JP2005228446A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、回路の面積増加を抑制しつつ、正確なデータの判定が可能である不揮発性半導体記憶装置を提供することである。
【解決手段】 複数の前記メモリセルMCは、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線DBL間に接続されており、行選択回路3は、読み出し対象のメモリセルMCに接続されたワード線WLを選択し、列選択回路2および5は、読み出し対象のメモリセルMCを選択するために、第1の主ビット線MBLペアと選択線SELとを選択する第1の選択手段と、データ判定用のリファレンス電圧の読み出しに用いられる配線を得るために、第1の主ビット線MBLペアとは異なる第2の主ビット線MBLペアおよび読み出し対象のメモリセルMCが属するセクタとは異なるセクタを通過する選択線SELを選択する第2の選択手段とを含み、第1および第2の選択手段は、同時的かつ独立的に選択動作を実行する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、より特定的には、複数のメモリセルが複数の行方向および列方向に沿って配置されたマトリクス状のメモリセル領域を有する不揮発性半導体記憶装置に関する発明である。
不揮発性半導体記憶装置の構成の一つとして、VGA(バーチャルグランドアレイ)構成が存在する。VGA構成とは、メモリセルの隣り合うもの同士で拡散層を共有する構成である。これにより、不揮発性半導体記憶装置の面積を小さくすることが可能である。ここで、図17に、当該VGA構成が適用された不揮発性半導体記憶装置を示す。当該図17に示す不揮発性半導体記憶装置は、VGA構成を有し、かつ、主ビット線と副ビット線とを持つ階層化ビット線構造が用いられたものである。
ここで、図17に示す不揮発性半導体記憶装置は、A、BおよびCの3つの領域に分けられている。そして、当該不揮発性半導体記憶装置は、垂直方向の配線として、主ビット線MOi、主ビット線MEi、主ビット線MOi+1、主ビット線MEi+1、副ビット線1Ai、副ビット線2Ai、副ビット線3Ai、副ビット線4Ai、副ビット線1Bi、副ビット線2Bi、副ビット線3Biおよび副ビット線4Biを備える。また、当該不揮発性半導体記憶装置は、水平方向の配線として、ワード線AWLB、ワード線BWLB、選択線SEL1U、選択線SEL2U、選択線SEL3U、選択線SEL4U、選択線SEL1L、選択線SEL2L、選択線SEL3Lおよび選択線SEL4Lを備える。さらに、ワード線AWLBには、メモリセルAP〜AVのゲートが接続されている。さらに、ワード線BWLBには、メモリセルBP〜BVのゲートが接続されている。また、それぞれの主ビット線と副ビット線との間には、当該主ビット線と当該副ビット線との接続を制御するためのスイッチである選択トランジスタが配置されている。なお、主ビット線と副ビット線とは階層構造を取っている(具体的には、主ビット線が上層に配置され、副ビット線が下層に配置される。)。
以上のように構成された、図17に示す不揮発性半導体記憶装置の動作について説明する。ここでは、その一例として、メモリセルBQからデータが読み出される場合について、説明を行う。なお、メモリセルに“0”が格納されている場合には、当該メモリセルは、書き込み状態となっている。一方、メモリセルに“1”のデータが格納されている場合には、当該メモリセルは、消去状態となっている。また、メモリセルからデータが読み出される際には、メモリセルのゲートに約4.5Vの電圧が印加され、当該メモリセルのソースには略接地電圧(0V)に等しい電圧が印加され、当該メモリセルのドレインには約1Vの電圧が印加される必要がある。また、ここでは、所謂ソース側読み出しが行われるものとする。
ここで、メモリセルBQのドレインに接続された副ビット線2Biは、選択トランジスタ1SLを介して主ビット線MEiに接続されている。また、メモリセルBQのソースに接続された副ビット線3Biは、選択トランジスタ2SLを介して主ビット線MOiに接続されている。そこで、主ビット線MEiに約1Vの電圧が印加され、さらに、選択トランジスタ1SLをONに制御するために選択線SEL2Lに約3Vの電圧が印加される。また、主ビット線MOiに約0Vの電圧が印加され、さらに、選択トランジスタ2SLをONに制御するためにSEL1Uに約3Vの電圧が印加される。これにより、メモリセルBQのドレインに約1Vの電圧が印加され、当該メモリセルBQのソースに接地電圧と略等しい電圧が印加される。さらに、ワード線BWLBに約4.5Vの電圧が印加されることにより、メモリセルBQのゲートに約4.5Vの電圧が印加される。
このように各配線に電圧が印加されることにより、メモリセルBQに格納されたデータが“0”である場合には、ゲート電圧の閾値が高くなっているため、主ビット線MEiから主ビット線MOiに対して殆ど電流が流れない。その結果、主ビット線MOiの電位は殆ど上がらない。一方、メモリセルBQに格納されたデータが“1”である場合には、ゲート電圧の閾値が低くなっているため、主ビット線MEiから主ビット線MOiに対して電流が流れる。その結果、主ビット線MOiの電位は、流れた電流に相当する電圧だけ上昇する。そして、主ビット線MOiの電圧が検出されることにより、メモリセルBQからデータが読み出される。
ここで、メモリセルBQから読み出されたデータは、“0”のデータであるか“1”のデータであるか判定される。具体的には、センスアンプ(図示せず)は、読出し動作時における主ビット線MOiの電圧と基準となる所定の電圧(以下、リファレンス電圧)との電圧差を増幅して出力する。そして、主ビット線MOiの電圧が、リファレンス電圧よりも高い場合には、データが“1”であると判定される。一方、主ビット線MEiの電圧が、リファレンス電圧よりも低い場合には、データが“0”であると判定される。
上記リファレンス電圧を発生させるためには、リファレンスセルが用いられる。当該リファレンスセルとは、例えばMOSトランジスタにより構成され、ONに制御された場合には、上記リファレンス電圧が出力されるように設計されたものである。このようなリファレンスセルは、図17に示すような不揮発性半導体記憶装置では、メモリセルアレイの外に配置されることが多い。
ところで、メモリセルからデータが読み出される場合には、当該メモリセルに接続された主ビット線や副ビット線を介してデータが読み出される。このようなデータの読出しに用いられる主ビット線や副ビット線には、これらのビット線の長さやこれらのビット線に隣接するビット線の有無あるいは接続されたメモリセルの数等に応じた寄生容量が付随する。当該寄生容量は、データの読出し動作において遅延を生じさせる。具体的には、寄生容量が大きくなれば、データ読出し時の遅延が大きくなり、寄生容量が小さくなれば、データ読出し時の遅延が小さくなる。
一方、リファレンスセルでは、メモリセルアレイ外の定められた位置に設けられることが多い。そのため、リファレンスセルには、メモリセルの様に複数のメモリセルや副ビット線が接続された主ビット線が接続されにくい。したがって、当該リファレンスセルに接続された配線には、メモリセルに接続された主ビット線等に付随する寄生容量と同等の寄生容量が付随しない。その結果、センスアンプからみた場合において、読出し対象のメモリセル側に生じている寄生容量と、リファレンスセル側に生じている寄生容量とが一致しないことが起こる(以下、かかる現象を容量不均衡と称す)。このような容量不均衡が発生すると、メモリセルに接続された主ビット線の電圧が出力される際の遅延の大きさと、リファレンスセルからリファレンス電圧が出力される際の遅延の大きさとが不一致を起こしてしまう。
かかる問題に対して、センスアンプから見たメモリセル側のビット線に付随する寄生容量と、リファレンスセル側の配線に付随する寄生容量とを等しくする方法が存在する。以下に、図17を用いて、当該方法について詳しく説明する。
上述したようにメモリセルBQからデータが読み出される場合には、主ビット線MOi、主ビット線MEi、副ビット線2Biおよび副ビット線3Biが用いられる。そのため、メモリセルBQからデータが読み出される場合には、これらのビット線の長さ等に応じた寄生容量が付随する。そこで、これらのビット線に生じた寄生容量と同等の寄生容量が付随している配線を、リファレンスセルに接続すればよい。これにより、当該リファレンスセルに接続されたビット線に付随している寄生容量と、メモリセルBQに接続されたビット線に付随している寄生容量とを等しくすることができる。
上述したような寄生容量を付随させる具体的方法としては、データの読出しに用いられていない主ビット線および副ビット線に、データ読出しに用いられている主ビット線および副ビット線に印加している電圧と同じ電圧を印加して、これら読出しに用いられていないビット線をリファレンスセルに接続することがあげられる。例えば、図17では、主ビット線MOi+1および副ビット線3Bi+1に接地電圧と略等しい電圧が印加される。さらに、主ビット線MEi+1および副ビット線2Bi+1に約1Vの電圧が印加される。そして、主ビット線MOi+1および主ビット線MEi+1がリファレンスセルに接続される。これにより、リファレンスセルに接続されたビット線には、メモリセルBQに接続されたビット線と同じ大きさの寄生容量が付随する(特許文献1および特許文献2参照)。
しかしながら、上記寄生容量の付随方法では、選択されたメモリセルBQと同一ワード線上に存在するメモリセルBUからデータが読み出されてしまう。すなわち、不揮発性半導体記憶装置が誤動作を起こしてしまうという問題が存在する。
そこで、かかる問題を解決するために、図18に示す不揮発性半導体記憶装置が存在する。図18は、従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図である。以下に、当該不揮発性半導体記憶装置について図18を用いて説明する。
図18に示す不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル、ビット線BL、ワード線WL、リファレンスビット線BLR、Yデコーダ1000、リファレンスユニット1002およびセンスアンプ1004を備える。メモリセルは、マトリクス状に配置される。ビット線BLは、マトリクス状に配置されたメモリセルの間を列方向に配置される。ワード線WLは、マトリクス状に配置されたメモリセルの間を行方向に配置される。また、リファレンスビット線BLRは、データの読出し動作時においてビット線BLに付随する寄生容量と、同等の寄生容量を付随させるための配線である。Yデコーダ1000は、読出し対象のメモリセルが接続されたビット線BLをセンスアンプ1004に接続する。リファレンスユニット1002は、基準となるリファレンス電圧Vrefを発生させる。センスアンプ1004は、Yデコーダ1000から出力されるビット線BLの電圧Vcellと、リファレンス電圧Vrefとの電圧差を増幅して出力する。
ここで、上記不揮発性半導体記憶装置におけるデータの読出し動作について説明する。まず、メモリセルからデータが読み出される場合には、当該メモリセルの拡散層に接続された2本のビット線BLおよびゲートに接続されたワード線WLが用いられて、Yデコーダ1000にデータが読み出される。Yデコーダ1000は、ドレイン側に接続されたビット線BLの電圧Vcellを、センスアンプ1004に出力する。
一方、リファレンスユニット1002は、リファレンス電圧Vrefを発生し、センスアンプ1004に出力する。なお、2本のリファレンスビット線BLRが選択され、リファレンスユニット1002に接続される。これにより、データの読み出し対象のメモリセルに接続されたビット線BLに付随する寄生容量と、リファレンスユニット1002に接続されたリファレンスビット線BLRに付随する寄生容量とを等しくすることができる。すなわち、容量不均衡の問題が解決される。その結果、メモリセルからの読出し遅延と、リファレンスユニットからの読出し遅延とを等しくすることができる(特許文献3参照)。
米国特許第5,963,465号明細書(第2頁、第2図) 米国特許第6,351,415号明細書(第4頁、第4図) 米国特許第6,128,226号明細書(第1頁、第1図)
しかしながら、図18に示す不揮発性半導体記憶装置では、その縮小化が困難であるという問題が存在する。具体的には、図18に示す不揮発性半導体記憶装置では、リファレンスセルに読出し遅延を発生させるためのリファレンスビット線BLRが余分に設けられている。そのため、当該リファレンスビット線BLRを配置するための領域が、不揮発性半導体記憶装置の中に設けられる必要がある。
そこで、本発明の目的は、回路の面積増加を抑制しつつ、正確なデータの判定が可能なVGA構成が採用された不揮発性半導体記憶装置を提供することである。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置では、列選択回路は、メモリセル領域の列を選択し、行選択回路は、メモリセル領域の行を選択する。また、複数のワード線は、メモリセルの各行毎に設けられ、行選択回路に接続され、複数本の主ビット線は、列方向に沿って延び、列選択回路に接続され、複数本の副ビット線は、各セクタ内に配置され、列方向に沿って延びる。また、選択トランジスタは、各副ビット線に対応して設けられ、主ビット線と副ビット線との間を電気的に接続しまたは遮断し、複数の選択線は、行方向に沿って延び、行選択回路に接続されて各選択トランジスタの導通/非導通状態を切り替えるための電圧を各選択トランジスタの制御電極に印加する。そして、複数のメモリセルは、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、行選択回路は、読み出し対象のメモリセルに接続されたワード線を選択する。さらに、列選択回路は、読み出し対象のメモリセルを選択するために、第1の主ビット線ペアと選択線とを選択する第1の選択手段と、データ判定用のリファレンス電圧の読み出しに用いられる配線を選択するために、第1の主ビット線ペアとは異なる第2の主ビット線ペアおよび読み出し対象のメモリセルが属するセクタとは異なるセクタを選択するための選択線を選択する第2の選択手段とを含み、第1および第2の選択手段は、同時的かつ独立的に選択動作を実行する。
なお、リファレンス電圧を発生する複数のリファレンスセルをさらに備え、リファレンスセルは、読み出し対象のメモリセルからデータが読み出される際に、第2の選択手段により選択されたリファレンス電圧読み出しに用いられる配線に接続されるようにしてもよい。
また、複数のリファレンスセルは、メモリセルが含まれるセクタの外に配置されるようにしてもよい。
また、複数のリファレンスセルは、各セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されていてもよい。
また、第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアを選択する際に、第1の主ビット線ペアに隣接する主ビット線ペアを選択してもよい。
