JP2006331476A - Nonvolatile semiconductor memory apparatus - Google Patents

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Yoshiaki Takeuchi
義昭 竹内
Koji Hosono
浩司 細野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory apparatus in which occurrence of a reactive current can be prevented. <P>SOLUTION: The apparatus is provided with a memory cell array in which nonvolatile memory cells being electrically re-writable are arranged in a matrix state, a plurality of word line selecting circuit selecting a word line of the memory cell in accordance with address input, a potential supply circuit supplying the prescribed potential to a word line, and a plurality of discharge circuits discharging the word line in write in operation, the discharge circuit can switch a discharge condition. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、電気的書き換え可能な不揮発性半導体記憶装置(EEPROM)に関する。   The present invention relates to an electrically rewritable nonvolatile semiconductor memory device (EEPROM).

EEPROMの一つとしてNAND型フラッシュメモリが知られている。NAND型フラッシュメモリの不揮発性メモリセルは、半導体基板上に絶縁膜を介して形成された、浮遊ゲートと呼ばれる電荷蓄積層とさらに絶縁膜を介して積層された制御ゲートとを有する。NAND型フラッシュメモリでは、複数の不揮発性メモリセルを直列接続し、その両端にビット線につながる選択トランジスタと、共通ソース線につながる選択トランジスタをそれぞれ配したNAND列を複数集積してメモリセルアレイが構成されている。このためNAND型フラッシュメモリは集積密度が高く、大容量の記憶装置として適している。このためNAND型フラッシュメモリは、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯型音楽端末、映像端末などに用いる記録メディアとして需要が拡大している。   A NAND flash memory is known as one of the EEPROMs. A nonvolatile memory cell of a NAND flash memory has a charge storage layer called a floating gate, which is formed on a semiconductor substrate via an insulating film, and a control gate stacked via an insulating film. In a NAND flash memory, a plurality of nonvolatile memory cells are connected in series, and a memory cell array is configured by integrating a plurality of NAND columns each having a selection transistor connected to a bit line and a selection transistor connected to a common source line at both ends thereof. Has been. Therefore, the NAND flash memory has a high integration density and is suitable as a large-capacity storage device. Therefore, the demand for NAND flash memories is expanding as a recording medium used for digital still cameras, digital video cameras, portable music terminals, video terminals and the like.

NAND型フラッシュメモリでは、複数のNAND列を集積してブロックが形成され、通常、消去単位とされている。通常複数のブロックが集積されてメモリセルアレイが形成されている。
NAND型フラッシュメモリのデータ書込みの動作は、主にビット線から最も離れた位置のメモリセルから順に行う。まず、データ書込み動作が開始されると、書込みデータに応じてビット線には0V(“0”データ書き込み)又は電源電圧Vcc(“1”データ書き込み)が印加され、選択されたビット線側選択ゲート線にはVccが与えられる。この場合、ビット線が0Vの時、接続された選択NANDセルでは、選択ゲートトランジスタを介してNANDセル内のチャネル部が0Vに固定される。ビット線がVccである時、接続された選択NANDセルでは、NANDセル内のチャネル部は、選択ゲートトランジスタを介して[Vcc−Vtsg](ただし、Vtsgは選択ゲートトランジスタのしきい値電圧)まで充電された後、フローティング状態となる。
In a NAND flash memory, a plurality of NAND strings are integrated to form a block, which is normally used as an erase unit. Usually, a plurality of blocks are integrated to form a memory cell array.
The data write operation of the NAND flash memory is mainly performed in order from the memory cell located farthest from the bit line. First, when the data write operation is started, 0 V (“0” data write) or power supply voltage Vcc (“1” data write) is applied to the bit line according to the write data, and the selected bit line side is selected. Vcc is applied to the gate line. In this case, when the bit line is 0V, in the connected selected NAND cell, the channel portion in the NAND cell is fixed to 0V via the selection gate transistor. When the bit line is at Vcc, in the connected selected NAND cell, the channel portion in the NAND cell reaches [Vcc-Vtsg] (where Vtsg is the threshold voltage of the selected gate transistor) via the selection gate transistor. After being charged, it enters a floating state.

続いて、選択NANDセル内の選択メモリセルの制御ゲート線を0VからVpp(=20V程度:書き込み用高電圧)とし、選択NANDセル内の非選択メモリセルの制御ゲート線を0VからVmg(=10V程度:中間電圧)とする。   Subsequently, the control gate line of the selected memory cell in the selected NAND cell is changed from 0 V to Vpp (= about 20 V: high voltage for writing), and the control gate line of the non-selected memory cell in the selected NAND cell is changed from 0 V to Vmg (= 10V: intermediate voltage).

ここで、ビット線が0V時、接続された選択NANDセルでは、NANDセル内のチャネル部が0Vに固定されているため、選択NANDセル内の選択メモリセルのゲート(=Vpp電位)とチャネル部(=0V)に大きな電位差(=20V程度)が発生し、チャネル部から浮遊ゲートに電子注入が生じる。これにより、その選択メモリセルのしきい値は正方向にシフトする。この状態がデータ“0”である。   Here, when the bit line is 0V, in the selected NAND cell connected, the channel portion in the NAND cell is fixed at 0V. Therefore, the gate (= Vpp potential) and the channel portion of the selected memory cell in the selected NAND cell. A large potential difference (about 20V) is generated at (= 0V), and electrons are injected from the channel portion to the floating gate. As a result, the threshold value of the selected memory cell is shifted in the positive direction. This state is data “0”.

