are precharged to VCC-Vth (Vth is the threshold voltage of the select transistor ST12).
この後、コントロールゲート線CGL1,CGL2の電位が電源電位VCC(例えば、3.3V)又は読み出し時に非選択コントロールゲート線に与える電位Vread(例えば、4.5V)に設定される。さらに、選択コントロールゲート線CGL1の電位は、VCC又はVreadから、書き込み電位Vprog(例えば、18V)に上昇する。 Thereafter, the potentials of the control gate lines CGL1 and CGL2 are set to the power supply potential VCC (for example, 3.3V) or the potential Vread (for example, 4.5V) to be applied to the non-selected control gate line at the time of reading. Further, the potential of the selection control gate line CGL1 rises from VCC or Vread to the write potential Vprog (for example, 18V).
この時、選択メモリセルMC11では、チャネル(=VSS)とコントロールゲート線CGL1(=Vprog)の間に大きな電位差が生じるため、FNトンネル現象により、電子がチャネルからフローティングゲートに注入される。これにより、選択メモリセルMC11に対する“0”書き込みが完了する。 At this time, in the selected memory cell MC11, since a large potential difference occurs between the channel (= VSS) and the control gate line CGL1 (= Vprog), electrons are injected from the channel into the floating gate due to the FN tunnel phenomenon. Thereby, “0” writing to the selected memory cell MC11 is completed.
また、コントロールゲート線に高電位を与える前、即ち、チャネル昇圧前の選択メモリセルMC12のチャネルの初期電位は、VCC−Vthに設定され、かつ、フローティング状態になっている。よって、この後、選択コントロールゲート線CGL1の電位がVprog、非選択コントロールゲート線CGL2の電位がVCC又はVreadになると、選択メモリセルMC12のチャネル電位も、容量カップリングにより自動的に上昇する。 The initial potential of the channel of the selected memory cell MC12 before applying a high potential to the control gate line, that is, before channel boosting is set to VCC-Vth and is in a floating state. Therefore, after that, when the potential of the selected control gate line CGL1 becomes Vprog and the potential of the non-selected control gate line CGL2 becomes VCC or Vread, the channel potential of the selected memory cell MC12 also automatically rises due to capacitive coupling.
つまり、選択メモリセルMC12では、チャネル(=Vch)とコントロールゲート線CGL1(=Vprog)の間の電位差が小さくなり、FNトンネル現象によるフローティングゲートへの電子の注入が抑えられる。これにより、選択メモリセルMC12に対する“1”書き込みが完了する。 That is, in the selected memory cell MC12, the potential difference between the channel (= Vch) and the control gate line CGL1 (= Vprog) is reduced, and injection of electrons into the floating gate due to the FN tunnel phenomenon is suppressed. Thereby, “1” writing to the selected memory cell MC12 is completed.
ところで、選択メモリセル(書き込み禁止セル)MC12に対して“1”書き込みを実行するには、選択メモリセルMC12のチャネル電位(書き込み禁止電位)Vchを十分に上げ、誤書き込み(“0”書き込み)が生じないようにする必要がある。 By the way, in order to execute “1” write to the selected memory cell (write-inhibited cell) MC12, the channel potential (write-inhibit potential) Vch of the selected memory cell MC12 is sufficiently increased and erroneous write (“0” write). It is necessary to prevent this from occurring.
チャネル昇圧後のメモリセルMC12のチャネル電位Vchは、主として、チャネル昇圧前のメモリセルMC12のチャネルの初期電位、メモリセルMC12,MC22のコントロールゲートとチャネルのカップリング比、及びセルユニット内のメモリセルの数(本例では、2個)により決定される。 The channel potential Vch of the memory cell MC12 after the channel boost is mainly the initial potential of the channel of the memory cell MC12 before the channel boost, the coupling ratio between the control gates of the memory cells MC12 and MC22, and the memory cells in the cell unit. (In this example, 2).
よって、例えば、セルユニット内のメモリセルの数を固定した場合、メモリセルMC12のチャネル電位Vchは、メモリセルMC12のチャネルの初期電位及びメモリセルMC12,MC22のコントロールゲートとチャネルのカップリング比を大きくすることにより、十分に上げることができる。 Thus, for example, when the number of memory cells in the cell unit is fixed, the channel potential Vch of the memory cell MC12 is obtained by setting the initial channel potential of the memory cell MC12 and the coupling ratio between the control gates of the memory cells MC12 and MC22 and the channel. By increasing it, it can be raised sufficiently.
メモリセルのコントロールゲートとチャネルのカップリング比Bは、以下の式により算出される。
B = Cox/(Cox+Cj)
ここで、Coxは、メモリセルのコントロールゲートとチャネルの間のゲート容量の総和であり、Cjは、メモリセルのソース領域及びドレイン領域の接合容量の総和である。
The control gate / channel coupling ratio B of the memory cell is calculated by the following equation.
B = Cox / (Cox + Cj)
Here, Cox is the total gate capacitance between the control gate and the channel of the memory cell, and Cj is the total junction capacitance of the source region and the drain region of the memory cell.
また、メモリセルのチャネル容量は、近似的には、CoxとCjの合計で表すことができる。つまり、メモリセルのチャネル容量には、Cox及びCjの他に、コントロールゲートとソース領域のオーバーラップ容量、ビット線とソース領域の間の容量、ビット線とドレイン領域の間の容量などが含まれるが、これらの容量は、CoxやCjに比べて非常に小さいため、無視できる。 Further, the channel capacity of the memory cell can be approximately represented by the sum of Cox and Cj. That is, the channel capacity of the memory cell includes, in addition to Cox and Cj, an overlap capacity between the control gate and the source region, a capacity between the bit line and the source area, and a capacity between the bit line and the drain region. However, these capacities are very small compared to Cox and Cj and can be ignored.
次に、本発明のバイト型EEPROMと従来のNAND型フラッシュEEPROMに関して、“1”書き込みを行うメモリセルのチャネル電位(書き込み禁止電位)がどの位の値になるかについて具体的に検討する。 Next, with regard to the byte type EEPROM of the present invention and the conventional NAND type flash EEPROM, the value of the channel potential (write inhibit potential) of the memory cell that performs “1” write will be specifically examined.
本発明のバイト型EEPROMとしては、例えば、図50及び図51に示すように、1つのセルユニット内に2つのメモリセルが配置された構造とする。 For example, as shown in FIGS. 50 and 51, the byte type EEPROM of the present invention has a structure in which two memory cells are arranged in one cell unit.
この場合、チャネル電位Vchは、
Vch = Vini+(Vprog−VCC)×B
+(Vpass−VCC)×B
B = Cox/(2×Cox+3×Cj)
(注: メモリセルが2のとき、拡散層(ソース/ドレイン)は3)
となる。
In this case, the channel potential Vch is
Vch = Vini + (Vprog−VCC) × B
+ (Vpass-VCC) × B
B = Cox / (2 × Cox + 3 × Cj)
(Note: When memory cell is 2, diffusion layer (source / drain) is 3)
It becomes.
