JP2005310301A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置 Download PDF

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Abstract

【課題】回路設計を簡略化しつつ、カップリングノイズの影響を低減出来る不揮発性半導体記憶装置を提供すること。
【解決手段】半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートを有する第1MOSトランジスタを備えたメモリセルと、同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第1電圧を発生し、該第1電圧を前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記第1電圧ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを備える。
【選択図】 図3

Description

この発明は、不揮発性半導体記憶装置に関する。例えば、フローティングゲートとコントロールゲートとを有するMOSトランジスタを含む不揮発性半導体記憶装置に関する。
従来から、不揮発性半導体メモリとして、NOR型フラッシュメモリやNAND型フラッシュメモリが知られており、広く使用されている。
近年では、NOR型フラッシュメモリとNAND型フラッシュメモリの両者の長所を兼ね備えたフラッシュメモリが提案されている(例えば非特許文献1参照)。このフラッシュメモリは、2つのMOSトランジスタを含むメモリセルを備えている(以下、このようなメモリセルを備えたフラッシュメモリを2Trフラッシュメモリと呼ぶ)。2Trフラッシュメモリのメモリセルにおいては、不揮発性記憶部として機能する一方のMOSトランジスタが、コントロールゲートとフローティングゲートとを備えた構造を有し、ビット線に接続されている。他方のMOSトランジスタは、ソース線に接続され、メモリセルの選択用として用いられる。
またフラッシュメモリにおいては、書き込み、読み出し、及び消去動作終了時にワード線等の電圧をリセットする際、カップリングによる悪影響に対する配慮が必要である(例えば特許文献1、非特許文献2参照)。
しかし、カップリングに対する上記従来の対策方法であると、回路設計が複雑化し、製造コストが上昇するという問題があった。
米国特許第6373749号明細書 Wei-Hua Liu 著、"A 2-Transistor Source-select(2TS) Flash EEPROM for 1.8V-Only Application"、Non-Volatile Semiconductor Memory Workshop 4.1、1997年 Shigeru Atsumi et.al 著、"A Channel-Erasing 1.8V-Only 32Mb NOR Flash EEPROM with a Bit-Line Direct-Sensing Scheme"、 IEEE International Solid-State Circuits Conference/SESSION 16/NON-VOLATILE AND SRAM/PAPER TP 16.7 2000年2月
この発明の目的は、回路設計を簡略化しつつ、カップリングノイズの影響を低減できる不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
この発明の第1の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートを有する第1MOSトランジスタを備えたメモリセルと、前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第1電圧を発生し、該第1電圧を前記ウェル領域と前記ワード線とのいずれかに供給する第1チャージポンプ回路と、前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記第1電圧ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備する。
この発明の第2の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、供給する前記電流の電流値を変化させる。
この発明の第3の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、前記電荷の放電に要する時間を変化させる。
以上説明したように、この発明によれば、回路設計を簡略化しつつ、カップリングノイズの影響を低減出来る不揮発性半導体記憶装置を提供できる。
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
この発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るフラッシュメモリのブロック図である。
図示するように、フラッシュメモリ10は、メモリセルアレイ20、書き込み用デコーダ30、セレクトゲートデコーダ40、カラムデコーダ50、書き込み回路60、センスアンプ70、ソース線ドライバ80、アドレスバッファ90、放電回路100、基準電圧発生回路110、チャージポンプ回路120〜140を備えている。
メモリセルアレイ20は、マトリクス状に配置された複数個のメモリセルを有している。メモリセルアレイ20の構成について、図2を用いて説明する。図2はメモリセルアレイ20の一部領域の回路図である。
図示するように、メモリセルアレイ20は、((m+1)×(n+1)、但しm、nは自然数)個のメモリセルブロックBLK、メモリセルブロックBLK毎に設けられたセレクタSEL、及びMOSトランジスタ21を有している。なお、図2では(2×2)個のメモリセルブロックBLKのみを示しているが、この数は特に限定されるものではない。
各々のメモリセルブロックは、複数のメモリセルMCを含んでいる。メモリセルMCは、互いに電流経路が直列接続されたメモリセルトランジスタMTと選択トランジスタSTとを有している。メモリセルトランジスタMTは、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在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上にゲート間絶縁膜を介在して形成されたコントロールゲートとを有する積層ゲート構造を備えている。フローティングゲートは、個々のメモリセルトランジスタMTごとに分離されている。選択トランジスタSTも、メモリセルトランジスタMTと同様に、積層ゲート構造を備えている。しかし選択トランジスタSTでは、メモリセルトランジスタMTと異なり、フローティングゲートは行方向に隣接するもの同士で共通接続され、且つフローティングゲートと制御ゲートが電気的に接続されている。従って、以下では、選択トランジスタSTの積層ゲートを単にゲートと呼ぶことにする。そして、メモリセルトランジスタMTのソース領域が選択トランジスタSTのドレイン領域に接続されている。本構成のメモリセルMCが、各々のメモリセルブロックに(4×2)個、含まれている。なお、列方向に配置されたメモリセルMCの数は、図1では4個であるが、この数も一例に過ぎず、例えば8個や16個等でも良く、限定されるものではない。また、列方向で隣接するメモリセルMC同士は、選択トランジスタSTのソース領域、またはメモリセルトランジスタMTのドレイン領域を共有している。そして、2列のメモリセルのメモリセルトランジスタMTのドレイン領域は、2本のローカルビット線LBL0、LBL1にそれぞれ接続されている。ローカルビット線LBL0、LBL1の一端はセレクタSELに接続され、他端はMOSトランジスタ22の電流経路を介して、書き込み用デコーダ30に接続されている。更に、メモリセルアレイ20内においては、同一行のメモリセルトランジスタMTの制御ゲートが、それぞれワード線WL0〜WL(4m−1)のいずれかに共通接続されている。また同一行の選択トランジスタSTのゲートは、それぞれセレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)のいずれかに共通接続されている。前述のローカルビット線LBL0、LBL1は各々のメモリセルブロックBLK内においてメモリセルトランジスタを共通接続するのに対して、ワード線WL及びセレクトゲート線SGは、同一行にあるメモリセルトランジスタ及び選択トランジスタをメモリセルブロック間においても共通接続する。そして、ワード線WL0〜WL(4m−1)は書き込み用デコーダ30に接続され、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)はセレクトゲートデコーダ40に接続されている。また、選択トランジスタSTのソース領域は、複数のメモリセルブロックBLK間で共通接続され、ソース線ドライバ80に接続されている。
次にセレクタSELの構成について説明する。セレクタSELの各々は、直列接続された4つのMOSトランジスタ23〜26を備えている。すなわち、MOSトランジスタ23の電流経路の一端がMOSトランジスタ24の電流経路の一端に接続され、MOSトランジスタ24の電流経路の他端がMOSトランジスタ25の電流経路の一端に接続され、MOSトランジスタ25の電流経路の他端がMOSトランジスタ26の電流経路の一端に接続されている。MOSトランジスタ23、26のゲートは、書き込み用デコーダ30に接続され、MOSトランジスタ24、25のゲートは、カラムデコーダ50に接続されている。そして、MOSトランジスタ23とMOSトランジスタ24との接続ノードに、対応するメモリセルブロックBLKのローカルビット線LBL0が接続され、MOSトランジスタ25とMOSトランジスタ26との接続ノードに、対応するメモリセルブロックBLKのローカルビット線LBL1が接続されている。更に、セレクタSELのMOSトランジスタ23、26の他端は、書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL(2n−1)のいずれかに接続されている。書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL(2n−1)のそれぞれは、同一列にあるセレクタSELのMOSトランジスタ23またはMOSトランジスタ26の電流経路の他端を共通接続する。そして、書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL(2n−1)の一端は、書き込み用グローバルビット線毎に設けられた書き込み回路60に接続されている。また、MOSトランジスタ24とMOSトランジスタ25の接続ノードには、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)が接続されている。読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)のそれぞれは、同一列にあるセレクタSELにおけるMOSトランジスタ24とMOSトランジスタ25との接続ノードを共通接続する。そして、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)の一端は、それぞれMOSトランジスタ22の電流経路を介してセンスアンプ70に接続されている。各MOSトランジスタ21のゲートは共通接続され、カラムデコーダ50に接続されている。
上記メモリセルアレイ20の構成は次のようにも説明できる。メモリセルアレイ20内には、複数のメモリセルMCがマトリクス状に配置されている。同一行にあるメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTの制御ゲートは、ワード線WL0〜WL(4m−1)のいずれかに共通接続され、同一行にあるメモリセルの選択トランジスタのゲートは、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)のいずれかに接続されている。そして、同一列にあり、直列接続された4つのメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTのドレインは、ローカルビット線LBL0、LBL1のいずれかに共通接続されている。すなわち、メモリセルアレイ20内の複数のメモリセルMCは、一列に並んだ4つのメモリセルMC毎に、異なるローカルビット線に接続されている。そして、同一行にあるローカルビット線の一端は、MOSトランジスタ22を介して共通接続され、書き込み用デコーダ30に接続されている。また、同一列にあるローカルビット線LBL0、LBL1の他端は、それぞれMOSトランジスタ23、26を介して書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL(2n−1)のいずれかに共通接続されており、且つそれぞれMOSトランジスタ24、25を介して読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)のいずれかに共通接続されている。そして、メモリセルMCの選択トランジスタSTのソースは共通接続され、ソース線ドライバ80に接続されている。上記構成のメモリセルアレイにおいて、同一のローカルビット線に接続された4つのメモリセルMCが2列集まって、1つのメモリセルブロックBLKが構成されている。同一列のメモリセルブロックは、共通の書き込み用グローバルビット線及び読み出し用グローバルビット線に接続されている。他方、互いに異なる列にあるメモリセルブロックは、それぞれ異なる書き込み用グローバルビット線及び読み出し用グローバルビット線に接続されている。
図1に戻って説明を続ける。チャージポンプ回路120は、正の電位を生成する。すなわち、外部から入力される電圧Vcc1(1.25〜1.65V)を、内部電圧Vcc2(2.5〜3.6V)に昇圧する。そして、内部電圧Vcc2を、セレクトゲートデコーダ40、カラムデコーダ50、書き込み回路60、放電回路100、及び基準電圧発生回路110にに供給する。
チャージポンプ回路130は、正の電位を発生する。すなわち、外部から入力されるVcc1を、内部電圧VPP(例えば12V)に昇圧する。そして、内部電圧VPPを書き込み用デコーダ60に供給する。以後、チャージポンプ回路130の出力ノードをVDDWノードと呼ぶ。
