具体实施方式
[实施例1]
以下,参照图面详细说明本发明的实施例。另外,图中同一或相当的部分赋予同一符号,不重复其说明。
图1是表示本发明实施例1的非易失性半导体存储装置的构成的电路方框图。
参照图1,非易失性半导体存储装置100包括存储单元阵列20、位线控制电路21、读出放大器电路22、第1多路复用器23、输出缓冲器24、比较器25、第2多路复用器26、输入缓冲器27、存储控制电路28以及行解码器29。
存储单元阵列20包含多个存储块MB[m,n]。这里,m是自然数,表示存储块的行编号。另外n是自然数,表示存储块的列编号。例如,存储块MB[8,64]是位于第8行第64列的存储块。
同一列的存储块MB[m,n]中配置了同一主位线MBL(4n-3)~MBL(4n)。例如,位于第一列的多个存储块MB[m,1]中配置了主位线MBL1~MBL4。
图2表示图1中的存储块的构成的电路图。
存储块MB[m,n]包括多个存储单元MC、多根字线WLk(k是包含0的整数)、N沟道MOS晶体管QN1~QN8、信号线S1~S4、扩散位线BL0~BL7。
多根字线WLk在行方向上排列,扩散位线BL0~BL7在列方向上排列。
多个存储单元是可2位存储的非易失性存储单元,例如MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon:金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅)型存储单元。该MONOS型存储单元的截面构造如图30所示。多个存储单元MC各自与字线WLk和扩散位线BL0~BL7的交点对应地配置。同一行配置的多个存储单元MC串联,其栅极与同一字线WLk连接。各个扩散位线BL0~BL7排列成通过邻接的2个非易失性存储单元MC的连接点。
晶体管QN1连接到扩散位线BL0和主位线MBL(4n-3)之间,其栅极与信号线S1连接。晶体管QN2连接到主位线MBL(4n-3)和扩散位线BL2之间,其栅极与信号线S2连接。晶体管QN5连接到扩散位线BL1和主位线MBL(4n-2)之间,其栅极与信号线S3连接。晶体管QN6连接到主位线MBL(4n-2)和扩散位线BL3之间,其栅极与信号线S4连接。晶体管QN3连接到扩散位线BL4和主位线MBL(4n-1)之间,其栅极与信号线S1连接。晶体管QN4连接到主位线MBL(4n-1)和扩散位线BL6之间,其栅极与信号线S2连接。晶体管QN7连接到扩散位线BL5和主位线MBL(4n)之间,其栅极与信号线S3连接。晶体管QN8连接到主位线MBL(4n)和扩散位线BL7之间,其栅极与信号线S4连接。
信号线S1~S4与存储控制电路28连接,信号线S1发送信号S1,信号线S2发送信号S2,信号线S3发送信号S3,信号线S4发送信号S4。
再回到图1,位线控制电路21是在从存储单元阵列20输出数据时或向存储单元阵列20输入数据时,对多个主位线MBL进行控制的电路。
图3是表示图1中的位线控制电路21的构成的方框图。图3的信号CS0~CS7、信号BS0~BS15以及控制信号RE、PV、PG、EV、ER分别从存储控制电路28输出。
参照图3,位线控制电路21包含8个磁芯电路211~218。所有磁芯电路211~218与信号线φA1~φA4连接。信号线φA1发送信号CS0~CS7。信号线φA2发送信号BS0~BS15。信号线φA3发送内部数据信号DIN0~DIN7。信号线φA4发送存储控制电路28输出的控制信号RE、PV、PG、EV、ER。信号PG是在写入动作时向存储单元施加写入电压时激活的信号。信号PV是在写入动作时进行校验动作时激活的信号。信号ER是擦除动作时激活的信号。另外,信号EV是在擦除动作时进行校验动作时激活的信号。控制信号PG及PV在写入动作时从存储控制电路28输出,控制信号EV及ER在擦除动作时从存储控制电路28输出。控制信号RE是读出动作时激活的信号,从存储控制电路28输出。
磁芯电路211~218各自与32根主位线MBL连接,另外,磁芯电路211~218各自向读出放大器电路22输出信号OUT1。另外,信号OUT1包含信号OUT10~OUT17。磁芯电路211与主位线MBL1~MBL32连接,响应从存储控制电路28输出的信号,向读出放大器电路22输出信号OUT10。磁芯电路212与主位线MBL33~MBL64连接,向读出放大器电路22输出信号OUT11。磁芯电路213与主位线MBL65~MBL96连接,向读出放大器电路22输出信号OUT12。磁芯电路214与主位线MBL97~MBL128连接,向读出放大器电路22输出信号OUT13。磁芯电路215与主位线MBL129~MBL160连接,向读出放大器电路22输出信号OUT14。磁芯电路216与主位线MBL161~MBL192连接,向读出放大器电路22输出信号OUT15。磁芯电路217与主位线MBL193~MBL224连接,向读出放大器电路22输出信号OUT16。磁芯电路218与主位线MBL225~MBL256连接,向读出放大器电路22输出信号OUT17。
图4是表示图3中的磁芯电路的构成方框图。另外,虽然说明了图4中的磁芯电路211,但是其他磁芯电路212~218的构成也与磁芯电路211相同。
参照图4,磁芯电路211包含4个第1列选择器31~34、第2列选择器35及电位控制电路36。
第1列选择器31与8根主位线MBL1~MBL8连接,接受信号CS0~CS7,输出信号EBL0及OBL0。第1列选择器32与8根主位线MBL9~MBL16连接,接受信号CS0~CS7,输出信号EBL1及OBL1。第1列选择器33与8根主位线MBL17~MBL24连接,接受信号CS0~CS7,输出信号EBL2及OBL2。第1列选择器34与8根主位线MBL25~MBL32连接,接受信号CS0~CS7,输出信号EBL3及OBL3。
第2列选择器35接受第1列选择器31~34输出的信号EBL0~EBL3及OBL0~OBL3,响应信号BS0~BS15,输出信号B1及B2。
电位控制电路36接受第2列选择器35输出的信号B1及B2,响应存储控制电路28的指示,向读出放大器电路22输出信号OUT10。
其他磁芯电路212~218的构成也与磁芯电路211相同,因而不重复其说明。
图5是表示图4中的第1列选择器的构成的电路图。
参照图5,第1列选择器31包含多个N沟道MOS晶体管QN30~QN37。
晶体管QN30的栅极输入信号CS0。另外,晶体管QN30连接到主位线MBL1和结点N31之间。晶体管QN31连接到主位线MBL2和结点N30之间,其栅极输入信号CS1。晶体管QN32连接到主位线MBL3和结点N31之间,其栅极输入信号CS2。晶体管QN33连接到主位线MBL4和结点N30之间,其栅极输入信号CS3。晶体管QN34连接到主位线MBL5和结点N31之间,其栅极输入信号CS4。晶体管QN35连接到主位线MBL6和结点N30之间,其栅极输入信号CS5。晶体管QN36连接到主位线MBL7和结点N31之间,其栅极输入信号CS6。晶体管QN37连接到主位线MBL8和结点N30之间,其栅极输入信号CS7。
第1列选择器31响应存储控制电路28输出的信号CS0~CS7,从结点N30输出信号EBL0,从结点N31输出信号OBL0。
其他第1列选择器32~34的构成也与第1列选择器31的构成相同,因而不重复其说明。
图6是表示图4中的第2列选择器的构成的电路图。
