JP2003085989A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JP2003085989A JP2001272072A JP2001272072A JP2003085989A JP 2003085989 A JP2003085989 A JP 2003085989A JP 2001272072 A JP2001272072 A JP 2001272072A JP 2001272072 A JP2001272072 A JP 2001272072A JP 2003085989 A JP2003085989 A JP 2003085989A
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    • G11C2216/00Indexing scheme relating to G11C16/00 and subgroups, for features not directly covered by these groups
    • G11C2216/12Reading and writing aspects of erasable programmable read-only memories
    • G11C2216/22Nonvolatile memory in which reading can be carried out from one memory bank or array whilst a word or sector in another bank or array is being erased or programmed simultaneously

Abstract

(57)【要約】 【課題】デュアルワーク対応のページ読み出し品などの
半導体メモリを実現する際に同時に読み出すメモリセル
が増えた場合でも、読み出し用データ線の占有面積の増
加を抑制し、チップ面積の増加、製造コストの高騰を抑
制する。 【解決手段】メモリセルアレイ上に読み出し用の主デー
タ線MDL_Rlを形成し、メモリセルアレイから離れ
た領域にオート用の主データ線MDL_Ajを形成し、
三層メタル配線を用いてデュアルワーク対応のページ読
み出し品を実現した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的にデータの
消去/再書き込み可能な不揮発性の半導体記憶装置(E
EPROM)に係り、特にMOS型トランジスタ構造の
記憶素子を行列状に配置して構成したバンクを複数個有
する半導体記憶装置において、あるバンクで消去または
書き込みを実行中に他のバンクの読み出しが可能な構成
を有する半導体メモリに関するもので、一括消去可能な
半導体メモリ(フラッシュメモリ)などに使用されるも
のである。
【0002】
【従来の技術】EEPROMのメモリセルとして、サイ
ズの縮小を図るために、半導体基板に形成された二重ウ
エル上に二層スタックゲート構造を有するNMOSトラ
ンジスタが形成されている。
【0003】図4は、二層スタックゲート構造のNMO
Sトランジスタからなるセルの一例を示す断面図であ
る。
【0004】図中、30はP型基板(Psub)、31はN
型ウエル(NWell)、32はNウエル中に形成された
P型ウエル(Pwell)である。N型ウエル31中に
は、ウエル引き出し電極がN+ 型の拡散層33で形成され
ている。また、P型ウエル32中には、N+ 型の拡散層34
でNMOSトランジスタのソースSおよびドレインDが
形成されており、P+ 型の拡散層35でウエル引き出し電
極が形成されている。
【0005】そして、基板30上には、ゲート絶縁膜36上
に第1層目の多結晶シリコン層により浮遊ゲートFGが
形成され、その上に絶縁膜37で分離されて第2層目の多
結晶シリコン層により制御ゲートCGが形成されてい
る。
【0006】実際の半導体記憶装置では、同一ウエル上
に複数のセルが行列上に配置されており、各行のセルの
制御ゲートCGに接続された複数の行線WLと各行のセ
ルのドレインDに接続された複数の列線BLによりいず
れかのセルが選択されるように構成されている。また、
全てのセルのソースSおよびNウエル31、Pウエル32に
ソース線SLが共通に接続されている。
【0007】ここで、セルの動作について簡単に説明す
る。
【0008】データの消去に際しては、ソース線SLに
例えば10Vを印加することにより、セルのソースS、
Nウエル31、Pウエル32に例えば10Vを印加する。ま
た、全ての行線WLに例えば−7Vを印加することによ
り、全ての制御ゲートCGに−7Vを印加する。ドレイ
ンDはフローティング状態にする。この時、浮遊ゲート
FG中の電子は、FNトンネリングによってチャネル中
に放出される。この状態ではセルの閾値は低くなってお
り、この消去状態のデータを“1”と称するものとす
る。
【0009】データの書き込みに際しては、書き込みた
いセルを選択するために、複数の行線WLのいずれかを
例えば9V、複数の列線BLのいずれかを例えば5V、