一方、ビット線がVcc時、接続された選択NANDセルでは、NANDセル内のチャネル部がフローティング状態にあるため、選択NANDセル内の制御ゲート線とチャネル部の間の容量カップリングの影響による制御ゲート線の電圧上昇(0V→Vpp、Vmg)に伴い、チャネル部の電位がフローティング状態を維持したまま[Vcc−Vtsg]電位からVmch(=8V程度)に上昇する。この時には、選択NANDセル内の選択メモリセルのゲート(=Vpp電位)とチャネル部(=Vmch)の間の電位差が12V程度と比較的小さいため、電子注入が起こらず、従って選択メモリセルのしきい値は変化せず、負の状態に維持される。この状態がデータ“1”である。   On the other hand, when the bit line is at Vcc, in the selected NAND cell connected, the channel portion in the NAND cell is in a floating state, so control due to the influence of capacitive coupling between the control gate line and the channel portion in the selected NAND cell. As the gate line voltage rises (0 V → Vpp, Vmg), the potential of the channel portion rises from the [Vcc-Vtsg] potential to Vmch (= about 8 V) while maintaining the floating state. At this time, since the potential difference between the gate (= Vpp potential) and the channel portion (= Vmch) of the selected memory cell in the selected NAND cell is as small as about 12 V, electron injection does not occur. The threshold does not change and remains negative. This state is data “1”.

NAND型のフラッシュメモリのデータ消去は、選択されたNANDセルブロック内の全てのメモリセルに対して同時に行われる。即ち、選択されたNANDセルブロック内の全ての制御ゲートを0Vとし、ビット線、ソース線、非選択NANDセルブロック中の制御ゲート及び全ての選択ゲートをフローティングとし、p型ウェル(又はp型基板)に20V程度の高電圧を印加する。これにより、選択NANDセルブロック中の全てのメモリセルにおいて浮遊ゲートの電子がp型ウェル(又はp型基板)に放出され、しきい値電圧は負方向にシフトする。このように、NANDセル型フラッシュメモリにおいては、データ消去動作はブロック単位で一括して行われる。   Data erasure in the NAND flash memory is simultaneously performed on all the memory cells in the selected NAND cell block. That is, all the control gates in the selected NAND cell block are set to 0 V, the bit line, the source line, the control gates in the non-selected NAND cell block and all the selection gates are set to floating, and the p-type well (or p-type substrate) is set. ) Is applied with a high voltage of about 20V. Thereby, in all the memory cells in the selected NAND cell block, electrons of the floating gate are released to the p-type well (or p-type substrate), and the threshold voltage is shifted in the negative direction. As described above, in the NAND cell type flash memory, the data erasing operation is collectively performed in units of blocks.

データ読み出しは、選択されたメモリセルの制御ゲート0Vとし、それ以外のメモリセルの制御ゲート及び選択ゲートを読み出し動作時のストレスから規定される電圧(例えば5V)として、選択メモリセルで電流が流れるか否かを検出することにより行われる。   In the data read, the control gate of the selected memory cell is set to 0V, and the control gate and the select gate of the other memory cells are set to a voltage (for example, 5V) defined by the stress during the read operation. This is done by detecting whether or not.

通常、“0”データ書き込み後のしきい値は約0Vから約4Vの間に制御しなければならない。このため、書き込みベリファイが行われ、“0”書き込み不足のメモリセルのみを検出し、“0”データ書き込み不足のメモリセルに対してのみ再書き込みが行われるよう再書き込みデータを設定する(ビット毎ベリファイ)。 “0”データ書き込み不足のメモリセルは、選択された制御ゲートを、例えば、0.5V(ベリファイ電圧)にして読み出すこと(ベリファイ読み出し)で検出される。つまり、メモリセルのしきい値が0Vに対してマージンを持って、0.5V以上になっていないと、選択メモリセルで電流が流れ、“0”データ書き込み不足と検出される。   Normally, the threshold value after writing “0” data must be controlled between about 0V and about 4V. For this reason, the write verify is performed, only the memory cells insufficiently written “0” are detected, and the rewrite data is set so that only the memory cells insufficiently written “0” data are rewritten (for each bit). (Verify). A memory cell in which “0” data is insufficiently written is detected by reading the selected control gate with, for example, 0.5 V (verify voltage) (verify read). That is, if the threshold voltage of the memory cell is not 0.5 V or more with a margin with respect to 0 V, a current flows in the selected memory cell, and it is detected that “0” data writing is insufficient.

書き込み動作と書き込みベリファイを繰り返しながらデータ書き込みをすることで個々のメモリセルに対して、書き込み時間が最適化され、“0”データ書き込み後のしきい値は0Vから約4Vの間に制御される。   By writing data while repeating the write operation and write verify, the write time is optimized for each memory cell, and the threshold value after writing “0” data is controlled between 0V and about 4V. .

