JP2003059278A - 不揮発性半導体メモリ装置及びそのプログラム方法。 - Google Patents
不揮発性半導体メモリ装置及びそのプログラム方法。Info
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Abstract
ム方法の提供。 【解決手段】 本発明よる不揮発性半導体メモリ装置
は、ウェル電圧検出回路を含み、前記ウェル電圧検出回
路は、プログラム動作の間に、ポケットPウェル電圧が
所定の検出電圧(例えば、0.1V)と同一又はより低
いか否かを検出し、検出結果として、高レベル電圧と同
一又はより低い時に、ワードライン選択信号発生回路
は、前記ウェル電圧検出から出力される前記検出信号に
応答して前記行各々に対応する行選択信号を発生する。
このような装置によると、前記ポケットPウェル領域の
ウェル電圧が非選択ビットラインへの電圧印加により増
加する場合において、そのように増加したウェル電圧が
ウェル電圧検出回路の検出電圧(例えば、0.1V)よ
り低くなる時点に、プログラム/パス電圧をワードライ
ンに印加する。
Description
モリ装置に関するものである。さらに具体的には、本発
明は、ビットラインセットアップ区間で生じる基板電圧
バウンシング(bouncing of a substrate voltag
e)によるプログラムディスターブ(programdisturb)
を防止できるNAND型フラッシュメモリ装置に関する
ものである。
リフレッシュが必要なくて、電気的に消去及びプログラ
ム可能な半導体メモリ装置に対する要求が段々と増加し
てきている。又、メモリ装置の主な流れは、メモリ装置
の貯蔵容量及び集積度を高めることである。貯蔵された
データのリフレッシュが必要なくて、大容量及び高集積
度を提供する不揮発性半導体メモリ装置の一例がNAN
D型フラッシュメモリ装置である。パワー−オフ時でさ
えデータをそのまま保持するので、そのようなフラッシ
ュメモリ装置は、電源を急に遮断することができる電子
装置(例えば、携帯用端末機、携帯用コンピュータ等)
に広く使用されている。
不揮発性半導体メモリ装置は、“フラッシュEEPRO
Mセル”と呼ばれる、電気的に消去及びプログラム可能
なROMセル(Electrically Erasa
ble and Programmable Read
−Only Memory cells)を含む。一般
的に、フラッシュメモリEEPROMセルは、セルトラ
ンジスタ即ち浮遊ゲートトランジスタ(cell tr
ansistor or floatinggate
transistor)を含み、前記トランジスタは、
基板としてのポケットP−ウェル領域に形成され、互い
に所定間隔離れたN型のソース及びドレイン領域と、ソ
ース及びドレイン領域の間のチャネル領域上に位置し、
電荷を貯蔵する浮遊ゲート(floating gat
e)と、浮遊ゲート上に位置する制御ゲート(cont
rol gate)と、を含む。
型フラッシュメモリ装置のアレイ構造を示す図である。
図1を参照すると、メモリセルアレイは、ポケットP−
ウェル領域PPWELLに形成され、ビットラインに各
々対応する複数のセルストリング10を含む。ポケット
P−ウェル領域PPWELLは、P型半導体基板に形成
されたN−ウェル領域NWELL内に形成される。図示
の便宜上、図1には二つのビットラインBLO、BL1
及びそれに対応する二つのセルストリングを示してい
る。各セルストリング10は、第1選択トランジスタと
してのストリング選択トランジスタSST、第2選択ト
ランジスタとしての接地選択トランジスタGST、そし
て前記選択トランジスタSST、GSTの間に直列連結
された複数のフラッシュEEPROMセルMCm(m=
0−15)で構成される。前記ストリング選択トランジ
スタSSTは、対応するビットラインに連結されたドレ
イン及びストリング選択ラインSSLに連結されたゲー
トを有し、前記接地選択トランジスタGSTは、共通ソ
ースラインCSLに連結されたソース及び接地選択ライ
ンGSLに連結されたゲートを有する。そして、前記ス
トリング選択トランジスタSSLのソース及び前記接地
選択トランジスタGSLのドレインの間には、前記フラ
ッシュEEPROMセルMC15−MC0が直列連結さ
れ、前記セルMC0−MC15のゲートは対応するワー
ドラインWL0−WL15に各々連結される。
リセルアレイの全てのフラッシュEEPROMセルは、
例えば、−3Vのしきい電圧を有するように消去され
る。その次に、フラッシュEEPROMセルをプログラ
ムするために、所定時間の間、選択されたワードライン
にプログラム電圧Vpgmを、そして非選択されたワー
ドラインにパス電圧Vpassを印加することによっ
て、前記選択されたワードラインに連結されているメモ
リセルのしきい電圧はさらに高いしきい電圧に変わる一
方、その他の、非選択されたワードラインに連結されて
いるメモリセルのしきい電圧は変わらない。
た選択されないフラッシュEEPROMセルをプログラ
ムせずに、同一なワードライン上に連結された選択され
たメモリセルをプログラムしようとする時に、一つの問
題点が生じる。前記選択されたワードラインにプログラ
ム電圧が印加される時には、前記プログラム電圧は前記
選択されたフラッシュEEPROMセルばかりではな
く、同一なワードラインに沿って配列された選択されな
いフラッシュメモリEEPROMセルにも印加される。
前記ワードライン上に連結された選択されないフラッシ
ュメモリEEPROMセル、特に、前記選択されたフラ
ッシュメモリEEPROMセルに隣接したフラッシュE
EPROMセルがプログラムされる。このように、選択
されたワードラインに連結された非選択セルの意図しな
いプログラムは“プログラムディスターブ(progr
am disturb)と呼ばれる。
めの技術のうちの一つは、セルフ−ブースティングスキ
ーム(self−boosting scheme)を
用いたプログラム禁止方法である。セルフ−ブースティ
ングスキームを用いたプログラム禁止方法は、U.S
Patent No.5,677,873に“METH
OD OF PROGRAMMING FLASH E
EPROM INTEGRATED CIRCUIT
MEMORY DEVICES TO PREVENT
INADVERTENT PROGRAMMING
OF NONDESIGNATED AND MEMO
RY CELLS THEREIN”という題目で、そ
してU.Patent No.5,991,202に
“METHOD FOR REDUCING PROG
RAM DISTURB DURING SELF−B
OOSTING IN A NAND FLASH M
MEORY”という題目で開示されており、これらをリ
ファレンスに含める。
いたメモリセルのプログラム禁止は次のように行われ
る。接地選択トランジスタGSTのゲートにOVの電圧
を印加することによって、接地経路が遮断される。選択
ビットライン(例えば、BLO)にはOVの電圧が印加
され、非選択ビットライン(例えば、BL1)には3.