また、第2の選択手段は、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに隣接するセクタを選択するための選択線を選択するようにしてもよい。
また、行選択回路および列選択回路は、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、セクタに付随しうる容量が小さい方の主ビット線ペアに対して、容量として機能するものを接続する調整手段をさらに含んでいてもよい。
また、行選択回路および列選択回路は、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、第1の主ビット線ペアに付随している寄生容量と第2の主ビット線ペアに付随している寄生容量との比に応じて、リファレンスセルに流れる電流量を調整するようにしてもよい。
また、行選択回路および列選択回路は、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量との比に応じて、メモリセルおよびリファレンスセルのセンスタイミングを調整するようにしてもよい。
また、行選択回路および列選択回路は、ベリファイ動作時において、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量および第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量が、当該メモリセル領域内の他のセクタに付随しうる容量よりも小さい場合には、当該メモリセル領域内の最大のセクタに付随しうる容量と寄生容量が等しくなるように、第1の主ビット線ペアおよび第2の主ビット線ペアに対して容量として機能するものを付加する負荷容量付加手段をさらに含むようにしてもよい。
また、セクタには、複数パターンの大きさおよび構造が存在し、各パターンのセクタが2以上ずつ存在するようにしてもよい。
また、行選択回路および列選択回路は、メモリセルのアドレスが指定されることより、メモリセルが属するセクタを含む複数のセクタ内のメモリセルに格納されたデータを同時に消去するようにしてもよい。
また、センスアンプは、入力してくる2つの電圧値の差を検知する。そして、第1の選択手段は、第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加する。第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、センスアンプには、第2の主ビット線と第4の主ビット線とが接続されていてもよい。
また、複数のリファレンスセルは、各セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、行方向に沿って延び、行選択回路に接続され、かつリファレンスセルの制御電極に接続されたリファレンスワード線をさらに備え、行選択回路は、読み出し対象のメモリセルからデータを読み出す際には、リファレンス電圧を読み出す対象となるリファレンスワード線を選択して活性化すると共に、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに接続されたリファレンスワード線を選択することなく非活性状態に保つようにしてもよい。
また、第1の選択手段は、読出し対象のメモリセルのソースが接続された副ビット線と第2の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線に対して、読出し対象のメモリセルのドレインが接続された副ビット線と第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線よりも低い電圧を印加する。さらに、第2の選択手段は、リファレンスセルのソースが接続された副ビット線と第4の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線に対して、リファレンスセルのドレインが接続された副ビット線と第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線よりも低い電圧を印加するようにしてもよい。
また、センスアンプは、入力してくる2つの電圧値の差を検知する。そして、第1の選択手段は、第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線と副ビット線とを接続するための選択線を非活性状態に保つ。さらに、センスアンプには、第2の主ビット線と第4の主ビット線とが接続されているようにしてもよい。
また、センスアンプは、入力してくる2つの電圧値の差を検知する。そして、第1の選択手段は、第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧を印加し、読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線と第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線に対してドレイン電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧を印加し、データの読み出し時において、第3の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、当該第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、第3の主ビット線に接続される副ビット線に隣接する副ビット線に対して、ドレイン電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、センスアンプには、第1の主ビット線と第3の主ビット線とが接続されているようにしてもよい。
また、センスアンプは、入力してくる2つの電圧値の差を検知する。そして、第1の選択手段は、第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧に略等しい電圧を印加し、第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧を印加し、読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線と第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線に対してドレイン電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略同じ電圧を印加することなく選択し、第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧を印加し、データの読み出し時において、第3の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、当該第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、第3の主ビット線に接続される副ビット線に隣接する副ビット線に対して、ドレイン電圧と略等しい電圧を印加する。さらに、センスアンプには、第1の主ビット線と第3の主ビット線とが接続されているようにしてもよい。
また、第1および第2のセンスアンプは、入力してくる2つの電圧値の差を検知する。そして、第1の選択手段は、第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、第1の主ビット線に隣接する第3の主ビット線をさらに選択して、接地電圧と略等しい電圧を印加し、読み出し対象のメモリセルとドレインを共有しているメモリセルのソースに接続された副ビット線と、第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択する。そして、第2の選択手段は、第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して、ドレイン電圧を印加し、第2の主ビット線ペアに含まれる第5の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、第4の主ビット線に隣接する第6の主ビット線をさらに選択して、接地電圧と略等しい電圧を印加し、第5の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、第6の主ビット線とを接続するための選択トランジスタを選択するための選択線をさらに選択する。さらに、第1のセンスアンプには、第2の主ビット線と第5の主ビット線とが接続されて読み出し対象のメモリセルからデータが読み出され、第2のセンスアンプには、第3の主ビット線と第6の主ビット線とが接続されて読み出し対象のメモリセルとドレインを共有するメモリセルからデータを読み出すようにしてもよい。
また、複数のリファレンスセルは、リファレンス電圧を発生し、各セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、読み出し対象のメモリセルからデータが読み出される際に、第2の選択手段により選択されたリファレンス電圧読み出しに用いられる配線に接続されている。リファレンスワード線は、行方向に沿って延び、行選択回路に接続され、かつリファレンスセルの制御電極に接続されている。行選択回路は、読み出し対象のメモリセルからデータを読み出す際には、リファレンス電圧を読み出す対象となるリファレンスセルに接続されたリファレンスワード線を選択して活性化すると共に、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに接続されたリファレンスワード線を選択することなく非活性状態に保つようにしてもよい。
また、センスアンプは、第1の主ビット線ペアの内のデータ読み出し側の主ビット線の電圧と、リファレンス電圧との電圧差を増幅し、極性反転回路は、データ読み出し側の主ビット線を、常にセンスアンプの同一極性入力側に接続するようにしてもよい。
また、メモリセルは、1ビット以上の情報が格納可能であってもよい。
本発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、複数本のワード線は、メモリセルの各行毎に設けられ、複数本の主ビット線は、列方向に沿って延び、複数本の副ビット線は、各セクタ内に配置され、列方向に沿って延びる。複数の選択トランジスタは、各副ビット線に対応して設けられ、主ビット線と副ビット線との間を電気的に接続しまたは遮断し、複数本の選択線は、行方向に沿って延びて各選択トランジスタの導通/非導通状態を切り替えるための電圧を各選択トランジスタの制御電極に印加する。そして、複数のメモリセルは、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、選択線は、少なくとも、読み出し対象のメモリセルに接続された第1の副ビット線ペアと、当該第1の副ビット線ペアに接続可能な第1の主ビット線ペアとを接続する選択トランジスタを制御しつつ、当該第1の主ビット線とは異なる第2の主ビット線ペアと、当該第2の主ビット線ペアに接続可能な第2の副ビット線ペアとを接続する選択トランジスタを制御できる本数だけ同一セクタ内に存在するようにしている。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、読み出し対象のメモリセルを選択するための配線の選択動作と、リファレンス電圧を読み出すための配線の選択動作とが独立的かつ同時的に行われる。そのため、データの読み出し動作時において、誤動作が生じない。さらに、メモリセルアレイ内の主ビット線が、リファレンス電圧の読み出し時における容量不均衡解消とメモリセルのデータ読み出しとに用いられる。そのため、新たにリファレンス電圧の読み出し時の容量不均衡解消のための配線を設ける必要がない。
また、リファレンスセルがセクタ外に配置されているので、消去あるいは書き込みディスターブを軽減することができる。
また、リファレンスセルがセクタ内にメモリセルと同様にマトリクス状に配置される。これにより、リファレンスセルを周期性の優れた位置に配置することが可能となる。その結果、安定したリファレンス電圧を得ることが可能となる。
また、第1の主ビット線ペアと第2の主ビット線ペアが隣接している。選択される主ビット線ペアが隣接しているので、これらの主ビット線ペアに付随する寄生容量も近いものとなる。その結果、より容量不均衡の解消が図られる。
また、読み出し対象のメモリセルが属するセクタと、第2の選択手段が選択する選択線により選択されるセクタとが隣接している。これにより、物理的に離れたセクタを選択する際に生じる容量ミスマッチ、雑音あるいは遅延等の問題を解決することができる。
また、セクタの大きさが小さい方の主ビット線ペアに対して、負荷容量が付加される。これにより、セクタサイズが均一でない不揮発性半導体記憶装置においても、両者の主ビット線ペアに付随する寄生容量のバランスをとることが可能となる。
また、選択されたセクタの大きさが異なる場合には、リファレンスセルに流れる電流量を調整するようにしている。このようにしても、セクタの大きさの違いにより発生する容量不均衡の問題を解消できる。なお、当該構成は、ベリファイ動作時において特に有効である。
また、読み出し対象のメモリセルが属するセクタの大きさと、第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタの大きさとの比に応じて、メモリセルおよびリファレンスセルのセンスタイミングを調整している。このようにしても、セクタの大きさの違いにより発生する容量不均衡の問題を解消できる。
また、読み出し対象のメモリセルが属するセクタの大きさおよび第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタの大きさが、当該メモリセル領域内の他のセクタよりも小さい場合には、当該メモリセル領域内の最大のセクタと寄生容量が等しくなるように、第1の主ビット線ペアおよび第2の主ビット線ペアに対して寄生容量を付随させている。このように、2つの主ビット線ペアに付随した寄生容量を、最大の寄生容量にそろえることによっても容量不均衡の問題を解消できる。
また、同じパターンのセクタが複数個ずつ設けられることにより、同一パターンのセクタを常に同時に2個選択することが可能となる。
まず、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置の概要を説明する。不揮発性半導体記憶装置に設けられるメモリセルは、基板と、制御ゲートとの間に挟まれたフローティング(浮遊)ゲートを有する構成がよく知られており、フローティングゲートに電子が蓄えられているか否かによって2値情報を保持する。フローティングゲートに電子が蓄えられている場合には、制御ゲートに印加されるゲート電圧の閾値が高くなるため、所定のゲート電圧を印加しても、メモリセルには実質的に電流が流れない。この状態を“0”が記憶されているとする。反対に、電子が蓄えられていない場合にはゲート電圧の閾値が低くなるため、制御ゲートに所定のゲート電圧が印加されると、メモリセルに電流が流れる。この状態を“1”が記憶されているとする。ここでは、電子が蓄えられていない状態を消去状態“1”とし、電子が蓄えられている状態を書き込み状態“0”とする。
