JP2001210808A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
不揮発性半導体記憶装置Info
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Abstract
つ、メモリセルアレイの面積の増大を抑制することが可
能な不揮発性半導体記憶装置を提供する。 【解決手段】 メモリセルアレイは、それぞれ、一括し
て消去動作を行なう単位となる複数のメモリセルブロッ
クMBL1およびMBL2に分割されている。メモリセ
ルトランジスタが設けられるPウェル領域10.1およ
び10.2と、Pウェル領域を電気的に分離するための
Nウェル領域とが設けられる。選択トランジスタTrs
1およびTrs2は、Pウェル領域10.1および1
0.2のうち、対応するサブビット線が結合するメモリ
セルトランジスタと同一のPウェル領域に設けられる。
Description
の書込、消去が可能で、かつ電源をオフ状態とした場合
も情報を記憶することが可能な不揮発性半導体記憶装置
の構成に関するものである。
の携帯電話やインターネット等の携帯情報端末を用いた
デジタル情報通信網の発達に伴い、各携帯端末において
情報を不揮発的に記憶しておくことが可能な記憶装置と
してシステムに搭載されている。このような不揮発性半
導体記憶装置としては、たとえば、記憶されたデータを
所定のビット数について一括して電気的に消去可能であ
り、かつ、電気的にデータの書込が可能なフラッシュメ
モリがある。
うち、いわゆるNOR型フラッシュメモリのメモリセル
トランジスタの断面構造およびその第1の消去動作を説
明するための概念図である。
モリセルは、半導体基板の主表面に形成されたPウェル
10上に積層される積層ゲートを備える。この積層ゲー
トは、ゲート酸化膜13、多結晶シリコン等からなるフ
ローティングゲート14、リーク対策のため酸化膜、窒
化膜、酸化膜の3層構造を有したONO膜と呼ばれる絶
縁膜15および多結晶シリコン等からなるコントロール
ゲート16を備える。また、Pウェル10上の上記積層
ゲートに近接して、それぞれN型のソース領域12aお
よびドレイン領域12bが自己整合的に形成されてい
る。
が、ドレイン領域にはドレイン電圧Vdが、コントロー
ルゲートにはコントロール電圧Vcgが、Pウェル10
にはウェル電位Vwがそれぞれ印加されているものとす
る。
セルにおける消去動作においては、メモリセルセルのソ
ースに印加するソース電圧Vsとして、外部電源電圧か
ら昇圧した高電圧Vpp(〜10V)を印加し、ドレイ
ンはフローティング状態とし、Pウェル10の電位Vw
としては、接地電位とすることで、フローティングゲー
ト14中に蓄積された電子をソース側に引抜く方法があ
る。
メモリが配列されたメモリセルアレイの断面構造を示す
図である。
書換単位をできるだけ細分化するために、ビット線の構
成を、ビット線をメインビット線MBLと、セレクトト
ランジスタTrs1またはTrs2を介してそれぞれメ
インビット線MBLと接続するサブビット線SBL1ま
たはSBL2とからなる階層構成としている。すなわ
ち、セレクトトランジスタTrsにより選択されたサブ
ビット線SBL1(またはSBL2)の接続するメモリ
セルブロックについてのみデータの書換が行なわれるこ
とになる。
引抜くことで消去動作を行なう場合は、メモリセルトラ
ンジスタのバックゲート、すなわちPウェル10は、各
消去ブロック間ならびにセレクトトランジスタ間のすべ
てについて共通に設けられる構成とすることが可能であ
る。
方法としては、メモリセルのバックゲート、すなわちP
ウェル10に高電圧を印加することで、フローティング
ゲート14中の電子をPウェル10側に引抜くことによ
り、メモリセルトランジスタのしきい値電圧Vthを下
げる方法がある。
メモリの第2の消去方法を説明するための概念図であ
る。
去方法においては、メモリセルトランジスタのソース電
位Vsおよびドレイン電位Vdはともに昇圧電位Vpp
とされ、さらに、Pウェルの電位も昇圧電位Vppとさ
れている。
地電位とされる。図19は、このようなPウェル10
(バックゲート)から電子を抜き取ることにより消去を
行なう場合のメモリセルアレイの構成を説明するための
断面図である。
ル10側に電子を引抜くことにより消去動作を行なうた
め、各データの書換単位(メモリブロック)ごとに、P
ウェル10.1および10.2をそれぞれNウェル8に
より分離して形成する必要がある。しかも、書換動作を
行なうためのメモリブロックを選択するセレクトトラン
ジスタTrs1またはTr2についても、これらが形成
されるPウェル10.0は、書換単位となるメモリブロ
ックのPウェル10.1および10.2とは分離して形
成する必要がある。
第1の消去方法よりも信頼性等の観点から有利であるも
のの、各書換単位のメモリブロックと、セレクトゲート
Trs1およびTr2を形成するウェルをそれぞれ分離
して形成するために、ウェル分離のために必要となる領
域が増大し、メモリセル面積が増大してしまうという問
題点があった。
な問題点を解決するためになされたものであって、その
目的は、メモリセルトランジスタの信頼性を維持しつ
つ、メモリセルアレイの面積の増大を抑制することが可
能な不揮発性半導体記憶装置を提供することである。
半導体記憶装置は、半導体基板の主表面上に形成される
不揮発性半導体記憶装置であって、外部電源電位を受け
て、内部電位を生成する内部電源回路と、コマンド信号
に応じて、不揮発性半導体記憶装置の動作を制御する制
御回路と、複数のフローティングゲート型のメモリセル
トランジスタが行列状に配置されたメモリセルアレイと
を備え、メモリセルアレイは、それぞれ、一括して消去
動作を行なう単位となる複数のメモリセルブロックに分
