JP2005310301A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【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
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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