ここで、Cox=Cj=1とすると、カップリング比Bは、0.2となる。また、本発明では、Vpass=VCCである。また、電源電位VCCを3[V]、チャネルの初期電位Viniを2[V]、書き込み電位Vprogを16[V]とすると、チャネル電位Vchは、
Vch = 2+(16−3)×0.2 = 4.6[V]
となる。
Here, when Cox = Cj = 1, the coupling ratio B is 0.2. In the present invention, Vpass = VCC. When the power supply potential VCC is 3 [V], the initial channel potential Vini is 2 [V], and the write potential Vprog is 16 [V], the channel potential Vch is
Vch = 2 + (16-3) × 0.2 = 4.6 [V]
It becomes.
一方、NAND型フラッシュEEPROMのチャネル電位Vchは、
Vch = Vini+(15/16)×(Vpass−VCC)×B
+(1/16)×(Vprog−VCC)×B
B = 16×Cox/(16×Cox+17×Cj)
(注: メモリセルが16のとき、拡散層(ソース/ドレイン)は17)
となる。
On the other hand, the channel potential Vch of the NAND flash EEPROM is
Vch = Vini + (15/16) × (Vpass−VCC) × B
+ (1/16) × (Vprog−VCC) × B
B = 16 × Cox / (16 × Cox + 17 × Cj)
(Note: When memory cell is 16, diffusion layer (source / drain) is 17)
It becomes.
ここで、NAND型フラッシュEEPROMのセルユニットは、直列接続された16個のメモリセルからなり、1個のメモリセルにVprog、残りの15個のメモリセルにVpassが印加されるものとする。 Here, the cell unit of the NAND flash EEPROM is composed of 16 memory cells connected in series, and Vprog is applied to one memory cell and Vpass is applied to the remaining 15 memory cells.
また、Cox=Cj=1とすると、カップリング比Bは、0.48となる。また、電源電位VCCを3[V]、チャネルの初期電位Viniを2[V]、書き込み電位Vprogを16[V]、Vpassを8[V]とすると、チャネル電位Vchは、
Vch = 2+(15/16)×(8−3)×0.48
+(1/16)×(16−3)×0.48
=4.64[V]
となる。
When Cox = Cj = 1, the coupling ratio B is 0.48. When the power supply potential VCC is 3 [V], the initial channel potential Vini is 2 [V], the write potential Vprog is 16 [V], and Vpass is 8 [V], the channel potential Vch is
Vch = 2 + (15/16) × (8-3) × 0.48
+ (1/16) × (16-3) × 0.48
= 4.64 [V]
It becomes.
このように、本発明のバイト型EEPROMにおいては、例えば、Vpassを電源電位VCC(又はVread)にしても、セルユニット内のメモリセルの数を2個とすることにより、NAND型フラッシュEEPROMと同じ書き込み禁止電位(“1”書き込みセルのチャネル電位)を得ることができる。 As described above, in the byte type EEPROM of the present invention, for example, even when Vpass is set to the power supply potential VCC (or Vread), the number of memory cells in the cell unit is set to two, so that it is the same as the NAND type flash EEPROM. A write inhibit potential (channel potential of the “1” write cell) can be obtained.
つまり、本発明では、VpassをVCC(又はVread)とすることにより、非選択コントロールゲート線に接続される非選択メモリセルのコントロールゲートとチャネルの間の電圧を緩和できるため、非選択メモリセルにおける誤書き込みなしに、バイト(又はページ)単位のデータ書き換えを繰り返し行うことが可能になる。 That is, in the present invention, by setting Vpass to VCC (or Vread), the voltage between the control gate and the channel of the non-selected memory cell connected to the non-selected control gate line can be relaxed. Data rewriting in units of bytes (or pages) can be repeatedly performed without erroneous writing.
また、本発明では、VpassをVCC(又はVread)にしても、NAND型フラッシュEEPROMと同じ書き込み禁止電位を得ることができるため、選択コントロールゲート線に接続される書き込み禁止セル(“1”書き込みセル)に対する誤書き込みも防止できる。 In the present invention, even if Vpass is set to VCC (or Vread), the same write inhibit potential as that of the NAND flash EEPROM can be obtained. Therefore, the write inhibit cell (“1” write cell connected to the selected control gate line). ) Can also be prevented.
・ 読み出し動作
図54に示すように、ビット線BLをプリチャージ電位に充電した後、選択ブロック内の選択コントロールゲート線CGL11には、0[V]を印加し、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL12及びセレクトゲート線SSL1,GSL1には、それぞれ電源電位VCC(例えば、3.3V)又は読み出し電位Vread(例えば、4.5V)を印加する。
また、非選択ブロック内のコントロールゲート線CGL21,CGL22及びセレクトゲート線SSL2,GSL2には、0[V]を印加する。
・ Read operation
As shown in FIG. 54, after the bit line BL is charged to the precharge potential, 0 [V] is applied to the selected control gate line CGL11 in the selected block, and the non-selected control gate line CGL12 in the selected block and A power supply potential VCC (for example, 3.3 V) or a read potential Vread (for example, 4.5 V) is applied to the select gate lines SSL1 and GSL1, respectively.
Further, 0 [V] is applied to the control gate lines CGL21 and CGL22 and the select gate lines SSL2 and GSL2 in the non-selected block.
この時、選択ブロック内のセレクトトランジスタは、オン状態となり、非選択ブロック内のセレクトトランジスタは、オフ状態となる。また、選択ブロック内の非選択メモリセルは、データの値にかかわらず、オン状態となる(メモリセルの閾値分布は、図6を参照)。 At this time, the select transistors in the selected block are turned on, and the select transistors in the non-selected block are turned off. In addition, unselected memory cells in the selected block are turned on regardless of the data value (see FIG. 6 for the threshold distribution of the memory cells).
また、選択ブロック内の選択メモリセルについては、データの値に応じて、オン又はオフ状態となる。 The selected memory cell in the selected block is turned on or off depending on the data value.
図55に示すように、選択メモリセルに“1”データが書き込まれている場合、即ち、選択メモリセルが消去状態の場合には、選択メモリセルの閾値電圧が負のディプレッション・モードとなっている。このため、この選択メモリセルには、セル電流が流れることになり、ビット線BLの電位が下がる。 As shown in FIG. 55, when “1” data is written in the selected memory cell, that is, when the selected memory cell is in the erased state, the threshold voltage of the selected memory cell becomes the depletion mode. Yes. Therefore, a cell current flows through the selected memory cell, and the potential of the bit line BL is lowered.
逆に、選択メモリセルに“0”データが書き込まれている場合には、選択メモリセルの閾値電圧が正のエンハンスメント・モードとなっている。このため、この選択メモリセルには、セル電流が流れず、ビット線BLの電位は、プリチャージ電位に維持される。 On the contrary, when “0” data is written in the selected memory cell, the threshold voltage of the selected memory cell is in the positive enhancement mode. Therefore, no cell current flows through the selected memory cell, and the potential of the bit line BL is maintained at the precharge potential.
このように、データ“0”、“1”の判断は、ビット線からソース線にセル電流が流れるか否かによって行う。ビット線の電位の変化は、センスアンプにより増幅(検知)される。 As described above, the determination of data “0” and “1” is made based on whether or not a cell current flows from the bit line to the source line. The change in the potential of the bit line is amplified (detected) by the sense amplifier.