割され、メモリセルブロックごとに対応して半導体基板
の主表面に設けられ、メモリセルブロックに属するメモ
リセルトランジスタが設けられる第1導電型の複数の第
1のウェル領域と、複数の第1のウェル領域を電気的に
分離するための第2導電型の第2のウェル領域と、メモ
リセルアレイの列に対応して、複数のメモリセルブロッ
クに共通に設けられる複数の主ビット線と、メモリセル
ブロックごとにメモリセルトランジスタの列に対応して
設けられ、メモリセルトランジスタと結合する複数の副
ビット線と、副ビット線ごとに対応して設けられ、各々
が対応する副ビット線と複数の主ビット線のうちの対応
する主ビット線とを選択的に接続するための複数の選択
トランジスタと、複数の選択トランジスタのうち選択さ
れた選択トランジスタのゲートには導通状態となる電位
を、非選択の選択トランジスタのゲートには遮断状態と
なる電位を与えるセル選択回路とをさらに備え、選択ト
ランジスタの各々は、複数の第1のウェル領域のうち、
対応する副ビット線が結合するメモリセルトランジスタ
と同一の第1のウェル領域に設けられる。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、各メモリセルトランジスタは、半導体基板の表層
部に第1導電型のチャネル領域を介して対向する第2導
電型の第1および第2の拡散層と、第1導電型のチャネ
ル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたフローティ
ングゲートとフローティングゲートとは絶縁されたコン
トロールゲートとを有する2層ゲート電極とを含み、消
去動作においてフローティングゲートから電荷をチャネ
ル側に引き抜くための電位をコントロールゲート、第1
および第2の拡散層および第1のウェルに選択的に与え
るための消去手段をさらに備える。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、外部電源電位よりも高い昇圧電
位を生成する昇圧回路を含み、不揮発性半導体記憶装置
の消去動作において、副ビット線の電位レベルを選択的
に昇圧電位とするための手段と、複数の第1のウェル領
域の電位と第2のウェル領域の電位とを独立に制御する
ことが可能なウェル電位制御回路とをさらに備え、ウェ
ル電位制御回路は、消去動作において、第1のウェル領
域と第2のウェル領域とにより形成されるPN接合が順
方向にバイアスされないように制御しつつ、第2のウェ
ル領域の電位および第1のウェル領域の電位を選択的に
昇圧電位とする。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、負電位を生成する負電圧生成回
路と、不揮発性半導体記憶装置の読出動作において、選
択トランジスタのゲートに与える電位を生成する読出電
圧生成回路とを含み、不揮発性半導体記憶装置の消去動
作におけるベリファイ動作において、第1のウェル領域
の電位レベルを選択的に負電位とするための手段と、ベ
リファイ動作において、読出電圧生成回路からの出力電
位を、負電位が第1のウェル領域に与えられたことによ
る選択トランジスタのしきい値変化に対応して変更した
上で、選択トランジスタのゲートに与える電圧変換回路
とをさらに備える。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、負電位を生成する負電圧生成回
路と、不揮発性半導体記憶装置の読出動作およびベリフ
ァイ動作において、選択トランジスタのゲートに与える
電位を生成する読出電圧生成回路とを含み、選択された
メモリセルトランジスタからデータの読出を行ない、か
つ、ベリファイ動作において選択されたメモリセルトラ
ンジスタを介して流れる電流値に基づいてしきい値判定
を行なうための複数のセンスアンプと、不揮発性半導体
記憶装置の消去動作におけるベリファイ動作において、
第1のウェル領域の電位レベルを選択的に負電位とする
ための手段と、ベリファイ動作において、負電位が第1
のウェル領域に与えられたことによる選択トランジスタ
のしきい値変化に対応して、センスアンプの感度を変更
するセンス感度変更回路とをさらに備える。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、負電位を生成する負電圧生成回
路と、不揮発性半導体記憶装置の読出動作において、選
択トランジスタのゲートに与える電位を生成する読出電
圧生成回路とを含み、不揮発性半導体記憶装置のプログ
ラム動作およびプログラムベリファイ動作において、第
1のウェル領域の電位レベルを選択的に負電位とするた
めの手段と、プログラムベリファイ動作において、読出
電圧生成回路からの出力電位を、負電位が第1のウェル
領域に与えられたことによる選択トランジスタのしきい
値変化に対応して変更した上で、選択トランジスタのゲ
ートに与える電圧変換回路とをさらに備える。
は、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、負電位を生成する負電圧生成回
路と、不揮発性半導体記憶装置の読出動作、プログラム
動作およびプログラムベリファイ動作において、選択ト
ランジスタのゲートに与える電位を生成する読出電圧生
成回路とを含み、選択されたメモリセルトランジスタか
らデータの読出を行ない、かつ、プログラムベリファイ
動作において選択されたメモリセルトランジスタを介し
て流れる電流値に基づいてしきい値判定を行なうための
複数のセンスアンプと、プログラム動作およびプログラ
ムベリファイ動作において、第1のウェル領域の電位レ
ベルを選択的に負電位とするための手段と、プログラム
ベリファイ動作において、負電位が第1のウェル領域に
与えられたことによる選択トランジスタのしきい値変化
に対応して、センスアンプの感度を変更するセンス感度