参照图6,第2列选择器35包含多个N沟道MOS晶体管QN40~QN47、P沟道MOS晶体管QP40~QP47。晶体管QN40连接到结点N42和结点N40之间,其栅极接受信号BS0。晶体管QP40连接到结点N42和结点N41之间,其栅极接受信号BS1。结点N42接受第1列选择器31输出的信号OBL0。晶体管QN41连接到结点N43和结点N40之间,其栅极接受信号BS2。晶体管QP41连接到结点N43和结点N41之间,其栅极接受信号BS3。结点N43接受第1列选择器31输出的信号EBL0。晶体管QN42连接到结点N44和结点N40之间,其栅极接受信号BS4。晶体管QP42连接到结点N44和结点N41之间,其栅极接受信号BS5。结点N44接受第1列选择器32输出的信号OBL1。晶体管QN43连接到结点N45和结点N40之间,其栅极接受信号BS6。晶体管QP43连接到结点N45和结点N41之间,其栅极接受信号BS7。结点N45接受第1列选择器32输出的信号EBL1。晶体管QN44连接到结点N46和结点N40之间,其栅极接受信号BS8。晶体管QP44连接到结点N46和结点N41之间,其栅极接受信号BS9。结点N46接受第1列选择器33输出的信号OBL2。晶体管QN45连接到结点N47和结点N40之间,其栅极接受信号BS10。晶体管QP45连接到结点N47和结点N41之间,其栅极接受信号BS11。结点N47接受第1列选择器33输出的信号EBL2。晶体管QN48连接到结点N48和结点N40之间,其栅极接受信号BS12。晶体管QP46连接到结点N48和结点N41之间,其栅极接受信号BS13。结点N48接受第1列选择器34输出的信号OBL3。晶体管QN47连接到结点N49和结点N40之间,其栅极接受信号BS14。晶体管QP47连接到结点N49和结点N41之间,其栅极接受信号BS15。结点N49接受第1列选择器34输出的信号EBL3。
第2列选择器35响应存储控制电路28输出的信号BS0~BS15,从结点N40输出信号B1,从结点N41输出信号B2。
图7是表示图4中的电位控制电路36的构成的电路图。
参照图7,电位控制电路36包括开关电路SW1~SW3、反相器IV1、逻辑门L1~L3、N沟道MOS晶体管QN51。
信号线BO通过开关电路SW1与电位SHV结点42连接,通过开关电路SW2与电位HV结点43连接,通过开关电路SW3与输出约2V的电位的电源电位结点40连接。信号线BO接受第2列选择器35输出的信号B2,作为信号OUT1输出。
反相器IV1接受存储控制电路28输出的信号ER,反相后作为信号E8输出。逻辑门L2接受存储控制电路28输出的信号PG和内部数据信号DIN0,将NOR逻辑运算结果作为信号E5输出。
逻辑门L3接受存储控制电路28输出的信号RE、信号PV、信号EV。逻辑门L3在输入的信号RE、信号PV、信号EV全为H电平时,输出L电平的信号E2,在其他情况下,则输出H电平的信号E2。
晶体管QN51连接到信号线BO和接地电位结点41之间,其栅极接受逻辑门L1的输出信号。逻辑门L1接受信号E8、E5、E2,当信号E8、E5、E2全为L电平时输出H电平的信号。逻辑门L1输出的信号为H电平时,晶体管QN51导通,信号线BO的电位维持接地电位。
开关电路SW1包含多个N沟道MOS晶体管QN52~54、56、57、P沟道MOS晶体管QP52~QP57以及反相器IV2。反相器IV2接受信号E8,进行反相并输出。
晶体管QP52和晶体管QN52在电位SHV结点42和接地电位结点41之间串联。另外,晶体管QP53和晶体管QN53在电位SHV结点42和接地电位结点41之间串联。晶体管QP52的栅极与晶体管QN53的漏极连接。另外,晶体管QP53的栅极与晶体管QN52的漏极连接。晶体管QN52的栅极接受反相器IV2的输出信号,晶体管QN53的栅极接受信号E8。晶体管QP54和晶体管QN54在电位SHV结点42和接地电位结点41之间串联。晶体管QP54的栅极与晶体管QN53的漏极连接。另外,晶体管QN54的栅极接受反相器IV2的输出信号。
晶体管QP55和晶体管QN54在结点N50和接地电位结点41之间串联。另外,晶体管QP56和晶体管QN56在结点N50和接地电位结点41之间串联。晶体管QP57和晶体管QN57在结点N50和接地电位结点41之间串联。
晶体管QP55的栅极与晶体管QN56的漏极连接。晶体管QP56的栅极与晶体管QN57的漏极连接。晶体管QP57的栅极与晶体管QN56的漏极连接。晶体管QN56的栅极接受信号E8。另外,晶体管QN57的栅极接受反相器IV2的输出信号。
接着,说明开关电路SW1的动作。
存储控制电路28输出的信号ER为H电平时,开关电路SW1内的晶体管QP53导通,晶体管QP52及QP54截止。另外,晶体管QP56导通,晶体管QP55及QP57截止。结果,电位SHV结点42和信号线B0断开。因而,信号ER为H电平时,开关电路SW1截止。
另一方面,信号ER为L电平时,开关电路SW1内的晶体管QP52及QP54导通,晶体管QP53截止。另外,晶体管QP55及QP57导通,晶体管QP56截止。结果,开关电路SW1导通,电位SHV结点42与信号线BO连接。
其他开关电路SW2及SW3的构成也与开关电路SW1的构成相同,因而不重复其说明。另外,逻辑门L2输出的信号E5为H电平时,开关电路SW2导通。结果,开关电路SW2与电位HV结点43和信号线BO连接。另外,逻辑门L3输出的信号E2为H电平时,开关电路SW3导通。结果,开关电路SW3与读出放大器电路22和信号线BO连接。
另外,第2列选择器35的结点N40与接地电位结点41连接。
图8是表示图1中的读出放大器电路22的构成的方框图。
参照图8,读出放大器电路22包含多个读出放大器221~228。
读出放大器221接受位线控制电路21输出的信号OUT10、存储控制电路28输出的信号RE、信号PV、信号EV,向第1多路复用器23输出信号OUT20。同样,读出放大器222接受信号OUT11、信号RE、PV、EV,输出信号OUT21。读出放大器223接受信号OUT12、信号RE、PV、EV,输出信号OUT22。读出放大器224接受信号OUT13、信号RE、PV、EV,输出信号OUT23。读出放大器225接受信号OUT14、信号RE、PV、EV,输出信号OUT24。读出放大器226接受信号OUT15、信号RE、PV、EV,输出信号OUT25。读出放大器227接受信号OUT16、信号RE、PV、EV,输出信号OUT26。读出放大器228接受信号OUT17、信号RE、PV、EV,输出信号OUT27。
图9是表示图8中的读出放大器的构成的电路图。
参照图9,读出放大器221包含P沟道MOS晶体管QP60~QP66、N沟道MOS晶体管QN61及QN62和反相器IV3。
晶体管QP60和晶体管QP61在电源电位结点60和结点N60之间串联。晶体管QP60的栅极与接地电位结点41连接。另外,晶体管QP61的栅极输入信号RE。晶体管QP62和晶体管QP63在电源电位结点60和结点N60之间串联。晶体管QP62的栅极与接地电位结点41连接,晶体管QP63的栅极输入信号PV。晶体管QP64和晶体管QP65在电源电位结点60和结点N60之间串联。晶体管QP64的栅极与接地电位结点41连接。另外,晶体管QP65的栅极输入信号EV。
晶体管QN62连接到结点N60和N61之间。另外,晶体管QP66和晶体管QN61在电源电位结点60和接地电位结点41之间串联。晶体管QP66的栅极及晶体管QN61的栅极与结点N61连接。晶体管QN62的栅极与晶体管QN61的漏极连接。结点N61输入信号OUT10。
反相器IV3的输入端子与结点N60连接。反相器IV3接受结点N60输出的信号,经反相后作为信号OUT20输出。
如上所述,读出放大器221构成单端型的读出放大器。
接着,说明读出放大器221的动作。
读出放大器221内的晶体管QP60、QP62、QP64的各个电流驱动力中,QP64的电流驱动力最大,其次,QP60的电流驱动力较大,QP62的电流驱动力最小。
在通常的读出动作时,信号RE被激活(L电平),其他信号PV及EV维持非激活状态。结果,响应晶体管QP60的电流驱动力,决定读出放大器的灵敏度。接着,在写入动作中的校验动作时,信号PV变成激活状态(L电平),其他信号RE及EV维持非激活状态。结果,结点N60与电流驱动力小的晶体管QP62连接。结果,由存储单元经由晶体管QN62抽出的电流即使很小,结点N60的电位也下降。因而结点N60的电位不会变为反相器IV3的逻辑阈值以下。即,若存储单元的阈值不够高,不能充分抑制由存储单元经由晶体管QN62抽出的电流时,则读出放大器221无法识别「编程」状态。因而,写入动作时,仅仅在进行可靠地写入的情况下,读出放大器221输出L电平的信号OUT20。
另外,擦除动作中的校验动作时,信号EV变成激活状态(L电平),其他信号RE及PV维持非激活状态(H电平)。结果,结点N60与电流驱动力大的QP64连接。因而,由存储单元经由晶体管QN62抽出的电流即使比较大,结点N60的电位也不下降,不会变成反相器IV3的逻辑阈值以下。即,若存储单元的阈值不够低,不能获得足够的由存储单元经由晶体管QN62抽出的电流时,则无法识别「擦除」状态。结果,在擦除动作时,仅仅在可靠地擦除的情况下,读出放大器221输出H电平的信号OUT20。