チャージポンプ回路140は、負の電位を生成する。すなわち、外部から入力される電圧Vcc1に基づいて、内部電圧VBBを生成する。内部電圧VBBは、例えば−8Vである。そして、内部電圧VBBを書き込み用デコーダ30及び書き込み回路60に供給する。以後、チャージポンプ回路140の出力ノードをVNEGノードと呼ぶ。
書き込み用デコーダ30は、書き込み時において、ワード線WL0〜WLmのいずれかを選択し、選択したワード線に正電圧を供給する。この正電圧は、チャージポンプ回路130のVDDWノードから与えられるVPPである。また、書き込み時において、全セレクトゲート線SG0〜SGmに対して負電圧を印加する。この負電圧は、チャージポンプ回路140のVNEGノードから与えられるVBBである。また、メモリセルアレイ20が形成されるウェル領域に、チャージポンプ回路140のVNEGノードから与えられる負電圧VBBを印加する。また書き込み用デコーダ30は、書き込み時において、セレクタSEL内のMOSトランジスタ23、26のゲートに電圧を供給する。更に、MOSトランジスタ22のゲート、及びローカルビット線の共通接続ノードに電圧を供給する。
セレクトゲートデコーダ40は、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)のいずれかを選択する。そして、選択セレクトゲート線に、チャージポンプ回路120から与えられる正電圧Vcc2を印加する。
カラムデコーダ50は、読み出し時において、セレクタSEL内のMOSトランジスタ24、25のいずれかを選択し、選択したMOSトランジスタのゲートに電圧Vcc2を供給する。また、読み出し時においてMOSトランジスタ22をオン状態とする。
なお、MOSトランジスタ22のゲート及びソース、並びにセレクタSEL内のMOSトランジスタ23〜26のそれぞれに対して電圧を印加するために、上記デコーダの他に専用の回路を設けても良い。
書き込み回路60は、書き込みデータをラッチする。
センスアンプ70は、読み出したデータを増幅する。
ソース線ドライバ80は、ソース線に電圧を供給する。
アドレスバッファ90は、アドレス信号を保持する。そして、カラムアドレス信号CAをカラムデコーダ50に供給し、ロウアドレス信号RAを書き込み用デコーダ30及びセレクトゲートデコーダ40に供給する。
放電回路100は、書き込み動作後、または消去動作後において、VNEGノードにおける電荷を放電する。
基準電圧発生回路110は、基準電圧Vrefを発生し、基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。
図3は、放電回路100の一構成例を示す回路図である。図示するように、放電回路100は、抵抗素子101、イントリンシック型MOSトランジスタ102、pチャネルMOSトランジスタ103〜105、nチャネルMOSトランジスタ106〜108を備えている。
抵抗素子101の一端は接地電位に接続され、MOSトランジスタ102のソースは抵抗素子101の他端に接続されている。MOSトランジスタ102のゲートには、基準電圧発生回路110の発生する基準電圧Vrefが印加される。MOSトランジスタ103、104は、互いにゲートが共通接続されてカレントミラー回路を形成している。そして、MOSトランジスタ103、104のソースはVcc2に接続され、MOSトランジスタ103のドレインは、MOSトランジスタ102のドレイン及びMOSトランジスタ103のゲートに接続されている。MOSトランジスタ104のドレインはMOSトランジスタ105のソースに接続されている。MOSトランジスタ105のゲートは、例えば接地電位に接続されており、ドレインはMOSトランジスタ106のドレインに接続されている。MOSトランジスタ106のゲートは、例えば接地電位に接続され、ソースはVNEGノードに接続されている。MOSトランジスタ107、108は、ドレインがVNEGノードに接続され、ソースが接地電位に接続されている。但し、MOSトランジスタ108はMOSトランジスタ107よりもサイズが大きく、MOSトランジスタ107よりも井大きい電流供給能力を有している。また、MOSトランジスタ106は、メモリセルを形成するMOSトランジスタや、放電回路100内のカレントミラー回路を形成するMOSトランジスタ103、104よりも厚いゲート絶縁膜を有している。これは、MOSトランジスタ106がVNEGノードに直接接続され、VNEGノードには負電位VBBが印加されるからである。
図4は、基準電圧発生回路110の一構成例を示す回路図である。図示するように、基準電圧発生回路110は、nチャネルMOSトランジスタ111、112、pチャネルMOSトランジスタ113〜115、定電流源116、抵抗素子117〜119、及びダイオード200、201を備えている。
MOSトランジスタ113、114のゲートは共通接続されてカレントミラー回路を形成している。そしてMOSトランジスタ113、114のソースはVcc2に接続され、MOSトランジスタ113のソースはMOSトランジスタ113のゲートに接続されている。MOSトランジスタ111、112のドレインは、それぞれMOSトランジスタ113、114のソースに接続され、ドレインは共通接続されて更に定電流源116に接続されている。抵抗素子117とダイオード200とは直列接続されている。すなわち、抵抗素子117の一端はダイオード200のアノードに接続され、ダイオード200のカソードは接地電位に接続されている。抵抗素子118、119及び、100個のダイオード201は直列接続されている。すなわち、抵抗素子118の一端が抵抗素子119の一端に接続され、抵抗素子119の他端がダイオード201のアノードに接続され、ダイオード201のカソードが接地電位に接続されている。そして、抵抗素子117の一端及び抵抗素子118の一端が、それぞれMOSトランジスタ111、112のゲートに接続されている。更に、抵抗素子117の他端と抵抗素子118の他端とは共通接続されて、MOSトランジスタ115のドレインに接続されている。MOSトランジスタ115のソースはVcc2に接続され、ゲートはMOSトランジスタ114のドレインに接続されている。そして、抵抗素子117の他端、抵抗素子118の他端、及びMOSトランジスタ115のドレインの共通接続ノードから、基準電位Vrefが出力される。
なお、基準電圧発生回路110が発生する基準電圧Vrefは、下記の式で表される。
Vref=Vf+(kT/q)ln(N100/N1)
但し、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、Vfはpn接合のフォワードバイアス、N100はダイオード201の個数、N1はダイオード200の個数である。そして、Vfの温度係数は負であるので、それを相殺するように、ダイオード200、201の個数が決定される。本実施例では、ダイオード200が1個、ダイオード201が100個である。これによって、Vcc2の変動による影響を受けがたい一定電圧Vref(本実施形態では1.25V程度)が発生される。
次に、上記構成のフラッシュメモリの動作について説明する。
<書き込み動作>
データの書き込みは、いずれかのワード線に接続された全てのメモリセルに対して一括して行われる。そして、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲートに電子を注入するか否かで“0”データ、“1”データを書き分ける。電子のフローティングゲートへの注入は、Fowler-Nordheim(FN) tunnelingによって行われる。
まず、図1において、図示せぬI/O端子から書き込みデータ(“1”、“0”)が入力され、該書き込みデータが書き込み回路60に入力される。書き込み回路60は、書き込み用グローバルビット線毎に設けられたラッチ回路を備えている。そして書き込みデータの各ビットがラッチ回路のそれぞれに入力される。ラッチ回路に“1”データが格納されると、ラッチ回路の出力は0Vとなる。逆に“0”データが格納されると、ラッチ回路の出力はVBB(−8V)となる。これらの電圧が、対応する書き込み用グローバルビット線WGBLに与えられる。なお、ラッチ回路に与えられる負電圧VBBは、チャージポンプ回路140からVNEGノードを介して与えられる。
そして、書き込み用デコーダ30が、ワード線WL0〜WL(4m−1)のいいずれかを選択し、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)の全てを非選択とすると共に、MOSトランジスタ22をオフ状態にする。選択ワード線には、正電圧VPP(例えば12V)が与えられ、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)には負電圧VBBが印加される。従って、全ての選択トランジスタはオフ状態となる。更に書き込み用デコーダ30は、メモリセルアレイが形成されているウェル領域の電位VPWを負電位VBBとする。なお、正電圧VPPは、チャージポンプ回路130からVDDWノードを介して書き込み用デコーダ30に与えられ、負電圧VBBは、チャージポンプ回路140からVNEGノードを介して書き込み用デコーダ30に与えられる。
また、書き込み用デコーダ30は、選択ワード線を含むメモリセルブロックBLKに対応するセレクタSEL内のMOSトランジスタ23、26をオン状態にする。その結果、書き込み用グローバルビット線WGBLとローカルビット線LBLとが電気的に接続される。但し、選択ワード線を含まないメモリセルブロックBLKに対応するセレクタSEL内のMOSトランジスタ23、26はオフ状態とされる。他方、カラムデコーダ50は、全てのセレクタSEL内のMOSトランジスタ24、25をオフ状態にする。従って、読み出し用グローバルビット線RGBLとローカルビット線LBLとは、電気的に分離されている。
上記の結果、セレクタSEL内のMOSトランジスタ23、26を介して、書き込み用グローバルビット線から、選択ワード線を含むメモリセルブロックBLKのローカルビット線LBLに、“1”データまたは“0”データに対応する電位が与えられる。この電位は、メモリセルトランジスタMTのドレイン領域に与えられる。すると、選択ワード線WLにはVPP(12V)が印加され、“1”データを書き込むべきメモリセルMCのドレイン領域には0Vが印加され、“0”データを書き込むべきメモリセルMCのドレイン領域にはVBB(−8V)が印加される。従って、“1”データを書き込むべきメモリセルMCではゲート・ドレイン間の電位差(12V)が十分ではないので、フローティングゲートに電子は注入されず、メモリセルMCは負の閾値を保持する。他方、“0”データを書き込むべきメモリセルMCでは、ゲート・ドレイン間の電位差(20V)が大きいため、フローティングゲートに電子がFN tunnelingによって注入される。その結果、メモリセルの閾値は正に変化する。
以上により、メモリセルへの書き込み動作が行われる。図5は、一例として、ワード線WL0に接続されたメモリセルMCにデータを書き込む際の様子を示す回路図である。なお、メモリセルブロックBLKは、ワード線方向にそって4個存在し、ワード線WL0を含む4個のメモリセルブロックBLKを、BLK0〜BLK3と呼ぶことにする。また、ワード線WL0に接続されたメモリセルMCを、順にMC0〜MC7と呼ぶことにする。
図示するように、ラッチ回路61の各々には、対応するメモリセルMC0〜MC7に書き込むべきデータが格納される。そして、セレクタSELにおけるMOSトランジスタ23、26がオン状態とされることで、書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL15のそれぞれが、ローカルビット線LBL0、LBL1に接続される。その結果、書き込みデータに対応した電位(0VまたはVBB)が、メモリセルMC0〜MC7のドレイン領域に印加される。なお、メモリセルブロックBLK0〜BLK3以外のメモリセルブロックは書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL7から電気的に分離されているため、書き込み用グローバルビット線WGBL0〜WGBL7からは見えない。
そして、ワード線WL0にVPPが印加され、その他のワード線WL1〜WL3は0Vとされる。またメモリセルアレイが形成されるウェル領域にはVBBが印加される。その結果、ワード線WL0に接続されている全てのメモリセルMC0〜MC7に、ラッチ回路61に保持されているデータが一括して書き込まれる。
<読み出し動作>
データの読み出しにおいては、いずれかのワード線に接続された複数のメモリセルから一括して読み出されることが可能である。そして、データは各ブロック当たり1つのメモリセルMCから読み出される。
まず図1において、セレクトゲートデコーダ40が、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)のいずれかを選択する。選択セレクトゲート線には、“H”レベル(例えばVcc2)が与えられる。非選択セレクトゲート線は全て“L”レベル(例えば0V)である。従って、選択セレクトゲート線に接続された選択トランジスタSTはオン状態となり、非選択セレクトゲート線に接続された選択トランジスタSTはオフ状態となる。また書き込み用デコーダ30は、全てのワード線WL0〜WL(4m−1)を“L”レベルとすると共に、MOSトランジスタ22をオフ状態とする。また、ソース線ドライバ80は、ソース線の電位を0Vとする。
また、カラムデコーダ50は、選択セレクトゲート線を含むメモリセルブロックBLKに対応するセレクタSEL内のMOSトランジスタ24、25のいずれかをオン状態にする。その結果、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)と、ローカルビット線LBL0またはLBL1とが電気的に接続される。但し、選択セレクトゲート線を含まないメモリセルブロックBLKに対応するセレクタSEL内のMOSトランジスタ24、25はオフ状態とする。他方、書き込み用デコーダ30は、全てのセレクタSEL内のMOSトランジスタ23、26をオフ状態にする。従って、書き込み用グローバルビット線WGBLとローカルビット線LBLとは、電気的に分離されている。更に、カラムデコーダ50は、MOSトランジスタ21をオン状態とする。
上記の結果、セレクタSEL内のMOSトランジスタ24またはMOSトランジスタ25、及び読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)を介して、ローカルビット線LBL0またはLBL1が、センスアンプ70に接続される。