ソース線SLを0Vに設定する。この時、選択されたセ
ルでは、ホットエレクトロン注入により浮遊ゲートFG
中に電子が注入される。この状態ではセルの閾値は高く
なっており、この書き込み状態のデータを“0”と称す
る。
【0010】データの読み出しに際しては、読み出した
いセルを選択するために、複数の行線WLのいずれかを
例えば5V程度、複数の列線BLのいずれかを低電圧
(例えば0.7V程度)、ソース線SLを0Vに設定す
る。この時、選択したセルが書き込み状態(データ
“0”)の場合、セルはオンしないので電流は流れな
い。これに対して、選択したセルのデータが消去状態
(データ“1”)の場合、セルはオンし、例えば40μ
A程度のセル電流が流れる。この電流の振幅をセンス増
幅回路(図示せず)等で増幅して読み出しを行う。
【0011】なお、以上の動作説明では、ソースに高電
圧を印加して消去するNOR型のメモリセルを例にとっ
たが、メモリセルの基板側に高電圧を印加して消去する
形式のメモリセル、また、NAND型のメモリセルで
も、同様の動作制御が可能である。
【0012】最近の半導体記憶装置は、例えば携帯機器
の部品として使用され、各種プログラムや個人データの
格納に用いられるが、システムに必要なメモリチップ数
の削減を図るため、プログラムやデータを1つの半導体
記憶装置に格納する要求が高い。
【0013】しかし、図4に示したようなセルを用いた
場合、データ書き換えに要する時間が比較的長くなって
しまう。データの書き込みには通常10μs程度の時間
を要し、データの消去にはブロックに対して数百ms〜
数s程度の時間を要し、このデータ書き換えの間はデー
タの読み出しができなくなる。
【0014】一方、あるメモリ領域でデータ読み出しを
行いながら、同時に別のメモリ領域でデータの書き込み
または消去を行うことを可能としたRWW (Read While W
rite)型と呼ばれるメモリシステムが提案されている。
【0015】そして、本願出願人は、特願2000-127106
により、図4に示した二層スタックゲート構造のNMO
Sトランジスタをセルとして用いて、データ書込みまた
は消去データ動作と読出し動作が同時実行可能なフラッ
シュメモリを具体的に実現し得る「半導体装置」を提案
した。
【0016】図5は、現在提案されている同時実行可能
なフラッシュメモリの一部を取り出して具体的な構成例
を示している。
【0017】図5において、複数のバンクBNK0〜B
NKkは、それぞれ1乃至複数個のブロック回路群(本
例では、BA0〜BAi)が第1の方向に配列されて構
成されており、この複数のバンクBNK0〜BNKki
は前記第1の方向に直交する第2の方向に配列されてい
る。
【0018】前記各ブロック回路群BA0〜BAiは、
それぞれ電気的にデータの書き換え可能なMOS構造の
メモリセルが行列状に配置され、消去単位で区分された
セルアレイMA0と、副行選択デコーダRS0、行線W
L、列線BL、列選択ゲートCG0、ブロックデコーダ
BD0が設けられている。
【0019】各バンクBNK0〜BNKkには、それぞ
れ対応して、主行選択デコーダRM0〜RMk、j個の
データ線切換回路DLSW0〜DLSWk、電源デコー
ダVD0〜VDkが設けられている。
【0020】また、各バンクBNK0〜BNKkには、
同一バンク内のブロック回路群BA0〜BAiに共通に
接続される主行選択線Mi、j本(例えば8本、あるい
は16本)の副データ線SDLjが形成されている。
【0021】上記副データ線SDLjは、同一バンク内
のブロック回路群BA0〜BAi上で前記第1の方向に
第1の配線層で形成されており、各ブロック回路群BA
0〜BAiのj個の列選択ゲートCG0に接続されると
ともに、各バンクBNK0〜BNKk毎に前記j個のデ
ータ線切換回路DLSW0〜DLSWkに対応して接続
されている。
【0022】前記電源デコーダVD0〜VDkは、バン
ク単位での書き込み/消去時の電源コントロールやメモ
リセル選択のためのデコードコントロールを行う回路群
である。
【0023】さらに、バンク領域外には、読み出し動作
(第1の動作モード)において選択されたバンクにおけ
る前記メモリセルのデータが前記j本の副データ線およ
びj個のデータ線切換回路DLSW0〜DLSWkを介
して読み出されるj本の読み出し用主データ線MDL_
Rjが前記第2の方向に第2の配線層で形成されてい
る。そして、このj本の読み出し用主データ線MDL_
Rjにj個の読み出し用増幅回路SA_Rlが接続され
ている。
【0024】また、バンク領域外には、書き込み/消去
動作(第2の動作モード)において選択されたバンクに
おける前記メモリセルのデータが前記j本の副データ線
およびj個のデータ線切換回路DLSWiを介して読み
出されるj本のオート用主データ線が前記第2の方向に
第2の配線層で形成されている。そして、このオート用
主データ線にj個のオート用増幅回路SA_Ajが接続
されている。
【0025】上記構成において、セルの選択は以下のよ
うに行われる。
【0026】アドレス信号にしたがって主行選択デコー