通常、書き込み動作はブロック単位で管理される。しかしながら複数のブロックに一括で書き込みを行うことが要求される場合があり、例えば特許文献1に開示されている。このような全ブロック、全メモリセルに対する一括書き込みを本明細書ではフラッシュライトと称する。
特開2003−208793号公報
Usually, the write operation is managed in units of blocks. However, there is a case where it is required to perform writing to a plurality of blocks at once, which is disclosed in Patent Document 1, for example. Such batch writing to all blocks and all memory cells is referred to as flash write in this specification.
JP 2003-208793 A

この発明は、書き込み動作不良を防止した不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。     An object of the present invention is to provide a nonvolatile semiconductor memory device that prevents a defective writing operation.

電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、アドレス入力に応じて前記メモリセルのワード線を選択する複数のワード線選択回路と、前記ワード線に所定の電位を供給する電位供給回路と、書き込み動作において前記ワード線を放電する複数個の放電回路と、を具備し、前記放電回路は放電条件を切り替え可能であることを特徴とする。   A memory cell array in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are arranged in a matrix, a plurality of word line selection circuits for selecting word lines of the memory cells in response to an address input, and a predetermined potential on the word lines And a plurality of discharge circuits for discharging the word line in a write operation, wherein the discharge circuit can switch discharge conditions.

この発明によれば、消費電流の少ない不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。   According to the present invention, a nonvolatile semiconductor memory device with low current consumption can be provided.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1の実施形態に係る半導体集積回路装置のチップレイアウト例を示す平面図である。図1に示す半導体集積回路装置は、例えば、NAND型フラッシュメモリである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a chip layout example of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit device shown in FIG. 1 is, for example, a NAND flash memory.

図1に示すように、半導体チップ、例えば、シリコンチップ100には、メモリセルアレイ110が、例えば、2つ配置される。メモリセルアレイ110のカラム方向に沿った両端部には、例えば、ロウデコーダ102がそれぞれ配置される。メモリセルアレイ101のロウ方向に沿った両端部の一つには、例えば、ページバッファ3、メモリ周辺回路104、チャージポンプ回路106、パッド108が順次配置される。メモリ周辺回路104には、コマンドデコーダ、メモリセルアレイ制御回路等の回路が配置され、チャージポンプ回路106には、昇圧回路(チャージポンプ回路)に利用されるキャパシタとトランジスタが配置される。パッド108には、チップ100と外部との接続点となる端子(パッド)が配置される。図示したように本実施例では、メモリセルアレイに対して、端子、チャージポンプ回路等はその1辺側のみに配置されている。   As shown in FIG. 1, for example, two memory cell arrays 110 are arranged on a semiconductor chip, for example, a silicon chip 100. For example, row decoders 102 are arranged at both ends of the memory cell array 110 in the column direction, for example. For example, a page buffer 3, a memory peripheral circuit 104, a charge pump circuit 106, and a pad 108 are sequentially arranged at one of both end portions along the row direction of the memory cell array 101. The memory peripheral circuit 104 includes circuits such as a command decoder and a memory cell array control circuit, and the charge pump circuit 106 includes capacitors and transistors used for a booster circuit (charge pump circuit). A terminal (pad) serving as a connection point between the chip 100 and the outside is disposed on the pad 108. As shown in the figure, in this embodiment, terminals, charge pump circuits, and the like are arranged only on one side of the memory cell array.

図1の半導体記憶装置の詳細構成を図2、図3を用いて説明する。本発明のNAND列の例を図2に示す。ここに示されるように、例えばNAND型メモリセルMCはMC0からMC15まで、直列接続されている。MC0は選択ゲートSG1を介して、共通ソース線CELSRCに接続されている。また、MC15は選択ゲートSG2を介してビット線BLに接続されている。   A detailed configuration of the semiconductor memory device of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. An example of the NAND string of the present invention is shown in FIG. As shown here, for example, NAND type memory cells MC are connected in series from MC0 to MC15. MC0 is connected to the common source line CELSRC via the selection gate SG1. MC15 is connected to the bit line BL via the selection gate SG2.

図3に本実施の形態にかかる不揮発性半導体記憶装置のブロック図を示す。図2の構成が、図3のNAND型セル10に対応する。図3のNAND型セル10は、ビット線BL0〜BLi(iは、0以上の整数)側の選択トランジスタST2と共通ソース線CELSRC側の選択トランジスタST1とその二つの選択トランジスタST1、ST2の間に直列に接続されるメモリセルMCによって構成されている。さらにワード線WL0〜WL15、選択ゲート線SG1、SG2を共有する形で配列されてブロック12(BLOCK n)を形成し、ブロック12が複数配列されてメモリセルアレイが形成されている。図3中には隣接するブロック11、ブロック13を簡略化して記載している。このメモリセルアレイが図1のメモリセルアレイ110に対応する。また、このブロック12等が図1のメモリセルアレイ中のブロック120に対応する。   FIG. 3 is a block diagram of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment. The configuration of FIG. 2 corresponds to the NAND cell 10 of FIG. 3 includes a selection transistor ST2 on the bit line BL0 to BLi (i is an integer of 0 or more) side, a selection transistor ST1 on the common source line CELSRC side, and the two selection transistors ST1 and ST2. The memory cells MC are connected in series. Further, the word lines WL0 to WL15 and the select gate lines SG1 and SG2 are arranged to share the block 12 (BLOCK n), and a plurality of blocks 12 are arranged to form a memory cell array. In FIG. 3, adjacent blocks 11 and 13 are shown in a simplified manner. This memory cell array corresponds to the memory cell array 110 of FIG. The block 12 and the like correspond to the block 120 in the memory cell array of FIG.