そして、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL(n−1)に、例えば1V程度が与えられる。すると、“1”データが書き込まれているメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTは、閾値電圧が負であるから、オン状態となる。従って、選択セレクトゲート線に接続されているメモリセルMCでは、読み出し用グローバルビット線RGBLから、ローカルビット線LBL、メモリセルトランジスタMT、及び選択トランジスタSTを介して、ソース線SLに向かって電流が流れる。他方、“0”データが書き込まれているメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTは、閾値電圧が正であるから、オフ状態である。従って、読み出し用グローバルビット線RGBLには電流は流れない。
以上のようにして、読み出し用グローバルビット線RGBLの電位が変化し、その変化量をセンスアンプ70が増幅することによって読み出し動作が行われる。図6は、一例として、ワード線WL0及びローカルビット線LBL0に接続されたメモリセルMCからデータを読み出す際の様子を示す回路図である。なお、メモリセルブロックBLKは、ワード線方向にそって4個存在し、ワード線WL0を含む4個のメモリセルブロックBLKを、BLK0〜BLK3と呼ぶことにする。また、ワード線WL0及びローカルビット線LBL0に接続されたメモリセルMCを、順にMC0〜MC3と呼ぶことにする。
図示するように、セレクタSELにおけるMOSトランジスタ24がオン状態とされることで、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜WGBL3のそれぞれが、ローカルビット線LBL0に接続される。そして、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL3に1V程度の電位が与えられる。なお、メモリセルブロックBLK0〜BLK3以外のメモリセルブロックは、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL3から電気的に分離されているため、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL3からは見えない。更に、メモリセルブロックBLK0〜BLK3においても、ローカルビット線LBL1は読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL3から電気的に分離されているため、ローカルビット線LBL1に接続されているメモリセルMCは、読み出し用グローバルビット線RGBL0〜RGBL3からは見えない。
そして、セレクトゲート線SG0にVcc2が与えられ、その他のセレクトゲート線SG1〜SG3には0Vが与えられる。メモリセルMC0〜MC3のうちで、“1”データが書き込まれているものに接続されている読み出し用グローバルビット線RGBLには電流が流れて電位が低下する。他方、“0”データが書き込まれているメモリセルに接続されている読み出し用グローバルビット線RGBLには電流が流れず、電位は不変である。その結果、ワード線WL0及びローカルビット線LBL0に接続されている全てのメモリセルMC0〜MC3から、データが一括して読み出される。
上記の例では、ローカルビット線LBL0に接続されているメモリセルからデータを読み出す場合について説明したが、ローカルビット線LBL1に接続されているメモリセルからデータを読み出す場合には、セレクタSEL内のMOSトランジスタ25をオン状態とし、MOSトランジスタ24をオフ状態とすれば良い。
<消去動作>
データの消去は、ウェル領域を共用する全てのメモリセルについて一括して行われる。従って、図2の例であると、メモリセルアレイ20に含まれる全てのメモリセルが同時に消去される。この様子を具体的に示しているのが図7である。
図1において、書き込み用デコーダ30は、全てのワード線WL0〜WL(4m−1)の電位を負電位VBBとする。また、メモリセルアレイが形成されているウェル領域の電位VPWを正電位VPPとする。更に、セレクトゲート線SG0〜SG(4m−1)の電位を正電位VPPとする。勿論、負電位VBB及び正電位VPPは、それぞれVNEGノード及びVDDWノードを介して書き込み用デコーダ30に与えられる。その結果、メモリセルMCのメモリセルトランジスタのフローティングゲートから電子がFN tunnelingによって半導体基板に引き抜かれる。その結果、全てのメモリセルMCの閾値電圧が負となり、データが消去される。なお消去の際、ローカルビット線LBL0、LBL1及びソース線は例えばフローティングとされる。
<リセット動作>
リセット動作とは、書き込み動作後及び消去動作後において、チャージポンプ回路130、140が非活性化された後に、VDDWノード及びVNEGノードの電位を0Vにするための動作である。リセット動作は主に放電回路100によって行われる。以下では、VDDWノード及びVNEGノードの電位変化について時間をおって順に説明しつつ、リセット動作について説明する。図8は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。
まず、書き込み及び消去動作前の時刻t1以前では、チャージポンプ回路130、140は非活性とされている。従って、VDDWノード及びVNEGノードの電位は0Vである。また基準電圧発生回路110は、基準電圧Vrefを放電回路100に供給しない。
次に書き込み及び消去動作にあたって、時刻t1においてチャージポンプ回路130が活性化される。すなわち、チャージポンプ回路130はVcc2を発生し、引き続き、Vcc2に基づいて正電圧VPP(=12V)を発生する(時刻t2)。これによりVDDWノードの電位がVPPになった後、チャージポンプ回路140が活性化される。
チャージポンプ回路140は、活性化されると負電位VBB(=−8V)を発生する(時刻t3)。そして、VNEGノードの電位がVBBに達すると(時刻t4)、書き込み動作または消去動作が行われる(時刻t4〜t5)。この様子を示しているのが図9であり、図9では放電回路100及びチャージポンプ回路130、140について示している。
すなわち、チャージポンプ回路130、140の出力する正電位VPP及び負電位VBBが、それぞれVDDWノード及びVNEGノードを介して書き込み用デコーダ30に供給され、更にワード線、セレクトゲート線、及びウェル領域に印加される。
書き込みまたは消去動作が終了すると(時刻t5)、次にリセット動作を行う。まず、VDDWノードの電位をVPPに維持した状態で、VNEGノードの電位を0Vに戻す。以下、VNEGノードの電位を0Vに戻す方法について詳細に説明する。
まず、チャージポンプ回路140が非活性化される。従って、VNEGノードはVBBでフローティング状態となる。そして、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。すると、MOSトランジスタ103、104で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子101の抵抗値R1に応じた定電流Ireset(=α・Vref/R1)を供給する。Iresetは、例えば5〜10μA程度である。また、時刻t5におけるVNEGノードの電位はVBBであるから、nチャネルMOSトランジスタ106はオン状態である。よって、IresetはVNEGノードに流れ込む。この様子を示しているのが図10である。この結果、VNEGノードのチャージがVcc2ノードへ放電される。例えば、VNEGノードとGNDとの間の寄生容量や、VNEGノードとVDDWノードとの間の寄生容量に蓄積されたチャージが、Vcc2ノードへと移動する。その結果、図8の時刻t5〜t6に示すように、VNEGノードの電位は、VBBから一定の変化量によって上昇する。
時刻t6において、VNEGノードの電位が−Vthnに達すると、MOSトランジスタ106はカットオフとなる。但しVthnは、MOSトランジスタ106の閾値電圧である。従って、IresetはVNEGノードに流れ込めない。そこで時刻t6で、MOSトランジスタ107がオン状態とされる。この様子を示しているのが図11である。その結果、VNEGノードはGNDと接続され、チャージはGNDに放出される。
チャージがGNDに放出された結果、VNEGノードの電位は0Vとなる(時刻t7)。その後、図12に示すように、時刻t8において、MOSトランジスタ108がオン状態とされて、VNEGノードはGNDに強力に接続される。
VNEGノードが0Vに設定された後、VDDWノードの電位はVcc2に設定され、その後0Vに設定される。
以上の結果、VNEGノード及びVDDWノードの電位は0Vにリセットされる。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、下記(1)乃至(3)の効果が得られる。
(1)カップリングノイズの影響を低減出来る。
以下、本効果について説明する。ワード線と、その他の端子との間には、寄生容量Cparasが存在する。従って、ワード線をVPPまたはVBBから0Vにリセットしようとすると、カップリングによってI=Cparas・(dV/dt)なる過渡電流が流れる。なお(dV/dt)は、ワード線電圧の時間微分であり、ワード線の電圧変化の度合いを示す。しかし本実施形態に係る構成であると、VNEGノードのチャージを放電する放電回路100を備えている。そして、放電回路100によってVNEGノードに電流Iresetを流しつつ、VNEGノードに存在する寄生容量に蓄えられたチャージを放電している。この際、電流Iresetは、基準電圧Vrefに基づいて生成されているので、電源電圧の変動などの影響を受けがたい一定電流である。従って、VNEGノードの電位は一定の傾きで変動する。そして、例えばVNEGノードを直接GNDに接地させるような場合に比べて、VNEGノードの電位変動を緩やかに行うことが出来る。換言すれば、先述の式における(dV/dt)を小さくできる。そのため、最小限のカップリングノイズで、VNEGノードを0Vにリセット出来る。
(2)回路設計を簡略化出来る。
本実施形態によれば、VNEGノードのリセットを、上記放電回路100と基準電圧発生回路110とによってのみ行っている。すなわち、その他の回路のロジックに変更を加える必要はない。従って、デコーダ回路をはじめとする周辺回路の構成は従来通りで良く、回路設計を簡略化しつつ、VNEGノードをリセットできる。
(3)VNEGノードのノイズ耐性を向上できる。
本実施形態によれば、放電回路100は、MOSトランジスタ107、108を備えている。そして、電流Iresetによって、例えばVDDWノードなどがカップリングによって変動しない程度にVNEGノードの電位が上昇した際、より具体的には、VNEGノードの電位−Vthnに達した際に、MOSトランジスタ107をオンさせている。その結果、VNEGノードの電位は0Vとなる。更にその後、MOSトランジスタ107よりも電流供給能力の高いMOSトランジスタ108によって、VNEGノードと接地電位ノードとを接続している。従って、VNEGノードはGNDに強力に接続されており、VNEGノードのノイズ耐性を向上できる。
次に、この発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、書き込み後と消去後とで、リセット時に流す電流Iresetの電流値を変えるものである。図13は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路100の回路図である。その他の構成は第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路100は、上記第1の実施形態で説明した構成において、抵抗素子101の代わりに電流制御回路210を有している。電流制御回路210は、抵抗素子211、212、及びnチャネルMOSトランジスタ213、214を備えている。
抵抗素子211の一端はMOSトランジスタ102のソースに接続され、他端は抵抗素子212の一端に接続されている。MOSトランジスタ213のドレインは、抵抗素子211、212の接続ノードに接続され、ソースは接地され、ゲートには書き込み信号PRGが入力される。MOSトランジスタ214のドレインは抵抗素子212の他端に接続され、ソースは接地され、ゲートには消去信号ERSが入力される。書き込み信号PRG及び消去信号ERSは、それぞれ書き込み時及び消去時に“H”レベルとされる。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について、図14を用いて説明する。図14は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。以下では、書き込み動作後と消去動作後とに分けてリセット動作(VNEGノードを0Vに戻す動作)を説明する。
<書き込み後のリセット動作>
図14に示すように、時刻t4〜t5の期間に、チャージポンプ回路140は、VNEGノードに負電位VBBを出力する。そして、書き込み動作が終了した時刻t5において、リセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路140が非活性化される。従って、VNEGノードはVBBでフローティング状態となる。そして、放電回路100が、VNEGノードに電流Ireset_prgを供給する。この様子を示しているのが図15である。まず、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。また、放電回路のMOSトランジスタ213のゲートに入力される書き込み信号PRGが“H”レベルとされ、MOSトランジスタ214に入力される消去信号ERSが“L”レベルとされる。従って、MOSトランジスタ213はオン状態、MOSトランジスタ214はオフ状態となる。すると、MOSトランジスタ103、104で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子211の抵抗値R2に応じた定電流Ireset_prg(=α・Vref/R2)を供給する。
上記の定電流Ireset_prgをVNEGノードに供給しつつ、VNEGノードの電荷が放電され、時刻t6に、VNEGノードの電位は−Vthnに達する。その後の動作は第1の実施形態で説明したとおりである。