なお、データ“0”と“1”の区別は、例えば、メモリセルのフローティングゲートに負の電荷が蓄えられているか否かにより行う。
即ち、フローティングゲートに負の電荷が蓄えられている場合には、そのメモリセルの閾値電圧は高くなり、メモリセルは、エンハンスメントタイプになる。一方、フローティングゲートに負の電荷が蓄えられていない場合には、そのメモリセルの閾値電圧は0[V]未満になり、メモリセルは、ディプレッションタイプになる。
The distinction between data “0” and “1” is made, for example, based on whether or not negative charges are stored in the floating gate of the memory cell.
That is, when negative charges are stored in the floating gate, the threshold voltage of the memory cell becomes high, and the memory cell becomes an enhancement type. On the other hand, when negative charge is not stored in the floating gate, the threshold voltage of the memory cell is less than 0 [V], and the memory cell becomes a depletion type.
表6は、上述の消去、書き込み、読み出しのそれぞれの動作におけるセレクトゲート線SSL,GSL、コントロールゲート線(ワード線)CGL、ビット線BLi、セルソース線SL、セルPウェルの電位を示している。
消去動作においては、選択ブロック内の選択コントロールゲート線CGLは、0[V]に設定され、選択ブロック内の非選択コントロールゲート線CGL、非選択ブロック内のコントロールゲート線CGL及び全てのセレクトゲート線SSL,GSLは、フローティング状態に設定される。 In the erase operation, the selected control gate line CGL in the selected block is set to 0 [V], and the unselected control gate line CGL in the selected block, the control gate line CGL in the unselected block, and all the selected gate lines. SSL and GSL are set in a floating state.
この状態において、セルPウェルに消去電位Vera、例えば、21[V]が印加されると、フローティング状態の全てのセレクトゲート線SSL,GSLの電位と非選択コントロールゲート線CGLの電位は、セルPウェルとの容量カップリングによって、Vera×β(βは、カップリング比)まで上昇する。 In this state, when an erase potential Vera, for example, 21 [V] is applied to the cell P well, the potentials of all the select gate lines SSL and GSL in the floating state and the potentials of the unselected control gate lines CGL are Due to the capacitive coupling with the well, it rises to Vera × β (β is a coupling ratio).
ここで、βを0.8とすると、フローティング状態の全てのセレクトゲート線SSL,GSLの電位と非選択コントロールゲート線CGLの電位は、16.8[V]に上昇する。 Here, when β is 0.8, the potentials of all the select gate lines SSL and GSL in the floating state and the potentials of the non-selected control gate lines CGL rise to 16.8 [V].
消去動作時、ビット線BLi及びセルソース線SLに接続されるN+ 拡散層とセルPウェルとからなるpn接合は、順方向にバイアスされる。このため、ビット線BLi及びセルソース線SLは、Vera−Vbに充電される。なお、Vbは、pn接合のビルトイン・ポテンシャルである。 During the erase operation, the pn junction composed of the N + diffusion layer connected to the bit line BLi and the cell source line SL and the cell P well is biased in the forward direction. Therefore, the bit line BLi and the cell source line SL are charged to Vera-Vb. Vb is a built-in potential of a pn junction.
書き込み動作においては、“1”データを書き込む選択メモリセルに接続されるビット線BLi、即ち、消去状態を維持する選択メモリセルに接続されるビット線BLiは、電源電位(例えば、3.3[V])VCCに設定され、“0”データを書き込む選択メモリセルに接続されるビット線BLiは、0[V]に設定される。 In the write operation, the bit line BLi connected to the selected memory cell into which “1” data is written, that is, the bit line BLi connected to the selected memory cell maintaining the erased state is supplied with the power supply potential (for example, 3.3 [ V]) The bit line BLi that is set to VCC and connected to the selected memory cell to which the “0” data is written is set to 0 [V].
選択ブロック内のビット線側のセレクトゲート線SSLは、電源電位VCCに設定され、セルソース線側のセレクトゲート線GSLは、0[V]に設定され、非選択コントロールゲート線CGLは、VCC又はVread(例えば、4.5[V])に設定され、選択コントロールゲート線CGLは、書き込み電位(例えば、18[V])Vprogに設定される。 The select gate line SSL on the bit line side in the selected block is set to the power supply potential VCC, the select gate line GSL on the cell source line side is set to 0 [V], and the unselected control gate line CGL is set to VCC or Vread (for example, 4.5 [V]) is set, and the selection control gate line CGL is set to a write potential (for example, 18 [V]) Vprog.
非選択ブロック内のセレクトゲート線SSL,GSL、コントロールゲート線CGL及びセルPウェルは、0[V]に設定される。 The select gate lines SSL and GSL, the control gate line CGL, and the cell P well in the non-selected block are set to 0 [V].
セルソース線は、0[V]に設定される。但し、選択ブロック内の“1”データを書き込むメモリセルのチャネル電位が、コントロールゲート線CGLとの容量カップリングにより昇圧され、パンチスルーによりセルソース線のリーク電流が問題となる場合には、セルソース線の電位は、電源電位VCCに設定するのがよい。 The cell source line is set to 0 [V]. However, if the channel potential of the memory cell in which “1” data is written in the selected block is boosted by capacitive coupling with the control gate line CGL, and the leak current of the cell source line becomes a problem due to punch through, the cell The potential of the source line is preferably set to the power supply potential VCC.
読み出し動作においては、選択ブロック内のセレクトゲート線SSL,GSL及び非選択コントロールゲート線CGLは、電源電位VCC(例えば、3.3V)又は読み出し電位Vread(例えば、4.5V)に設定され、選択コントロールゲート線CGLは、0[V]に設定される。データ読み出し前にビット線をプリチャージする方式の場合、ビット線BLiは、プリチャージ電位(例えば、1.2[V])VBLに設定される。 In the read operation, the select gate lines SSL and GSL and the non-selected control gate line CGL in the selected block are set to the power supply potential VCC (for example, 3.3 V) or the read potential Vread (for example, 4.5 V) and selected. The control gate line CGL is set to 0 [V]. In the case of precharging the bit line before reading data, the bit line BLi is set to a precharge potential (eg, 1.2 [V]) VBL.
“1”データが記憶される選択メモリセルは、オン状態となるため、この選択メモリセルにセル電流が流れ、ビット線BLiは、0[V]に放電される。一方、“0”データが記憶される選択メモリセルは、オフ状態となるため、この選択メモリセルにはセル電流が流れず、ビット線BLiは、プリチャージ電位VBLを保持する。 Since the selected memory cell storing “1” data is turned on, a cell current flows through the selected memory cell, and the bit line BLi is discharged to 0 [V]. On the other hand, since the selected memory cell in which “0” data is stored is turned off, no cell current flows through the selected memory cell, and the bit line BLi holds the precharge potential VBL.
図56は、本発明のバイト型EEPROMの回路ブロックの主要部を示している。 FIG. 56 shows the main part of the circuit block of the byte type EEPROM of the present invention.