NAND型セル内のワード線や選択ゲートに所望の電圧を出力するため、選択ゲート線SG1に対してSGSドライバ7、選択ゲート線SG2に対してSGDドライバ5、複数のワード線に対して複数のCGドライバ6及びワード線放電制御回路15が転送トランジスタ9を介して接続されている。これらのドライバ回路5ないし7、およびワード線制御回路15は何れも図1の周辺回路104に配置されている。 In order to output a desired voltage to the word lines and selection gates in the NAND cell, the SGS driver 7 for the selection gate line SG1, the SGD driver 5 for the selection gate line SG2, and a plurality of words for the plurality of word lines. The CG driver 6 and the word line discharge control circuit 15 are connected via the transfer transistor 9. These driver circuits 5 to 7 and the word line control circuit 15 are all arranged in the peripheral circuit 104 of FIG.

ワード線選択はロウアドレス信号が入力されるデコーダ1、VTドライバ2、転送トランジスタ9から構成されるロウデコーダ14によって行われる。ロウデコーダは図1中のロウデコーダ102中に配置されている。   A word line is selected by a row decoder 14 including a decoder 1 to which a row address signal is input, a VT driver 2 and a transfer transistor 9. The row decoder is arranged in the row decoder 102 in FIG.

また、CGドライバ6には、VPPポンプからVPGM電位が、VPASSポンプからVPASS電位が、転送トランジスタ9には、VPPポンプ3からVTドライバ2を介してVTGATE電位が入力されている。各ポンプは図1中のチャージポンプ回路106領域に配置されている。 The CG driver 6 receives the V PGM potential from the V PP pump, the V PASS pump receives the V PASS potential, and the transfer transistor 9 receives the VT GATE potential from the V PP pump 3 via the VT driver 2. Yes. Each pump is arranged in the area of the charge pump circuit 106 in FIG.

ここで、NAND型のメモリセルへの書き込み動作を、図2、図3を参照しつつ、図4を用いて説明する。図4は書き込み動作のタイミングチャートを示している。   Here, a write operation to the NAND type memory cell will be described with reference to FIGS. 2 and 3 and FIG. FIG. 4 shows a timing chart of the write operation.

メモリセルに閾値シフトをする書き込みを行う場合、ビット線BLを0Vに設定する。 When writing to the memory cell with threshold shift, the bit line BL is set to 0V.

ここで、選択トランジスタST2のゲートには、VDD電位を与えると、選択トランジスタST2がオン状態となり、非書き込みメモリセルMC0、MC2〜MC15のそれぞれのゲートにはVPASS電位が与えられ、書き込みが行われるメモリセルMC1のゲートにはVPGM電位が与えられ、それぞれのメモリセルはオン状態となる。CELSRC信号線には1〜2Vの電位が与えられているが、選択トランジスタST1のゲートには0Vが与えられ、この選択トランジスタST1はカットオフ状態となっている。ビット線から0Vの電位が選択ゲートST2及びメモリセルMC2〜MC15を介してメモリセルMC1まで転送されるため、メモリセルMC1では、ゲートとチャネル間にVPGMの電位差が生じる。 Here, when the V DD potential is applied to the gate of the selection transistor ST2, the selection transistor ST2 is turned on, and the V PASS potential is applied to the gates of the non-write memory cells MC0 and MC2 to MC15, and writing is performed. A VPGM potential is applied to the gate of the memory cell MC1 to be performed, and each memory cell is turned on. The CELSRC signal line is applied with a potential of 1 to 2 V, but 0 V is applied to the gate of the selection transistor ST1, and the selection transistor ST1 is cut off. The potential of 0V from the bit line is transferred to the memory cell MC1 via a selection gate ST2 and memory cell MC2~MC15, the memory cell MC1, the potential difference V PGM occurs between the gate and the channel.

よって浮遊ゲートに電子が注入されて書き込みが行われる。メモリセルMC0、MC2〜MC15のゲートには、中間電位であるVPASS電位が与えられているので、これらのメモリセルに対しての書き込みは行われない。 Therefore, electrons are injected into the floating gate and writing is performed. Since the V PASS potential which is an intermediate potential is applied to the gates of the memory cells MC0 and MC2 to MC15, writing to these memory cells is not performed.