変更回路とをさらに備える。
は、請求項2記載の不揮発性半導体記憶装置の構成に加
えて、内部電源回路は、外部電源電位よりも高い昇圧電
位を生成する昇圧回路を含み、制御回路により制御され
て、不揮発性半導体記憶装置の消去動作後のリセット動
作において、主ビット線および副ビット線の電位レベル
を選択的にリセットするための手段と、制御回路により
制御されて、複数の第1のウェル領域の電位と第2のウ
ェル領域の電位とを独立に制御してリセットすることが
可能なウェル電位制御回路とをさらに備え、制御回路
は、リセット動作において、第1のウェル領域と第2の
ウェル領域とにより形成されるPN接合ならびに第1の
ウェルと第1および第2の拡散層とにより形成されるP
N接合のいずれもが順方向にバイアスされないように制
御しつつ、第1および第2のウェル領域の電位および主
ビット線および副ビット線の電位を選択的にリセットす
る。
揮発性半導体記憶装置1000の構成を示す概略ブロッ
ク図である。
は、内部にROMを備え、このROMに保持しているプ
ログラムコードと外部から与えられるコマンド信号に基
づき書込および消去の制御を行なうCPU20と、CP
U20より制御されて、電源電位Vccから昇圧した昇
圧電位Vppを発生させる昇圧電位発生回路40と、C
PU20に制御されて、負電位の出力電位Vout−を
発生させる負電圧発生回路80と、ベリファイ動作にお
いてワード線に供給するベリファイ電圧Vveを発生す
るベリファイ電圧発生回路100と、セレクトトランジ
スタのゲートに与えるリード電圧Vsgを生成するリー
ド電圧発生回路110と、ワード線駆動電位VWLを発生
させるワード線ブースト回路120と、CPU20によ
って制御され、電源電位Vcc、接地電位GND、電位
Vpp、電位Vout−、電位Vsgおよび電位VWLを
受けて、各内部回路に分配するディストリビュータ14
0とを含む。
路80は、接地電位GNDと外部電源電位Vccとを受
けて動作するチャージポンプ回路を含む。
リセルアレイ260を含む。メモリアレイ260は、そ
れぞれがNウェルにより分離されたPウェル(WEL
L)の内部に形成されるメモリブロックMBL0〜MB
Lnを含む。不揮発性半導体記憶装置1000の消去動
作は、このメモリブロックMBL0〜MBLnの各々を
単位として行なわれる。
0、32と、セレクトトランジスタ28とを含む。メモ
リブロックMBL0では、Xデコーダ180によって選
択されたセレクトゲート線SGL、ワード線WL0、W
L1およびソース線SLに対応するメモリセルが選択さ
れる。書込み動作においては、この選択されたメモリセ
ルは、メインビット線MBLからセレクトゲート28お
よびサブビット線SBLを介して、データに対応する信
号を受けてデータ保持を行なう。
GL、ワード線WL0、WL1およびソース線SLに対
応するメモリセル30,32およびセレクトゲート28
が代表的に図示されている。
260は、ビット線がメインビット線MBLとサブビッ
ト線SBLに階層化された、いわゆるDINOR(Divi
dedbit line NOR)型のメモリセルアレイ構造を有す
る。
レス信号ADRを受けるアドレスバッファ160と、ア
ドレスバッファからアドレス信号を受けて、ディストリ
ビュータから電位の供給を受け、セレクトゲート線SG
L、ワード線WL0、WL1、ソース線SLおよびウェ
ルの各電位を決定するXデコーダ180と、データ入出
力信号DIOを授受するための入出力バッファ220
と、アドレスバッファ160からのアドレス信号を受け
デコードするYデコーダ200と、読出動作時にデータ
読出しを行ない、ベリファイ動作時に選択されたメモリ
セルトランジスタのしきい値判定を行なうための複数の
センスアンプを含むセンスアンプ帯210と、Yデコー
ダ200の出力に応じてデータ入出力信号に対応しメイ
ンビット線MBLに高電圧を印加し、また、読出し動作
ではカラム選択を行ない、メインビット線MBLとセン
スアンプとを選択的に接続するためのコラム系制御回路
240とを含む。
選択するためのWLデコーダと、セレクタゲートを選択
するためのSGデコーダと、選択されたメモリブロック
に対応するウェル領域のウェル電位を選択的に制御する
ウェル電位制御回路と、ソース線を選択するためのSL
デコーダとを含む。
有しラッチしているデータに基づき書込時にメインビッ
ト線MBLに高電圧を印加するかどうかを決定するペー
ジバッファを含む。
を実現するために読出時に選択されたワード線WLに与
える昇圧電位を発生する回路であり、リード電圧発生回
路110は、選択されたセレクトゲートSGに与える昇
圧電位を発生する回路である。
発性半導体記憶装置1000のメモリセルアレイの断面
構造を示す図である。図2においては、図1に示した構
成のうち、メモリブロックMBL1およびMBL2の部
分の構成を抜き出して示す。
半導体記憶装置1000においては、セレクトトランジ
スタTrs1の形成されるPウェルを、対応するメモリ
セルブロックの形成されるPウェル10.1と共通に形
成している。セレクトトランジスタTrs2についても
同様である。
ルブロックのウェル同士は、Nウェル8により分離され
ている。セレクトトランジスタTrs1またはTrs2
のドレインは、各々対応するメインビット線MBLと接
続し、セレクトトランジスタTrs1またはTrs2の
ソースは、それぞれ対応するサブビット線SBL1また
はSBL2と接続されている。
リセルブロックのPウェル、たとえばPウェル10.1
およびNウェル8には昇圧電位Vpp(〜10V)の昇
圧電位が印加される。一方、非選択のメモリセルブロッ
クMBL2のPウェル10.2には接地電位GND(0
V)が印加される。
1のセレクトトランジスタTrs1のドレイン(N型)
と、選択メモリセルブロックMBL1のPウェル10.