また、メモリセルとしては、フローティングゲートを有する構成だけでなく、酸化膜に挟まれた絶縁膜である窒化膜中のトラップに電荷を蓄積し、記憶を保持するMONOS構造のメモリセルや、マスクROM等の不揮発性メモリに関しても、本発明は有効である。
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の概要について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の具体的構成については後ほど説明する。本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、読出し動作時において、読出し対象のメモリセルが接続された主ビット線に付随する寄生容量と、リファレンスセルが接続された相補主ビット線に付随する寄生容量との不均衡を解消することができるものである。ここで、図1は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成の概念図である。なお、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、上述したように、読出し動作において特徴を有している。そのため、以下の説明は、読出し動作を前提とした説明である。
図1に示す不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル領域1、選択線選択回路2、ローデコーダ3、コラムデコーダ4、コラム選択回路5、センスアンプ7およびプリローデコーダ8を備える。メモリセル領域1は、メモリセルMC00、メモリセルMC10、メモリセルMC0n、メモリセルMC1n、リファレンスセルRC00、リファレンスセルRC10、リファレンスセルRC0n、リファレンスセルRC1n、選択トランジスタSL00、選択トランジスタSL10、選択トランジスタSL20、選択トランジスタSL30、選択トランジスタSL0n、選択トランジスタSL1n、選択トランジスタSL2n、選択トランジスタSL3n、主ビット線MBLa、主仮想GND線MBLb、相補主ビット線MBLc、相補主仮想GND線MBLd、副ビット線DBL0a、副仮想GND線DBL0b、副ビット線DBL1a、副仮想GND線DBL1b、相補副ビット線DBL0c、相補副仮想GND線DBL0d、相補副ビット線DBL1c、相補副仮想GND線DBL1d、選択線SEL01〜14、ワード線WL0、ワード線WL1、リファレンスワード線RWL0およびリファレンスワード線RWL1を含む。メモリセル領域1は、行方向に延びる複数のセクタに分割されている。具体的には、図1に示す不揮発性半導体記憶装置では、行方向に長い長方形であるセクタ0とセクタ1とが、列方向に並べて配置される。なお、当該セクタの数は、2つ以上であればよい。さらに、当該セクタのサイズは、すべて同じ大きさであってもよいし、ばらばらの大きさであってもよい。
MBL(主ビット線、相補主ビット線、主仮想GND線および相補主仮想GND線を指す)は、メモリセル領域1内を列方向に沿って延び、コラム選択回路5に接続される。当該MBLは、メモリセルMCからのデータの読み出しおよびリファレンスセルRCからのリファレンス電圧の読み出しに用いられる。具体的には、主ビット線MBLおよび主仮想GND線MBLは、メモリセルMCからのデータの読み出しに用いられる。一方、相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLは、リファレンスセルRCからのリファレンス電圧の読み出しに用いられる。
ここで、相補主ビット線MBLは、センスアンプ7の動作時に主ビット線MBLと相補的な電位を持つ。また、主仮想GND線MBL、相補主仮想GND線MBL、副仮想GND線DBLおよび相補副仮想GND線DBLは、センスアンプ7の動作時において、接地電位と略等しい電位を持つ。また、副ビット線DBLと主ビット線MBLとは、階層構造を有している。具体的には、副ビット線DBLが下層に配置され、主ビット線MBLが上層に配置される。なお、同様の関係が、主仮想GND線MBLと副仮想GND線DBLとの間、および相補主ビット線MBLと相補副ビット線との間、相補主仮想GND線MBLと相補副仮想GND線DBLとの間にも成立する。
選択トランジスタは、MBL(主ビット線、相補主ビット線、主仮想GND線および相補主仮想GND線を指す)と、DBL(副ビット線、相補副ビット線、副仮想GND線および相補副仮想GND線を指す)とを接続または遮断する。具体的には、選択トランジスタSL00は、選択線SEL01が活性化されることによって、主ビット線MBLaと副ビット線DBL0aとを接続する。選択トランジスタSL10は、選択線SEL03が活性化されることによって、主仮想GND線MBLbと副仮想GND線DBL0bとを接続する。選択トランジスタSL20は、選択線SEL11が活性化されることによって、主ビット線MBLaと副ビット線DBL1aとを接続する。選択トランジスタSL30は、選択線SEL13が活性化されることによって、主仮想GND線MBLbと副仮想GND線DBL1bとを接続する。選択トランジスタSL0nは、選択線SEL02が活性化されることによって、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線DBL0cとを接続する。選択トランジスタSL1nは、選択線SEL04が活性化されることによって、相補主仮想GND線MBLdと相補副仮想GND線DBL0dとを接続する。選択トランジスタSL2nは、選択線SEL12が活性化されることによって、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線DBL1cとを接続する。選択トランジスタSL3nは、選択線SEL14が活性化されることによって、相補主仮想GND線MBLdと相補副仮想GND線DBL1dとを接続する。
メモリセルMC00は、副ビット線DBL0aと副仮想GND線DBL0bとに接続され、ワード線WL0が活性化されることにより選択される。リファレンスセルRC00は、副ビット線DBL0aと副仮想GND線DBL0bとに接続され、リファレンスワード線RWL0が活性化されることにより選択される。メモリセルMC10は、副ビット線DBL1aと副仮想GND線DBL1bとに接続され、ワード線WL1が活性化されることにより選択される。リファレンスセルRC10は、副ビット線DBL1aと副仮想GND線DBL1bとに接続され、リファレンスワード線RWL1が活性化されることにより選択される。メモリセルMC0nは、副ビット線DBL0cと副仮想GND線DBL0dとに接続され、ワード線WL0が活性化されることにより選択される。リファレンスセルRC0nは、副ビット線DBL0cと副仮想GND線DBL0dとに接続され、リファレンスワード線RWL0が活性化されることにより選択される。メモリセルMC1nは、副ビット線DBL1cと副仮想GND線DBL1dとに接続され、ワード線WL1が活性化されることにより選択される。リファレンスセルRC1nは、副ビット線DBL1cと副仮想GND線DBL1dとに接続され、リファレンスワード線RWL1が活性化されることにより選択される。
プリローデコーダ8は、ローアドレスに基づいて、3つのデコード信号を生成する。具体的には、当該プリローデコーダ8は、メモリセル領域1の列を選択するためのローデコード信号と、読み出し対象のメモリセルMCを選択するためのローデコード信号と、リファレンスセルRCを選択するためのローデコード信号とを生成する。ローデコーダ3は、メモリセル領域1の行を選択する。具体的には、ローデコーダ3は、読み出し対象のメモリセルMCを選択するためのローデコード信号に基づいてワード線WLを駆動し、リファレンスセルを選択するためのローデコード信号に基づいてリファレンスワード線RWLを駆動する。
コラムデコーダ4は、外部から入力してくるコラムアドレスに基づいて、2つのデコード信号を生成する。具体的には、当該コラムデコーダ4は、読み出し対象のメモリセルMCを選択するためのコラムデコード信号と、リファレンスセルRCを選択するためのコラムデコード信号とを生成する。
コラム選択回路5は、メモリセル領域1の列を選択する。具体的には、コラム選択回路5は、メモリセルMCを選択するためのコラムデコード信号に基づいて、主ビット線MBLおよび主仮想GND線MBLを選択する。さらに、コラム選択回路5は、リファレンスセルRCを選択するためのコラムデコード信号に基づいて、相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLを選択する。さらに、当該コラム選択回路5は、コラムデコード信号に基づいて、読出し動作、書き込み動作または消去動作に必要な電圧を、電源回路(図示せず)から得て、所望の主ビット線MBLおよび相補主ビット線MBLに供給すると共に、主仮想GND線MBLおよび相補主仮想GND線MBLにGND電圧を供給する。選択線選択回路2は、メモリセル領域1の列を選択する。具体的には、選択線選択回路2は、上記ローデコード信号およびコラムデコード信号に基づいて、選択線SELを選択して、メモリセル領域1の列を選択する。なお、読み出し動作時に、メモリセルMCに印加すべき電圧値の一例については、背景技術においてすでに説明を行ったので、これ以上の説明を省略する。これにより、コラム選択回路5は、メモリセルMCへのデータの読出し、書き込み及び消去を実現している。センスアンプ7は、主ビット線MBLと相補主ビット線MBLとの電位差、または、主仮想GND線MBLと相補主仮想GND線MBLとの間の電位差を増幅して出力する。
なお、上記主ビット線MBL、主仮想GND線MBL、相補主ビット線MBL、相補主仮想GND線MBL、副ビット線DBL、副仮想ビット線DBL、相補副ビット線DBLおよび相補仮想副ビット線DBLの役割は、読出し対象のメモリセルMCの位置やメモリセルMCに対する記憶情報の蓄積位置によって入れ替わるものとする。
ここで、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の読出し方法について説明する。なお、ここでは、読出し方法の一例として、セクタ0のメモリセルMC00からデータが読み出される場合について説明を行う。
まず、セクタ0のメモリセルMC00からデータが読み出される場合には、当該メモリセルMC00の位置を示すコラムアドレスがコラムデコーダ4に入力されると共に、ローアドレスがプリローデコーダ8に入力される。コラムデコーダ4は、当該コラムアドレスに基づいて、メモリセルMC00を選択するためのコラムデコード信号とリファレンスセルRC1nを選択するためのコラムデコード信号とを生成する。一方、プリローデコーダ8は、ローデコードアドレスに基づいて、メモリセル領域1の列を選択するためのローデコード信号とメモリセルMC00を選択するためのローデコード信号とリファレンスセルRC1nを選択するためのローデコード信号とを生成する。
ここで、コラム選択回路5、ローデコーダ3および選択線選択回路2は、メモリセルMCの選択動作を行う。具体的には、コラム選択回路5は、メモリセルMC00を選択するためのローデコード信号に基づいて、主ビット線MBLaと主仮想GND線MBLbとを活性化する。また、選択線選択回路2は、メモリセルMC00を選択するためのローデコード信号に基づいて、選択線SEL01および選択線SEL03を活性化する。これにより、主ビット線MBLaと副ビット線DBL0aとが接続され、主仮想GND線MBLbと副仮想GND線DBL0bとが接続される。さらに、ローデコーダ3は、メモリセルMC00を選択するためのローデコード信号に基づいて、ワード線WL0を活性化する。これにより、当該メモリセルMC00が選択される。
また、上記メモリセルMC00の選択と同時的かつ独立的に、コラム選択回路5、ローデコーダ3および選択線選択回路2は、リファレンス電圧を読み出すために、セクタ0と異なるセクタに属し、かつ上記メモリセルMC00と異なる列に配置されたリファレンスセルRCの選択動作を行う。ここでは、セクタ1のリファレンスセルRC1nが選択されるものとする。具体的には、コラム選択回路5は、リファレンスセルRC1nを選択するためのローデコード信号に基づいて、相補主ビット線MBLcと相補主仮想GND線MBLdとを活性化する。また、選択線選択回路2は、リファレンスセルRCを選択するためのローデコード信号に基づいて、選択線SEL12および選択線SEL14を活性化する。これにより、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線DBL1cとが接続され、相補主仮想GND線MBLdと副仮想GND線DBL1dとが接続される。さらに、ローデコーダ3は、リファレンスセルRC1nを選択するためのローデコード信号に基づいて、リファレンスワード線RWL1を活性化する。これにより、当該リファレンスセルRC1nが選択される。
以上のように、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題を解決することが可能となる。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図2は、メモリセルMC00からデータが読み出される際に、不揮発性半導体記憶装置に付随する寄生容量のイメージを示した図である。なお、図2は、主ビット線MBLaと相補主ビット線MBLcに付随する寄生容量を示している。
図2において、C1は、主ビット線MBLaから見たときの、セクタ0以外の寄生容量を示している。C2は、相補主ビット線MBLcから見たときの、セクタ1の寄生容量を示している。C3は、主ビット線MBLaから見たときの、セクタ0の寄生容量を示している。C4は、相補主ビット線MBLcから見たときの、セクタ1以外の寄生容量を示している。C5は、主仮想GND線MBLbから見たときの、セクタ0以外の寄生容量を示している。C6は、相補主仮想GND線MBLdから見たときの、セクタ1の寄生容量を示している。C7は、主仮想GND線MBLbから見たときの、セクタ0の寄生容量を示している。C8は、相補主仮想GND線MBLdから見たときの、セクタ1以外の寄生容量を示している。