如上所述,在写入动作和擦除动作中的校验时,通过变更读出放大器的灵敏度,可以提高读出放大器的可靠性。
另外,图9中说明了读出放大器221,其他读出放大器222~228的构成也与读出放大器221相同,因而不重复说明。
图9中的读出放大器采用单端型,但是读出放大器也可以是其他构成。
图10是表示图8中的读出放大器的其他构成的电路图。
参照图10,读出放大器221包括读出电路61及62、差动放大电路63、参考电位发生电路64。
读出电路61包括P沟道MOS晶体管QP70、QP71和N沟道MOS晶体管QN70~QN72。
晶体管QP70和晶体管QN72在电源电位结点60和结点N72之间串联。晶体管QP70的栅极与接地电位结点41连接。晶体管QP71和晶体管QN70在电源电位结点60和接地电位结点41之间串联。晶体管QP71的栅极和晶体管QN70的栅极共同与结点N72连接。晶体管QN72的栅极与晶体管QN70的漏极连接。读出电路61通过结点N72接受信号OUT10,从晶体管QP70和晶体管QN72的连接点即结点N70输出信号。
晶体管QN71连接到结点N72和接地电位结点41之间,其栅极与电源电位结点60连接。由于晶体管QN71的栅极长,只能流过微小电流。结果,晶体管QN71具有调节结点N70的动作点的作用。
另外,读出电路62的构成也与读出电路61的构成相同,因而不重复其说明。但是,读出电路62不接受信号OUT10,而接受参考电位发生电路64输出的信号φB。
差动放大电路63包括P沟道MOS晶体管QP72、QP73和N沟道MOS晶体管QN73~QN75。
晶体管QP72、晶体管QN73及晶体管QN75在电源电位结点60和接地电位结点41之间串联。另外,晶体管QP73和晶体管QN74在电源电位结点60和晶体管QN75的漏极之间串联。晶体管QP72的栅极与晶体管QP73的栅极连接。另外,晶体管QP73的栅极与二极管连接。因而,晶体管QP72和晶体管QP73构成电流镜像。晶体管QN73的栅极接受读出电路61的输出信号。另外,晶体管QN74的栅极接受读出电路62的输出信号。晶体管QN75的栅极与电源电位结点60连接。晶体管QN75起恒流源的作用。差动放大电路63比较读出电路61的输出信号和读出电路62的输出信号,结果从晶体管QP72和晶体管QN73的连接点即结点N73输出。反相器IV4接受差动放大电路63的输出信号,反相后输出。反相器IV5接受反相器IV4的输出信号,反相后作为信号OUT20输出。
参考电位发生电路64包括晶体管QN79~QN81和参考单元RC1~RC3。
晶体管QN79和参考单元RC1在读出电路62内的结点N72和接地电位结点41之间串联。另外,晶体管QN80和参考单元RC2在读出电流62内的结点N72和接地电位结点41之间串联。而且,晶体管QN81和参考单元RC3在读出电路62内的结点N72和接地电位结点41之间串联。晶体管QN79的栅极输入信号RE。晶体管QN80的栅极输入信号PV。晶体管QN81的栅极输入信号EV。
参考单元RC1~RC3与正常存储单元具有同一构造、材质及尺寸。参考单元RC1~RC3的栅极共同与参考用字线RWL连接。
这里,令参考单元RC2的阈值大于参考单元RC1的阈值,参考单元RC3的阈值小于参考单元RC1的阈值。例如,参考单元RC1的阈值为2.5V时,令参考单元RC2的阈值为3.5V,参考单元RC3的阈值为1.5V。
结果,读出电路62的输出信号的电位在写入动作中的校验时最高,在擦除动作中的校验时最低。因而,在写入动作中,仅仅在进行可靠地写入时信号OUT20变成L电平。另外,在擦除动作中,仅仅在进行可靠地擦除时信号OUT20变成H电平。
根据以上的结果,读出放大器221通过在写入动作和擦除动作中变更其读出放大器的灵敏度,可以更可靠地确认写入状况及擦除状况。
另外,虽然说明了图10中读出放大器221的构成,但是其他读出放大器222~228也与读出放大器221具有同一构成,因而不重复其说明。
图11是说明图1中的行解码器29的构成的方框图。
参照图11,行解码器29包含多个字驱动器WD0~WD255。字驱动器WDq(q是0~255的整数)接受存储控制电路28输出的信号ROWq、信号PG、RE、PV、EV、SHGV、HGV,输出被字线WLq激活的信号。
图12是表示图11中的字驱动器的构成的电路图。
参照图12,字驱动器WD0包括逻辑门L10~L13、开关电路SW4、SW5以及N沟道MOS晶体管QN82。
字线WL0通过开关电路SW4与电位SHGV结点71连接,通过开关电路SW5与电位HGV结点72连接。开关电路SW4及SW5的构成与图7所示开关电路SW1相同,因而不重复其说明。
逻辑门L10接受信号PG和信号ROW0,将信号PG的反相信号和信号ROW0的AND逻辑运算结果作为信号E10输出。信号E10为H电平时,由于开关电路SW4截止,字线WL0和电位SHGV结点71断开。另一方面,信号E10为L电平时,开关电路SW4导通。因而,字线WL0的电位维持电位SHGV。
逻辑门L12接受信号RE、PV、EV。信号RE、PV、EV全为H电平时,逻辑门L12输出L电平的信号。信号RE、PV、EV中只要有一个为L电平的信号时,逻辑门L12输出H电平的信号。逻辑门L13接受逻辑门L12的输出信号和信号ROW0,将AND逻辑运算结果作为信号E4输出。
信号E4为H电平时,开关电路SW5截止。因而,此时,电位HGV结点72和字线WL0断开。另一方面,信号E4为L电平时,开关电路SW5导通。因而,电位HGV结点72和字线WL0连接,字线WL0的电位维持电位HGV。
图13是表示图1中的存储控制电路的构成的方框图。
参照图13,存储控制电路28包括外围电路281、计数电路282、SHGV检测电路285、SHV检测电路286、HV检测电路287、HGV检测电路288、SHGV振荡器289、SHV振荡器290、HV振荡器291、HGV振荡器292、SHGV充电泵(charge pump)293、SHV充电泵294、HV充电泵295以及HGV充电泵296。
外围电路281控制整个半导体存储装置100。外围电路281在写入动作时输出信号PG及PV,在擦除动作时输出信号ER及EV。另外,外围电路281接受比较器25输出的信号VERIFY。
计数电路282是4位的计数器。每次从外围电路281输出信号PG时,计数电路282使计数值加一,输出计数信号CNT0~CNT3。
SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293构成升压电路。
SHGV检测电路285接受SHGV充电泵293输出的信号SHGV,检测信号SHGV的电位是否达到规定的电位。接受的信号SHGV的电位未达到规定的电位时,SHGV检测电路285向SHGV振荡器289输出H电平的信号φC1。接受的信号SHGV的电位达到规定的电位时,SHGV检测电路285向SHGV振荡器289输出L电平的信号φC1。
信号φC1为H电平时,SHGV振荡器289输出用以使SHGV充电泵293升压的时钟信号。信号φC1为L电平时,SHGV振荡器289停止其动作。
SHGV充电泵293在写入动作时,响应SHGV振荡器输出的时钟信号,输出具有升压的电位的信号SHGV。另外,信号SHGV是写入动作时的栅极电位。
SHV检测电路286、SHV振荡器290、SHV充电泵294构成升压电路。
SHV检测电路286接收SHV充电泵294输出的信号SHV,检测信号SHV的电位是否达到规定的电位,输出信号φC2。
SHV振荡器290响应信号φC2,输出使SHV充电泵294升压的时钟信号。
SHV充电泵294在擦除动作时,响应SHV振荡器290输出的时钟信号,输出具有升压的电位的信号SHV。另外,信号SHV是擦除动作时的漏极电位。
HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295构成升压电路。