1により構成されるPN接合に順方向に電圧が印加され
ることにより、選択メモリセルブロックMBL1のPウ
ェル10.1に印加された昇圧電位Vppがメインビッ
ト線MBLに伝搬することになる。
線MBLの電位は、昇圧電位Vppまで上昇することに
なるが、非選択メモリブロックMBL2のセレクトトラ
ンジスタTrs2のゲートには、接地電位GND(0
V)が印加されているため、このようなメインビット線
MBLの電位Vppは、非選択メモリセルブロックMB
L2のサブビット線SBL2には伝達されない。
セレクトトランジスタTrs1のゲート電位は、たとえ
ば昇圧電位Vppとされており、これにより、選択メモ
リセルブロック内のメモリセルのドレインおよびPウェ
ルには昇圧電位Vppが印加されることになり、フロー
ティングゲート14からPウェル10.1に対して電子
が引抜かれ、消去動作が行なわれる。
トランジスタTrs1およびTrs2を対応するメモリ
ブロックのメモリセルと同一のウェル内に形成すること
が可能であるため、図19に示した従来の構成と比較し
て、ウェル分離領域の面積を削減することが可能とな
る。
幅に縮小でき、チップサイズも大幅に削減することが可
能となる。
半導体記憶装置は、実施の形態1の不揮発性半導体記憶
装置1000の構成において、Xデコーダ180中に含
まれ、ウェル電位を選択的に制御するウェル電位制御回
路188の構成が異なる。
ートから電子を引抜くことで、メモリセルに記録された
データを消去する構成においては、P基板1とPウェル
10との分離を行なうために、Nウェル8がP基板1と
Pウェル10との間に形成されている。
おいては、消去されるメモリセルブロックのPウェルに
昇圧電位Vppが印加されるのと同時に、Nウェルにも
昇圧電位Vppが印加される。
リセルブロックに共通に形成されているため、P基板1
およびPウェル10との接合容量が大きくなっているた
め、選択ブロックのPウェル10の電位が昇圧電位Vp
pに立上がる時間よりも、Nウェル8の電位が昇圧電位
Vppまで立上がる時間が遅くなる可能性がある。
ェル10の電位を接地電位GND(0V)から昇圧電位
Vppに立上げ、Nウェル8の電位を電源電位Vccか
ら昇圧電位Vppまで立上げる際の動作を説明するため
の概念図である。
ル8およびP基板1により寄生バイポーラトランジスタ
TBpが形成されている。
対して、Pウェル10およびNウェル8の電位を、昇圧
電位Vppまで昇圧させる動作の時間経過を説明するた
めのタイミングチャートである。
ル10の電位よりもNウェル8の電位が遅く立上がった
場合、Pウェル10とP基板1との間の寄生PNPバイ
ポーラトランジスタBTpが導通状態となり、時刻t1
から時刻t2の期間において、Pウェル10とP基板1
とが電気的に導通状態となる可能性が生じる。
電位発生回路40内のチャージポンプの電流駆動能力
は、一般には小さな値しか有しないため、このようにP
ウェル10とP基板1とが電気的に導通状態となってし
まうと、このチャージポンプの出力電位Vppが所望の
値よりも低下してしまうという不具合が生じる可能性が
ある。
憶装置においては、消去動作時にはPウェル10とNウ
ェル8の電位を比較し、常にNウェル8の電位がPウェ
ル10の電位以上となるようにPウェル10およびNウ
ェル8の電位レベルを制御する。
電位制御回路188の構成を説明するための概略ブロッ
ク図である。なお、図5においては、複数のメモリセル
ブロックのうちの1つに対応する構成のみを抜き出して
示す。
生回路40中のチャージポンプの出力と接地電位とを受
けて、アドレス信号に基づいてCPU20により制御さ
れPウェル10に接地電位と昇圧電位発生回路40の出
力とのいずれかを選択的に与えるスイッチング素子SW
1と、チャージポンプの出力と電源電位Vccとを受け
て、いずれかを選択的にNウェル8に与えるスイッチン
グ素子SW2と、Pウェル10およびNウェル8の電位
レベルを受けて、Nウェル8の電位が高いときには活性
状態の信号を出力する差動増幅器DAMPとを備える。
CPU20からの制御信号に応じて昇圧電位Vppを伝
達する。このとき、スイッチング回路SW1は、CPU
20からの制御信号により昇圧電位Vppを伝達するこ
とが指定され、かつ、差動増幅器DAMPからの出力信
号が活性状態である期間のみ、昇圧電位Vppを伝達す
る。
りもNウェル8の電位レベルが高い期間中のみPウェル
10には昇圧電位Vppが供給されることになる。
選択メモリセルブロックのPウェル10およびNウェル
8の出力レベルの変化を説明するためのタイミングチャ
ートである。
が常にPウェル10の電位レベルより高いことにより、
寄生バイポーラトランジスタBTpは導通状態となるこ
とがない。
印加することが可能となり、安定した消去動作を行なう
ことが可能となる。
てNウェル8を形成することが可能となるため、Nウェ
ル8を細分化する必要がなくなり、チップ面積の増大を
抑制することが可能となる。
トランジスタTrsとメモリセルトランジスタとが形成
されるPウェル10が共通である場合について説明した
が、たとえば、図19に示したように、セレクトトラン
ジスタTrsの形成されるPウェルとメモリセルブロッ
クの形成されるPウェルが分離されている場合において
も、以上説明したようなウェル電位制御回路の構成とす
ることで、安定した消去動作が可能となる。
に、消去ベリファイ動作や過消去ベリファイ動作を行な
う際に、非選択メモリセルのリーク電流を抑制するため
に、メモリセルのバックゲートに負電圧を印加し、非選
択メモリセルのしきい値電圧Vthを上昇させることを
行なう場合がある。
選択セルおよび選択セルのメモリセルのしきい値電圧の
変化を説明するための概念図である。
消去等によりゲート電圧が0ボルトにおいても一定量の
リーク電流が存在すると、正常なベリファイ動作を行な
うことが困難となる(非選択セル特性(2))。
ルに対して、バックゲートに負バイアスを印加すること
で、しきい値電圧を上昇させ、リーク電流を抑制するこ
とが可能となる(非選択セル特性(1))。
リセルトランジスタに印加される電位を説明するための