ここで、メモリセルMC00からデータが読み出される場合には、セクタ0においては選択トランジスタSL00と選択トランジスタSL10とがONに制御され、セクタ1においては選択トランジスタSL2nと選択トランジスタSL3nとがONに制御される。すなわち、セクタ0とセクタ1とで同じ回路構造を取ることとなる。そのため、主ビット線MBLaから見たときのセクタ0以外の寄生容量C1と、相補主ビット線MBLcから見たときのセクタ1以外の寄生容量C4とは等しくなる。さらに、主ビット線MBLaから見たときのセクタ0の寄生容量C3と相補主ビット線MBLcから見たときのセクタ1の寄生容量C2とは等しくなる。その結果、センスアンプ7から見た主ビット線MBLa側に付随する寄生容量と、相補主ビット線MBLcに付随する寄生容量とは等しくなる。すなわち、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題が解決される。なお、同様のことが、主仮想GND線MBLと相補主仮想GND線MBLとの間にもいえる。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、リファレンスセルRCに接続される相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLと、メモリセル領域1内の主ビット線とを兼用している。すなわち、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、従来と異なり、リファレンスセルRCに接続される相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLが新たに設けられているのではない。そのため、メモリセル領域1の面積を大きくすることなく、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題を解決することが可能となる。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、読み出し対象のメモリセルMCの選択動作とリファレンスセルMCの選択動作とが同時的かつ独立的に行われる。具体的には、当該不揮発性半導体記憶装置では、リファレンス電圧の生成の際に、読出し対象のメモリセルMCの属するセクタと異なるセクタであって、かつ当該メモリセルMCと異なる列に存在するリファレンスセルRCが用いられる。そのため、従来の不揮発性半導体記憶装置において問題となっていた誤動作が発生しない。以下に、詳しく説明する。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、リファレンスセルRC1nが選択される際に、読出し対象のメモリセルMC00と異なるセクタに存在するリファレンスセルRC1nが選択される。これは、読出し対象のメモリセルMC00と同一セクタのリファレンスセルRC0nが選択された場合には、ワード線WL0が活性化されているため、当該ワード線WL0に接続されたメモリセルMC0nからもデータ読出しが行われてしまい、誤動作が発生してしまうからである。
さらに、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、リファレンスセルRC1nが選択される際に、読出し対象のメモリセルMC00に接続された主ビット線MBLaおよび主仮想GND線MBLbと異なる配線である相補主ビット線MBLcおよび相補主仮想GND線MBLdが使用される。これは、メモリセルMC00と異なるセクタであったとしても、メモリセルMC00と同一列に存在するリファレンスセルRC10が選択されてしまうと、誤動作の問題が解決されないからである。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、リファレンスセルRCもメモリセルMCと同様にメモリセル領域1にマトリクス状に配置されている。すなわち、周期性の優れた部分に当該リファレンスセルRCが配置される。そのため、リファレンスセルRCがメモリセル領域1外に設けられる場合に比べて、安定した構造を持ったリファレンスセルRCを得ることができるようになる。その結果、安定したリファレンス電圧を発生することが可能となる。
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の概要について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の具体的構成については、後ほど説明する。本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置とリファレンスセルRCが配置される位置が異なる。これ以外については、第1の実施形態と同様である。ここで、図3は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成の概念図である。なお、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置も、読出し動作において特徴を有している。そのため、以下の説明は、読出し動作を前提とした説明である。
図3に示す不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル領域1、選択線選択回路2、ローデコーダ3、コラムデコーダ4、コラム選択回路5、センスアンプ7およびプリローデコーダ8を備える。メモリセル領域1は、メモリセルMC00、メモリセルMC10、メモリセルMC20、メモリセルMC30、メモリセルMC0n、メモリセルMC1n、メモリセルMC2n、メモリセルMC3n、リファレンスセルRC00、リファレンスセルRC0n、選択トランジスタSL00、選択トランジスタSL10、選択トランジスタSL20、選択トランジスタSL30、選択トランジスタSL0n、選択トランジスタSL1n、選択トランジスタSL2n、選択トランジスタSL3n、選択トランジスタRSL00、選択トランジスタRSL10、選択トランジスタRSL0n、選択トランジスタRSL1n、主ビット線MBLa、主仮想GND線MBLb、相補主ビット線MBLc、相補主仮想GND線MBLd、副ビット線DBL0a、副仮想GND線DBL0b、副ビット線DBL1a、副仮想GND線DBL1b、相補副ビット線DBL0c、相補副仮想GND線DBL0d、相補副ビット線DBL1c、相補副仮想GND線DBL1d、相補副ビット線RDBL0a、相補副仮想GND線RDBL0b、相補副ビット線RDBL0c、相補副仮想GND線RDBL0d、選択線SEL01〜14、選択線RSEL01〜04、ワード線WL01〜12およびリファレンスワード線RWLを含む。メモリセル領域1は、複数のセクタに分割されている。具体的には、図3に示す不揮発性半導体記憶装置では、行方向に長い長方形であるセクタ0とセクタ1とが、列方向に並べて配置される。また、セクタ0とコラム選択回路5との間には、リファレンスセルRCが配置される領域が設けられている。
ここで、セクタ0および1については、リファレンスセルRCがメモリセルMCに置換されたこと以外は、第1の実施形態の図1に示す不揮発性半導体記憶装置と同じであるので説明を省略する。そこで、以下に、本実施形態と第1の実施形態との相違点であるリファレンスセルRCが配置された領域について説明する。
選択トランジスタRSLは、MBLとDBLとの接続または遮断を切り替える。具体的には、選択トランジスタRSL00は、選択線RSEL01が活性化されることによって、主ビット線MBLaと副ビット線RDBL0aとを接続する。選択トランジスタRSL10は、選択線RSEL03が活性化されることによって、主仮想GND線MBLbと副仮想GND線RDBL0bとを接続する。選択トランジスタRSL0nは、選択線RSEL02が活性化されることによって、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線RDBL0cとを接続する。選択トランジスタRSL1nは、選択線RSEL04が活性化されることによって、相補主仮想GND線MBLdと相補副仮想GND線RDBL0dとを接続する。
リファレンスセルRC00は、リファレンス電圧を発生し、その拡散領域が相補副ビット線RDBL0aと相補副仮想GND線RDBL0bとに接続され、そのゲートがリファレンスワード線RWLに接続される。リファレンスセルRC0nは、リファレンス電圧を発生し、その拡散領域が相補副ビット線RDBL0cと相補副仮想GND線RDBL0dとに接続され、そのゲートがリファレンスワード線RWLに接続される。
なお、選択線選択回路2、ローデコーダ3、コラムデコーダ4、コラム選択回路5、センスアンプ7およびプリローデコーダ8については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
ここで、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の読出し方法について説明する。なお、ここでは、読出し方法の一例として、セクタ0のメモリセルMC00からデータが読み出される場合について説明を行う。
まず、セクタ0のメモリセルMC00からデータが読み出される場合には、選択線SEL01、選択線SEL03、ワード線WL01を活性化させて、当該メモリセルMC00を選択する。なお、本処理は、第1の実施形態と同様であるのでこれ以上の詳細な説明を省略する。
上記メモリセルMC00の選択動作と同時的かつ独立的に、リファレンス電圧を読み出すために、メモリセルMC00と異なる列に配置されたリファレンスセルRCの選択動作が行われる。ここでは、リファレンスセルRC0nが選択されるものとする。以下に、かかる選択動作について詳しく説明する。
まず、コラム選択回路5は、リファレンスセルRC0nを選択するためのローデコード信号に基づいて、相補主ビット線MBLcと相補主仮想GND線MBLdとを活性化する。また、選択線選択回路2は、リファレンスセルRC0nを選択するためのローデコード信号に基づいて、選択線RSEL02および選択線RSEL04を活性化する。これにより、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線RDBL0cとが接続され、相補主仮想GND線MBLdと相補副仮想GND線RDBL0dとが接続される。さらに、ローデコーダ3は、リファレンスセルRC0nを選択するためのローデコード信号に基づいて、リファレンスワード線RWLを活性化する。これにより、当該リファレンスセルRC0nが選択される。
さらに、選択線選択回路2は、リファレンスセルRC0nを選択するためのローデコード信号に基づいて、選択線SEL12および選択線SEL14を活性化する。これにより、相補主ビット線MBLcと相補副ビット線DBL1cとが接続され、相補主仮想GND線MBLdと相補副仮想GND線DBL1dとが接続される。但し、ワード線WL02、ワード線WL11およびワード線WL12は活性化されない。このように各配線が活性化されることにより、相補主ビット線MBLcから見た相補副仮想ビット線RDBL0cや相補主GND線MBLdから見た相補副仮想GND線RDBL0dの寄生容量が、相補副仮想ビット線DBL1cや相補副仮想GND線DBL1dの寄生容量に対し十分に小さい場合、センスアンプ7から見た、メモリセルMC00側に付随している寄生容量とリファレンスセルRC0n側に付随している寄生容量との均衡を取ることが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、第1の実施形態と同様に、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題を解決することが可能となる。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図4は、メモリセルMC00からデータが読み出される際に、不揮発性半導体記憶装置に付随する寄生容量のイメージを示した図である。なお、図4は、主ビット線MBLaと相補主ビット線MBLcと付随する寄生容量を示している。
図4において、C1は、主ビット線MBLaから見たときの、セクタ0以外の寄生容量を示している。C2は、相補主ビット線MBLcから見たときの、セクタ1の寄生容量を示している。C3は、主ビット線MBLaから見たときのセクタ0の寄生容量を示している。C4は、相補主ビット線MBLcから見たときのセクタ1およびリファレンスセルRC0nが存在する領域以外の寄生容量を示している。C5は、主仮想GND線MBLbから見たときの、セクタ0以外の寄生容量を示している。C6は、相補主仮想GND線MBLdから見たときの、セクタ1の寄生容量を示している。C7は、相補主ビット線MBLbから見たときの、セクタ0の寄生容量を示している。C8は、相補主仮想GND線MBLdから見たときの、セクタ1およびリファレンスセルRC0nが存在する領域以外の寄生容量を示している。C9は、相補主ビット線MBLcから見たときの、リファレンスセルRC0nが存在する領域の寄生容量を示している。C10は、相補主仮想GND線MBLdから見たときの、リファレンスセルRC0nが存在する領域の寄生容量を示している。
ここで、メモリセルMC00からデータが読み出される場合には、選択トランジスタSL00と選択トランジスタSL10と選択トランジスタSL2nと選択トランジスタSL3nとがONに制御される。そのため、主ビット線MBLaから見たときのセクタ0以外の寄生容量C1と、相補主ビット線MBLcから見たときのセクタ1以外の寄生容量C4とは略等しくなる。さらに、主ビット線MBLaから見たときのセクタ0の寄生容量C3と相補主ビット線MBLcから見たときのセクタ1の寄生容量C2とは等しくなる。その結果、センスアンプ7から見た主ビット線MBLa側に付随する寄生容量と、相補主ビット線MBLcに付随する寄生容量とは略等しくなる。さらに、リファレンスセルRCが存在する領域は、セクタ0やセクタ1に比べて、十分に小さく作られると考えられるので、C9の影響は小さいものと考えられる。その結果、すなわち、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題が解決される。ただし、C9が、相補主ビット線MBLcに付随する寄生容量の大きな割合を占める場合には、当該C9に相当する寄生容量を、主ビット線MBLaに付加して、容量不均衡の問題を解決してもよい。
また、リファレンスセルRCが存在する領域の寄生容量を他のセクタ(セクタ0やセクタ1など)と等しくすることができるならば、選択トランジスタSL2nと選択トランジスタSL3nとを非活性の状態にすることで、容量不均衡の問題を解決してもよい。なお、同様のことが、主仮想GND線MBLと相補主仮想GND線MBLとの間にもいえる。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、第1の実施形態と同様に、リファレンスセルRCに接続される相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLと、メモリセル領域1内の主ビット線MBLとを兼用している。すなわち、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、従来と異なり、リファレンスセルRCに接続される相補主ビット線MBLおよび相補主仮想GND線MBLが新たに設けられているのではない。そのため、メモリセル領域1の面積を大きくすることなく、センスアンプ7からみたメモリセルMC側とリファレンスセルRC側に生じる容量不均衡の問題を解決することが可能となる。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、第1の実施形態と同様に、読出し対象のメモリセルMCの属するセクタと異なるセクタであって、かつ当該メモリセルMCと異なる列に存在するリファレンスセルRCが用いられて、リファレンス電圧が生成される。そのため、従来の不揮発性半導体記憶装置において問題となっていた誤動作が発生しない。