<消去後のリセット動作>
図14に示すように、時刻t4〜t5の期間に消去動作が行われる。そして、消去動作が終了した時刻t5において、リセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路140が非活性化される。従って、VNEGノードはVBBでフローティング状態となる。そして、放電回路100が、VNEGノードに電流Ireset_ersを供給する。この様子を示しているのが図16である。まず、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。また、放電回路のMOSトランジスタ213のゲートに入力される書き込み信号PRGが“L”レベルとされ、MOSトランジスタ214に入力される消去信号ERSが“H”レベルとされる。従って、MOSトランジスタ213はオフ状態、MOSトランジスタ214はオン状態となる。すると、MOSトランジスタ103、104で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子211、212の抵抗値R2、R3に応じた定電流Ireset_ers(=α・Vref/(R2+R3))を供給する。但し、Ireset_ers<Ireset_prgなる関係がある。
上記の定電流Ireset_ersをVNEGノードに供給しつつ、VNEGノードの電荷が放電され、時刻t7に、VNEGノードの電位は−Vthnに達する。その後の動作は第1の実施形態で説明したとおりである。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果に加えて、更に下記(4)の効果を得ることが出来る。
(4)消去後におけるカップリングノイズの影響を効果的に低減できる。
前述の通り、書き込み動作はページ一括で行われるのに対し、消去動作はブロック一括で行われる。データが一度に書き込まれるメモリセル数は、製品仕様によっても異なるが、一般的には256ビット〜512ビットである。そして一度に消去されるメモリセル数は、例えば64kビット〜128kビット程度である。これらの単位は、チップ面積やメモリセルの信頼性、仕様などによって決められるが、消去ビット数は書き込みビット数よりも大幅に大きいことが通常である。従って、書き込みにおいてワード線(VPP)とそれ以外の端子(0V、VBB)との間に存在する寄生容量Cprogと、消去においてワード線(VBB)とそれ以外の端子(0V、VPP)との間に存在する寄生容量Ceraseとの間には、Cerase>>Cprogなる関係がある。従って、リセット動作時においては、書き込み後よりも消去後の方が、カップリングの影響を受けやすい。換言すれば、リセット時に流れる過渡電流は、書き込み後のリセット動作時よりも、消去後のリセット動作時の方が非常に大きい。
しかし本実施形態であると、放電回路100は電流制御回路210を備えている。そして、書き込み動作後のリセット時にVNEGノードに流す電流Ireset_prgよりも、消去後のリセット時にVNEGノードに流す電流Ireset_ersの方を、小さい電流値としている。従って、図14に示すように、消去後のリセット時におけるVNEGノードの電位変化(dV/dt=c2)は、書き込み後のリセット時におけるVNEGノードの電位変化(dV/dt=c1)よりも小さい。すなわち、書き込み後に比べて、消去後のVNEGノードの電位変化を、より緩やかにしている。従って、消去後におけるリセット時のカップリングを効果的に抑制できる。
なお、Ireset_prgとIreset_ersとは、電流制御回路210における抵抗素子211、212によって自在に変化させることが出来る。従って、製品仕様によって、すなわち、一括して書き込み・消去されるメモリセル数に応じて抵抗素子211、212の抵抗値を設定することで、最適な電流Ireset_prg、Ireset_ersを供給することが出来る。
また、VNEGノードの電位がVBBから−Vthnに達するまでの時間は、消去後よりも書き込み後の方が短い。従って、書き込み動作後のリセット動作時間を、消去動作後のリセット動作時間よりも短くすることが出来る。
次に、この発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、放電回路によって電流Iresetを流しつつ、VNEGノードの電位を0Vまで上昇させるものである。図17は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路100の回路図である。その他の構成は第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路100は、上記第1の実施形態で説明した構成において、MOSトランジスタ107を廃したものである。そして、基準電圧Vrefの値を、MOSトランジスタ106の閾値(Vthn)レベルに設定しつつ、基準電圧Vrefを、MOSトランジスタ102のゲートだけでなく、MOSトランジスタ106のゲートにも印加している。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について図18を用いて説明する。図18は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であるので説明は省略し、以下ではリセット動作についてのみ説明する。
まず図18に示すように、時刻t4〜t5の期間に、チャージポンプ回路140は、VNEGノードに負電位VBBを出力する。そして、書き込み動作が終了した時刻t5において、リセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路140が非活性化される。従って、VNEGノードはVBBでフローティング状態となる。そして、放電回路100が、VNEGノードに電流Iresetを供給する。この様子は、上記第1の実施形態で説明した図10の通りである。但し、MOSトランジスタ106のゲートには基準電圧Vrefが印加されている。
上記の定電流IresetをVNEGノードに供給しつつ、VNEGノードの電荷が放電され、時刻t6に、VNEGノードの電位は0Vに達する。VNEGノードの電位が0Vに達すると、MOSトランジスタ106はカットオフとなる。従って、IresetはVNEGには流れ込まなくなる。その後、時刻t7においてMOSトランジスタ108がオン状態とされて、VNEGノードはGNDに接続される。
VNEGノードが0Vに設定された後、VDDWノードの電位はVcc2に設定され、その後0Vに設定される。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果に加えて、更に下記(5)の効果を得ることが出来る。
(5)放電回路の構成を簡略化出来る。
本実施形態に係る放電回路のMOSトランジスタ106には、その閾値レベル(Vthn)の電圧が印加されている。従って、VNEGノードの電位が−Vthnに達してもカットオフにはならず、VNEGノードには電流Iresetが供給される。よって、電流IresetをVNEGノードに流しつつ、VNEGノードを0Vまで上昇させることが出来る。従って、上記第1、第2の実施形態で必要であったMOSトランジスタ107が不要となり、放電回路100の構成が簡略化される。同時に、放電回路の制御を簡易なものとすることが出来る。
次に、この発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第2、第3の実施形態を組み合わせたものである。図19は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路100の回路図である。その他の構成は第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路100は、上記第2の実施形態で説明した図13に示す構成において、MOSトランジスタ107が廃されている。そして、基準電圧Vrefの値は、MOSトランジスタ106の閾値(Vthn)レベルに設定され、且つ基準電圧VrefがMOSトランジスタ102のゲートだけでなく、MOSトランジスタ106のゲートにも印加されている。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について図20を用いて説明する。図20は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であるので説明は省略し、以下では、書き込み動作後と消去動作後とに分けてリセット動作(VNEGノードを0Vに戻す動作)を説明する。
<書き込み後のリセット動作>
図20に示すように、時刻t4〜t5の期間に、チャージポンプ回路140は、VNEGノードに負電位VBBを出力する。そして、書き込み動作が終了した時刻t5において、リセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路140が非活性化される。従って、VNEGノードはVBBでフローティング状態となる。そして、放電回路100が、VNEGノードに電流Ireset_prgを供給する。この様子は第2の実施形態で説明した図15の通りである。まず、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。基準電圧Vrefは、MOSトランジスタ102のゲートだけでなく、MOSトランジスタ106のゲートにも印加される。また、放電回路のMOSトランジスタ213のゲートに入力される書き込み信号PRGが“H”レベルとされ、MOSトランジスタ214に入力される消去信号ERSが“L”レベルとされる。従って、MOSトランジスタ213はオン状態、MOSトランジスタ214はオフ状態となる。すると、MOSトランジスタ103、104で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子211の抵抗値R2に応じた定電流Ireset_prgを供給する。
上記の定電流Ireset_prgをVNEGノードに供給しつつ、VNEGノードの電荷が放電され、時刻t6にVNEGノードの電位は0Vに達する。VNEGノードの電位が0Vに達すると、MOSトランジスタ106はカットオフとなる。従って、Ireset_prgはVNEGには流れ込まなくなる。その後、時刻t7においてMOSトランジスタ108がオン状態とされて、VNEGノードはGNDに接続される。
VNEGノードが0Vに設定された後、VDDWノードの電位はVcc2に設定され、その後0Vに設定される。
<消去後のリセット動作>
消去後のリセット動作も、ほぼ第2の実施形態と同様である。すなわち、時刻t5で、放電回路100によって電流Ireset_ersがVNEGノードに供給される。そして基準電圧Vrefは、MOSトランジスタ102のゲートだけでなくMOSトランジスタ106のゲートにも印加される。従って、定電流Ireset_ersをVNEGノードに供給しつつ、VNEGノードの電荷が放電され、時刻t6にVNEGノードの電位は0Vに達する。VNEGノードの電位が0Vに達すると、MOSトランジスタ106はカットオフとなる。従って、その後、時刻t7においてMOSトランジスタ108がオン状態とされて、VNEGノードはGNDに接続される。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、第1の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果に加えて、更に第2、第3の実施形態で説明した(4)、(5)の効果を併せて得ることが出来る。
次に、この発明の第5の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について図21を用いて説明する。本実施形態は、上記第1の実施形態において、VNEGノードだけでなく、VDDWノードに関しても放電回路を備えたものである。図21は本実施形態に係るフラッシュメモリのブロック図である。
図示するように、フラッシュメモリ10は、第1の実施形態で説明した図1の構成において、更に放電回路150を備えている。放電回路150は、書き込み動作後、または消去動作後において、VDDWノードにおける電荷を放電する。
図22は、放電回路150の一構成例を示す回路図である。図示するように、放電回路150は、抵抗素子151、イントリンシック型MOSトランジスタ152、nチャネルMOSトランジスタ153、154、158、及びpチャネルMOSトランジスタ156、157を備えている。
抵抗素子151の一端は接地電位に接続され、MOSトランジスタ152のソースは抵抗素子151の他端に接続されている。MOSトランジスタ152のゲートには、基準電圧発生回路110の発生する基準電圧Vrefが印加される。MOSトランジスタ153、154は、互いにゲートが共通接続されてカレントミラー回路を形成している。そして、MOSトランジスタ153、154のドレインはVcc2に接続され、MOSトランジスタ153のソースは、MOSトランジスタ152のドレイン及びMOSトランジスタ153のゲートに接続されている。MOSトランジスタ154のソースはMOSトランジスタ156のソースに接続されている。MOSトランジスタ156のゲートにはVcc2が印加され、ソースはVDDWノードに接続されている。MOSトランジスタ157は、ドレインがVDDWノードに接続され、ソースがVcc2ノードに接続されている。MOSトランジスタ158は、ドレインがVDDWに接続され、ソースが接地電位に接続されている。
なお、MOSトランジスタ156は、メモリセルを形成するMOSトランジスタや、放電回路150内のカレントミラー回路を形成するMOSトランジスタ153、154よりも厚いゲート絶縁膜を有している。これは、MOSトランジスタ156がVDDWノードに直接接続され、VDDWノードには正電位VPPが印加されるからである。
フラッシュメモリ10におけるその他の構成は、上記第1の実施形態と同様であるので説明は省略する。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について、図23を用いて説明する。図23は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であり、VNEGノードのリセット動作は上記第1乃至第4の実施形態と同様であるので説明は省略し、以下ではVDDWノードのリセット動作について説明する。
<VDDWノードのリセット動作>