概念図である。
グゲート型メモリセルトランジスタのソースには接地電
位GNDが印加され、コントロールゲート(ワード線)
にはベリファイ電圧Vcgが印加され、ドレインには所
定電位の正電圧Vd(>0V)が印加される。Pウェル
10には負電圧発生回路80により生成された負電位が
スイッチ回路SW3により選択的に印加される。
図2に示したようなメモリセルトランジスタとセレクト
トランジスタTrs1(またはTrs2)とが同一のP
ウェル内に形成されている構成に適用すると、メモリセ
ルトランジスタのしきい値電圧Vthが上昇するのみな
らず、セレクトトランジスタTrs1(またはTrs
2)のしきい値電圧Vthも上昇することになる。
て負バイアスを印加してベリファイ動作を行なった場合
でも、セレクトトランジスタTrsのしきい値電圧の変
化に対応することが可能な不揮発性半導体記憶装置の構
成を示す概略ブロック図である。
位は、ウェル電位制御回路189により、選択されたメ
モリセルブロックが形成されるPウェル10に選択的に
供給される。
182、WLデコーダ184は、それぞれ図1に示した
Xデコーダ中に含まれている構成と同様である。
ストリビュータ140中には、SGデコーダに与える電
圧を、リード電圧発生回路110により生成された電圧
からさらに、一定量上昇させるための電圧加算回路41
0が設けられている。
レクトトランジスタTrsのしきい値電圧が上昇した
分、セレクトトランジスタTrsのゲートにベリファイ
時に与える電圧が上昇される。
いが、たとえば、ベリファイ動作の対象となるメモリセ
ルトランジスタMT1およびMT2が形成されるPウェ
ル10内に形成され、かつセレクトトランジスタTrs
と同一の導電性を有するNチャンネルMOSトランジス
タをダイオード接続した電圧リミッタを有する回路によ
り実現できる。
つつ、安定したベリファイ動作を実現することが可能と
なる。
半導体記憶装置の構成においては、センスアンプの感度
を変更することが可能な構成となっている点で、実施の
形態1の構成と異なる。
ァイ動作を行なう際のセレクトトランジスタTrsのゲ
ートに印加される電圧を、このセレクトトランジスタT
rsのしきい値が上昇した分高く設定する構成とした。
時のセレクトトランジスタTrsのゲート電圧は、実施
の形態1と同様に通常のリード動作時と同一の電圧とす
る。
ンプの感度(メモリセルに記憶されたレベルを判定する
際における、メモリセルトランジスタを流れるドレイン
電流のしきい値電流)を、しきい値電圧Vthが上昇し
た分、高い値に設定することが可能な構成とする。
しきい値電圧が高くなっている分、リード動作時と同一
のゲート電位をセレクトトランジスタTrsに与えたの
みでは、このセレクトトランジスタTrsを流れる電流
量が抑制されているために、メモリセルトランジスタの
しきい値が十分低下する以前に消去動作が完了したもの
と誤って判定されるおそれがある。
に対して負バイアスを印加してベリファイ動作を行なっ
た場合でも、セレクトトランジスタTrsのしきい値電
圧の変化に対応することが可能な実施の形態4の不揮発
性半導体記憶装置の構成を示す概略ブロック図である。
ベリファイ動作時には、CPU20により制御されて、
センス感度変更回路212によりセンスアンプ210の
感度が変更される。
10およびセンス感度変更回路212の構成の一例を説
明するための回路図である。
よびセンス感度変更回路212は、電源電位Vccと接
地電位GNDとの間に直列に接続されるPチャネルMO
SトランジスタP11、NチャネルMOSトランジスタ
N11およびN13を含む。トランジスタP11のゲー
トはプリチャージ信号PREを受ける。
地電位を受けるPチャネルMOSトランジスタP12が
設けられ、トランジスタN13と並列に、ゲートにプリ
チャージ信号PREを受けるNチャネルMOSトランジ
スタP13が設けられる。
回路212は、さらに、電源電位Vccとメインビット
線MBLとの間に直列に設けられるNチャネルMOSト
ランジスタN14、N15およびN16を含む。
14のソースとトランジスタN11のゲートとが接続さ
れ、内部ノードNBLと結合するトランジスタN14の
ドレインとトランジスタN13のゲートとが接続され
る。
するYゲート部に含まれ、ゲートにYデコーダ200か
らの信号YGL1およびYGL2をそれぞれ受ける。
回路212は、さらに、電源電位Vccと内部ノードN
BLとの間に直列に接続されるPチャネルMOSトラン
ジスタP13、P14、P15、P16およびNチャネ
ルMOSトランジスタN18とを含む。トランジスタP
13、P14、P15のゲートは、通常の読出動作時に
は、活性状態(“L”レベル)となる信号/CHを受け
る。トランジスタP16のゲートは、センス動作の活性
化を指示するために活性状態(L”レベル)となる信号
/SEを受ける。
回路212は、さらに、電源電位Vccとトランジスタ
P15とP16の接続ノードとの間に直列に接続される
PチャネルMOSトランジスタP17およびP18を含
む。トランジスタP17のゲートは、通常の読出動作時
には、非活性状態(“H”レベル)となり、ベリファイ
動作時には活性状態(“L”レベル)となる信号CHを
受ける。トランジスタP18のゲートは接地電位と結合
する。
図11の経路PAを通って電流が供給されるのに対し、
ベリファイ動作時には経路PBを通って電流が供給され
る。
回路212は、さらに、電源電位Vccと接地電位との
間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタP
19、P20およびNチャネルMOSトランジスタN1
9およびN20とを含む。トランジスタN19は、信号
/SEを受け、トランジスタN19のゲートは、信号/
SEの反転信号の信号SEを受ける。トランジスタP2
0およびN19のゲートは、ともに、トランジスタP1
6とトランジスタN18の接続ノードと結合する。
回路212は、さらに、トランジスタP20およびN1
9の接続ノードと入力ノードが結合するインバータ21
02と、インバータ2102の出力ノードと入力ノード