3V又は5Vの電源電圧VCCが印加される。同時に、
ストリング選択トランジスタSSTのゲートに電源電圧
を印加することによって、ストリング選択トランジスタ
SSTのソース(又はプログラム禁止されたセルトラン
ジスタのチャネル)がVCC−Vth(Vthはストリ
ング選択トランジスタのしきい電圧)まで充電される。
この時には、前記ストリング選択トランジスタSST
は、事実上、遮断される(又は、シャットオフされ
る)。上述した一連の動作が遂行される区間は“ビット
ラインセットアップ区間”と呼ばれる。
グラム電圧Vpgmを印加して選択されないワードライ
ンにパス電圧Vpassを印加することによって、プロ
グラム禁止されたセルトランジスタのチャネル電圧がブ
ースティングされる。プログラム禁止されたセルトラン
ジスタのチャネル電圧は、例えば、約8Vまでブーステ
ィングされる。これはフローティングゲートとチャネル
との間にF−Nトンネリングが生じないようにし、その
結果、プログラム禁止されたセルトランジスタが初期の
消去状態に維持される。上述した一連の動作が遂行され
る区間は“プログラム区間”と呼ばれる。選択されたメ
モリセルのプログラムが完了すれれば、ビットラインの
電位を放電する放電動作が遂行される。ビットラインセ
ットアップ、プログラム及び放電区間の間では、ポケッ
トP−ウェル領域PPWELLとN−ウェル領域NWE
LLとは接地電圧にバイアスされる。
ラムされるフラッシュEEPROMセルに隣接したプロ
グラム禁止されるフラッシュEEPROMセルが、寄生
フィールドトランジスタ(parasitic fid
eld transistor)(又は寄生MOSトラ
ンジスタ、parasitic MOS transi
stor)を通じて流れる漏洩電流により、“プログラ
ムディスターブ”を受ける。これを以下に詳細に説明す
る。
されたアレイ構造の断面を示す。図2を参照すると、同
一なワードライン(例えば、WL14)に連結されたフ
ラッシュメモリEEPROMセルは、ポケットP−ウェ
ル領域PPWELLに形成されたフィールド領域又はフ
ィールド酸化膜領域12によって電気的に絶縁されてい
る。このような構造では、隣接したフラッシュEEPR
OMセル、ワードラインWL14、およびバルクとして
のポケットP−ウェル領域PPWELLは、寄生フィー
ルドトランジスタを形成する。隣接したフラッシュEE
PROMセルのうちのプログラム禁止されるフラッシュ
EEPROMセルのチャネル領域は、寄生フィールドト
ランジスタのドレイン領域として作用し、プログラムさ
れるセルのチャネル領域は、寄生フィールドトランジス
タのソース領域として作用し、前記ワードラインWL1
4は、寄生フィールドトランジスタのゲートとして作用
する。そして、寄生フィールドトランジスタのソース及
びドレイン領域の間のフィールド領域12に接したポケ
ットP−ウェル領域は、寄生フィールドトランジスタの
チャネル領域として作用する。
ログラム電圧Vpgmが寄生フィールドトランジスタの
しきい電圧より高い場合(又は寄生フィールドトランジ
スタのしきい電圧が低くなる場合)には、寄生フィール
ドトランジスタがターンオンされる。このために、プロ
グラム禁止されるセルのチャネル領域でプログラムされ
るセルのチャネル領域にターンオンされた寄生MOSト
ランジスタを通じて漏洩電流が流れるようになる。だか
ら、前記プログラム禁止されるセルのセルフ−ブーステ
ィングされたチャネル電圧が低くなり、その結果、前記
プログラム禁止されるフラッシュEEPROMセルはプ
ログラムディスターブを受ける。
が低くなる理由のうちの一つは、ビットラインセットア
ップ区間でビットラインを電源電圧に充電する時に、ポ
ケットPウェル領域PPWELLのウェル電圧がOVで
プラス電圧に増加するからである。ウェル電圧の増加
は、ビットラインとポケットPウェルとの間に存在する
カップリングキャッパシタ(例えば、ビットラインとコ
ンタクトされるストリング選択トランジスタのドレイン
とポケットPウェルとの間のカップリングキャッパシタ
及びビットラインとポケットPウェル領域との間のカッ
プリングキャッパシタ)によることである。メモリ装置
の集積度が増加すればするほど、ウェル電圧の増加程度
も大きくなる。これは、同時に電源電圧に充電されるビ
ットラインの数が増加するからである。
ットラインセットアップ時点とワードライン活性化時点
とのウェル電圧の変化とチャネルブースティングの変化
とを示す図である。次に、図3及び図4を参照して説明
する。ポケットPウェル領域PPWELLの電圧が増加
することによって生じる、寄生フィールドトランジスタ
を通じて流れる漏洩によるプログラムディスターブを防
止するために、ビットラインを電源電圧に充電し、所定
時間が経過した後に、プログラム及びパス電圧のような
ワードライン電圧VWLを対応するワードラインに印加
する。即ち、ポケットPウェル領域の電圧が十分に低め
られた後に、プログラム電圧及びパス電圧をワードライ
ンに供給する。ポケットPウェル領域PPWELLの電
圧VPPWELLが十分に低くない状態でワードライン
電圧VWLが供給される場合には、図3に示すように、
プログラム禁止されたセルのチャネル電圧が要求される
電圧(図面に点線で表示された電圧)までブースティン
グされない。即ち、チャネル電圧が△Vほど低くなる。
だから、図4に示すように、チャネル電圧が要求される