まず、上記第1乃至第4の実施形態で説明したとおり、時刻t4〜t6の期間に、書き込み動作または消去動作が行われる。そして、時刻t5でVNEGノードがリセットされる。これは上記第1乃至第4の実施形態で説明した方法によって行われる。
VNEGノードが0Vに設定された時刻t6において、VDDWノードのリセット動作が開始される。
まず、チャージポンプ回路130が非活性化される。従って、VDDWノードはVPPでフローティング状態となる。そして、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路100に供給する。すると、MOSトランジスタ153、154で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子151の抵抗値R4に応じた定電流Ireset2(=α・Vref/R4)を供給する。また、時刻t6におけるVDDWノードの電位はVPPであるから、pチャネルMOSトランジスタ156はオン状態である。よって、Ireset2はVDDWノードに流れ込む。この様子は、例えば第1の実施形態で説明した図10と同様である。この結果、VDDWノードのチャージがVcc2ノードへ放電される。例えば、VDDWノードとGNDとの間の寄生容量や、VDDWノードとVNEGノードとの間の寄生容量に蓄積されたチャージが、Vcc2ノードへと移動する。その結果、図23の時刻t6〜t7に示すように、VDDWノードの電位は、VPPから一定の変化量によって下降する。
時刻t7において、VDDWノードの電位がVcc2+Vthpに達すると、MOSトランジスタ156はカットオフとなる。但しVthpは、MOSトランジスタ156の閾値電圧である。従って、Ireset2はVDDWノードに流れ込めない。そこで時刻t7で、MOSトランジスタ157がオン状態とされる。この様子は、第1の実施形態における図11と同様である。その結果、VDDWノードはVcc2ノードと接続され、チャージはVcc2ノードに放出される。
その結果、VDDWノードの電位はVcc2となる(時刻t8)。その後、必要に応じて、時刻t9において、MOSトランジスタ158がオン状態とされて、VDDWノードはGNDに接続され、VDDWノードの電位は0Vに設定される。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、VDDWノードに定電流Ireset2を流しながら、VDDWノードの電位をVcc2(厳密にはVcc2+Vthp)にリセットしている。従って、VDDWノードについて、上記第1の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果を得ることが出来る。
次に、この発明の第6の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第5の実施形態において、書き込み後と消去後とで、リセット時に流す電流Ireset2の電流値を変えるものである。すなわち、VDDWノードについて、上記第2の実施形態を適用したものである。図24は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路150の回路図である。その他の構成は第5の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路150は、上記第5の実施形態で説明した構成において、抵抗素子151の代わりに電流制御回路220を有している。電流制御回路220は、抵抗素子221、222、及びnチャネルMOSトランジスタ223、224を備えている。
抵抗素子221の一端はMOSトランジスタ152のソースに接続され、他端は抵抗素子222の一端に接続されている。MOSトランジスタ223のドレインは、抵抗素子221、222の接続ノードに接続され、ソースは接地され、ゲートには書き込み信号PRGが入力される。MOSトランジスタ224のドレインは抵抗素子222の他端に接続され、ソースは接地され、ゲートには消去信号ERSが入力される。書き込み信号PRG及び消去信号ERSは、それぞれ書き込み時及び消去時に“H”レベルとされる。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について、図25を用いて説明する。図25は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であり、VNEGノードのリセット動作は上記第1乃至第4の実施形態と同様であるので説明は省略する。以下では、書き込み動作後と消去動作後とに分けて、VDDWノードのリセット動作を説明する。
<書き込み後のリセット動作>
図25に示すように、時刻t4〜t6の期間に、チャージポンプ回路130は、VDDWノードに正電位VPPを出力する。そして、VNEGノードのリセット動作が終了した時刻t6において、リセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路130が非活性化される。従って、VDDWノードはVPPでフローティング状態となる。そして、放電回路150が、VDDWノードに電流Ireset2_prgを供給する。この様子は、第2の実施形態で説明した図15と同様である。まず、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路150に供給する。また、放電回路のMOSトランジスタ223のゲートに入力される書き込み信号PRGが“H”レベルとされ、MOSトランジスタ224のゲートに入力される消去信号ERSが“L”レベルとされる。従って、MOSトランジスタ223はオン状態、MOSトランジスタ224はオフ状態となる。すると、MOSトランジスタ153、154で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子221の抵抗値R5に応じた定電流Ireset2_prg(=α・Vref/R5)を供給する。
上記の定電流Ireset2_prgをVDDWノードに供給しつつ、VDDWノードの電荷が放電され、時刻t7に、VDDWノードの電位はVcc2+Vthpに達する。その後の動作は第5の実施形態で説明したとおりである。
<消去後のリセット動作>
図25に示すように、時刻t4〜t5の期間に消去動作が行われる。そして、VNEGノードのリセット動作が終了した時刻t6において、VDDWノードのリセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路130が非活性化される。従って、VDDWノードはVPPでフローティング状態となる。そして、放電回路150が、VDDWノードに電流Ireset2_ersを供給する。この様子は、第2の実施形態で説明した図16と同様である。まず、基準電圧発生回路110が基準電圧Vrefを放電回路150に供給する。また、放電回路150のMOSトランジスタ223のゲートに入力される書き込み信号PRGが“L”レベルとされ、MOSトランジスタ224に入力される消去信号ERSが“H”レベルとされる。従って、MOSトランジスタ223はオフ状態、MOSトランジスタ224はオン状態となる。すると、MOSトランジスタ153、154で形成されるカレントミラー回路は、基準電圧Vref及び抵抗素子221、222の抵抗値R5、R6に応じた定電流Ireset2_ers(=α・Vref/(R5+R6))を供給する。但し、Ireset2_ers<Ireset2_prgなる関係がある。
上記の定電流Ireset2_ersをVDDWノードに供給しつつ、VDDWノードの電荷が放電され、時刻t9に、VDDWノードの電位はVcc2+Vthpに達する。その後の動作は第5の実施形態で説明したとおりである。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、VDDWノードに定電流を流しながら、VDDWノードをリセットしている。そして、書き込み動作後のリセット時にVDDWノードに流す電流Ireset2_prgよりも、消去後のリセット時にVDDWノードに流す電流Ireset2_ersの方を、小さい電流値としている。従って、図25に示すように、消去後のリセット時におけるVDDWノードの電位変化(|dV/dt|=|c4|)は、書き込み後のリセット時におけるVDDWノードの電位変化(|dV/dt|=|c3|)よりも小さい。すなわち、書き込み後に比べて、消去後のVDDWノードの電位変化を、より緩やかにしている。従って、VDDWノードについて、上記第1、第2の実施形態で説明した(1)乃至(4)の効果を得ることが出来る。
次に、この発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第5の実施形態において、放電回路によって電流Iresetを流しつつ、VNEGノードの電位を0Vまで上昇させるものである。すなわち、VDDWノードについて、上記第3の実施形態を適用したものである。図26は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路150の回路図である。その他の構成は第5の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路150は、上記第5の実施形態で説明した構成において、MOSトランジスタ157を廃したものである。そして、基準電圧Vrefの値を、MOSトランジスタ156の閾値(Vthp)レベルに設定しつつ、基準電圧Vrefを、MOSトランジスタ152のゲートだけでなく、MOSトランジスタ156のゲートにも印加したものである。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について図27を用いて説明する。図27は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であり、VNEGノードのリセット動作は上記第1乃至第4の実施形態と同様であるので説明は省略し、以下ではVDDWノードのリセット動作についてのみ説明する。
まず図27に示すように、時刻t4〜t6の期間に、チャージポンプ回路130は、VDDWノードに正電位VPPを出力する。そして、VNEGノードのリセット動作が終了した時刻t6において、VDDWノードのリセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路130が非活性化される。従って、VDDWノードはVPPでフローティング状態となる。そして、放電回路150が、VDDWノードに電流Ireset2を供給する。この様子は、上記第1の実施形態で説明した図10と同様である。但し、MOSトランジスタ156のゲートには基準電圧Vrefが印加されている。
上記の定電流Ireset2をVDDWノードに供給しつつ、VDDWノードの電荷が放電され、時刻t7に、VDDWノードの電位はVcc2に達する。VDDWノードの電位がVcc2に達すると、MOSトランジスタ156はカットオフとなる。従って、Ireset2はVDDWには流れ込まなくなる。その後、必要に応じて、例えば時刻t8においてMOSトランジスタ158がオン状態とされて、VDDWノードはGNDに接続される。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、放電回路150のMOSトランジスタ156には、その閾値レベル(Vthp)の電圧が印加されている。従って、VDDWノードの電位がVcc2+Vthpに達してもカットオフにはならず、VDDWノードには電流Ireset2が供給される。よって、電流Ireset2をVDDWノードに流しつつ、VDDWノードをVcc2まで下降させることが出来る。従って、上記第5、第6の実施形態で必要であったMOSトランジスタ157が不要となる。よって、VDDWノードについて、上記第1、第3の実施形態で説明した(1)乃至(3)及び(5)の効果が得られる。
次に、この発明の第8の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第6、第7の実施形態を組み合わせたものである。すなわち、VDDWノードについて、上記第4の実施形態を適用したものである。図28は、本実施形態に係るフラッシュメモリ10の備える放電回路150の回路図である。その他の構成は第5の実施形態と同様であるので説明は省略する。
図示するように、本実施形態に係る放電回路150は、上記第6の実施形態で説明した図24に示す構成において、MOSトランジスタ157が廃されている。そして、基準電圧Vrefの値は、MOSトランジスタ156の閾値(Vthp)レベルに設定され、且つ基準電圧VrefがMOSトランジスタ152のゲートだけでなく、MOSトランジスタ156のゲートにも印加されている。
次に、本実施形態に係るフラッシュメモリの動作について図29を用いて説明する。図29は、VDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャートである。書き込み動作、消去動作、及び読み出し動作は上記第1の実施形態と同様であり、VNEGノードのリセット動作は上記第1乃至第4の実施形態と同様であるので説明は省略する。以下では、VDDWノードについてのリセット動作を、書き込み動作後と消去動作後とに分けて説明する。
<書き込み後のリセット動作>
図29に示すように、時刻t4〜t5の期間に書き込み動作が行われ、VNEGノードのリセット動作が終了した時刻t6において、VDDWノードのリセット動作が開始される。すなわち、まずチャージポンプ回路130が非活性化される。従って、VDDWノードはVPPでフローティング状態となる。そして、放電回路150が、VDDWノードに電流Ireset2_prgを供給する。これは、上記第2、第6の実施形態で説明した通りである。
上記の定電流Ireset2_prgをVDDWノードに供給しつつ、VDDWノードの電荷が放電され、時刻t8にVDDWノードの電位はVcc2に達する。VDDWノードの電位がVcc2に達すると、MOSトランジスタ156はカットオフとなる。その後、必要に応じて、例えば時刻t11にMOSトランジスタ158がオン状態とされて、VDDWノードはGNDに接続される。
<消去後のリセット動作>
消去後のリセット動作も、ほぼ第6の実施形態と同様である。すなわち、時刻t6で、放電回路150によって電流Ireset2_ersがVDDWノードに供給される。そして基準電圧Vrefは、MOSトランジスタ152のゲートだけでなくMOSトランジスタ156のゲートにも印加される。従って、定電流Ireset2_ersをVDDWノードに供給しつつ、VDDWノードの電荷が放電され、時刻t10にVDDWノードの電位はVcc2に達する。