ダRM0と副行選択デコーダRS0により1本の行線W
Lを選択する。また、アドレス信号にしたがってブロッ
クデコーダBD0がブロック選択および列選択を行い、
列線BLを副データ線SDLjに接続する。
【0027】データの読み出しを行う場合には、副デー
タ線SDLjは、データ線切換回路DLSW0〜DLS
Wkの切り換え制御によって読み出し用主データ線MD
L_Rjを経由して読み出し用増幅回路SA_Rjに接
続された状態となる。そして、この読み出し用増幅回路
SA_Rjによるセルデータの読み出しは、出力回路
(図示せず)の数に対応して、例えば8本のバイトデー
タ、または、16本のワードデータに対して同時に行わ
れる。
【0028】また、データの書き込み/消去を行う場合
には、副データ線SDLjは、データ線切換回路DLS
W0〜DLSWkの切り換え制御によってオート用主デ
ータ線MDL_Ajを経由してオート用増幅回路SA_
Ajに接続された状態となる。そして、コントロール回
路(図示せず)により、自動的にセルの書き込み/消去
レベルのチェックが行われる。この際、データの消去は
ブロック回路単位で行い、ブロックデコーダBDiは、
消去時のソース線電位コントロール等の制御を行う。
【0029】上記構成によれば、あるバンク(例えばB
NK0)内のあるブロックを消去している場合には、B
NK0内の副データ線SDLjは、該バンクのデータ線
切換回路DLSW0によってオート用主データ線MDL
_Ajに接続される。この際、他のバンク(例えばBN
Kk)内のデータを読みたい場合には、BNKk内の副
データ線SDLjを該バンクのデータ線切換回路DLS
Wkによって読み出し用データ線MDL_Rjに接続す
ることにより読み出しを実現することができる。
【0030】ところで、最近、フラッシュメモリの実効
的な読み出しサイクルの高速化への要求から、ページ読
み出し品や、バースト品の要求も高くなっている。これ
らは、例えば8ワードを1ページとして一括に読み出
し、その後、ワード単位でシリアルに出力していく仕様
であり、各データ線(SDLj、MDL_Rj、MDL
_Aj)は多数必要になる。
【0031】図6は、図5に示したフラッシュメモリを
二層メタル配線を用いて実現した場合の配線層のパター
ンレイアウトを示す。
【0032】図中、副行選択デコーダRSiの出力であ
る行線WLiは、多結晶ポリシリコン層PoSiで形成
され、列線BLiは第1層目のメタルM1で形成され
る。また、主行選択デコーダRMiの出力である主行選
択線Miは、セルアレイMAi上に第2層目のメタルM
2で形成される。また、副データ線SDLjは、列選択
ゲートCGi上またはその脇上に第2層目のメタルM2
で形成される。また、読み出し用データ線MDL_Rj
およびオート用データ線MDL_Ajは、電源デコーダ
VDDi上またはその脇上を第2層目のメタルM2で形
成される。
【0033】しかし、このような配線層のレイアウトで
は、前述したようなデュアルワーク対応品において各デ
ータ線(SDLj、MDL_Rj、MDL_Aj)が増
加すると、その増加分だけ半導体記憶装置のチップ面積
が増加する。
【0034】ここで、二層メタル配線を用いてデュアル
ワーク品を実現する際、第2層目のメタルM2のピッチ
を例えば1μmとし、データ線脇にシールド線(GND
電位)を2本付加した場合のチップ面積を考える。一例
として、各セルアレイMAiは512Kビットのセルを
有し、各バンクBNKiは8個のブロック回路群(4M
ビットのセル)からなり、全体で8個のバンクBNKi
(32Mビットのセル)を有する場合を考える。
【0035】この場合、バイト単位読み出し品では、各
データ線(SDLj、MDL_Rj、MDL_Aj)は
それぞれ(8+2)本であり、データ線の占有領域DL
Aは10μm程度になるが、チップ面積に対する比率は
小さい。また、ワード単位読み出し品では、各データ線
(SDLj、MDL_Rj、MDL_Aj)はそれぞれ
(16+2)本であり、データ線の占有領域DLAは1
8μm程度になるが、チップ面積に対する比率は小さ
い。
【0036】しかし、例えば1ワードを1ページとする
8ワードのページ読み出し品(8ページ品)では、各デ
ータ線(SDLj、MDL_Rj、MDL_Aj)はそ
れぞれ(128+2)本あり、データ線の占有領域DL
Aは128μm程度になり、チップ面積に対して無視で
きなくなり、チップ面積の増加をまねき、製造コストの
高騰をまねく。
【0037】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体記憶装置を二層メタル配線を用いてデュアルワー
ク対応のページ読み出し品を実現した場合には、データ
線が著しく増加し、その増加分だけチップ面積が増加す
るという問題があった。
【0038】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、デュアルワーク対応のページ読み出し品など
を実現する際に同時に読み出すメモリセルが増えた場合
でも、読み出し用データ線の占有面積の増加を抑制し、
チップ面積の増加、製造コストの高騰を抑制し得る半導