電圧まで十分にブースティングされるように、ワードラ
イン電圧の印加時点を遅延させなければならない。
ライン活性化時点)は、増加したウェル電圧V
PPWELLが0Vになる図4でのt1時点であること
が望ましい。前記ワードライン活性化時点の望ましい遅
延時間は△tA(例え、約2μs)である。しかし、ウ
ェル電圧VPPWELLが安定化される時点t1が各メ
モリ装置によって異なるので、t1時点を正確に予測す
ることは不可能である。このために、ビットライン活性
化時点t0とワードライン活性化時点t2との間には十
分なマージン△tBを確保しなければならない。結果と
しては、全体的なプログラム時間が増加する。
ためのストラッピングラインの配置構造を示す図であ
る。図6は、ポケットPウェルとビットラインとの間に
存在するカップリングキャパシタのモデリングを示す図
である。図7は、ストラッピングライン数によるポケッ
トPウェル電圧の変化を示す図である。図8は、図7の
実験結果に用いられた条件を示す図である。次に、図5
乃至図8を参照して説明する。ワードライン電圧の印加
時点の遅延によるプログラム時間の増加は、ウェル電圧
のバウンシングを抑制することによって、短縮が可能で
ある。ウェル電圧のバウンシング抑制は、ポケットPウ
ェル領域PPWELLの抵抗を減らすことによって、達
成できる。ポケットPウェル領域PPWELLの抵抗を
減らすことができる一つの技術がストラッピングであ
る。ストラッピングとは、図5に示すように、メモリセ
ルアレイ、即ち、ポケットPウェル領域PPWELL上
にメタルラインを並列に配列し、そのように配列された
メタルライン各々をポケットPウェル領域PPWELL
と電気的に連結することを意味する。そのようなメタル
ラインを“ストラッピングライン(strapping
line)”と称する。
うに、ポケットPウェル領域とビットラインとの間に生
じるカップリングキャッパシタ、そしてポケットPウェ
ル領域の抵抗が存在する。そのようなポケットPウェル
領域の抵抗は、ポケットPウェル領域上に大きい伝導性
を有するストラッピングラインを配置することによっ
て、減少させることができる。ストラッピングラインの
数とウェル電圧との関係を示す図7を参照すると、スト
ラッピングラインの数が増加すればするほど充電された
ウェル電圧の放電時間がさらに短縮される。図7に示し
た実験結果は、図8に示した変数を利用して得られたこ
とである。結果的に、ストラッピングラインの数を増加
させることによって、ワードライン活性化時点が繰り上
がる(又は遅延時間が短縮される)。これは、全般的な
プログラム時間の短縮を意味する。
ッピングラインを過度に配置する場合には、それに比例
して、アレイの大きさが増加してチップの大きさが増加
する。ストラッピングラインを配置することによって、
ビットラインの充電によるポケットPウェル電圧のバウ
ンシングは多少減少させることができるが、ビットライ
ン活性化時点とワードライン活性化時点との間には依然
として十分な時間差が必要である。
増加によるプログラムディスターブがなく、最適のプロ
グラム時間を確保することができる不揮発性半導体メモ
リ装置及びそのプログラム方法を提供することである。
ための本発明の特徴によると、不揮発性半導体メモリ装
置は、行と列に配列され、ポケットPウェルに形成され
たメモリセルのメモリブロックを含む。ポケットPウェ
ル電圧レベル(又はライン)が複数のストラッピングラ
インを通じて前記ポケットPウェルに連結され、前記ポ
ケットPウェルにウェル電圧を供給する。ウェル電圧検
出回路は、プログラム動作の間に、前記ポケットPウェ
ル電圧が所定の検出電圧(例えば、0.1V)と同一又
はより低いか否かを検出し、検出結果として高レベル又
は低レベルの検出信号を出力する。前記ポケットPウェ
ル電圧が前記検出電圧と同一又はより低い時に、ワード
ライン選択信号発生回路は、前記ウェル電圧検出回路か
ら出力されるイネーブル信号に応答して、前記行各々に
対応する行選択信号を発生する。
複数のセルストリングで構成され、各セルストリングは
対応するビットラインに連結され、各セルストリングの
メモリセルは対応するワードラインに各々連結される。
は単一ビットデータを貯蔵したり、マルチビットデータ
を貯蔵したりする。
うちの一つの行選択信号はプログラム電圧を有し、その
他の行選択信号はパス電圧を各々有する。
出回路は、バイアス電圧を発生するバイアス回路と、前
記バイアス電圧によって動作し、所定電圧だけ増加する
ように前記ウェル電圧のレベルをシフトさせるレベルシ
フタと、前記バイアス電圧によって動作し、前記基準電
圧を発生する基準電圧発生器と、前記レベルシフタの出
力と前記基準電圧を比較し、比較結果として前記イネー
ブル信号を出力する比較器と、を含む。
体メモリ装置にデータを書き込む方法を提供する。前記
不揮発性半導体メモリ装置は、複数のセルストリングを
有するメモリブロックを含み、前記セルストリングは、
対応するビットラインに連結され、各セルストリング
は、対応するワードラインに連結された複数のメモリセ
ルを有し、前記メモリブロックのメモリセルは、Nウェ
ル内に形成されたポケットPウェルに形成される。前記
不揮発性半導体メモリ装置にデータを書き込む方法は、
先ず、前記ビットラインが第1及び第2供給電圧のうち
のいずれか一つで各々充電される。前記ポケットPウェ