また、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、セクタ外にリファレンスセルRCが配置される。そのため、消去動作や書き込み動作におけるディスターブ等のリファレンスセルへのストレスを緩和することができる。また、本実施形態では、第1の実施形態においてリファレンスセルとして用いられていたセルを、メモリセルとして用いることができるので、メモリセル領域内のメモリセルの密度を、第1の実施形態よりも高くすることができる。その結果、不揮発性半導体記憶装置の大容量化を図ることが可能となる。
なお、図3において、選択トランジスタRSL0n、選択トランジスタRSL1nを介して、リファレンスセルRC0nを相補主ビット線MBLcと相補主仮想GND線MBLdに接続させる形を採っているが、リファレンス側の構成はこの形式に限定されるものではない。例えば、リファレンスセルRC0nと同等の電流を供給する電流源が、相補主ビット線MBLcと相補主仮想GND線MBLdとに接続されるように配置されても同様の効果が得られる。
(第1および第2の実施形態においてセクタが複数存在する場合について)
上記第1および第2の実施形態では、説明の便宜上、2つのセクタが存在する不揮発性半導体記憶装置について説明を行ったが、不揮発性半導体記憶装置に含まれるセクタの数は、2つに限らない。そこで、以下に、3以上のセクタが存在する不揮発性半導体記憶装置について説明を行う。ここでは、その一例として、第1の実施形態に示す不揮発性半導体記憶装置に4つのセクタが存在する場合について説明する。なお、図5は、当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した概略図である。
図5に示す不揮発性半導体記憶装置は、セクタ0〜セクタ3の4つのセクタを備える。各セクタは、同一の構造を有する等しい大きさを持ったセクタである(以下、同一構造であって、等しい大きさを有するセクタを同一物理セクタサイズと称す)。図5では、メモリセルMC00からデータが読み出され、リファレンスセルRC11が選択されているものとする。すなわち、所定の選択トランジスタSL(図示せず)がONに制御されて、メモリセルMC00のドレインおよびソースが主ビット線MBLaおよび主仮想GND線MBLbに接続されており、リファレンスセルRCのドレインおよびソースが、相補主ビット線MBLcおよび相補主仮想GND線MBLdに接続されている。なお、図5では、選択されていないメモリセルMCおよびリファレンスセルRCは省略されている。
図5に示すように、読み出し動作時において、同一物理セクタサイズであって互いに異なるセクタに属するメモリセルMCとリファレンスセルRCとが選択される。これにより、センスアンプ7から見た主ビット線MLBaと相補主ビット線MLBcとの間における容量不均衡、および、センスアンプ7から見た主仮想GND線MLBbと相補主仮想GND線MLBdとの容量不均衡を低減することが可能となる。
ここで、例えば、セクタ0内のメモリセルMC00を読み出す際には、当該セクタ0に隣接するセクタ1に存在し、かつ、メモリセルMC00に近い列に存在するリファレンスメモリセルRC11を選択することが望ましい。これにより、容量等のミスマッチや物理的な位置関係によるノイズや伝播遅延等を極力低減することができる。
次に、同一物理セクタサイズのセクタが複数個配置された不揮発性半導体記憶装置の別の構成例として、汎用メモリ等に用いられるメモリセル領域1の構造について、図面を参照しながら説明する。図6は、全体として256KBの記憶容量を持ったメモリセル領域1における、セクタとデコーダとの大きさの関係を示した図である。
一般的な、256KBの記憶容量を持つメモリセル領域1では、8KB、8KB、16KB、32KB、64KB、64KBおよび64KBの容量を持った7つのセクタに区切られる。これに対して、図6に示すメモリセル領域では、8KB、8KB、16KB、16KB、16KB、64KB、64KBおよび64KBの容量を持った8つのセクタに区切られる。すなわち、一般的なメモリセルアレイにおいて32KBの容量を持っていたセクタが、図6に示すメモリセル領域1では、2つの16KBの容量を持ったセクタに分割されている。そして、図6では、当該メモリセル領域1の分割に対応させて、書き込み/読出しデコーダが配置されている。
上記のようにメモリセル領域1が分割されることにより、一般的なメモリセルアレイでは、8KB、16KBおよび64KBのそれぞれの容量を持ったセクタを、複数ずつ設けることが可能となった。その結果、ノイズに対してバランスの取れた読み出し動作を実現することが可能となる。具体的には、一般的なメモリセル領域では、32KBの容量を持ったセクタのメモリセルMCが読み出されたときには、等しい容量を持ったセクタのリファレンスセルRCを読み出すことができなかった。そのため、容量不均衡の問題を解決することができなかった。
これに対して、図6に示すメモリセル領域1の分割方法では、それぞれの容量に対して少なくとも2つ以上のセクタがもうけられている。そのため、読み出し対象のメモリセルMCが属するセクタの容量と、リファレンスセルRCが属するセクタの容量とを一致させることが可能となる。その結果、ノイズに対してバランスの取れた読み出し動作を実現することが可能となる。
また、一般的には、書き込み/読出しデコーダおよび消去デコーダは、それぞれのセクタに対応させて配置される。これに対して、図6に示すメモリセル領域1では、書き込み/読出しデコーダは、メモリセル領域1に対応した状態で配置されるが、消去デコーダは、メモリセル領域1に一部分だけ対応していない状態で配置される。具体的には、16KBの容量を持った2つのセクタの部分については、これらの2つのセクタに対して1つの消去デコーダが配置されている。さらに、16KBの容量を持った2つのセクタに対応する2つの書き込み/読出しデコーダと、当該2つの書き込み/読出しデコーダに対応する1つの消去デコーダとは、OR回路により接続されている。すなわち、書き込み/読出しデコーダに入力するセクタ選択信号のORを取った信号が消去デコーダに入力するようになっている。これにより、外部から見た消去デコーダの分割方式を、一般的なメモリセル領域の分割方式と同じにできる。なお、ここでは、256KBの汎用タイプメモリセルの分割を例に取ったが、メモリ容量、分割の具体例により、本実施の形態がなんら制約を受けるものではないことは明らかである。
ところで、メモリセル領域1内のセクタの大きさは、ユーザの要望に依存することが多い。そのため、全セクタが均一な物理セクタサイズで構成されないことがある。そこで、以下に、物理セクタサイズが異なったメモリセル領域1の構成および読み出し動作について図面を参照しながら説明を行う。図7は、物理セクタサイズが異なるセクタを含んだメモリセル領域1の概要を示した図である。
図7では、各セクタのサイズの間には、セクタ0>セクタ2=セクタ3>セクタ1の関係が成立している。また、セクタ3の下には、ダミーロードと呼ばれるダミー容量を付随させるための機構が設けられる。以下に、このような構造を有する不揮発性半導体記憶装置において、その読み出し動作について説明する。なお、ここでは、その一例として、一番大きなセクタであるセクタ0のメモリセル00からデータが読み出される場合について説明を行う。
まず、上述したように、読み出し対象のメモリセルMC00が選択される。さらに、リファレンス電圧を発生させるために、セクタ1のリファレンスセルRC11が選択される。ここで、選択されたメモリセルMC00が属するセクタ0の物理セクタサイズと、リファレンスセルRC11が属するセクタ1の物理セクタサイズとは異なる。そのため、センスアンプ7から見た主ビット線MBLaと相補主ビット線MBLbとの間の容量不均衡および主仮想GND線MBLbと相補主仮想GND線MBLdとの間の容量不均衡が残ったままとなる。したがって、正確な読み出し動作は困難となる。特にメモリセルが所望の状態に書き込み/消去できているかを判定するベリファイ動作においては、容量不均衡からくるセンスアンプ7の最適動作点のずれはメモリセルの信頼性上の問題となりかねない。
そこで、図7に示す不揮発性半導体記憶装置では、物理セクタサイズの小さいセクタ1が接続されている相補主ビット線MBLcおよび相補主仮想GND線MBLd側に、ダミーロードを接続している。これにより、主ビット線MBLaおよび主仮想GND線MBLbにおいて、セクタ0の存在により付随する寄生容量と等しい寄生容量を付随させることが可能となる。すなわち、メモリセルMC側とリファレンスセルRC側との間に発生する容量不均衡を改善することが可能となる。特にベリファイ動作時においては、複数あるセクタサイズの最大物理セクタサイズの寄生容量に等しくなるよう、ダミー容量を付随させて読み出すことが有効である。
ところで、上述したようなセクタサイズの違いを原因として発生する容量不均衡の問題は、上記ダミーロードを付加する以外の方法によっても解決することができる。具体的には、リファレンスセルRCに流れる電流量を物理セクタサイズ比に応じて調整することにより、セクタサイズの違いを原因として発生する容量不均衡の問題を解消することができる。そこで、以下に、リファレンスセルRCに流れる電流量を物理セクタサイズ比に応じて調整する方法について詳しく説明する。
(セクタサイズの違いを原因として発生する容量不均衡のその他の解消法)
まず、読み出し動作時において、放電し始めてから所定時間(Δt)が経過した時点での電位変化ΔVは、I=C(dV/dt)の関係式から、以下の式(1)により表すことができる。
ΔV=(Δt/C)・I・・・(1)
ここで、ΔVは電圧の変化量を示し、Iはリファレンスセル電流を表し、Cはビット線容量を表し、Δtは単位時間を表す。
ここで、単位時間Δtでの電位変化量ΔVを一定として考えると、リファレンスセル電流Iとビット線容量Cとの間には、比例関係が成立する。そのため、セクタサイズの違いにより、容量不均衡が発生した場合には、リファレンスセルに流れる電流値を調節することにより、容量不均衡の問題を解消することが可能となる。以下に、具体例を挙げて説明する。
例えば、図7において、セクタ0のメモリセルMC00が読み出される場合において、隣接するセクタ1のリファレンスセルRC11が選択されたとする。この場合には、セクタ0がセクタ1よりも大きいので、メモリセルMC00側に付随する寄生容量は、リファレンスセルRC11側に付随する寄生容量よりも大きくなってしまう。そこで、リファレンスセルRC0に流れる電流量を減少させて読み出し動作を行えば、容量不均衡を改善することが可能となる。
なお、リファレンスセル電流を調整する具体的手段としては、例えば、図8に示すような回路が考えられる。図8に示す回路には、3種類の選択信号SELV1〜V3と、電圧V1〜V3(V1<V2<V3)とが入力している。そして、図8に示す回路は、選択信号SELV1〜V3に基づいて、V1、V2またはV3の電圧をリファレンスワード線RWLに印加する。なお、図中のLSは、レベルシフト回路を示す。このように、リファレンスセルRCのゲート電圧を制御することにより、リファレンス電流を調整することが可能である。また、図9に示すように、電流能力の異なるリファレンスセルを複数種類用意して、物理セクタサイズ比に応じて、選択するリファレンスワード線RWL<n:0>を変更することによっても実現することができる。
上述したような手法を採ることにより、物理セクタサイズが異なるメモリアレイに対しても対応することが可能となり、その結果、メモリアレイ中にメモリ以外のアレイ列を設けずにビット線、相補ビット線の主ビット線対を設けることが可能となる。
図10は、図7に示す物理セクタサイズが異なる複数のセクタを有する不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図である。また、図11は、実際に読み出し動作を行う際の主ビット線MBLa、相補主ビット線MBLcのセンス動作時の波形を示した図である。ここで、図11において、実線は、低閾値状態のメモリセルMCに接続された主ビット線の放電波形であり、破線は、リファレンスセルRCによる主ビット線の放電波形である。
図10において、ケース:tpt1は、メモリセルMC0のデータが読み出されるときに、リファレンスセルRC0のリファレンス電位が用いられることを示しており。ケース:tpt1’は、メモリセルMC1のデータが読み出されるときに、リファレンスセルRC1のリファレンス電位が用いられることを示している。なお、メモリセルMC0の読み出し動作と、メモリセルMC1の読み出し動作とは、異なるタイミングで読み出される。
ここで、図10に示すように、ケース:tpt1に含まれるセクタ4およびセクタ5のセクタサイズと、ケース:tpt1’に含まれるセクタ0およびセクタ1のセクタサイズとは、異なる大きさである。その為、センスアンプ7から見た主ビット線MBLa、相補主ビット線MBLcの寄生容量が異なってくる。この寄生容量の違いは、図11に示すように、主ビット線対のセンス時間の違いに現れてくる。具体的には、ケース:tpt1では、ケース:tpt1’に比べて、寄生容量が小さい。その為、図11に示すように、センスアンプ7が最適に動作できる差電圧ΔVsaに至るまでのセンス時間は、ケース:tpt1ではt1であるのに対して、ケース:tpt1’ではt1よりも長いt2になる。これは、ケース:tpt1’でのセクタサイズが、ケース:tpt1でのセクタサイズよりも大きいため、ケース:tpt1’での寄生容量が、ケース:tpt1での寄生容量よりも大きくなってしまうからである。このように、センス時間がセクタごとに異なっていると、例えば、ケース:tpt1’において、t1の時点ではセンスアンプ7が最適に動作できる差電圧まで達していなく、誤判定を生じる危険性がある。このような場合には、物理セクタサイズ比に応じて、センスタイミングを調整すればよい。これにより、センスアンプ7が最適に動作できるようになる。その結果、異なる物理セクタサイズのセクタを複数含んだ不揮発性半導体記憶装置において、主ビット線、相補主ビット線の容量不均衡が実質的にないアレイ構成の元、読み出し動作を実現することが可能となる。
(センスアンプ7のオフセットについて)
以下に、本発明のアレイ構成での読み出し動作時におけるセンスアンプ7のオフセットに対する改善例について説明する。ここで、図12は、メモリセル領域1、コラム選択回路5、極性反転回路6およびセンスアンプ7の構成を示した図である。
メモリセル領域1には、複数の主ビット線MBL0〜MBL7が配置される。なお、主ビット線MBLの本数は、これに限らない。また、図12中では、副ビット線DBLやメモリセルMC等については省略している。コラム選択回路5は、主ビット線MBL0〜MBL7の中から、コラム選択信号Y0〜Y3に基づいて、2本の主ビット線を選択する。極性反転回路6は、コラム選択回路5により選択された2本の主ビット線をセンスアンプ7に順接続および逆接続する。ここでは、センスアンプ7に接続されるメモリは、全て主ビット線MBL0〜MBL7に接続されており、各セクタでは、各主ビット線MBL0〜MBL7に各々のセクタの副ビット線が接続されているものとする。