このEEPROMは、上述のように、例えば、2つのメモリセルを2つのセレクトトランジスタで挟み込んだ4素子から成るメモリセルユニットをマトリックス状に配置したメモリセルアレイ11、メモリセルアレイ11上においてロウ方向に複数本配置されたコントロールゲート線10a及びメモリセルアレイ11上においてカラム方向に複数本配置されたビット線10bを有している。
As described above, the EEPROM includes, for example, a
ロウデコーダ12は、ロウ、即ち、コントロールゲート線10aの選択を行う。選択されたコントロールゲート線10aに接続されるメモリセルのデータは、カラムごとに設けられたデータラッチ機能を持つセンスアンプから成るセンスアンプ回路13に入力される。カラムデコーダ14は、カラム、即ち、ビット線BLiの選択を行う。
The
選択されたカラムのセンスアンプのデータは、データ入出力バッファ18を経由してメモリチップの外部に出力される。メモリチップの内部に入力されるデータは、データ入出力バッファ18を経由して選択されたカラムのラッチ機能を持つセンスアンプにラッチされる。
The data of the sense amplifier in the selected column is output to the outside of the memory chip via the data input /
昇圧回路16は、書き込み動作や消去動作に必要な高電圧を生成する。制御回路17は、メモリチップの内部の各回路の動作を制御すると共に、メモリチップの内部と外部のインターフェースをとる役割を果たす。制御回路17は、メモリセルに対する消去、書き込み、読み出しの各動作を制御するシーケンス制御手段(例えば、プログラマブルロジックアレイ)を含んでいる。
The
図57は、図56のメモリセルアレイ11の構成を示している。
FIG. 57 shows a configuration of the
本例では、メモリセルユニットは、直列接続された2個のメモリセルからなるNANDセルとその両端にそれぞれ1つずつ接続される2個のセレクトトランジスタとから構成される。メモリセルは、フローティングゲートとコントロールゲートが積み重ねられたいわゆるスタック構造のMOSFETから構成される。 In this example, the memory cell unit is composed of a NAND cell composed of two memory cells connected in series, and two select transistors connected to each of both ends thereof. The memory cell is composed of a MOSFET having a so-called stack structure in which a floating gate and a control gate are stacked.
ロウ方向の複数のメモリセルユニットにより1つのブロックが構成され、1本のコントロールゲート線CGLに接続される複数のメモリセルにより1ページが構成される。 One block is constituted by a plurality of memory cell units in the row direction, and one page is constituted by a plurality of memory cells connected to one control gate line CGL.
なお、本発明では、消去、書き込み及び読み出しは、ページ単位で行える。また、本発明では、後述する書き換え手法を採用することで、バイト単位でのデータ書き換えも可能となっている。 In the present invention, erasing, writing, and reading can be performed in units of pages. Further, in the present invention, data rewriting in units of bytes is possible by adopting a rewriting method described later.
図58は、図56のセンスアンプ回路13のうち1本のビット線BLiに接続されるラッチ機能を持つセンスアンプを示している。
58 shows a sense amplifier having a latch function connected to one bit line BLi in the
センスアンプは、一方の出力が他方の入力となる2つのCMOSインバータI1,I2から成るラッチ回路21を主体とする。ラッチ回路21のラッチノードQは、カラム選択用のNMOSトランジスタM8を経由してI/O線に接続される。また、ラッチノードQは、センスアンプ遮断用のNMOSトランジスタM4とビット線電位クランプ用のNMOSトランジスタM1を経由してビット線BLiに接続される。
The sense amplifier mainly includes a
NMOSトランジスタM1,M4の接続ノードがセンスノードNsenseとなる。センスノードNsenseには、プリチャージ用のPMOSトランジスタM2とディスチャージ用のNMOSトランジスタM3が接続される。プリチャージ用のPMOSトランジスタM2は、プリチャージ制御信号Loadに基づいて所定期間にセンスノードNsenseの充電を行う。ディスチャージ用のNMOSトランジスタM3は、ディスチャージ制御信号DCBに基づいてセンスノードNsenseの電荷を放電する。 A connection node of the NMOS transistors M1 and M4 becomes a sense node Nsense. A precharge PMOS transistor M2 and a discharge NMOS transistor M3 are connected to the sense node Nsense. The precharge PMOS transistor M2 charges the sense node Nsense for a predetermined period based on the precharge control signal Load. The discharge NMOS transistor M3 discharges the charge of the sense node Nsense based on the discharge control signal DCB.
ラッチ回路21のラッチノードQbには、制御信号φL1に基づいてラッチノードQbを強制的に接地するためのリセット用NMOSトランジスタM5が接続される。ラッチ回路21のラッチノードQには、制御信号φL2に基づいてラッチノードQを強制的に接地するためのリセット用NMOSトランジスタM6が接続される。
A reset NMOS transistor M5 for forcibly grounding the latch node Qb based on the control signal φL1 is connected to the latch node Qb of the
リセット用NMOSトランジスタM5,M6の共通ソースは、センスノードNsenseの電位により制御されるセンス用NMOSトランジスタM7を経由して接地点に接続される。センス用NMOSトランジスタM7は、NMOSトランジスタM5,M6と共にラッチ回路21のリセット用としても用いられる。
The common source of the reset NMOS transistors M5 and M6 is connected to the ground via the sense NMOS transistor M7 controlled by the potential of the sense node Nsense. The sense NMOS transistor M7 is used for resetting the
図59は、本発明のバイト型EEPROMのバイト単位の書き換え動作の概略的なシーケンス制御を示すフローチャートである。 FIG. 59 is a flowchart showing a schematic sequence control of the rewrite operation in byte units of the byte type EEPROM of the present invention.
このシーケンス制御は、例えば、図56の制御回路17により行われる。このフローチャートに従って、簡単にバイト単位の書き換え動作について説明すると、以下のようになる。
This sequence control is performed by, for example, the
バイト単位のデータ書き換えモードになると、まず、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルの1ページ分のデータがセンスアンプ回路に読み出される(ページ逆読み出し)。そして、センスアンプ回路には、この1ページ分のデータがラッチされる(ステップST1)。 In the byte-unit data rewrite mode, first, data for one page of a memory cell connected to the selected control gate line (word line) is read to the sense amplifier circuit (page reverse reading). Then, the data for one page is latched in the sense amplifier circuit (step ST1).
次に、アドレスで指定されたカラムに対応するバイトデータがロードされる。このロードされたバイトデータは、センスアンプ回路にラッチされている1ページ分のデータのうちデータ書き換えを行うバイトデータに対して上書きされる(ステップST2)。 Next, byte data corresponding to the column specified by the address is loaded. The loaded byte data is overwritten on the byte data to be rewritten out of the data for one page latched in the sense amplifier circuit (step ST2).
次に、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルの1ページ分のデータが同時に消去(ページ消去)される(ステップST3)。消去後には、選択されたコントロールゲート線に接続される各メモリセルに対して、消去が完全に行われたか、消去が行われ過ぎていないかを検証する消去ベリファイが行われる(ステップST4,5)。 Next, the data for one page of the memory cell connected to the selected control gate line is simultaneously erased (page erase) (step ST3). After erasure, erase verify is performed on each memory cell connected to the selected control gate line to verify whether erasure is completely performed or not erased (steps ST4 and ST5). ).