ルの電圧を検出した後に、前記ポケットPウェルの電圧
が所定の検出電圧と同一又はより低い時に、選択された
ワードラインにプログラム電圧が、そして他のワードラ
インに各々パス電圧が、充電される。
ケットPウェル領域のウェル電圧が選択されないビット
ラインへの電圧印加により増加する場合に、増加したウ
ェル電圧がウェル電圧検出回路の検出電圧(例えば、
0.1V)より低くなる時点で、プログラム/パス電圧
をワードラインに印加する。
発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
ージ単位で読み出し及びプログラム動作を遂行し、メモ
リブロック単位で消去動作を遂行するNAND型フラッ
シュメモリ装置を用いて実現する。NANDフラッシュ
メモリ装置は、CMOS工程技術を用いて製造され、前
記メモリ装置の周辺回路を構成する半導体素子(例え
ば、PMOS及びNMOSトランジスタ)はP型半導体
基板に形成される。もし、分離工程がなくて、メモリセ
ルアレイを構成するメモリセルがP型半導体基板に形成
されれば、消去動作時に、メモリセルの基板又はバルク
にのみ高電圧を与えられないようになる。このような理
由のために、メモリセルアレイは、ポケットPウェル領
域に形成され、前記ポケットPウェル領域は、P型半導
体基板上に形成されたN−ウェルによく知られたイオン
注入工程を用いて形成される。そのようなポケットPウ
ェル領域は、読み出し及びプログラム動作時にOVに、
そして消去動作時に高い電圧(例えば、20V)にバイ
アスされる。
プ区間にビットラインを電源電圧で充電する時に、ポケ
ットPウェル領域のウェル電圧が増加するので、増加し
たウェル電圧が安定した後に、ワードラインにプログラ
ム/パス電圧を印加しなければならない。ウェル電圧が
安定されるのに必要な時間(以後、“遅延時間”と称す
る)だけプログラム時間が増加する。上で述べたような
原因により必須不可欠な遅延時間を最適化させることに
よって、プログラム時間の増加を最大限抑制することが
できる。したがって、本発明は、ビットラインセットア
ップ区間、プログラム区間及び放電区間からなるプログ
ラム動作に要するプログラム時間を最適化することがで
きる回路構造を含む。以下、そのような回路構造を有す
るNAND型フラッシュメモリ装置を詳細に説明する。
ュメモリ装置を示すブロック図である。図9を参照する
と、NAND型フラッシュメモリ装置は、データ情報を
貯蔵するメモリセルアレイ100を含み、前記メモリセ
ルアレイ100は、Nウェル(NWELL)上のポケッ
トPウェル領域(PPWELL)に形成される。図9に
示すメモリセルアレイ100は、前記NAND型フラッ
シュメモリ装置に実現されるメモリブロック(図5参
照)のうちの一つのメモリブロックに対応する。図9に
は、一つのメモリブロックに関連したブロック選択回路
120とスイッチ回路140とが示されている。図9に
示すその他の構成要素は、メモリセルアレイを構成する
全てのメモリブロックに共有される。
ン(BL0−BLm)に各々連結された複数のセルスト
リング101を有する。各セルストリング101は各セ
ルストリング選択トランジスタSST、接地選択トラン
ジスタGST、そして前記選択トランジスタSST,G
STの間に直列連結された複数のフラッシュEEPRO
Mセル(MCm)(m=0−15)(以後、“メモリセ
ル”と称する)で構成される。前記ストリング選択トラ
ンジスタSSTは、対応するビットラインに連結された
ドレイン及びストリング選択ラインSSLに連結された
ゲートを有し、前記接地選択トランジスタGSTは、共
通ソースラインCSLに連結されたソース及び接地選択
ラインGSLに連結されたゲートを有する。そして、前
記ストリング選択トランジスタSSLのソース及び前記
接地選択トランジスタGSTのドレインの間には前記メ
モリセルMC15−MCOが直列連結され、前記メモリ
セルMC0−MC15は、対応ワードラインWL0−W
L15に各々連結される。
ウェル電圧VPPWELLを供給するための、そして前
記ポケットPウェル領域PPWELLの抵抗を減らすた
めのストラッピングライン102が、ポケットPウェル
領域上に並列に配置される。前記ストラッピングライン
102は、ポケットPウェル領域PPWELLと電気的
に連結される(コンタクトされる)。前記ストラッピン
グライン102は、ウェル電圧VPPWELLを伝達す
るためのウェル電圧供給ライン(又はレール)104に
共通に連結されている。
アドレス情報により対応するメモリブロックが選択され
る時に、メモリブロックを選択するためのブロック選択
信号BS、前記選択されたメモリブロックのストリング
選択ラインSSLを選択するためのストリング選択信号
SS、そして前記選択されたメモリブロックの接地選択
ラインGSLを選択するための接地選択信号GSを発生
する。前記スイッチ回路140は、ストリング選択ライ
ンSSL、複数のワードラインWL15−WL0、そし
て接地選択ラインGSLに各々対応する複数のパストラ
ンジスタT0−T17で構成され、前記パストランジス
タT0−T17は、前記ブロック選択回路120から出
力されるブロック選択信号BSにより同時にスイッチオ
ン/オフされる。前記パストランジスタT0−T17
は、前記接地選択信号GS、ワードライン選択信号発生
回路180からのワードライン選択信号S0−S15、