HV检测电路287接受HV充电泵295输出的信号HV,检测信号HV的电位是否达到规定的电位,输出信号φC3。
HV振荡器291响应信号φC3,输出使HV充电泵295升压的时钟信号。
HV充电泵295在写入动作时,响应HV振荡器291输出的时钟信号,输出具有升压的电位的信号HV。另外,信号HV是写入动作时的漏极电位。
HGV检测电路288、HGV振荡器292、HGV充电泵296构成升压电路。
HGV检测电路288接受HGV充电泵296输出的信号HGV,检测信号HGV的电位是否达到规定的电位,输出信号φC4。
HGV振荡器292响应信号φC4,输出使HGV充电泵296升压的时钟信号。
HGV充电泵296在读出动作时,响应HGV振荡器292输出的时钟信号,输出具有升压的电位的信号HGV。另外,信号HGV是读出动作时的栅极电位。
图14是表示图13中的SHV检测电路的构成的电路图。
参照图14,SHV检测电路286包括P沟道MOS晶体管QP75及QP76、N沟道MOS晶体管QN85及QN86、电阻元件R1~R6、传输门T1~T4、反相器IV10~IV13、运算放大器OP1及OP2。
晶体管QP75和电阻元件R6在电源电位结点60和接地电位结点41之间串联。晶体管QP75的栅极与运算放大器OP1的输出端子连接。运算放大器OP1的反相输入端子输入参照电位Vref。另外,运算放大器OP1的非反相输入端子与晶体管QP75的漏极连接。
晶体管QP76和晶体管QN85在电源电位结点60和接地电位结点41之间串联。晶体管QP76的栅极与运算放大器OP1的输出端子连接。晶体管QN85与二极管连接。
电阻元件R1~R5及晶体管QN86串联连接。电阻元件R1的2个端子中,在未与电阻元件R2连接的端子输入由SHV充电泵294输出的信号SHV。另外,晶体管QN86的漏极与电阻元件R5连接,其栅极与晶体管QN85的栅极连接。晶体管QN86的源极与接地电位结点41连接。
传输门T1~T4分别由N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管构成。
传输门T1和电阻元件R1并联。传输门T1内的P沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV10的输出信号。反相器IV10及N沟道MOS晶体管的栅极输入计数电路282输出的计数信号CNT3。传输门T2和电阻元件R2并联。传输门T2内的P沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV11的输出信号。反相器IV11及N沟道MOS晶体管的栅极输入由计数电路282输出的计数信号CNT2。传输门T3和电阻元件R3并联。传输门T3内的P沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV12的输出信号。反相器IV12及N沟道MOS晶体管的栅极输入由计数电路282输出的计数信号CNT1。传输门T4和电阻元件R4并联。传输门T4内的P沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV13的输出信号。反相器IV13及N沟道MOS晶体管的栅极输入由计数电路282输出的计数信号CNT0。
运算放大器OP2的反相输入端子与电阻元件R5和晶体管QN86的连接点即结点N80连接。另外,运算放大器OP2的非反相输入端子输入参照电位Vref。当输入反相输入端子的电位比输入非反相输入端子的参照电位Vref大时,运算放大器OP2输出L电平的信号φC2。另外,输入反相输入端子的电位比输入非反相输入端子的参照电位Vref小时,输出H电平的信号φC2。
接着,说明SHV检测电路286的动作。
输入运算放大器OP1的非反相输入端子的电位比输入反相输入端子的参照电位Vref低时,运算放大器OP1输出L电平的信号。因而,此时晶体管QP75导通。结果,输入运算放大器OP1的非反相输入端子的电位上升。非反相输入端子的电位比参照电位Vref高时,运算放大器OP1的输出信号变为H电平。因而,晶体管QP75截止。结果,非反相输入端子的电位降低。结果,由于非反相输入端子的电位一定,因而流过电阻元件R6的电流I1成为定值Vref/R6。
另外,由于运算放大器OP1的输出信号也输入晶体管QP76的栅极,若晶体管QP75及QP76的晶体管的规格相同,则流过晶体管QN85的电流I2也成为定值Vref/R6。而且,若晶体管QN85和晶体管QN86的晶体管的规格相同,则晶体管QN85及QN86的栅极-源极电位相同。因而,流过晶体管QN86的电流成为定值Vref/R6。即,流过结点N80的电流成为恒定。另外,晶体管QP75、QP76以及QN85、QN86都在饱和区动作。
因而,输入运算放大器OP2的反相输入端子的电位由信号SHV的电位以及结点N81和结点N80之间所使用的电阻值决定。另外,结点N81和结点N80之间所使用的电阻值根据计数电路282的计数值决定,具体地说,根据计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3决定。
SHGV检测电路285、HV检测电路287以及HGV检测电流288的电路构成也与SHV检测电路286的电路构成相同,因而不重复其说明。
再回到图1,第1多路复用器23从存储控制电路28接受信号RE时,向输出缓冲器24输出从读出放大器电路22接受的信号OUT2。另外,第1多路复用器23从存储控制电路28接受信号PV或信号EV时,向比较器25输出从读出放大器电路22接受的信号OUT2。
输入缓冲器27接受外部输入的外部数据信号DQ0~DQ7,输出内部数据信号DIN0~DIN7。
而且,输入缓冲器27根据外部数据信号DQ0~DQ7,输出信号IN0~IN7。
第2多路复用器26在写入动作时从存储控制电路28接受信号PV,输出信号IN0~IN7。另外,擦除动作时从存储控制电路28接受信号EV,输出H电平的信号HIN0~HIN7。
比较器25在写入动作时,分别比较第1多路复用器23输出的信号OUT2(OUT20~OUT27)和第2多路复用器26输出的信号IN0~IN7,信号OUT2和信号IN0~IN7一致时,向存储控制电路28输出H电平的信号VERIFY。另外,比较器25在擦除动作时,比较第1多路复用器23输出的信号OUT2和第2多路复用器26输出的H电平的信号HIN0~HIN7,信号OUT2全为H电平时,向存储控制电路28输出H电平的信号VERIFY。
说明具有以上的电路构成的半导体存储装置100的写入动作。
图15是表示本发明实施例1的半导体存储装置的写入动作的流程图。
这里,说明在半导体存储装置100的存储单元阵列20内的任意存储单元中,向图30的存储区域9R进行数据写入的情况。
参照图15,首先,存储控制电路28内的计数电路282通过外围电路281输出的复位信号RESET,使计数值复位。这里,令复位信号RESET总是为L电平。因而,此时计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3全成为L电平。另外,外围电路281输出的信号PG、PV、ER、EV全是H电平。
接着,存储控制电路28为了向存储单元施加写入电压,将外围电路281输出的信号PG激活成L电平。此时,外围电路281输出的其他信号PV、ER、EV维持H电平。此时,HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295动作。结果,HV充电泵295输出施加于存储单元的漏极电压HV。
同样,由于信号PG的激活,SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293动作。结果,SHGV充电泵293输出施加于存储单元的栅极电压SHGV(步骤S1)。
接着,施加写入电压并经过规定的时间后,半导体存储装置100进行校验动作(步骤S2)。
校验动作是指向存储单元施加写入电压后,判定是否向存储单元正常地写入数据的动作。
进行校验动作时,外围电路281输出的信号PG变成H电平,信号PV被激活成L电平。结果,向存储单元的栅极及源极施加规定的电压,写入存储单元的数据通过读出放大器电路22读出。读出的数据作为信号OUT2,通过第1多路复用器23输入比较器25。另一方面,比较器25从第2多路复用器26接受向该存储单元写入数据时的数据信息即信号IN。