上記のように、本実施形態に係るフラッシュメモリであると、VDDWノードについても、第1の実施形態で説明した(1)乃至(3)の効果に加えて、更に第2、第3の実施形態で説明した(4)、(5)の効果を併せて得ることが出来る。
次に、この発明の第9の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について説明する。本実施形態は、上記第1乃至第8の実施形態におけるチャージポンプ回路についての具体例を示すものである。図30、図31は、チャージポンプ回路130、140の回路図である。
図30に示すように、チャージポンプ回路130は、発振部230及び出力部240を備えている。
発振部230は、第1発振部231及び第2発振部232を有している。第1発振部231は、直列接続された奇数個のインバータ233及び、各インバータ233の出力ノードと接地電位との間に接続された容量素子234を有しており、最終段のインバータ233の出力が、初段のインバータ233の入力にフィードバックされている。第2発振部232は、第1発振部231において、インバータ233の入力と出力とを入れ替えたものである。そして、第1、第2発振部231、232は、互いに相補な関係にあるパルス信号を出力する。パルス信号の周波数は、容量素子234のキャパシタンスによって決定される。
出力部240は、イントリンシック型MOSトランジスタ241〜243及び容量素子244を備えている。そして、複数のMOSトランジスタ241の電流経路が直列接続されている。各MOSトランジスタ241のソースには、ドレインがVcc2ノードに接続され、ゲートがドレインに接続されたMOSトランジスタ242のソースが接続されている。また、奇数段の各MOSトランジスタ241のゲートは、容量素子244を介在して第2発振部232の出力ノードに接続され、偶数段の各MOSトランジスタ241のゲートは、容量素子244を介して第1発振部231の出力ノードに接続されている。そして、最終段のMOSトランジスタ241のドレインは、MOSトランジスタ243のソース及びゲートに接続され、MOSトランジスタ243のドレインが、VDDWノードに接続されている。上記構成の出力部240は、発振部230で生成されるパルス信号に基づいて、正電圧VPPを、VDDWノードから出力する。
チャージポンプ回路140は、図31に示すように、発振部250及び出力部260を備えている。発振部250は、チャージポンプ回路130の発振部230と同一の構成を有している。また出力部260は、チャージポンプ回路130の出力部における各MOSトランジスタをpチャネルMOSトランジスタで形成したものである。そして出力部260は、発振部250で生成されるパルス信号に基づいて、負電圧VBBを、VNEGノードから出力する。
上記第1乃至第8の実施形態に係るフラッシュメモリ10は、上記のような構成のチャージポンプ回路を用いることが出来る。
次に、この発明の第10の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置について、図32を用いて説明する。本実施形態は、上記第1乃至第9の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたシステムLSIに関するものである。図32は、本実施形態に係るシステムLSIのブロック図である。
図示するように、システムLSI400は、同一半導体基板上に形成されたNAND型フラッシュメモリ500、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600、2Trフラッシュメモリ10、MCU700、及びI/O回路800を備えている。
NAND型フラッシュメモリ500は、画像データや映像データを保存するストレージ用のメモリとして用いられる。
3Tr−NAND型フラッシュメモリ600は、LSI400へアクセスするためのIDコードやセキュリティコードを保持する。
2Trフラッシュメモリ10は、MCU700が動作するためのプログラムデータを保持する。
MCU700は、外部から入力される各種のコマンドに応答して、2Trフラッシュメモリ10から読み出したプログラムに基づいた処理を行う。この際、MCU700は、SRAM(Static Random Access Memory)などを介することなく、直接2Trフラッシュメモリ10にアクセスする。MCU700の行う処理の例としては、NAND型フラッシュメモリ500に対して入力されるデータの圧縮や解凍、または外部装置の制御などがある。更に、MCU700は、NAND型フラッシュメモリ500に保持されるデータに外部からアクセスされた場合、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600から所定のデータを読み出す。そしてMCU700は、読み出したデータと、外部から入力されるIDコードやセキュリティコードと照合し、一致した場合にNAND型フラッシュメモリ500へのアクセスを許可する。NAND型フラッシュメモリ500へのアクセスが許可されると、外部(ホスト)からNAND型フラッシュメモリ500内のデータへのアクセスが行われる。すなわち、MCU700は、外部から受け取ったコマンドに応答してNAND型フラッシュメモリ500へトリガをかけ、データの読み出し(書き込み)を行う。
I/O回路800は、LSI1と外部との信号の授受を制御する。
次に、上記LSI400に含まれる2つの半導体メモリ500、600の構成について、以下詳細に説明する。2Trフラッシュメモリ10は、上記第1乃至第9の実施形態で説明したとおりである。
<NAND型フラッシュメモリ>
まず、NAND型フラッシュメモリ500の構成について図33を用いて説明する。図33はNAND型フラッシュメモリのブロック図である。
図示するように、NAND型フラッシュメモリ500は、メモリセルアレイ510、カラムデコーダ520、ロウデコーダ530、センスアンプ540、書き込み回路550、及びソース線ドライバ560を備えている。
メモリセルアレイ510は、マトリクス状に配置された複数個のNANDセルを有している。NANDセルの各々は、8個のメモリセルトランジスタMTと、選択トランジスタST1、ST2とを含んでいる。メモリセルトランジスタMTは、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在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上にゲート間絶縁膜を介在して形成されたコントロールゲートとを有する積層ゲート構造を備えている。なお、メモリセルトランジスタMTの個数は8個に限られず、16個や32個であってもよく、その数は限定されるものではない。メモリセルトランジスタMTは、隣接するもの同士でソース、ドレインを共有している。そして、選択トランジスタST1、ST2間に、その電流経路が直列接続されるようにして配置されている。そして、直列接続されたメモリセルトランジスタMTの一端側のドレイン領域が選択トランジスタST1のソース領域に接続され、他端側のソース領域が選択トランジスタST2のドレイン領域に接続されている。
同一行にあるメモリセルトランジスタMTの制御ゲートは、ワード線WL0〜WLmのいずれかに共通接続され、同一行にあるメモリセルの選択トランジスタST1、ST2のゲートは、それぞれセレクトゲート線SGD、SGSに接続されている。また、同一列にある選択トランジスタST1のドレインは、ビット線BL0〜BLnのいずれかに共通接続されている。そして、選択トランジスタST2のソースはソース線SLに共通接続され、ソース線ドライバ15に接続されている。なお、選択トランジスタST1、ST2は必ずしも両方必要ではない。NANDセルを選択出来るのであれば、いずれか一方のみが設けられていても良い。
カラムデコーダ520は、カラムアドレス信号をデコードして、カラムアドレスデコード信号を得る。そして、カラムアドレスデコード信号に基づいて、ビット線BL0〜BLnのいずれかを選択する。
ロウデコーダ530は、ロウアドレス信号をデコードして、ロウアドレスデコード信号を得る。そして、ロウデコーダ530は、ワード線WL0〜WLm、及びセレクトゲート線SG0〜SGmのいずれかを選択する。
センスアンプ540は、ロウデコーダ530及びカラムデコーダ520によって選択されたメモリセルMCから読み出したデータを増幅する。
書き込み回路550は、書き込みデータをラッチする。
ソース線ドライバ560は、ソース線SLに電圧を供給する。
<3Tr−NAND型フラッシュメモリ>
次に、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600の構成について、図34を用いて説明する。図34は、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600のブロック図である。
図示するように、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600は、メモリセルアレイ610、カラムデコーダ620、ロウデコーダ630、センスアンプ640、書き込み回路650、及びソース線ドライバ660を備えている。
メモリセルアレイ610は、マトリクス状に配置された複数個((m+1)×(n+1)個、但しm、nは自然数)のメモリセルMCを有している。メモリセルMCの各々は、互いに電流経路が直列接続されたメモリセルトランジスタMTと選択トランジスタST1、ST2とを有している。そして、メモリセルトランジスタMTの電流経路は、選択トランジスタST1、ST2の電流経路間に接続されている。すなわち、NAND型フラッシュメモリ500に含まれるNANDセルにおいて、メモリセルトランジスタMTを1個にしたものに等しい。メモリセルトランジスタMTは、半導体基板上にゲート絶縁膜を介在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上にゲート間絶縁膜を介在して形成されたコントロールゲートとを有する積層ゲート構造を備えている。そして、選択トランジスタST1のソース領域がメモリセルトランジスタMTのドレイン領域に接続され、メモリセルトランジスタMTのソース領域が、選択トランジスタST2のドレイン領域に接続されている。また、列方向で隣接するメモリセルMC同士は、選択トランジスタST1のドレイン領域、または選択トランジスタST2のソース領域を共有している。
同一行にあるメモリセルMCのメモリセルトランジスタMTの制御ゲートは、ワード線WL0〜WLmのいずれかに共通接続され、同一行にあるメモリセルの選択トランジスタST1のゲートは、セレクトゲート線SGD0〜SGDmのいずれかに接続され、選択トランジスタST2のゲートは、セレクトゲート線SGS0〜SGSmのいずれかに接続されている。また、同一列にあるメモリセルMCの選択トランジスタST1のドレイン領域は、ビット線BL0〜BLnのいずれかに共通接続されている。そして、メモリセルMCの選択トランジスタST2のソース領域はソース線SLに共通接続され、ソース線ドライバ260に接続されている。
カラムデコーダ620は、カラムアドレス信号をデコードして、カラムアドレスデコード信号を得る。そして、カラムアドレスデコード信号に基づいて、ビット線BL0〜BLnのいずれかを選択する。
ロウデコーダ630は、ロウアドレス信号をデコードして、ロウアドレスデコード信号を得る。そして、ロウデコーダ230は、ワード線WL0〜WLm、及びセレクトゲート線SG0〜SGmのいずれかを選択する。
センスアンプ640は、ロウデコーダ630及びカラムデコーダ620によって選択されたメモリセルMCから読み出したデータを増幅する。
書き込み回路650は、書き込みデータをラッチする。
ソース線ドライバ660は、ソース線SLに電圧を供給する。
上記本実施形態に係るLSIによれば、上記(1)乃至(5)の効果に加えて以下の効果が得られる。
(6)製造コストを抑えつつ、複数種のフラッシュメモリを同一チップ上に搭載できる。
NAND型フラッシュメモリ500、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600、及び2Trフラッシュメモリ10が備えるメモリセルトランジスタMT及び選択トランジスタST1、ST2、STは、同一の工程で形成することが出来る。すなわち、同一の酸化工程、成膜工程、不純物注入工程、フォトリソグラフィ・エッチング工程によって、各MOSトランジスタが形成される。その結果、ゲート絶縁膜、ゲート間絶縁膜、メモリセルトランジスタMTのフローティングゲート及びコントロールゲート、並びに選択トランジスタのセレクトゲートは、3つのフラッシュメモリ10、500、600間で同一となる。このような製造方法であると、1つのフラッシュメモリを形成するのに必要な工程数によって、3つのフラッシュメモリのメモリセルアレイを形成出来る。従って、3種類の半導体メモリを搭載したシステムLSIの製造コストを低減できる。
(7)システムLSIを高性能化出来る。
本実施形態に係るシステムLSIは、上記第1乃至第4の実施形態で説明した2Trフラッシュメモリ10の他、NAND型フラッシュメモリ500及び3Tr−NAND型フラッシュメモリ600を有している。
2Trフラッシュメモリ10は、NAND型フラッシュメモリ500や3Tr−NAND型フラッシュメモリ600と異なり、書き込み及び消去時に正電圧(12V)と負電圧(−8V)を用いている。そして、コントロールゲートとチャネルとの間に20Vの電位差を与えている。従って、書き込み禁止電圧を12Vと−8Vの中間付近の0Vに設定することが出来、ビット線から書き込み禁止電圧を印加することが容易となる。また、正電圧と負電圧とを用いることで、デコーダ30、40に用いられるMOSトランジスタのゲート絶縁膜に印加される電位差は、12V若しくは−8Vである。従って、2Trフラッシュメモリ10が有するデコーダ30、40に使用されるMOSトランジスタは、NAND型フラッシュメモリ500や3Tr−NAND型フラッシュメモリ600が有するロウデコーダ530、630に使用されるMOSトランジスタよりもゲート絶縁膜の薄いものが使用できる。このため、デコーダ30、40を小型化出来ると共に、デコーダ30、40の動作速度をロウデコーダ530、630に比べて高速化出来る。従って、2Trフラッシュメモリの動作速度を向上出来、ランダムアクセスの高速化を図ることができる。