そして前記ストリング選択信号SSを、対応するライン
GSL、WL0−WL15、SSLに伝達するように連
結される。
れたウェル電圧検出回路160は、前記ウェル電圧供給
ライン104上のウェル電圧VPPWELLを検出し
て、検出結果によって高レベル又は低レベルの検出信号
Detoutを出力する。例えば、前記ウェル電圧V
PPWELLが特定電圧(例えば、O.1V)以上であ
る時には、ウェル電圧検出回路160は低レベルの検出
信号Detoutを出力する。前記ウェル電圧V
PPWELLが特定電圧以下である時には、ウェル電圧
検出回路160は高レベルの検出信号Detoutを出
力する。本発明において、前記検出信号Detoutが
高レベルになる時点が、ワードライン電圧を供給する時
点となる。これは、ワードライン活性化時点に対する遅
延時間(増加したウェル電圧が安定化するのに必要な時
間)が不必要に確保されることがないということを意味
し、結局、プログラム時間を最適化することができる。
は、前記ウェル電圧検出回路160からの検出信号De
toutによって動作し、活性化される時には、プログ
ラム電圧Vpgmとパス電圧Vpassとのうちの一つ
を有するワードライン選択信号S0−S15を出力す
る。即ち、ワードライン選択発生回路180は、ウェル
電圧検出回路160が高レベルの検出信号Detout
を出力する時には、活性化され、前記スイッチ回路14
0を通じて対応するワードラインWL0−W15に伝達
されるワードライン選択信号S0−S15を出力する。
ラインBL0−BLmにはページバッファ回路200が
連結され、前記ページバッファ回路200は、この分野
でよく知られたページバッファで構成される。ページバ
ッファの一例がU.S Patent No.5,74
8,536に“DATA READ CIRCUITF
OR A NONVOLATILE SEMICOND
UCTOR MEMORY”という題目で掲載されてお
り、レファレンスに含める。各ページバッファは、読み
出し/検証動作時に、対応するビットラインを通じて選
択されたメモリセルに貯蔵されたデータをラッチし、そ
のようにラッチされたデータは、列デコーダ(Y−デコ
ーダ)回路220を通じてデータ(又は入出力)ライン
バスに出力される。前記各ページバッファは、プログラ
ム動作時に、前記列デコーダ回路220を通じて提供さ
れるプログラムデータをラッチする。
ましい実施形態を示す図である。図10を参照すると、
ウェル電圧検出回路160は、三つのPMOSトランジ
スタMP10、MP11、MP12、電流源I、ダイオ
ードとして動作する二つのNMOSトランジスタMN1
0、MN11、抵抗器R、そして比較器COMPで構成
される。前記PMOSトランジスタMP10は、電源電
圧VCCに連結されたソース、及び相互連結されたゲー
ト及びドレインを有し、前記PMOSトランジスタMP
10のドレインと接地電圧GNDとの間に電流源Iが連
結される。前記PMOSトランジスタMP10と前記電
流源Iは、バイアス電圧VBIASを出力するバイアス
回路として動作する。
源電圧VCCに連結されたソース、前記バイアス電圧V
BIASを受け入れるゲート、及びN1ノードに連結さ
れたドレインを有する。前記NMOSトランジスタMN
10は、前記N1ノードに共通連結されたゲート及びド
レインと、前記抵抗器Rを通じて接地されたソースと、
を有する。前記PMOSトランジスタMP11、前記N
MOSトランジスタMN10、そして前記抵抗器Rは、
基準電圧Vrefを発生する基準電圧発生器として動作
する。前記基準電圧Vrefは、前記NMOSトランジ
スタNM10の両端電圧Vthdと前記抵抗器Rの両端
電圧との合計と同じである(Vref=Vthd+I
R)。
源電圧VCCに連結されたソース、前記バイアス電圧V
BIASに連結されたゲート、そしてN2ノードに連結
されたドレインを有する。前記NMOSトランジスタM
N11は、前記N2ノードに共通連結されたドレイン及
びゲートと、前記ウェル電圧VPPWELLに連結され
たソースと、を有する。このような構造によると、ウェ
ル電圧VPPWELLがダイオード連結されたNMOS
トランジスタMN11の両端電圧Vthdだけ増加し、
そのように増加した電圧VshiftがN2ノード上に
示されている。前記PMOSトランジスタMP12と前
記NMOSトランジスタMN11とは、前記ウェル電圧
VPPWELLを増加させるためのレベルシフタとして
動作する。検出しようとするウェル電圧VPPWELL
がOV近くの低い電圧(例えば、O.1V)であるの
で、差動増幅器を用いた比較器COMPが定常的に動作
するように、レベルシフタが用いられる。
電圧、即ち基準電圧(Vref=Vthd+IR)を受
け入れるように連結された(+)端子、前記N2ノード
の電圧(Vref=Vthd+VPPWELL)を受け
入れるように連結された(−)端子、そして前記検出信
号Detoutを出力する出力端子を有する。前記
(+)端子のVref電圧が前記(−)端子のVshi
ft電圧より低ければ、低レベルの検出信号Detou
tを出力する。前記(+)端子のVref電圧が前記
(−)端子のVshift電圧より高ければ、高レベル
の検出信号Detoutを出力する。
スタMN10、MN11は、同一な大きさを有するよう
に構成される。前記NMOSトランジスタMN10、M