一方で、閾値シフトを行わない書き込みを行う場合には、ビット線BLをVDD電位に設定する。この場合、選択トランジスタST2は、VDD−Vt(Vtは、選択トランジスタST2の閾値)の電位をNAND型セル内に転送した後、カットオフする。従って、メモリセルMC0、MC2〜MC15のゲートにVPASS電位を与え、メモリセルMC1のゲートにVPGM電位を与えると、フローティングとなったNAND型セル内全てのチャネル電位がカップリングによって、VDD−Vtよりも高い電位に上昇する。これにより、選択メモリセルMC1のゲートとチャネル間には、FN(Fowler−Nordheim)トンネル電流が生じない電位差が与えられることになり、閾値シフトが生じない。 On the other hand, when writing without threshold shift, the bit line BL is set to the V DD potential. In this case, the select transistor ST2 cuts off after transferring the potential of V DD -Vt (Vt is the threshold value of the select transistor ST2) into the NAND cell. Accordingly, the memory cell MC 0, gives V PASS potential to the gate of MC2~MC15, given a V PGM potential to the gate of the memory cell MC1, the NAND type cell all channels potential coupling a floating, V DD It rises to a potential higher than −Vt. As a result, a potential difference that does not generate an FN (Fowler-Nordheim) tunnel current is applied between the gate and the channel of the selected memory cell MC1, and a threshold shift does not occur.

時刻T0で書き込み動作を開始すると、転送ゲート9にVPGM+Vtnの電位が与えられオン状態となり、時刻T1で選択ワード線にVPGM電位、非選択ワード線にVPASS電位が与えられる。時刻T2において、選択ワード線電位は降下を開始する。次に、時刻T3で、非選択ワード線の電位は降下を開始する。時刻T4で転送ゲートが降下を開始する。選択ビット線BLは、”1”がプログラムされる場合、VDDレベルとなり、”0”がプログラムされる場合、VSSレベルとなる。選択ゲートSGD、SGSは時刻T0にて、それぞれVDDと0Vとなり、時刻T4において、共に0Vとなる。 When the write operation is started at time T0, the potential of V PGM + Vtn is applied to the transfer gate 9 to turn on, and at time T1, the V PGM potential is applied to the selected word line and the V PASS potential is applied to the unselected word line. At time T2, the selected word line potential starts to drop. Next, at time T3, the potential of the unselected word line starts to drop. At time T4, the transfer gate starts to descend. The selected bit line BL, if "1" is programmed, becomes V DD level, if "0" is programmed, the V SS level. The selection gates SGD and SGS become V DD and 0 V, respectively, at time T0, and both become 0 V at time T4.

上記説明の書き込み動作は通常、所定のブロック単位で行われる。一方、別の機能として、不揮発性半導体記憶装置の全ブロックの全メモリセルに対する書き込み動作がある。この動作を、以下フラッシュライト(Flash Write)動作と称する。以下、図5を用いてフラッシュライト動作について説明する。図5はフラッシュライト時の書き込みタイミングチャートである。   The write operation described above is usually performed in units of predetermined blocks. On the other hand, as another function, there is a write operation to all memory cells in all blocks of the nonvolatile semiconductor memory device. This operation is hereinafter referred to as a flash write operation. Hereinafter, the flash write operation will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a write timing chart during flash write.

図5に示すように時刻T0’(例えば0μsとする)で書き込み動作を開始する。すると、転送ゲート9にVPGM+Vtnの電位が与えられオン状態となり、時刻T1’(例えばT0’の5μs後)で全ワード線にVPGM電位が与えられる。この時全ワード線が選択されるため、転送ゲートの電位は一時的に低下する。その後、徐々に元の電位にまで戻る。次に、時刻T2’ (例えばT0’の20μs後)において、選択ワード線電位は降下を開始する。 As shown in FIG. 5, the write operation starts at time T0 ′ (for example, 0 μs). Then, the potential of V PGM + Vtn is applied to the transfer gate 9 to be turned on, and the V PGM potential is applied to all the word lines at time T1 ′ (for example, 5 μs after T0 ′). At this time, since all the word lines are selected, the potential of the transfer gate temporarily decreases. Thereafter, it gradually returns to the original potential. Next, at time T2 ′ (for example, 20 μs after T0 ′), the selected word line potential starts to drop.

ここで、本発明者は、上記に引続く以下の動作において問題が発生する可能性があることを見出した。以下に、本発明者が見出した問題点と、その対応方法について説明する。   Here, the present inventor has found that a problem may occur in the following operation following the above. In the following, problems found by the present inventor and countermeasures thereof will be described.