そして本実施形態では、上記2Trフラッシュメモリ10に、MCU700が動作するためのプログラムデータを格納している。すると、上記説明したように2Trフラッシュメモリは高速動作が可能である。従って、MCU700がRAMなどを介さずにデータを2Trフラッシュメモリ10から直接読み出すことが出来る。その結果、RAMなどが不要となり、システムLSIの構成を簡略化出来ると共に、動作速度を向上できる。
また、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600は、IDコードやセキュリティコードを保持する。これらのコードデータは、データ量自体はそれ程大きくないが、頻繁に変更/更新されることが多い。従って、これらのコードデータを保持するメモリには、ある程度の高速動作が求められる。この点、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600は、消去単位がNAND型フラッシュメモリ100ほど大きくなく、ページ単位でのデータの書き換えが可能である。従って、3Tr−NAND型フラッシュメモリ600は、上記コードデータを保持するのに最適な半導体メモリであると言うことが出来る。
また、従来、NAND型フラッシュメモリを有するLSIであると、書き換えが特定のブロックに集中することを防ぐために、次のようなコントローラが必要であった。すなわち、ウェアレベリングや論理で入力されたアドレスを物理アドレスに変換したり、ブロックに不良があった場合に、当該ブロックを不良ブロックとして以後使用しないように制御を行ったりするコントローラである。しかし本実施形態ではこのようなコントローラは不要である。なぜなら、NAND型フラッシュメモリ500内のブロックを制御するファームウェアプログラムを2Trフラッシュメモリ10に保持させ、MCU700によって上記制御を行わせれば良いからである。MCU700は、本来行う作業(外部装置の制御やNAND型フラッシュメモリ500に入力されるデータの計算処理など)の間の時間を使って、上記制御を行えば良い。勿論、MCU700の能力と、本来MCU700が処理しなければならない処理量の大小を見極めて、処理量が多い場合には、ハードウェアシーケンサ等を設けてNAND型フラッシュメモリ500の制御を行っても良い。
なお、例えばロジック回路領域では、CPU210をSOI基板上に形成し、メモリ領域では、各メモリ10、220、230をバルクのシリコン基板上に形成しても良い。
上記のように、この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリは、放電回路を備えている。放電回路は、正電圧または負電圧を生成するチャージポンプ回路が非活性化された後、該チャージポンプ回路の出力ノードに電流を流しながら、チャージを電源電位または接地電位へ放電している。従って、チャージポンプ回路の出力ノードの電位変化を緩やかにすることが出来、カップリングノイズを低減出来る。
また、書き込み後と消去後とで、チャージポンプ回路の出力ノードを放電させる際に流す電流を変化させている。具体的には、消去後においては、書き込み後よりも小さな電流を流しながら放電を行っている。従って、書き込み時より寄生容量の大きい消去の場合であっても、カップリングノイズを低減できる。このことは、次のように言い換えることも出来る。すなわち、書き込み後と消去後とで、チャージポンプ回路の出力ノードを放電するのに要する時間を変化させている。具体的には、消去後においては、書き込み後よりも長い時間をかけて放電を行っている。従って、チャージポンプ回路の出力ノードの電位変化を緩やかに出来る。
更に、チャージポンプ回路の出力ノードが0Vに達してから一定時間後に、サイズの大きいMOSトランジスタによって該出力ノードをGNDに接続している。従って、該出力ノードのノイズ耐性を向上できる。
なお、上記第1乃至第8の実施形態では、2Trフラッシュメモリの場合を例に挙げて説明した。しかし、上記実施形態は、NAND型フラッシュメモリや3Tr−NAND型フラッシュメモリに適用することも出来る。
また、上記第1乃至第8の実施形態では、ビット線がグローバルビット線とローカルビット線とに階層化されている場合を例に挙げて説明した。しかし、階層化されていない場合にも適用できることは言うまでもない。しかし、ビット線を階層化した場合には、書き込み用グローバルビット線及び読み出し用グローバルビット線の寄生容量を削減できる結果、フラッシュメモリの動作速度を向上できる。また、非選択のローカルビット線に接続されているメモリセルへの誤書き込みの発生を効果的に防止出来、書き込み動作の信頼性を向上できる。
更に、上記第1、第2の実施形態では、VNEGノードの電位が−Vthnに達すると、すぐにMOSトランジスタ107をオンさせて、VNEGノードの電位を0Vにする場合について説明した。しかし図35に示すように、MOSトランジスタ107は、例えばVDDWノードがリセットされてからオンされても良く、その時期は特に限定されるものではない。これは、−Vthnから0Vへの電位変動は、カップリングに問題無いからである。このことは、上記第5、第6の実施形態でも同様であり、VDDWノードの電位を(Vcc2+Vthp)からVcc2にする時期は何時でも構わない。
また図36に示すように、放電回路100内のMOSトランジスタ107、108のゲートは、例えばタイマー回路によって制御できる。すなわち、タイマー回路270がリセット動作を開始してからの時間を計測し、一定時間が経過した際にはまずMOSトランジスタ107をオンさせ、その後MOSトランジスタ108をオンさせる。
また図37に示すように、放電回路100内のMOSトランジスタ107、108のゲートは、電圧検知回路280によって制御してもよい。すなわち、電圧検知回路280がVNEGノードの電位を検出する。そして、一定電位(例えば−Vthn)に達したことを検知した際にMOSトランジスタ107をオンさせ、次にVNEGノードが0Vに達したことを検知した際にMOSトランジスタ108をオンさせる。
勿論、図38に示すように、図36及び図37の構成を組み合わせても良い。すなわち、電圧検知回路107によってVNEGノードの電位が−Vthnが検知された際に、まずMOSトランジスタ107がオンされる。その後、タイマー回路270によって一定時間が経過した後、MOSトランジスタ108がオン状態とされる。
上記図36乃至図38は、勿論放電回路150におけるMOSトランジスタ157、158にも適用可能である。更に図39に示すように、放電回路100は、場合によってはpチャネルMOSトランジスタ105を廃することも可能である。
次に、前述の半導体記憶装置に関するアプリケーションについて説明する。図40にメモリカードの例を示した。図40に示した様に、メモリカード900は、上記第1乃至第8の実施形態で説明した2Trフラッシュメモリ10を有している。フラッシュメモリ10は、図示せぬ外部装置から所定の制御信号及びデータを受け取る。また、図示せぬ外部装置へ所定の制御信号及びデータを出力する。
メモリカード900に搭載されたフラッシュメモリ10に、データ、アドレス、若しくは、コマンドを転送する信号線(DAT)、信号線DATにコマンドが転送されている事を示すコマンドラインイネーブル信号線(CLE)、信号線DATにアドレスが転送されている事を示すアドレスラインイネーブル信号線(ALE)、及び、フラッシュメモリ10が動作可能か否かを示すレディービジー信号線(R/B)が接続される。
図41に別のメモリカードの例を示した。図40に示したメモリカードと異なる点は、フラッシュメモリ10を制御し、図示せぬ外部装置と所定の信号のやり取りを行うコントローラ910を有している点である。
コントローラ910は、それぞれフラッシュメモリ10及び図示せぬ外部装置から所定の信号を受信、若しくは、外部装置へ所定の信号を出力するインターフェース部(I/F)911、912と、外部装置から入力された論理アドレスを物理アドレスに変換する為の所定の計算を行うマイクロプロセッサ部(MPU)913と、データを一時的に記憶するバッファーラム914と、誤り訂正符合を生成する誤り訂正部(ECC)915を有している。また、メモリカード900にはコマンド信号線(CMD)、クロック信号線(CLK)、信号線(DAT)が接続されている。
なお、前述の様なメモリカードを示したが、制御信号の本数、信号線のビット幅、若しくは、コントローラの構成は種々の変形が可能である。
図42は、別のアプリケーションを示す。図42に示すように、前述したメモリカード900は、カードホルダー920に挿入され、図示せぬ電子機器に接続される。カードホルダー920は前出のコントローラ910の機能の一部を有していても良い。
図43に別のアプリケーションを示した。図示した様に、前述のメモリカード900、若しくは、メモリカード900が挿入されたカードホルダー920が接続装置1000に挿入される。接続装置1000は接続配線1100、及びインターフェース回路1200を介してボード1300に接続される。ボード1300にはCPU1400やバス1500が搭載される。
図44に別のアプリケーションを示した。メモリカード900、若しくは、メモリカード900が挿入されたカードホルダー920が接続装置1000に挿入される。接続装置1000は接続配線1100を介して、パーソナルコンピュータ2000に接続されている。
別のアプリケーションを図45、図46に示す。図示するように、ICカード2100にMCU2200が搭載され、MCU2200は、いずれかの実施態様に従ったフラッシュメモリ10と、その他の回路、例えばROM2300、RAM2400、及びCPU2500を備えている。ICカード2100は、MCU2200に接続され且つICカード2100に設けられたplane terminal 2600を介してMCU2200に接続可能である。CPU2500は、計算部2510と、フラッシュメモリ10、ROM2300及びRAM2400に接続された制御部2520を備えている。例えば、MPU2200はICカード2100の一方の面上に設けられ、plane connecting terminal 2600は他方の面に設けられている。
すなわち、この発明の第1乃至第10の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、
1.半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートを有する第1MOSトランジスタを備えたメモリセルと、
前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第1電圧を発生し、該第1電圧を前記ウェル領域と前記ワード線とのいずれかに供給する第1チャージポンプ回路と、
前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記第1電圧ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備する。
2.上記1において、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第2電圧を発生し、該第2電圧を前記ウェル領域、または前記ワード線に供給する第2チャージポンプ回路を更に備え、前記第1、第2電圧はそれぞれ負電圧及び正電圧であり、
前記第1チャージポンプ回路が発生した前記電荷が前記放電回路によって放電された後に、前記第2チャージポンプ回路は非活性化され、
前記放電回路は、前記第2チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記電流を流しつつ前記第2チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する。
3.半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、
前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、
前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、
前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、供給する前記電流の電流値を変化させる。
4.半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、
前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、
前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、
前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路とを具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、前記電荷の放電に要する時間を変化させる。
5.上記3または4において、前記放電回路は、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
第3MOSトランジスタを含んで形成され、出力ノードが前記第1チャージポンプ回路のいずれかの出力ノードに接続され、前記基準電圧に応じて前記電流を供給するカレントミラー回路と、
前記メモリセルへのデータの書き込み後と消去後とで、前記カレントミラー回路の供給電流量を変化させる電流制御回路とを備える。
6.上記5において、前記放電回路は、前記カレントミラー回路の出力ノードと、前記第1チャージポンプ回路の出力ノードとの間に電流経路の両端が接続され、前記第3MOSトランジスタのゲート絶縁膜よりも厚いゲート絶縁膜を有する第4MOSトランジスタを更に備える。
7.上記3乃至6において、前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて正電位を発生し、該正電位を書き込み時には前記ワード線に供給し、消去時には前記ウェル領域に供給する第2チャージポンプ回路を更に備え、
前記第1チャージポンプ回路が発生した前記電荷が前記放電回路によって放電された後に、前記第2チャージポンプ回路は非活性化されて、該第2チャージポンプ回路が発生した前記電荷が前記放電回路によって放電される。
8.上記1乃至7において、前記放電回路は、前記第1チャージポンプ回路の出力ノードと、接地電位または電源電位との間の接続をスイッチングする第1スイッチ素子と、