N11各々は、図10の点線部分で表示したように、ダ
イオード連結された複数のNMOSトランジスタに取り
かえることができることは、この分野の通常的な知識を
有する者に明らかにする。前記ウェル電圧検出回路16
0の検出電圧レベルは、静電流Iの大きさと抵抗器Rの
抵抗値によって所望の大きさに調節することができる。
生回路180を示すブロック図である。図11を参照す
ると、ワードライン選択信号発生回路180は、ワード
ラインWL0−WL15に各々対応するワードライン選
択信号発生器(180_0)−(180_15)で構成
される。ワードライン選択信号発生器(180_0)−
(180_15)には、別途の高電圧発生器から各々供
給されるプログラム電圧Vpgm及びパス電圧Vpas
sと発進信号OSCが共通に提供される。ワードライン
選択信号発生器(180_i)(i=0−15)各々に
は、対応するVPASSENi及びVPGMENi信号
が印加される。ワードライン選択信号発生器(180_
0)−(180_15)は、ウェル電圧検出信号160
から出力される検出信号Detoutによって同時に活
性化/非活性化される。
ベルである時(又はウェル電圧が特定電圧より高い時)
に、たとえ、対応するVPASSENi/VPGMEN
i信号が活性化されても、各ワードライン選択信号発生
器は非活性化される。前記検出信号Detoutが高レ
ベルである時(又はウェル電圧が特定電圧より低い時)
に、各ワードライン選択信号発生器の出力信号は活性化
されるVPASSENi/VPGMENi信号によって
プログラム電圧Vpgm又はパス電圧Vpassを有す
る。
信号は、ワードライン選択用アドレスのデコーディング
情報によって活性化/非活性化される。例えば、プログ
ラム動作時には、ワードラインWL0を選択する場合
に、ワードラインWL0に対応するワードライン選択信
号発生器(180_0)の入力信号VPGMENOは活
性化される。この時には、残りワードラインWL1−W
L15に対応するワードライン選択信号発生器(180
_1)−(180_15)の入力信号VPGMEN1−
VPGMEN15は非活性化される一方、その他のワー
ドラインWL1−WL15に対応するワードライン選択
信号発生器(180_1)−(180_15)の入力信
号VPASSEN1−VPASSEN15は活性化され
る。これにより、ワードラインWLOには、プログラム
電圧Vpgmのワードライン選択信号SOが印加され、
その他のワードラインWL1−WL15には、パス電圧
Vpassのワードライン選択信号S1−S15が各々
印加される。
発生器の望ましい実施形態を示すブロック図である。図
12を参照すると、ワードライン選択信号発生器180
_iは、二つのANDゲートG1、G2、二つのNMO
SトランジスタMN20、MN22、そして二つのスイ
ッチポンプの182a、182bで構成される。前記検
出信号Detoutが低レベルである時(又はウェル電
圧が特定電圧より高ければ)に、VPASSENi/V
PGMENi信号の活性化に関係なく、スイッチポンプ
182a、182bは非活性化される。もし、検出信号
Detoutが低レベルから高レベルに遷移すれば(ウ
ェル電圧が特定電圧より低くければ)、VPASSEN
i/VPGMENi信号の活性化によりスイッチポンプ
が動作してプログラム電圧Vpgm又はパス電圧Vpa
ssが出力端子Siに伝達される。
シュメモリ装置のプログラム方法を説明するための動作
タイミング図である。以下、本発明によるNAND型フ
ラッシュメモリ装置のプログラム動作を図13に基づい
て詳細に説明する。
ラム過程は、前述したように、ビットラインセットアッ
プ区間、プログラム区間、そして放電区間に区分され
る。前記ビットラインセットアップ区間の間では、ペー
ジバッファ回路にローディングされたデータビットによ
ってビットラインが電源電圧又は接地電圧に充電され
る。例えば、ローディングされたデータビットが“1”
である場合には、ビットラインは電源電圧に充電され、
ローディングされたデータビットが“0”である場合に
は、ビットラインは接地される。ここで、接地電圧が印
加されるビットラインは“選択ビットライン”と称し、
電源電圧が印加されるビットラインは“非選択ビットラ
イン”と称する。そして、プログラム電圧が印加される
ワードラインは“選択ワードライン”と称し、パス電圧
が印加されるワードラインは“非選択ワードライン”と
称する。
選択情報により高電圧を有するブロック選択信号BS、
電源電圧(例えば、3.3V又は5V)を有するストリ
ング選択信号SS、そして接地電圧を有する接地選択信
号GSを出力する。前記スイッチ回路140のパストラ
ンジスタT0−T17は、ブロック選択信号BSによっ
て同時にターンオンされ、ストリング選択信号SSは、
ターンオンされたパストランジスタT17を通じてスト
リング選択ラインSSLに伝達され、接地選択信号GS
は、ターンオンされたパストランジスタTOを通じて接
地選択ラインGSLに伝達される。接地選択トランジス
タGSTのゲートには接地電圧が印加されることによっ
て、接地経路が遮断される。
電圧が印加され、非選択ビットラインには3.3V又は
5Vの電源電圧VCCが印加される。非選択ビットライ
ンに電源電圧が印加される時に、図13に示すように、
ポケットPウェル領域PPWELLの電圧は、非選択ビ
ットラインとポケットPウェル領域PPWELLとの間