体記憶装置を提供することを目的とする。
【0039】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体記憶装置
は、それぞれ電気的にデータの書き換え可能なMOS構
造のメモリセルが行列状に配置され、第1の方向に配列
された複数のメモリセルブロックと、前記複数のメモリ
セルブロック上で前記第1の方向に第1の配線層で形成
され、各メモリセルブロックに接続された複数の副デー
タ線と、少なくとも前記複数のメモリセルブロックと前
記副データ線信号で構成された第1のバンク領域と、前
記第1のバンク領域と同一構成を有し、前記第1の方向
に直交する第2の方向に配列された少なくとも1つの第
2のバンク領域と、前記第1および第2のバンク領域上
で第2の配線層で形成され、第1の動作モードにおいて
選択されたバンク領域における前記メモリセルのデータ
が読み出される複数の読み出しデータ線と、前記複数の
読み出しデータ線に接続された複数の第1の増幅回路
と、前記第2の方向で前記メモリセルブロック上を避け
た領域に形成され、第2の動作モードにおいて前記メモ
リセルのデータが前記副データ線を介して読み出される
複数のオートデータ線と、前記複数のオートデータ線に
接続された複数の第2の増幅回路と、前記各メモリセル
ブロックに設けられ、前記第1の動作モード/第2の動
作モードに対応して前記副データ線と前記読み出しデー
タ線とを接続状態/非接続状態に切り換える切り換え手
段とを具備し、前記第1のバンク領域のメモリセルの情
報を前記第2の増幅回路で読み出し中であっても、前記
第2のバンク領域のメモリセルの情報を前記第1の増幅
回路より読み出すことを可能にしたことを特徴とする。
【0040】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0041】<第1の実施形態>図1は、本発明が適用
される半導体記憶装置として、前記特願2000-127106 号
に記載された同時実行可能なフラッシュメモリのチップ
構成の一例を示す。
【0042】図1において、メモリセルアレイ1 は、そ
れぞれn 個のブロックBO〜Bn−1 を配列してなるm 個の
コア0 〜m −1 により構成されている。各ブロックBO〜
Bn−1 は、データ消去の最小単位であり、それぞれ複数
のメモリセルが配列されている。メモリセルは、例えば
スタックト・ゲート構造の不揮発性メモリセルである。
コアは、1乃至複数のブロックの集合として定義される
が、図の例ではn 個ずつのブロックBO〜Bn−1 により1
つのバンクを形成している。
【0043】各コアには、メモリセルを選択するための
行デコーダと列デコーダを含む行デ列デコーダ2 、アド
レス線や電源線を切り換えるスイッチ回路(アドレス線
SW)3 、ローカルデータ線4 、データ線スイッチ回路16
が設けられている。
【0044】メモリセルアレイ1 の全コアに対して共通
に、データ読み出し動作時にメモリセルを選択するため
の第1のアドレスバス線(リード用アドレスバス線)6a
と、データ書込みまたは消去時のオート動作に必要な第
2のアドレスバス線(ライト/イレーズ用アドレスバス
線)6bが配設されている。
【0045】また、全コアに対して共通に、データ読み
出し動作に用いられる第1のデータバス線(リード用デ
ータバス線)7aと、データ書込みまたは消去動作に用い
られる第2のデータバス線(ライト/イレーズ用データ
バス線)7bが配設される。
【0046】これらのデータバス線7a,7bにそれそれ対
応して、データ読み出し動作に用いられる第1のセンス
アンプ回路(リード用S/A1)11a と、データ書込みまた
は消去時のべリフアイ読出しに用いられる第2のセンス
アンプ回路(べリフアイ用S/A2)11b が設けられてい
る。
【0047】また、全コアに対して共通に、読出し用電
源12a から読出し用電源電位が供給される第1の電源線
(リード用電源線)8aが配設され、書き込みまたは消去
電源12b からデータ書込みまたは消去用電源電位が供給
される第2の電源線(ライト/イレーズ用電源線)8bが
配設されている。リード用電源線8aにはデータ読み出し
時、電源VCC より昇圧された電圧が与えられ、これがメ
モリセルのゲートに供給されて高速読出しが可能となっ
ている。
【0048】さらに、前記リード用アドレスバス線6aお
よびライト/イレーズ用アドレスバス線6bにアドレス信
号を供給するためのアドレスバッファ回路10と、外部と
のインタフエースをとるインタフエース回路14が設けら
れている。
【0049】即ち、このフラッシュメモリは、電気的書
き換え可能な不揮発性メモリセルを有し、データ消去の
単位となるメモリセルの範囲を1ブロックとし、1乃至
複数のブロックの集合を1コアとして複数のコアが配列
されたメモリセルアレイと、前記複数のコアのうちデー
タ書き込みまたは消去を行うために任意個数のコアを選
択するコア選択手段と、前記コア選択手段により選択さ
れたコア内の選択されたメモリセルにデータ書き込みを
行うデータ書込み手段と、前記コア選択手段により選択