ここで、ビット線の選択について説明する。コラム選択信号Y0〜Y3の内の1つの信号により、右半分の領域の主ビット線MBLと左半分の領域の主ビット線MBLとが一本ずつ選択される。具体的には、主ビット線MBL0に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL4に接続される。また、主ビット線MBL1に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL5に接続される。主ビット線MBL2に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL6に接続される。主ビット線MBL3に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL7に接続される。一方、主ビット線MBL4に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL0に接続される。また、主ビット線MBL5に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL1に接続される。主ビット線MBL6に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL2に接続される。主ビット線MBL7に読出し副ビット線が接続されている時には、リファレンス側の相補副ビット線は、相補主ビット線MBL3に接続される。
上述したように、メモリセル領域1の左半分の領域と右半分の領域とのそれぞれから、主ビット線MBLと相補主ビット線MBLとが1本ずつ選択される。そして、選択された2本の主ビット線MBLは、極性反転回路6を介して、センスアンプ7に接続される。ここで、当該極性反転回路6では、左半面のメモリセル(メモリセルが主ビット線MBL0−MBL3に接続される場合)がアクセスされる場合には、順接続POSI信号が活性化される。一方、右半面のメモリセル(メモリセルが主ビット線MBL4−MBL7に接続される場合)がアクセスされる場合には、逆接続NEGA信号が活性化される。これにより、常に、メモリセルがセンスアンプ7の正入力側に接続されるようになる。
ここで、一般な不揮発性半導体記憶装置では、センスアンプを用いて、メモリセルの書き込みレベル、消去レベルが適正なレベルまで書き込みもしくは消去されたか判定されている。一方、図12に示す不揮発性半導体記憶装置では、センスアンプ7にオフセット電圧があったとしても、メモリセルの分布は、センスアンプ7のオフセット電圧分だけずれたものとなる。一方、極性反転回路6がない場合には、逆方向にもずれたメモリセルの分布になり、広い分布となる。
(不揮発性半導体記憶装置の具体的構成例)
以下に、不揮発性半導体記憶装置の具体的構成例について説明する。メモリセルMCからのデータの読み出し方法には、ドレイン側読み出しとソース側読み出しの2種類の方法が存在する。まず、ドレイン側読み出し方法とは、選択されたメモリセルMCとリファレンスセルRCとのそれぞれのドレイン側に、所定の電圧を印加する。そして、その際に流れる電流差による主ビット線、相補主ビット線の電位変化をセンスアンプによって判定する読み出し方法である。なお、この際、VGAの構成上、選択されたメモリセルMCおよびリファレンスセルRCのドレイン側に接続されたメモリセルMC、リファレンスセルRCを介して、隣接する副ビット線に電流が漏れてしまう。そこで、隣接副ビット線に、選択されたメモリセルMC、リファレンスセルRCのドレイン側とほぼ同等の電圧を印加することにより、電流の漏れが防止される。
一方、ソース側読み出し方法とは、選択されたメモリセルMC、リファレンスセルRCのドレイン側に所定の電圧を印加して、流れる電流差によって生じる主仮想GND線および相補主仮想GND線の電位変化をセンスアンプ7によって判定する読み出し方法である。
まず、ドレイン側読み出し方法にもソース側読み出し方法にも適応できる不揮発性半導体記憶装置について説明する。図13は、第2の実施形態に係る当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図である。
図13に示す不揮発性半導体記憶装置は、従来の特許文献1に示す不揮発性半導体記憶装置に対して、各セクタにおける選択線SELの本数が2倍である点において特徴を有する。具体的には、当該不揮発性半導体記憶装置は、セクタ0およびセクタ1を選択する選択トランジスタSL00〜0F、選択トランジスタSL10〜1F、選択線SEL[00]〜[0F]および選択線SEL[10]〜[1F]を備える。さらに、当該不揮発性半導体記憶装置は、メモリセルMCa00〜16、メモリセルMCb00〜16、メモリセルMCc00〜16、メモリセルMCd00〜16、副ビット線DBL000〜016、副ビット線DBL100〜116および主ビット線MBL[0]〜[7]を備える。また、図には示していないが、主ビット線MBLは、コラム選択回路5と接続されている。なお、主ビット線MBLは、読み出し動作時において主ビット線、主仮想GND線、相補主ビット線または相補主仮想GND線として用いられる。また、副ビット線DBLは、読み出し動作時において、副ビット線、副仮想GND線、相補副ビット線または相補副仮想GND線として用いられる。なお、以降の説明において断りがない限り、読み出し動作を行う際に、リファレンス側に接続される主ビット線、主仮想GND線、副ビット線および副仮想GND線を、相補主ビット線、相補主仮想GND線、相補副ビット線、相補副仮想GND線と定義することにする。
まず、図13に示す不揮発性半導体記憶装置の構成について説明する。まず、主ビット線MBLは、選択トランジスタSLを介して、各副ビット線DBLに接続される。具体的には、1本の主ビット線MBLに対して、各セクタにおいて、2本ずつ副ビット線DBLが選択トランジスタSLを介して接続される。そして、互いに隣り合う副ビット線DBLの間には、それぞれ2個ずつメモリセルMCが配置される。なお、図示はしていないが、ソース側読み出しの場合、1本の主ビット線MBLに対して、各セクタにおいて、4本ずつの副ビット線DBLが選択トランジスタSLを介して接続する構成であってもよい。
また、選択線SELは、各セクタに16本ずつ配置される。選択線SELは、16個周期で選択トランジスタSLと接続されている。すなわち、1本の選択線SELが活性化されることにより、16本周期で副ビット線DBLを選択することが可能となる。
ここで、MBLとDBLと選択線SELとの本数の関係について説明する。図13では、MBLの本数とDBLの本数との比は、1:2となっている。そして、選択線SELは、各セクタにおいて16本設けられている。これらの本数は、データ読み出し時において、隣接するDBLに電流が漏れることを防止しながら、読み出し対象のメモリセルに接続されたDBLと、当該2本のDBLに接続可能な2本のMBLとを接続する選択トランジスタSLの動作を制御しつつ、当該2本のMBLと異なる2本のMBLと、当該2本のMBLと異なる2本のMBLに接続可能なDBLとの接続を制御する選択トランジスタSLとを、同時的かつ独立的に制御するために必要な本数である。また、選択線SELの本数を2倍にすることで選択線あたりに接続される選択トランジスタSLの数を従来に比べ半減し、選択線SELを駆動することで生じる消費電流の増加を押さえる効果も含んでいる。
また、メモリセルMCは、1ビット以上の情報を格納できる。メモリセルMCは、例えば、ソース側、ドレイン側に物理的に2ビット格納できるようなメモリセルであれば、ビット線、仮想GND線の関係を変えて読み出すことは可能となることは言うまでもない。
なお、図13では、リファレンスセルRCは、メモリセルアレイの外に形成される。そのため、図13では、リファレンスセルRCは省略されている。
以上のように構成された不揮発性半導体記憶装置において、その読み出し動作について説明を行う。なお、ここでは、その一例として、セクタ1内のメモリセルMCb00が読み出される場合について説明する。
まず、ドレイン側読み出し方法によりデータが読み出される場合について説明する。メモリセルMCb00の仮想副仮想GND線をDBL100、副ビット線をDBL101とする。この場合において、選択トランジスタSL18を介して、主ビット線MBL[1]から副ビット線DBL101に所望のドレイン電圧を供給するために、選択線SEL[18]が活性化される。また、選択トランジスタSL10を介して、主仮想GND線MBL[0]と副仮想GND線DBL100とを接続するために、選択線SEL[10]が活性化される。さらに、メモリセルMCb00が接続されたのワード線WL_bが活性化される。
この際、上述したように、同じワード線WL_bを共有するメモリセルMCb01を介して副ビット線DBL101から副ビット線DBL102に電流が漏れてしまうおそれがある。そこで、副ビット線DBL102に対して、副ビット線DBL101とほぼ同等のドレイン電圧を供給する必要がある。そのため、選択線SEL[12]を活性化させ、選択トランジスタSL12を介して、主ビット線MBL[2]から副ビット線DBL102に、副ビット線DBL101とほぼ同等のドレイン電圧を供給する。これにより、副ビット線DBL102に電流が漏れることが防止される。
上記読み出し動作と並行して、メモリセルアレイ外に設けられたリファレンスセルRCからリファレンス電圧の読み出しが行われる。ここでは、その動作の一例として、MBL[4]およびMBL[5]に接続されたリファレンスセルからリファレンス電圧の読み出しが行われる場合について説明する。なお、この場合には、セクタ1と異なるセクタであるセクタ0のメモリブロック200に存在するDBLが、寄生容量のマッチングに用いられる。
まず、選択トランジスタSL0Cを介して、主ビット線MBL[5]と副ビット線DBL009を接続するために、選択線SEL[0C]を活性化させる。また、選択トランジスタSL04を介して、主仮想GND線MBL[4]と副仮想GND線DBL008を接続するために、選択線SEL[04]を活性化させる。
以上のような接続方法により、メモリセル側と同じ構成を隣接する主ビット線、主仮想GND線で実現することができる。その結果、センスアンプ7から見たメモリセル側、リファレンス側の寄生容量をほぼ等しくすることができる。また、メモリアレイ中にメモリ以外のアレイ列を設けずにビット線、相補ビット線の主ビット線対を設けることが可能となる。
また、隣接する副ビット線DBLに電流が漏れることなく、メモリセルMCb00からドレイン側読み出し法による読み出し動作が可能となる。以下に、理由を説明する。図13に示す不揮発性半導体記憶装置では、従来の不揮発性半導体記憶装置よりも選択線の本数を増やしている。具体的には、図13に示す不揮発性半導体記憶装置では、従来の不揮発性半導体記憶装置と比較して、各セクタにおける選択線SELの本数が2倍になっている。これにより、セクタ1内におけるメモリブロック300の範囲内でメモリセルMCを選択できると共に、同じセクタ内の隣のメモリブロック400に対しては、選択トランジスタSLが活性化されていない状態を作り出すことができる。そのため、隣接するメモリブロック400内の主ビット線MBL[4]〜[7]を用いて、リファレンスセルRCの読み出しを行うことが可能となる。
次に、ソース側読み出し方法によりデータが読み出される場合について説明する。ここで、ソース読み出し方法におけるメモリセル側およびリファレンスセル側の選択方法は、ドレイン側読み出し方式において隣接メモリセルを介した漏れ電流を防ぐための制御を除けば基本的にドレイン側読み出し方式における選択方法と略同じである。以下に、詳しく説明する。
ここで、メモリセルMCb00の仮想副仮想GND線を、DBL100、副ビット線をDBL101とする。この場合において、選択トランジスタSL18を介して、主ビット線MBL[1]から副ビット線DBL101に所望のドレイン電圧を供給するために、選択線SEL[18]が活性化される。また、選択トランジスタSL10を介して、主仮想GND線MBL[0]と副仮想GND線DBL100とを接続するために、選択線SEL[10]が活性化される。さらに、メモリセルMCb00が接続されたのワード線WL_bが活性化される。そして、主仮想GND線MBL[0]の電位変化がセンスアンプ7により読み出される。
上記読み出し動作と並行して、メモリセルアレイ外に設けられたリファレンスセルRCからリファレンス電圧の読み出しが行われる。ここでは、その動作の一例として、MBL[4]およびMBL[5]に接続されたリファレンスセルからリファレンス電圧の読み出しが行われる場合について説明する。なお、この場合には、セクタ1と異なるセクタであるセクタ0のメモリブロック200に存在するDBLが、寄生容量のマッチングに用いられる。
まず、選択トランジスタSL0Cを介して、主ビット線MBL[5]と副ビット線DBL009を接続するために、選択線SEL[0C]を活性化させる。また、選択トランジスタSL04を介して、主仮想GND線MBL[4]と副仮想GND線DBL008を接続するために、選択線SEL[04]を活性化させる。そして、相補仮想GND線MBL[4]の電位変化が、センスアンプ7により読み出される。
以上のようにして、図13に係る不揮発性半導体記憶装置において、ソース側読み出し方法を実現することができる。なお、上述したように、ソース側読み出しの場合には、隣接副ビット線などへの電流の漏れについて留意する必要がない。そのため、図13よりも選択線の数を減らすことできる。そこで、以下に、ソース側読み出し方法に適した不揮発性半導体記憶装置の構成について、図面を参照しながら説明する。ここで、図14および図15は、当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図である。
図14は図13に示したアレイ構成から選択線の本数を半減したものである。具体的には、図14では、MBLの本数とDBLの本数との比は、1:2となっている。そして、選択線SELは、各セクタにおいて8本設けられている。これらの本数は、読み出し対象のメモリセルに接続されたDBLと、当該2本のDBLに接続可能な2本のMBLとを接続する選択トランジスタSLの動作を制御しつつ、当該2本のMBLと異なる2本のMBLと、当該2本のMBLと異なる2本のMBLに接続可能なDBLとの接続を制御する選択トランジスタSLとを、同時的かつ独立的に制御するために必要な本数である。このように、ソース側読み出し方式の場合、ドレイン側読み出し方式であった隣接メモリセルを介した漏れ電流を防ぐための制御が不要なため、選択線の本数を削減することが可能となる。そうすることで選択線が配置される面積を削減することができ、コスト削減を図ることができる。
図15は特許文献2のアレイ構成を変更したもので、メモリセルMCb00を読み出す場合、選択線の詳しい説明は省略するが、メモリセル側は主ビット線MBL[1]と主仮想GND線MBL[0]、リファレンス側は隣接する相補主ビット線MBL[3]と相補仮想GND線MBL[2]とを用いることによって読み出し動作を行う。