そして、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内となるまでページ消去及び消去ベリファイが繰り返し行われ、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内(消去完了)となったときは、次の動作に移る(ステップST3〜5)。 Then, page erase and erase verify are repeatedly performed until the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range, and the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range (erase completion). If so, the operation proceeds to the next operation (steps ST3 to ST5).
なお、ラッチ機能を持つセンスアンプ回路が1本のビット線に対して1つのみ存在する場合(1ページ分しかない場合)、消去ベリファイの結果によっては、センスアンプ回路のデータが破壊される可能性がある。よって、このような場合には、消去ベリファイを行わずに、消去を1回で終了させる。 When only one sense amplifier circuit having a latch function exists for one bit line (when there is only one page), the data of the sense amplifier circuit may be destroyed depending on the result of erase verification. There is sex. Therefore, in such a case, the erasure is completed once without performing the erase verify.
この後、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルに対して、センスアンプ回路にラッチされている1ページ分のデータが同時に書き込まれる(ステップST6)。書き込み後には、選択されたコントロールゲート線に接続される各メモリセルに対して、書き込みが完全に行われたか、書き込みが行われ過ぎていないかを検証する書き込みベリファイが行われる(ステップST7,8)。 Thereafter, the data for one page latched in the sense amplifier circuit is simultaneously written into the memory cells connected to the selected control gate line (step ST6). After the writing, a write verify is performed to verify whether the writing is completely performed or the writing is not performed on each memory cell connected to the selected control gate line (steps ST7 and ST8). ).
そして、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内となるまでページ書き込み及び書き込みベリファイが繰り返し行われ、1ページ分の全てのメモリセルの閾値が所定範囲内(書き込み完了)となったときは、バイト単位のデータ書き換え動作を終了させる。 Then, page write and write verify are repeatedly performed until the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range, and the threshold values of all memory cells for one page are within the predetermined range (write complete). If so, the data rewrite operation in byte units is terminated.
なお、高い書き込み電位を用い、1回の書き込みパルスで1回の書き込みを行う場合には、書き込みベリファイを省略することもできる。 Note that when a high write potential is used and one write is performed with one write pulse, the write verify can be omitted.
図60は、図59の主要ステップにおける選択メモリセルのデータとセンスアンプ回路のノードQb(図58)の状態を示している。 FIG. 60 shows the state of the data of the selected memory cell and the node Qb (FIG. 58) of the sense amplifier circuit in the main steps of FIG.
同図(a)は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルの1ページ分のデータがセンスアンプ回路に読み出された状態を示している(ステップST1に対応)。 FIG. 5A shows a state where data for one page of a memory cell connected to the selected control gate line (word line) is read by the sense amplifier circuit (corresponding to step ST1).
メモリセルのデータが“0”(閾値電圧が正)の場合、ビット線BLiの電荷は放電されず、プリチャージ電位を維持する。よって、図58のセンスノードNsenseは電源電位VCCとなる。制御信号φL2を電源電位VCCとすると、ノードQは接地電位VSS、即ち、“0”となる。 When the data in the memory cell is “0” (threshold voltage is positive), the charge of the bit line BLi is not discharged and the precharge potential is maintained. Therefore, the sense node Nsense in FIG. 58 becomes the power supply potential VCC. When the control signal φL2 is the power supply potential VCC, the node Q becomes the ground potential VSS, that is, “0”.
逆に、メモリセルのデータが“1”(閾値電圧が負)の場合、ビット線BLiの電荷は放電される。よって、図58のセンスノードNsenseは接地電位VSSとなる。制御信号φL2を電源電位VCCとすると、ノードQは電源電位VCC、即ち、“1”となる。 Conversely, when the data in the memory cell is “1” (threshold voltage is negative), the charge on the bit line BLi is discharged. Therefore, the sense node Nsense in FIG. 58 becomes the ground potential VSS. When the control signal φL2 is set to the power supply potential VCC, the node Q becomes the power supply potential VCC, that is, “1”.
同図(b)は、センスアンプ回路にラッチされた1ページ分のデータのうちアドレスで指定されたバイトデータ(8ビットデータ)に対して、データの上書きが行われた状態を示している(ステップST2に対応)。 FIG. 4B shows a state in which data is overwritten on byte data (8-bit data) designated by an address among data for one page latched in the sense amplifier circuit ( Corresponding to step ST2).
同図(c)は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルのデータを消去(ページ消去)した状態を示している(ステップST3に対応)。ページ消去により、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルのデータは、全て“1”となる。 FIG. 6C shows a state where data of a memory cell connected to the selected control gate line (word line) is erased (page erase) (corresponding to step ST3). By page erasing, all data in the memory cells connected to the selected control gate line becomes “1”.
同図(d)は、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続されるメモリセルに対して、センスアンプ回路にラッチされた1ページ分のデータを書き込み(ページ書き込み)した状態を示している(ステップST6に対応)。 FIG. 4D shows a state in which one page of data latched in the sense amplifier circuit is written (page writing) to the memory cell connected to the selected control gate line (word line). (Corresponding to step ST6).
このように、メモリセルアレイ11に対しては、動作上は、ページ単位のデータ書き換えとなっているが、実際は、バイト単位のデータの書き換えが行われたことになる。
As described above, in the operation of the
次に、図61乃至図63のタイミングチャートを参照しながら、ページ書き込み、書き込みベリファイのための読み出し動作を、図58のセンスアンプ回路の動作を中心にして詳細に説明する。
なお、図61乃至図63は、1つのタイミングチャートを複数に分割したものである。
Next, a read operation for page write and write verify will be described in detail with a focus on the operation of the sense amplifier circuit of FIG. 58 with reference to the timing charts of FIGS.
61 to 63 are obtained by dividing one timing chart into a plurality of parts.
チップ外部からチップ内部に書き込みを指示するコマンドが入力されると、書き込み動作が開始される。 When a command instructing writing is input from the outside of the chip to the inside of the chip, the writing operation is started.
まず、センスノードNsenseをリセットするために、制御信号DCBを電源電位VCCにする。この時、MOSトランジスタM3がオンして、センスノードNsenseが接地される(t1)。 First, in order to reset the sense node Nsense, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC. At this time, the MOS transistor M3 is turned on, and the sense node Nsense is grounded (t1).
また、制御信号DCBと共に制御信号BLSHFも電源電位VCCにすると、MOSトランジスタM1がオンして、ビット線BLiが接地される。 When the control signal BLSHF is also set to the power supply potential VCC together with the control signal DCB, the MOS transistor M1 is turned on and the bit line BLi is grounded.