図5のT2’において、選択ワード線電位は降下を開始する。この時、全ワード線の電位を急激にVPGM電位から0Vへ引き抜くことになる。これにより、時刻T3’ (例えばT0’の21μs後)に電位降下が完了する。このカップリングを受けてVDD電位になっていた選択ゲートSGDと0VになっていたSGSは、図に示すように、ともに、−0.5V程度まで負電位に降下してしまう可能性があることがわかった。この現象は、特に、不揮発性メモリセルのゲート長が90nm以下である場合に発生する可能性が高いことがわかった。この場合に発生する可能性のある現象を、図7にフラッシュライト時の電位関係を示す回路図、図6にフラッシュライト時の電位関係をしめすセル部断面の概念図を示して説明する。ここに示すように、例えば高電位(例えば20V)となっているロウデコーダのnチャネル領域(図6のGate3部分)から各トランジスタを区画するSTI領域下部のPウエル領域を介して負電位(例えば−0.5V)となっている選択ゲートSGDやSGSのnチャネル領域(図6のGate1部分)に、電流が流れる可能性があることがわかった。すなわちこの領域で予期せぬバイポーラ動作が発生する可能性があることがわかった。このような電流の発生は半導体装置の所望の動作に寄与しない無効電流であるばかりでなく、誤動作につながる可能性があり、好ましくない。 At T2 ′ in FIG. 5, the selected word line potential starts to drop. At this time, the potentials of all the word lines are suddenly extracted from the VPGM potential to 0V. This completes the potential drop at time T3 ′ (for example, 21 μs after T0 ′). The selection gate SGD that has been at the V DD potential due to this coupling and the SGS that has been at 0 V may drop to a negative potential of about −0.5 V, as shown in the figure. I understood it. It has been found that this phenomenon is likely to occur particularly when the gate length of the nonvolatile memory cell is 90 nm or less. A phenomenon that may occur in this case will be described with reference to FIG. 7 which is a circuit diagram showing the potential relationship during flash write, and FIG. 6 is a conceptual diagram of a cell section showing the potential relationship during flash write. As shown here, for example, a negative potential (for example, through a P well region under the STI region that partitions each transistor from the n channel region (the Gate 3 portion in FIG. 6) of the row decoder having a high potential (for example, 20 V). It has been found that there is a possibility that a current flows in the n-channel region (the Gate 1 portion in FIG. 6) of the selection gate SGD or SGS that is −0.5 V). That is, it was found that unexpected bipolar operation may occur in this region. The generation of such a current is not preferable because it is not only a reactive current that does not contribute to a desired operation of the semiconductor device but also may cause a malfunction.

以下、上記の知見に基づいて、この発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第2の実施の形態)
図8乃至図10に基づいて、本発明の第2の実施の形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。図8は不揮発性半導体記憶装置の概要構成図、図9は上記の図8に示した不揮発性半導体記憶装置の具体的な回路例、図10はフラッシュライトの動作波形を示している。
Hereinafter, based on the above knowledge, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Second Embodiment)
A nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the nonvolatile semiconductor memory device, FIG. 9 is a specific circuit example of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 8, and FIG. 10 shows an operation waveform of the flashlight.

図8は上記第1の実施形態の図3に示した不揮発性半導体記憶装置と比較して、ワード線の放電制御回路15の構成が異なっているほかは上記の第1の実施形態と同様である。よって、同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、図8のワード線の放電制御回路15に対応するワード線の放電制御回路8は、所定のブロック単位で行われる書き込み動作と、全ブロックの全メモリセルに対する書き込み動作(フラッシュライト)とで放電方法を切り替え可能な構成となっている。   FIG. 8 is the same as the first embodiment except that the configuration of the word line discharge control circuit 15 is different from that of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 3 of the first embodiment. is there. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In the present embodiment, the word line discharge control circuit 8 corresponding to the word line discharge control circuit 15 in FIG. 8 performs a write operation performed in a predetermined block unit and a write operation (flash) to all memory cells in all blocks. The discharge method can be switched between “light” and “light”.

ワード線放電回路制御8は、通常の書き込み動作の時にオンするDISCHARGE_A、DISCHARGE_B信号で制御するワード線放電回路制御8Aとフラッシュライトの時にオンするDISCHARGE_C信号で制御するワード線放電回路制御8Bとから構成される。   The word line discharge circuit control 8 includes a word line discharge circuit control 8A that is controlled by DISCHARGE_A and DISCHARGE_B signals that are turned on during a normal write operation, and a word line discharge circuit control 8B that is controlled by a DISCHARGE_C signal that is turned on during flash write. Is done.

図9を用いて、本実施の形態のワード線の放電制御回路についてさらに詳細に説明する。図9のワード線の放電制御回路は、ゲートにVDDが供給され、ドレイン側にCGnが接続されたD型(デプレッション型)トランジスタT20と、それに接続されたゲートに信号DISCHARGE_Aが供給されたトランジスタT26が直列に接続された単位が複数セット(図9ではそれぞれT20,T21,T22を含む3セット)と、ゲートにVDDが供給され、ドレイン側にCGnが接続されたD型トランジスタT23とゲートに信号DISCHARGE_Bが供給されたトランジスタT27が直列に接続された単位が複数セット(図9ではT23,T24をそれぞれ含む2セット)と、ゲートにVDDが供給され、ドレイン側にCGnが接続されたD型トランジスタT25とゲートに信号DISCHARGE_Cが供給されたトランジスタT31が直列に接続された単位とから構成されている。 The word line discharge control circuit of this embodiment will be described in more detail with reference to FIG. The word line discharge control circuit of FIG. 9 includes a D type (depletion type) transistor T20 having V DD supplied to the gate and CGn connected to the drain side, and a transistor having the signal DISCHARGE_A supplied to the gate connected thereto. The unit in which T26 is connected in series is a plurality of sets (in FIG. 9, three sets each including T20, T21, and T22), V DD is supplied to the gate, and D-type transistor T23 and gate having CGn connected to the drain side The transistor T27 to which the signal DISCHARGE_B is supplied is connected in series to a plurality of sets (two sets each including T23 and T24 in FIG. 9), V DD is supplied to the gate, and CGn is connected to the drain side. The signal DISCHARGE_C is supplied to the D-type transistor T25 and the gate. Transistor T31 is composed of the units connected in series.