また、ソース側読み出し方法が行われる場合には、選択されたメモリセルMC、リファレンスセルRCのソース側の副仮想GND線と主仮想GND線と、相補副仮想GND線と相補仮想GND線とを接続するための選択トランジスタSLを活性化する選択線SELに印加する電圧を低くすることができる。これにより、選択線SELで消費される電力を低減させ、内部電源の面積縮小や低消費電力化を実現することができる。以下に、理由を説明する。
読み出し動作時において、メモリセルMC、リファレンスセルRCのドレイン側に対しては、所望のドレイン電圧が供給される必要がある。一方、トランジスタがONに制御されるためには、ドレイン電圧よりも閾値電圧だけ高い電圧がゲート電極に印加されなければならない。すなわち、メモリセルMCおよびリファレンスセルRCのドレイン側の選択トランジスタSLに接続された選択線SELには、所望のドレイン電圧に選択トランジスタの閾値電圧を加えた電圧以上の電圧が印加されなければならない。一方、ソース側読み出しの場合、ソース側の電圧は、GNDレベル付近である。そのため、ソース側に接続された選択トランジスタの選択線SELには、ドレイン側の選択線SELほど高い電圧が印加される必要がない。すなわち、選択線SELに印加する電圧を、ソース側とドレイン側とで使い分けることにより、内部電源の面積縮小や低消費電力化を実現することができる。
なお、上記具体例では、リファレンスセル側において、メモリセル側と同じように、主ビット線MBLと副ビット線DBLとを接続し、主仮想GND線と副仮想GND線とを接続していたが、必ずしも、各配線の接続方法はこれに限らない。以下に、詳しく説明する。
例えば、図13に示す不揮発性半導体記憶装置において、ソース側読み出しが行われる場合には、リファレンスセル側では、選択トランジスタSL0Cを介して、主ビット線MBL[5]と副ビット線DBL009とを接続し、選択トランジスタSL04を介して、主仮想GND線MBL[4]と副仮想GND線DBL008とを接続していた。しかしながら、ソース側読み出しでは、主仮想GND線MBL[4]に付随する寄生容量が重要な要素となってくる。すなわち、主ビット線MBL[5]に付随する寄生容量は、特に大きな問題とならない。また、図13では、リファレンスセルは、セクタ0内には配置されない。そのため、主ビット線MBL[5]と副ビット線DBL009とを接続する必要はない。
そこで、このような場合には、選択線SEL[0C]を活性化しなくすればよい。このように、選択線SEL[0C]が非活性化されることにより、低消費電力化を実現することができる。
ところで、図13〜15に示す具体的構成例では、リファレンスセルRCがメモリセルMCと別領域に配置されていたが、リファレンスセルRCの配置はこれに限らない。具体的には、第1の実施形態で示したように、リファレンスセルRCがメモリセルMCと同様にマトリクス上に配置されていてもよい。この場合には、セクタ0内のメモリセルMCが読み出される場合には、セクタ1内のリファレンスセルRCが選択されたらよい。また、セクタ1内のメモリセルMCが読み出される場合には、セクタ0内のリファレンスセルRCが選択されたらよい。そこで、以下に、第1の実施形態で説明した不揮発性半導体記憶装置の具体的構成例について説明を行う。なお、ここでは、読み出し動作時における低消費電力化を図るために、ソース側読み出し方法されるものとして説明を行う。なお、図16は、当該不揮発性半導体記憶装置の具体的構成を示した図である。
ここで、図16に示す不揮発性半導体記憶装置は、図13に示す不揮発性半導体記憶装置とリファレンスセルRCの配置方法において相違点を有する。具体的には、図13では、各副ビット線DBLと副仮想GND線DBLとの間には、2つのメモリセルMCが配置されていたのに対して、図16では、各副ビット線DBLと副仮想GND線DBLとの間には、1つのメモリセルMCと1つのリファレンスセルRCとが配置される。これ以外については、共通しているので、説明を省略する。
以上のように構成された不揮発性半導体記憶装置において、以下にその読み出し動作について説明を行う。ここでは、その動作の一例として、メモリセルMCb00とメモリセルMCb01との2つのメモリセルからデータが同時に読み出されるものとする。また、この際、リファレンスセルRCd08とリファレンスセルRCd09とが選択されるものとする。当該読み出し動作は、2つのメモリセルMCから同時にデータが読み出されることにより、大幅な低消費電力化を図ることを目的としている。
まず、メモリセルMCb00の副仮想GND線をDBL100、副ビット線をDBL101とし、メモリセルMCb01の副仮想GND線をDBL102、副ビット線をDBL101とする。このように定義した場合において、選択トランジスタSL18を介して、主ビット線MBL[1]から副ビット線DBL101に所望のドレイン電圧を供給するために、選択線SEL[18]が活性化される。
また、メモリセルMCb00のソース側では、選択トランジスタSL10を介して、主仮想GND線MBL[0]と副仮想GND線DBL100とを接続するために、選択線SEL[10]が活性化される。さらに、メモリセルMCb01のソース側では、選択トランジスタSL12を介して、主仮想GND線MBL[2]と副仮想GND線DBL102とを接続するために、選択線SEL[12]が活性化される。さらに、メモリセルMCb00およびメモリセルMCb01が接続されたワード線WL_bが活性化される。これにより、2つのメモリセルMCのソース側に接続された主仮想GND線MBL[0]と主仮想GND線MBL[2]とを介して、これらの2つのメモリセルMCから同時にデータをソース側読み出し法により読み出すことが可能となる。
なお、この場合、上記メモリセルMCからのデータの読み出しと並行して、リファレンスセルの選択も行われる。そこで、リファレンスセル側では、リファレンスセルRCd08の仮想副仮想GND線をDBL008、副ビット線をDBL009とし、リファレンスセルRCd09の仮想副仮想GND線をDBL010、副ビット線をDBL009として、リファレンスセルRCの選択動作について説明を行う。
両リファレンスセルRCのドレイン側では、選択トランジスタSL0Cを介して、主ビット線MBL[5]から副ビット線DBL009に所望のドレイン電圧を供給するために、選択線SEL[0C]が活性化される。
また、リファレンスセルRCd08のソース側では、選択トランジスタSL04を介して、主仮想GND線MBL[4]と副仮想GND線DBL008とを接続するために、選択線SEL[04]が活性化される。さらに、リファレンスセルRCd09のソース側では、選択トランジスタSL06を介して、主仮想GND線MBL[6]と副仮想GND線DBL010とを接続するために、選択線SEL[06]が活性化される。また、リファレンスセルRCd08およびリファレンスセルRCd09が接続されたリファレンスワード線RWL_bが活性化される。これにより、ドレインとなる副ビット線DBL009を共有した2つのリファレンスセルから、ソース側読み出し方式を用いて同時にデータ読み出すことが可能となる。
上記読み出し方法によれば、通常では、1セルに対し1主副ビット線でドレイン電圧を供給していたのが、2セルに対し1主副ビット線で実行できるため、大幅な低消費電力化が実現できることとなる。
なお、図16を用いて説明した選択トランジスタを介した副ビット線と主ビット線、反主ビット線との接続は、この例だけでなく、すべての副ビット線に対して実施されるものである。
なお、図16に示す不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルMCは、1ビット以上の情報を記憶できるものである。
ところで、ドレイン側読み出しおよびソース側読み出しの2つのタイプの読み出しに関して、Nch型メモリセルを用いて詳細な説明を行ってきたが、Pch型メモリセルの場合についても、本発明を適用することができる。
まず、Nch型メモリセルにおいては、ドレイン側読み出し時では、正の読み出し電圧をメモリセルのドレイン側に印加し、そのメモリセルの電流の有無をドレイン側で検知する。また、ソース側読み出し時では、接地電圧の読み出し電圧をメモリセルのソース側に印加し、そのメモリセルの電流の有無をソース側で検知する。
一方、Pch型メモリセルの場合には、電圧の関係を逆にし(ワード線の電圧印加も逆になるがここでは省略する)、ドレイン側読み出し時には、負の読み出し電圧をメモリセルのドレイン側に印加し、そのメモリセルの電流の有無をドレイン側で検知する。また、ソース側読み出し時には、接地電圧の読み出し電圧をメモリセルのソース側に印加し、そのメモリセルの電流の有無をソース側で検知する。
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、回路の面積増加を抑制しつつ、正確なデータの判定が可能である効果を有し、複数のメモリセルが複数の行方向および列方向に沿って配置されたマトリクス状のメモリセル領域を有する不揮発性半導体記憶装置等として有用である。
第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成の概念図 第1の実施形態において、メモリセルMC00からデータが読み出される際に、不揮発性半導体記憶装置に付随する寄生容量のイメージを示した図 第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構成の概念図 第2の実施形態において、メモリセルMC00からデータが読み出される際に、不揮発性半導体記憶装置に付随する寄生容量のイメージを示した図 4つのセクタが存在する不揮発性半導体記憶装置の構成の概念図 全体として256KBの記憶容量を持ったメモリセル領域1における、セクタとデコーダとの大きさの関係を示した図 物理セクタサイズが異なるメモリセル領域1の概要を示した図 リファレンスセル電流を調整するための回路を示した図 リファレンスセル電流を調整するための回路を示した図 図7に示す物理セクタサイズが異なる複数のセクタを有する不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 実際に読み出し動作を行う際の主ビット線MBLa、相補主ビット線MBLcのセンス動作時の波形を示した図 メモリセル領域1、コラム選択回路5、極性反転回路6およびセンスアンプ7の構成を示した図 本発明に係る当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 本発明に係る当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 本発明に係る当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 本発明に係る当該不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図 従来の不揮発性半導体記憶装置の構成を示した図
符号の説明
1 メモリセル領域
2 選択線選択回路
3 ローデコーダ
5 コラム選択回路
7 センスアンプ
6 極性反転回路
8 プリローデコーダ

Claims (23)

  1. 複数のメモリセルが複数の行方向および列方向に沿って配置されたマトリクス状のメモリセル領域を有し、当該メモリセル領域が、それぞれが所定数の行を含むように複数のセクタに分割された不揮発性半導体記憶装置であって、
    前記メモリセル領域の列を選択する列選択回路と、
    前記メモリセル領域の行を選択する行選択回路と、
    前記メモリセルの各行毎に設けられ、前記行選択回路に接続される複数のワード線と、
    列方向に沿って延び、前記列選択回路に接続される複数本の主ビット線と、
    各前記セクタ内に配置され、列方向に沿って延びる複数本の副ビット線と、
    各前記副ビット線に対応して設けられ、前記主ビット線と前記副ビット線との間を電気的に接続しまたは遮断する複数の選択トランジスタと、
    行方向に沿って延び、前記行選択回路に接続されて各前記選択トランジスタの導通/非導通状態を切り替えるための電圧を各選択トランジスタの制御電極に印加する複数の選択線とを備え、
    複数の前記メモリセルは、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、
    前記行選択回路は、読み出し対象のメモリセルに接続されたワード線を選択し、
    前記列選択回路は、
    前記読み出し対象のメモリセルを選択するために、第1の主ビット線ペアと前記選択線とを選択する第1の選択手段と、
    データ判定用のリファレンス電圧の読み出しに用いられる配線を選択するために、前記第1の主ビット線ペアとは異なる第2の主ビット線ペアおよび前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタとは異なるセクタを選択するための選択線を選択する第2の選択手段とを含み、
    前記第1および第2の選択手段は、同時的かつ独立的に選択動作を実行することを特徴とする、不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記リファレンス電圧を発生する複数のリファレンスセルをさらに備え、
    前記リファレンスセルは、前記読み出し対象のメモリセルからデータが読み出される際に、前記第2の選択手段により選択されたリファレンス電圧読み出しに用いられる配線に接続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記憶装置。
  3. 複数の前記リファレンスセルは、前記メモリセルが含まれるセクタの外に配置されることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 複数の前記リファレンスセルは、各前記セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されていることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記第2の選択手段は、前記第2の主ビット線ペアを選択する際に、前記第1の主ビット線ペアに隣接する主ビット線ペアを選択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記憶装置。
  6. 前記第2の選択手段は、読み出し対象のメモリセルが属するセクタに隣接するセクタを選択するための選択線を選択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記憶装置。