書き込みデータをセンスアンプ回路にロードする前に、データラッチ制御信号φL1を電源電位VCC、プリチャージ制御信号Loadを接地電位VSSにする。この時、MOSトランジスタM5,M7がオンして、ラッチ回路21のラッチノードQbが強制接地され、データがリセットされる。即ち、センスアンプ回路20の全てのセンスアンプにおいて、ラッチ回路21のラッチノードQが電源電位VCC、ラッチノードQbが接地電位VSSになる(t2)。
Before loading the write data into the sense amplifier circuit, the data latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the precharge control signal Load is set to the ground potential VSS. At this time, the MOS transistors M5 and M7 are turned on, the latch node Qb of the
次に、I/O線から書き込みデータがロードされ、センスアンプ回路20の各ラッチ回路21にデータがラッチされ、ノードQ,Qbはロードデータに応じて“H”、“L”に設定される(t3)。
Next, write data is loaded from the I / O line, the data is latched in each
具体的には、“0”書き込みを行なうメモリセルに対応するセンスアンプのラッチ回路21では、ラッチノードQに“L”(=VSS)が与えられ、“1”書き込み(書き込み禁止)のメモリセルに対応するセンスアンプのラッチ回路21では、ラッチノードQに“H”(=VCC)が与えられる。
Specifically, in the
次に、制御信号BLSHF,SBLが“H”になって、センスアンプ回路20の各ラッチ回路21にラッチされたデータに基づき、各ビット線の充電が開始される(t4)。
Next, the control signals BLSHF and SBL become “H”, and charging of each bit line is started based on the data latched in each
即ち、“0”書き込みを行なうメモリセルに接続されるビット線BLiは接地電位VSSに設定され、“1”書き込み(書き込み禁止)のメモリセルに接続されるビット線は電源電位VCCに充電される。選択されたコントロールゲート線(ワード線)は、書き込み電圧Vprog(20[V]程度)に設定される。この時、非選択のコントロールゲート線(ワード線)は、Vpass(例えば、8[V])ではなく、電源電位VCC(例えば、3.3[V])又は読み出し時に非選択のメモリセルに与える読み出し電位Vread(例えば、4.5[V])に設定される。 That is, the bit line BLi connected to the memory cell for performing “0” write is set to the ground potential VSS, and the bit line connected to the memory cell for “1” write (write inhibit) is charged to the power supply potential VCC. . The selected control gate line (word line) is set to the write voltage Vprog (about 20 [V]). At this time, the non-selected control gate line (word line) is not supplied with Vpass (for example, 8 [V]), but is supplied to the power supply potential VCC (for example, 3.3 [V]) or the unselected memory cell at the time of reading. The read potential Vread (for example, 4.5 [V]) is set.
この動作によって、1ページ分のメモリセルへの書き込みが行われる。 By this operation, writing to one page of memory cells is performed.
データ書き込みが終了した後、データ書き込みがきちんと完了しているか否かを検証する書き込みベリファイが開始される。 After the data writing is completed, a write verify for verifying whether the data writing is completed properly is started.
まず、書き込みベリファイのための読み出しが行われる。このベリファイ読み出し動作は通常の読み出し動作と同じである。 First, reading for write verification is performed. This verify read operation is the same as a normal read operation.
制御信号DCBを電源電位VCCに設定すると、MOSトランジスタM3がオンして、センスノードNsenseが強制的に接地される(t5)。 When the control signal DCB is set to the power supply potential VCC, the MOS transistor M3 is turned on and the sense node Nsense is forcibly grounded (t5).
続いて、選択されたコントロールゲート線CGLには、参照電位Vref(0.5[V]程度)が与えられ、非選択のコントロールゲート線CGLには、メモリセルに記憶されるデータにかかわらずメモリセルをオン状態にするための読み出し電位Vread(例えば、4.5[V])が与えられる。また、セレクトゲート線SSL,GSLには電源電位VCCが与えられる。これにより、ベリファイ読み出しが行われる(t6)。 Subsequently, a reference potential Vref (about 0.5 [V]) is applied to the selected control gate line CGL, and the memory cell is not connected to the unselected control gate line CGL regardless of the data stored in the memory cell. A read potential Vread (for example, 4.5 [V]) for turning on the cell is applied. Further, the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSL and GSL. Thereby, verify reading is performed (t6).
読み出しに際しては、ビット線プリチャージ型のセンス方式、電流検知型のセンス方式などを用いることができる。ビット線プリチャージ型のセンス方式では、ビット線BLiをプリチャージし、フローティング状態にした後、メモリセルのデータに応じてビット線の電位を維持又は低下させる。電流検知型のセンス方式については、以下に詳述する。 At the time of reading, a bit line precharge type sensing method, a current detection type sensing method, or the like can be used. In the bit line precharge type sensing method, after the bit line BLi is precharged and brought into a floating state, the potential of the bit line is maintained or lowered according to the data of the memory cell. The current detection type sensing method will be described in detail below.
時刻t6において、制御信号BLSHFを昇圧電位VCC+αから電位VCC−αにクランプし、MOSトランジスタM1に流れるメモリセル電流とセンスノードNsenseを充電するMOSトランジスタM2の電流とのバランスにより読み出しを行なう。そして、ビット線BLiの電位が、例えば、0.9[V]まで上昇すると、MOSトランジスタM1がカットオフ状態となり、センスノードNsenseが電源電位VCCとなる。 At time t6, the control signal BLSHF is clamped from the boosted potential VCC + α to the potential VCC-α, and reading is performed by the balance between the memory cell current flowing through the MOS transistor M1 and the current of the MOS transistor M2 that charges the sense node Nsense. When the potential of the bit line BLi rises to, for example, 0.9 [V], the MOS transistor M1 is cut off, and the sense node Nsense becomes the power supply potential VCC.
センスノードNsenseが“H”(=VCC)になった後、ラッチ制御信号φL1を電源電位VCCとし、MOSトランジスタM5をオンさせる(t7)。センスノードNsenseが電源電位VCCの場合(閾値がベリファイ電位Vrefよりも高いメモリセルに接続されるセンスアンプの場合)、MOSトランジスタM7がオンして、ラッチノードQbは接地電位VSS、ラッチノードQは電源電位VCCになる。 After the sense node Nsense becomes “H” (= VCC), the latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the MOS transistor M5 is turned on (t7). When the sense node Nsense is at the power supply potential VCC (in the case of a sense amplifier connected to a memory cell whose threshold is higher than the verify potential Vref), the MOS transistor M7 is turned on, the latch node Qb is at the ground potential VSS, and the latch node Q is at It becomes the power supply potential VCC.
ラッチノードQに接地電位VSSがロードされ、正常に書き込みが行われると、ラッチ回路21のラッチデータが反転する。メモリセルに対する書き込みが不十分な場合、ベリファイ読み出しにおいて、センスノードNsenseは、“L”(=VSS)のままであるため、ラッチ回路21のデータ反転は起こらず、ラッチノードQはVSSを保つ。書き込み禁止のメモリセルに繋がるセンスアンプでは、ラッチノードQは、電源電位VCCであるのでデータの反転はない。
When the ground potential VSS is loaded to the latch node Q and data is normally written, the latch data of the
書き込み不十分なメモリセルが存在するとき、即ち、ラッチ回路21のデータ反転が生じないセンスアンプがあるとき、書き込みとベリファイ読み出しが繰り返し行われる。そして、1ページ分の全てのセンスアンプのラッチノードQの電位が電源電位VCCになると、書き込みが終了する。
When there is an insufficiently written memory cell, that is, when there is a sense amplifier in which data inversion of the
次に、図63のタイミングチャートを参照しながら、バイト単位のデータ書き換え動作について、図58のセンスアンプ回路の動作を中心に詳細に説明する。 Next, the data rewriting operation in units of bytes will be described in detail with a focus on the operation of the sense amplifier circuit of FIG. 58 with reference to the timing chart of FIG.