比较器25比较信号OUT2和信号IN,检测信号OUT2的8位的数字数据和信号IN的8位的数字数据是否一致。信号OUT2的数据和信号IN的数据一致时(步骤S3),应写入存储单元的数据被正常写入,即,判断存储单元内的存储区域9R积蓄的电荷足够,结束写入动作(步骤S4)。
另一方面,信号OUT2的数据和信号IN的数据不一致时(步骤S3),比较器25判断存储单元内的存储区域9R积蓄的电荷不足。
此时,再回到步骤S2,半导体存储装置100反复进行写入电压的施加,直到存储单元内的存储区域9R积蓄了规定量的电荷。
另外,对于擦除动作,同样,在擦除电压施加后进行校验动作,反复进行擦除电压的施加,直到存储单元内的存储区域9R的电荷清除。
图16是本发明实施例1的半导体存储装置的写入动作时的时序图。
另外,设定图16的半导体存储装置的写入动作与图15的写入动作在同一条件下进行。这里,图16中的Vth表示写入的存储单元的阈值电压。另外,B表示存储单元的半导体基片的电压,S表示施加于存储单元的扩散位线7A的电压,D表示施加于存储单元的扩散位线7B的电压(信号HV的电压),G表示施加于存储单元的控制栅极11的电压(信号SHGV的电压)。
参照图16,半导体存储装置100在时刻t1将信号PG激活成L电平,进行第1次写入电压的施加。此时,外围电路281输出的其他信号PV、ER、EV维持H电平。此时,HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295动作。结果,HV充电泵295输出施加于存储单元的漏极电压HV。此时,信号HV维持一定的电压VD1。
同样,由于信号PG的激活,SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293动作。结果,SHGV充电泵293输出施加于存储单元的栅极的信号HGV。此时,信号HGV维持一定的电压VG1。
规定期间写入电压的施加执行后的时刻t2,信号PG变成H电平,信号PV变成L电平。结果,半导体存储装置100开始校验动作。
这里,存储单元的阈值电压变成Vth1时,若令存储单元内的存储区域9R内积蓄足够的电荷,则时刻t2的存储单元的阈值电压Vth比Vth1低。因而,比较器25判断存储区域9R积蓄的电荷不足。结果,在时刻t3信号PG变成L电平,再次进行写入电压的施加。
接着,在时刻t4进行校验动作,其动作方法与时刻t2的校验动作相同,因而不重复其说明。
通过以上的动作,半导体存储装置100反复进行写入电压的施加和校验动作,直到作为写入动作对象的存储单元的阈值Vth变成Vth1。时刻t5的校验动作的结果,若存储单元的阈值Vth超过Vth1,则比较器25输出H电平的脉冲信号VERIFY。存储控制电路28接受H电平的信号VERIFY,在时刻t6结束写入动作。
另外,擦除动作的情况也一样。但是,擦除动作的情况下,在校验动作时,判断存储单元的阈值是否在规定的电压以下(例如1.5V以下),若阈值不在规定的电压以下,则反复进行擦除动作。
通过以上的动作,实施例1的半导体存储装置100在写入动作时反复进行写入电压的施加和校验动作。结果,可防止向存储单元过多地注入电荷。擦除动作的情况也一样。
图17是表示写入动作时的半导体存储装置的各电路动作的时序图。
图17中,对于图1所示半导体存储装置100中的存储块MB[1,1]、MB[1,9]、MB[1,17]、MB[1,25]、MB[1,33]、MB[1,41]、MB[1,49]、MB[1,57],说明向图2中的存储单元MC1的存储区域9R写入「01110111」的数据的情况。具体地说,存储块MB[1,1]和MB[1,33]的存储单元MC1中分别存储数据「0」,其他存储块MB的存储单元MC1分别存储数据「1」。另外,这里「0」表示阈值高的状态,「1」表示阈值低的状态。
参照图17,首先,在时刻t11,外围电路281输出的信号PG被激活成L电平。此时,输入位线控制电路21内的磁芯电路211~218的信号CS0~CS7中,信号CS0及CS1变成H电平。其他信号CS2~CS7保持L电平。
另外,输入磁芯电路211~218的信号BS0~BS15中,信号BS0及BS1变成L电平,其他信号BS2~BS15维持H电平。
结果,各磁芯电路211~218中的第1列选择器31~34的晶体管QN30及晶体管QN31导通。另外,第2列选择器35中的晶体管QP40和晶体管QN41导通。结果,存储块MB[1,1]中,第2列选择器35内的结点N40与主位线MBL2连接,结点N41与主位线MBL1连接。同样,各存储块[1,8J+1](J是0~7的整数)中,各磁芯电路内的第2列选择器35内的结点N40与主位线MBL(4×(8J+1)-2)连接,结点N41与主位线MBL(4×(8J+1)-3)连接。
这里,注意磁芯电路211内的电位控制电路36。在时刻t11,由于写入存储块MB[1,1]的存储单元MC1的信号DIN0变成L电平(对应于数据「0」),开关电路SW2导通。结果,主位线MBL1的电位变成电位HV。另一方面,主位线MBL2与接地电位结点41连接。
同样,存储块MB[1,33]内的主位线MBL129的电位也变成电位HV,主位线MBL2与接地电位结点41连接。
其他存储块MB[1,8J+1]中,输入各自对应的电位控制电路36的内部数据信号DIN变成H电平(对应于数据「1」)。结果,电位控制电路36内的信号E8、E5、E2全变成L电平,晶体管QN51导通。因而,存储块MB[1,8J+1]内的主位线MBL(4×(8J+1)-2)及MBL(4×(8J+1)-3)都变成L电平。
通过以上的动作,存储块MB[1,1]内的主位线MBL1维持电位HV(H电平),主位线MBL2变成L电平。另外,存储块MB[1,33]内的主位线MBL129维持电位HV(H电平),主位线MBL2变成L电平。
接着,在时刻t12,存储块MB内的信号线S1~S4中,信号线S2及S3变成H电平。此时信号线S1及S4维持L电平。因而,晶体管QN3及晶体管QN5导通。结果,存储块MB[1,1]中主位线MBL1与位线BL2连接,主位线MBL2与位线BL1连接。同样,存储块MB[1,33]中主位线MBL129与位线BL2连接,主位线MBL130与位线BL1连接。根据以上的结果,位线BL2维持电位HV(H电平),位线BL1维持接地电位(L电平)。
接着,在时刻t13,字线WL0被激活成H电平。结果,对存储块MB[1,1]及MB[1,33]内的存储单元MC1的存储区域9R进行写入动作,在存储区域9R积蓄电荷。
通过以上的动作,对指定的存储单元施加写入电压,进行写入动作。
另外,在时刻t14信号PG变成H电平。此时,字线WL0变成L电平,结束写入动作。另外,由于信号PG变成H电平,停止向主位线MBL供给电位HV,主位线MBL1及MBL129在写入动作结束后变成L电平。结果,位线BL2也变成L电平。主位线MBL1及MBL129变成L电平后,信号BS0及BS1变成H电平。
在时刻t21,信号PV变成L电平。因而,半导体存储装置100进行校验动作。
在校验动作时,磁芯电路内的信号BS0及BS1维持H电平,信号BS2及BS3变成L电平。因而,存储块MB[1,1]中,第2列选择器35内的晶体管QN40及晶体管QP41导通。结果,结点N40与主位线MBL1连接,结点N41与主位线MBL2连接。
此时,由于信号RE及EV是H电平,信号PV是L电平,因而电位控制电路36内的逻辑门L3输出的信号E2变成H电平。结果,开关电路SW3导通,主位线MBL2(对应于信号B2)维持读出电位(约2V)。另一方面,主位线MBL1与接地电位结点41连接,主位线MBL1(对应于信号B1)的电位维持接地电位。
其他存储块MB[1,8J+1]也同样,主位线MBL(4×(8J+1)-2)(对应于信号B2)维持读出电位(约2V),主位线MBL1(4×(8J+1)-3)(对应于信号B1)维持接地电位。
根据以上的结果,各存储块MB[1,8J+1]内的位线BL1维持读出电位,位线BL2维持接地电位。