  7. 前記行選択回路および前記列選択回路は、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、前記第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、セクタに付随しうる容量が小さい方の主ビット線ペアに対して、容量として機能するものを接続する調整手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  8. 前記行選択回路および前記列選択回路は、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、前記第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、第1の主ビット線ペアに付随している寄生容量と第2の主ビット線ペアに付随している寄生容量との比に応じて、前記リファレンスセルに流れる電流量を調整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記憶装置。
  9. 前記行選択回路および前記列選択回路は、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、前記第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量とが異なる場合には、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量と、前記第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量との比に応じて、前記メモリセルおよび前記リファレンスセルのセンスタイミングを調整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記憶装置。
  10. 前記行選択回路および前記列選択回路は、ベリファイ動作時において、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに付随しうる容量および前記第2の選択手段が選択した選択線により選択されるセクタに付随しうる容量が、当該メモリセル領域内の他のセクタに付随しうる容量よりも小さい場合には、当該メモリセル領域内の最大のセクタに付随しうる容量と寄生容量が等しくなるように、第1の主ビット線ペアおよび第2の主ビット線ペアに対して容量として機能するものを付加する負荷容量付加手段をさらに含む、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  11. 前記セクタには、複数パターンの大きさおよび構造が存在し、各パターンのセクタが2以上ずつ存在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記憶装置。
  12. 前記行選択回路および列選択回路は、前記メモリセルのアドレスが指定されることより、前記メモリセルが属するセクタを含む複数のセクタ内のメモリセルに格納されたデータを同時に消去することを特徴とする、請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  13. 入力してくる2つの電圧値の差を検知するセンスアンプをさらに備え、
    前記第1の選択手段は、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の選択手段は、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記センスアンプには、前記第2の主ビット線と前記第4の主ビット線とが接続されていることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  14. 複数の前記リファレンスセルは、各前記セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、
    行方向に沿って延び、前記行選択回路に接続され、かつ前記リファレンスセルの制御電極に接続されたリファレンスワード線をさらに備え、
    前記行選択回路は、前記読み出し対象のメモリセルからデータを読み出す際には、前記リファレンス電圧を読み出す対象となるリファレンスワード線を選択して活性化すると共に、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに接続されたリファレンスワード線を選択することなく非活性状態に保つことを特徴とする、請求項13に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  15. 前記第1の選択手段は、前記読出し対象のメモリセルのソースが接続された副ビット線と前記第2の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線に対して、前記読出し対象のメモリセルのドレインが接続された副ビット線と前記第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線よりも低い電圧を印加し、
    前記第2の選択手段は、前記リファレンスセルのソースが接続された副ビット線と前記第4の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線に対して、前記リファレンスセルのドレインが接続された副ビット線と前記第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線よりも低い電圧を印加することを特徴とする、請求項13に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  16. 入力してくる2つの電圧値の差を検知するセンスアンプをさらに備え、
    前記第1の選択手段は、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の選択手段は、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線と前記副ビット線とを接続するための選択線を非活性状態に保ち、
    前記センスアンプには、前記第2の主ビット線と前記第4の主ビット線とが接続されていることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  17. 入力してくる2つの電圧値の差を検知するセンスアンプをさらに備え、
    前記第1の選択手段は、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧を印加し、
    前記読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線と前記第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、前記読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線に対して前記ドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の選択手段は、
    第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧を印加し、
    データの読み出し時において、前記第3の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、当該第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、前記第3の主ビット線に接続される副ビット線に隣接する副ビット線に対して、前記ドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記センスアンプには、前記第1の主ビット線と前記第3の主ビット線とが接続されていることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  18. 入力してくる2つの電圧値の差を検知するセンスアンプをさらに備え、
    前記第1の選択手段は、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧に略等しい電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧を印加し、
    前記読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線と前記第1の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、前記読み出し対象のメモリセルのドレイン側に接続された副ビット線に隣接する副ビット線に対して前記ドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第2の選択手段は、
    第2の主ビット線ペアに含まれる第3の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧と略同じ電圧を印加することなく選択し、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して接地電圧を印加し、
    データの読み出し時において、前記第3の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、当該第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択することにより、当該選択トランジスタを介して、前記第3の主ビット線に接続される副ビット線に隣接する副ビット線に対して、前記ドレイン電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記センスアンプには、前記第1の主ビット線と前記第3の主ビット線とが接続されていることを特徴とする、請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  19. 入力してくる2つの電圧値の差を検知する第1のセンスアンプと第2のセンスアンプとをさらに備え、
    前記第1の選択手段は、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第1の主ビット線に対して、前記読み出し対象のメモリセルのドレインに印加すべきドレイン電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線ペアに含まれる第2の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第1の主ビット線に隣接する第3の主ビット線をさらに選択して、前記接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記読み出し対象のメモリセルとドレインを共有しているメモリセルのソースに接続された副ビット線と、前記第3の主ビット線とを接続するための選択トランジスタに接続された選択線をさらに選択し、
    前記第2の選択手段は、
    第2の主ビット線ペアに含まれる第4の主ビット線に対して、前記ドレイン電圧を印加し、
    前記第2の主ビット線ペアに含まれる第5の主ビット線に対して接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第4の主ビット線に隣接する第6の主ビット線をさらに選択して、前記接地電圧と略等しい電圧を印加し、
    前記第5の主ビット線と接続される副ビット線に隣接する副ビット線と、第6の主ビット線とを接続するための選択トランジスタを選択するための選択線をさらに選択し、
    前記第1のセンスアンプには、前記第2の主ビット線と前記第5の主ビット線とが接続されて前記読み出し対象のメモリセルからデータが読み出され、
    前記第2のセンスアンプには、前記第3の主ビット線と前記第6の主ビット線とが接続されて前記読み出し対象のメモリセルとドレインを共有するメモリセルからデータを読み出すことを特徴とする、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  20. 前記リファレンス電圧を発生し、各前記セクタ内において、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続される複数のリファレンスセルをさらに備え、
    前記リファレンスセルは、前記読み出し対象のメモリセルからデータが読み出される際に、前記第2の選択手段により選択されたリファレンス電圧読み出しに用いられる配線に接続され、
    行方向に沿って延び、前記行選択回路に接続され、かつ前記リファレンスセルの制御電極に接続されたリファレンスワード線をさらに備え、
    前記行選択回路は、前記読み出し対象のメモリセルからデータを読み出す際には、前記リファレンス電圧を読み出す対象となるリファレンスセルに接続されたリファレンスワード線を選択して活性化すると共に、前記読み出し対象のメモリセルが属するセクタに接続されたリファレンスワード線を選択することなく非活性状態に保つことを特徴とする、請求項19に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  21. 前記第1の主ビット線ペアの内のデータ読み出し側の主ビット線の電圧と、前記リファレンス電圧との電圧差を増幅するセンスアンプと、
    前記データ読み出し側の主ビット線を、常に前記センスアンプの同一極性入力側に接続する極性反転回路とをさらに備える、請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  22. 前記メモリセルは、1ビット以上の情報が格納可能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記憶装置。
  23. 複数のメモリセルが複数の行方向および列方向に沿って配置されたマトリクス状のメモリセル領域を有し、当該メモリセル領域が、それぞれが所定数の行を含むように複数のセクタに分割された不揮発性半導体記憶装置であって、
    前記メモリセルの各行毎に設けられる複数のワード線と、
    列方向に沿って延びる複数本の主ビット線と、
    各前記セクタ内に配置され、列方向に沿って延びる複数本の副ビット線と、
    各前記副ビット線に対応して設けられ、前記主ビット線と前記副ビット線との間を電気的に接続しまたは遮断する複数の選択トランジスタと、
    行方向に沿って延びて各前記選択トランジスタの導通/非導通状態を切り替えるための電圧を各選択トランジスタの制御電極に印加する複数の選択線とを備え、
    複数の前記メモリセルは、それぞれが互いに隣接する2本の副ビット線間に接続されており、
    前記選択線は、少なくとも、読み出し対象のメモリセルに接続された第1の副ビット線ペアと、当該第1の副ビット線ペアに接続可能な第1の主ビット線ペアとを接続する選択トランジスタを制御しつつ、当該第1の主ビット線とは異なる第2の主ビット線ペアと、当該第2の主ビット線ペアに接続可能な第2の副ビット線ペアとを接続する選択トランジスタを制御できる本数だけ同一セクタ内に存在することを特徴とする、不揮発性半導体記憶装置。

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