チップ外部からチップ内部にバイト書き換えを指示するコマンドが入力されると、バイト書き換え動作が開始する。 When a command for instructing byte rewriting is input from the outside of the chip to the inside of the chip, the byte rewriting operation starts.
まず、選択されたコントロールゲート線(ワード線)に接続される1ページ分のメモリセルに対して、既に書き込まれているデータの逆読み出し動作が開始される。 First, a reverse read operation of already written data is started for one page of memory cells connected to the selected control gate line (word line).
逆読み出し動作は、読み出し動作と同様である。 The reverse read operation is the same as the read operation.
まず、データラッチ制御信号φL1を電源電位VCC、プリチャージ制御信号Loadを接地電位VSSに設定する。この時、MOSトランジスタM5,M7がオンして、ラッチ回路21のラッチノードQbが強制接地され、データがリセットされる。即ち、センスアンプ回路の全てのラッチ回路21のラッチノードQが電源電位VCC、ラッチノードQbが接地電位VSSになる(t1)。
First, the data latch control signal φL1 is set to the power supply potential VCC, and the precharge control signal Load is set to the ground potential VSS. At this time, the MOS transistors M5 and M7 are turned on, the latch node Qb of the
次に、制御信号DCBを電源電位VCCに設定する。この時、MOSトランジスタM3がオンになり、センスノードNsenseが強制的に接地される(t2)。続いて、選択されたコントロールゲート線CGLにVSS(=0V)を与え、セレクトゲート線SSL,GSLに電源電位VCCを与えると、読み出しが行われる(t3)。 Next, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC. At this time, the MOS transistor M3 is turned on, and the sense node Nsense is forcibly grounded (t2). Subsequently, when VSS (= 0 V) is applied to the selected control gate line CGL and the power supply potential VCC is applied to the select gate lines SSL and GSL, reading is performed (t3).
センスノードNsenseが“H”(=VCC)になった後、ラッチ制御信号φL2が電源電位VCCとなり、MOSトランジスタM6がオンする(t4)。センスノードNsenseが電源電位VCCの場合(即ち、データ“0”が書き込まれ、閾値電圧がVSSよりも高いメモリセルに接続されるセンスアンプの場合)、MOSトランジスタM7がオンして、ラッチノードQは接地電位VSS、ラッチノードQbは電源電位VCCになる。 After the sense node Nsense becomes “H” (= VCC), the latch control signal φL2 becomes the power supply potential VCC, and the MOS transistor M6 is turned on (t4). When the sense node Nsense is at the power supply potential VCC (that is, when the sense amplifier is connected to a memory cell in which data “0” is written and the threshold voltage is higher than VSS), the MOS transistor M7 is turned on and the latch node Q Is at ground potential VSS, and latch node Qb is at power supply potential VCC.
次に、制御信号DCBを電源電位VCCに設定し、制御信号BLSHFを電源電位VCC又は電位VCC+αに設定して、ビット線BLi及びセンスノードNsenseをリセットする(t5)。 Next, the control signal DCB is set to the power supply potential VCC, the control signal BLSHF is set to the power supply potential VCC or the potential VCC + α, and the bit line BLi and the sense node Nsense are reset (t5).
この後、カラムアドレスで指定されたセンスアンプ回路20のラッチ回路21にバイトデータがロードされ、ノードQ,Qbはバイトデータに応じて“H”,“L”に設定される(t6)。
Thereafter, byte data is loaded into the
ラッチ回路21に書き込まれたページデータのうち所定のデータに対して、チップ外部から入力されたバイトデータが上書きされる。
Byte data input from the outside of the chip is overwritten on predetermined data of the page data written in the
この後、選択されたコントロールゲート線に接続されるメモリセルに対してページ消去動作を行なう。 Thereafter, a page erase operation is performed on the memory cell connected to the selected control gate line.
選択ブロックのコントロールゲート線は接地電位VSSに設定し、非選択ブロックのコントロールゲート線及び全てのセレクトゲート線はフローティング状態に設定する。セルPウェルに消去電圧Veraが印加されると、フローティング状態のセレクトゲート線と非選択ブロックのコントロールゲート線は、セルPウェルとの容量カップリングにより、Vera×β(βはカップリング比)に昇圧される。 The control gate line of the selected block is set to the ground potential VSS, and the control gate line and all the select gate lines of the non-selected block are set to a floating state. When the erase voltage Vera is applied to the cell P well, the select gate line in the floating state and the control gate line of the non-selected block are set to Vera × β (β is a coupling ratio) due to capacitive coupling with the cell P well. Boosted.
また、ビット線BLi及びセルソース線SLは、セルPウェル内のN+ 層に接続される。このN+ 層とセルPウェルとのpn接合が順バイアスされると、ビット線BLi及びセルソース線SLは、それぞれVera−Vbに充電される(t7)。但し、Vbは、pn接合のビルトイン・ポテンシャルである。 The bit line BLi and the cell source line SL are connected to the N + layer in the cell P well. When the pn junction between the N + layer and the cell P well is forward-biased, the bit line BLi and the cell source line SL are charged to Vera-Vb, respectively (t7). However, Vb is a built-in potential of a pn junction.
この後、消去ベリファイを行ない、選択されたページのメモリセルが全て消去状態、即ち、メモリセルの閾値電圧が負になったことを確認する。ラッチ回路21に蓄えられたデータに基づき、選択されたページのメモリセルに対して、書き込み動作及び書き込みベリファイ動作を行なう。
Thereafter, erase verify is performed to confirm that all the memory cells of the selected page are in an erased state, that is, the threshold voltage of the memory cell has become negative. Based on the data stored in the
なお、図63では、消去ベリファイ以降の動作は、省略している。 In FIG. 63, operations after the erase verify are omitted.
図64は、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイの一部を本発明のバイト型EEPROMのメモリセルアレイにした例である。 FIG. 64 shows an example in which a part of a NAND flash EEPROM memory cell array is used as a byte EEPROM memory cell array of the present invention.
本発明のバイト型EEPROMのメモリセルアレイは、NAND型フラッシュEEPROMのメモリセルアレイにおいて2つのセレクトトランジスタの間のメモリセルを2つにしたものと考えることができる。よって、本例のようなEEPROMが容易に実現できることになる。 The byte EEPROM memory cell array according to the present invention can be considered as two memory cells between two select transistors in the NAND flash EEPROM memory cell array. Therefore, the EEPROM as in this example can be easily realized.
本例のEEPROMは、1本のビット線BLiに異なる構成の2種類のメモリセルユニットが接続される。即ち、第一のメモリセルユニットは、2つのセレクトトランジスタの間に複数個(例えば、8,16,32個など)のメモリセルが接続され、第二のメモリセルユニットは、2つのセレクトトランジスタの間に2個のメモリセルが接続される。 In the EEPROM of this example, two types of memory cell units having different configurations are connected to one bit line BLi. That is, in the first memory cell unit, a plurality of memory cells (for example, 8, 16, 32, etc.) are connected between two select transistors, and the second memory cell unit has two select transistors. Two memory cells are connected between them.