が結合し、インバータ2102の入力ノードと出力ノー
ドが結合してラッチ回路を構成するインバータ2104
と、インバータ2102の出力を受けて、読出データS
Dを出力するインバータ2106とを含む。
に応じて導通状態となり、たとえば、消去動作の際に高
電圧となっているビット線を放電するためのものであ
る。
回路212がこのような構成をとる結果、ベリファイ動
作時の方がより多くの電流がメモリセルトランジスタを
介して流れないと、読出データSDのレベルが反転しな
いことになる。
流値が高い値をしきい値としてレベル判定をするように
設定することで、セレクトトランジスタTrsのしきい
値上昇分を補償することが可能となる。
の形態5の不揮発性半導体記憶装置の構成を説明するた
めの概略ブロック図である。実施の形態5の不揮発性半
導体記憶装置の構成においては、プログラム動作時にお
いて、Pウェル10に与えられる電位およびセレクトト
ランジスタTrsのゲートに与えられる電位が、実施の
形態1の不揮発性半導体記憶装置とは異なる。
構成においては、まず、セレクトトランジスタTrsの
ゲートに与える電圧が、通常のリード動作時にセレクト
トランジスタTrsのゲートに与えるためにリード電圧
発生回路110により生成される電圧に対して、プログ
ラム動作およびプログラムベリファイ動作時には、電圧
加算回路410により、より昇圧した電位が与えられる
構成となっている。
ラムベリファイ電圧発生回路100´とプログラム電圧
発生回路102とからの電圧がスイッチング回路SW4
を介して、選択的に与えられる構成となっている。
電圧発生回路242から書込電圧が印加される構成とな
っている。
ランジスタのバックゲートに負バイアスを印加すると、
プログラム効率を上げることが可能となる。
おいては、このようなプログラム動作を行ない、さら
に、プログラムベリファイ動作時においても負バイアス
を印加したままセレクトトランジスタTrsのゲート電
圧を、電圧加算回路410により、通常のリード動作時
よりも、トランジスタTrsのしきい値電圧上昇分だけ
高く設定する。
ゲートに印加する電圧を通常のリード動作よりも高い値
に設定した状態でプログラムベリファイを行なうことに
より、プログラム動作時とプログラムベリファイ動作時
の双方において、ウェルの電位は負バイアスを印加した
状態とすることが可能となる。
速なプログラム動作を行なうことが可能となる。
は、プログラムベリファイを行なう際に、Pウェル10
に負バイアスを印加し、セレクトトランジスタTrsの
しきい値電圧の上昇分だけ、セレクトトランジスタTr
sのゲートに印加される電位を高くしてプログラムベリ
ファイ動作を行なう構成とした。
性半導体記憶装置の構成を説明するための概略ブロック
図である。
おいては、プログラムベリファイ動作時にセレクトトラ
ンジスタTrsのゲートに印加される電圧は、リード動
作時と同電位としている。
ムベリファイ動作時においては、センスアンプの感度
を、セレクトトランジスタTrsのしきい値電圧が上昇
した分、高く設定することが可能なように、センスアン
プ感度変更回路212が、CPU20からのプログラム
信号およびプログラムベリファイ信号に応じて、センス
アンプ210の感度を変更する。
態5と同様に、プログラムの効率を高めつつ、消費電力
を低減させ、かつ高速なプログラム動作を行なうことが
可能となる。
は、メインビット線MBLおよびサブビット線SBLに
は、選択されたメモリブロックに対応するセレクトトラ
ンジスタTrsのドレインを介して、昇圧電位Vppが
印加される。
ウェル10.1に昇圧電位Vppを印加した後、消去電
圧をリセットするためには、Pウェル10.1の電位お
よびNウェル8の電位を、それぞれ接地電位(0V)、
電源電位Vccに設定するだけでなく、上述のようにし
て昇圧電位Vppにプリチャージされているメインビッ
ト線MBLおよびサブビット線SBLの電位レベルを、
リセットトランジスタTresによりリセットする必要
がある。
Lおよびサブビット線SBLをリセットするためのリセ
ットトランジスタTresの構成を説明するための断面
図である。
ート電位の制御およびPウェル10.1の電位とNウェ
ル8および選択トランジスタTrsのゲートの電位を制
御するPウェル電位制御回路188の動作を制御する。
動作後の電位リセット動作において、Pウェル10.1
の電位、Nウェル8の電位、メインビット線MBLおよ
びサブビット線SBLの電位をリセットする順番を、P
ウェルの電位レベルを最初にリセットし、続いて、Nウ
ェルの電位レベルまたはメインビット線MBLおよびサ
ブビット線SBLの順序でリセット動作を行なうように
制御する。ここで、電位Vppまでチャージされたサブ
ビット線SBLをリセットするには、リセット期間中、
選択トランジスタTrsのゲート電位を高い電位に保持
し、トランジスタTrsがオン状態であることが必要で
ある。こうすることにより、サブビット線SBLの電位
は、選択トランジスタTrsを介して、ビット線リセッ
トトランジスタTresによってリセットすることが可
能となる。
PN接合にも順バイアスが発生することがない。
ら電荷が注入されることにより、電位レベルが変動する
ことがないため、安定した消去動作を行なうことが可能
となる。
ルの電位レベル、Pウェルの電位レベル、メインビット
線MBLおよびサブビット線SBLの電位レベルの変化
を説明するためのタイミングチャートである。
ウェルの電位レベルが、常に、Pウェルの電位ならびに
メインビット線MBLおよびサブビット線SBLの電位
レベルより高くなるように制御して、Nウェルの電位レ
ベルを昇圧電位Vppに、Pウェルの電位ならびにメイ
ンビット線MBLおよびサブビット線SBLの電位レベ
ルを昇圧電位Vppへと変化させる。
ット動作においては、まずPウェルの電位レベルが0V
までリセットされ、続いてメインビット線MBLおよび
サブビット線SBLの電位レベルがリセットトランジス
タにより0Vにリセットされ、最後にNウェルの電位レ
ベルが、電源電位Vccまでリセットされる。図15に