前記第1チャージポンプ回路の出力ノードと、接地電位または電源電位との間の接続をスイッチングし、前記第1スイッチ素子がオン状態とされた後の一定時間後にオン状態とされ、前記第1スイッチ素子よりも電流供給能力の大きい第2スイッチ素子とを更に備える。
9.上記2において、前記メモリセルは、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタと、
同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線とを更に具備し、前記第1チャージポンプ回路は、前記負電位を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給し、
前記第2チャージポンプ回路は、前記正電位を書き込み時には前記ワード線に供給し、消去時には前記ウェル領域に供給する。
10.上記3乃至7、9において、同一列にある前記第1MOSトランジスタのドレインを共通接続するビット線と、
前記第2MOSトランジスタのソースを共通接続するソース線と、
書き込み時にいずれかの前記ワード線を選択して、選択ワード線に前記負電位を供給すると共に全ての前記セレクトゲート線に前記負電位を供給し、消去時に全てのワード線に前記負電位を供給する第1ロウデコーダと、
読み出し時にいずれかの前記セレクトゲート線を選択して、選択セレクトゲート線に、前記正電位よりも低い電圧を印加する第2ロウデコーダとを更に備える。
また上記実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の制御方法は、
11.第1チャージポンプ回路が第1ノードに正電圧を印加するステップと、
第2チャージポンプ回路が第2ノードに負電圧を印加するステップと、
前記正電圧及び負電圧を用いて、不揮発性メモリセルにデータを書き込む、または不揮発性メモリセルからデータを消去するステップと、
不揮発性メモリセルにデータを書き込み、または不揮発性メモリセルからデータを読み出した後、第1チャージポンプ回路が非活性化されるステップと、
放電回路が、前記第1ノードに電流を流しつつ、前記第1ノードにおける電荷を接地電位または電源電位に放電するステップと、
前記第1ノードにおける電荷を放電した後、第1MOSトランジスタによって前記第1ノードを接地電位に接続するステップとを具備する。
12.上記11において、前記第1ノードを接地電位に接続した後、前記第1MOSトランジスタよりも電流供給能力の大きい第2MOSトランジスタによって、前記第1ノードを接地電位に接続するステップを更に備える。
13.上記11または12において、前記第1ノードにおける電荷を放電するステップは、データの書き込み後よりもデータの消去後において、より長時間をかけて行われる。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリのブロック図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるメモリセルアレイの回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備える基準電圧発生回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるメモリセルアレイ及び書き込み回路の回路図であり、書き込み動作時の様子を示す図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるメモリセルアレイ及びセンスアンプの回路図であり、読み出し動作時の様子を示す図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるメモリセルアレイの回路図であり、消去動作時の様子を示す図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの書き込み動作時または消去動作時における放電回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリのリセット動作時における放電回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリのリセット動作時における放電回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリのリセット動作時における放電回路の回路図。 この発明の第2の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第2の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの、書き込み動作後のリセット動作時における放電回路の回路図。 この発明の第1の実施形態に係るフラッシュメモリの、消去動作後のリセット動作時における放電回路の回路図。 この発明の第3の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第3の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第4の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第4の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第5の実施形態に係るフラッシュメモリのブロック図。 この発明の第5の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第5の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第6の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第6の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第7の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第7の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第8の実施形態に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第8の実施形態に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第9の実施形態に係るフラッシュメモリが備えるチャージポンプ回路の回路図。 この発明の第9の実施形態に係るフラッシュメモリが備えるチャージポンプ回路の回路図。 この発明の第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えるシステムLSIのブロック図。 NAND型フラッシュメモリのブロック図。 3Tr−NAND型フラッシュメモリのブロック図。 この発明の第1乃至第9の実施形態の第1変形例に係るフラッシュメモリの備えるVDDWノード及びVNEGノードの電位のタイミングチャート。 この発明の第1乃至第10の実施形態の第2変形例に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第1乃至第10の実施形態の第3変形例に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第1乃至第10の実施形態の第4変形例に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第1乃至第10の実施形態の第5変形例に係るフラッシュメモリの備える放電回路の回路図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたメモリカードのブロック図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたメモリカードのブロック図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたメモリカード及びカードホルダーの外観図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたメモリカードを接続する接続装置の外観図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたメモリカードを接続する接続装置の外観図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたICカードの外観図。 この発明の第1乃至第10の実施形態に係るフラッシュメモリを備えたICカードのブロック図。
符号の説明
10…フラッシュメモリ、20…メモリセルアレイ、30…書き込み用デコーダ、40…セレクトゲートデコーダ、50…カラムデコーダ、60…書き込み回路、70…センスアンプ、80…ソース線ドライバ、90…アドレスバッファ、100、150…放電回路、101、117〜119、151、211、212…抵抗素子、102〜108、111〜115、152〜158、213、214…MOSトランジスタ、110…基準電圧発生回路、116…電流源、120〜140…チャージポンプ回路、200、201…ダイオード、210…電流制御回路

Claims (5)

  1. 半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートを有する第1MOSトランジスタを備えたメモリセルと、
    前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
    同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
    前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第1電圧を発生し、該第1電圧を前記ウェル領域と前記ワード線とのいずれかに供給する第1チャージポンプ回路と、
    前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記第1電圧ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路と
    を具備することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて第2電圧を発生し、該第2電圧を前記ウェル領域、または前記ワード線に供給する第2チャージポンプ回路を更に備え、
    前記第1、第2電圧はそれぞれ負電圧及び正電圧であり、
    前記第1チャージポンプ回路が発生した前記電荷が前記放電回路によって放電された後に、前記第2チャージポンプ回路は非活性化され、
    前記放電回路は、前記第2チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記電流を流しつつ前記第2チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する
    ことを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、
    前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
    同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
    同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、
    前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、
    前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路と
    を具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、供給する前記電流の電流値を変化させる
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  4. 半導体基板の表面内に形成されたウェル領域上にゲート絶縁膜を介在して形成された浮遊ゲートと、前記浮遊ゲート上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲートとを含む積層ゲートとを有する第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタのソースにドレインが接続された第2MOSトランジスタとを備えたメモリセルと、
    前記メモリセルがマトリクス状に配置されたメモリセルアレイと、
    同一行にある前記第1MOSトランジスタの前記制御ゲートを共通接続するワード線と、
    同一行にある前記第2MOSトランジスタのゲートを共通接続するセレクトゲート線と、
    前記メモリセルへのデータの書き込み時または消去時において活性化されて負電圧を発生し、該負電圧を書き込み時には前記セレクトゲート線及び前記ウェル領域に供給し、消去時には前記ワード線に供給する第1チャージポンプ回路と、
    前記第1チャージポンプ回路が非活性化された際に、前記負電位ノードに電流を流しつつ前記第1チャージポンプ回路によって発生された電荷を接地電位または電源電位へ放電する放電回路と
    を具備し、前記放電回路は、前記メモリセルへのデータの書き込み後に前記電荷を放電する際と、消去後に放電する際とで、前記電荷の放電に要する時間を変化させる
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記放電回路は、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
    第3MOSトランジスタを含んで形成され、出力ノードが前記第1チャージポンプ回路のいずれかの出力ノードに接続され、前記基準電圧に応じて前記電流を供給するカレントミラー回路と、
    前記メモリセルへのデータの書き込み後と消去後とで、前記カレントミラー回路の供給電流量を変化させる電流制御回路とを備える
    ことを特徴とする請求項3または4記載の不揮発性半導体記憶装置。
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