されたコア内の選択されたブロックのデータ消去を行う
データ消去手段と、前記コア選択手段により選択されて
いないコア内のメモリセルに対してデータ読出しを行う
データ読み出し手段とを具備することを特徴とする。
【0050】次に、上記フラッシュメモリにおける動作
を簡単に説明する。
【0051】外部から入力されるアドレス信号はインタ
フエース回路14内のアドレス入力回路を経てアドレスバ
ッファ回路10に供給される。このアドレスバッファ回路
10から、動作モードに応じて、アドレスバス線6a,6bに
それぞれ読出し用アドレス,書き込みまたは消去用アド
レスが供給される。各アドレスバス線6a,6bに供給され
たアドレスは、各コア毎に設けられたアドレス線・電源
線切り換え用のスイッチ回路(アドレス線SW)3 により
選択的に各コアの行列デコーダ2 に転送される。また、
電源線8a,8bも上記スイッチ回路3 により選択的に切り
換えられて各コアの行列デコーダ2 に供給される。
【0052】各コアにおいて、ローカルデータ線4 は、
データ線スイッチ回路16により、データ読み出し時はリ
ード用データバス線7aに接続され、データ書込みまたは
消去時はライト/イレーズ用データバス線7bに接続され
る。
【0053】即ち、各コアの選択メモリセルのデータ
は、ローカルデータ線4 に読み出され、動作モードに応
じてデータ線スイッチ回路16によりデータバス線7aまた
は7bに転送され、それそれリード用センスアンプ回路11
a 、べリフアイ用センスアンプ回路11b により検知増幅
される。
【0054】べリフアイ用センスアンプ回路11b の読出
し結果は、書き込み/消去(ライト/イレーズ)制御回
路15に送られる。この書き込み/消去制御回路15では、
書き込みまたは消去が十分であるか否かが判定され、不
十分であれば再書き込みまたは再消去の制御が行われ
る。
【0055】以上のように、データ読み出しと、データ
書き込みまたは消去を同時に実行しても、それそれの動
作を独立のアドレスバス線、データバス線、センスアン
プ回路、電源回路により制御できることになる。
【0056】次に、データ書き込みと読み出しを同時に
実行する場合の動作例として、コア0 に対してデータ書
込みが行われ、他のコア内のセルデータを読み出す場合
の動作を具体的に説明する。
【0057】チップ外部から、コア0 部の選択アドレス
信号が入力され、書き込みコマンドが入力されると、イ
ンタフエース回路14で書き込みコマンドが判定され、書
き込みフラグが立つ。このフラグにより、コア0 部のス
イッチ回路3 により、ライト/イレーズ用アドレスバス
線6bのアドレス信号がコア0 の行列デコーダ2 に入力さ
れ、ライト/イレーズ用電源12b の電源が供給される。
また、データ線スイッチ回路16によりコア0 部のデータ
線4 はべリフアイ用センスアンプ回路11b につながるラ
イト/イレーズ用データパス線7bに接続される。
【0058】このようにアドレスバス線、データバス線
および電源線をセットすることにより、コア0 では選択
されたワード線に昇圧された書き込み電圧が印加され、
ビット線には書き込みデータに応じて書き込み制御回路
15から高電圧、もしくは低電圧が印加される。これによ
り、メモリセルがフローティングゲート型のMOS トラン
ジスタ構造のものである場合、選択されたメモリセルの
フローティングゲートにホットエレクトロン注入がなさ
れて、データ書込みが行われる。一回の書き込みが終了
すると、データが読み出されてべリフアイ用センスアン
プ回路11b で検知される。そして、書き込み制御回路15
によりべリフアイ判定され、書き込み十分であれば動作
を終了し、書き込み不十分であれば更に追加書込みが行
われる。
【0059】以上のコア0 に対するデータ書込みの間、
他の任意のコア、例えばコア1 でのデータ読出しを行う
ことが可能である。即ち、外部から入力されたアドレス
により、読み出したいメモリセルを含むコア1 の行列デ
コーダ2 にはリード用アドレスバス線6aのアドレス信号
が供給され、リード用電源12a の電源出力が供給され
る。また、データ線4 はスイッチ回路16を介してリード
用データパス線7aに接続される。データ書込みもデータ
読み出しもなされない、それ以外のコアの行列デコーダ
2 には、アドレス信号は入力されず、データバス線も接
続されない。
【0060】コア1 の選択メモリセルから読み出された
データは、リード線データパス線7aを介してリード用セ
ンスアンプ回路11a で検知増幅される。この読出しデー
タは、インタフエース回路14を介してチップ外部に出力
される。
【0061】即ち、データ書込みを行っているコア0 以
外のコアであれば、コア2 でもコア3 でもコアm −1 で
も、任意に読み出すことが可能である。データ書込みを
行っているコア0 のアドレスを入力してデータ読み出し
を実行することは禁止される。このように、データ書込
み中のコアに対して読出し要求があった場合には、選択
されたコアが書き込み動作中であることを示すビジー信
号を出力して、外部に知らせるようになっている。