おいては、一例として、Pウェルの電位レベルを最初に
リセットし、続いて、メインビット線MBLおよびサブ
ビット線SBLの電位レベルをリセットし、Nウェルの
電位レベルの順序でリセット動作を行なうように制御す
る場合を示しているが、Nウェルの電位レベルのリセッ
ト動作とメインビット線MBLおよびサブビット線SB
Lのリセット動作を行なう順序は、逆でもよい。
動作を行なうことが可能となる。なお、以上の説明で
は、メモリセルトランジスタは、Nチャネルトランジス
タであり、Pウェル内に設けられるものとしたが、本発
明はこのような場合に限定されることなく、メモリセル
トランジスタの導電性が逆極性の場合にも、基板やウエ
ルの導電性をそれに応じて変更し、かつ、トランジスタ
に印加する電位の極性を変更することで同様の効果を奏
しうるものである。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
記憶装置では、メモリセルトランジスタと選択トランジ
スタとが同一のウェル内に形成されるので、メモリセル
アレイの面積を大幅に縮小でき、チップサイズも大幅に
削減することが可能となる。
は、消去動作時にPN接合が順バイアスされることがな
いので、内部電源回路の出力が安定し、安定した消去動
作が可能となる。
憶装置では、メモリセルのリークを抑制しつつ、安定し
たベリファイ動作を実現することが可能となる。
憶装置では、プログラム効率を高めることができ、消費
電力を低減させ、かつ高速なプログラム動作を行なうこ
とが可能となる。
は、リセット動作中にPN接合が順バイアスされること
がないので、安定なリセット動作を行なうことが可能と
なる。
構成を示す概略ブロック図である。
記憶装置1000のメモリセルアレイの断面構造を示す
図である。
V)から昇圧電位Vppに立上げ、Nウェル8の電位を
電源電位Vccから昇圧電位Vppまで立上げる際の動
作を説明するための概念図である。
圧電位Vppまで昇圧させる動作の時間経過を説明する
ためのタイミングチャートである。
構成を説明するための概略ブロック図である。
びNウェル8の出力レベルの変化を説明するためのタイ
ミングチャートである。
きい値電圧の変化を説明するための概念図である。
説明するための概念図である。
の変化に対応することが可能な実施の形態3の不揮発性
半導体記憶装置の構成を示す概略ブロック図である。
圧の変化に対応することが可能な実施の形態4の不揮発
性半導体記憶装置の構成を示す概略ブロック図である。
センス感度変更回路212の構成の一例を説明するため
の回路図である。
憶装置の構成を説明するための概略ブロック図である。
憶装置の構成を説明するための概略ブロック図である。
SBLをリセットするためのリセットトランジスタTr
esの構成を説明するための断面図である。
ェルの電位レベル、メインビット線MBLおよびサブビ
ット線SBLの電位レベルの変化を説明するためのタイ
ミングチャートである。
型フラッシュメモリのメモリセルトランジスタの断面構
造およびその第1の消去動作を説明するための概念図で
ある。
モリセルアレイの断面構造を示す図である。
法を説明するための概念図である。
抜き取ることにより消去を行なう場合のメモリセルアレ
イの構成を説明するための断面図である。
0 Pウェル、20CPU、30,32 メモリセルト
ランジスタ、40 昇圧電位発生回路、80負電圧発生
回路、100 ベリファイ電圧発生回路、110 リー
ド電圧発生回路、120 ワード線ブースト回路、14
0 デストリビュータ、160 アドレスバッファ、1
80 Xデコーダ、200 Yデコーダ、210 セン
スアンプ帯、220 入出力バッファ、240 コラム
系制御回路、260 メモリセルアレイ、1000 不
揮発性半導体記憶装置、MBL0〜MBLn メモリセ
ルブロック、Trs セレクトトランジスタ。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板の主表面上に形成される不揮
発性半導体記憶装置であって、 外部電源電位を受けて、内部電位を生成する内部電源回
路と、 コマンド信号に応じて、前記不揮発性半導体記憶装置の
動作を制御する制御回路と、 複数のフローティングゲート型のメモリセルトランジス
タが行列状に配置されたメモリセルアレイとを備え、 前記メモリセルアレイは、それぞれ、一括して消去動作
を行なう単位となる複数のメモリセルブロックに分割さ
れ、 前記メモリセルブロックごとに対応して前記半導体基板
の主表面に設けられ、前記メモリセルブロックに属する
前記メモリセルトランジスタが設けられる第1導電型の
複数の第1のウェル領域と、 前記複数の第1のウェル領域を電気的に分離するための
第2導電型の第2のウェル領域と、 前記メモリセルアレイの列に対応して、前記複数のメモ
リセルブロックに共通に設けられる複数の主ビット線
と、 前記メモリセルブロックごとに前記メモリセルトランジ
スタの列に対応して設けられ、前記メモリセルトランジ
スタと結合する複数の副ビット線と、 前記副ビット線ごとに対応して設けられ、各々が対応す
る前記副ビット線と前記複数の主ビット線のうちの対応
する主ビット線とを選択的に接続するための複数の選択
トランジスタと、 前記複数の選択トランジスタのうち選択された選択トラ
ンジスタのゲートには導通状態となる電位を、非選択の
選択トランジスタのゲートには遮断状態となる電位を与
えるセル選択回路とをさらに備え、 前記選択トランジスタの各々は、前記複数の第1のウェ
ル領域のうち、前記対応する副ビット線が結合する前記
メモリセルトランジスタと同一の第1のウェル領域に設
けられる、不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項2】 各前記メモリセルトランジスタは、 前記半導体基板の表層部に前記第1導電型のチャネル領
域を介して対向する前記第2導電型の第1および第2の
拡散層と、 前記第1導電型のチャネル領域上にゲート絶縁膜を介し
て形成されたフローティングゲートと前記フローティン
グゲートとは絶縁されたコントロールゲートとを有する