接着,在时刻t22,字线WL0被激活成H电平(读出动作时约3V),各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的读出动作开始。
结果,读出放大器电路22读出各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的数据,其结果作为信号OUT2通过第1多路复用器23向比较器25输出。
在时刻t23,比较器25比较信号OUT2的结果和作为第2多路复用器26输出的存储信息的信号IN。
比较的结果,当信号OUT2和信号IN不一致时,即,各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的数据中只要有一个电荷的积蓄不足时,比较器25输出L电平的信号VERIFY。另一方面,信号OUT2和信号IN一致时,比较器25输出H电平的信号VERIFY。
在时刻t24信号PV若变成H电平,则磁芯电路内的电位控制电路36停止向主位线MBL供给读出电位。另外,字线WL0变成L电平。因而,校验动作结束。
校验动作结束后的时刻t25,信号S1~S4全变成L电平,信号CS0~CS7也全变成L电平。另外,信号BS0~BS15全变成H电平。
校验动作的结果,信号VERIFY为L电平时,在时刻t25以后再次进行写入动作,此时的动作是时刻t11~时刻t14中所述动作的重复。另外,写入动作结束后再次进行校验动作,反复进行写入动作直到信号VERIFY变成H电平。
校验动作的结果,信号VERIFY为H电平时,半导体存储装置结束写入动作。
通过以上的动作,对于半导体存储装置100中的存储块MB[1,1]、MB[1,9]、MB[1,17]、MB[1,25]、MB[1,33]、MB[1,41]、MB[1,49]、MB[1,57],向图2中的存储单元MC1的存储区域9R写入了「01110111」的数据。
接着,说明擦除动作。
图18是表示擦除动作时的半导体存储装置的各电路动作的时序图。
图18中,对于图1所示半导体存储装置100中的存储块MB[1,1]、MB[1,9]、MB[1,17]、MB[1,25]、MB[1,33]、MB[1,41]、MB[1,49]、MB[1,57],说明全部擦除图2中的存储单元MC1的存储区域9R的数据的情况。具体地说,上述的存储块MB的存储单元MC1中分别存储数据「1」。另外,这里「0」表示阈值高的状态,「1」表示阈值低的状态。
参照图18,在时刻t31外围电路281输出的信号ER被激活成L电平。
此时,输入位线控制电路21内的磁芯电路211~218的信号CS0~CS7中,信号CS0及CS1变成H电平。其他信号CS2~CS7维持L电平。
另外,输入磁芯电路211~218的信号BS0~BS15中,信号BS0及BS1变成L电平,其他信号BS2~BS15维持H电平。
结果,各磁芯电路211~218中的第1列选择器31~34的晶体管QN30及QN31导通。另外,第2列选择器35中的晶体管QP40和晶体管QN41导通。结果,存储块MB[1,1]中,第2列选择器35内的结点N40与主位线MBL2连接,结点N41与主位线MBL1连接。同样,各存储块[1,8J+1](J是0~7的整数)中,各磁芯电路内的第2列选择器35内的结点N40与主位线MBL(4×(8J+1)-2)连接,结点N41与主位线MBL(4×(8J+1)-3)连接。
这里,注意磁芯电路211内的电位控制电路36。在时刻t31,由于信号ER变成L电平,开关电路SW1导通。结果,主位线MBL1的电位变成电位SHV。另一方面,主位线MBL2与接地电位结点41连接。
同样,各存储块[1,8J+1](J是0~7的整数)中,主位线MBL(4×(8J+1)-2)与接地电位结点41连接,主位线MBL(4×(8J+1)-3)的电位维持电位SHV。
接着,在时刻t32,存储块MB内的信号线S1~S4中,只有信号线S2变成H电平。因而,晶体管QN2导通。结果,在存储块MB[1,1]中,主位线MBL1与位线BL2连接。另一方面,其他主位线MBL2~4未连接到任何位线BL。
根据以上的结果,与位线BL2连接的所有存储单元在其漏极施加电位SHV,源极成为浮置电位。因而,与位线BL2连接的所有存储单元中,开始擦除动作。例如,各存储块MB中每列的存储单元数为32时,存储块MB[1,1]中,位线BL2和位线BL1之间连接的32个存储单元的存储区域9R以及位线BL2和位线BL3之间连接的32个存储单元的存储区域9L中,一次进行64位的擦除动作。同样,各存储块[1,8J+1](J是0~7的整数)中,也进行64位的擦除动作。结果,整个半导体存储装置中,在时刻t32后进行512位的擦除动作。
另外,在时刻t33信号ER变成H电平。此时,停止向主位线MBL(4×(8J+1)-3)供给电位SHV,擦除动作结束后,变成L电平。结果,位线BL2也变成L电平。主位线MBL(4×(8J+1)-3)变成L电平后,信号BS0及BS1变成H电平。
接着,在时刻t41,信号EV变成L电平。因而,半导体存储装置100进行校验动作。
校验动作时,磁芯电路内的信号BS0及BS1维持H电平,信号BS2及BS3变成L电平。因而,存储块MB[1,1]中,第2列选择器35内的晶体管QN40及晶体管QP41导通。结果,结点N40与主位线MBL1连接,结点N41与主位线MBL2连接。
此时,由于信号RE及PV是H电平,信号EV是L电平,因而电位控制电路36内的逻辑门L3输出的信号E2变成H电平。结果,开关电路SW3导通,主位线MBL2(对应于信号B2)与读出放大器电路22连接,通过读出放大器电路22维持读出电位(约2V)。另一方面,主位线MBL1与接地电位结点41连接,主位线MBL1(对应于信号B1)的电位维持接地电位。
其他存储块MB[1,8J+1]也同样,主位线MBL(4×(8J+1)-2)(对应于信号B2)维持读出电位(约2V),主位线MBL(4×(8J+1)-3)(对应于信号B1)维持接地电位。
根据以上的结果,各存储块MB[1,8J+1]内的位线BL1维持读出电位,位线BL2维持接地电位。
接着,若在时刻t42字线WL0被激活成H电平(读出动作时约3V),则各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的读出动作开始。
结果,读出放大器电路22读出各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的数据,其结果作为信号OUT2通过第1多路复用器23向比较器25输出。
在时刻t43,比较器25比较信号OUT2的结果和第2多路复用器26输出的信号HIN。
根据比较的结果,信号OUT2和信号HIN不一致时,即,各存储块MB[1,8J+1]内的存储单元MC1的存储区域9R的数据中只要有一个电荷的积蓄不足时,比较器25输出L电平的信号VERIFY。另一方面,信号OUT2和信号HIN一致时,比较器25输出H电平的信号VERIFY。
在时刻t24,信号EV若变成H电平,则磁芯电路内的电位控制电路36停止向主位线MBL供给读出电位。另外,字线WL0变成L电平。
在校验动作结束后的时刻t45,信号S1~S4全变成L电平,信号CSO~CS7也全变成L电平。另外,信号BS0~BS15全变成H电平。
根据校验动作的结果,信号VERIFY是L电平时,在时刻t45以后再次进行擦除动作,此时的动作是时刻t31~时刻t33中所述动作的重复。另外,擦除动作结束后再次进行校验动作,反复进行擦除动作直到信号VERIFY变成H电平。
根据校验动作的结果,信号VERIFY为H电平时,半导体存储装置结束擦除动作。
另外,每个存储块MB中的一个存储单元可同时进行校验,即,在整个存储单元阵列中为8位。因而,半导体存储装置变更被激活的字线和被激活的位线BL,进行64个周期的同样的校验动作。
在对所有的存储单元进行校验动作后,结束校验动作。
通过以上的动作,实施例1的半导体存储装置100在写入动作时反复进行写入电压的施加和校验动作。结果,可防止向存储单元过多地注入电荷。
[实施例2]
实施例1中,写入动作时向存储单元施加的电压是一定的。但是,每次重复写入动作时,也可以改变向存储单元施加的电压。
图19是表示本发明实施例2的半导体存储装置的写入动作的流程图。