のカップリングキャパシタを通じて0V以上に増加す
る。この時に、ワードライン選択信号発生回路180に
印加されるVPASSENi及びVPGMENi信号が
ワードライン選択情報により活性化されても、ワードラ
イン選択信号S0−S15はプログラム/パス電圧を有
することができない。なぜなら、ウェル電圧検出回路1
60から出力される検出信号Detoutが低レベルに
維持されているからである。
り増加したウェル電圧VPPWEL Lは、時間が経過す
ることによって低く0Vになる。前記ウェル電圧V
PPWE LLが前記ウェル電圧検出回路160の検出電
圧(例えば、0.1V)以下に低くなる時に、検出信号
Detoutは低レベルから高レベルに遷移する。ワー
ドライン選択信号発生器(180_0)−(180_1
5)は、検出信号Detoutの低−高遷移により活性
化され、選択ワードラインには、プログラム電圧Vpg
mのワードライン選択信号が、そして非選択ワードライ
ンには、パス電圧Vpassのワードライン選択信号
が、各々印加される。
リング選択トランジスタSSTのゲートに電源電圧が印
加されるので、ストリング選択トランジスタSSTのソ
ース(又はプログラム禁止されたセルトランジスタのチ
ャネル)がVCC−Vth(Vthはストリング選択ト
ランジスタのしきい電圧)まで充電される。この時に、
前記ストリング選択トランジスタSSTは事実上遮断さ
れる(又は、シャットオフされる)。
ログラム電圧Vpgmが印加され、非選択ワードライン
にパス電圧Vpassが印加されることによって、プロ
グラム禁止されたセルトランジスタのチャネル電圧Vc
hannelが寄生フィールドトランジスタを通じた漏
洩がなく、例えば、約8Vまでブースティングされる。
これは、フローティングゲートとチャネルとの間にF−
Nトンネリングが生じないようにし、その結果、プログ
ラム禁止されたセルトランジスタが初期の消去状態に維
持される。選択されたメモリセルのプログラムが完了さ
れれば、ビットラインの電位を放電する放電動作が遂行
される。
ウェル電圧VPPWELLが非選択ビットラインへの電
圧印加により増加する(bounce)場合には、その
ように増加したウェル電圧がウェル電圧検出回路160
の検出電圧(例えば、0.1V)より低い時点で、ワー
ドラインにプログラム/パス電圧を印加する。このよう
な理由により、本発明によるNAND型フラッシュメモ
リ装置において、ワードライン活性化時点の不必要なマ
ージンを確保することがなくなる。
メモリ装置を用いて説明したが、メモリセル当りNビッ
トデータ(Nは2又はそれより大きい整数)を貯蔵でき
るマルチビット(マルチレベル又はマルチ状態)NAN
D型フラッシュメモリ装置にも適用することができるこ
とはこの分野の通常的な知識を有する者に明らかであ
る。マルチビットNAND型フラッシュメモリ装置は、
U.S PatentNo. 5,768,188に
“ MULTI−STATE NON−VOLATIL
E SEMICONDUCTOR MEMORY AN
D METHODFOR DRIVING THE S
AME”(assigned to Samsun E
lectronice Co.,LTD)という題目で
掲載されており、レファレンスに含める。
を、図面を参照して説明したが、これは例をあげて説明
したに過ぎず、本発明の技術的思想及び範囲を外れない
範囲内で多様な変化及び変更が可能である。
プ区間に生じるポケットPウェル電圧のバウンシングノ
イズによるプログラムディスターブを防止できるだけで
はなく、プログラム時間(又はスピード)が短縮される
ようにビットラインセットアップ時点とワードライン活
性化時点との間の遅延時間を最適化することができる。
を示す図面。
示す断面図。
プ時点とワードライン活性化時点とによるウェル電圧の
変化とチャネルブースティング電圧の変化とを示す図
面。
プ時点とワードライン活性化時点とによるウェル電圧の
変化とチャネルブースティング電圧の変化とを示す図
面。
ッピングラインの配置構造を示す図面。
するカップリングキャパシタのモデリングを示す図面。
ル電圧の変化を示す図面。
を示すブロック図。
態を示すブロック図。
ブロック図。
しい実施形態を示すブロック図。
置のプログラム動作を説明するための動作タイミング
図。
Claims (19)
- 【請求項1】 行と例に配列され、ポケットPウェルに
形成されたメモリセルのメモリブロックと、 前記ポケットPウェルに連結され、前記ポケットPウェ
ルにウェル電圧を供給するポケットPウェル電圧レール
と、 プログラム動作の間に、前記ポケットPウェル電圧が所
定の検出電圧と同一又はより低いか否かを検出し、検出
結果によってイネーブル信号を出力するウェル電圧検出
回路と、 前記ポケットPウェル電圧が前記検出電圧と同一又はよ
り低い時に、前記ウェル電圧検出回路から出力される前
記イネーブル信号に応答して、前記行各々に対応する行
選択信号を発生する選択信号発生回路と、 を含む不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 前記メモリセルは、複数のセルストリン
グで構成され、各セルストリングは、対応するビットラ
インに連結され、各セルストリングのメモリセルは、対
応するワードラインに各々連結されることを特徴とする