【0062】データ消去とデータ読み出しを同時に実行
する場合の動作も、上記したデータ書き込みと読み出し
を同時に実行する場合の動作と基本的に同様である。
【0063】いま、例えばコア0 の選択ブロックに対し
てデータ消去を行い、他のコア内のセルデータを読み出
す場合の動作について説明する。
【0064】チップ外部から、コア0 内のブロックの選
択アドレス信号が入力され、消去コマンドが入力される
と、インタフエース回路14で消去コマンドが判定されて
消去フラグが立つ。このフラグによりコア0 のスイッチ
回路3 により、ライト/イレーズ用アドレスバス線6bの
アドレス信号がコア0 の行列デコーダ2 に入力され、ラ
イト/イレーズ用電源12b の消去用電源電位が供給され
る。また、データ線スイッチ回路16によりコア0 部のデ
ータ線4 はべリフアイ用センスアンプ回路11bにつなが
るライト/イレーズ用データバス線7bに接続される。
【0065】このようにアドレスバス線、データバス線
および電源線をセットすることで、選択されたコア0 の
選択ブロックのワード線には全て負電圧が印加され、ビ
ット線はオープン、ソース線には消去用の正の高電圧が
印加され、ブロック単位で消去される。
【0066】一回のデータ消去が終了すると、データが
読み出されてべリフアイ用センスアンプ回路11b で検知
される。制御回路15では、消去が十分か否かの判定がな
され、十分であれば動作を終了し、NGであればさらに追
加消去される。
【0067】以上のコア0 に対するデータ消去の間、他
の任意のコアに対してデータ読み出し要求が入ると、そ
のコアでのデータ読出しが行われる。
【0068】図2は、本発明の第1の実施形態に係るフ
ラッシュメモリの一部を示す回路図である。
【0069】図2に示すフラッシュメモリは、基本的な
回路構成は、図1に示したフラッシュメモリと同じであ
るが、メモリセルアレイ上に読み出し用の主データ線M
DL_Rlを形成し、メモリセルアレイから離れた領域
にオート用の主データ線MDL_Ajを形成し、三層メ
タル配線を用いてデュアルワーク対応のページ読み出し
品を実現したことを特徴とする。
【0070】図2のフラッシュメモリは、図5を参照し
て前述したフラッシュメモリと比べて、次の点が異な
り、その他の部分は同じであるので同一符号を付してい
る。
【0071】(1)各ブロック回路群BA0〜BAi内
において、副データ線SDLjと読み出し用主データ線
MDL_Rlとの接続/非接続を切り換えるための副デ
ータ線切換回路SDLSWが追加されている。
【0072】(2)メモリセルアレイ外部において、読
み出しデータ線切換回路RDLSWにより前記読み出し
用主データ線MDL_Rlが読み出しデータ線RDLl
に選択的に接続されるように構成されており、この読み
出しデータ線RDLlに読み出し用増幅回路SA_Rl
が接続されている。
【0073】即ち、図2において、それぞれ1乃至複数
個のブロック回路群(本例では、BA0〜BAi)が第
1の方向に配列されて複数のバンクBNK0〜BNKk
が構成され、この複数のバンクBNK0〜BNKkは前
記第1の方向に直交する第2の方向に配列されている。
【0074】前記各ブロック回路群BA0〜BAiは、
それぞれ電気的にデータの書き換え可能なMOS構造の
メモリセルが行列状に配置されて構成され、消去単位で
区分されたセルアレイMA0と、副行選択デコーダRS
0、行線WL、列線BL、列選択ゲートCG0、ブロッ
クデコーダBD0のほかに、副データ線切換回路SDL
SWが設けられている。
【0075】各バンクBNK0〜BNKkには、それぞ
れ対応して、主行選択デコーダRM0〜RMk、j個の
データ線切換回路DLSW0〜DLSWk、電源デコー
ダVD0〜VDkが設けられている。
【0076】また、各バンクBNK0〜BNKkには、
同一バンク内のブロック回路群BA0〜BAiに共通に
接続される主行選択線Mi、j本(例えば8本、あるい
は16本)の副データ線SDLjが形成されている。
【0077】上記副データ線SDLjは、同一バンク内
のブロック回路群BA0〜BAi上で前記第1の方向に
第1の配線層で形成されており、各ブロック回路群BA
0〜BAiのj個の列選択ゲートCG0に前記副データ
線切換回路SDLSWを介して接続されるとともに、各
バンクBNK0〜BNKk毎に前記j個のデータ線切換
回路DLSW0〜DLSWkに対応して接続されてい
る。
【0078】前記電源デコーダVD0〜VDkは、バン
ク単位での書き込み/消去時の電源コントロールやメモ
リセル選択のためのデコードコントロールを行う回路群
である。
【0079】さらに、各バンクBNK0〜BNKk上に
は、読み出し動作(第1の動作モード)において選択さ
れたバンクにおける前記メモリセルのデータが前記副デ
ータ線切換回路SDLSWを介して読み出されるj本の
読み出し用主データ線MDL_Rlが前記第2の方向に
第2の配線層で形成されている。
【0080】そして、バンク領域外には、前記読み出し
データ線RDLlに接続された読み出しデータ線切換回