这里,与图15同样,说明在半导体存储装置100的存储单元阵列20内的任意存储单元中,向图30的存储区域9R写入数据的情况。
参照图19,首先,存储控制电路28内的计数电路282通过外围电路281输出的复位信号RESET,使计数值复位(步骤S1)。因而,此时计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3全成为L电平。另外,此时外围电路281输出的信号PG、PV、ER、EV全是H电平。
接着,存储控制电路28为了向存储单元施加写入电压,将外围电路281输出的信号PG激活成L电平。此时,外围电路281输出的其他信号PV、ER、EV维持H电平。此时,HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295动作。结果,HV充电泵295输出施加于存储单元的漏极电压HV。
同样,由于信号PG的激活,SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293动作。结果,SHGV充电泵293输出施加于存储单元的栅极电压SHGV(步骤S2)。
接着,施加写入电压并经过规定的时间后,半导体存储装置100进行校验动作(步骤S3)。
进行校验动作时,外围电路281输出的信号PG变成H电平,信号PV被激活成L电平。结果,向存储单元的栅极及源极施加规定的电压,写入存储单元的数据通过读出放大器电路22读出。读出的数据作为信号OUT2,通过第1多路复用器23输入比较器25。另一方面,比较器25从第2多路复用器26接受向该存储单元写入数据时的数据信息即信号IN。
比较器25比较信号OUT2和信号IN,当信号OUT2的8位的数字信息和信号IN的8位的数字信息一致时(步骤S4),应写入存储单元的数据被正常写入,即,判断存储单元内的存储区域9R积蓄的电荷足够,结束写入动作。
另一方面,信号OUT2和信号IN不一致时(步骤S4),判断存储单元内的存储区域9R积蓄的电荷不足。此时,计数电路282对写入电压施加次数进行计数(步骤S5)。计数后再回到步骤S2,进行写入动作。
通过以上的动作,半导体存储装置100进行写入电压的施加,直到存储单元内的存储区域9R积蓄了规定量的电荷。
另外,擦除动作也与写入动作同样进行,因而不重复其说明。
图20是表示本发明的实施例2的半导体存储装置的写入动作时的时序图。
另外,设定图20的半导体存储装置的写入动作与图19的写入动作在同一条件下进行。这里,图20中的Vth、B、D、G与图16相同,因而不重复其说明。
参照图20,半导体存储装置100在时刻t1进行第1次写入电压的施加。此时,外围电路281输出的其他信号PV、ER、EV维持H电平。此时,HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295动作。结果,HV充电泵295输出施加于存储单元的漏极电压HV。
此时,计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3全为L电平。因而,由于HV检测电路287内的传输门T1~T4全部截止,因而在HV检测电路287内的结点N80和结点N81之间,电阻元件R1~R5串联。HV充电泵295输出的信号HV的电位由电阻元件R1~R5及晶体管QN86分压。分压的电位从结点N80向运算放大器OP2输出。此时,运算放大器OP2输出H电平的信号φC2,直到结点N80输出的信号的电压等于参照电位Vref。结点N80的输出信号的电压比参照电位Vref大时,运算放大器OP2输出L电平的信号φC2。由信号φC2对HV振荡器291的动作进行控制,结果,HV充电泵295向存储单元的漏极输出信号HV。另外,此时信号HV维持一定的电压VD1。
同样,通过信号PG的激活,SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293动作。结果,SHGV充电泵293输出施加于存储单元的栅极电压SHGV。此时,信号SHGV维持一定的电压VG1。
进行规定期间写入电压的施加后的时刻t2,信号PG变成H电平,信号PV变成L电平。结果,半导体存储装置100开始校验动作。这里,存储单元的阈值电压变成Vth1时,若令存储单元内的存储区域9R积蓄足够的电荷,则时刻t2的存储单元的阈值电压Vth比Vth1低。因而,比较器25判断存储区域9R积蓄的电荷不足。结果,在时刻t3信号PG变成L电平,再次进行写入电压的施加。
此时,在时刻t2到t3的校验动作时,计数电路282将计数值设为「1」。因而,计数信号CNT0变成H电平。
结果,HV检测电路287内的传输门T4导通。因而,HV检测电路287内的结点N80输出的电压成为用电阻元件R1~R3、R5及晶体管QN86对信号HV的电位进行了分压的电位。因而,HV检测电路287即使在结点N80输出的信号的电位比时刻t1时低的情况下也输出L电平的信号φC3。
因而,在时刻t2,HV充电泵295输出的信号HV的电压VD2变成比时刻t1的信号HV的电压VD1低。
另外,根据同一理由,HGV充电泵296输出的信号HGV的电压VG2也变成比时刻t1的信号HV的电压VD1低。
接着,在时刻t4进行校验动作,其动作方法与时刻t2的校验动作相同,因而不重复其说明。
通过以上的动作,半导体存储装置100反复进行写入电压的施加和校验动作,直到作为写入动作对象的存储单元的阈值Vth变成Vth1。此时,随着写入电压的施加次数的增加,施加的电压下降。根据时刻t5的校验动作的结果,存储单元的阈值Vth超过Vth1时,比较器25输出H电平的脉冲信号VERIFY。存储控制电路28接受H电平的信号VERIFY,在时刻t6结束写入动作。
通过以上的动作,实施例1的半导体存储装置100在写入动作时反复进行写入电压的施加和校验动作。结果,可防止向存储单元过多地施加电荷。而且,随着写入电压的施加次数的增加,施加的写入电压下降,可防止向存储单元进行过多的写入动作。
另外,擦除动作也与写入动作一样,因而不重复其说明。但是,擦除动作时,漏极电压变成SHV,栅极电压变成0V。
图21是表示写入动作时的半导体存储装置的各电路动作的时序图。
图21中,与图17相同,说明向半导体存储装置100中的存储块MB[1,1]、MB[1,9]、MB[1,17]、MB[1,25]、MB[1,33]、MB[1,41]、MB[1,49]、MB[1,57]的存储单元MC1的存储区域9R写入「01110111」的数据的情况。
参照图21,在时刻t11,信号PG被激活成L电平时,信号RESET也变成L电平。结果,计数电路282被复位。因而,计数电路282输出的信号CNT0~CNT3全变成L电平。其后信号RESET在写入动作中变成H电平,之后总是维持H电平。
结果,计数电路282在每次信号PG激活时计数。因而,每次重复写入动作时计数电路282进行计数,使信号CNT0~CNT3的电位变化。
其他动作与图17一样,不重复其说明。
通过以上的动作,本发明实施例2的半导体存储装置,在每次重复写入动作时,向存储单元施加的写入电压下降。结果,可以向存储单元进行正确的电荷积蓄。因而,可防止过多地进行写入。另外,擦除动作的情况也有同样的效果。
[实施例3]
实施例2的半导体存储装置中,写入动作时,在每次重复写入动作时降低写入电压。但是,也可以在每次重复写入动作时提高写入电压。
图22是表示本发明实施例3的半导体存储装置的HV检测电路287的构成的电路图。
参照图22,与图14比较,HV检测电路287包含新的传输门T5~T8,以取代传输门T1~T4。
传输门T5和电阻元件R1并联。传输门T5内的N沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV10的输出信号。反相器IV10及P沟道MOS晶体管的栅极输入计数电路282输出的计数信号CNT3。传输门T6和电阻元件R2并联。传输门T6内的N沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV11的输出信号。反相器IV11及P沟道MOS晶体管的栅极输入计数电路282输出的计数信号CNT2。传输门T7和电阻元件R3并联。传输门T7内的N沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV12的输出信号。反相器IV12及P沟道MOS晶体管的栅极输入计数电路282输出的计数信号CNT1。传输门T8和电阻元件R4并联。传输门T8内的N沟道MOS晶体管的栅极输入反相器IV13的输出信号。反相器IV13及P沟道MOS晶体管的栅极输入计数电路282输出的计数信号CNT0。