コントロールゲート線(ワード線)の選択に当たっては、第一のメモリセルユニットの領域と第二のメモリセルユニットの領域で、別々に駆動回路を設けるようにしてもよいし、共通化できるならば、両領域の駆動回路を一つにまとめるようにしてもよい。 In selecting the control gate line (word line), a drive circuit may be provided separately in the first memory cell unit region and the second memory cell unit region, and if it can be shared, The drive circuits in both regions may be combined into one.
このような構成により、メモリセルアレイの一部について、バイト単位のデータ書き換えが可能となる。 With such a configuration, it is possible to rewrite data in units of bytes for a part of the memory cell array.
なお、図64のNAND型フラッシュEPROMのメモリセルアレイに代えて、AND型フラッシュEEPROM、DINOR型フラッシュEEPROMなどのメモリセルアレイを採用することもできる。 Note that, instead of the NAND flash EPROM memory cell array of FIG. 64, a memory cell array such as an AND flash EEPROM or a DINOR flash EEPROM may be employed.
以上、説明したように、本発明のバイト型EEPROMによれば、(1)メモリセルユニットが二つのセレクトトランジスタに挟まれた一つのスタック型メモリセルから構成されるため、フラッシュEEPROMと同一のプロセスで形成できると共に、フラッシュEEPROMと同一の書き換え方法を採用でき、さらに、バイト単位のデータ書き換えも可能にすることができる。 As described above, according to the byte type EEPROM of the present invention, (1) since the memory cell unit is composed of one stack type memory cell sandwiched between two select transistors, the same process as the flash EEPROM is performed. In addition, the same rewriting method as that of the flash EEPROM can be adopted, and data rewriting in byte units can be made possible.
また、(2)書き込み時に非選択メモリセルのコントロールゲートに、Vpassではなく、VCC又はVreadを与え、さらに、メモリセルユニットを二つのセレクトトランジスタに挟まれた複数(例えば、二つ)のスタック型メモリセルから構成すれば、上記効果の他、さらに、メモリセル1個当たりのサイズ縮小を図ることができる。 In addition, (2) VCC or Vread instead of Vpass is applied to the control gate of the non-selected memory cell at the time of writing, and a plurality of (for example, two) stacked types in which the memory cell unit is sandwiched between two select transistors If the memory cell is used, in addition to the above effects, the size per memory cell can be further reduced.
なお、通常のNAND型フラッシュEEPROMと本発明のバイト型EEPROMの効果を比較したものを表7に示す。
さらに、本発明のバイト型EEPROMによれば、(3)メモリセルアレイを行列状に配置される複数のブロックから構成し、ブロック単位で、読み出し、消去、書き込みなどの動作を行えるようにしたため、バイト単位のデータ書き換えにおいても、実質的なデータ書き換え特性を劣化させることがない。 Further, according to the byte type EEPROM of the present invention, (3) the memory cell array is composed of a plurality of blocks arranged in a matrix, and operations such as reading, erasing and writing can be performed in units of blocks. Even in unit data rewriting, substantial data rewriting characteristics are not deteriorated.
11 :メモリセルアレイ、
11−0 :3トラセル部、
11−1 :NANDセル部、
12,12b :ロウデコーダ、
12a :プリデコーダ、
12c :コントロールゲート・セレクトゲートドライバ、
13 :センスアンプ回路
14 :カラムデコーダ、
15 :カラムゲート(スイッチ)、
16 :昇圧回路、
17 :制御回路、
18 :データ入出力バッファ、
20 :センスアンプ、
21 :ラッチ回路、
25 :コマンドレジスタ、
26 :コマンドデコーダ、
27 :信号生成回路、
28 :サブコントロールゲートドライバ、
29 :サブデコーダ、
30−1,…30−3,32 :NAND回路、
31−1,…31−3,33 :インバータ、
34 :昇圧回路、
35−1,…35−3,36−0,…36−3,40−0,…40−3 :NチャネルMOSトランジスタ、
37 :メインコントロールゲートドライバ、
38 :セレクトゲートドライバ、
39 :デコード回路、
41 :半導体チップ、
42a,42b :メモリ回路、
M1〜M8 :MISFET、
I1,I2 :インバータ、
MC :メモリセル、
ST1,ST2 :セレクトトランジスタ、
BC :ビット線コンタクト部、
SL :ソース線、
CGL :コントロールゲート線(ワード線)、
SSL,GSL :セレクトゲート線、
BLi :ビット線。
11: memory cell array,
11-0: 3 trussels,
11-1: NAND cell part,
12, 12b: row decoder,
12a: predecoder,
12c: control gate / select gate driver,
13: Sense amplifier circuit 14: Column decoder
15: Column gate (switch),
16: Booster circuit,
17: control circuit,
18: Data input / output buffer,
20: Sense amplifier,
21: Latch circuit,
25: Command register,
26: Command decoder,
27: signal generation circuit,
28: Sub-control gate driver,
29: Sub-decoder,
30-1, ... 30-3, 32: NAND circuit,
31-1, ... 31-3, 33: inverter,
34: Booster circuit,
35-1, ... 35-3, 36-0, ... 36-3, 40-0, ... 40-3: N-channel MOS transistors,
37: Main control gate driver,
38: Select gate driver,
39: decoding circuit,
41: Semiconductor chip,
42a, 42b: memory circuit,
M1 to M8: MISFET,
I1, I2: inverter,
MC: memory cell,
ST1, ST2: Select transistor,
BC: Bit line contact portion,
SL: Source line
CGL: Control gate line (word line),
SSL, GSL: Select gate line,
BLi: Bit line.
Claims (6)
前記メモリセルに直接接続されるビット線と、
前記ビット線に接続されるラッチ機能を持つセンスアンプとを具備し、
前記メモリセルは、フローティングゲートとコントロールゲートを有するスタックゲート構造を有し、前記メモリセルに対するデータ書き込み/消去は、共に、FNトンネル現象を用いて行われることを特徴とする不揮発性半導体メモリ。 A memory cell array having a first memory cell unit composed of one memory cell and one select transistor;
A bit line directly connected to the memory cell;
A sense amplifier having a latch function connected to the bit line;
The non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the memory cell has a stack gate structure having a floating gate and a control gate, and data writing / erasing with respect to the memory cell is performed using an FN tunnel phenomenon.
前記メモリセルアレイの1ページ分のデータを1ページ分のセンスアンプに読み出し、前記1ページ分のセンスアンプにおいて前記1ページ分のデータのうち書き換えの対象となる1ページ未満のデータに対してデータの上書きを行い、前記メモリセルアレイの1ページ分のデータを消去してから前記上書き後の前記1ページ分のセンスアンプのデータを前記メモリセルアレイに書き込む手段をさらに具備することを特徴とする不揮発性半導体メモリ。 The nonvolatile semiconductor memory according to claim 1,
Data for one page in the memory cell array is read to a sense amplifier for one page, and data of less than one page to be rewritten out of the data for one page in the sense amplifier for one page is stored. Nonvolatile semiconductor, further comprising means for overwriting and erasing one page of data in the memory cell array and then writing the data of the sense amplifier for one page after the overwriting into the memory cell array memory.
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