路RDLSWおよび読み出しデータ線RDLlが設けら
れており、上記読み出しデータ線RDLlに読み出し用
増幅回路SA_Rlが接続されている。
【0081】また、バンク領域外(もしくは、前記ブロ
ック回路群BA0〜BAi上を避けた領域)には、書き
込み/消去動作(第2の動作モード)において前記メモ
リセルのデータが前記j本の副データ線およびj個のデ
ータ線切換回路DLSW0〜DLSWkを介して読み出
されるj本のオート用主データ線MDL_Ajと、この
オート用主データ線MDL_Ajに接続されたj個のオ
ート用増幅回路SA_Ajが設けられている。
【0082】なお、各ブロック回路群BA0〜BAi内
の副データ線切換回路SDLSWは、読み出し動作(第
1の動作モード)/書き込み/消去動作(第2の動作モ
ード)に対応して副データ線SDLjと読み出し用主デ
ータ線MDL_Rlとを接続状態/非接続状態に切り換
える役割を有する。
【0083】これに対して、各バンクBNK0〜BNK
k内のデータ線切換回路DLSW0〜DLSWkは、副
データ線SDLjとオート用主データ線MDL_Ajの
みとの接続/非接続状態の切り換えに使用され、接続が
不要な時に非接続状態にすることによってオート用主デ
ータ線MDL_Ajの寄生容量を軽減する役割を有す
る。但し、このデータ線切換回路DLSW0〜DLSW
kを省略し、副データ線SDLjを直接にオート用主デ
ータ線MDL_Ajに接続してもかまわない。
【0084】図3は、図2のフラッシュメモリを三層メ
タルの配線層で実現した場合のパターンレイアウトの一
例を示す。
【0085】副行選択デコーダRS0の出力であるメモ
リセルの行線WLは、多結晶ポリシリコン層PoSiで
形成され、列線BLは第1層目のメタルM1(以下、M
1層と記す)で形成される。
【0086】主行選択デコーダRM0の出力である主行
選択線Miは、各ブロック回路群BA0〜BAiのセル
アレイMA0上で第1の方向に第2層目のメタルM2
(以下、M2層と記す)で形成される。
【0087】副データ線SDLjは、副データ線切換回
路SDLSW上、または、その脇上に沿って第1の方向
にM2層で形成される。
【0088】読み出し用主データ線MDL_Rlは、各
バンクBNK0〜BNKkのブロック回路群BA0〜B
Ai上で第2の方向に第3層目のメタルM3(以下、M
3層と記す)で形成される。
【0089】オート用主データ線MDL_Ajは、各バ
ンクBNK0〜BNKkの電源デコーダVD0〜VDk
およびデータ線切換回路DLSW0〜DLSWkの上ま
たはその脇上に沿って第2の方向にM3層あるいはM2
層で形成される。
【0090】読み出し用データ線RDLlは、第1の方
向にM3層あるいはM2層で形成される。
【0091】さらに、前記読み出し用主データ線MDL
_Rlとオート用主データ線MDL_Ajとの間を電気
的に遮蔽する効果を持たせるために、両者間で例えばバ
ンク領域上に1本乃至複数本のシールド線SLDを配設
するようにしてもよい。
【0092】なお、主行選択デコーダRM0の出力の主
行選択線Miの配線層と、読み出し用主データ線MDL
_Rlの配線層を逆転させてもかまわない。
【0093】上記構成のフラッシュメモリによれば、読
み出し用の主データ線MDL_Rlをセルアレイ上に形
成し、オート用の主データ線MDL_Ajをメモリセル
アレイから離れた領域に形成することにより、三層メタ
ル配線を用いてデュアルワーク対応のページ読み出し品
を実現することができた。
【0094】<パターンレイアウトの変形例>第1の実
施形態のフラッシュメモリにおいて、読み出し用主デー
タ線MDL_Rlは、同時に読み出す仕様相当の本数
(8ワードページの場合、128本)必要であるが、オ
ート用主データ線MDL_Ajは、必ずしも読み出し用
主データ線MDL_Rlと同数配置する必要はなく、例
えば16本程度でも何ら問題はない。
【0095】そこで、オート用主データ線MDL_Aj
の数を読み出し用主データ線MDL_Rjの数より減ら
すように変更すれば、メモリのチップ面積の増加を最小
限に抑制することができる。
【0096】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体記憶装置
によれば、デュアルワーク対応のページ読み出し品など
を実現する際に同時に読み出すメモリセルが増えた場合
でも、読み出し用データ線の占有面積の増加を抑制し、
チップ面積の増加、製造コストの高騰を抑制することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体記憶装置の適用例として、特願
2000-127106に記載された同時実行可能なフラッシュメ
モリのチップ構成の一例を示すブロック図。
【図2】本発明の半導体記憶装置の第1の実施形態に係
るフラッシュメモリの一部を示す回路図。
【図3】図2のフラッシュメモリを三層メタルの配線層
で実現した場合のパターンレイアウトの一例を示す図。
【図4】二層スタックゲート構造のNMOSトランジス
タからなるセルの一例を示す断面図。
【図5】現在提案されている同時実行可能なフラッシュ