この回路は、ゲートにVDDが供給されているD型トランジスタT20〜T25は常にオン状態となっており、トランジスタT26〜T31に入力されているDISCHARGE_A〜C信号がVDDレベルとなった個数によりCGnのレベルの放電能力が変化する構成となっている。 In this circuit, the D-type transistors T20 to T25 whose gates are supplied with V DD are always on, and the number of DISCHARGE_A to C signals input to the transistors T26 to T31 becomes the V DD level. The discharge capacity at the CGn level changes.

例えば、通常の書き込み動作の時は、DISCHARGE_A、B信号全てをVDDレベルとする。これにより、トランジスタT26〜T30をオン状態とする。一方、DISCHARGE_C信号をVSSレベルにする。これにより、トランジスタT31をオフ状態とする。以上により、CGnの電位はトランジスタT26〜T30までの寸法で決まる速度で放電される。 For example, during a normal write operation, all DISCHARGE_A and B signals are set to the V DD level. Thus, the transistors T26 to T30 are turned on. On the other hand, the DISCHARGE_C signal to V SS level. As a result, the transistor T31 is turned off. As described above, the potential of CGn is discharged at a speed determined by the dimensions of the transistors T26 to T30.

また、フラッシュライトの時はDISCHARGE_C信号のみVDDレベルにする。これにより、トランジスタT31のみオン状態となる。一方、DISCHARGE_A信号及びDISCHARGE_B信号をVSSレベルとする。これにより、トランジスタT26〜T30まではオフ状態となる。従って、CGnの電位はトランジスタT31の寸法で決まる速度で放電される。 In the flash write mode, only the DISCHARGE_C signal is set to the V DD level. As a result, only the transistor T31 is turned on. On the other hand, the DISCHARGE_A signal and DISCHARGE_B signal to V SS level. As a result, the transistors T26 to T30 are turned off. Therefore, the potential of CGn is discharged at a speed determined by the size of the transistor T31.

本構成によれば、トランジスタT31の寸法をT26〜T30の寸法の合計よりも小さくしておくことで、通常の書き込み動作と比べフラッシュライト動作時の選択ワード線電位の放電速度を遅くすることができる。図10は本実施形態のフラッシュライト動作を示すものでT2’’までは図5で示した従来のフラッシュライト動作と同じである。時刻T2’’において、選択ワード線電位は降下を開始するがこの立ち下げ方が従来とは異なる。   According to this configuration, by setting the size of the transistor T31 to be smaller than the total size of T26 to T30, the discharge rate of the selected word line potential during the flash write operation can be reduced compared to the normal write operation. it can. FIG. 10 shows the flash write operation of this embodiment, and up to T2 ″ is the same as the conventional flash write operation shown in FIG. At time T <b> 2 ″, the selected word line potential starts to drop, but this way of falling is different from the conventional one.

従来は通常の書き込み動作と同じ速度(T2〜T3=T2’〜 T3’)でワード線の放電を行っていたが、本実施形態では通常の書き込み動作より遅い速度(T2〜T3<T2’’〜T3’’)で ワード線の放電を行なう。例えば、T3’が21μs後であったのに対し、T3’’は23μs程度であれば有効である。   Conventionally, the word lines are discharged at the same speed as the normal write operation (T2 to T3 = T2 ′ to T3 ′). However, in this embodiment, the speed is slower than the normal write operation (T2 to T3 <T2 ″). ~ T3 ″), the word line is discharged. For example, it is effective if T3 ″ is about 23 μs while T3 ′ is after 21 μs.

これにより、従来のフラッシュライト動作で起きる可能性のあるード線放電時の選択ゲートSGD及びSGSが負電位に降下してしまう状態が起きない。 As a result, there is no situation in which the select gates SGD and SGS during negative line discharge, which may occur in the conventional flash write operation, drop to a negative potential.

本発明の第2の実施の形態では、通常のブロックライト動作とフラッシュライト動作においての二つの場合のワード線の放電方法の切り替えについて述べた。が、本発明の構成はこの切り替えに限定されるわけではなく、例えばブロック内の所定数のワード線を同時選択した場合や、ブロック内の所定数のワード線を同時選択し、かつ、所定数の複数のブロックを同時選択した場合にも適用してよい。     In the second embodiment of the present invention, the switching of the word line discharging method in two cases in the normal block write operation and the flash write operation has been described. However, the configuration of the present invention is not limited to this switching. For example, when a predetermined number of word lines in the block are simultaneously selected, or a predetermined number of word lines in the block are simultaneously selected, and the predetermined number is selected. This may also be applied to the case where a plurality of blocks are simultaneously selected.

この場合それぞれ複数個以上のワード線放電制御回路を具備し、DISCHARGE信号を複数個以上具備し、それぞれ所望のワード線放電方法を切り替えることが可能な構成であればよい。   In this case, any configuration may be used as long as it has a plurality of word line discharge control circuits, a plurality of DISCHARGE signals, and can switch a desired word line discharge method.