2層ゲート電極とを含み、 消去動作において前記フローティングゲートから電荷を
前記チャネル側に引き抜くための電位を前記コントロー
ルゲート、前記第1および第2の拡散層および前記第1
のウェルに選択的に与えるための消去手段をさらに備え
る、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項3】 前記内部電源回路は、前記外部電源電位
よりも高い昇圧電位を生成する昇圧回路を含み、 前記不揮発性半導体記憶装置の消去動作において、前記
副ビット線の電位レベルを選択的に前記昇圧電位とする
ための手段と、 前記複数の第1のウェル領域の電位と前記第2のウェル
領域の電位とを独立に制御することが可能なウェル電位
制御回路とをさらに備え、 前記ウェル電位制御回路は、前記消去動作において、前
記第1のウェル領域と前記第2のウェル領域とにより形
成されるPN接合が順方向にバイアスされないように制
御しつつ、前記第2のウェル領域の電位および前記第1
のウェル領域の電位を選択的に前記昇圧電位とする、請
求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項4】 前記内部電源回路は、 負電位を生成する負電圧生成回路と、 前記不揮発性半導体記憶装置の読出動作において、前記
選択トランジスタのゲートに与える電位を生成する読出
電圧生成回路とを含み、 前記不揮発性半導体記憶装置の消去動作におけるベリフ
ァイ動作において、前記第1のウェル領域の電位レベル
を選択的に前記負電位とするための手段と、 前記ベリファイ動作において、前記読出電圧生成回路か
らの出力電位を、前記負電位が前記第1のウェル領域に
与えられたことによる前記選択トランジスタのしきい値
変化に対応して変更した上で、前記選択トランジスタの
ゲートに与える電圧変換回路とをさらに備える、請求項
1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項5】 前記内部電源回路は、 負電位を生成する負電圧生成回路と、 前記不揮発性半導体記憶装置の読出動作およびベリファ
イ動作において、前記選択トランジスタのゲートに与え
る電位を生成する読出電圧生成回路とを含み、 選択された前記メモリセルトランジスタからデータの読
出を行ない、かつ、前記ベリファイ動作において前記選
択されたメモリセルトランジスタを介して流れる電流値
に基づいてしきい値判定を行なうための複数のセンスア
ンプと、 前記不揮発性半導体記憶装置の消去動作におけるベリフ
ァイ動作において、前記第1のウェル領域の電位レベル
を選択的に前記負電位とするための手段と、 前記ベリファイ動作において、前記負電位が前記第1の
ウェル領域に与えられたことによる前記選択トランジス
タのしきい値変化に対応して、前記センスアンプの感度
を変更するセンス感度変更回路とをさらに備える、請求
項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項6】 前記内部電源回路は、 負電位を生成する負電圧生成回路と、 前記不揮発性半導体記憶装置の読出動作において、前記
選択トランジスタのゲートに与える電位を生成する読出
電圧生成回路とを含み、 前記不揮発性半導体記憶装置のプログラム動作およびプ
ログラムベリファイ動作において、前記第1のウェル領
域の電位レベルを選択的に前記負電位とするための手段
と、 前記プログラムベリファイ動作において、前記読出電圧
生成回路からの出力電位を、前記負電位が前記第1のウ
ェル領域に与えられたことによる前記選択トランジスタ
のしきい値変化に対応して変更した上で、前記選択トラ
ンジスタのゲートに与える電圧変換回路とをさらに備え
る、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項7】 前記内部電源回路は、 負電位を生成する負電圧生成回路と、 前記不揮発性半導体記憶装置の読出動作、プログラム動
作およびプログラムベリファイ動作において、前記選択
トランジスタのゲートに与える電位を生成する読出電圧
生成回路とを含み、 選択された前記メモリセルトランジスタからデータの読
出を行ない、かつ、前記プログラムベリファイ動作にお
いて前記選択されたメモリセルトランジスタを介して流
れる電流値に基づいてしきい値判定を行なうための複数
のセンスアンプと、 前記プログラム動作および前記プログラムベリファイ動
作において、前記第1のウェル領域の電位レベルを選択
的に前記負電位とするための手段と、 前記プログラムベリファイ動作において、前記負電位が
前記第1のウェル領域に与えられたことによる前記選択
トランジスタのしきい値変化に対応して、前記センスア
ンプの感度を変更するセンス感度変更回路とをさらに備
える、請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 【請求項8】 前記内部電源回路は、前記外部電源電位
よりも高い昇圧電位を生成する昇圧回路を含み、 前記制御回路により制御されて、前記不揮発性半導体記
憶装置の消去動作後のリセット動作において、前記主ビ
ット線および前記副ビット線の電位レベルを選択的にリ
セットするための手段と、 前記制御回路により制御されて、前記複数の第1のウェ
ル領域の電位と前記第2のウェル領域の電位とを独立に
制御してリセットすることが可能なウェル電位制御回路
とをさらに備え、 前記制御回路は、前記リセット動作において、前記第1
のウェル領域と前記第2のウェル領域とにより形成され
るPN接合ならびに前記第1のウェルと前記第1および
第2の拡散層とにより形成されるPN接合のいずれもが
順方向にバイアスされないように制御しつつ、前記第1
および第2のウェル領域の電位および前記主ビット線お
よび前記副ビット線の電位を選択的にリセットする、請
求項2記載の不揮発性半導体記憶装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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