メモリの一部を取り出して構成例を示す図。
【図6】図5に示したフラッシュメモリを二層メタル配
線を用いて実現した場合の配線層のパターンレイアウト
を示す図。
【符号の説明】
BNK0〜BNKk…バンク、 BA0〜BAi…ブロック回路群、 MA0…セルアレイ、 RS0…副行選択デコーダ、 CG0…列選択ゲート、 BD0…ブロックデコーダ、 RM0〜RMk…主行選択デコーダ、 Mi…主行選択線、 SDLj…副データ線、 DLSW0〜DLSWk…データ線切換回路、 VD0〜VDk…電源デコーダ、 SDLSW…副データ線切換回路、 MDL_Rl…読み出し用主データ線、 RDLSW…読み出しデータ線切換回路、 RDLl…読み出しデータ線、 SA_Rl…読み出し用の増幅回路、 MDL_Aj…オート用の主データ線、 SA_Aj…オート用の増幅回路、 SLD…シールド線。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/792 Fターム(参考) 5B025 AD01 AD02 AD05 5F083 EP02 EP23 ER02 ER22 KA06 KA20 LA03 LA04 LA05 5F101 BA01 BB05 BC11 BE02 BE05 BE07 BH21 BH23

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれ電気的にデータの書き換え可能
    なMOS構造のメモリセルが行列状に配置され、第1の
    方向に配列された複数のメモリセルブロックと、 前記複数のメモリセルブロック上で前記第1の方向に第
    1の配線層で形成され、各メモリセルブロックに接続さ
    れた複数の副データ線と、 少なくとも前記複数のメモリセルブロックと前記副デー
    タ線信号で構成された第1のバンク領域と、 前記第1のバンク領域と同一構成を有し、前記第1の方
    向に直交する第2の方向に配列された少なくとも1つの
    第2のバンク領域と、 前記第1および第2のバンク領域上で第2の配線層で形
    成され、第1の動作モードにおいて選択されたバンク領
    域における前記メモリセルのデータが読み出される複数
    の読み出しデータ線と、 前記複数の読み出しデータ線に接続された複数の第1の
    増幅回路と、 前記第2の方向で前記メモリセルブロック上を避けた領
    域に形成され、第2の動作モードにおいて前記メモリセ
    ルのデータが前記副データ線を介して読み出される複数
    のオートデータ線と、 前記複数のオートデータ線に接続された複数の第2の増
    幅回路と、 前記各メモリセルブロックに設けられ、前記第1の動作
    モード/第2の動作モードに対応して前記副データ線と
    前記読み出しデータ線とを接続状態/非接続状態に切り
    換える切り換え手段とを具備し、 前記第1のバンク領域のメモリセルの情報を前記第2の
    増幅回路で読み出し中であっても、前記第2のバンク領
    域のメモリセルの情報を前記第1の増幅回路より読み出
    すことを可能にしたことを特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記副データ線と前記オートデータ線を
    電気的に接続する接続手段をさらに具備することを特徴
    とする請求項1記載の半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の配線層は、前記第2の配線層
    より下層に形成されることを特徴とする請求項1または
    2記載の半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 前記オートデータ線は、前記第2の配線
    層あるいはそれより上層の第3の配線層に形成されるこ
    とを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
    半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記読み出しデータ線は、前記第2の方
    向に形成されたことを特徴とする請求項1乃至4のいず
    れか1つに記載の半導体記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の第2の増幅回路は、前記複数
    の第1の増幅回路よりも少ないことを特徴とする請求項
    1乃至5のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記読み出しデータ線と前記オートデー
    タ線は平行に形成され、両データ線間には少なくとも1
    本のシールド線が形成されていることを特徴とする請求
    項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体記憶装置。
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