其他构成与图14相同,不重复其说明。
图23是表示本发明实施例3的半导体存储装置的写入动作时的时序图。
参照图23,半导体存储装置100在时刻t1进行第1次写入电压的施加。此时,外围电路281输出的其他信号PV、ER、EV维持H电平。此时,HV检测电路287、HV振荡器291、HV充电泵295动作。结果,HV充电泵295输出施加于存储单元的漏极电压HV。
此时,计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3全为L电平。因而,由于HV检测电路287内的传输门T5~T8全导通,因而在HV检测电路287内的结点N80和结点N81之间只连接有电阻元件R5。HV充电泵295输出的信号HV的电位由电阻元件R5及晶体管QN86分压。分压的电位从结点N80向运算放大器OP2输出。此时,运算放大器OP2输出H电平的信号φC2,直到结点N80输出的信号的电压等于参照电位Vref。结果,HV充电泵295向存储单元的漏极输出信号HV。另外,此时信号HV维持一定的电压VD1。
同样,通过信号PG的激活,SHGV检测电路285、SHGV振荡器289、SHGV充电泵293动作。结果,SHGV充电泵293输出施加于存储单元的栅极电压SHGV。此时,信号SHGV维持一定的电压VG1。
进行规定期间写入电压的施加后的时刻t2,信号PG变成H电平,信号PV变成L电平。结果,半导体存储装置100开始校验动作。这里,存储单元的阈值电压变成Vth1时,若令存储单元内的存储区域9R积蓄足够的电荷,则时刻t2的存储单元的阈值电压Vth比Vth1低。因而,比较器25判断存储区域9R积蓄的电荷不足。结果,在时刻t3信号PG变成L电平,再次进行写入电压的施加。
此时,在时刻t2到t3的校验动作时,计数电路282将计数值设为「1」。因而,计数信号CNT0变成H电平。
结果,HV检测电路287内的传输门T8截止。因而,HV检测电路287内的结点N80输出的电压变成由电阻元件R4、R5及晶体管QN86对信号HV的电位进行了分压的电位。因而,HV检测电路287从结点N80输出的信号的电位变成比时刻t1时高时,才首次输出L电平的信号φC2。
因而,在时刻t2,HV充电泵295输出的信号HV的电压VD2变成比时刻t1的信号HV的电压VD1高。
另外,根据同一理由,SHGV充电泵293输出的信号SHGV的电压VG2变成比时刻t1的信号SHGV的电压VG1高。
接着,在时刻t4进行校验动作,其动作方法与时刻t2的校验动作相同,因而不重复其说明。
通过以上的动作,半导体存储装置100反复进行写入电压的施加和校验动作,直到作为写入动作对象的存储单元的阈值Vth变成Vth1。此时,随着写入电压的施加次数的增加,施加的电压上升。根据时刻t5的校验动作的结果,存储单元的阈值Vth超过Vth1时,比较器25输出H电平的脉冲信号VERIFY。存储控制电路28接受H电平的信号VERIFY,在时刻t6结束写入动作。
通过以上的动作,实施例3的半导体存储装置100在写入动作时反复进行写入电压的施加和校验动作。结果,防止了向存储单元过多地施加电荷。而且,随着实施例3中写入电压的反复施加,其施加电压增加。结果,可进行更高速的写入。
[实施例4]
图24是表示本发明实施例4的半导体存储装置的存储控制电路的方框图。
参照图24,与图13比较,存储控制电路28包含新的比较器283及存储电路284。
存储电路284预先存储外围电路281输出的信号PG的最大输出次数。
比较器283比较计数电路282输出的计数信号CNT0~CNT3和存储电路284存储的信号PG的最大输出次数。计数电路282的计数值达到存储电路284存储的信号PG的最大输出次数时,比较器283向外围电路281输出信号FIN。外围电路281接受信号FIN时,停止信号PG、PV或信号ER、EV的输出。
其他构成与图13相同,因而不重复其说明。
对包含具有以上的电路构成的存储控制电路28的半导体存储装置100的写入动作进行说明。
图25是表示实施例4的半导体存储装置的写入动作的流程图。
参照图25,由于到步骤S5为止的动作与图19相同,因而不重复其说明。在步骤S5进行计数后,比较器283判断计数电路282的计数值是否超过存储电路284存储的最大计数值(步骤S6)。当比较器283判断计数电路282的计数值未超过存储电路284存储的最大计数值时,再次回到步骤S2,进行写入电压的施加。另一方面,比较器283判断计数电路282的计数值超过存储电路284存储的最大计数值时,存储控制电路28认为发生了错误位,结束写入动作(步骤S7)。此时,存储控制电路28向半导体存储装置外部输出错误代码。
通过以上的动作,实施例4的半导体存储装置可以限制写入动作的次数。另外,擦除动作也相同。
另外,实施例1~4中,作为写入动作的例子,说明了向存储区域9R及9L中未积蓄数据时的存储单元的存储区域9R进行写入动作的示例。但是,假定存储区域9L中预先积蓄了数据时,与存储区域9L中未积蓄数据时一样,可以对存储区域9R进行写入动作。另外,实施例1~4中,说明了对可存储2位的存储单元进行写入动作的情况,但是,对可存储1位的存储单元也可以用同样的动作进行写入或擦除。
[实施例5]
具有浮置栅极的快擦写EEPROM和NROM中,对写入动作总数或擦除动作总数的耐受性不同。
图26A及26B表示具有浮置栅极的存储单元和MONOS型存储单元中对写入动作总次数的耐受性。这里,图26A是表示具有浮置栅极的存储单元的图,图26B是表示MONOS型存储单元的图。
如图26A所示,随着具有浮置栅极的存储单元的写入动作的总数的增加,其阈值降低。但是,如图26B所示,随着MONOS型存储单元中写入动作的总数的增加,其阈值上升。
阈值的上升导致擦除动作时的擦除不足,可能破坏数据。因而,MONOS型存储单元中,必须抑制阈值的上升。在MONOS型存储单元的情况下,为了抑制阈值的上升,可以随着写入动作总数的增加而降低写入电压。
图27是表示本发明实施例5的半导体存储装置的存储控制电路的构成的方框图。
参照图27,与图13比较,设置新的计数电路300以取代计数电路282,且追加了比较器301、总计数电路302以及脉冲发生电路303。
计数电路300是与计数电路282相同的4位计数器,输出计数信号CNT0~CNT3,但是,计数电路300不能由外围电路281复位。
在该半导体存储装置为写入动作状态时,脉冲发生电路303响应总是激活状态的内部信号PROGRAM,输出单脉冲信号。
总计数电路302是20位计数器,在每次从脉冲发生电路303输出单脉冲信号时进行递增计数。因而,总计数电路302对半导体存储装置100出厂后输入的写入动作指令的总计数值进行计数。另外,总计数电路302包含非易失性存储晶体管。非易失性存储晶体管存储总计数值。
比较器301在总计数电路302的计数值达到规定值时输出单脉冲信号OSP。例如,比较器301在总计数电路302的总计数值每达到100次、1000次、10000次、100000次时输出单脉冲信号OSP。
计数电路300在每次接受单脉冲信号OSP时递增计数。这里,SHGV检测电路285、SHV检测电路286、HV检测电路287、HGV检测电路288的电路结构采用图14所示的电路结构。
结果,随着计数电路300递增计数,各检测电路的检测电压下降。结果,可以随着写入动作总数的增加降低写入电压。
[实施例6]
如上所述实施例1~5中,说明了采用图30所示MONOS型存储单元时的写入动作、擦除动作方法。
但是,如图28所示,也可以采用以埋入粒状硅的氧化膜90作为电荷积蓄层的栅极绝缘膜,以取代图30的MONOS型存储单元中起电荷积蓄层作用的氮化膜9,将其用于存储单元。埋入粒状硅的氧化膜90包含多个粒状多晶硅91。图28所示MONOS型存储单元与图30的情况比较,可以提高数据保持特性和降低写入动作时的阈值的偏差。