少なくとも複数のワード線放電方法が具備されていればよい。   It is sufficient that at least a plurality of word line discharging methods are provided.

以上のようにこの実施の形態によれば、不揮発性メモリの寸法が小さくなった場合でも、無効な電流が増えない不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能になる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a nonvolatile semiconductor memory device in which invalid current does not increase even when the size of the nonvolatile memory is reduced.

この発明の第一の実施の形態におけるチップレイアウトの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the chip layout in 1st Embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態におけるNAND列の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the NAND row | line in 1st Embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態における回路ブロックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit block in 1st Embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態における書き込みタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the write-in timing chart in 1st Embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態におけるフラッシュライト時の書き込みタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the write-in timing chart at the time of the flash write in 1st embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態におけるフラッシュライト時のセル部断面での電位関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the electric potential relationship in the cell part cross section at the time of the flashlight in 1st embodiment of this invention. この発明の第一の実施の形態におけるフラッシュライト時の電位関係を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the electric potential relationship at the time of the flash write in 1st embodiment of this invention. この発明の第二の実施の形態における回路ブロックの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the circuit block in 2nd embodiment of this invention. この発明の第二の実施の形態における放電回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the discharge circuit in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第二の実施の形態におけるフラッシュライト時の書き込みタイミングチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the write-in timing chart at the time of the flash write in 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…デコーダ
2…VTドライバ
3…VPPポンプ
4…VPASSポンプ
5…SGDドライバ
6…CGドライバ
7…SGSドライバ
8、15…ワード線放電制御回路
9…転送トランジスタ
11、12、13…セルブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Decoder 2 ... VT driver 3 ... V PP pump 4 ... V PASS pump 5 ... SGD driver 6 ... CG driver 7 ... SGS driver 8, 15 ... Word line discharge control circuit 9 ... Transfer transistor 11, 12, 13 ... Cell block

Claims (5)

電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、
アドレス入力に応じて前記メモリセルのワード線を選択する複数のワード線選択回路と、
前記ワード線に所定の電位を供給する電位供給回路と、
書き込み動作において前記ワード線を放電する複数個の放電回路と、
を具備し、前記放電回路は放電条件を切り替え可能であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are arranged in a matrix;
A plurality of word line selection circuits for selecting a word line of the memory cell according to an address input;
A potential supply circuit for supplying a predetermined potential to the word line;
A plurality of discharge circuits for discharging the word line in a write operation;
And the discharge circuit is capable of switching discharge conditions.
電気的に書き換え可能な不揮発性メモリセルがマトリックス状に配置されたメモリセルアレイと、
アドレス入力に応じて前記メモリセルのワード線を選択する複数のワード線選択回路と、
前記ワード線に所定の電位を供給する電位供給回路と、
書き込み動作において前記ワード線を放電する複数個の放電回路と、
を具備し、前記放電回路は独立して放電制御可能な複数の回路群からなることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A memory cell array in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are arranged in a matrix;
A plurality of word line selection circuits for selecting a word line of the memory cell according to an address input;
A potential supply circuit for supplying a predetermined potential to the word line;
A plurality of discharge circuits for discharging the word line in a write operation;
And the discharge circuit is composed of a plurality of circuit groups that can be controlled independently of discharge.
前記ワード線の放電回路の放電時間は、前記メモリセルに対する複数種類の書き込み動作でそれぞれ異なる所望の時間に設定可能であることを特徴とする請求項1ないし請求項2のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 3. The discharge time of the discharge circuit for the word line can be set to different desired times in a plurality of types of write operations for the memory cell. Nonvolatile semiconductor memory device. 前記複数種類の書き込み動作は、前記メモリセルアレイを構成する所定のブロック単位でおこなわれるものと、
複数の前記所定のブロック単位で同時におこなわれるものと、が含まれ、
前記複数の前記所定のブロック単位で同時におこなわれる書き込み動作のワード線の放電回路の放電時間は、前記所定のブロック単位でおこなわれるワード線の放電回路の放電時間よりも長いことを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The plurality of types of write operations are performed in units of predetermined blocks constituting the memory cell array;
Are performed in units of a plurality of the predetermined blocks, and
The discharge time of the discharge circuit of the word line for the write operation performed simultaneously in the plurality of the predetermined block units is longer than the discharge time of the discharge circuit of the word line performed in the predetermined block unit. Item 4. The nonvolatile semiconductor memory device according to Item 3.
前記複数種類の書き込み動作は、前記ブロック内の所定数のワード線を同時選択するものと、前記ブロック内の所定数のワード線を同時選択し、かつ、所定数の複数のブロックを同時選択するものと、
が含まれることを特徴とする請求項3ないし請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The plurality of types of write operations simultaneously select a predetermined number of word lines in the block and a predetermined number of word lines in the block, and simultaneously select a predetermined number of blocks. things and,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is included.
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JP2011238328A (en) * 2010-04-30 2011-11-24 Hynix Semiconductor Inc Semiconductor memory device
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