請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項3】 前記各メモリセルは、単一ビットデータ
を貯蔵することを特徴とする請求項2に記載の不揮発性
半導体メモリ装置。 - 【請求項4】 前記各メモリセルは、マルチビットデー
タを貯蔵することを特徴とする請求項2に記載の不揮発
性半導体メモリ装置。 - 【請求項5】 前記行選択信号のうちの一つの行選択信
号は、プログラム電圧を有し、その他の行選択信号は、
各々パス電圧を有することを特徴とする請求項1に記載
の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項6】 前記ウェル電圧検出回路は、 バイアス電圧を発生するバイアス回路と、 前記バイアス電圧によって動作し、所定電圧だけ増加す
るように前記ウェル電圧のレベルをシフトさせるレベル
シフタと、 前記バイアス電圧によって動作し、前記検出電圧として
基準電圧を発生する基準電圧発生器と、 前記レベルシフタの出力と前記基準電圧とを比較し、比
較結果として前記イネーブル信号を出力する比較器と、 を含むことを特徴とする請求項5に記載の不揮発性半導
体メモリ装置。 - 【請求項7】 前記レベルシフタは、 前記バイアス電圧を受け入れるように連結されたゲー
ト、電源電圧に連結されたソース、およびドレインを有
するPMOSトランジスタと、 前記PMOSトランジスタのドレインに共通に連結され
たゲート及びドレインと前記ポケットPウェル電圧レー
ルに連結されたソースとを有するNMOSトランジスタ
と、 を含むことを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導
体メモリ装置。 - 【請求項8】 前記レベルシフタの出力電圧は、前記ポ
ケットPウェル電圧と前記NMOSトランジスタのしき
い電圧との合計と同一なことを特徴とする請求項7に記
載の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項9】 一つ又はそれより多いダイオード連結さ
れたNMOSトランジスタが、前記NMOSトランジス
タと前記ポケットPウェル電圧レールとの間にさらに連
結されることを特徴とする請求項7に記載の不揮発性半
導体メモリ装置。 - 【請求項10】 前記基準電圧発生器は、 電源電圧に連結されたソース、前記バイアス電圧を受け
入れるように連結されたゲート、およびドレインを有す
るPMOSトランジスタと、 前記PMOSトランジスタのドレインに共通に連結され
たゲート及びドレインと、抵抗を通じて接地電圧に連結
されたソースと、を有するNMOSトランジスタと、 を含むことを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導
体メモリ装置。 - 【請求項11】 前記基準電圧は、前記NMOSトラン
ジスタのしきい電圧と前記抵抗両端にかかる電圧との合
計と同一なことを特徴とする請求項10に記載の不揮発
性半導体メモリ装置。 - 【請求項12】 一つ又はそれより多いダイオード連結
されたNMOSトランジスタが、前記NMOSトランジ
スタと前記抵抗との間にさらに連結されることを特徴と
する請求項10に記載の不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項13】 前記検出電圧は、0.1Vであること
を特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装
置。 - 【請求項14】 前記基準電圧発生器のNMOSトラン
ジスタと前記レベルシフタのNMOSトランジスタと
は、同一な大きさを有することを特徴とする請求項7又
は10のいずれか一つに記載の不揮発性半導体メモリ装
置。 - 【請求項15】 複数のセルストリングを有するメモリ
ブロックを含み、前記各セルストリングは対応するビッ
トラインに連結され、前記各セルストリングは対応する
ワードラインに連結された複数のメモリセルを有し、前
記メモリブロックのメモリセルはNウェル内に形成され
たポケットPウェルに形成される不揮発性メモリ装置
に、データを書き込む方法において、 第1及び第2供給電圧のうちのいずれか一つで前記ビッ
トラインを各々充電する段階と、 前記ポケットPウェルの電圧を検出する段階と、 前記ポケットPウェルの電圧が所定の検出電圧と同一又
はより低い時に、選択されたワードラインをプログラム
電圧に、その他のワードラインを各々パス電圧に、充電
する段階と、 を含むことを特徴とする不揮発性メモリ装置にデータを
書き込む方法。 - 【請求項16】 前記第1供給電圧は接地電圧であり、
前記第2供給電圧は電源電圧であることを特徴とする請
求項15に記載の不揮発性メモリ装置にデータを書き込
む方法。 - 【請求項17】 前記各メモリセルは単一ビットデータ
を貯蔵することを特徴とする請求項15に記載の不揮発
性メモリ装置にデータを書き込む方法。 - 【請求項18】 前記各メモリセルはマルチビットデー
タを貯蔵することを特徴とする請求項15に記載の不揮
発性メモリ装置にデータを書き込む方法。 - 【請求項19】 前記検出電圧は0.1Vであることを
特徴とする請求項15に記載の不揮発性メモリ装置にデ
ータを書き込む方法。
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